JP2021165546A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関高負荷運転時にパティキュレートフィルタの再生を適切に行う。【解決手段】排気タービン（８ｂ）を迂回するバイパス通路（１６）内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置（１７）と、排気通路（１３）内に配置されたパティキュレートフィルタ（１５）と、排気通路（１３）を機関吸気通路に連結するＥＧＲ通路（１８）と、ＥＧＲガス量制御装置とを具備している。機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタ（１５）の再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置（１７）とＥＧＲガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部が、ＥＧＲ通路（１８）を介して、パティキュレートフィルタ（１５）に供給される。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

過給用の排気ターボチャージャを具備しており、排気ターボチャージャの排気タービン下流の排気通路内に排気浄化装置、例えば、パティキュレートフィルタが配置されており、排気タービンとパティキュレートフィルタ間の排気通路がＥＧＲ通路を介して排気ターボチャージャの吸気コンプレッサ上流の機関吸気通路に連結されており、ＥＧＲ通路内にはＥＧＲ弁が配置されており、吸気コンプレッサ下流の機関吸気通路とＥＧＲ弁上流のＥＧＲ通路とがバイパス通路を介して連結されており、機関高負荷運転時或いはパティキュレートフィルタの再生時であってＥＧＲ弁が閉弁せしめられているときに、吸気コンプレッサから排出された吸入空気の一部をバイパス通路を介してＥＧＲ通路内に供給してＥＧＲ通路内を上流側に向け逆流させ、逆流する吸入空気流によりＥＧＲ通路内に滞留する未燃燃料や凝縮水をＥＧＲ通路内から除去するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。

特許第４７９２９９７号公報

ところで、パティキュレートフィルタ上に堆積したパティキュレートを燃焼除去するためには、即ち、パティキュレートフィルタを再生させるためには、空気が必要である。一方、車両減速運転時の一時的な燃料の供給停止時にはパティキュレートフィルタに空気が供給され、従って、このときパティキュレートフィルタの再生が行われる。この車両減速運転は、通常、頻繁に繰り返し行われ、従って、通常は、パティキュレートフィルタの再生は問題なく行われる。ところが、トーイング登坂等のエンジン高負荷運転が継続する場合には、パティキュレートフィルタの再生が行われなくなり、従ってこのような場合には、何らかの方法によりパティキュレートフィルタの再生する必要がある。この場合、パティキュレートフィルタを再生するために、吸入空気の一部をＥＧＲ通路を介してパティキュレートフィルタに供給することが考えられる。

一方、上述したように、上述の公知の内燃機関では、吸入空気の一部がＥＧＲ通路を介してパティキュレートフィルタに供給される。しかしながら、逆流する吸入空気流によりＥＧＲ通路内に滞留する未燃燃料や凝縮水を吹き飛ばすには、逆流する吸入空気流をかなり多量にする必要と考えられ、従って、上述の公知の内燃機関では、多量の吸入空気流がパティキュレートフィルタに流入するものと考えられる。ところが、多量の吸入空気流がパティキュレートフィルタに流入すると、パティキュレートフィルタが過熱され、その結果、パティキュレートフィルタが劣化したり溶損する恐れがある。また、上述の内燃機関では、逆流する吸入空気流を生成するためのバイパス通路を追加設置しなければならず、従って、構造が複雑になるという問題がある。
本発明は、簡素な構造でもって、機関高負荷運転時であっても、パティキュレートフィルタを再生し得る内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、過給用の排気ターボチャージャを具備しており、機関排気通路内に排気ターボチャージャの排気タービンが配置されており、排気タービンを迂回して排気タービン上流の排気通路と排気タービン下流の排気通路とを連結するバイパス通路と、バイパス通路内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置と、排気タービン下流の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、排気タービンとパティキュレートフィルタ間の排気通路を排気ターボチャージャの吸気コンプレッサ下流の機関吸気通路に連結するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路内に配置されて排気通路から機関吸気通路内に再循環されるＥＧＲガス量を制御するＥＧＲガス量制御装置とを具備しており、機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタの再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置とＥＧＲガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部を、ＥＧＲ通路を介して、パティキュレートフィルタに供給する内燃機関の排気浄化装置が提供される。

ウェストゲートバルブ装置とＥＧＲガス量制御装置とを制御するだけで、パティキュレートフィルタを再生することができる。

図１は内燃機関の全体図である。 図２Ａおよび図２Ｂは夫々、等出力線およびマニホルド圧のマップを示す図である。 図３Ａおよび図３Ｂは夫々、過給領域および吸気コンプレッサ出口圧を示す図である。 図４は、パティキュレートフィルタ再生制御のタイムチャートである。 図５は、図４に示されるタイムチャートの一部の説明図である。 図６は、再生制御を行うためのフローチャートである。 図７は、第２実施例におけるパティキュレートフィルタ再生制御のタイムチャートである。 図８は、再生制御を行うためのフローチャートである。 図９は、再生制御を行うためのフローチャートである。

図１にガソリンを燃料とする内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各気筒に対して夫々設けられた燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４の吸入空気流入口には、アクチュエータにより駆動されるスロットル弁６が配置される。吸気マニホルド４は吸気ダクト７を介して排気ターボチャージャ８の吸気コンプレッサ８ａの出口に連結され、吸気コンプレッサ８ａの入口は吸入空気量検出器９を介してエアクリーナ１０に連結される。吸気ダクト７内には、吸気ダクト７内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ１１が配置される。一方、排気マニホルド５は排気通路１２を介して排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂの入口に連結され、排気タービン８ｂの出口は排気通路１３に連結される。

排気通路１３内には、排気浄化用触媒１４が配置され、触媒１４下流の排気通路１３内にはパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）１３が配置される。図１に示される実施例では、触媒１４は三元触媒からなり、また、パティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）１３上には三元触媒が担持されている。一方、排気タービン８ｂ上流の排気通路１２は、排気タービン８ｂを迂回するバイパス通路１６を介して、排気タービン８ｂと触媒１４間の排気通路１３に連結され、バイパス通路１６内には、バイパス通路１６内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブを備えたウェストゲートバルブ装置１７が配置される。また、触媒１４とパティキュレートフィルタ１５間の排気通路１３は、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１８を介して吸気マニホルド４に連結されており、このＥＧＲ通路１８内にはＥＧＲ弁１９が配置される。このＥＧＲ弁１９が、排気通路１３から機関吸気通路内に再循環されるＥＧＲガス量を制御するＥＧＲガス量制御装置を形成している。

図１に示されるように、吸気マニホルド４内には、吸気マニホルド４内の圧力（以下、マニホルド圧と称する）を検出するための圧力センサ２０が配置されており、吸気コンプレッサ８ａとインタクーラ１１間の吸気ダクト７内には、吸気コンプレッサ８ａの出口における吸入空気圧（以下、コンプレッサ出口圧と称する）を検出するための圧力センサ２１が配置されている。また、触媒１４下流の排気通路１３内には、空燃比センサ２２が配置されている。更に、パティキュレートフィルタ１５には、パティキュレートフィルタ１５前後の排気通路１３内の差圧を検出するための差圧センサ２３と、パティキュレートフィルタ１５の温度を検出するための温度センサ２４が設けられている。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。入力ポート３５には、吸入空気量検出器９、圧力センサ２０、圧力センサ２１、空燃比センサ２２、差圧センサ２３および温度センサ２４の出力信号が、対応するＡＤ変換器３７を介して入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量、即ち、アクセル開度に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ４１が接続され、アクセル開度センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。ＣＰＵ３４では、このクランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁６の駆動用アクチュエータ、ウェストゲートバルブ装置１７、ＥＧＲ制御弁１９および機関本体に取り付けられた自動変速機２５に接続される。

最初に、図１に示される内燃機関の通常運転時における運転制御の概要について説明する。図１に示される内燃機関では、通常、空燃比センサ２２の出力信号に基づいて、空燃比が理論空燃比となるように制御されている、従って、排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯ_Ｘは、触媒１４において良好に浄化され、触媒１４において浄化しきれなかった未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯ_Ｘは、三元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１５において浄化される。更に、排気ガス中に含まれる排気微粒子、即ち、パティキュレートはパティキュレートフィルタ１５上に捕集される。一方、図１に示される内燃機関では、車両減速運転時には、一時的に燃料の供給が停止される。このとき、機関からは空気が排出され、この空気がパティキュレートフィルタ１５に供給される。その結果、パティキュレートフィルタ１５上に堆積しているパティキュレートは、この空気により燃焼除去され、パティキュレートフィルタ１５が再生される。

図２Ａの実線は、図１に示される内燃機関の等出力線を示している。図２Ａに示されるように、機関の出力は、エンジントルクが大きくなるほど高くなり、エンジン回転数が高くなるほど高くなる。なお、図１に示される内燃機関では、前述したように、空燃比が理論空燃比に維持されており、従って、図２Ａの実線で示される等出力線は,燃焼室２内へ供給される空気の等供給空気量線を示していると言える。従って、図２Ａにおいて、エンジンの要求トルクとエンジン回転数が決まると、燃焼室２内へ供給される空気の供給空気量が定まることになる。一方、機関吸気通路内に再循環されるＥＧＲガス量は、エンジントルクとエンジン回転数が決まるとそれに応じて定まる。従って、ＥＧＲガスの再循環が行われている状態において燃焼室２内への供給空気量がエンジンの要求トルクとエンジン回転数から決まる空気量とされたときのマニホルド圧は、このときのエンジンの要求トルクおよびエンジン回転数に応じた一定値となる。また、ＥＧＲガスの再循環が停止されている状態において燃焼室２内への供給空気量がエンジンの要求トルクとエンジン回転数から決まる空気量とされたときのマニホルド圧も、このときのエンジンの要求トルクおよびエンジン回転数に応じた一定値となる。即ち、マニホルド圧は、エンジンの要求トルクおよびエンジン回転数が決まるとそれ応じて定まることになる。このマニホルド圧Ｐｉｊは、エンジントルクとエンジン回転数の関数として、図２Ｂに示されるようなマップの形で予めＲＯＭ３３内に記憶されている。

一方、図３Ａは、図２Ａに示される燃焼室２内への供給空気量を得るために行われるスロットル弁６の制御と過給制御の概要を示している。なお、図３Ａにおいて、縦軸は、燃焼室２内への供給空気量を示しており、横軸はエンジン回転数を示している。図３Ａにおいて、一点鎖線Ｍは、過給領域と無過給領域との境界を示していて、この境界Ｍ上では、マニホルド圧がほぼ大気圧となっており、境界Ｍよりも下側の領域では過給が行われず、境界Ｍよりも上側の領域では過給が行われる。また、図３Ａには、ＥＧＲ上限とＥＧＲ下限とが示されており、これらＥＧＲ上限とＥＧＲ下限との間の領域でＥＧＲガスの再循環が行われ、ＥＧＲ下限よりも下側の領域およびＥＧＲ上限よりも上側の領域ではＥＧＲガスの再循環が停止される。なお、図３Ａに示されるＥＧＲ上限とＥＧＲ下限は、一例を示すものであって機関の種類等によって異なる。特に、図３Ａに示されるＥＧＲ上限は、燃焼室２内への供給空気量およびエンジン回転数以外のエンジンの運転状態に影響を与える因子、例えば、機関冷却水温によっても変化し、図３Ａに示される位置に固定化されている訳ではない。即ち、図３ＡにおけるＥＧＲ上限は、発明を説明する上での便宜上、図３Ａに示される位置に記載されているにすぎない。

さて、図３Ａにおいて、境界Ｍよりも下側の無過給領域では、ウェストゲートバルブ装置１７がバイパス通路１６を全開しており、従って、このとき、排気ターボチャージャ８は、無作動状態にある。また、境界Ｍよりも下側の無過給領域では、燃焼室２内への供給空気量は、スロットル弁６により制御されている。一方、境界Ｍよりも上側の過給領域では、スロットル弁６が全開せしめられ、ＥＧＲ上限よりも下側の領域ではＥＧＲガスの再循環が行われており、およびＥＧＲ上限よりも上側の領域ではＥＧＲガスの再循環が停止されている。また、この過給領域では、ウェストゲートバルブ装置１７のウェストゲートバルブが閉弁或いは部分開状態とされており、燃焼室２内への供給空気量が、図２Ａに示されるエンジンの要求トルクとエンジン回転数から定まる空気量となるように、ウェストゲートバルブ装置１７によって過給圧が制御されている。このとき、マニホルド圧は、図２Ｂのマップで示されるマニホルド圧Ｐｉｊとなっている。

さて、前述したように、車両減速運転時において一時的な燃料の供給が停止されると、パティキュレートフィルタ１５の再生が行われる。この車両減速運転は、通常、頻繁に繰り返し行われ、従って、通常は、パティキュレートフィルタ１５の再生は問題なく行われる。ところが、トーイング登坂等の機関高負荷運転が継続する場合には、車両減速運転が行われないためにパティキュレートフィルタ１５の再生が行われなくなり、従ってこのような場合において、パティキュレートフィルタ１５の再生要求があったときには、パティキュレートフィルタ１５を何らかの方法により再生する必要がある。そこで本発明では、このような場合、吸入空気の一部をＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給し、それによって、パティキュレートフィルタ１５を再生するようにしている。本発明による実施例では、このパティキュレートフィルタ１５の再生制御は、機関の運転状態が、図３ＡにおいてＥＧＲ上限と全負荷線Ｆとの間のＳＳで示される過給領域にあるときに行われる。以下、この本発明によるパティキュレートフィルタ１５の再生制御が行われる過給領域を、再生制御領域ＳＳと称する。図３Ａからわかるように、再生制御領域ＳＳは、機関高負荷運転領域である。

次に、このとき行われるパティキュレートフィルタ１５の再生制御の概要について説明する。パティキュレートフィルタ１５上に捕集されたパティキュレートの堆積量が一定量を越えると、パティキュレートフィルタ１５の再生要求が出される。パティキュレートの堆積量が一定量を越えたか否かは、パティキュレートの堆積量の算出値、或いは、パティキュレートフィルタ１５の前後差圧に基づき判断される。本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１５の前後差圧が閾値を越えたときに、パティキュレートフィルタ１５を再生すべきであると判断され、パティキュレートフィルタ１５の再生要求が出される。

パティキュレートフィルタ１５を再生すべきときには、パティキュレートフィルタ１５に空気が供給される。パティキュレートフィルタ１５に空気が供給されると、パティキュレートフィルタ１５上に堆積したパティキュレートが酸化せしめられ、パティキュレートフィルタ１５上から燃焼除去せしめられる。この場合、パティキュレートフィルタ１５に供給された全空気がパティキュレートを燃焼除去するために消費されるようにした場合において必要とされる単位時間当たりの空気量は、パティキュレートの酸化反応速度に依存しており、このパティキュレートの燃焼除去のために単位時間当たり必要とされる空気量は、パティキュレートフィルタ１５の温度が高くなると増大する。本発明による実施例では、このパティキュレートを燃焼除去するための空気は、ＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給される。このパティキュレートの燃焼除去のために単位時間当たり必要とされる空気量を、以下、再生のための要求空気量ｔＧegr と称す。

さて、前述したように、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１５の再生制御は、機関の運転状態が、図３Ａに示される再生制御領域ＳＳ、即ち、機関高負荷運転領域にあるときに行われる。この再生制御領域ＳＳでは、ＥＧＲ弁１９が閉弁されており、吸気マニホルド４へのＥＧＲガスの再循環が停止されている。また、この再生制御領域ＳＳでは、燃焼室２内への供給空気量が、図２Ａに示されるエンジンの要求トルクとエンジン回転数から定まる空気量となるようにウェストゲートバルブ装置１７によってＷＧＶ開度（ウェストゲートバルブ開度）が制御されている。前述したように、このときのマニホルド圧は、図２Ｂのマップで示されるマニホルド圧Ｐｉｊとなっている。

さて、本発明による実施例では、機関の運転状態が再生制御領域ＳＳであるときに、パティキュレートフィルタ１５の再生要求がなされると、吸入空気の一部をＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給するために、ＥＧＲ弁１９が開弁され、このとき、ＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給される空気量Ｇegrが、再生のための要求空気量ｔＧegrとなるように、ウェストゲートバルブ装置１７によりＷＧＶ開度が制御されると共に、ＥＧＲ弁１９の開度が制御される。次に、このパティキュレートフィルタ１５の再生制御について、図４に示されるタイムチャートを参照しつつ説明する。

図４を参照すると、図４には、加速運転の終期から機関の運転が安定するまでの間における車速、アクセルペダル４０の踏み込み量（アクセル開度）、エンジントルク、圧力（コンプレッサ出口圧Ｐｃとマニホルド圧Ｐｍ）、ＷＧＶ開度（ウェストゲートバルブ開度）、ＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給される空気量Ｇegr およびＥＧＲ弁開度の時間的変化が示されている。図４を参照すると、加速運転の終期においてアクセルペダル４０の踏み込み量が少しずつ低下せしめられるとエンジントルクも少しずつ低下する。このとき、ＷＧＶ開度も少しずつ低下せしめられる。ＷＧＶ開度が低下せしめられると、過給圧が上昇せしめられるために、コンプレッサ出口圧Ｐｃおよびマニホルド圧Ｐｍが増大する。なお、図４に示されるように、マニホルド圧Ｐｍは、吸入空気がインタクーラ１１を流通する際の圧力低下分だけ、コンプレッサ出口圧Ｐｃに対して低くなる。

加速運転が終了し、ほぼ定常な機関運転状態が一定期間継続すると、図４のファイアリング中ＧＰＦ再生実施で示される期間、パティキュレートフィルタ１５の再生制御が行われる。このパティキュレートフィルタ１５の再生を行う際には、パティキュレートフィルタ１５の温度に基づいて、再生のための要求空気量ｔＧegrが算出され、機関の出力が変化しないようにマニホルド圧Ｐｍを、機関運転状態に応じた図２Ｂに示されるマニホルド圧Ｐｉｊに維持しつつ、パティキュレートフィルタ１５への供給空気量Ｇegrが、再生のための要求空気量ｔＧegrとなるように、ＷＧＶ開度が徐々に減少されてコンプレッサ出口圧Ｐｃが目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃまで徐々に増大せしめられると共に、ＥＧＲ弁１９が徐々に開弁される。ＥＧＲ弁１９が開弁すると、吸入空気の一部がＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給され、パティキュレートフィルタ１５上に堆積したパティキュレートの燃焼除去作用が行われる。この場合、パティキュレートフィルタ１５に供給された空気はパティキュレートを燃焼除去するために消費されるので、パティキュレートフィルタ１５内の少なくとも下流部を流れるガスはほぼ理論空燃比となっている。従って、パティキュレートフィルタ１５の再生中であっても、排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯ_Ｘは、三元触媒を担持したパティキュレートフィルタ１５において浄化されることになる。

ここで、上述の目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃについて、図３Ｂを参照しつつ説明する。図３Ｂの横軸は、インタクーラ１１を通って吸気マニホルド４内に流入する吸入空気量ＱＡを示しており、図３Ｂの縦軸は、マニホルド圧Ｐｍを基準としたマニホルド圧Ｐｍとコンプレッサ出口圧Ｐｃとの圧力差ΔＰを示している。吸入空気量ＱＡが増大するとインタクーラ１１における圧力降下が増大するので、図３Ｂにおいて実線で示されるように、吸入空気量ＱＡが増大するほど、マニホルド圧Ｐｍとコンプレッサ出口圧Ｐｃとの圧力差ΔＰが大きくなる。なお、図３ＢにおいてＱＡoは、マニホルド圧Ｐｍが、図４において破線で示される機関の運転状態に応じたマニホルド圧Ｐｉｊであるときに燃焼室２内に供給される吸入空気量を表しており、ΔＰ_０は,このときのマニホルド圧Ｐｍとコンプレッサ出口圧Ｐｃとの圧力差ΔＰを示している。インタクーラ１１を通って吸気マニホルド４内に流入する吸入空気量を、燃焼室２内への供給吸入空気量ＱＡoを変化させることなく、言い換えると、マニホルド圧Ｐｉｊを変化させることなく、再生のための要求空気量ｔＧegrだけ増大させれば、増大された空気量だけ空気がＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給される。従って、インタクーラ１１を通って吸気マニホルド４内に流入する吸入空気量ＱＡを、マニホルド圧Ｐｉｊを変化させることなく、再生のための要求空気量ｔＧegrだけ増大させれば、パティキュレートフィルタ１５に供給される空気量Ｇegrを、再生のための要求空気量ｔＧegrとすることができることになる。

図３Ｂからわかるように、吸気マニホルド４内に供給される吸入空気量を、再生のための要求空気量ｔＧegrだけ増大させるには、マニホルド圧Ｐｍとコンプレッサ出口圧Ｐｃとの圧力差ΔＰをΔＰｔまで増大させればよく、従って、本発明による実施例では、機関の運転状態に応じたマニホルド圧Ｐｉｊよりも圧力差ΔＰｔ分だけ高い圧力が、目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃとされ、マニホルド圧Ｐｉｊを変化させることなく、コンプレッサ出口圧Ｐｃが目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃになるように、ウェストゲートバルブ装置１７によりＷＧＶ開度が制御されると共に、ＥＧＲ弁１９の開度が制御される。この場合、実際には、目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃは、例えば、圧力センサ２１により検出された機関の運転状態に応じたコンプレッサ出口圧Ｐｃ（Ｐｍ＋ΔＰo）に、再生のための要求空気量ｔＧegrから求められた差圧（ΔＰｔ―ΔＰo）（図３Ｂ）を加算することによって算出される。なお、図３Ｂにおいて実線で示される吸入空気量ＱＡと圧力差ΔＰとの関係は、マニホルド圧Ｐｍによって異なり、本発明による実施例では、代表的なマニホルド圧Ｐｍに対する吸入空気量ＱＡと圧力差ΔＰとの関係が予めＲＯＭ３３内に記憶されている。

図５は、図４の期間ｔ_０におけるコンプレッサ出口圧Ｐｃ、マニホルド圧Ｐｍ、ＷＧＶ開度（ウェストゲートバルブ開度）、ＥＧＲ弁開度、およびＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給される空気量Ｇegr の時間的変化を模式的に表している。なお、図５には、目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃと、再生のための要求空気量ｔＧegrも示されている。コンプレッサ出口圧Ｐｃを目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃまで上昇させるときには、図５に示されるように、ＷＧＶ開度が小さな一定量だけ低下せしめられる。ＷＧＶ開度が低下せしめられると、コンプレッサ出口圧Ｐｃが少し上昇すると共に、マニホルド圧Ｐｍが少し上昇する。マニホルド圧Ｐｍが上昇すると、マニホルド圧Ｐｍが元の圧力まで低下するまで、ＥＧＲ弁開度が増大される。ＥＧＲ弁開度が増大されると、パティキュレートフィルタ１５に供給される空気量Ｇegrが増大される。次いで、再び、ＷＧＶ開度が小さな一定量だけ低下せしめられ、それによりマニホルド圧Ｐｍが少し上昇すると、マニホルド圧Ｐｍが元の圧力まで低下するまで、ＥＧＲ弁開度が増大される。

このようなＷＧＶ開度の低下作用とＥＧＲ弁開度の増大作用は、コンプレッサ出口圧Ｐｃが目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃとなるまで繰り返し行われる。コンプレッサ出口圧Ｐｃが目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃになると、パティキュレートフィルタ１５に供給される空気量Ｇegrが、再生のための要求空気量ｔＧegrとなる。なお、このようなＷＧＶ開度の低下作用とＥＧＲ弁開度の増大作用が行われている間に、パティキュレートフィルタ１５の温度は変化するので、再生のための要求空気量ｔＧegrも変化する。従って、パティキュレートフィルタ１５の再生制御が行われている間、目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃは更新され続ける。なお、パティキュレートフィルタ１５の再生作用が完了したときには、同様な方法でもって、コンプレッサ出口圧Ｐｃが元のコンプレッサ出口圧Ｐｃとなるまで、ＷＧＶ開度の増大作用とＥＧＲ弁開度の低下作用が繰り返し行われる。

次に、図６を参照しつつ、パティキュレートフィルタの再生制御について説明する。図６は、この再生制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは、例えば一定時間毎の割込みによって実行される。

図６を参照すると、まず初めにステップ５０において、パティキュレートフィルタ１５を再生すべきであることを示す再生フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされていないときにはステップ５１に進んで、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要であるか否かが判別される。本発明による実施例では、差圧センサ２３の出力信号からパティキュレートフィルタ１５の前後差圧が閾値を越えたと判断されたときには、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要であると判別される。ステップ５１において、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要でないと判別されたときには、ステップ５９に進んで、ＷＧＶ（ウェストゲートバルブ）の通常制御とＥＧＲ弁の通常制御、即ち、通常の過給圧制御と通常のＥＧＲ制御が行われる。

これに対し、ステップ５１において、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要であると判別されたときには、ステップ５２に進んで再生フラグがセットされ、次いで、ステップ５３に進む。再生フラグが一旦セットされると、次の処理サイクルでは、ステップ５０からステップ５３にジャンプする。ステップ５３では、パティキュレートフィルタ１５の再生条件を満たしているか否かが判別される。本発明による実施例では、アクセル開度センサ４１の出力信号に基づき、以下の三つの条件を満たしていると判断されたときに、再生条件を満たしていると判別される。
（１）アクセル開度＞再生実施移行閾値
（２）上限閾値＞アクセル開度時間変化率＞下限閾値
（３）（１）および（２）の状態の継続時間＞再生実施移行閾値
即ち、機関の運転状態が再生制御領域ＳＳ、即ち、機関高負荷運転状態であって機関負荷の変動量が小さい期間が、一定期間以上継続したときに、再生条件を満たしていると判別される。

ステップ５３において、再生条件を満たしていないと判別されたときには、ステップ５９に進んで、通常の過給圧制御と通常のＥＧＲ制御が行われる。これに対し、ステップ５３において再生条件を満たしていると判別されたときには、ステップ５４に進んで、パティキュレートフィルタ１５の温度ＴＧが取得される。本発明による実施例では、温度センサ２４によりパティキュレートフィルタ１５の温度ＴＧが取得される。次いで、ステップ５５では、パティキュレートフィルタ１５の温度に基づいて、再生のための要求空気量ｔＧegrが算出される。更に、ステップ５５では、圧力センサ２１により検出された機関の運転状態に応じたコンプレッサ出口圧Ｐｃに、再生のための要求空気量ｔＧegrから求められた差圧（ΔＰｔ―ΔＰo）（図３Ｂ）を加算することによって目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃが算出される。

次いで、ステップ５６では、圧力センサ２０および圧力センサ２１の出力信号に基づき、図５を参照しつつ説明した方法でもって、マニホルド圧Ｐｍを変化させることなく、コンプレッサ出口圧Ｐｃが目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃになるように、ウェストゲートバルブ装置１７によりＷＧＶ開度が制御されると共に、ＥＧＲ弁１９の開度が制御される。次いで、ステップ５７では、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了したか否かが判別される。本発明による実施例では、差圧センサ２３の出力信号からパティキュレートフィルタ１５の前後差圧が小さな一定値以下になったと判断されたときには、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了したと判別される。ステップ５７において、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了していないと判別されたときには処理サイクルを終了し、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了したと判別されたときにはステップ５８に進んで再生フラグがリセットされ、次いで、処理サイクルを終了する。

図７から図９に第２実施例を示す。パティキュレートフィルタ１５の再生要求があったときに機関の運転状態は、図３Ａに示される再生制御領域ＳＳ、即ち、機関高負荷運転領域にあるが、このときマニホルド圧Ｐｍが低く、このときパティキュレートフィルタ１５の入口の圧力よりもマニホルド圧Ｐｍの方が低かった場合には、ＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に吸入空気の一部を供給することができない。この第２実施例では、このような場合でも、ＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に吸入空気の一部を供給し得るように、機関の運転状態を低回転、高トルク側に変更して過給圧を高めることによりマニホルド圧Ｐｍを上昇させ、それにより、本発明による再生方法を用いたパティキュレートフィルタ１５の再生を行い得るようにしている。この場合、この第２実施例では、自動変速機２５の変速段を低い段位から高い段位にシフトアップすることによって、機関の運転状態を低回転、高トルク側に変更するようにしている。次に、この第２実施例によるパティキュレートフィルタ１５の再生制御について、図７に示されるタイムチャートを参照しつつ説明する。

図７を参照すると、図７には、図４と同様な、加速運転の終期から機関の運転が安定するまでの間における車速、アクセルペダル４０の踏み込み量（アクセル開度）、エンジントルク、圧力（コンプレッサ出口圧Ｐｃとマニホルド圧Ｐｍ）、ＷＧＶ開度（ウェストゲートバルブ開度）、ＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給される空気量Ｇegr およびＥＧＲ弁開度の時間的変化に加えて、自動変速機２５のギヤ段およびエンジン回転数の時間的変化が示されている。また、図７は、機関が、図３Ａに示される再生制御領域ＳＳ、即ち、機関高負荷運転領域において運転されているときに、パティキュレートフィルタ１５の再生要求があった場合を示している。

図７を参照すると、加速運転が終了し、ほぼ定常な機関運転状態が一定期間継続すると、図７の変速で示される期間において、自動変速機２５のギヤ段のシフトアップ作用が行われ、それにより、過給圧が高められてマニホルド圧Ｐｍが上昇せしめられる。マニホルド圧Ｐｍが上昇せしめられると、図４に示される第１実施例と同様に、図７のファイアリング中ＧＰＦ再生実施で示される期間、パティキュレートフィルタ１５の再生制御が行われる。このパティキュレートフィルタ１５の再生を行う際には、パティキュレートフィルタ１５の温度に基づいて、再生のための要求空気量ｔＧegrが算出され、機関の出力が変化しないようにマニホルド圧Ｐｍを、機関運転状態に応じた図２Ｂに示されるマニホルド圧Ｐｉｊに維持しつつ、パティキュレートフィルタ１５への供給空気量Ｇegrが、再生のための要求空気量ｔＧegrとなるように、ＷＧＶ開度が徐々に減少されてコンプレッサ出口圧Ｐｃが目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃまで徐々に増大せしめられると共に、ＥＧＲ弁１９が徐々に開弁される。

ＥＧＲ弁１９が開弁すると、吸入空気の一部がＥＧＲ通路１８を介してパティキュレートフィルタ１５に供給され、パティキュレートフィルタ１５上に堆積したパティキュレートの燃焼除去作用が行われる。パティキュレートフィルタ１５の再生が完了すると、図７の変速で示される期間において、今度は、自動変速機２５のギヤ段のシフトダウン作用が行われ、機関が、再び、再生制御前の運転状態でもって運転されるようになる。

次に、図８および図９を参照しつつ、第２実施例におけるパティキュレートフィルタの再生制御について説明する。図８および図９は、この第２実施例における再生制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは、例えば一定時間毎の割込みによって実行される。

図８および図９を参照すると、まず初めにステップ８０において、パティキュレートフィルタ１５を再生すべきであることを示す再生フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされていないときにはステップ８１に進んで、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要であるか否かが判別される。この第２実施例でも、差圧センサ２３の出力信号からパティキュレートフィルタ１５の前後差圧が閾値を越えたと判断されたときには、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要であると判別される。ステップ８１において、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要でないと判別されたときには、ステップ９３に進んで、ＷＧＶ（ウェストゲートバルブ）の通常制御とＥＧＲ弁の通常制御とトランスミッションの通常制御、即ち、通常の過給圧制御と通常のＥＧＲ制御と通常の自動変速制御が行われる。

これに対し、ステップ８１において、パティキュレートフィルタ１５の再生が必要であると判別されたときには、ステップ８２に進んで再生フラグがセットされ、次いで、ステップ８３に進む。再生フラグが一旦セットされると、次の処理サイクルでは、ステップ８０からステップ８３にジャンプする。ステップ８３では、パティキュレートフィルタ１５の再生条件を満たしているか否かが判別される。この第２実施例においても、図４に示される第１実施例と同様に、アクセル開度センサ４１の出力信号に基づき、以下の三つの条件を満たしていると判断されたときに、再生条件を満たしていると判別される。
（１）アクセル開度＞再生実施移行閾値
（２）上限閾値＞アクセル開度時間変化率＞下限閾値
（３）（１）および（２）の状態の継続時間＞再生実施移行閾値
即ち、機関の運転状態が再生制御領域ＳＳ、即ち、機関高負荷運転状態であって機関負荷の変動量が小さい期間が、一定期間以上継続したときに、再生条件を満たしていると判別される。

ステップ８３において、再生条件を満たしていないと判別されたときには、ステップ９３に進んで、通常の過給圧制御と通常のＥＧＲ制御と通常の自動変速制御が行われる。これに対し、ステップ８３において再生条件を満たしていると判別されたときには、ステップ８４に進んで、圧力センサ２０の出力信号に基づいて、マニホルド圧Ｐｍが、本発明による再生方法を用いてパティキュレートフィルタ１５を再生し得るマニホルド圧ＰｍＸよりも高いか否かが判別される。マニホルド圧Ｐｍがマニホルド圧ＰｍＸよりも高いと判別されたときには、ステップ８５に進んで、パティキュレートフィルタ１５の温度ＴＧが取得される。この第２実施例においても、図４に示される第１実施例と同様に、温度センサ２４によりパティキュレートフィルタ１５の温度ＴＧが取得される。次いで、ステップ８６では、パティキュレートフィルタ１５の温度に基づいて、再生のための要求空気量ｔＧegrが算出される。更に、ステップ８６では、圧力センサ２１により検出された機関の運転状態に応じたコンプレッサ出口圧Ｐｃに、再生のための要求空気量ｔＧegrから求められた差圧（ΔＰｔ―ΔＰo）（図３Ｂ）を加算することによって目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃが算出される。

次いで、ステップ８７では、圧力センサ２０および圧力センサ２１の出力信号に基づき、図５を参照しつつ説明した方法でもって、マニホルド圧Ｐｍを変化させることなく、コンプレッサ出口圧Ｐｃが目標コンプレッサ出口圧ｔＰｃになるように、ウェストゲートバルブ装置１７によりＷＧＶ開度が制御されると共に、ＥＧＲ弁１９の開度が制御される。次いで、ステップ８８では、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了したか否かが判別される。この第２実施例でも、差圧センサ２３の出力信号からパティキュレートフィルタ１５の前後差圧が小さな一定値以下になったと判断されたときには、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了したと判別される。ステップ８８において、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了していないと判別されたときには処理サイクルを終了し、パティキュレートフィルタ１５の再生が完了したと判別されたときにはステップ８９に進んで再生フラグがリセットされ、次いで、処理サイクルを終了する。

一方、ステップ８４において、マニホルド圧Ｐｍがマニホルド圧ＰｍＸよりも高くないと判別されたときには、ステップ９０に進んで、自動変速機２５の現在のギヤ段Ｓ_０と、本発明による再生方法を用いてパティキュレートフィルタ１５を再生するのに必要な目標ギヤ段Ｓとが求められる。次いで、ステップ９１では、現在のギヤ段Ｓ_０が目標ギヤ段Ｓとなったか否かが判別される。現在のギヤ段Ｓ_０が目標ギヤ段Ｓではないと判別されたときには、ステップ９２に進んで、現在のギヤ段Ｓ_０が１段だけシフトアップされる。次いで、処理サイクルを終了する。一方、ステップ９１において、現在のギヤ段Ｓ_０が目標ギヤ段Ｓになったと判別されたときには、処理サイクルを終了する。

このように、本発明によれば、過給用の排気ターボチャージャ８を具備しており、機関排気通路内に排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂが配置されており、排気タービン８ｂを迂回して排気タービン８ｂ上流の排気通路１２と排気タービン８ｂ下流の排気通路１３とを連結するバイパス通路１６と、バイパス通路１６内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置１７と、排気タービン８ｂ下流の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタ１５と、排気タービン８ｂとパティキュレートフィルタ１５間の排気通路１３を排気ターボチャージャ８の吸気コンプレッサ８ａ下流の機関吸気通路に連結するＥＧＲ通路１８と、ＥＧＲ通路１８内に配置されて排気通路１３から機関吸気通路内に再循環されるＥＧＲガス量を制御するＥＧＲガス量制御装置とを具備しており、機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタ１５の再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置１７とＥＧＲガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部が、ＥＧＲ通路１８を介して、パティキュレートフィルタ１５に供給される。

４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
８ 排気ターボチャージャ
１５ パティキュレートフィルタ
１７ ウェストゲートバルブ装置
１８ ＥＧＲ制御弁

Claims (1)

1. 過給用の排気ターボチャージャを具備しており、機関排気通路内に排気ターボチャージャの排気タービンが配置されており、排気タービンを迂回して排気タービン上流の排気通路と排気タービン下流の排気通路とを連結するバイパス通路と、バイパス通路内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置と、排気タービン下流の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、排気タービンとパティキュレートフィルタ間の排気通路を排気ターボチャージャの吸気コンプレッサ下流の機関吸気通路に連結するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路内に配置されて排気通路から機関吸気通路内に再循環されるＥＧＲガス量を制御するＥＧＲガス量制御装置とを具備しており、機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタの再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置とＥＧＲガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部を、ＥＧＲ通路を介して、パティキュレートフィルタに供給する内燃機関の排気浄化装置。

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