特許 7194359 パティキュレートフィルタの異常判定方法および異常判定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-14

(45)【発行日】2022-12-22

(54)【発明の名称】パティキュレートフィルタの異常判定方法および異常判定装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/18 20060101AFI20221215BHJP

   F01N 3/023 20060101ALI20221215BHJP

   F02D 9/04 20060101ALI20221215BHJP

   B01D 46/42 20060101ALI20221215BHJP

【ＦＩ】

F01N3/18 C

F01N3/023 Z

F02D9/04 E

B01D46/42 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019081459

(22)【出願日】2019-04-23

(65)【公開番号】P2020176606

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2021-12-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080768

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 実

(74)【代理人】

【識別番号】100166327

【弁理士】

【氏名又は名称】舟瀬 芳孝

(74)【代理人】

【識別番号】100106644

【弁理士】

【氏名又は名称】戸塚 清貴

(72)【発明者】

【氏名】吉田 宏

(72)【発明者】

【氏名】荒木 孝行

(72)【発明者】

【氏名】久禮 晋一

(72)【発明者】

【氏名】楠 友邦

【審査官】増岡 亘

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２４２４４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－９４５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２１６０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００９／１３９２１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１９０１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２９９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－８２０７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／１８

Ｆ０１Ｎ ３／０２３

Ｆ０２Ｄ ９／０４

Ｂ０１Ｄ ４６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの排気通路に配設されたパティキュレートフィルタの上流と下流との差圧を検出する第１ステップと、
前記第１ステップで検出された差圧について、排気ガス流量が大きいほど重み値が大きい値となるように設定された重み特性から重み値を決定する第２ステップと、
前記第１ステップで検出された差圧について、前記第２ステップで決定された重み値でもって重み付けした重み付け差圧を算出する第３ステップと、
前記第２ステップで決定された重み値を積算して重み値の積算値を算出する第４ステップと、
前記第３ステップで算出された重み付け差圧を積算して重み付け差圧の積算値を算出する第５ステップと、
前記重み付け差圧の積算値の移動平均値を算出する第６ステップと、
前記第４ステップで算出された重み値の積算値があらかじめ設定された所定値以上になったとき、前記第６ステップで算出された移動平均値をあらかじめ設定された判定しきい値と比較して、前記パティキュレートフィルタの異常の有無を判定する第７ステップと、
前記排気通路に配設された排気絞り弁の開度が所定開度以下のときに、前記第４ステップでの重み値の積算と前記第５ステップでの重み付け差圧の積算とを制限する第８ステップと、
を備えていることを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定方法。

【請求項2】

請求項１において、
前記第８ステップでの積算の制限が、前記重み値の積算値と前記重み付け差圧の積算値とをそのまま保持した状態とする、ことを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定方法。

【請求項3】

請求項１または請求項２において、
前記重み特性が線形とされている、ことを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定方法。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
前記エンジンが、ガソリンエンジンとされている、ことを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定方法。

【請求項5】

請求項４において、
前記第７ステップで前記パティキュレートフィルタが異常であると判定されたときに、減速時の燃料カットが禁止されると共に、パティキュレートフィルタが異常である旨の報知が乗員に対して行われる、ことを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定方法。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、
前記エンジンが、少なくとも燃焼の後行程で圧縮自己着火が行われるようにされ、
前記排気絞り弁は、閉弁方向へ作動される際に、エンジン低負荷時よりもエンジン高負荷時の方が開度大とされる、
ことを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定方法。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、
前記排気絞り弁は、閉弁方向へ作動される際に、エンジン高回転時よりもエンジン低回転時の方が開度大とされる、ことを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定方法。

【請求項8】

エンジンの排気通路に排気絞り弁とパティキュレートフィルタとが配設されてなるパティキュレートフィルタの異常判定装置であって、
前記パティキュレートフィルタの上流と下流との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段で検出された差圧について、排気ガス流量が大きいほど重み値が大きい値となるように設定された重み特性から重み値を決定する重み値決定手段と、
前記差圧検出手段で検出された差圧について、前記重み値決定手段で決定された重み値でもって重み付けした重み付け差圧を算出する重み付け差圧算出手段と、
前記重み値決定手段で決定された重み値を積算して、重み値の積算値を算出する重み値積算手段と、
前記重み付け差圧算出手段で算出された重み付け差圧を積算して、重み付け差圧の積算値を算出する重み付け差圧積算手段と、
前記重み付け差圧の積算値の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
前記重み値の積算値があらかじめ設定された所定値以上になったとき、前記移動平均値をあらかじめ設定された判定しきい値と比較して、前記パティキュレートフィルタの異常の有無を判定する判定手段と、
前記排気絞り弁の開度が所定開度以下のときに、前記重み値積算手段による重み値の積算と前記重み付け差圧積算手段による重み付け差圧の積算とを制限する制限手段と、
を備えていることを特徴とするパティキュレートフィルタの異常判定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パティキュレートフィルタの異常判定方法および異常判定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えばガソリンを燃料とするエンジンにおいては、排気ガス中の煤（微粒状物質＝パティキュレート）を除去するために、排気通路にパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）を配設して、排気ガス中の煤を捕集することが行われている。そして、パティキュレートフィルタで捕集した煤量が所定値以上になると、パティキュレートフィルタの再生（例えば燃料のポスト噴射やリタード噴射）が行われる。

【0003】

パティキュレートフィルタは、その再生を繰り返すことにより徐々に劣化するものである。この劣化は、再生時に高熱を受けて部分的に熱損傷することにより生じ、劣化が進行すると、煤を十分に捕集できなくなる異常状態（故障状態）となる。

【0004】

特許文献１には、パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧に基づいてパティキュレートフィルタの異常（故障）判定を行うものが開示されている。特許文献２には、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の異常判定を、パティキュレートフィルタ下流の排気ガス圧力に対して所定の重み付けを行った値を用いて行うことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１１－２２０２３３号公報

【文献】特開２００４－３０８４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、パティキュレートフィルタを有するエンジンにおいて、排気通路に排気絞り弁を設けることがある。すなわち、例えばエンジンの冷間時や半暖機時において、排気絞り弁を閉弁方向へ作動させることにより、排気ポートおよびその付近の排圧を高めて、高温の排気ガスを燃焼室へ環流させる内部ＥＧＲ量を増大させることがある。内部ＥＧＲ量の増大により、早期に暖機を行えるばかりでなく、エミッションの改善や、良好な燃焼を確保することによる燃費向上の上で好ましいものとなる。

【0007】

一方、パティキュレートフィルタ異常であるか否かの判定を行う異常判定を、パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧に基づいて行う場合、排気絞り弁を大きく閉弁方向へ作動させた場合に上記差圧が小さくなり、異常判定を精度よく行うことが難しいものとなる。上記差圧に対して重み付けを行って、その移動平均値を判定しきい値と比較することにより異常判定することも考えられるが、排気絞り弁を大きく閉弁方向に作用させたときの差圧に対する影響は相当に大きくなることから、単に差圧に対する重み付けのみによっては対応できないものとなる。

【0008】

このため、排気絞り弁を閉弁方向へ作動させた際に、異常判定を禁止することが考えられる。しかしながら、この場合は、排気絞り弁の開度が大きくなったときに異常判定を当初から開始しなくてはならないことから、異常判定を行うまでの時間が長くなってしまい、その分異常判定を行う機会の減少ともなって、好ましくないものである。

【0009】

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、排気絞り弁の影響を排除しつつ、異常判定を極力早く行えるようにしたパティキュレートフィルタの異常判定方法および異常判定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目的を達成するため、本発明における異常判定方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
エンジンの排気通路に配設されたパティキュレートフィルタの上流と下流との差圧を検出する第１ステップと、
前記第１ステップで検出された差圧について、排気ガス流量が大きいほど重み値が大きい値となるように設定された重み特性から重み値を決定する第２ステップと、
前記第１ステップで検出された差圧について、前記第２ステップで決定された重み値でもって重み付けした重み付け差圧を算出する第３ステップと、
前記第２ステップで決定された重み値を積算して重み値の積算値を算出する第４ステップと、
前記第３ステップで算出された重み付け差圧を積算して重み付け差圧の積算値を算出する第５ステップと、
前記重み付け差圧の積算値の移動平均値を算出する第６ステップと、
前記第４ステップで算出された重み値の積算値があらかじめ設定された所定値以上になったとき、前記第６ステップで算出された移動平均値をあらかじめ設定された判定しきい値と比較して、前記パティキュレートフィルタの異常の有無を判定する第７ステップと、
前記排気通路に配設された排気絞り弁の開度が所定開度以下のときに、前記第４ステップでの重み値の積算と前記第５ステップでの重み付け差圧の積算とを制限する第８ステップと、
を備えているようにしてある。

【0011】

上記解決手法によれば、基本的に、重み付けされた差圧の移動平均値と異常判定用のしきい値との比較が、重み値の積算値が所定値以上となったときというように移動平均値が十分に信頼できる状態になった状態で行うので、異常の有無を精度良く判定することができる。また、排気絞り弁が所定開度以下となって差圧に対する悪影響が強くなる状況のときは、積算を制限することにより、排気絞り弁に起因する悪影響を排除あるいは低減して、誤って異常であると判定してしまう事態を防止することができる。さらに、異常判定を行うまでにはそれなりの時間を要するが、排気絞り弁が所定開度以下となった後の積算を制限するだけなので、つまり排気絞り弁の開度が大きくなった際に積算を制限される前までに得られた積算値を有効に活用することができ、当初から積算を開始する場合に比して、異常判定を行うまでの時間を短縮化することができる。以上に加えて、検出される差圧が精度のよい値を示すようになる排気ガス流量が大きいほど、重み値を大きい値に設定して、最終的に異常判定の精度向上の上で好ましいものとなる。

【0012】

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、次のとおりである。

【0013】

前記第８ステップでの積算の制限が、前記重み値の積算値と前記重み付け差圧の積算値とをそのまま保持した状態とする、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、排気絞り弁による悪影響を完全に排除しつつ、積算が制限される前の積算値を十分に活用することができる。

【0014】

【0015】

前記重み特性が線形とされている、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、重み値決定の簡単化や重み値の決定精度向上の上で好ましいものとなる。

【0016】

前記エンジンが、ガソリンエンジンとされている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、ガソリンエンジン用のパティキュレートフィルタの異常判定を行う上で好ましいものとなる。

【0017】

前記第７ステップで前記パティキュレートフィルタが異常であると判定されたときに、減速時の燃料カットが禁止されると共に、パティキュレートフィルタが異常である旨の報知が乗員に対して行われる、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、減速時の燃料カットに起因するパティキュレートフィルタのそれ以上の熱損傷を防止しつつ、パティキュレートフィルタが異常であることを乗員に対してすみやかに報知して、乗員に対して早期の保守、点検を促す上で好ましいものとなる。

【0018】

前記エンジンが、少なくとも燃焼の後行程で圧縮自己着火が行われるようにされ、
前記排気絞り弁は、閉弁方向へ作動される際に、エンジン低負荷時よりもエンジン高負荷時の方が開度大とされる、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、排気絞り弁をエンジン負荷に応じた適切な開度とする上で好ましいものとなる。特に、頻繁に排気絞り弁の開度変更が頻繁に行われる可能性の高い圧縮自己着火が行われるエンジンにおいて好適である。

【0019】

前記排気絞り弁は、閉弁方向へ作動される際に、エンジン高回転時よりもエンジン低回転時の方が開度大とされる、ようにしてある（請求項７対応）。この場合、排気絞り弁をエンジン回転数に応じた適切な開度とする上で好ましいものとなる。

【0020】

前記目的を達成するため、本発明における異常判定装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項８に記載のように、
エンジンの排気通路に排気絞り弁とパティキュレートフィルタとが配設されてなるパティキュレートフィルタの異常判定装置であって、
前記パティキュレートフィルタの上流と下流との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段で検出された差圧について、排気ガス流量が大きいほど重み値が大きい値となるように設定された重み特性から重み値を決定する重み値決定手段と、
前記差圧検出手段で検出された差圧について、前記重み値決定手段で決定された重み値でもって重み付けした重み付け差圧を算出する重み付け差圧算出手段と、
前記重み値決定手段で決定された重み値を積算して、重み値の積算値を算出する重み値積算手段と、
前記重み付け差圧算出手段で算出された重み付け差圧を積算して、重み付け差圧の積算値を算出する重み付け差圧積算手段と、
前記重み付け差圧の積算値の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
前記重み値の積算値があらかじめ設定された所定値以上になったとき、前記移動平均値をあらかじめ設定された判定しきい値と比較して、前記パティキュレートフィルタの異常の有無を判定する判定手段と、
前記排気絞り弁の開度が所定開度以下のときに、前記重み値積算手段による重み値の積算と前記重み付け差圧積算手段による重み付け差圧の積算とを制限する制限手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１に記載の異常判定方法を実行するための装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、排気絞り弁の影響を排除しつつ、異常判定を極力早く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明が適用されたエンジンの全体系統例を示す図。

【図2】本発明の制御系等例をブロック図的に示す図。

【図3】煤の堆積量に応じた再生制御の一例を簡略的に示す図。

【図4】煤の堆積量に応じた再生制御の一例を示すフローチャート。

【図5】ＳＰＣＣＩ燃焼を行ったときの燃焼状況を示す図。

【図6】冷却水温度の相違に応じた運転領域の区分け例を示す図。

【図7】暖機時において区分けされた各運転領域においてスワール弁および過給機の作動状態を示す図。

【図8】図７の黒丸で示す複数の運転状態に対応した燃料噴射態様と点火時期と燃焼形態とを示す図。

【図9】冷却水温度に応じた排気絞り弁の開度変更例を示す特性図。

【図10】排気ガス流量に応じてＧＰＦの上流側と下流側との差圧が変化する様子を示す図。

【図11】ＧＰＦの故障診断を行っている状況を示すタイムチャート。

【図12】ＧＰＦの故障診断を行うための制御例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0023】

（全体の概要）
図１において、Ｅはエンジン（エンジン本体）であり、図１はある１つの気筒に着目した断面図となっている。そして、エンジンＥは、ガソリン等を燃料とする直列４気筒の４サイクルエンジンとされている。

【0024】

図１中、１はシリンダ、２はシリンダヘッド、３はシリンダ１内に摺動自在に嵌合されたピストンである。ピストン３は、図示を略すコンロッドを介して、クランクシャフト４と連動されている。

【0025】

シリンダ１とシリンダヘッド２とピストン３とにより、ピストン３の上方空間に燃焼室５が構成されている。この燃焼室５には、吸気ポート６および排気ポート７が開口されている。そして、吸気ポート６は吸気弁８により開閉され、排気ポート７は排気弁９により開閉される。

【0026】

シリンダヘッド２には、燃焼室５の略中央部において、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１および筒内の圧力を検出する圧力センサ１２が配設されている。実施形態では、エンジンＥは、１つの気筒について、２個の吸気ポート６（吸気弁８）と２個の排気ポート７（排気弁９）とを有する４弁式とされている。２個の吸気弁８同士はクランクシャフト４の軸線方向に間隔をあけて配設され、同様に２個の排気弁９もクランクシャフト４の軸線方向に間隔をあけて配設されている。

【0027】

クランクシャフト４に対して、ベルト１３を介して、ＩＳＧ１４が連動されている。ＩＳＧ１４は、スタータモータと発電機（オルタネータまたはジェネレータ）とを兼用した機器である。すなわち、イグニッションスイッチがオンされた際に、ＩＳＧ１４を駆動することによりエンジンＥを始動させる。また、走行中において、例えば減速時にはＩＳＧ１４により発電を行って回生を行う（回生エネルギは、バッテリやキャパシタ等の充電に用いたり、各種の電気機器類への供給用とされる）。

【0028】

吸気ポート６には、吸気通路２０が接続されている。吸気通路２０には、その上流側から下流側へ順次、エアクリーナ２１、スロットル弁２２、機械式の過給機（スーパチャージャ）２３、インタークーラ２４が配設されている。なお、２５は、過給機２３を駆動するモータである。吸気通路２０に対して、バイパス通路２６が接続されている。バイパス通路２６の上流側端は、スロットル弁２２と過給機２３との間において吸気通路２０に開口されている。また、バイパス通路２６の下流側端は、インタークーラ２４の下流側において吸気通路２０に開口されている。そして、バイパス通路２６には、バイパス弁２７が配設されている。

【0029】

吸気ポート６は、タンブルポートされている。そして、吸気通路２０には、吸気ポート６の直上流側において、スワール弁５６が配設されている。このスロットル弁５６を制御することにより、燃焼室５内でのスワールの強さが調整（変更）可能とされている。

【0030】

排気ポート７には、排気通路３０が接続されている。排気通路３０の上流側端部は、各気筒共通の排気マニホールド３１によって構成されている。排気通路３０には、排気マニホールド３１よりも下流側において、上流側から下流側は向けて順次、排気絞り弁３６、排気ガス流量センサ３７、小容量の第１三元触媒３２、温度センサ３８、ＧＰＦ（パティキュレートフィルタ）３３、大容量の第２三元触媒３４が配設されている。ＧＰＦ３３は、排気ガス中の微粒子を捕集するものである。そして、それぞれ後述するように、ＧＰＦ３３の直上流側と直下流側との圧力差を検出する圧力センサ３５での検出差圧に基づいて、ＧＰＦ３３に堆積した煤量を検出するようになっている。また、圧力センサ３５での検出差圧に基づいて、ＧＰＦの故障判定を行うようになっている。また、温度センサ３８によって、ＧＰＦ３３の入り口側の温度が検出される。

【0031】

吸気通路２０と排気通路３０とは、ＥＧＲ通路４０を介して接続されている。ＥＧＲ通路４０の上流側端は、ＧＰＦ３３と第２三元触媒３４との間の排気通路３０に開口されている。ＥＧＲ通路４０の下流側端は、バイパス通路２６のうちバイパス弁２７の上流側に開口されている。そして、ＥＧＲ通路４０には、その上流側から下流側へ順次、ＥＧＲクーラ４１、ＥＧＲ弁４２が配設されている。

【0032】

上記のようなエンジンＥは、ガソリンを燃料として、所定の運転領域（例えばアクセル開度が所定開度以下でかつエンジン回転数が所定回転数以下の領域）において極めてリーンな空燃比（例えば空燃比が３０程度）でもって圧縮自己着火されるようになっている（実施形態では、点火プラグ１０の着火により生じる火種を利用して自己着火を促進させる火花点火制御式自己着火）。そして、上記所定の運転領域以外では、通常のガソリンエンジンと同様に、点火プラグ１０の着火による火花点火式でもって燃焼を行うようになっている（空燃比は主として理論空燃比付近）。このため、エンジンＥの幾何学的圧縮比が通常のガソリンエンジンに比して相当に高く設定されている（例えば幾何学的圧縮比が１８以上で、有効圧縮比が１６以上）。なお、圧縮自己着火の燃焼形態については後に詳述する。

【0033】

過給機２３は、上述した圧縮自己着火を行う際に要求される多量の空気量を確保するために作動されるようになっており、このときはバイパス弁２７が閉じられる。一方、火花点火による着火を行う運転領域では、過給機２３の作動が停止されると共にバイパス弁２７が開かれる。

【0034】

図２は、本発明の制御系等例を示すものである。図中、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵは、各種演算を行うＣＰＵの他、メモリＭ１、燃料噴射学習量参照モジュールＭ２を有している。

【0035】

コントローラＵは、後述する制御のために各種のセンサは機器類が接続される。図２に示されるセンサや機器類は、主としてＧＰＦの再生制御と故障診断制御とを行うために必要なものに限定して示される。

【0036】

すなわち、コントローラＵには、前述した圧力センサ３５、流量センサ３７、温度センサ３８からの信号が入力される他、各種センサ類Ｓ１～Ｓ４からの信号が入力される。Ｓ１は、エンジン回転数を検出する回転数センサである。Ｓ２は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサである。Ｓ３は、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサである。Ｓ４は、後述する制御に用いられるパラメータを検出するセンサ類（例えば、大気圧センサ、外気温センサ等）をまとめて示したものである。また、コントローラＵは、前記点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、排気絞り弁３６、ＥＧＲ弁５６を制御する他、ワーニングランプＳ１１、各種機器類Ｓ１２を制御する。各種機器類Ｓ１２は、例えばＳ－ＶＴ２３、Ｓ－ＶＴ２４等をまとめて示したものである。
（ＳＰＣＣＩ燃焼）
次に、エンジンＥが行うＳＰＣＣＩ燃焼の詳細について説明する。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ１０が、燃焼室５の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼をすると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室５の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室５の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする形態である。

【0037】

ＳＩ燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室５の中の温度のばらつきを吸収することができる。点火タイミングを調節することによって、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。

【0038】

ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、図５に例示するように、立ち上がりの傾きが、ＣＩ燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθで、単位クランク角変化に対する圧力変化）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。

【0039】

ＳＩ燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで、変曲点Ｘを有する場合がある。

【0040】

ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。しかし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時の圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、比較的穏やかになる。

【0041】

圧力変動（ｄｐ／ｄθ）は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、圧力変動（ｄｐ／ｄθ）を小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。エンジンの燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。

【0042】

ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。

【0043】

ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率波形は、ＳＩ燃焼によって形成された第１熱発生率部ＱＳＩと、ＣＩ燃焼によって形成された第２熱発生部ＱＣＩと、が、この順番に連続するように形成されている。

【0044】

ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対するＳＩ燃焼により発生した熱量の比率と定義してもよい。つまり、図５に示す波形８０１においてＳＩ率＝（ＳＩ燃焼の面積：ＱＳＩ）／（ＣＩ燃焼の面積：ＱＣＩ）である。

【0045】

エンジンは、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときに、燃焼室５内に強いスワール流を発生させる。強いスワール流とは、例えば４以上のスワール比を有する流れと定義してもよい。スワール比は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図示を省略するが、公知のリグ試験装置を用いた測定に基づいて、求めることができる。

【0046】

燃焼室５内に強いスワール流を発生させると、燃焼室５の外周部は強いスワール流れとなる一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなる。中央部と外周部との境界における速度勾配に起因する渦流によって、中央部は、乱流エネルギが高くなる。点火プラグ１０が中央部の混合気に点火をすると、ＳＩ燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなる。

【0047】

ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室５内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。ＣＩ燃焼は、燃焼室１７における外周部から中央部においてＣＩ燃焼が行われる。

【0048】

燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させると、ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。

【0049】

（エンジンの運転領域）
図６及び図７は、エンジン１の制御に係るマップを例示している。マップは、コントローラＵ０のメモリ１０２に記憶されている。マップは、三種類のマップ５０１、マップ５０２、マップ５０３を含んでいる。コントローラＵは、燃焼室５の壁温及び吸気の温度それぞれの高低に応じて、三種類のマップ５０１、５０２、５０３の中から選択したマップを、エンジンの制御に用いる。尚、三種類のマップ５０１、５０２、５０３の選択についての詳細は、後述する。

【0050】

第一マップ５０１は、エンジンの温間時のマップである。第二マップ５０２は、エンジンの半暖機時のマップである。第三マップ５０３は、エンジンの冷間時のマップである。

【0051】

各マップ５０１、５０２、５０３は、エンジンの負荷及び回転数によって規定されている。第一マップ５０１は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、大別して三つの領域に分かれる。具体的に、三つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域Ａ１、低負荷領域Ａ１よりも負荷が高い中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４、及び、低負荷領域Ａ１、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４よりも回転数の高い高回転領域Ａ５である。中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４はまた、中負荷領域Ａ２と、中負荷領域Ａ２よりも負荷が高い高負荷中回転領域Ａ３と、高負荷中回転領域Ａ３よりも回転数の低い高負荷低回転領域Ａ４とに分かれる。

【0052】

第二マップ５０２は、大別して二つの領域に分かれる。具体的に、二つの領域は、低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、及び、低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３よりも回転数の高い高回転領域Ｂ４である。低中回転領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はまた、前記低負荷領域Ａ１及び中負荷領域Ａ２に相当する低中負荷領域Ｂ１と、高負荷中回転領域Ｂ２と、高負荷低回転領域Ｂ３とに分かれる。

【0053】

第三マップ５０３は、複数の領域に分かれておらず、一つの領域Ｃ１のみを有している。

【0054】

ここで、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジンの全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。図６及び図７の例では、回転数Ｎ１未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。

【0055】

また、低負荷領域は、軽負荷の運転状態を含む領域、高負荷領域は、全開負荷の運転状態を含む領域、中負荷は、低負荷領域と高負荷領域との間の領域としてもよい。また、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域の略三等分にしたときの、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。

【0056】

図６のマップ５０１、５０２、５０３はそれぞれ、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。図７のマップ５０４は、第一マップ５０１に相当し、当該マップにおける、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、各領域におけるスワール弁５６の開度と、過給機２３の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。エンジンは、低負荷領域Ａ１、中負荷領域Ａ２、高負荷中回転領域Ａ３、及び、高負荷低回転領域Ａ４、並びに、低中負荷領域Ｂ１、高負荷中回転領域Ｂ２、及び、高負荷低回転領域Ｂ３において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジンはまた、それ以外の領域、具体的には、高回転領域Ａ５、高回転領域Ｂ４、及び、領域Ｃ１においては、ＳＩ燃焼を行う。

【0057】

（各領域におけるエンジンの運転）
以下、図７のマップ５０４の各領域におけるエンジンの運転について、図８に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。図８の横軸は、クランク角である。尚、図８における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６はそれぞれ、図７のマップ５０４における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６によって示すエンジンの運転状態に対応する。なお、図６に示すマップは、コントローラＵのメモリＭ１に記憶されている。また、コントローラＵの燃料噴射学習量算出モジュールＭ２による学習制御によって、運転状態に応じた燃料噴射の学習量が算出されて、算出結果がメモリＭ１に記憶される（運転を継続することによる燃料噴射量等の最適化）。

【0058】

（低負荷領域）
エンジンが低負荷領域Ａ１において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

【0059】

図８の符号６０１は、エンジン１が低負荷領域Ａ１における運転状態６０１にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０１１、６０１２）及び点火時期（符号６０１３）、並びに、燃焼波形（つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号６０１４）を示している。符号６０２は、エンジン１が低負荷領域Ａ１における運転状態６０２にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０２１、６０２２）及び点火時期（符号６０２３）、並びに、燃焼波形（符号６０２４）を示し、符号６０３は、エンジンが低負荷領域Ａ１における運転状態６０３にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０３１、６０３２）及び点火時期（符号６０３３）、並びに、燃焼波形（符号６０３４）を示している。運転状態６０１、６０２、６０３は、エンジンの回転数が同じでかつ、負荷が相違する。運転状態６０１が、最も負荷が低く（つまり、軽負荷）、運転状態６０２が、次に負荷が低く（つまり、低負荷）、運転状態６０３が、この中では負荷が最も高い。

【0060】

エンジンの燃費性能を向上させるために、ＥＧＲ弁４２が開かれて、燃焼室５の中にＥＧＲガスを導入する。具体的に、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。燃焼室５から吸気ポート６及び排気ポート７に排出した排気ガスの一部は、燃焼室５の中に再導入される。燃焼室５の中に熱い排気ガスを導入するため、燃焼室５の中の温度が高くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、吸気弁８及び排気弁９の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けてもよい。

【0061】

また、スワール弁５６を制御して、燃焼室５の中に、強いスワール流を形成する。スワール比は、例えば４以上である。スワール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。前述したように、吸気ポート６はタンブルポートであるため、燃焼室５の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。

【0062】

燃料噴射弁１１は、吸気行程中に、燃料を複数回、燃焼室５の中に噴射する（符号６０１１、６０１２、６０２１、６０２２、６０３１、６０３２）。複数回の燃料噴射と、燃焼室５の中のスワール流とによって、混合気は成層化する。

【0063】

燃焼室５の中央部における混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気のＡ／Ｆは、２０以上３０以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明においても同じである。点火プラグ１０に近い混合気のＡ／Ｆを２０以上３０以下にすることにより、ＳＩ燃焼時のＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができる。また、外周部の混合気のＡ／Ｆを３５以上にすることで、ＣＩ燃焼が安定化する。

【0064】

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室５の全体において理論空燃比よりもリーンである（つまり、空気過剰率λ＞１）。より詳細に、燃焼室５の全体において混合気のＡ／Ｆは３０以上である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。

【0065】

エンジンの負荷が低いとき（つまり、運転状態６０１のとき）に、燃料噴射弁１１は、吸気行程の前半に、第一噴射６０１１を行い、吸気行程の後半に、第二噴射６０１２を行う。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半、吸気行程の後半は、吸気行程を二等分したときの後半としてもよい。また、第一噴射６０１１と第二噴射６０１２との噴射量比は、例えば９：１としてもよい。

【0066】

エンジンの負荷が高い運転状態６０２のときに、インジェクタ６は、吸気行程の後半に行う第二噴射６０２２を、運転状態６０１の第二噴射６０１２よりも進角したタイミングで開始する。第二噴射６０２２を進角することによって、燃焼室５内の混合気は均質に近づく。第一噴射６０２１と第二噴射６０２２との噴射量比は、例えば７：３～８：２としてもよい。

【0067】

エンジンの負荷がさらに高い運転状態６０３のときに、燃料噴射弁１１は、吸気行程の後半に行う第二噴射６０３２を、運転状態６０２の第二噴射６０２２よりもさらに進角したタイミングで開始する。第二噴射６０３２をさらに進角することによって、燃焼室５内の混合気は、均質にさらに近づく。第一噴射６０３１と第二噴射６０３２との噴射量比は、例えば６：４としてもよい。

【0068】

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ１０は、燃焼室５の中央部の混合気に点火をする（符号６０１３、６０２３、６０３３）。点火タイミングは、圧縮行程の終期としてもよい。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期に三等分したときの終期としてもよい。

【0069】

前述したように、中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。燃焼騒音の発生が抑制される。また、混合気のＡ／Ｆを理論空燃比よりもリーンにしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、エンジン１の燃費性能を、大幅に向上させることができる。

【0070】

（中高負荷領域）
エンジンが中高負荷領域において運転しているときも、エンジンは、低負荷領域と同様に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

【0071】

図８の符号６０４は、エンジンが中高負荷領域の中でも、中負荷領域Ａ２における運転状態６０４にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０４１、６０４２）及び点火時期（符号６０４３）、並びに、燃焼波形（符号６０４４）を示している。符号６０５は、エンジン１が高負荷低回転領域Ａ４における運転状態６０５にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１）及び点火時期（符号６０５２）、並びに、燃焼波形（符号６０５３）を示している。

【0072】

ＥＧＲ弁４２を制御して、燃焼室５の中にＥＧＲガスを導入する。具体的に、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気上死点付近において、吸気弁８及び排気弁９の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部ＥＧＲガスが、燃焼室５の中に導入される。また、ＥＧＲ通路４０を通じて、ＥＧＲクーラー４１によって冷却した排気ガスを、燃焼室５の中に導入する。つまり、内部ＥＧＲガスに比べて温度が低い外部ＥＧＲガスを、燃焼室５の中に導入する。外部ＥＧＲガスは、燃焼室５の中の温度を、適切な温度に調節する。ＥＧＲ弁４２を制御して、エンジンの負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。全開負荷において、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを含むＥＧＲガスを、ゼロにしてもよい。

【0073】

また、中高負荷領域Ａ２及び高負荷中回転領域Ａ３において、スワール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。燃焼室５の中には、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。一方、高負荷低回転領域Ａ４において、スワール弁５６は開である。

【0074】

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室５の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。三元触媒３２、３４が、燃焼室５から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジンの排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２としてもよい。尚、エンジンが、全開負荷（つまり、最高負荷）を含む高負荷中回転領域Ａ３において運転しているときには、混合気のＡ／Ｆは、燃焼室５の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。

【0075】

燃焼室５内にＥＧＲガスを導入しているため、燃焼室５の中の全ガスと燃料との重量比であるＧ／Ｆは理論空燃比よりもリーンになる。混合気のＧ／Ｆは１８以上にしてもよい。こうすることで、いわゆるノッキングの発生を回避することができる。Ｇ／Ｆは１８以上３０以下において設定してもよい。また、Ｇ／Ｆは１８以上５０以下において設定してもよい。

【0076】

エンジンが運転状態６０４で運転するときに、燃料噴射弁１１は、吸気行程中に、複数回の燃料噴射（符号６０４１、６０４２）を行う。燃料噴射弁１１は、第一噴射６０４１を吸気行程の前半に行い、第二噴射６０４２を吸気行程の後半に行ってもよい。

【0077】

また、エンジンが運転状態６０５で運転するときに、燃料噴射弁１１は、吸気行程において燃料を噴射する（符号６０５１）。

【0078】

点火プラグ１０は、燃料の噴射後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をする（符号６０４３、６０５２）。エンジンを運転状態６０４で運転しているときに、点火プラグ１０は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい（符号６０４３）。エンジンを運転状態６０５で運転しているときに、点火プラグ１０は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい（符号６０５２）。

【0079】

混合気のＡ／Ｆを理論空燃比にしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、三元触媒３２、３４を利用して、燃焼室５から排出された排出ガスを浄化することができる。また、ＥＧＲガスを燃焼室５に導入して混合気を希釈化することによって、エンジン１の燃費性能が向上する。

【0080】

（過給機の動作）
ここで、図７のマップ５０４に示すように、低負荷領域Ａ１の一部、及び、中高負荷領域Ａ２の一部においては、過給機２３はオフである（Ｓ／Ｃ ＯＦＦ参照）。詳細には、低負荷領域Ａ１における低回転側の領域において、過給機２３はオフである。低負荷領域Ａ１における高回転側の領域においては、エンジンの回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機２３はオンである。また、中高負荷領域Ａ２における低負荷低回転側の一部の領域において、過給機２３はオフである。中高負荷領域Ａ２における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機２３はオンである。また、中高負荷領域Ａ２における高回転側の領域においても過給機２３はオンである。

【0081】

尚、高負荷中回転領域Ａ３、高負荷低回転領域Ａ４、及び、高回転領域Ａ５の各領域においては、その全域において過給機２３がオンである（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）。

【0082】

（高回転領域）
エンジンの回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。燃焼室５内において混合気を成層化することが困難になる。エンジンの回転数が高くなると、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。

【0083】

そこで、エンジンが高回転領域Ａ５において運転しているときに、エンジンは、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。尚、高回転領域Ａ５は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。

【0084】

図８の符号６０６は、エンジン１が高回転領域Ａ５における負荷の高い運転状態６０６にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０６１）及び点火時期（符号６０６２）、並びに、燃焼波形（符号６０６３）を示している。

【0085】

ＥＧＲ弁４２を制御して、燃焼室５の中にＥＧＲガスを導入する。ＥＧＲ弁４２は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。ＥＧＲ弁４２は、全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。

【0086】

スワール弁５６は、全開である。燃焼室５内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワール弁５６を全開にすることによって、充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。

【0087】

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室５の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、エンジンが全開負荷の付近において運転しているときには、混合気の空気過剰率λは１未満であってもよい。

【0088】

燃料噴射弁１１は、吸気行程中に燃料噴射を開始する。燃料噴射弁１１は、燃料を一括で噴射する（符号６０６１）。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室５の中に、均質又は略均質な混合気が形成される。また、燃料の気化時間を長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。

【0089】

点火プラグ１０は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う（符号６０６２）。

【0090】

（ＧＰＦの再生制御）
ＧＰＦ３３は、運転を継続することにより、煤の捕集量が増大することから、適宜のタイミングでもってその再生を行う必要がある。ＧＰＦ３３の再生は、燃料のポスト噴射や燃料噴射タイミングのリタードによって、ＧＰＦ３３で煤を燃焼させることにより行われる。このＧＰＦ３３の再生は、エンジンが所定運転領域にあるときに実行される（例えば、加減速時を除く定常走行時であること、アクセル開度が所定開度以上であること、エンジン回転数が所定回転数以上であること、ＧＰＦ３３の入り口温度がして温度以上であること、という条件を全て満たしたとき）。

【0091】

次に、図３を参照しつつ、ＧＰＦ３３における煤の捕集量（堆積量）に応じた制御内容の概要について説明する。まず、ＧＰＦ３３への煤の捕集量として、小さい方から大きい順に、ＳＬＭ１、ＳＬＭ２、ＳＬＭ３の３つのしきい値が設定される（ＳＬＭ１＜ＳＬＭ２＜ＳＬＭ３）。

【0092】

煤の捕集量がＳＬＭ１以下のときは、捕集量が小さいとして、ＧＰＦ３３の再生は行われない（走行に応じてＧＰＦ３３での煤の捕集量が増大していく状態）。

【0093】

ＧＰＦ３３での煤の捕集量が、ＳＬＭ１よりも大きくてＳＬＭ２以下のときは、ＧＰＦ３３の再生が行われる（通常の再生で、ポスト噴射あるいはリタード噴射の実行）。

【0094】

ＧＰＦ３３での煤の捕集量が、ＳＬＭ２よりも大きくてＳＬＭ３以下のときは、ＧＰＦ３３の熱損傷を防止する保護制御を実行しつつ、ＧＰＦ３３の再生が行われる。この保護制御は、大別して、次のような第１と第２の２つの手法を適宜採択できる。なお、このときは、運転者に対して、ＧＰＦ３３での煤の捕集量が多すぎる状況になっている、ということで、ワーニングランプＳ１１が点灯される。ワーニングランプＳ１１の点灯により、運転者は、ＧＰＦ３３の再生実行領域となるような運転を行うように促されると共に、早い時期に車両販売点（ディーラ）に出向いてＧＰＦ３３の保守、点検を受けることが促される。

【0095】

ＧＰＦ３３の保護制御は、第１に、ＧＰＦ３３に流入する排気ガス流量を増大させることである（ＧＰＦ３３の温度を排気ガス中へ逃がす）。排気ガス流量の増大は、例えば、燃料カット時の復帰回転数を高めることやアイドル回転数を高めることによって行うことができる。

【0096】

ＧＰＦ３３の保護制御は、第２に、エンジンの出力制御によって、ＧＰＦ３３の温度上昇を抑制する制御を行うことである。上記エンジンの出力制御としては、例えば、エンジントルクを目標トルクよりも低下させることや空燃比をリッチ化することによって行うことができる。

【0097】

ＧＰＦ３３での煤の捕集量が、ＳＬＭ３よりも大きいときは、ＧＰＦ３３の再生が禁止されると共に、減速時に行われる燃料カットが禁止される（ＧＰＦ３３が熱損傷されてしまう事態を確実に防止）。また、ＥＧＲが実行されて、排気ガス中の酸素量が低減されるようにされる。なお、減速時に燃料カットが禁止された際には、ＩＳＧ１４を発電機として機能させることによる回生を行って、必要な減速度を確保することもできる。さらに、ワーニングランプＳ１１は点灯されているが、ＧＰＦ３３の再生制御が禁止されていて煤の捕集量が増大する一方なので、より早い時期に車両販売点（ディーラ）に出向いてＧＰＦ３３の保守、点検を受けることを強く促すように、ワーニングランプＳ１１を点滅させる状態での点灯とすることもできる。また合わせて、音声や文字表示によって、例えば「早い時期に車両販売点に出向いてＧＰＦの保守、点検を受けて下さい」という案内を行うこともできる。

【0098】

次に、図４を参照しつつ、コントローラＵの制御内容について説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、各種センサ等からの信号が読みこまれた後、Ｑ２において、目標トルクが演算される。目標トルクは、基本的に、エンジン回転数とアクセル開度とをパラメータとして設定され、さらに、吸気温度やエンジン冷却水温度等によって補正される。なお、目標トルクを演算（設定）する手法そのものは、従来から種々提案されているので、これ以上の説明は省略する。

【0099】

Ｑ３では、圧力センサ３５からの信号（差圧）に基づいて、ＧＰＦ３３での煤の捕集量（堆積量）が推定される。なお、煤の捕集量の推定は、従来既知の適宜の手法で行うことができるが、後述するように、ＧＰＦ３３の上流側と下流側との差圧に対して重み付けされた重み付け差圧の移動平均値を用いることもできる。

【0100】

Ｑ３の後、Ｑ４において、Ｑ３で推定された煤の捕集量が、所定値ＳＬＭ３よりも大きいか否かが判別される。このＱ４の判別でＮＯのときは、Ｑ５において、煤の捕集量がＳＭＬ１よりも大きいか否かが判別される。このＱ５の判別でＮＯのときは、Ｑ６において、目標トルクに応じた燃料噴射制御が行われる。Ｑ５からＱ６へ至るときの目標トルクは、Ｑ２で設定された目標トルクであり、目標トルクの低下は行われないものとなる。

【0101】

前記Ｑ５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７において、ＧＰＦ３３の再生が実行される（ポスト噴射あるいはリタード噴射の実行）。この後、Ｑ８において、煤の捕集量がＳＭＬ２よりも大か大きいか否かが判別される。このＱ８の判別でＮＯのときは、Ｑ６に移行される。

【0102】

上記Ｑ８の判別でＹＥＳのときは、Ｑ９において、ワーニングランプＳ１１が点灯される。この後、Ｑ１０において、加速時であるか否かが判別される。このＱ１０の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１１において、Ｑ２で設定された目標トルクが、所定分だけ低下するように補正される。この後は、Ｑ６に移行される。Ｑ１１での目標トルクの低下により、ＧＰＦ３３（の入り口温度）の上昇が抑制されて、ＧＰＦ３３の保護が図られる。

【0103】

前記Ｑ１０の判別でＮＯのときは、Ｑ１２において、減速時での燃料カット時であるか否かが判別される。このＱ１２の判別でＮＯのときは、Ｑ６に移行される（Ｑ２で設定された目標トルクがＱ６で実行される）。

【0104】

上記Ｑ１２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１３において、燃料カットが行われる。この後、Ｑ１４において、燃料カットからの復帰回転数が、通常時よりも所定分高い大きな回転数に補正される。この後、Ｑ１５において、エンジン回転数がＱ１４で上昇補正された復帰回転数にまで低下したか否かが判別される。このＱ１５の判別でＮＯのときは、Ｑ１３に戻る。

【0105】

上記Ｑ１５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１６において、燃料噴射が再開される。この後、Ｑ１７において、アイドル回転数が上昇補正される。

【0106】

前記Ｑ４の判別で判別でＹＥＳのときは、Ｑ１８において、ワーニングランプＳ１１が点灯されると共に、ＧＰＦ３３の再生が禁止される。Ｑ１８でのワーニングランプＳ１１の点灯は、Ｑ９での点灯による警告に比してより強い警告となるように、点滅による点灯とするのが好ましい。Ｑ１８の後、Ｑ１９において、減速時での燃料カットが禁止される。また、Ｑ２０において、ＥＧＲが実行される（排気ガス中の酸素濃度低減）。
（排気絞り弁）
ここで、排気絞り弁３６を閉弁方向に作動させることにより、排気ポート７やその付近の排気通路３０の圧力が高められる。これにより、高温の排気ガスが燃焼室５に環流される内部ＥＧＲ量が増大して、エンジンが早期に暖機される。このことは、エミッションの改善や、安定した燃焼を確保して燃費向上の上で好ましいものとなる。

【0107】

図９には、排気絞り弁３６の開弁特性が示される。この開弁特性は、次のように設定されている。まず、エンジンが暖機状態であるとき（図５のマップ５０１対応で、例えば冷却水温度が９５℃以上）は、排気絞り弁３６は全開とされる。エンジンが暖機状態でないときは、冷却水温度が低いほど排気絞り弁３６の開度が小さくされる。ただし、排気絞り弁３６を絞り過ぎないように、冷却水温度が所定温度（例えば８０℃よりも若干低い温度）以下のときは、排気絞り弁３６は所定の最低開度とされる。

【0108】

図９に示す特性では、排気絞り弁３６は、最低開度から全開までの間は、冷却水温度の上昇に比例して増大されるように線形特性とされているが、非線形特性として設定することもできる。また、排気絞り弁３６は、冷却水温度が同じでも、エンジン回転数が低いほどより開弁方向へと作動される。ただし、エンジン回転数が所定回転数以上の回転数領域では、排気絞り弁３６は全開のままとされる。
（ＧＰＦの故障判定）
まず、図１０を参照しつつ、故障判定（故障診断）に用いる差圧と重み値とについて説明する。図１０は、排気ガス流量と圧力センサ３５で検出された差圧とをパラメータとして設定されており、コントローラＵのメモリＭ１に記憶されている。図中α線は、ＧＰＦ３３が正常品（新品の状態に相当）の場合の特性を示す。また、β線は、ＧＰＦ３３（のフィルタ素子）が存在しない欠落品の特性を示す。

【0109】

圧力センサ３５で検出される差圧は、排気ガス流量が同じであれば、ＧＰＦ正常品の方がＧＰＦ欠落品よりも大きくなる。なお、排気ガス流量が所定値ｇ１以下の範囲では、差圧が小さく、かつα線とβ線との大小関係が逆転することもあることから、故障判定には用いない領域とされている。

【0110】

車両の走行（エンジンの運転）によってＧＰＦ３３の劣化が進行すると（部分的に熱損傷受けた部位が拡大するのに伴って）、ＧＰＦ３３の流路抵抗が小さくなっていき、検出される差圧が小さくなる方向へと変化される（α線の状態からβ線の特性に近づく方向へと変化する）。劣化が所定分進行した現状のＧＰＦ３３の特性が、γ線で示される。

【0111】

α線とβ線との間の範囲で、γ線のβ線に対する離間度合いが所定値以下になると、ＧＰＦが故障していると判定される。また、γ線が、β線の下方に位置した状態では、ＧＰＦが欠落したと判定することができる。

【0112】

図１０から理解されるように、排気ガス流量が所定値ｇ１よりも大きい範囲において、排気ガス流量が大きいほどα線とβ線との差圧が大きくなり、ＧＰＦ３３の劣化を判定するのに用いる差圧として好ましい値となる。換言すれば、排気ガス流量の大きいときに検出された差圧は、排気ガス流量が小さいときに検出された差圧よりも、ＧＰＦ３３の劣化度合いをより精度よく示しているものとなる（Ｓ／Ｎ比が大）。このような理由から、検出された差圧について、所定の重み付けが行われる。この重み付けに用いる重み値は、０から１の範囲で設定される（０＜重み値＜１）。

【0113】

上記重み値は、排気ガス流量が大きいほど大きな値とされる。また、重み値は、α線とβ線との間の理論上の差圧に比例した大きさとされる。このような重み値は、あらかじめ、排気ガス流量と圧力センサ３５での検出差圧とをパラメータとして、テーブル値としてメモリＭ１に記憶されている。つまり、圧力センサ３５で検出された実際の差圧を、上記テーブルに照合することにより重み値が取得される。圧力センサ３５で差圧が検出される毎に重み値が決定されて、決定された重み値が積算される。

【0114】

また、本実施形態では、故障判定のしきい値を無次元化するために、圧力センサ３５で検出された個々の差圧（個々の瞬時値）はそれぞれ、β線上の理論値で除される。そして、て、算出された除算値に対して上記重み値を乗算することにより「重み付け差圧」（重み付け差圧比）の形態で算出するようにしてある。そして、「重み付け差圧」を積算した積算値を、重み値の積算値で除することにより、差圧の移動平均値が算出される。この差圧移動平均値は、現状のＧＰＦ３３が、β線で示されるＧＰＦ欠落品との離間度合い（換言すれば接近度合い）を無次元の数値で示すことになる。具体的には、故障判定のために差圧移動平均値が比較される判定しきい値を、無次元の値である「１」としたときは、現状のＧＰＦ３３がβ線で示されるＧＰＦ欠落品と同程度に劣化したことを示すものとなる。

【0115】

なお、故障判定のしきい値を圧力値として用いるときは、圧力センサ３５で検出された個々の差圧（個々の瞬時値）に対して、直接重み値を乗算した値を重み付け差圧として用いればよい。上述のように本発明では、重み付け差圧は、圧力センサ３５で検出された個々の差圧値をβ線上の理論値で除することにより無次元化した場合と、β線上の理論値で除することのない圧力値との両方の場合を含むものである。

【0116】

重み値の積算値があらかじめ設定された所定値に達したときに、故障判定が実行される。故障判定の際には、上記差圧の移動平均値が、あらかじめ設定された所定のしきい値と比較される。そして、差圧の移動平均値が所定のしきい値（＞１）未満であれば、ＧＰＦ３３が故障していると判定される（第１の故障判定）。また、差圧の移動平均値が１以下であれば、ＧＰＦ３３の欠落（故障）であると判定される（第２の故障判定）。差圧の移動平均値が上記所定のしきい値以上であれば、ＧＰＦ３３が正常であると判定される。なお、重み値の積算値は、所定値に達した直後に、次の故障判定に備えてリセットされる。

【0117】

故障判定のタイミング、つまり差圧移動平均値が所定のしきい値と比較されるタイミングは、前述した重み値の積算値が所定値以上になった時点（実施形態では重み値が「１」以上になった時点）とされる。つまり、十分に信頼性の高くなった（Ｓ／Ｎ比の高い）差圧の移動平均値が取得された時点で、故障判定が行われる。

【0118】

ここで、圧力センサ３５で検出される差圧は、排気絞り弁３６の開閉によって大きな影響を受けることになる。すなわち、圧力センサ３５で検出される差圧は、排気ガス流量が同じであっても、排気絞り弁３６の開度が小さくなるほど小さくなり、極端な場合は検出される差圧が図１０のβ線以下になってしまうこともある（ＧＰＦ欠落品として誤判定）。このため、本発明では、排気絞り弁３６を所定以上閉弁方向へ作動させたとき（所定開度以下のとき）は、重み値の積算値を更新することなく現状の積算値に保持（ホールド）するようにしてある。そして、排気絞り弁３６が再び全開になった後に、重み値の積算を再開するようにしてある。同様に、「重み付け差圧」の積算値も現状の積算値に保持される。

【0119】

図１１に示すタイムチャートは、重み値の積算値と、無次元化された差圧移動平均値と、排気絞り弁３６の開度とが変化する状況の一例を示してある。なお、差圧の移動平均値が「１」以下になったときが、ＧＰＦの欠落品であると判定される条件とされている。なお、故障判定の結果は、次の故障判定で異なる判定結果とならない限り、前回の判定結果がそのまま保持されるようになっている。

【0120】

以下、図１１につい説明する。まず、ｔ１時点よりも前の状態では、排気絞り弁３６は開（所定開度よりも大きな開度）であり、重み値の積算値は所定値未満であり、差圧の移動平均値（図１１では無次元化された差圧比の形態で示される）は、１よりも十分に大きい値となっており、ＧＰＦ３３は正常と判定されている状態である。

【0121】

ｔ１時点で、排気絞り弁３６が所定開度以下に閉弁される。これ以後は、重み値の積算値と重み付け差圧の積算値とがそれぞれ前回値のままに保持される。

【0122】

ｔ１時点後は、排気絞り弁３６が所定開度以下に閉弁されることにより、急激に差圧の移動平均値が小さくなっていく。ｔ２時点で、差圧の移動平均値が判定しきい値（＝１）となるが、重み値の積算値が所定値未満なので、故障判定は実行されない。

【0123】

ｔ３時点で、排気絞り弁３６が所定開度以上になり、再び重み値の積算値の更新が再開される（これに応じて重み付け差圧の積算値の更新も再開される）。排気絞り弁３６が所定開度以上になることにより、差圧の移動平均値が増大される。ｔ４時点では、差圧の移動平均値が判定しきい値１になった時点であるが、重み値の積算値がいまだ所定値よりも小さいために、故障判定は実行されない。

【0124】

ｔ５時点では、重み値の積算値が所定のしきい値以上となったが、差圧の移動平均値が判定しきい値よりも大きいために、正常判定とされたままである。

【0125】

ｔ６時点では、重み値の積算値が所定値以上であり、かつ差圧の移動平均値も判定しきい値以下になったので、この時点でＧＰＦ３３が故障であると判定される（この場合の故障判定は、ＧＰＦ３３の欠落判定となる）。

【0126】

故障判定のしきい値を、上記差圧の移動平均値に対して１よりも大きい所定のしきい値とすることにより、ＧＰＦ３３が欠落していないが損傷がひどくなった故障状態であると判定することができる。なお、無次元化された差圧の移動平均値＝１のときが、圧力値で示した場合の差圧差＝０であるときと置換して捉えることができる。

【0127】

図１２は、コントローラＵによって行われる故障判定の制御例を示すフローチャートである。以下、このフローチャートについて説明する。なお、図１２の例では、差圧の積算値と差圧移動平均値とは、無次元化することなく、圧力センサ３５で検出された差圧をそのまま用いる場合を示してある。

【0128】

まず、Ｑ３１において、故障判定の実行条件が成立しているか否かが判別される。この実行条件としては、例えば次の条件を全て満足しているときとされる。大気圧が所定の範囲内であること。エンジン冷却水温度が所定の温度範囲であること（特に低温時でないこと）。外気温度が所定範囲内にあること。エンジン回転数に大きな変動がないこと。エンジンが完爆しているいこと。停車時でないこと。排気絞り弁３６の開度が所定開度以下でないこと（所定開度よりも大きい開度であること）。圧力センサ３５等の各種センサに異常がないこと。なお、実施形態では、上述の故障判定の実行条件の成立有無は別ルーチンで実行されて、Ｑ３１では別ルーチンでの処理結果を入力しているものである。

【0129】

Ｑ３２では、Ｑ３１での判定の結果が、実行条件成立であるか否かが判別される。このＱ３２の判別でＮＯのときは、Ｑ３１に戻る（故障判定なし）。

【0130】

Ｑ３２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３３において、圧力センサ３５で検出された今回の差圧△Ｐ（瞬時値である）に基づいて、重み値ｍが決定される。この後、Ｑ３４において、決定された重み値ｍが前回の重み値に加算されて、積算値ＩＮＴ・ｍが算出される（積算値は一時的にメモリＭ１に記憶される）。

【0131】

Ｑ３５では、圧力センサ３５での今回の検出値△Ｐに対してその重み値ｍを乗算してなる重み付け差圧ｍ×△Ｐ算出して、算出された値を前回値に加算してその積算値ＩＮＴ・ｍ△Ｐが算出される（積算値は一時的にメモリＭ１に記憶される）。この後、Ｑ３６において、積算値ＩＮＴ・ｍ△Ｐを重み値の積算値ＩＮＴ・ｍで除することにより、差圧の移動平均値ＡＶ△Ｐが算出される。

【0132】

Ｑ３６の後、Ｑ３７において、排気絞り弁３６が所定開度以下に閉じているか否かが判別される。このＱ３７の判別でＮＯのときは、Ｑ３８において、重み値の積算値ＩＮＴ・ｍが所定値よりも大きいか否かが判別される。当初は、Ｑ３８の判別でＮＯとなり、このときはＱ３１に戻る（Ｑ３３～Ｑ３６での処理が継続）。一方、Ｑ３７の判別でＹＥＳになったときは、Ｑ３７の判別が繰り返されて、Ｑ３３～Ｑ３６の処理が一時的にホールドされる。

【0133】

Ｑ３８の判別でＹＥＳとなると、Ｑ３９において、差圧の移動平均値ＡＶ△Ｐが判定しきい値よりも小さいか否かが判別される。このＱ３９の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４０において、ＧＰＦ３３が故障であると判定される。Ｑ４０では、合わせて、所定のフェイルセールの制御が実行される。このフェイルセーフの制御は、例えば、ＥＧＲ弁４２を閉弁して、外部ＥＧＲの禁止とされる（故障したＧＰＦ３３を通り抜けた煤が吸気通路２０へ環流される事態を確実に防止）。また、フェイルセーフの制御では、ワーニングランプＳ１１を点灯（あるいは点滅）させる。フェイルセーフの制御では、この他、ＧＰＦ３３が故障しているので（故障している可能性があるので）、早期の保守点検を促す旨の報知がディスプレイでの表示や音声によって行うのが好ましい。

【0134】

上記Ｑ３９の判別でＮＯのときは、Ｑ４１において、正常判定が行われる。このとき、前回の判定が故障判定である場合は、フェイルセーフの制御が解除される。

【0135】

ここで、Ｑ３６の差圧の移動平均値の算出は、Ｑ３８の判別でＹＥＳとなった直後に行うこともできる（算出回数の低減）。また、Ｑ４０に移行して故障であると判定された回数が、連続して所定回数以上であるとき（例えば５回以上）は、その後の故障診断を行うことなく、故障判定のままとすることもできる。

【0136】

なお、図１２において、Ｑ３３が重み値決定手段に対応し、Ｑ３４が重み値積算手段に対応し、Ｑ３５が重み付け差圧の算出手段とその積算手段に対応し、Ｑ３６が差圧の移動平均値算出手段に対応する。

【0137】

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。

【0138】

異常判定は、ＧＰＦ３３への煤の堆積量が多くなり過ぎた場合とすることもでき、この場合の判定しきい値は、穴あき故障を判定する判定しきい値よりも大きい値とされる。エンジンは、圧縮自己着火を行わないで、火花点火による着火のみを行うものであってもよい。エンジンはディーゼルエンジンであってもよい（パティキュレートフィルタがＤＰＦとされる）。ＧＰＦ３３の再生は、ＧＰＦ３３の温度（入り口温度）が、所定温度（例えば６００℃）以上の高温状態で行うことになる。このとき、ＧＰＦ再生時における減速時の燃料カットを禁止する領域を、例えば、煤の堆積量が多くなるほど、ＧＰＦ３３の温度（入り口温度）が低くなる方向へと拡大するように設定することもできる。

【0139】

排気絞り弁３６の開度は、図９に示すようにエンジン回転数に応じて変更する場合に限らず、エンジン負荷に応じて変更するようにしてもよい。この場合、排気絞り弁が閉弁方向へ作動される際に、エンジン低負荷時よりもエンジン高負荷時の方が開度大とされるようにするのが好ましい。また、排気絞り弁３６の開度を、エンジン回転数とエンジン負荷の両方をパラメータとして決定することもできる。排気絞り弁３６が所定開度以下のときに、積算値をホールドするのではなく、算出される重み値（従って重み付け差圧）を所定割合小さい値に変更した後、積算値を増大させるようにしてもよい。フローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、その機能を示す名称に手段の文字を付して、コントローラＵの有する機能手段として表現することができる。本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

【産業上の利用可能性】

【0140】

本発明は、パティキュレートフィルタを有する車両に適用して好適である。

【符号の説明】

【0141】

Ｅ：エンジン
Ｕ：コントローラ
Ｓ１：センサ（エンジン回転数）
Ｓ２：センサ（アクセル開度）
Ｓ３：センサ（冷却水温度）
Ｓ１１：ワーニングランプ
３３：ＧＰＦ（パティキュレートフィルタ）
５：燃焼室
１０：点火プラグ
１１：燃料噴射弁
３０：排気通路
３５：圧力センサ（差圧検出用）
３６：排気絞り弁
３７：流量センサ
３８：温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】