特開 2024-136731 内燃機関の排気制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136731

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】内燃機関の排気制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/04 20060101AFI20240927BHJP

   F01N 3/023 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

F02D41/04

F01N3/023

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047943

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100183689

【弁理士】

【氏名又は名称】諏訪 華子

(74)【代理人】

【識別番号】110003649

【氏名又は名称】弁理士法人真田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北村 信二

【テーマコード（参考）】

3G190

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G190AA02

3G190AA16

3G190CA01

3G190DA01

3G190DB02

3G190DB05

3G190EA01

3G190EA14

3G190EA22

3G190EA26

3G190EA42

3G301HA11

3G301HA13

3G301JA15

3G301KA16

3G301KA21

3G301NA08

3G301ND02

3G301NE01

3G301NE06

3G301PA01

3G301PA07

3G301PA10

3G301PB10

3G301PD11

3G301PD14

3G301PE01

3G301PE06

3G301PE08

(57)【要約】

【課題】排気通路内の煤を自動的に除去し、エンジン性能を確保しつつ利便性を高められる内燃機関の排気制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気制御装置２０は、内燃機関１の排気通路３内に存在する煤の量を推定煤量として算出する算出部２１と、算出部２１で算出された推定煤量が所定量を超えた場合に、内燃機関１の排気流量を増大させて排気通路３内の煤を除去する煤除去制御を行う第一制御部２２と、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気通路内に存在する煤の量を推定煤量として算出する算出部と、
前記推定煤量が所定量を超えた場合に、前記内燃機関の排気流量を増大させて前記煤を除去する煤除去制御を行う第一制御部と、を備えた
ことを特徴とする、内燃機関の排気制御装置。

【請求項2】

前記第一制御部は、前記煤除去制御において、前記内燃機関の回転数を増加させることで前記排気流量を増大させる
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気制御装置。

【請求項3】

前記内燃機関と、
前記内燃機関と駆動輪とを繋ぐ動力伝達経路上に介装されたクラッチと、
前記内燃機関の吸気通路に介装され、吸気を過給する過給機と、を備えた車両に適用される前記排気制御装置であって、
前記第一制御部は、アクセルオフでの減速時には、前記煤除去制御において、前記クラッチの切断状態で前記内燃機関の回転数を増加させるとともに前記過給機の過給圧を高めることで前記排気流量を増大させる
ことを特徴とする、請求項２記載の内燃機関の排気制御装置。

【請求項4】

前記内燃機関と、
前記内燃機関と駆動輪とを繋ぐ動力伝達経路上に介装されたクラッチと、を備えた車両に適用される前記排気制御装置であって、
前記第一制御部は、アクセル開度が０以外の略一定の走行時に、前記煤除去制御において、シフトダウンして前記クラッチを接続することで前記内燃機関の回転数を増加させて前記排気流量を増大させる
ことを特徴とする、請求項２又は３記載の内燃機関の排気制御装置。

【請求項5】

前記内燃機関には、前記排気通路に介装され、前記内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタが設けられ、
所定の第一開始条件が成立した場合に、前記内燃機関の排気温度を高めて前記フィルタに捕集された前記粒子状物質を焼却する再生制御を実施する第二制御部を備え、
前記第二制御部は、前記第一制御部により前記煤除去制御が実施された場合には、前記第一開始条件を緩和した第二開始条件が成立した場合に前記再生制御を開始する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気制御装置。

【請求項6】

前記第二制御部は、前記第二開始条件の成立に従い開始した第二の前記再生制御では、前記第一開始条件の成立に従い開始する通常の前記再生制御と比較して、前記排気温度の目標値を低くする
ことを特徴とする、請求項５記載の内燃機関の排気制御装置。

【請求項7】

前記第二制御部は、前記第二の再生制御では、前記通常の再生制御と比較して、当該制御の実施時間を長くする
ことを特徴とする、請求項６記載の内燃機関の排気制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件は、内燃機関（以下、「エンジン」ともいう）の排気通路内に存在する煤を除去する制御を行う排気制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば車両や船舶等に搭載されるエンジンの排気は、排気通路を通じて車外や船外等に排出されるが、この排気には煤が含まれているため、エンジンの作動時間や作動形態によっては、排気通路を含む排気系に煤が堆積していくことが知られている。例えば特許文献１には、排気の一部を吸気に還流させるＥＧＲ配管の内壁に、煤が堆積しているか否かを判定する技術が開示されている。この技術では、煤の堆積状況を推定し、堆積していると判定した場合には、ドライバに対して、ランプ点灯等で、その旨を知らせている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－８９０７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記の特許文献１の技術では、煤の堆積状況を知らせるのみであるため、煤の堆積状況を知ったドライバが適切な対応をとる必要があり、ドライバの負担が大きい。そのため、排気通路内に存在する（堆積する）煤の量を把握し、自動的に（ドライバの手を煩わせることなく）煤を除去することができれば、エンジン性能を確保しつつ利便性の向上を図れる。

【0005】

本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、排気通路内の煤を自動的に除去し、エンジン性能を確保しつつ利便性を高めることを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

開示の内燃機関の排気制御装置は、以下に開示する態様（適用例）として実現でき、上記の課題の少なくとも一部を解決する。態様２以降の各態様は、何れもが付加的に適宜選択されうる態様であって、何れもが省略可能な態様である。態様２以降の各態様は、何れもが本件にとって必要不可欠な態様や構成を開示するものではない。

【0007】

態様１．開示する内燃機関の排気制御装置は、内燃機関の排気通路内に存在する煤の量を推定煤量として算出する算出部と、前記推定煤量が所定量を超えた場合に、前記内燃機関の排気流量を増大させて前記煤を除去する煤除去制御を行う第一制御部と、を備えている。
態様２．上記の態様１において、前記第一制御部は、前記煤除去制御において、前記内燃機関の回転数を増加させることで前記排気流量を増大させることが好ましい。

【0008】

態様３．上記の態様２において、前記排気制御装置は、前記内燃機関と、前記内燃機関と駆動輪とを繋ぐ動力伝達経路上に介装されたクラッチと、前記内燃機関の吸気通路に介装され、吸気を過給する過給機と、を備えた車両に適用される前記排気制御装置であることが好ましい。この場合、前記第一制御部は、アクセルオフでの減速時には、前記煤除去制御において、前記クラッチの切断状態で前記内燃機関の回転数を増加させるとともに前記過給機の過給圧を高めることで前記排気流量を増大させることが好ましい。

【0009】

態様４．上記の態様２又は３において、前記排気制御装置は、前記内燃機関と、前記内燃機関と駆動輪とを繋ぐ動力伝達経路上に介装されたクラッチと、を備えた車両に適用される前記排気制御装置であることが好ましい。この場合、前記第一制御部は、アクセル開度が０以外の略一定の走行時に、前記煤除去制御において、シフトダウンして前記クラッチを接続することで前記内燃機関の回転数を増加させて前記排気流量を増大させることが好ましい。

【0010】

態様５．上記の態様１～４のいずれかにおいて、前記内燃機関には、前記排気通路に介装され、前記内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタが設けられることが好ましい。この場合、前記排気制御装置は、所定の第一開始条件が成立した場合に、前記内燃機関の排気温度を高めて前記フィルタに捕集された前記粒子状物質を焼却する再生制御を実施する第二制御部を備え、前記第二制御部は、前記第一制御部により前記煤除去制御が実施された場合には、前記第一開始条件を緩和した第二開始条件が成立した場合に前記再生制御を開始することが好ましい。

【0011】

態様６．上記の態様５において、前記第二制御部は、前記第二開始条件の成立に従い開始した第二の前記再生制御では、前記第一開始条件の成立に従い開始する通常の前記再生制御と比較して、前記排気温度の目標値を低くすることが好ましい。
態様７．上記の態様６において、前記第二制御部は、前記第二の再生制御では、前記通常の再生制御と比較して、当該制御の実施時間を長くすることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

開示の内燃機関の排気制御装置によれば、排気流量を増大させることで煤を吹き飛ばすことができるため、自動的に（ドライバの手を煩わせることなく）煤を除去でき、エンジン性能を確保しつつ利便性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る排気制御装置を備えた内燃機関を示す模式図である。

【図2】図１の排気制御装置で実施される煤除去制御のフローチャート例である。

【図3】図１の排気制御装置で実施される再生制御のフローチャート例である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図面を参照して、実施形態としての内燃機関（以下、「エンジン」ともいう）の排気制御装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

【0015】

［１．装置構成］
本実施形態の内燃機関（以下、「エンジン」ともいう）は、図示しない車両に搭載される。この車両は、駆動源としてのエンジンが搭載されたエンジン自動車、あるいは、駆動源としてのエンジン及びモータと発電装置としてのジェネレータと蓄電装置としてのバッテリ（電池パック）とが搭載されたハイブリッド自動車（ハイブリッド電気自動車，ＨＥＶ，Hybrid Electric Vehicle）またはプラグインハイブリッド自動車（プラグインハイブリッド電気自動車，ＰＨＥＶ，Plug-in Hybrid Electric Vehicle）である。プラグインハイブリッド自動車とは、バッテリに対する外部充電またはバッテリからの外部給電が可能なハイブリッド自動車を意味する。プラグインハイブリッド自動車と電気自動車とには、外部充電設備からの電力が送給される充電ケーブルを差し込むための充電口（インレット）や外部給電用のコンセント（アウトレット）が設けられる。

【0016】

エンジンの種類はディーゼルエンジンであってもよいし、ガソリンエンジンであってもよい。エンジンの気筒数や気筒の配置，燃料噴射形態（直噴，ポート噴射），吸気弁や排気弁のバルブリフト量及びバルブタイミングを変更する機構の有無なども、特に限られない。また、排気の一部を吸気通路に還元するＥＧＲシステム（高圧ＥＧＲシステム，低圧ＥＧＲシステム）の有無も特に限られない。以下の説明では、多気筒の直噴ディーゼルエンジンであって、高圧ＥＧＲシステムを備えたものを例示する。

【0017】

図１に示すように、エンジン１は、吸気通路２と排気通路３とを備え、これらの通路２，３に介装された各種機器とセンサ類を備える。本実施形態のエンジン１は、吸気通路２と排気通路３とに跨って介装された過給機４を備える。エンジン１の吸気通路２には、上流側から順に、エアクリーナ５（エアフィルタ），過給機４のコンプレッサ（図示略），インタークーラ６，スロットルバルブ７，サージタンク８が介装される。また、エンジン１の排気通路３には、上流側から順に、過給機４のタービン（図示略），触媒９及びフィルタ１０が介装される。触媒９及びフィルタ１０は排気浄化装置の一例であり、ケーシングに内蔵される。

【0018】

本実施形態の過給機４は、排気圧を利用して吸気を過給する機器であり、排気圧（排気のエネルギ）によってタービンを回転させ、タービンと同軸上に設けられたコンプレッサで吸気（空気）を圧縮して、高圧の吸気をエンジン１の気筒へ送り込む。本実施形態の過給機４はさらに、過給圧（吸気圧力）を制御可能な可変容量ターボチャージャである。すなわち、過給機４のタービンのタービンブレードに複数の可変ベーンが付設されており、アクチュエータ４Ａにより可変ベーンの開度を調整，変更することで過給圧を制御可能となっている。なお、アクチュエータ４Ａの作動状態は、後述する制御装置２０により制御される。

【0019】

吸気通路２に導入された吸気は、エアクリーナ５で濾過され、過給機４のコンプレッサにより圧縮されたのち、インタークーラ６で冷却される。さらにその後、吸気は、スロットルバルブ７により流量が調整されるとともに、サージタンク８において一時的に溜められた後、吸気ポート側へと流れる。

【0020】

一方、エンジン１の排気ポートから排出された排気は、過給機４のタービンを回したのち、触媒９において、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）成分や一酸化炭素（ＣＯ），窒素酸化物（ＮＯｘ）等が浄化される。さらにその後、排気は、フィルタ１０において、排気に含まれる煤等の粒子状物質（Particulate Matter，ＰＭ）が捕集されたのち、車外へと排出される。なお、排気通路３上に介装される排気浄化装置は触媒９及びフィルタ１０に限られず、いずれか一方だけでもよいし、これら以外の触媒（酸化触媒，三元触媒，ＮＯｘトラップ触媒）が設けられてもよい。

【0021】

本実施形態のエンジン１は、排気の一部を吸気側へと還流させるＥＧＲシステム１１を有する。ＥＧＲシステム１１は、排気通路３における過給機４よりも上流側（排気ポート側）と、吸気通路２における過給機４よりも下流側（吸気ポート側）とを繋ぐＥＧＲ通路１２を有する。すなわち、このＥＧＲシステム１１は高圧ＥＧＲシステムである。ＥＧＲ通路１２上には、ＥＧＲガス量（還流させる排気流量）を調整するＥＧＲバルブ１３と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１４とが介装される。ＥＧＲバルブ１３を閉弁することでＥＧＲガス量が０となり、排気ポートから排出された排気がすべて下流側へと流れる。一方、ＥＧＲバルブ１３の開度を大きくするほどＥＧＲガス量が増え、その分、下流側へ流れる排気流量が減る。

【0022】

エンジン１には、運転状態に関する情報を取得するための各種センサが設けられる。本実施形態のエンジン１は、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ３０と、吸気系に設けられた吸気流量センサ３１，吸気温度センサ３２，吸気圧センサ３３，ＥＧＲ温度センサ３４と、排気系に設けられた排気温度センサ３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，差圧センサ３６とを有する。

【0023】

吸気流量センサ３１及び吸気温度センサ３２は過給機４の上流側に設けられ、吸気圧センサ３３はスロットルバルブ７の下流かつＥＧＲ通路１１の接続箇所の上流に設けられる。これらのセンサ３１，３２，３３は、それぞれの設置位置における吸気の流量，温度，圧力をそれぞれ検出する。ＥＧＲ温度センサ３４はサージタンク８に設けられており、この位置での吸気（ＥＧＲガスが吸気通路２に導入された場合にはＥＧＲガスを含む吸気）の温度を検出する。

【0024】

排気温度センサ３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは、過給機４の下流側に設けられ、それぞれの設置位置における排気の温度を検出する。ここでは、触媒９の直上流と、フィルタ１０の直上流及び直下流とのそれぞれに排気温度センサ３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃが配置された構成を例示する。差圧センサ３６は、フィルタ１０の上流圧力と下流圧力との差圧を検出する。これらのセンサ３１～３６で検出された情報は、制御装置２０に送信される。

【0025】

本実施形態ではさらに、車両１の車速を検出する車速センサ３７と、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３８とが設けられる。これらのセンサ３７，３８で検出された情報も、制御装置２０に送信される。なお、これらのセンサはその配置も含めて一例である。また、これらのセンサの他に、エンジン１の運転状態や車両の状態を検出するセンサ（排気流量センサ，エンジン水温センサ，トルクセンサ，ブレーキセンサ等）が設けられてもよい。

【0026】

制御装置２０（排気制御装置）は、エンジン１の運転状態を司る電子制御装置（コンピューター）であり、ＣＰＵ，ＭＰＵなどのプロセッサ装置やＲＯＭ，ＲＡＭなどのメモリ装置を集積した電子デバイスである。本実施形態の制御装置２０は、車載ネットワークに接続されて、車両の状態（情報）を取得しうる。

【0027】

制御装置２０は、排気通路３内に存在する煤の量が所定量を超えた場合に、その煤を除去する制御（以下、「煤除去制御」という）を実施する。すなわち、本実施形態のエンジン１及びこのエンジン１を備えた車両では、ドライバの手を煩わせることなく、制御装置２０が自動的に煤を除去し、エンジン１の性能を確保する。また、本実施形態の制御装置２０は、フィルタ１０に堆積したＰＭを除去する必要がある場合に、フィルタ１０の再生制御を実施する。

【0028】

［２．制御構成］
制御装置２０は、上記の煤除去制御を実施するための機能要素として、算出部２１及び煤除去制御部２２（第一制御部）を有し、上記の再生制御を実施するため機能要素として、再生制御部２３（第二制御部）を有する。これらの要素２１～２３は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

【0029】

［２－１．煤除去制御］
まず、煤除去制御について説明する。算出部２１は、排気通路３内に存在する煤の量を推定煤量として算出するものである。排気ポートから排出される排気には煤が含まれており、排気が流れる過程で、その一部が排気通路３内に留まって堆積しうる。なお、ここでいう排気通路３内には、排気通路３の内壁のほか、過給機４のタービンに付設された可変ベーンの表面や、排気浄化装置のケーシングの内壁も含まれる。

【0030】

発明者による実験の結果、排気通路３内に溜まる煤の量は、おもに排気流量に依存することがわかった。具体的には、排気流量が０から所定流量までは、排気流量が多くなるほど溜まる煤の量が多くなり、この所定流量以降は、排気流量が多くなるほど溜まる煤の量が減少することがわかった。これは、排気流量が多いほど流速も高くなるため、所定流量を超えて以降は、排気に含まれる煤が排気通路３内に留まらなくなり、さらに、排気の勢いにより、排気通路３内に溜まり始めた煤が吹き飛ばされるようになるからである。

【0031】

したがって、算出部２１は、排気流量に基づいて推定煤量を算出することが好ましい。この算出方法としては、例えば、排気流量と推定煤量との二次元マップを予め制御装置２０に記憶しておき、実際の排気流量を二次元マップに適用してその時点での現在推定煤量を求め、これをエンジン１の作動時間（排気が流通する時間）のあいだ積算する方法が挙げられる。実際の排気流量は、吸気流量センサ３１で検出された吸気流量，エンジン回転数センサ３０で検出されたエンジン回転数，ＥＧＲバルブ１３の開度情報などから算出可能である。あるいは、排気通路に排気流量センサを設けて、センサ値を取得してもよい。

【0032】

また、排気通路３内に溜まる煤の量は、そもそも排気に含まれる煤の量（排気中の煤の割合、以下、「スモーク濃度」という）によっても変化しうる。なお、スモーク濃度は、エンジン１の運転状態〔例えば、燃料噴射量（空燃比），エンジン水温など〕によって変化しうる。

【0033】

したがって、算出部２１は、排気流量及びスモーク濃度に基づいて推定煤量を算出することがより好ましい。この算出方法としては、例えば、排気流量とスモーク濃度と推定煤量との三次元マップを予め制御装置２０に記憶しておき、実際の排気流量及びスモーク濃度を三次元マップに適用してその時点での推定煤量を求め、これをエンジン１の作動時間（排気が流通する時間）のあいだ積算する方法が挙げられる。実際のスモーク濃度は、エンジン１の運転状態に基づき、数式やマップ等を用いて算出すればよい。

【0034】

あるいは、エンジン１の作動中に排出される煤の量及びスモーク濃度を固定値とみなし、エンジン１の作動時間のみから推定煤量を算出する方法も挙げられる。すなわち、算出部２１が、エンジン１の作動時間（タイマーカウント値）のみに基づいて推定煤量を算出してもよい。この方法であれば、上記の二つの方法と比較して、算出精度は劣るものの、排気流量の演算や検出，スモーク濃度の演算，二次元マップや三次元マップといった情報が不要となるため、簡素化が可能である。

【0035】

なお、算出部２１は、排気の勢いにより排気通路３内の煤が吹き飛ばされるほどの排気流量が算出又は検出された場合、例えばエンジン１が高回転高負荷運転となった場合には、上記の積算した値及びタイマーカウント値を０にリセットすることが好ましい。これにより、通常のエンジン１の運転状態で排気通路３から煤が除去された場合には、煤除去制御が実施されないこととなり、不要な制御の実施が抑制される。

【0036】

煤除去制御部２２は、算出部２１で算出された推定煤量が所定量を超えた場合に、煤除去制御を実施するものである。煤除去制御では、エンジン１の排気流量を増大させることで、排気通路３内に堆積した煤を吹き飛ばして除去（排出）する。つまり、煤除去制御は、排気の流れ（勢い）を利用した物理的な方法である。この方法であれば、一時的に排気流量を増大させるだけでよいため、数秒程度で除去が完了する。吹き飛ばされた煤は、下流側に位置するフィルタ１０で捕集されうる。なお、フィルタ１０が存在しない場合には、吹き飛ばされた煤がテールパイプからそのまま排出される。

【0037】

煤除去制御の開始条件は、推定煤量が所定量を超えることである。この所定量は予め設定された固定値でもよいし、エンジン１の作動状態や車両の状態に応じて変更されうる可変値であってもよい。所定量は、例えば、フィルタ１０を備えている場合には、フィルタ１０で捕集可能なＰＭの量（フィルタ１０の容量）を超えない値に設定され、フィルタ１０を備えていない場合には、テールパイプからの黒煙吐出を確実に防止できる値に設定される。

【0038】

煤除去制御において排気流量を増大させる方法としては、以下の三つが挙げられる。
方法１．エンジン回転数を増加させる
方法２．過給圧を高める
方法３．ＥＧＲバルブ１３を閉じる（ＥＧＲ開度＝０とする）
以下、これらの方法について説明する。

【0039】

方法１は、エンジン１が備える機器（過給機４及びＥＧＲシステム１１）によらず実施可能な方法である。方法２は、エンジン１が過給機４を備える場合に実施可能な方法である。方法３は、エンジン１が、高圧のＥＧＲシステム１１を備える場合に実施可能な方法である。煤除去制御部２２は、これらの方法１～３を単独使用も併用も可能であり、好ましくは、方法１を使用し、且つ、エンジン１が備える機器に応じて方法２及び３の一方又は双方も併用する。

【0040】

本実施形態の煤除去制御部２２は、方法１を使用し、状況に応じて方法２を併用する。すなわち、煤除去制御部２２は、まずはエンジン回転数を増加させることで排気流量の増大を図る。エンジン回転数を増加させる方法としては、以下の二つが挙げられる。
方法１－１．クラッチの切断状態で燃料噴射量を増やす
方法１－２．シフトダウンしてクラッチを接続状態とする

【0041】

ここでいうクラッチとは、エンジン１と車両の駆動輪とを繋ぐ動力伝達経路上に介装された動力断接機構であり、クラッチが接続されていればエンジン１の動力が駆動輪に伝達され、クラッチが切断されるとエンジン１の動力が駆動輪に伝達されない。クラッチの断接状態は、制御装置２０（例えば、煤除去制御部２２）により制御されてもよいし、制御装置２０とは別の電子制御装置により制御されるとともにその断接状態が制御装置２０に伝達されてもよい。制御装置２０は、少なくともクラッチの断接状態を把握できればよい。

【0042】

煤除去制御部２２は、車両の走行状態（より具体的には、アクセル開度）に応じて、上記の方法１－１又は方法１－２を択一的に選択して煤除去制御を実施する。これは、方法１－１ではクラッチが切断された状態であるため、エンジン１の動力が駆動輪に伝達されなくなっても問題ない（走行に影響しない）状況、すなわちアクセルオフでの減速時でなければならないからである。

【0043】

したがって、本実施形態の煤除去制御部２２は、アクセルオフ（アクセル開度が０）の減速時に、方法１－１を選択する。以下、アクセルオフでの減速時に実施される煤除去制御を「第一煤除去制御」ともいう。アクセルオフの状態では、ドライバの要求トルク（おもにアクセル開度）に基づく制御を実施するだけではエンジン回転数は下がっていくが、第一煤除去制御により、クラッチが切断された状態で燃料噴射量を増やすため、強制的に（ドライバの意思であるアクセル開度とは関係なく）エンジン回転数が高められる。

【0044】

本実施形態の煤除去制御部２２は、さらにこの場合（すなわち方法１－１を選択した場合）、上記の方法２を併用する。つまり、煤除去制御部２２は、第一煤除去制御において、クラッチの切断状態でエンジン回転数を増加させるとともに過給機４の過給圧を高めることで排気流量を増大させる。これにより、走行に影響を与えることなく排気流量が一時的に増量され、排気通路３内の煤が効率的に除去される。なお、煤除去制御部２２は、このタイミングで方法３も併用してもよい。ＥＧＲバルブ１３を閉じることで、増量した排気の全てが煤除去のために使用される。

【0045】

過給圧を高める方法としては、以下の三つが挙げられる。
方法２－１．燃料噴射時期を遅角し、排気エネルギーを過給機に供給する
方法２－２．可変容量ターボチャージャの場合、可変ベーンの開度を小さくする
方法２－３．電気式ターボチャージャの場合、電力でタービンを回す
いずれの方法も、吸気流量を増大させることで、結果的に排気流量を増大させる方法である。

【0046】

方法２－１は、過給機４の種類によらず実施可能な方法である。燃料の噴射時期を遅角することで、エンジン出力として使用されなかったエネルギー（ピストンを押し下げることに使用されなかったエネルギー）が排気ポートから排出される。この排気エネルギーを過給機４で使うことで過給圧を高めて、吸気流量を増大させる。方法２－２は、過給機４が可変容量ターボチャージャの場合に実施可能な方法であり、可変ベーンの開度を小さくすることでタービンブレードの回転数が増し、吸気流量を増大させる。方法２－３は、過給機４が電気式ターボチャージャ（電動過給機）の場合に実施可能な方法であり、電力を使ってタービンブレードの回転速度を高めることで吸気流量を増大させる。なお、電動過給機の場合には、エンジン１の吸気通路に介装され、排気圧の代わりに電力を利用してタービンを回す。方法２－１～２－３は単独使用が可能であり、方法２－１のみ、方法２－２又は２－３と併用が可能である。

【0047】

煤除去制御部２２は、アクセル開度が０以外で略一定の走行時には、上記の方法１－２を選択する。以下、アクセル開度が０以外で略一定の走行時に実施される煤除去制御を「第二煤除去制御」ともいう。アクセルオフではなく加速もしていない定常走行時には、クラッチの切断状態を維持できないことから、煤除去制御部２２は、シフトダウンしてクラッチを接続状態とすることによりエンジン回転数を増加させる。第二煤除去制御では、クラッチ接続状態で煤を除去でき、且つ、燃料噴射量を増やすことなくエンジン回転数を増加させることが可能である。ただし、方法１－２におけるシフトダウンに伴うエンジン回転数の増加量には限度がある。方法１－２では走行状態を維持しなければならない、すなわち、シフトダウン前とシフトダウン後で車速が急変しないようにしなければならないためである。よって、シフトダウンに伴うエンジン回転数の増加量は、クラッチを切断しての燃料噴射量によるエンジン回転数の増加量よりも小さくなる。そのため、方法１－１の方が方法１－２に比べて、煤を除去する能力は高い。

【0048】

なお、アクセルペダルが踏み込まれるような加速時には、その加速に伴いエンジン回転数が増加して排気流量が増大する。すなわち、加速時にはそもそも排気通路３内の煤が吹き飛ばされる可能性が高いため、上記の方法１－１及び１－２のいずれも選択されず、煤除去制御が実施されない。

【0049】

［２－２．再生制御］
次に、再生制御について説明する。再生制御とは、排気温度を高めて、フィルタ１０に捕集されたＰＭを焼却し、フィルタ１０の機能（能力）を再生させる制御である。つまり、再生制御は、排気中の酸素を利用して酸化反応させる化学的な方法である。この方法では、排気温度を上昇させる必要があるため、煤除去制御よりも時間を要し、例えば数分～数十分程度で除去が完了する。

【0050】

再生制御は、エンジン１の運転状態がフィルタ１０の再生に適した状態であり、かつ、所定の第一開始条件が成立した場合に、開始される。前者の条件（実施可能条件）は、例えば以下の条件Ａ～Ｃのいずれかに基づいて確認することができる。同様に後者の条件（第一開始条件）は、例えば条件Ｄ～Ｆのいずれかに基づいて確認することができる。

【0051】

条件Ａ．エンジン回転数が規定値以下である
条件Ｂ．スロットル開度が規定開度以下である
条件Ｃ．エンジン水温が規定温度以上である
条件Ｄ．ＰＭ堆積量が規定量以上である
条件Ｅ．フィルタ１０の上流圧力と下流圧力との差圧が規定値以上である
条件Ｆ．前回の再生制御の終了から所定時間が経過した

【0052】

再生制御部２３は、例えば条件Ａ～Ｃの少なくともいずれか一つ以上（好ましくは三つすべての条件）が成立する場合に、再生制御を実施することが可能な状態である（実施可能条件を満たす）と判断する。また、再生制御部２３は、例えば条件Ｄ～Ｆの少なくともいずれか一つ以上が成立する場合に、再生制御の第一開始条件が成立したと判断する。再生制御部２３は、実施可能条件及び第一開始条件の双方が成立したと判断した場合に再生制御を開始し、少なくとも一方の条件が成立しないと判断した場合には再生制御を実施しない。

【0053】

なお、エンジン回転数，エンジン水温，フィルタ１０の差圧は各種センサから取得可能であり、スロットル開度はスロットルバルブ７を制御する制御装置（制御装置２０や他の制御装置）から取得可能である。また、ＰＭ堆積量は、エンジン１の運転状態などから演算（推定）可能である。

【0054】

本実施形態の再生制御部２３は、煤除去制御部２２により煤除去制御が実施された場合には、上記の第一開始条件を緩和した第二開始条件が成立した場合に再生制御を開始する。すなわち、第二開始条件は第一開始条件より再生制御が開始され易い条件として設定される。これは、煤除去制御が実施されて煤が吹き飛ばされると、多くの煤（ＰＭ）がフィルタ１０に付着し、目詰まりを起こす可能性が高まるためである。つまり、煤除去制御の実施後は、再生制御が実施されやすくなるようにすることで、フィルタ１０の機能低下を抑制する。

【0055】

第二開始条件は、例えば、上記の条件Ｄ～Ｆを緩和した条件ｄ～ｆの少なくともいずれか一つが成立することである。
条件ｄ．ＰＭ堆積量が第二規定量（＜規定量）以上である
条件ｅ．差圧が第二規定値（＜規定値）以上である
条件ｆ．前回の再生制御の終了から第二所定時間（＜所定時間）が経過した

【0056】

あるいは、再生制御部２３は、推定したＰＭ堆積量を増量補正したり、差圧を増大補正したりしたのち、上記の条件Ｄ～Ｆを満たすか否かを判断することにより、第一開始条件を緩和してもよい。このように、条件Ｄ～Ｆの規定量や規定値等を変更する代わりに、規定量や規定値等と比較する値を補正することで第二開始条件としてもよい。以下、特に区別する場合には、第一開始条件（緩和されていない開始条件）が成立した場合に開始される再生制御を「通常の再生制御」といい、第二開始条件が成立した場合に開始される再生制御を「第二の再生制御」という。

【0057】

再生制御部２３は、第二の再生制御では、通常の再生制御と比較して、排気温度の目標値（目標排気温度）を低くする。上記の通り、再生制御では、排気温度を高めて、フィルタ１０に捕集されたＰＭを焼却させるが、第二の再生制御では、通常の再生制御と比べて多量のＰＭが燃えることが予想されるため、フィルタ１０が高温になりすぎる可能性がある。そこで、再生制御部２３は、第二の再生制御での目標排気温度を、通常の再生制御での目標排気温度よりも低くする。これにより、フィルタ１０の過度な温度上昇が抑制される。

【0058】

また、再生制御部２３は、第二の再生制御では、通常の再生制御と比較して、制御の実施時間を長くする。これは、第二の再生制御では目標排気温度を低めにするため、フィルタ１０に捕集されたＰＭが全て焼却されず、一部が燃え残る可能性が生じるが、この可能性をなくすためである。つまり、目標排気温度を抑えた分、長めに制御を実施することで、燃え残りをなくし、フィルタ１０の再生を確実に行う。なお、再生制御の実施時間は、予め設定された固定値でもよいし、再生制御中に検出又は推定された差圧やＰＭ堆積量などから決まる可変値でもよい。いずれにしても、第二の再生制御では、この実施時間が増大補正される。

【0059】

［３．フローチャート］
図２は、上記の煤除去制御を説明するためのフローチャート例であり、図３は、上記の再生制御を説明するためのフローチャート例である。これら二つのフローチャートは、いずれも制御装置２０において実施されるが、個別に、所定の演算周期で実施される。ただし、二つのフローチャート間において、後述するフラグＦの値は互いに共有される。

【0060】

まず、煤除去制御を説明する。図２に示すように、ステップＳ１では、各種センサ情報が取得され、ステップＳ２では、算出部２１が、取得された情報に基づいて推定煤量を算出する。ステップＳ３では、推定煤量が第一所定量（請求項における所定量）を超えているか否かが判定され、第一所定量以下であればフローをリターンする。この場合は、次の演算周期以降において、ステップＳ１～Ｓ３が繰り返される。このように、推定煤量を常に算出することで、最新の推定煤量を用いて、煤除去制御の要否を判定可能である。例えば、推定煤量が第一所定量に近づいていたとしても、加速によって排気通路３内の煤が自然と吹き飛ばされたような場合には、ステップＳ２での推定煤量の値が小さくなるため、煤除去制御の実施が保留される。

【0061】

ステップＳ３において、推定煤量が第一所定量を超えた場合は、ステップＳ４において、アクセルオフであるか否かが判定される。アクセルオフである場合は、第一煤除去制御を実施可能であるため、ステップＳ５においてクラッチが切断状態とされ、第一煤除去制御が実施される（ステップＳ６）。具体的には、燃料噴射量を増やすことでエンジン回転数を増加させ（方法１－１）、方法２－１～２－３の少なくとも一つを使って過給圧を高める。また、このとき、ＥＧＲバルブ１３を閉じてもよい。

【0062】

第一煤除去制御が終了したら、ステップＳ７においてクラッチが接続状態とされる。そして、ステップＳ１０において、フラグＦがＦ＝１に設定されて、このフローをリターンする。フラグＦは、第二の再生制御を実施すべきか否かを判断するためのものであり、煤除去制御の実施直後にＦ＝１に設定され、再生制御が実施されるとＦ＝０にリセットされる。推定煤量やフラグＦの値は、車両の主電源がオンからオフにされたとしてもリセットされずに、次に主電源がオンにされたときに引き継がれることが好ましい。これにより、フィルタ１０の性能低下が抑制される。

【0063】

一方、ステップＳ４において、アクセルオフではないと判断された場合は、ステップＳ８に進み、ステップＳ２で算出された推定煤量が第二所定量以上であるか否かが判定される。推定煤量が第二所定量未満であればこのフローをリターンし、再びステップＳ１から処理が開始される。つまり、推定煤量が第一所定量を超えていても、アクセルオフにならない限りは第一煤除去制御は開始されない。このため、例えば、高速道路などで定常走行が長時間続くような場合には、排気通路３内の煤を除去できないことになる。ステップＳ８の判定は、このように第一煤除去制御を実施できない状況が長く続いた場合に、第二煤除去制御を実施するための処理である。ステップＳ８の第二所定量は、ステップＳ３の第一所定量よりも大きな値に予め設定されている。

【0064】

ステップＳ８において、推定煤量が第二所定量以上となった場合は、ステップＳ９に進み、第二煤除去制御が実施される。具体的には、クラッチを切断した後速やかにシフトダウンし、クラッチを再接続することでエンジン回転数を増加させつつ駆動軸にエンジン出力を伝達する（方法１－２）。なお、第二煤除去制御では、過給圧を高めることができないが、ＥＧＲバルブ１３を閉じてもよい。第二煤除去制御が終了したら、ステップＳ１０に進み、フラグＦがＦ＝１に設定されて、このフローをリターンする。

【0065】

次に、再生制御を説明する。図３に示すように、ステップＲ１では、各種センサ情報が取得され、ステップＲ２では、フラグＦがＦ＝０であるか否かが判定される。フラグＦがＦ＝０である場合、すなわち、煤除去制御を実施した後でない場合は、ステップＲ３に進み、再生制御の第一開始条件が成立するか否かが判定される。第一開始条件が成立しなければこのフローをリターンし、第一開始条件が成立する場合は、ステップＲ４において通常の再生制御が実施される。通常の再生制御が終了したら、ステップＲ７に進み、フラグＦがＦ＝０のままとされ、このフローをリターンする。

【0066】

一方、ステップＲ２において、フラグＦがＦ＝１である場合、すなわち、煤除去制御を実施した後である場合は、ステップＲ５に進み、再生制御の第二開始条件が成立するか否かが判定される。第二開始条件が成立しなければこのフローをリターンし、第二開始条件が成立する場合は、ステップＲ６において第二の再生制御が実施される。第二の再生制御が終了したら、ステップＲ７に進み、フラグＦがＦ＝０にリセットされ、このフローをリターンする。

【0067】

［４．作用，効果］
（１）上述した制御装置２０では、算出部２１が排気通路３内に存在する煤の量を推定煤量として算出し、煤除去制御部２２が、算出された推定煤量が所定量を超えた場合に、エンジン１の排気流量を増大させて煤を除去する煤除去制御を実施する。このように、排気流量を増大させることで煤を吹き飛ばすことができるため、自動的に（言い換えると、ドライバの手を煩わせることなく）煤を除去でき、エンジン性能を確保しつつ利便性を高めることができる。また、煤が所定量を超えて排気通路３内に溜まる前に煤を除去することで、大量の煤が一気に放出されることを抑制できる。これにより、排気通路３内に溜まった煤が黒煙となって排出されることを防止できる。

【0068】

（２）上記の煤除去制御部２２は、煤除去制御において、エンジン回転数を増加させることで排気流量を増大させる。このため、エンジン１が備える機器によらず、簡単な方法で排気流量を増大させることができ、煤を吹き飛ばすことができる。

【0069】

（３）また、上述した制御装置２０は、過給機４を備えたエンジン１及びクラッチを備えた車両に適用されるものであり、上記の煤除去制御部２２は、アクセルオフでの減速時に第一煤除去制御を実施する。具体的には、クラッチの切断状態でエンジン回転数を増加させるとともに過給機４の過給圧を高めることで排気流量を増大させる。つまり、減速時にクラッチが切断状態となると、エンジン１の出力が駆動輪に伝達されなくなるため、エンジン回転数を増加させるとともに過給圧を増やしても車両の走行状態に影響しない。このため、アクセルオフの減速時に第一煤除去制御を実施することで、排気流量を効率よく増大させ、効果的に煤を除去することができる。

【0070】

（４）また、上記の煤除去制御部２２は、アクセル開度が０以外の略一定の走行時（定常走行時）に第二煤除去制御を実施する。具体的には、シフトダウンした後すぐにクラッチを接続状態とすることでエンジン回転数を増加させて排気流量を増大させる。つまり、アクセルペダルを略一定開度で踏んでいる走行状態では、クラッチが切断状態とならないため、シフトダウンすることによりエンジン回転数を上げる。これにより、走行に影響を与えないようにしつつ煤を除去することができる。

【0071】

また、上記実施形態のように、第一煤除去制御を実施できない状況が長く続いた時に第二煤除去制御を実施するようにすれば、排気通路３内の煤が黒煙となって排出されることを確実に防止でき、エンジン性能を確保することができる。

【0072】

（５）上述した制御装置２０は、排気通路３にフィルタ１０が介装されたエンジン１に適用されるものであり、煤除去制御とは別に、再生制御部２３が、所定の第一開始条件が成立した場合に、エンジン１の排気温度を高めてフィルタ１０に捕集されたＰＭを焼却する再生制御を実施する。この再生制御部２３は、煤除去制御部２２により煤除去制御が実施された場合には、第一開始条件を緩和した第二開始条件が成立した場合に再生制御を開始する。これは、煤除去制御によって吹き飛ばされた煤が、下流側に位置するフィルタ１０に多く付着すると予想されるからである。このため、煤除去制御が実施された場合には再生制御が開始される条件を緩和することで、フィルタ１０の目詰まりを防止でき、フィルタ１０の機能の低下を防止できる。

【0073】

（６）上記の再生制御部２３は、第二開始条件の成立に従い開始した第二の再生制御では、通常の再生制御と比較して、排気温度の目標値を低くする。第二の再生制御では、多量の煤を燃焼させることでフィルタ１０が過度に温度上昇してしまう可能性があるが、第二の再生制御の目標排気温度を、通常の再生制御の目標排気温度よりも低くすることで、フィルタ１０の過昇温を抑制でき、フィルタ１０を保護することができる。

【0074】

（７）さらに、上記の再生制御部２３は、第二の再生制御では、通常の再生制御と比較して、再生制御の実施時間を長くする。これにより、第二の再生制御において、排気温度の目標値を下げたとしても、再生時間を長くとることで、フィルタ１０に捕集されたＰＭを確実に焼却でき、フィルタ１０を再生させることができる。

【0075】

［５．その他］
上述したエンジン１の構成及び制御装置２０の構成はいずれも一例である。例えば、フィルタ１０を備えていないエンジンでもよいし、過給機４を備えていないエンジンでもよい。エンジン１がフィルタ１０を備えていない場合、再生制御部２３は省略してよい。あるいは、エンジン１が触媒９及びフィルタ１０に加えて、他の触媒を備えている場合には、制御装置２０が他の触媒に関する制御を実施してもよい。

【0076】

上記の煤除去制御部２２は、第一煤除去制御と第二煤除去制御とを実施しているが、いずれか一方のみを実施してもよい。また、煤除去制御において、必ずしも、エンジン回転数を増加させる方法１を使用しなくてもよい。排気流量を増大させるためには、上述した様々な方法を単独使用してもよいし、組み合わせて使用してもよい。

【0077】

なお、上述した実施形態では、エンジン１が車両に搭載される構成を例示したが、本件の適用対象を車両に限定する意図はない。例えば、船舶や航空機などに搭載されるエンジンに対して上述した制御装置２０（排気制御装置）を適用してもよいし、発電機や産業用機械に内蔵されるエンジンに対して適用してもよい。

【符号の説明】

【0078】

１ エンジン（内燃機関）
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 過給機
１０ フィルタ
２０ 制御装置（排気制御装置）
２１ 算出部
２２ 煤除去制御部（第一制御部）
２３ 再生制御部（第二制御部）

【図1】

【図2】

【図3】