JP2003254038A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒を担持したパティキュレートフィルタの
触媒床温を精度良く推定する内燃機関の排気浄化装置を
提供すること。 【解決手段】 内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に
触媒を担持したパティキュレートフィルタ（ＤＰＮＲ）
と同ＤＰＮＲに燃料を供給する添加燃料供給手段とを備
え、同ＤＰＮＲに着目した熱収支を求めるためのモデル
を使用して同ＤＰＮＲの触媒床温を推定する。このモデ
ルは、ＤＰＮＲに流入したパティキュレートの酸化熱量
Ｑpm、入ガスの熱量Ｑin、供給された添加燃料の反応熱
量Ｑract、排気ガス中の未燃燃料の反応熱量Ｑhc、ＤＰ
ＮＲ表面から放射される放出熱量Ｑtrns、及び出ガスの
熱量Ｑexとを演算式により記述していて、排気浄化装置
はこのモデルによりＤＰＮＲの熱収支を算出し、同算出
された熱収支とＤＰＮＲの熱容量とに基いてＤＰＮＲの
触媒床温を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気通路に配設さ
れるとともに触媒を担持したパティキュレートフィルタ
の触媒床温を推定することが可能な内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジンの排気通
路に、パティキュレートフィルタを配設した排気浄化装
置が知られている。パティキュレートフィルタは、排気
ガス中のススや未燃ＨＣを主成分とする微粒子状物質
（この微粒子状物質は「パティキュレート・マター」と
称呼されるが、以下、単に「パティキュレート」と称呼
する。）を捕集するフィルタである。

【０００３】かかるパティキュレートフィルタが捕集し
たパティキュレートにより目詰まりをおこすと、機関の
排気抵抗が増大してしまう。このため、特公平７−１０
６２９０号公報に開示されたパティキュレートフィルタ
は、パティキュレートを酸化するための触媒を担持する
ことでパティキュレートを連続的に酸化・焼失せしめ、
これにより内部にパティキュレートが堆積することを防
止している。

【０００４】ところが、このようなパティキュレートフ
ィルタにおいても、流入するガス温度が低いために触媒
床温が低く触媒が十分に活性しておらず、従って、パテ
ィキュレートの連続的な酸化・焼失が行われ難い場合、
或いは、機関の運転状態により短期間内に多量のパティ
キュレートが流入した場合等、パティキュレートが堆積
する場合がある。このため、例えば、パティキュレート
フィルタに添加燃料を供給し、その添加燃料の酸化に伴
う熱で触媒床温を上昇せしめることにより堆積したパテ
ィキュレートの酸化・焼失を促進し、パティキュレート
の堆積を防止する技術も知られている。

【０００５】一方、近年、内燃機関から排出されるＮＯ
ｘの量を低減するために、前記パティキュレートフィル
タに吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と呼ばれる触媒を担持する技
術が開発されてきている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、流
入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに同排気ガ
ス中のＮＯｘを吸収し、同排気ガスの空燃比がリッチと
なったときに吸収したＮＯｘを放出・還元し、これによ
りＮＯｘをＮ₂に変換してから大気中に放出する機能を
備えている。かかる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にあっては、
触媒床温が活性温度以上になると、その浄化率が急に大
きくなる。また、触媒床温が過度に高くなると、触媒が
損傷を受けてその性能が損なわれる場合がある。以上の
ことから、触媒床温を精度良く推定し、推定した触媒床
温に基づいて触媒床温を制御することが望まれている。

【０００６】上述した吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持した
パティキュレートフィルタをディーゼルエンジンの排気
通路に配設した排気浄化装置は、特開２００１−２２７
３２５に開示されている。この排気浄化装置は、ディー
ゼルエンジンにより使用される混合気の空燃比が常にリ
ーンであるため、触媒が吸収したＮＯｘを還元すること
ができないことから、パティキュレートフィルタの上流
に還元剤（添加燃料）供給手段を設け、同パティキュレ
ートフィルタに還元剤を供給して触媒に流入するガスの
空燃比を一時的にリッチとし、もってＮＯｘを放出・還
元させるようになっている。そして、この排気浄化装置
は、還元剤供給手段によりパティキュレートフィルタに
供給される還元剤、及びディーゼルエンジンの排気ガス
中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯからなる可燃燃料が同パテ
ィキュレートフィルタ内で反応したときの発熱量を考慮
することにより、同パティキュレートフィルタ内の触媒
床温を推定するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記開
示された従来の排気浄化装置は、パティキュレートフィ
ルタにパティキュレートを酸化するための触媒を担持さ
せた場合、同パティキュレートフィルタ内に捕集された
パティキュレートが同フィルタ内で酸化することにより
発生する熱を考慮していないので、触媒床温の推定精度
が良好でないという問題がある。従って、本発明の目的
の一つはパティキュレートフィルタ内でのパティキュレ
ートの酸化熱を考慮することで、一層精度良く触媒床温
を推定することが可能な排気浄化装置を提供することに
ある。

【０００８】

【本発明の概要】上記目的を達成するための本発明の特
徴は、内燃機関の排気通路に備えられるとともに触媒を
担持してなるパティキュレートフィルタと、前記パティ
キュレートフィルタに流入する熱量と同パティキュレー
トフィルタから放出される熱量とを演算式で記述すると
ともに同パティキュレートフィルタの熱量の変化量を表
す熱収支を同演算式により算出される熱量を用いた演算
式で記述したモデルに基いて同熱収支を算出する熱収支
算出手段と、前記算出された熱収支に基づいて前記パテ
ィキュレートフィルタの触媒床温を推定する触媒床温推
定手段とを具備した内燃機関の排気浄化装置において、
前記熱収支算出手段のモデルは、少なくとも前記パティ
キュレートフィルタに流入したパティキュレートが同パ
ティキュレート内で酸化される際に発生する熱量である
パティキュレート酸化熱量を前記パティキュレートフィ
ルタに流入する熱量の一つとして扱うように構成された
ことにある。

【０００９】これによれば、パティキュレートフィルタ
に流入したパティキュレートが同パティキュレートフィ
ルタ内で酸化される際に発生する熱量、即ちパティキュ
レート酸化熱量が、前記パティキュレートフィルタに流
入する熱量の一つとして同パティキュレートフィルタの
熱収支の算出に考慮されるから、前記算出される熱収支
の精度が向上し、従って、前記算出された熱収支に基づ
いて推定される触媒床温の推定精度が向上する。

【００１０】この場合において、前記熱収支算出手段の
モデルは、前記パティキュレート酸化熱量と前記パティ
キュレートフィルタに流入するガスの熱量である入ガス
熱量と同パティキュレートフィルタに流入する可燃燃料
の同パティキュレートフィルタ内での反応熱量とを同パ
ティキュレートフィルタに流入する熱量として扱うとと
もに、同パティキュレートフィルタの外表面から放射さ
れる放出熱量と同パティキュレートフィルタから流出す
るガスの熱量である出ガスの熱量とを同パティキュレー
トフィルタから放出される熱量として扱うように構成さ
れ、前記触媒床温推定手段は、前記算出された熱収支と
前記パティキュレートフィルタの熱容量とに基づいて同
パティキュレートフィルタの触媒床温を推定するように
構成されることが好適である。

【００１１】なお、前記パティキュレートフィルタに流
入する可燃燃料には、内燃機関から排出される未燃燃
料、及び、内燃機関の排気浄化装置が、前記パティキュ
レートフィルタに添加燃料を供給する添加燃料供給手段
を備える場合には、同添加燃料供給手段から同パティキ
ュレートフィルタに供給される添加燃料が含まれる。

【００１２】これによれば、パティキュレートフィルタ
に流入する上記各熱量と、同パティキュレートフィルタ
から放出される上記各熱量とが考慮されながら、同パテ
ィキュレートフィルタの熱収支が算出される。従って、
前記算出される熱収支の精度が向上するから、前記パテ
ィキュレートフィルタの触媒床温の推定精度が向上す
る。

【００１３】上記何れかの排気浄化装置は、前記パティ
キュレートフィルタから流出するガスの温度である出ガ
ス温を検出する出ガス温検出手段と、前記推定された触
媒床温に基づいて前記出ガス温を推定する出ガス温推定
手段とを備えるとともに、前記熱収支算出手段は、前記
出ガス温検出手段により検出された出ガス温と前記出ガ
ス温推定手段により推定された出ガス温とに基いて前記
モデルを修正するように構成されることが好適である。

【００１４】パティキュレートフィルタ内を通過するガ
スはパティキュレートフィルタから熱を受け、その結果
が出ガス温の変化として現われる。つまり、パティキュ
レートフィルタの触媒床温と出ガス温との間には、例え
ば、触媒床温に対して一次遅れ処理等の時間遅れ処理を
施せば出ガス温と略一致する温度が得られるといった一
定の関係がある。このことは、実験によっても確認され
た。従って、かかる一定の関係を用いることにより、推
定した触媒床温から出ガス温を推定することができる。
このとき、推定した触媒床温が正しければ（真の触媒床
温と略一致していれば）、前記推定した出ガス温と実際
に検出される出ガス温は一致するはずである。以上のこ
とから、上記構成のように、推定した触媒床温と実際に
検出される出ガス温とに基き、例えば、両温度が一致す
るようにパティキュレートフィルタの熱収支を算出する
ためのモデルを修正すれば、触媒床温の推定精度を向上
することができる。

【００１５】また、推定した触媒床温と検出される出ガ
ス温とに基き前記モデルを修正する内燃機関の排気浄化
装置において、前記熱収支算出手段は、前記検出された
出ガス温と前記推定された出ガス温の温度差の時間微分
値に基づいて前記モデルを修正するように構成されるこ
とが好適である。

【００１６】これによれば、検出された出ガス温と推定
された出ガス温の温度差の時間微分値に基づいて前記モ
デルが修正されるから、同モデルの誤差を速やかに修正
することができるので、触媒床温の推定精度を一層向上
することができる。

【００１７】また、上記内燃機関の排気浄化装置は、前
記パティキュレートフィルタから流出するガスの温度で
ある出ガス温を検出する出ガス温検出手段と、前記検出
された出ガス温の所定期間における平均値である平均検
出出ガス温を算出する平均検出出ガス温算出手段と、前
記推定された触媒床温（推定触媒床温）の前記所定期間
における平均値である平均触媒床温を算出する平均触媒
床温算出手段とを備えるとともに、前記熱収支算出手段
は、前記算出された平均検出出ガス温と前記算出された
平均触媒床温とに基づいて前記モデルを修正するように
構成されることが好適である。

【００１８】例えば、内燃機関の排気浄化装置が上述し
た添加燃料供給手段を備えている場合、熱収支算出手段
は添加燃料供給手段からパティキュレートフィルタに供
給される燃料量を同添加燃料供給手段への指示（指令）
信号に基いて算出し、その算出された燃料量に基いて添
加燃料（可燃燃料）の反応熱を演算により算出すること
ができる。しかし、添加燃料供給手段の製造誤差や経時
変化等により、添加燃料供給手段が指示信号に対して予
定される燃料量よりも僅かだけ多い量、又は僅かだけ少
ない量の燃料をパティキュレートフィルタに供給するこ
とがある。このような場合、演算により算出される添加
燃料の反応熱量は実際の添加燃料の反応熱量よりも僅か
だけ大きいか、又は僅かだけ小さくなるから、短時間内
におけるパティキュレートフィルタの算出される熱収支
と真の熱収支との差は小さい。しかし、推定触媒床温は
これらの差の累積に応じた値となるから、時間経過とと
もに同推定触媒床温と真の触媒床温との差は次第に大き
くなる。

【００１９】これに対し、実際に検出された出ガス温の
所定期間における平均値である平均検出出ガス温は、真
の触媒床温と推定触媒床温とが一致しているとき、同推
定触媒床温の前記所定期間における平均値である平均触
媒床温に追従して変化する。換言すると、平均検出出ガ
ス温と平均触媒床温の温度差が拡大するということは、
推定触媒床温が真の触媒床温と一致していないことを意
味し、そして、平均検出出ガス温と平均触媒床温の温度
差は、パティキュレートフィルタの触媒床温の推定に用
いられる熱収支と同パティキュレートフィルタの真の熱
収支との差に応じた値となる。

【００２０】従って、上記構成のように、平均検出出ガ
ス温と平均触媒床温の温度差に基いて前記パティキュレ
ートフィルタの熱収支を算出するためのモデルを修正す
れば、触媒床温の推定精度を一層向上することができ
る。

【００２１】このように前記モデルを修正するために推
定される出ガス温（推定出ガス温）は、前記推定された
触媒床温に対して遅れ処理を施した値に基いて推定され
得るし、検出した又は機関の運転状態から推定した（つ
まり、取得した）入ガス温、及び同入ガス温と前記推定
された触媒床温の温度差に対して遅れ処理を施した値に
基づいても推定され得る。

【００２２】また、前記熱収支算出手段は、前記推定さ
れた触媒床温が所定温度以上のとき、前記モデルのパテ
ィキュレート酸化熱量を記述した演算式を修正すること
で同モデルを修正するように構成されることが好適であ
る。

【００２３】触媒を担持したパティキュレートフィルタ
において、パティキュレート酸化熱量は、パティキュレ
ートの酸化速度に依存して大きく変化する。また、パテ
ィキュレートの酸化速度は、触媒床温が所定床温より高
い場合に急激に大きくなる。このため、パティキュレー
ト酸化速度が大きい温度領域においては、パティキュレ
ート酸化熱量の推定誤差が、他の熱量の推定誤差よりも
極めて大きくなる。従って、このような温度領域におい
てモデルの修正が必要な場合、パティキュレート酸化熱
量の推定誤差が大きいと考えられるから、同モデルのパ
ティキュレート酸化熱量を記述した演算式を修正するこ
とで同モデルを修正するように構成すれば、同モデルを
的確に修正することが可能となる。その結果、パティキ
ュレートフィルタの熱収支の推定精度が向上するから、
触媒床温の推定精度が向上する。

【００２４】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置は、前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記内燃機関が吸入した新気量を計測する新気量計測手
段と、前記パティキュレートフィルタの上流の前記排気
通路に備えられ同パティキュレートフィルタに添加燃料
を供給する添加燃料供給手段と、前記パティキュレート
フィルタから排出される出ガスの空燃比を検出する空燃
比検出手段と、前記燃料供給手段により前記内燃機関に
供給された燃料の量である燃料供給量を算出する燃料供
給量算出手段と、前記検出された空燃比と前記計測され
た新気量と前記算出された燃料供給量とに基いて前記添
加燃料供給手段から前記パティキュレートフィルタに供
給された添加燃料の量を可燃燃料の量として算出する可
燃燃料供給量算出手段とを備えるとともに、前記熱収支
算出手段は、前記可燃燃料の反応熱量を前記算出された
可燃燃料の量と前記モデルの演算式とに基づいて算出
し、同算出された反応熱量に基づいて前記パティキュレ
ートフィルタの熱収支を算出するように構成されること
が好適である。

【００２５】上述したように、添加燃料供給手段の製造
誤差や経時変化等により、添加燃料供給手段は指示信号
に対して予定される燃料量よりも僅かだけ多い量、又は
僅かだけ少ない量の燃料を添加することがある。つま
り、添加燃料供給手段の計量精度は相対的に良好でな
い。これに対し、内燃機関に燃料を供給する燃料供給手
段は、同燃料供給手段から機関に供給される燃料の量が
同機関の燃焼・発生トルクを大きく左右するから、その
計量精度が相対的に良好であるように設計される。従っ
て、燃料供給手段により機関に供給された燃料の量であ
る燃料供給量は同燃料供給手段への指令信号に基いて比
較的精度良く算出できる。一方、パティキュレートフィ
ルタの上流において供給された燃料量の総量は、同パテ
ィキュレートフィルタの出ガスの空燃比と新気量とに基
いて比較的精度良く求められる。

【００２６】従って、例えば、前記検出された空燃比と
前記計測された新気量とによりパティキュレートフィル
タの上流において供給された燃料量の総量を求め、この
総量から前記算出された燃料供給量を減算することによ
り、前記添加燃料供給手段から前記パティキュレートフ
ィルタに供給された添加燃料の量を精度良く求めること
ができる。即ち、上記構成のように、前記検出された空
燃比と前記計測された新気量と前記算出された燃料供給
量とに基いて前記添加燃料供給手段から前記パティキュ
レートフィルタに供給された添加燃料の量を可燃燃料の
量として求め、この可燃燃料の量に基いて可燃燃料の反
応熱量を求めれば、パティキュレートフィルタの熱収支
の推定精度が向上するため、触媒床温が精度良く推定さ
れ得る。

【００２７】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置は、前記機関の運転状態に基づいて前記機関から排出
される未燃燃料の量を可燃燃料量として推定する可燃燃
料量推定手段を備えるとともに、前記熱収支算出手段
は、前記パティキュレートに流入する可燃燃料の同パテ
ィキュレートフィルタ内での反応熱量を前記可燃燃料量
推定手段により推定された可燃燃料量と前記モデルの演
算式とに基づいて算出し、同算出された反応熱量に基づ
いて前記パティキュレートフィルタの熱収支を算出する
ように構成されることが好適である。

【００２８】これによれば、内燃機関から排出される未
燃燃料分の前記パティキュレートフィルタ内での反応熱
量が同パティキュレートフィルタの熱収支に反映される
から、同熱収支に基いて推定される触媒床温の推定精度
が向上する。

【００２９】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置は、前記パティキュレートフィルタに堆積したパティ
キュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推
定手段を備えるとともに、前記熱収支算出手段は、前記
パティキュレート酸化熱量を前記推定されたパティキュ
レート堆積量と前記モデルの演算式とに基づいて算出
し、同算出されたパティキュレート酸化熱量に基づいて
前記パティキュレートフィルタの熱収支を算出するよう
に構成されることが好適である。

【００３０】パティキュレートフィルタ内でパティキュ
レートの酸化により発生されるパティキュレート酸化熱
量は、同パティキュレートフィルタ内に堆積されたパテ
ィキュレートの量（パティキュレート堆積量）に依存し
て変化する。即ち、パティキュレート堆積量が多いほ
ど、単位時間内により多くのパティキュレートが酸化さ
れるから、パティキュレート酸化熱量は増大する。従っ
て、上記構成のように、パティキュレート堆積量を推定
し、同推定したパティキュレート堆積量に基いてパティ
キュレート酸化熱量を推定すれば、より精度良くパティ
キュレート酸化熱量を推定することができるので、パテ
ィキュレートフィルタの熱収支の推定精度が向上し、そ
の結果、触媒床温が精度良く推定される。

【００３１】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置は、指令信号に応じて前記パティキュレートフィルタ
の触媒床温を変更させる触媒床温変更手段と、前記触媒
床温推定手段により推定された触媒床温が上昇している
とき、同推定された触媒床温に所定の正の値を加えた温
度を予測推定触媒床温として求め、同予測推定触媒床温
に基づいて前記指令信号を発生する触媒床温制御手段と
を備えることが好適である。

【００３２】これによれば、触媒床温推定手段により推
定された触媒床温が上昇しているとき、同推定された触
媒床温に所定の正の値を加えた温度、即ち、推定触媒床
温より所定の正の温度だけ高い温度が予測推定触媒床温
として求められ、この予測推定触媒床温に基いて触媒床
温が制御されることになる。従って、例えば、予測推定
触媒床温が所定の上限側閾値温度以上となったときに触
媒床温を下降させる制御を開始するように構成すること
で、パティキュレートフィルタ内におけるパティキュレ
ートの酸化速度が急激に上昇し同触媒床温が急増する場
合であっても、より早い段階にて触媒床温の上昇を抑制
する制御を開始できるので、同触媒床温が過大となるこ
とを未然に防止することができる。

【００３３】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置は、指令信号に応じて前記パティキュレートフィルタ
の触媒床温を変更させる触媒床温変更手段と、前記パテ
ィキュレートフィルタに流入するガスの温度である入ガ
ス温を取得する入ガス温取得手段と、前記パティキュレ
ートフィルタから流出するガスの温度である出ガス温を
検出する出ガス温検出手段と、前記入ガス温と前記推定
された触媒床温とから前記出ガス温を時間的に遅らせた
温度である遅延出ガス温を推定する遅延出ガス温推定手
段と、前記検出された出ガス温と前記推定された遅延出
ガス温の温度差を減少させるように前記熱収支算出手段
により算出される熱収支を変更するとともに、同変更し
た熱収支に基づいて前記パティキュレートフィルタの触
媒床温を予測推定触媒床温として求め、同予測推定触媒
床温に基づいて前記指令信号を発生する触媒床温制御手
段とを備えることが好適である。

【００３４】これによれば、前記（検出又は推定される
ことにより取得された）入ガス温と推定された触媒床温
とから出ガス温を時間的に遅らせた温度である遅延出ガ
ス温が求められる。換言すると、遅延出ガス温は、出ガ
ス温が上昇を続けている場合、同出ガス温よりも低い温
度となる。従って、モデルが正確であってパティキュレ
ートフィルタの熱収支が真値とずれていない場合であっ
ても、遅延出ガス温は検出された出ガス温より低い温度
となる。

【００３５】一方、触媒床温制御手段は、前記検出され
た出ガス温と前記推定された遅延出ガス温との温度差が
減少するように前記熱収支算出手段により算出される熱
収支を変更するから、そのように変更された熱収支は出
ガス温が上昇を続ける場合には真の熱収支よりも高めの
値となる。従って、この変更した熱収支に基づいて求め
られる前記パティキュレートフィルタの触媒床温（予測
推定触媒床温）は、真の触媒床温より高めの温度として
求められる。そして、触媒床温制御手段は、この予測推
定触媒床温に基づいて触媒床温を制御するための指令信
号を発生するから、パティキュレートフィルタ内におけ
るパティキュレートの酸化速度が急激に上昇し同触媒床
温が急増する場合であっても、より早い段階にて触媒床
温の上昇を抑制する制御を開始できるので、同触媒床温
が過大となることを未然に防止することができる。

【００３６】また、本発明は、触媒を担持してなるパテ
ィキュレートフィルタを排気通路に備えた内燃機関の排
気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタに
流入するガスの温度である入ガス温を検出する入ガス温
検出手段と、前記パティキュレートフィルタから流出す
るガスの温度である出ガス温を検出する出ガス温検出手
段と、前記パティキュレートフィルタ内部で化学反応に
よる熱が発生しないと仮定した場合の前記出ガス温であ
る仮定出ガス温を前記検出した入ガス温に対し遅れ処理
を施した値に基いて推定する仮定出ガス温推定手段と、
前記検出された出ガス温と前記推定された仮定出ガス温
の温度差に基づいて前記パティキュレートフィルタの触
媒床温を推定する触媒床温推定手段とを具備した内燃機
関の排気浄化装置を提供する。

【００３７】上記構成により求められる仮定出ガス温
は、検出した入ガス温に対し遅れ処理を施したものであ
って、パティキュレートフィルタ内部で化学反応による
熱が発生しないと仮定した場合の出ガス温である。従っ
て、検出された出ガス温と仮定出ガス温との温度差は、
パティキュレートフィルタ内での化学反応により発生し
た熱量に対応した値となるので、上記構成のように、こ
の温度差に基いて触媒床温を推定すれば、パティキュレ
ートフィルタ内での発生熱量を適切に反映した推定触媒
床温を求めることができる。

【００３８】本発明は、また、触媒を担持してなるパテ
ィキュレートフィルタを排気通路に備えた内燃機関の排
気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタに
流入するガスの温度である入ガス温を検出する入ガス温
検出手段と、前記パティキュレートフィルタから流出す
るガスの温度である出ガス温を検出する出ガス温検出手
段と、前記パティキュレートフィルタ内部で化学反応に
よる熱が発生しないと仮定した場合の前記出ガス温であ
る仮定出ガス温を前記検出した入ガス温に対し遅れ処理
を施した値に基いて推定する仮定出ガス温推定手段と、
前記検出された出ガス温と前記推定された仮定出ガス温
の温度差の時間微分値に基づいて前記パティキュレート
フィルタの触媒床温を推定する触媒床温推定手段とを具
備した内燃機関の排気浄化装置を提供する。

【００３９】検出された出ガス温とパティキュレートフ
ィルタ内部で化学反応による熱が発生しないと仮定した
場合の出ガス温である仮定出ガス温の温度差は、パティ
キュレートフィルタ内での化学反応により発生した熱量
に対応した値である。換言すると、前記温度差は、パテ
ィキュレートフィルタ内部の化学反応による発熱の結果
としての触媒床温が、同パティキュレートフィルタを通
過するガスの温度に及ぼした影響分に対応していると考
えることができる。

【００４０】一方、触媒床温がピーク値（最大値）とな
った後においても入ガス温が触媒床温より低ければ、出
ガス温は上昇を続ける。但し、触媒床温がピーク値とな
った後は、触媒床温は低下し、パティキュレートフィル
タ内部のガス温は上昇するから、触媒床温とパティキュ
レートフィルタ内部のガス温との差が小さくなる。この
ため、触媒床温が同パティキュレートフィルタを通過す
るガスの温度に及ぼした影響分である前記温度差の上昇
速度は低下する。以上のことから、前記温度差の上昇速
度が最大となる時刻近傍で触媒床温は最大になっている
と考えることができる。従って、上記構成のように、こ
の温度差の時間微分値に基いて触媒床温を推定すれば、
同触媒床温の変化傾向を適切に反映しながら、同触媒床
温を精度良く推定することができる。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による内燃機関の排
気浄化装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明
する。

【００４２】（１．第１実施形態）図１は、本発明の第
１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を４気筒内燃
機関（ディーゼルエンジン）１０に適用したシステムの
概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統
を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒に
大気（新気）を導入するための吸気系統３０、エンジン
本体２０からの排気ガスを放出するための排気系統４
０、ＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでい
る。

【００４３】エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料
噴射弁２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図
示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２
に燃料配管２３を介して接続されている。これにより、
燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から噴射圧
力まで昇圧された燃料が供給される。また、燃料噴射弁
２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、
同電気制御装置６０からの駆動信号に応じて所定時間だ
け開弁し、これにより各気筒内に前記昇圧された燃料を
噴射するようになっている。

【００４４】吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気
筒にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マ
ニホールド３１の上流側集合部に接続された吸気管３
２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁
３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロ
ットル弁を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３
３ａ、吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３
４とを含んでいる。吸気マニホールド３１、及び吸気管
３２は吸気通路を構成している。

【００４５】排気系統４０は、エンジン本体２０の各気
筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マ
ニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４
２、排気管４２に介装されるとともにＮＯｘ触媒及び捕
集したパティキュレートを酸化する触媒を担持したディ
ーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」
と称呼する。）４３、及びＤＰＮＲ４３の上流の排気通
路に配設され添加燃料（軽油）をＤＰＮＲ４３に供給す
る添加燃料供給手段４４を含んでいる。排気マニホール
ド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。

【００４６】ＤＰＮＲ４３は、図示しないケースと同ケ
ース内に収納されたフィルタ部とからなっている。フィ
ルタ部は、その正面図である図２、及び図２の１−１線
に沿った平面にてフィルタ部を切断した断面図である図
３に示したように、長円正面形状を有し、その内部が軸
線方向に延在する隔壁（基材）４３ａにより多数の軸線
方向空間に細分されている。各軸線方向空間は、同軸線
に垂直な平面で切断すると、略正方形状を有している。
また、隔壁４３ａは、例えば、コージライト（セラミッ
クの一種）のような多数の細孔を有する材料（即ち、多
孔質材料）から形成されている。

【００４７】このＤＰＮＲ４３においては、排気ガス流
入側端部にて隣接する軸線方向空間が交互に栓４３ｂに
より閉塞されている。また、排気ガス流入側端部にて栓
４３ｂにより閉塞されていない軸線方向空間は、排気ガ
ス流出側端部にて栓４３ｃにより閉塞されている。

【００４８】かかる構造により、隣接する二つの軸線方
向空間の一方（排気ガス流入側端部にて栓４３ｂにより
閉塞されていない空間）は排気ガスが流入する流入通路
４３ｄとなり、他方（排気ガス流出側端部にて栓４３ｃ
により閉塞されていない空間）は排気ガスが流出する流
出通路４３ｅとなる。この結果、図３に矢印にて示した
ように、流入通路４３ｄに流入した排気ガスは隔壁４３
ａを通過して流出通路４３ｅに導かれ、同流出通路４３
ｅを介して外部に放出される。この排気ガスの流れによ
り、排気ガス中のパティキュレートは隔壁４３ａの細孔
表面に衝突して捕集される。このような構造のＤＰＮＲ
４３は、ハニカム構造を有する所謂ウオールフロー型フ
ィルタと呼ばれる。

【００４９】一方、ＤＰＮＲ４３の隔壁４３ａの表面に
は、触媒の担体としてのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）がコート
されていて、同アルミナに捕集したパティキュレートを
酸化させる（及び／又は、酸化作用を有する）触媒が担
持されている。この酸化作用を有する触媒はＰｔ等の貴
金属である。これにより、前記ＤＰＮＲ４３の細孔表面
に捕集されたパティキュレートは、輝炎を発することな
く数分程度で酸化せしめられてＤＰＮＲ４３の外部に放
出される。

【００５０】このパティキュレートの酸化速度Ｖoxdz
は、触媒床温（この実施形態では、ＤＰＮＲ４３の基材
の温度、即ち、実質的に隔壁（基材）４３ａとアルミナ
のコート層の温度である。）の影響を最も強く受け、酸
化速度Ｖoxdzと触媒床温Ｔbctruとの関係を示したグラ
フである図４に示したように、触媒床温Ｔbctruが上昇
するとともに大きくなる。なお、ここでの酸化速度Ｖox
dzはパティキュレート一粒子当たりが酸化される速度で
あって、単位は（g/sec）／g（＝１／sec）である。従
って、この酸化速度ＶoxdzにＤＰＮＲ４３に捕集されて
いるパティキュレートの質量Ｇpmを乗ずることにより、
単位時間あたりにＤＰＮＲ４３内部で酸化されるパティ
キュレートの質量が求められる。

【００５１】一方、ＤＰＮＲ４３内で酸化されることに
より同ＤＰＮＲ４３の外部に放出されるパティキュレー
トの量よりも、同ＤＰＮＲ４３に捕集されるパティキュ
レートの量が多くなると、同ＤＰＮＲ４３内にパティキ
ュレートが堆積し、その捕集能力が低下するとともに、
エンジン１０の排気抵抗が増大する。

【００５２】このため、本排気浄化装置は、前述した添
加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ４３に添加燃料を供給
し、同添加燃料がＤＰＮＲ４３の内部で燃焼することに
伴って発生する熱により触媒床温を上昇せしめ、パティ
キュレートの酸化速度Ｖoxdzを上昇させることで堆積し
たＤＰＮＲ４３を酸化して除去する。即ち、本排気浄化
装置は、添加燃料の供給によりフィルタの再生を定期的
に行うことで、ＤＰＮＲ４３のパティキュレート捕集能
力を維持する。なお、パティキュレートが酸化されるた
めには酸素が必要であるから、添加燃料供給手段４４か
らの添加燃料の供給量は、ＤＰＮＲ４３の全体の空燃比
がリッチとならない程度（即ち、ＤＰＮＲ４３内にパテ
ィキュレートを酸化させるための酸素が十分に存在する
リーン空燃比が得られる程度）の量に設定される。

【００５３】他方、ＤＰＮＲ４３は、前記担体としての
アルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬ
ｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢ
ａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びラ
ンタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選
ばれた少なくとも一つを、前記担持した白金とともに担
持している。

【００５４】これにより、ＤＰＮＲ４３は、その触媒床
温Ｔbctruが所定温度（例えば４００℃）以上であれ
ば、ＤＰＮＲ４３に流入するガスの空燃比が理論空燃比
よりもリーンのときにＮＯｘを吸収し、同流入するガス
の空燃比が理論空燃比、又は理論空燃比よりもリッチの
ときに吸収したＮＯｘをＮＯ₂又はＮＯとして放出する
ようになっている。また、この放出されたＮＯ₂又はＮ
ＯはＤＰＮＲ４３に流入するリッチ空燃比のガス中の未
燃ＨＣや未燃ＣＯと反応してＮ₂に還元せしめられて外
部に放出される。このように、ＤＰＮＲ４３は、ＮＯｘ
を吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸
蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになってい
る。

【００５５】ところで、本排気浄化装置はディーゼルエ
ンジン１０に適用されている。ディーゼルエンジン１０
においては、燃焼室に供給する混合気の空燃比が理論空
燃比又はリッチな空燃比であると燃焼の際に煤が発生す
るなどの問題が生じるので、燃焼室に供給する混合気の
空燃比は理論空燃比よりもリーンな空燃比とせざるを得
ない。そうすると、ＤＰＮＲ４３には常に空燃比がリー
ンなガスが流入することになるから、ＤＰＮＲ４３は吸
収したＮＯｘを放出・還元することができず、吸収した
ＮＯｘの量が最大量に到達するとＮＯｘをそれ以上に浄
化することができない。

【００５６】このため、本排気浄化装置は、理論空燃比
よりもリッチな空燃比を有するガスがＤＰＮＲ４３の内
部を周期的に通過するように、前述した添加燃料供給手
段４４からＤＰＮＲ４３に添加燃料を供給し、これによ
り、ＮＯｘの放出・還元を達成し、ＮＯｘを良好に浄化
するようになっている。

【００５７】再び、図１を参照すると、添加燃料供給手
段４４は、何れも図示しない噴射ノズルと電磁式開閉弁
とを内蔵している。噴射ノズルは、燃料噴射用ポンプ２
２に燃料配管２４を介して接続されていて、前記燃料噴
射圧よりも低い略一定圧力に昇圧された燃料が供給され
るようになっている。電磁式開閉弁は、電気制御装置６
０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０から
のパルス状の駆動信号に応答し、前記駆動信号がハイレ
ベルとなっている時間だけ開弁することにより、同時間
に応じた（比例した）燃料量の燃料（可燃燃料である添
加燃料）をＤＰＮＲ４３に添加・供給するようになって
いる。

【００５８】ＥＧＲ装置５０は、排気ガス再循環通路を
構成するＥＧＲ管５１とＥＧＲ管５１に介装されたＥＧ
Ｒ弁５２とを備えている。ＥＧＲ管５１は添加燃料供給
手段４４の上流側排気通路とスロットル弁３３の下流側
吸気通路を連通している。ＥＧＲ弁５２は電気制御装置
６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量
（ＥＧＲ量）が、エンジン回転速度NE（単位は、ｒｐ
ｍ）と一吸気行程あたりの筒内燃料噴射量qfin（又は、
アクセル開度Accpに基づく要求トルクTQ）とに応じて一
義的に決定される目標ＥＧＲ量と等しくなるように、Ｅ
ＧＲ管５１内部のＥＧＲ通路の開口断面積を変更するよ
うになっている。なお、ＥＧＲ弁により、ＥＧＲ率を制
御するように構成してもよい。

【００５９】電気制御装置６０は、互いにバスで接続さ
れたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テ
ーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予
め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデー
タを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状
態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源
が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６
４、及びＡＤコンバータを含むインターフェース６５等
からなるマイクロコンピュータである。インターフェー
ス６５は、新気量計測手段である熱線式エアフローメー
タ７１、入ガス温センサ７２、出ガス温センサ７３、差
圧センサ７４、エンジン回転速度センサ７５、及びアク
セル開度センサ７６と接続されていて、これらのセンサ
からの信号をＣＰＵに供給するようになっている。ま
た、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、スロッ
トル弁アクチュエータ３３ａ、添加燃料供給手段４４、
及びＥＧＲ弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示
に応じてこれらに前述した駆動信号を送出するようにな
っている。

【００６０】熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路
内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入
空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同質量流
量を表す信号Ｇaを発生するようになっている。入ガス
温センサ７２は、ＤＰＮＲ４３の上流側の排気通路内に
配置され、ＤＰＮＲ４３に流入するガス（入ガス）の温
度を表す信号Ｔinを発生するようになっている。出ガス
温センサ７３は、ＤＰＮＲ４３の下流側の排気通路内に
配置され、ＤＰＮＲ４３から流出するガス（出ガス）の
温度を表す信号Ｔexを発生するようになっている。

【００６１】差圧センサ７４は、ＤＰＮＲ４３の上流側
の排気管４２内の圧力と下流側の排気管４２内の圧力と
の差、即ち、ＤＰＮＲ４３の前後差圧を計測し、同前後
差圧を表す信号dpactを発生するようになっている。エ
ンジン回転速度センサ７５は、内燃機関１０の回転速度
を検出し、エンジン回転速度NEを表す信号を発生するよ
うになっている。アクセル開度センサ７６は、アクセル
ペダルの操作量を検出し、アクセル操作量を表す信号Ac
cpを発生するようになっている。

【００６２】（第１実施形態の触媒床温推定原理）次
に、上記のように構成された排気浄化装置による触媒床
温の推定原理について説明すると、同排気浄化装置は、
ＤＰＮＲ４３に着目し、同ＤＰＮＲ４３についての熱収
支（即ち、ＤＰＮＲ４３に流入する熱量とＤＰＮＲ４３
から放出される熱量の差）と、ＤＰＮＲ４３の熱容量と
に基づいて、ＤＰＮＲ４３の触媒床温Ｔbcを推定する。
以下、必要に応じ、推定される触媒床温を推定触媒床温
Ｔbcと称呼することもある。

【００６３】具体的に述べると、モデル（触媒床温推定
モデル）の考え方を表した図５に示したように、ＤＰＮ
Ｒ４３の熱収支Ｑdpnrを考えるにあたり考慮すべき熱量
には、ＤＰＮＲ４３に流入する熱量としての入ガス熱量
Ｑin、パティキュレート酸化熱量Ｑpm、添加燃料の反応
熱（反応熱量）Ｑract、及び排気ガスに含まれる未燃燃
料の反応熱（反応熱量）Ｑhcと、ＤＰＮＲ４３から放出
される熱量としての出ガス熱量Ｑex、及びＤＰＮＲ４３
の外表面から放射される熱量である放出熱量Ｑtrnsとが
存在する。従って、ＤＰＮＲ４３の熱収支Ｑdpnrは、下
記の数１により表される。これらの各熱量は単位時間当
たりの熱量である。前記モデルは、後に詳述するよう
に、これらの各熱量を演算式により記述している。

【００６４】

【数１】 Ｑdpnr＝（Ｑin−Ｑex）＋Ｑpm＋Ｑract＋Ｑhc−Ｑtrn

【００６５】そして、ＤＰＮＲ４３の比熱をＣ、質量を
Ｍとすると、単位時間あたりにおけるＤＰＮＲ４３の温
度変化ΔＴbcは下記数２で表され、ＤＰＮＲ４３の触媒
床温Ｔbcは温度変化ΔＴbcの積算値であるから、下記数
３により推定される。Ｔbc（ｉ−１）は、単位時間前の
推定された触媒床温である。

【００６６】

【数２】ΔＴbc＝Ｑdpnr／（Ｍ・Ｃ）

【００６７】

【数３】Ｔbc（ｉ）＝ΔＴbc＋Ｔbc（ｉ−１）

【００６８】＜入ガス熱量Ｑin，出ガス熱量Ｑex＞以
下、上記数１、及び同数１の右辺に示した各熱量につい
て詳述する。先ず、ＤＰＮＲ４３内で化学的な反応が発
生しないと仮定した場合に、ＤＰＮＲ４３を通過するガ
スによりＤＰＮＲ４３に与えられる熱量は（入ガス熱量
Ｑin−出ガス熱量Ｑex）である。入ガス熱量Ｑinは、Ｄ
ＰＮＲ４３に流入するガス（入ガス）が有する熱量であ
って、入ガスの流量をｍ、入ガスの比熱をＣvi、入ガス
の温度をＴinとすれば、下記数４により求められる。

【００６９】

【数４】Ｑin＝ｍ・Ｃvi・Ｔin

【００７０】ここで、入ガスの流量ｍの求め方について
述べると、先ず、エンジン回転速度NEと一吸気行程あた
りの筒内燃料噴射量qfin（又は、アクセル開度Accpに基
づく要求トルクTQ）とで区分される運転状態毎に同入ガ
スの流量ｍを実験により計測するとともに、この計測さ
れたエンジン回転速度NE及び筒内燃料噴射量qfinと入ガ
スの流量ｍとの関係をマップ化してＲＯＭ５２内にマッ
プMmとして記憶させておく。そして、実際の運転におい
ては、実際のエンジン回転速度NE、及び実際の筒内燃料
噴射量qfinを取得し、これらと前記マップMmに記憶され
ている関係とを用いることにより、実際の入ガスの流量
ｍを求める。

【００７１】同様に、出ガス熱量Ｑexは、ＤＰＮＲ４３
から流出するガス（出ガス）が有する熱量であって、出
ガスの比熱をＣve、出ガスの温度をＴexとすれば、下記
数５により求められる。なお、出ガスの流量は入ガスの
流量と等しい流量ｍである。

【００７２】

【数５】Ｑex＝ｍ・Ｃve・Ｔex

【００７３】上記数４及び上記数５における入ガス温Ｔ
in及び出ガス温Ｔexには、それぞれ入ガス温センサ７２
及び出ガス温センサ７３の計測値を適用することができ
る。これに対し、入ガス温Ｔinをエンジン回転速度NEと
一吸気行程あたりの筒内燃料噴射量qfin（又は、アクセ
ル開度Accpに基づく要求トルクTQ）とで区分される運転
状態毎に予め実験により計測するとともに、エンジン回
転速度NE及び筒内燃料噴射量qfinと入ガス温Ｔinとの関
係をマップとしてＲＯＭ５２内に記憶させておき、実際
のエンジン回転速度と実際の筒内燃料噴射量qfinと記憶
したマップとに基づいて入ガス温Ｔinを求めるようにす
ることもできる。また、この場合、出ガス温Ｔexは、入
ガス温Ｔinの最新値を推定した時点からの経過時間を
ｔ、入ガス温Ｔinの変化が出ガス温Ｔexの変化として現
われるまでの時定数をＴseとするとき、下記数６により
推定することもできる。数６は、出ガス温Ｔexは、入ガ
ス温Ｔinに一次遅れ処理を施した値に近似した値となる
との知見に基づく。

【００７４】

【数６】Ｔex＝（(1−exp(−ｔ／Ｔse))・Ｔin

【００７５】このように、入ガス温Ｔin及び出ガス温Ｔ
exを推定するように構成すれば、入ガス温センサ７２及
び出ガス温センサ７３による入ガス温Ｔin及び出ガス温
Ｔexの計測遅れがないので、精度良く入ガス温Ｔin及び
出ガス温Ｔexを推定することができる。その結果、触媒
床温Ｔbcも精度良く推定することが可能となる。なお、
このように推定された入ガス温Ｔin及び出ガス温Ｔex
は、特に矛盾が生じない限り、本発明による他の実施形
態で使用する入ガス温、及び出ガス温としても使用でき
る。

【００７６】＜パティキュレート酸化熱量Ｑpm＞パティ
キュレート酸化熱量Ｑpmは、ＤＰＮＲ４３内に捕集され
たパティキュレートが酸化される際に発生する熱量であ
って、パティキュレートの低位発熱量をＬup、パティキ
ュレートの上述した酸化速度をＶoxdz、ＤＰＮＲ４３内
に捕集されて堆積しているパティキュレートの堆積量を
Ｇpmとするとき、下記数７により表される。

【００７７】

【数７】Ｑpm＝Ｌup・Ｖoxdz・Ｇpm

【００７８】数７の右辺における酸化速度Ｖoxdzは、上
記数３によって繰り返し推定される触媒床温の前回値Ｔ
bc（ｉ−１）と、図４に実線にて示したグラフをマップ
化してＲＯＭ５２に記憶させておいたマップMVとから求
めることができる。なお、酸化速度Ｖoxdzは、下記数８
に示したような関数により近似的に求めることもでき
る。数８において、Ａ，Ｂは一定の定数である。

【００７９】

【数８】Ｖoxdz＝Ａ・exp（−Ｂ／Ｔbc(i−1)）

【００８０】上記数７の右辺におけるパティキュレート
の堆積量Ｇpmは、例えば、新たに吸入される吸入空気量
（新気量）Ｇaを用いる方法、ＤＰＮＲ４３の前後差圧d
pactを用いる方法、ＤＰＮＲ４３に流入するパティキュ
レート量（パティキュレート流入見込み量）ＧpminとＤ
ＰＮＲ４３にて酸化されるパティキュレート量（フィル
タ再生見込み量）Ｇrgnとから求める方法がある。以
下、これらについて簡単に説明する。

【００８１】＜＜新たに吸入される吸入空気量（新気
量）Ｇaを用いる方法＞＞ＤＰＮＲ４３は、パティキュ
レートが堆積していないクリーンな場合（例えば、ＤＰ
ＮＲ４３が新品である場合）、内部を通過するガスに対
して小さい抵抗を呈する。これに対し、パティキュレー
トの堆積量が増大すると、内部を通過するガスに対する
抵抗は大きくなる。即ち、ＤＰＮＲ４３にパティキュレ
ートが堆積するにつれて機関１０の排気抵抗は大きくな
るので、特に、ＥＧＲ弁５２の開度を全開にするとＥＧ
Ｒ量が増大し、その結果、機関１０が新たに吸入する空
気量（新気量）は大きく減少する。

【００８２】そこで、先ず、新品のＤＰＮＲ４３を排気
管４２に装着し、減速フューエルカット時等の特定の運
転条件を成立させ、スロットル弁３３の開度を全開とす
るとともにＥＧＲ弁５２の開度を全開とし、その際にエ
アフローメータ７１により計測された新気量Ｇaを基準
新気量ＧntrgとしてＲＯＭ５２内に記憶させておく。ま
た、パティキュレート堆積量Ｇpmが既知である種々のＤ
ＰＮＲ４３を排気管４２に装着し、前記特定の運転条件
下でスロットル弁３３の開度を全開とするとともにＥＧ
Ｒ弁５２の開度を全開とし、その際の新気量Ｇaをエア
フローメータ７１により計測し、このようして得られる
基準新気量Ｇntrgと新気量Ｇaの差（Ｇntrg−Ｇa）とパ
ティキュレート堆積量Ｇpmとの関係をマップ化し、これ
をＲＯＭ５２内にマップMGPMとして記憶させておく。

【００８３】そして、実際の運転時において、前記特定
の運転条件が成立したとき、スロットル弁３３の開度を
全開とするとともにＥＧＲ弁５２の開度を全開としてエ
アフローメータ７１により計測された新気量を実際の新
気量Ｇaとして読み込み、前記記憶してある基準新気量
Ｇntrgと前記実際の新気量Ｇaとの差と、前記記憶して
あるマップMGPMとに基づいて実際のパティキュレート堆
積量Ｇpmを推定する。このようにすれば、新気量Ｇaに
基づいてパティキュレート堆積量Ｇpmを求めることがで
きる。

【００８４】＜＜ＤＰＮＲ４３の前後差圧dpactを用い
る方法＞＞前述したように、ＤＰＮＲ４３は、パティキ
ュレートの堆積量が増大すると、内部を通過するガスに
対し大きな流路抵抗を呈する。従って、パティキュレー
ト堆積量Ｇpmが大きくなるほどＤＰＮＲ４３の前後差圧
（即ち、ＤＰＮＲ４３の上流側排気管４２内の圧力Ｐin
とＤＰＮＲ４３の下流側排気管４２内の圧力Ｐexとの差
圧）dpactは増大する。

【００８５】そこで、ＤＰＮＲ４３の前後差圧dpactと
パティキュレート堆積量Ｇpmとの関係を予め実験により
求め、これをマップ化してＲＯＭ５２内にマップMdpmと
して記憶させておく。そして、実際の運転時において
は、差圧センサ７４により検出される実際の前後差圧dp
actと前記記憶してあるマップMdpmとに基づいて実際の
パティキュレート堆積量Ｇpmを推定する。このようにす
れば、前後差圧dpactに基づいてパティキュレート堆積
量Ｇpmを求めることができる。

【００８６】＜＜流入するパティキュレート量Ｇpmin等
を用いる方法＞＞これは、ＤＰＮＲ４３に流入するパテ
ィキュレート量ＧpminとＤＰＮＲ４３にて酸化されるパ
ティキュレート量Ｇrgnとの差を積分することで、パテ
ィキュレート堆積量Ｇpmを求める方法である。

【００８７】具体的に述べると、機関１０により生成さ
れるパティキュレート量、即ちＤＰＮＲ４３に流入する
パティキュレート量Ｇpminを、エンジン回転速度NEと一
吸気行程あたりの筒内燃料噴射量qfin（又は、アクセル
開度Accpに基づく要求トルクTQ）とで区分される運転状
態毎に予め実験により計測するとともに、エンジン回転
速度NE及び筒内燃料噴射量qfinと流入するパティキュレ
ート量Ｇpminとの関係をＲＯＭ５２内にマップ化しマッ
プMPMINとして記憶させておく。そして、実際の運転時
においては、実際のエンジン回転速度と実際の筒内燃料
噴射量qfinと前記記憶したマップMPMINとに基づいてＤ
ＰＮＲ４３に流入するパティキュレート量Ｇpminを推定
する。

【００８８】一方、ＤＰＮＲ４３にて酸化されるパティ
キュレート量Ｇrgnは、パティキュレートの酸化速度Ｖo
xdzに、繰り返し演算されるパティキュレート量の前回
値Ｇpm（ｉ−１）を乗じること（Ｇrgn＝Ｖoxdz・Ｇpm
（ｉ−１））により求めることができる。この場合、酸
化速度Ｖoxdzは、上記数３によって繰り返し推定される
触媒床温の前回値Ｔbc（ｉ−１）と図４に示したグラフ
をマップ化したマップとから求めることができる。そし
て、流入するパティキュレート量Ｇpminと酸化されるパ
ティキュレート量Ｇrgnとの差ΔＧpmを積分する。この
積分結果がパティキュレート堆積量Ｇpmとなる。このよ
うに、流入するパティキュレート量Ｇpminと酸化される
パティキュレート量Ｇrgnを個別に求めるとともに、そ
れらの差ΔＧpmを積分することにより、パティキュレー
ト堆積量Ｇpmを求めることができる。

【００８９】＜添加燃料の反応熱量Ｑract＞添加燃料の
反応熱量Ｑractは、添加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ
４３内に供給された添加燃料がＤＰＮＲ４３内で燃焼し
た際に発生する熱量であって、添加燃料の低位発熱量を
Ｌuf、添加燃料の平均流量をｍuf、ＤＰＮＲ４３の触媒
の浄化率をηとすると、下記数９により求められる。

【００９０】

【数９】Ｑract＝Ｌuf・ｍuf・η

【００９１】ここで、添加燃料の平均流量ｍufは、ＣＰ
Ｕ６１から添加燃料供給手段４４に対して発生される駆
動信号（又は、その添加すべき燃料量を示す指示信号）
から求めることができる。触媒の浄化率ηは、図６に示
したように、所定の温度（図６の例では２００℃）以上
において触媒床温Ｔbctruの上昇とともに増大する値で
あり、上記数３によって繰り返し推定される触媒床温Ｔ
bc（ｉ−１）と、同図６に示したグラフをマップ化して
ＲＯＭ５２に記憶したマップMηとから求めることがで
きる。

【００９２】＜排気ガスの反応熱量Ｑhc＞排気ガスの反
応熱量Ｑhcは、気筒内で燃焼されることなく未燃燃料の
状態で同気筒から排出されてＤＰＮＲ４３内に流入する
主としてＨＣからなる未燃燃料（可燃燃料）がＤＰＮＲ
４３内で燃焼する際に発生する熱量であって、同未燃燃
料の低位発熱量をＬhc、同未燃燃料の平均流量をｍhcと
すると、下記数１０により求められる。なお、排気ガス
の反応熱量Ｑhcは、上記添加燃料の反応熱量Ｑractとあ
わせて、ＤＰＮＲ４３内に流入する可燃燃料の反応熱量
として扱うこともできる。また、排気ガスの反応熱量Ｑ
hcは、場合により、無視することもできる。

【００９３】

【数１０】Ｑhc＝Ｌhc・ｍhc・η

【００９４】未燃燃料の平均流量ｍhcは次のようにして
求めることができる。即ち、エンジン回転速度NEと一吸
気行程あたりの筒内燃料噴射量qfinとで区分される運転
状態毎に未燃燃料の平均流量ｍhcを予め実験により計測
するとともに、エンジン回転速度NE及び筒内燃料噴射量
qfinと計測された未燃燃料の平均流量ｍhcとの関係をマ
ップ化し、これをＲＯＭ５２内にマップMmhcとして記憶
させておく。そして、実際の運転においては、実際のエ
ンジン回転速度と実際の筒内燃料噴射量qfinとマップMm
hcとに基づいて、未燃燃料の平均流量ｍhcを求める。な
お、ＨＣ濃度センサと、排気流量センサを排気管４２に
配設しておき、これらによりそれぞれ計測されるＨＣ濃
度と排気流量Ｇhcの積を所定時間だけ積分し、この積分
値を前記所定時間で除することで未燃燃料の平均流量ｍ
hcを求めてもよい。

【００９５】＜放出熱量Ｑtrn＞放出熱量Ｑtrnは、ＤＰ
ＮＲ４３のケース表面から外部に放射される熱量であっ
て、ＤＰＮＲ４３のケースの表面積をＳ、ケース表面と
ＤＰＮＲ４３周囲との熱伝達率を一定の値ｈ、ＤＰＮＲ
４３のケースの表面温度をＴsuf、エンジンルーム内雰
囲気温度（ＤＰＮＲ４３の周囲温度）をＴecpとすると
き、下記数１１により表すことができる。更に、放出熱
量Ｑtrnは、Ｔssufを所定の時定数、ｔを触媒床温Ｔbc
の推定後の時間とすると、下記数１２により表すことが
できる。数１２は、ＤＰＮＲ４３のケース表面温度Ｔsu
fは触媒床温Ｔbcに一次遅れ処理を施した値となるとの
知見に基づく。

【００９６】

【数１１】Ｑtrn＝Ｓ・ｈ・（Ｔsuf−Ｔenc）

【００９７】

【数１２】Ｑtrn＝Ｓ・ｈ・｛（(1−exp(−ｔ／Ｔssu
f))・Ｔbc−Ｔenc）｝

【００９８】なお、エンジンルーム内雰囲気温度Ｔecp
は、図示しないラジエターにより一定温度に維持されて
いると考えてよく、本実施形態では１００℃とする。も
ちろん、エンジンルーム内のＤＰＮＲ４３近傍に、ＤＰ
ＮＲ４３の周囲の雰囲気温度を計測する温度センサを配
置し、同温度センサによりエンジンルーム内雰囲気温度
Ｔecpを測定してもよい。以上により、各熱量が計算さ
れるから、これらと上記数１〜数３により触媒床温Ｔbc
が推定される（推定触媒床温Ｔbcが求められる。）。

【００９９】（第１実施形態の作動）次に、本排気浄化
装置の作動について説明すると、電気制御装置６０のＣ
ＰＵ６１は図７にフローチャートにより示した触媒床温
推定ルーチンを単位時間である所定時間ｔsamp経過毎に
実行するようになっている。従って、所定のタイミング
になると、ＣＰＵ６１はステップ７００から処理を開始
してステップ７０５に進み、その時点のエンジン回転速
度NE及び筒内燃料噴射量qfinと上記マップMmとに基づい
て入ガスの流量ｍを求める。

【０１００】次いで、ＣＰＵ６１はステップ７１０に進
んで上記数４に基づいて入ガス熱量Ｑinを求め、続くス
テップ７１５にて上記数５に基づいて出ガス熱量Ｑexを
求めるとともに、ステップ７２０に進んで上記マップMV
（図４を参照。）と前回の本ルーチン実行時において推
定された触媒床温Ｔbc（ｉ−１）（後述するステップ７
８０を参照。）とに基づいて酸化速度Ｖoxdz（＝MV（Ｔ
bc（ｉ−１）））を求め、これに補正係数khを乗じて最
終的な酸化速度Ｖoxdzを求める。なお、ここでは、補正
係数khの値は「１」であって、実質的な補正はなされな
い。

【０１０１】次に、ＣＰＵ６１はステップ７２５に進ん
で差圧センサ７４により検出される実際の前後差圧dpac
tと上記マップMdpmとに基づいて実際のパティキュレー
ト堆積量Ｇpmを推定し、続くステップ７３０にて上記酸
化速度Ｖoxdzと上記パティキュレート堆積量Ｇpmと上記
数７とに基づいてパティキュレート酸化熱量Ｑpmを求め
る。

【０１０２】次いで、ＣＰＵ６１はステップ７３５に進
んで上記マップMη（図６を参照。）と前回の本ルーチ
ン実行時において推定された触媒床温Ｔbc（ｉ−１）と
に基づいて触媒の浄化率ηを求め、続くステップ７４０
にて後述するＮＯｘ放出・還元実行ルーチン及びフィル
タ再生ルーチンにより別途求められている添加燃料の積
算値Ｓmufを本ルーチンの計算時間間隔ｔsampで除する
ことにより添加燃料の平均流量をｍufを求め、続くステ
ップ７４５にて上記数９に基づいて添加燃料の反応熱量
Ｑractを求める。

【０１０３】次に、ＣＰＵ６１はステップ７５０に進ん
でその時点のエンジン回転速度NE及び筒内燃料噴射量qf
inと上述したマップMmhcとに基づいて未燃燃料の平均流
量ｍhcを求める。このステップは、可燃燃料量推定手段
として機能する。そして、ＣＰＵ６１は、ステップ７５
５に進んで上記ステップ７３５で求めた触媒の浄化率η
と、上記ステップ７５０で求めた未燃燃料の平均流量ｍ
hcと、上記数１０とに基づいて排気ガスの反応熱量Ｑhc
を求める。

【０１０４】次いで、ＣＰＵ６１はステップ７６０に進
んで上記数１１に基づいて放出熱量Ｑtrnを求める。な
お、ステップ７６０で使用されるＤＰＮＲ４３のケース
の表面温度Ｔsufは、前回の本ルーチンの実行時におい
て後述するステップ７９０にて求められている。続い
て、ＣＰＵ６１はステップ７６５に進み、同ステップ７
６５にて、以上により求めた各熱量と上記数１とに基づ
いてＤＰＮＲ４３の熱収支Ｑdpnrを求め、ステップ７７
０にて同ＤＰＮＲ４３の熱収支ＱdpnrをＤＰＮＲ４３の
比熱Ｃと質量Ｍとの積で除することにより、本ルーチン
の計算時間間隔ｔsamp内におけるＤＰＮＲ４３の温度変
化ΔＴbcを求める（上記数２を参照。）。

【０１０５】次いで、ＣＰＵ６１はステップ７７５にて
前回の本ルーチン実行時において推定された触媒床温Ｔ
bc（ｉ−１）、即ち、計算時間間隔（単位時間）ｔsamp
前における触媒床温Ｔbc（ｉ−１）に上記温度変化ΔＴ
bcを加えることにより、現時点（今回の）触媒床温Ｔbc
（ｉ）を求める（上記数３を参照。）。そして、ＣＰＵ
６１はステップ７８０にて次回の本ルーチンの実行のた
めに前回の触媒床温Ｔbc（ｉ−１）を今回の触媒床温Ｔ
bc（ｉ）と等しい値に設定し、続くステップ７８５にて
添加燃料の積算値Ｓmufを「０」にクリアする。

【０１０６】次いで、ＣＰＵ６１はステップ７９０に進
み、ＤＰＮＲ４３のケースの表面温度Ｔsufを下記数１
３に基づいて求める。数１３は、上記数１２に示した考
えに基づく式であって、触媒床温Ｔbcに対し一次遅れ処
理を施すことによりケースの表面温度Ｔsufを求めるも
のである。なお、値α１は１より小さい正の数であり、
上記数１２の時定数Ｔssufに応じて決定される値であ
る。その後、ＣＰＵ６１はステップ７９５に進んで本ル
ーチンを終了する。ＣＰＵ６１は、以降においても本ル
ーチンを繰り返し実行し、これにより触媒床温Ｔbc
（ｉ）が推定・更新されて行く。

【０１０７】

【数１３】 Ｔsuf＝α１・Ｔsuf＋（１−α１）・Ｔbc（ｉ）

【０１０８】次に、本排気浄化装置が、ＤＰＮＲ４３に
よるＮＯｘの放出・還元を実行するために添加燃料を添
加燃料供給手段４４から供給する際の作動について説明
すると、ＣＰＵ６１は図８にフローチャートにより示し
たＮＯｘ放出・還元実行ルーチンを第１所定時間の経過
毎に実行するようになっている。

【０１０９】従って、所定のタイミングになるとＣＰＵ
６１はステップ８００から処理を開始してステップ８０
５に進み、上記推定された触媒床温Ｔbc（ｉ）が触媒の
過熱温度Ｔot以上となったか否かを判定する。いま、推
定された触媒床温Ｔbc（ｉ）が過熱温度Ｔot以上となっ
ているとして説明を続けると、この場合、ＣＰＵ６１は
ステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１
０に進み、同ステップ８１０にてＮＯｘ放出用の添加燃
料量INJnoxを「０」に設定する。

【０１１０】次いで、ＣＰＵ６１はステップ８１５に進
み、添加燃料量INJnoxの添加燃料を添加燃料供給手段４
４からＤＰＮＲ４３に供給するため、同添加燃料供給手
段４４に同添加燃料量INJnoxに応じた時間だけハイレベ
ル信号を駆動信号として供給する。但し、この場合、添
加燃料量INJnoxは「０」であるから、実際には駆動信号
はローレベルを維持する。次に、ＣＰＵ６１はステップ
８２０に進み、現時点の添加燃料の積算値Ｓmufに上記
ステップ８１５の実行によってＤＰＮＲ４３に供給され
た添加燃料量INJnoxを加えて添加燃料の積算値Ｓmufを
更新し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了
する。

【０１１１】一方、ステップ８０５の判定時において、
推定された触媒床温Ｔbc（ｉ）が触媒の過熱温度Ｔotよ
り低ければ、ＣＰＵ６１はステップ８０５にて「Ｎｏ」
と判定してステップ８２５に進み、同ステップ８２５に
てエンジン回転速度NE及び筒内燃料噴射量qfin（又は、
アクセル開度Accpに基づく要求トルクTQ）と添加燃料量
INJnoxとの関係を規定したマップと、その時点のエンジ
ン回転速度NE及び筒内燃料噴射量qfin（又は、アクセル
開度Accpに基づく要求トルクTQ）とから、ＤＰＮＲ４３
内を理論空燃比よりもリッチな空燃比のガスを通過させ
るために必要な添加燃料量INJnoxを決定し、その後、上
記ステップ８１５、及びステップ８２０を実行して、本
ルーチンをステップ８９５にて一旦終了する。

【０１１２】以上により、推定された触媒床温Ｔbc
（ｉ）が触媒の過熱温度Ｔotより低ければ、第１所定時
間の経過毎に添加燃料量INJnoxの添加燃料が添加燃料供
給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給されるので、ＤＰＮ
Ｒ４３内を理論空燃比よりもリッチな空燃比のガスが通
過する。この結果、ＤＰＮＲ４３に吸収されたＮＯｘの
放出・還元が行われる。また、添加される添加燃料量IN
Jnoxは、触媒床温Ｔbc（ｉ）が触媒の過熱温度Ｔot以上
になると「０」に設定されて、添加燃料供給が停止され
るから、同ＤＰＮＲ４３が過熱状態となることが回避さ
れる。更に、かかる添加燃料の供給毎に添加燃料の積算
値Ｓmufが更新されて行く。

【０１１３】次に、本排気浄化装置が、ＤＰＮＲ４３の
パティキュレート捕集能力を維持するため、ＤＰＮＲ４
３の触媒床温を上昇させて同ＤＰＮＲ４３によって捕集
されたパティキュレートの酸化を促進するように、添加
燃料を添加燃料供給手段４４から同ＤＰＮＲ４３に供給
する際の作動について説明する。この作動は、ＣＰＵ６
１が図９にフローチャートにより示したフィルタ再生実
行ルーチンを第２所定時間の経過毎に実行することで達
成される。

【０１１４】即ち、所定のタイミングになるとＣＰＵ６
１はステップ９００から処理を開始してステップ９０５
に進み、上記推定された触媒床温Ｔbc（ｉ）が触媒の過
熱温度Ｔot以上となったか否かを判定する。いま、推定
された触媒床温Ｔbc（ｉ）が触媒の温度Ｔot以上となっ
ているとして説明を続けると、この場合、ＣＰＵ６１は
ステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１
０に進み、同ステップ９１０にてフィルタ再生用（触媒
床温上昇用）の添加燃料量INJfltを「０」に設定する。

【０１１５】次いで、ＣＰＵ６１はステップ９１５に進
み、上記により求められた添加燃料量INJfltの添加燃料
を添加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給するた
め、同添加燃料供給手段４４に同添加燃料量INJfltに応
じた時間だけハイレベル信号を駆動信号として供給す
る。但し、この場合、添加燃料量INJnoxは「０」である
から、実際には駆動信号はローレベルを維持する。次
に、ＣＰＵ６１はステップ９２０に進み、現時点の添加
燃料の積算値Ｓmufに上記ステップ９１５の実行により
ＤＰＮＲ４３に供給された添加燃料量INJfltを加えて添
加燃料の積算値Ｓmufを更新し、ステップ９９５に進ん
で本ルーチンを一旦終了する。

【０１１６】一方、ステップ９０５の判定時において、
推定された触媒床温Ｔbc（ｉ）が触媒の過熱温度Ｔotよ
り低ければ、ＣＰＵ６１はステップ９０５にて「Ｎｏ」
と判定してステップ９２５に進み、同ステップ９２５に
てエンジン回転速度NE及び筒内燃料噴射量qfin（又は、
アクセル開度Accpに基づく要求トルクTQ）と添加燃料量
INJfltとの関係を規定したマップと、その時点のエンジ
ン回転速度NE及び筒内燃料噴射量qfin（又は、アクセル
開度Accpに基づく要求トルクTQ）とから、触媒床温を上
昇させることでパティキュレートの酸化速度Ｖoxdzを上
昇させ、フィルタの再生を促進するために必要な添加燃
料量INJfltを決定し、その後、上記ステップ９１５、及
びステップ９２０を実行して、本ルーチンをステップ９
９５にて一旦終了する。

【０１１７】以上により、推定された触媒床温Ｔbc
（ｉ）が触媒の過熱温度Ｔotより低ければ、第２所定時
間の経過毎に添加燃料量INJfltの添加燃料が添加燃料供
給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給され、供給された添
加燃料がＤＰＮＲ４３内で酸化されて発熱するので触媒
床温が上昇する。この結果、図４に示したように、パテ
ィキュレート酸化速度Ｖoxdzが上昇するため、新たに捕
集されるパティキュレートの量よりも既に捕集されて堆
積したパティキュレート量の酸化（焼失される）量が大
きくなり、同捕集・堆積しているパティキュレートがＤ
ＰＮＲ４３内から除去される。また、添加される添加燃
料量INJfltは、触媒床温Ｔbc（ｉ）が触媒の過熱温度Ｔ
ot以上となると「０」に設定されて、添加燃料供給が停
止されるから、同ＤＰＮＲ４３が過熱状態となることが
回避される。更に、かかる添加燃料の供給毎に添加燃料
の積算値Ｓmufが更新されて行く。

【０１１８】以上、説明したように、第１実施形態によ
れば、ＤＰＮＲ４３に着目した熱の出入り（熱収支）を
考慮する（換言すると、ＤＰＮＲ４３の熱収支モデルを
用いる）ことでＤＰＮＲ４３の触媒床温を推定する。特
に、本実施形態においては、ＤＰＮＲ４３に捕集された
パティキュレートが酸化されることにより発生するパテ
ィキュレート酸化熱量Ｑpmを考慮しているから、ＤＰＮ
Ｒ４３の触媒床温を精度良く推定することができる。ま
た、このように推定された触媒床温Ｔbcに基いて添加燃
料の供給量を変更するから、実際の触媒床温が過熱温度
Ｔot以上となってしまうことを防止することができる。
なお、上記図８、及び図９に示したルーチンは、以下に
述べる他の実施形態においても、特に断りがない限り実
行される。

【０１１９】（２．第２実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第２実施形態について説明する。第２実
施形態は、第１実施形態の触媒床温を推定する際の熱収
支Ｑdpnrを、ＤＰＮＲ４３の出ガス温に基づいて修正
（補正）することにより（即ち、ＤＰＮＲ４３の熱収支
モデルを出ガス温に基づいて修正することにより）、触
媒床温Ｔbc（ｉ）の推定精度を向上しようとする点のみ
において同第１実施形態と相違している。

【０１２０】＜第２実施形態の熱収支モデル修正原理＞
まず、第２実施形態における熱収支モデルの修正原理に
ついて、図１０を参照しながら説明する。図１０は、Ｄ
ＰＮＲ４３に関する各種温度の時間的変化を示したタイ
ムチャートであって、太い実線は真の触媒床温Ｔbctr
u、細い実線は上記第１実施形態により推定された触媒
床温Ｔbc、破線は入ガス温Ｔin（入ガス温センサ７２の
検出温度）、一点鎖線は出ガス温Ｔex（出ガス温センサ
７３の検出温度）、二点鎖線は出ガス温の推定温度（推
定出ガス温）Ｔexcalを示している。

【０１２１】図１０から理解されるように、ＤＰＮＲ４
３の触媒床温Ｔbctruが変化すると、その変化は出ガス
温Ｔexに現われる。実験によれば、出ガス温Ｔexは、真
の触媒床温Ｔbctruに一次遅れ処理を施した値と略一致
する。そこで、推定した触媒床温Ｔbcに下記数１４によ
り記述されるような一次遅れ処理を施すことにより推定
出ガス温Ｔexcalを求める。Ｔstexは所定の時定数であ
る。なお、ここでは、推定した触媒床温Ｔbcに対して一
次遅れ処理を施すが、二次遅れ又は三次遅れ等、推定し
た触媒床温Ｔbcにｎ次の遅れ処理を施すことにより、推
定出ガス温を算出してもよい。

【０１２２】

【数１４】 Ｔexcal＝（１−exp(−ｔ／Ｔstex)）・Ｔbc

【０１２３】この求められた推定出ガス温Ｔexcalは、
推定した触媒床温Ｔbcが真の触媒床温Ｔbctruと一致し
ていれば、実際の出ガス温Ｔexと一致するはずである。
換言すると、推定出ガス温Ｔexcalと実際の出ガス温Ｔe
xの温度差ΔＴexは、推定した触媒床温Ｔbcと真の触媒
床温Ｔbctruとの差に応じた値となる。

【０１２４】そこで、本第２実施形態の排気浄化装置
は、推定出ガス温Ｔexcalと実際の出ガス温Ｔexの温度
差ΔＴexを求め、この温度差ΔＴexに応じて（温度差Δ
Ｔexが小さくなるように）ＤＰＮＲ４３の熱収支を補正
する（熱収支モデルを修正する）ことで、触媒床温の推
定精度を向上する。

【０１２５】＜第２実施形態の触媒床温の推定と熱収支
の修正に関する実際の作動＞次に、かかる修正を行いな
がら触媒床温を推定する際の第２実施形態に係る排気浄
化装置の作動について具体的に説明すると、この装置の
ＣＰＵ６１は、第１実施形態の図７に示したルーチンに
代えて図１１にフローチャートにより示したルーチンを
所定時間ｔsampの経過毎に実行するようになっている。
従って、ＣＰＵ６１は所定のタイミングになるとステッ
プ１１００から処理を開始し、ステップ１１０５に進ん
で図７のステップ７０５〜７６５に示したステップと同
一のステップを実行することにより、ＤＰＮＲ４３の熱
収支Ｑdpnrを算出する。

【０１２６】次いで、ＣＰＵ６１はステップ１１１０に
進み、同ステップ１１１０にて下記数１５に基づいて単
位時間あたりにおけるＤＰＮＲ４３の温度変化ΔＴbcを
求める。この数１５の右辺において使用されるＱｃは熱
収支補正量（熱収支モデル修正量）であって、後述する
ステップ１１２０〜ステップ１１３０の実行により求め
られる。

【０１２７】

【数１５】ΔＴbc＝（Ｑdpnr＋Ｑc）／（Ｍ・Ｃ）

【０１２８】次に、ＣＰＵ６１はステップ１１１５に進
み、前述した図７のステップ７７５と同様に、計算時間
間隔ｔsamp前における触媒床温Ｔbc（ｉ−１）に上記温
度変化ΔＴbcを加えることにより現時点の触媒床温Ｔbc
（ｉ）を求める。そして、ステップ１１２０にて、推定
出ガス温Ｔexcalを下記数１６に基づいて求める。数１
６は、上記数１４の考えに基づく式であって、触媒床温
Ｔbcに対し一次遅れ処理を施すことにより推定出ガス温
Ｔexcalを求めるものである。なお、数１６において、
値α２は１より小さい正の数であり、上記数１４の時定
数Ｔstexに応じて決定される値である。

【０１２９】

【数１６】Ｔexcal（ｉ）＝α２・Ｔexcal（ｉ−１)＋
（１−α２）・Ｔbc（ｉ）

【０１３０】次いで、ＣＰＵ６１はステップ１１２５に
て、推定出ガス温Ｔexcal（ｉ）から出ガス温センサ７
３が検出している実際の出ガス温Ｔexを減じて温度差Δ
Ｔexを求め、ステップ１１３０にてこの温度差ΔＴexに
フィードバックゲインK1（この場合、定数K1は負の値）
を乗じることで上記熱収支補正量Ｑｃを求める。

【０１３１】次に、ＣＰＵ６１はステップ１１３５にて
次回の本ルーチンの実行のために前回の触媒床温Ｔbc
（ｉ−１）及び前回の推定出ガス温Ｔexcal（ｉ−１）
に、今回の触媒床温Ｔbc（ｉ）及び今回の推定出ガス温
Ｔexcal（ｉ）をそれぞれ設定し、続くステップ１１４
０にて添加燃料の積算値Ｓmufを「０」にクリアし、そ
の後ステップ１１９５に進んで本ルーチンを終了する。
以上により、最新の触媒床温Ｔbc（ｉ）が推定されると
ともに、次回の本ルーチン実行時にステップ１１１０に
て使用される熱収支補正量Ｑｃが更新される。

【０１３２】以上説明した図１１のルーチンは所定時間
の経過毎に繰り返し実行されるから、温度差ΔＴexは次
第に小さくなる。その結果、修正された熱収支（Ｑdpnr
＋Ｑc）が真の熱収支に近づくので、触媒床温の推定精
度が向上する。

【０１３３】なお、上記ステップ１１１５に代えて、下
記数１７により触媒床温Ｔbc（ｉ）を求めるとともに、
数１７における定数Ka，Kbを、それぞれ下記数１８，数
１９により求めるように構成してもよい。数１８におけ
るd(Ｔexcal)／dt及びd(Ｔex)／dtは、それぞれ推定出
ガス温Ｔexcal及び検出された出ガス温Ｔexの時間微分
値（単位時間あたりの変化量）であり、値Ka1，Kb1は一
定の定数である。このようにすれば、推定する触媒床温
Ｔbcと真の触媒床温Ｔbctruとの間の定常的な偏差（オ
フセットずれ）が定数Kbで補償され得る。

【０１３４】

【数１７】 Ｔbc（ｉ）＝Ｔbc（ｉ−１）＋Ka・ΔＴbc＋Kb

【０１３５】

【数１８】 Ka＝Ka1・（d(Ｔex)／dt）／（d(Ｔexcal)／dt）

【０１３６】

【数１９】Kb＝Kb1・（Ｔex−Ｔexcal）

【０１３７】＜第２実施形態の変形例＞次に、推定出ガ
ス温Ｔexcalの推定精度を向上することにより、触媒床
温Ｔbcの推定精度を更に向上させ得る変形例について説
明する。なお、上記、又は下記において述べる出ガス温
の推定方法は、各実施形態の排気浄化装置に必要に応じ
て選択的に採用され得る。

【０１３８】入ガス温Ｔinのガスは、ＤＰＮＲ４３を通
過するときに下記数２０により表される熱量Ｑを受熱す
る。数２０中において、ＳＡはＤＰＮＲ４３を通過する
ガスと熱交換可能なＤＰＮＲ４３の基材の表面積であ
り、ｈ０はＤＰＮＲ４３を通過するガスとＤＰＮＲ４３
の基材との間の熱伝達率である。

【０１３９】

【数２０】Ｑ＝ｈ０・（Ｔbc−Ｔin）・ＳＡ

【０１４０】また、熱伝達率ｈ０は、図１２に示したよ
うに、入ガスの流量Ｇinの影響を強く受け、入ガスの流
量Ｇin（＝ｍ）が大きいほど高くなる。この入ガスの流
量Ｇinと熱伝達率ｈ０の関係を関数ｆで表すと、熱伝達
率ｈ０は関数ｆを用いてｈ０＝ｆ（Ｇin）と記述できる
から、上記数２０は下記数２１に書き換えられる。

【０１４１】

【数２１】Ｑ＝ｆ（Ｇin）・（Ｔbc−Ｔin）・ＳＡ

【０１４２】一方、出ガス温Ｔexの入りガス温Ｔinから
の上昇分は、入ガスが受熱した熱量Ｑを、同入ガスの比
熱Ｃinと同入ガスの流量Ｇinの積で除することにより求
められるから、上記数２１から下記数２２が得られる。
この数２２は関数ｇ（ｇ（Ｇin）＝ｆ（Ｇin）／Ｇin）
を用いて数２３のように書き換えられる。

【０１４３】

【数２２】Ｔex＝ｆ（Ｇin）・（Ｔbc−Ｔin）・ＳＡ／
（Ｇin・Ｃin）＋Ｔin

【０１４４】

【数２３】 Ｔex＝ｇ（Ｇin）・（Ｔbc−Ｔin）・ＳＡ／Ｃin＋Ｔin

【０１４５】上記数２３から理解されるように、排気温
度Ｔexは、触媒床温Ｔbcに対してＤＰＮＲ４３に流入す
るガス流量Ｇinで決る値（ｇ（Ｇin）・ＳＡ／Ｃin）を
乗じた値に応じて変化する。そこで、本変形例において
は、図１１の上記ステップ１１２０の計算に使用される
係数α２をＤＰＮＲ４３に流入するガス流量Ｇinに応じ
て決定するように構成する。この結果、出ガス温Ｔexca
lの推定精度が改善されて熱収支補正量（修正量）Ｑcが
適切に求められるので、触媒床温Ｔbcの推定精度が向上
する。

【０１４６】なお、上記熱伝達率ｈ０は、入ガスの動粘
性係数の影響も受ける。動粘性係数は入ガスの空燃比に
より大きく変化する。従って、上記係数α２を更に入ガ
スの空燃比によって決定するように構成すれば、出ガス
温Ｔexcalの推定精度が更に改善され、その結果、触媒
床温Ｔbcの推定精度を一層向上することができる。

【０１４７】＜出ガス温Ｔexの他の推定原理＞次に、上
記推定出ガス温Ｔexcalの推定方法に代わる他の推定方
法について説明する。この方法は、ＤＰＮＲ４３を通過
するガスについての熱収支を考慮して出ガス温Ｔexcal
を算出・推定する方法である。

【０１４８】具体的に説明すると、図１３に模式的に示
したように、あるガス要素（概念上での一塊のガス）が
ＤＰＮＲ４３を通過するものとし、このガス要素がＤＰ
ＮＲ４３に流入するときの熱量をＱin、ＤＰＮＲ４３か
ら同ガス要素に与えられる熱量（同ガス要素が受熱する
熱量）をＱadd、同ガス要素がＤＰＮＲ４３から流出す
るときの熱量をＱoutとする。このとき、このガス要素
に着目して同ガス要素の熱収支を記述すると、下記数２
４が得られる。

【０１４９】

【数２４】Ｑout＝Ｑin＋Ｑadd

【０１５０】一方、上記数２４は、前記ガス要素の入ガ
ス温をＴin、ＤＰＮＲ４３の基材の温度をＴbd（この温
度は、触媒床温Ｔbcとみなすことができる。）、同ガス
要素の出ガス温をＴex、同ガス要素の質量をｍg、同ガ
ス要素の比熱をＣg、ＤＰＮＲ４３と同ガス要素間の熱
伝達率をｈ０、及び同ガス要素と熱交換可能なＤＰＮＲ
４３の基材の表面積をＳＡとすると、下記数２５に書き
換えられ、数２５を変形することで下記数２６が得られ
る。

【０１５１】

【数２５】ｍg・Ｃg・Ｔex＝ｍg・Ｃg・Ｔin＋（Ｔbd−
Ｔin）・ｈ０・ＳＡ

【０１５２】

【数２６】Ｔex＝Ｔin＋（Ｔbd−Ｔin）・ｈ０・ＳＡ／
（ｍg・Ｃg）

【０１５３】上記数２６はあるガス要素に着目して得ら
れた式であり、実際にはガス要素はＤＰＮＲ４３に流入
してから流出するまでに時間を要するので、同数２６の
各温度Ｔin,Ｔbd,Ｔexは異なる時間における値である。

【０１５４】実験によれば、入ガス温Ｔinの影響、及び
ＤＰＮＲ４３の基材温度Ｔbdと入ガス温Ｔinの温度差
（Ｔbd−Ｔin）の影響は、時間的に遅れて出ガス温Ｔex
に現われることが判明した。更に、ガス流速が一定であ
ると仮定した場合であっても、ガス要素がＤＰＮＲ４３
に流入してから同ＤＰＮＲ４３から流出するまでの時間
と、同ガス要素がＤＰＮＲ４３に流入してからＤＰＮＲ
４３の基材との間で上記数２５における熱量（Ｔbd−Ｔ
in）・ｈ・ＳＡを授受した後にＤＰＮＲ４３から流出す
るまでの時間は、それぞれの時間を決定する因子となる
距離（平均距離）が異なるため、相違する。即ち、入ガ
ス温Ｔinの影響と温度差（Ｔbd−Ｔin）の影響とが出ガ
ス温Ｔexに現われるまでの遅れ時間は互いに異なる。

【０１５５】そこで、本推定原理においては、上記数２
６の第１項の入ガス温Ｔinと、第２項の温度差（Ｔbd−
Ｔin）を、それぞれ異なる時定数を用いて時間的に遅ら
せ、その結果に基づいて出ガス温Ｔexを推定するように
した。即ち、本推定原理によれば、出ガス温Ｔexを、入
ガス温Ｔinを第１の時定数で遅延させた値（例えば、第
１の時定数の一次遅れ処理を施した値）と、温度差（Ｔ
bd−Ｔin）を第２の時定数で遅延させた値（例えば、第
２の時定数の一次遅れ処理を施した値）との和として推
定し、これを推定出ガス温Ｔexcalとする。

【０１５６】これにより、入ガスの有する熱量Ｑinの出
ガス温Ｔexに対する影響と、ＤＰＮＲ４３が内部を通過
するガスに伝達する熱量Ｑaddの出ガス温Ｔexに対する
影響とが、適切な時定数を選択することにより、精度良
く推定出ガス温Ｔexcalに反映されるので、同推定出ガ
ス温Ｔexcalを精度良く求めることが可能となる。ま
た、上記熱量Ｑaddは、ＤＰＮＲ４３を通過するガス流
量Ｇinの影響を強く受ける熱伝達率ｈ０に応じて大きく
変化するところ、上記原理によれば、数２６の右辺第２
項の時定数を同右辺の第１項に対する時定数とは独立し
て定めることができ、且つ、同数２６の右辺第２項の時
定数をガス流量Ｇinに応じて可変とすることができるか
ら、かかる時定数を容易かつより適切に選択することが
可能となるので、この点においても出ガス温Ｔexの推定
精度が向上され得る。

【０１５７】（３．第３実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第３実施形態について説明する。第３実
施形態は、第２実施形態がＤＰＮＲ４３の推定出ガス温
Ｔexcalと実際の検出出ガス温Ｔexの温度差ΔＴexに応
じて触媒床温を推定する際の熱収支Ｑdpnrを修正してい
たのに対し、前記温度差ΔＴex、その時間微分値ｄΔＴ
ex、及びその時間積分値ＳumΔＴに基づいて同熱収支Ｑ
dpnrを修正する点のみにおいて第２実施形態と相違して
いる。即ち、第２実施形態の排気浄化装置は、所謂、比
例制御（Ｐ制御）によりＤＰＮＲ４３の熱収支モデルを
修正していたが、第３実施形態の排気浄化装置は、所
謂、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御により熱収支モデ
ルを修正するものである。

【０１５８】＜第３施形態の熱収支修正に関するの実際
の作動＞以下、第３実施形態の排気浄化装置の作動につ
いて説明すると、この装置のＣＰＵ６１は、第２実施形
態のＣＰＵ６１が実行する図１１に示したルーチンに代
えて図１４にフローチャートにより示したルーチンを所
定時間ｔsampの経過毎に実行するようになっている。

【０１５９】従って、ＣＰＵ６１は所定のタイミングと
なるとステップ１４００から処理を開始し、ステップ１
４０５に進んで図７のステップ７０５〜７６５に示した
ステップと同一のステップを実行することにより、ＤＰ
ＮＲ４３の熱収支Ｑdpnrを算出する。次いで、ＣＰＵ６
１はステップ１４１０に進み、図１１のステップ１１１
０と同様に、上記数１５に基づいて単位時間あたりにお
けるＤＰＮＲ４３の温度変化ΔＴbcを求める。

【０１６０】次に、ＣＰＵ６１はステップ１４１５にて
前述した図７のステップ７７５（及び図１１のステップ
１１１５）と同様に、計算時間間隔ｔsamp前における触
媒床温Ｔbc（ｉ−１）に上記温度変化ΔＴbcを加えるこ
とにより現時点の触媒床温Ｔbc（ｉ）を求める。そし
て、ステップ１４２０にて図１１のステップ１１２０と
同様に出ガス温Ｔexcalを推定し、ステップ１４２５に
て推定出ガス温Ｔexcalから出ガス温センサ７３が検出
している実際の出ガス温Ｔexを減じて温度差ΔＴexを求
める。次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４３０に進み、
前記ステップ１４２５にて求めた温度差ΔＴexから前回
本ルーチンを実行した際に求められた前回の推定出ガス
温Ｔexcalと実際の出ガス温Ｔexの温度差ΔＴexoldを減
じることにより、温度差ΔＴexの時間微分値（所定時間
あたりの変化量）dΔＴexを求める。

【０１６１】次に、ＣＰＵ６１はステップ１４３５に進
んで熱収支補正基本量Ｑco(i)を、下記数２７にしたが
って求める。数２７においてkp,ki,及びkdは、それぞれ
比例,積分,微分定数であり、値ＳumΔＴは温度差ΔＴex
の時間積分値である。

【０１６２】

【数２７】 Ｑco(i)＝kp・ΔＴex＋ki・ＳumΔＴ＋kd・dΔＴex

【０１６３】次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４４０に
て熱収支補正基本量Ｑco(i)と下記数２８とにしたがっ
て熱収支補正量Ｑci(i)を求める。即ち、熱収支補正基
本量Ｑco(i)に対してローパスフィルタ処理（一次遅れ
処理）を施して熱収支補正量Ｑci(i)を算出する。な
お、数２８におけるα３は１より小さい正の数である。

【０１６４】

【数２８】 Ｑc(i)＝α３・Ｑc(i-1)＋(１−α３）・Ｑco(i)

【０１６５】次に、ＣＰＵ６１はステップ１４４５にて
次回の本ルーチンの計算のために前回の温度差ΔＴexol
dに上記ステップ１４２５にて求めた今回の温度差ΔＴe
xを格納し、ステップ１４５０にてその時点の温度偏差
の時間積分値ＳumΔＴに今回の温度差ΔＴexを加えるこ
とで温度偏差の時間積分値ＳumΔＴを更新する。そし
て、ステップ１４５５にて、今回の推定触媒床温Ｔbc
（ｉ）、今回の推定出ガス温Ｔexcal（ｉ）、及び今回
の熱収支補正量Ｑｃ（ｉ）を、前回の推定触媒床温Ｔbc
（ｉ−１）、前回の推定出ガス温Ｔexcal（ｉ−１）、
及び前回の熱収支補正量Ｑｃ（ｉ−１）にそれぞれ格納
し、ステップ１４６０にて添加燃料の積算値Ｓmufを
「０」にクリアした後、ステップ１４９５にて本ルーチ
ンを一旦終了する。ＣＰＵ６１は、以降においても本ル
ーチンを繰り返し実行し、これにより触媒床温Ｔbc
（ｉ）が推定・更新されて行く。

【０１６６】以上、説明したように、第３実施形態に係
る排気浄化装置は、上記数２７（ステップ１４３５，１
４４０）に示したように、推定出ガス温Ｔexcalと実際
の出ガス温Ｔexの温度差ΔＴex、その時間微分値ｄΔＴ
ex、及びその時間積分値ＳumΔＴに基づいて熱収支補正
量Ｑｃを求め、この補正量Ｑｃにより熱収支Ｑdpnrを修
正する。この結果、触媒床温Ｔbcの推定に用いる熱収支
（Ｑdpn＋Ｑｃ）が、真の熱収支に良く一致した値とな
るから、触媒床温Ｔbcの推定精度が良好になる。

【０１６７】更に、上記第３実施形態においては、ステ
ップ１４３５のＰＩＤ制御により熱収支補正基本量Ｑco
を求め、ステップ１４４０にて、この熱収支基本補正量
Ｑcoにローパスフィルタ処理を施した値を熱収支補正量
Ｑcとして採用するようにしたので、熱収支補正量Ｑｃ
の振動が抑制され、その結果、推定触媒床温Ｔbcのハン
チングを回避できる。

【０１６８】なお、上記第３実施形態は、比例・積分・
制御により熱収支モデルを修正していたが、比例・積分
制御（ＰＩ制御）により熱収支モデルを修正してもよ
い。また、上記のように熱収支基本補正量Ｑcoに対しロ
ーパスフィルタ処理を施すことに代えて、同熱収支基本
補正量Ｑcoに対し同熱収支基本補正量Ｑco中に含まれる
特定帯域の振動成分を除去するバンドパスフィルタ処理
を施して熱収支補正量Ｑｃを求めるように構成してもよ
い。また、熱収支基本補正量Ｑcoに対しフィルタ処理を
加えることに代え、又は追加で、ステップ１４０５にて
求められる熱収支Ｑdpnrに熱収支基本補正量Ｑcを加え
た値（Ｑdpnr＋Ｑc）に対し、上記ローパスフィルタ処
理、またはバンドパスフィルタ処理を施してもよい。

【０１６９】（４．第４実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第４実施形態について説明する。第４実
施形態は、第２実施形態がＤＰＮＲ４３の推定出ガス温
Ｔexcalと実際の検出出ガス温Ｔexとの温度差ΔＴexに
応じて触媒床温を推定する際の熱収支Ｑdpnrを修正して
いたのに対し、温度差ΔＴexに応じてパティキュレート
酸化熱量Ｑpmを算出するための算出方法（上記モデルに
おいて、パティキュレート酸化熱量Ｑpmを記述した演算
式、具体的には、酸化速度Ｖoxdz）を修正することで熱
収支Ｑdpnrを修正する点のみにおいて同第２実施形態と
相違している。以下、この点を中心に説明する。

【０１７０】上述の第２実施形態は、ＤＰＮＲ４３内に
おけるパティキュレートの酸化速度Ｖoxdzを、図４の実
線の関係を規定したマップMVと、推定された触媒床温Ｔ
bcとから求めていた。しかしながら、かかる酸化速度Ｖ
oxdzは触媒床温のみでなくＤＰＮＲ４３に流入する酸素
濃度等の影響を受けるため、実際には図４の一点鎖線及
び二点鎖線に示したように比較的大きく変化する。ま
た、このような変化は、触媒床温が所定温度以上のとき
に顕著となる。

【０１７１】そこで、この第４実施形態の排気浄化装置
は、推定出ガス温Ｔexcalと実際の検出出ガス温Ｔexと
の温度差ΔＴexが、かかるパティキュレート酸化速度Ｖ
oxdzの推定誤差により生じたものとして、同温度差ΔＴ
exに応じて酸化速度Ｖoxdzを修正することでパティキュ
レート酸化熱量Ｑpmの推定精度を向上し、以て、熱収支
Ｑdpnrの推定精度を向上することにより、推定触媒床温
Ｔbcをより精度良く求めようとするものである。

【０１７２】＜第４実施形態の触媒床温の推定と熱収支
の修正に関する実際の作動＞次に、かかる修正を行いな
がら触媒床温を推定する際の第４実施形態に係る排気浄
化装置の作動について具体的に説明すると、この装置の
ＣＰＵ６１は、第１実施形態における図７に示したルー
チンに代えて図１５にフローチャートにより示したルー
チンを所定時間ｔsampの経過毎に実行するようになって
いる。従って、ＣＰＵ６１は所定のタイミングになると
ステップ１５００から処理を開始し、ステップ１５０５
に進んで図７のステップ７０５〜７６５に示したステッ
プと同一のステップを実行することにより、ＤＰＮＲ４
３の熱収支Ｑdpnrを算出する。

【０１７３】次いで、ＣＰＵ６１はステップ１５１０に
進み、同ステップ１５１０にて上記数２に基づいて単位
時間あたりにおけるＤＰＮＲ４３の温度変化ΔＴbcを求
め、ステップ１５１５にて図７のステップ７７５と同様
に計算時間間隔ｔsamp前における触媒床温Ｔbc（ｉ−
１）に上記温度変化ΔＴbcを加えることにより現時点の
触媒床温Ｔbc（ｉ）を求める。そして、ステップ１５２
０にて、推定出ガス温Ｔexcalを上記数１６に基づいて
求める。

【０１７４】次に、ＣＰＵ６１はステップ１５２５に
て、推定出ガス温Ｔexcal（ｉ）から出ガス温センサ７
３が検出している実際の出ガス温Ｔexを減じて温度差Δ
Ｔexを求め、ステップ１５３０にて推定触媒床温Ｔbc
（ｉ）が所定の温度（酸化速度Ｖoxdzの変動が大きくな
り始める触媒床温）Ｔbchi以上であるか否かを判定す
る。このとき、推定触媒床温Ｔbc（ｉ）が所定の温度Ｔ
bchiより低ければ、ＣＰＵ６１はステップ１５９５に進
んで本ルーチンを一旦終了する。

【０１７５】一方、ステップ１５３０の判定時におい
て、推定触媒床温Ｔbc（ｉ）が所定の温度Ｔbchi以上で
あると、ＣＰＵ６１は同ステップ１５３０にて「Ｙｅ
ｓ」と判定してステップ１５３５に進み、前記温度差Δ
Ｔexが「０」以上であるか否かを判定する。そして、前
記温度差ΔＴexが「０」以上であれば、酸化速度Ｖoxdz
が過大であったためにパティキュレート酸化熱量Ｑpmが
過大となり、それにより熱収支Ｑdpnrが過大となって触
媒床温Ｔbcが真値よりも大きい値として推定されたこと
を意味すると考えられるので、ＣＰＵ６１はステップ１
５４０に進んで酸化速度Ｖoxdzの補正係数khの値（図７
のステップ７２０を参照）をΔkhだけ減少する。

【０１７６】他方、前記温度差ΔＴexが「０」より小さ
ければ、酸化速度Ｖoxdzが過小であったためにパティキ
ュレート酸化熱量Ｑpmが過小となり、それにより熱収支
Ｑdpnrが過小となって触媒床温Ｔbcが真値よりも小さい
値として推定されたことを意味すると判定し、ＣＰＵ６
１はステップ１５４５に進んで補正係数khの値をΔkhだ
け増大する。

【０１７７】次いで、ＣＰＵ６１はステップ１５５０に
進んで補正係数khが過大な値、及び負の値の何れにもな
らないようにガード処理を施し、ステップ１５９５に進
んで本ルーチンを一旦終了する。このようにして、温度
差ΔＴexに基き補正係数khが修正されるから、ＣＰＵ６
１は、次の本ルーチンの実行時においてステップ１５０
５内のステップ７２０に相当するステップを実行すると
き、酸化速度Ｖoxdzを修正する。これにより、パティキ
ュレート酸化熱量Ｑpm（の演算式）が修正される。

【０１７８】以上、説明したように、第４実施形態にお
いては、推定出ガス温Ｔexと実際の検出出ガス温Ｔexと
の温度差ΔＴexに基づいてパティキュレートのＤＰＮＲ
４３内における酸化速度Ｖoxdzを修正するので、パティ
キュレート酸化熱量Ｑpmの推定精度が向上され、以て、
熱収支Ｑdpnrの推定精度を向上することにより、触媒床
温Ｔbcをより精度良く推定することができる。

【０１７９】なお、上記第４実施形態においては、酸化
速度の補正係数khを温度差ΔＴexの符号に応じて増減し
ていたが、温度差ΔＴexと補正係数khとの関係を規定す
るマップを予めＲＯＭ６２内に記憶しておき、このマッ
プと実際の温度差ΔＴexとから補正係数khを求めるよう
に構成してもよい。

【０１８０】（５．第５実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第５実施形態について説明する。第５実
施形態は、第２実施形態がＤＰＮＲ４３の推定出ガス温
Ｔexcalと実際の検出出ガス温Ｔexの温度差ΔＴexに応
じて触媒床温を推定する際の熱収支Ｑdpnrを修正してい
たのに対し、推定触媒床温Ｔbcの所定時間（例えば、１
０分程度の期間）内における平均値（平均触媒床温）Ｔ
bcaveと、出ガス温センサ７３により検出される出ガス
温Ｔexの前記所定時間内における平均値（平均検出出ガ
ス温）Ｔexaveの温度差ΔＴaveに基づいて同熱収支Ｑdp
nrを修正する点のみにおいて第２実施形態と相違してい
る。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。

【０１８１】＜第５実施形態の熱収支モデル修正原理＞
第５実施形態の排気浄化装置は、第１実施形態と同様に
して熱収支Ｑdpnrを求め、求められた熱収支Ｑdpnrに基
づいて推定触媒床温Ｔbcを求める。従って、熱収支Ｑdp
nrの中には、上記数９にて計算される添加燃料による反
応熱量Ｑractが含まれている。この添加燃料は添加燃料
供給手段４４により供給され、数９における添加燃料の
平均流量ｍufは電気制御装置６０から添加燃料供給手段
４４に供給される駆動信号（指令値、指令信号）に基づ
いて計算される。

【０１８２】一方、添加燃料供給手段４４は、その噴射
ノズルが目詰まりを起こす等の理由により、前記駆動信
号に対して期待される添加燃料量をＤＰＮＲ４３に対し
て供給できない場合が発生し得る。その場合、実際にＤ
ＰＮＲ４３に供給される添加燃料の平均流量は、駆動信
号をもとに計算される添加燃料の平均流量ｍufより少な
くなる。この結果、反応熱量Ｑractは実際の添加燃料の
反応熱よりも大きめに計算されることになるので、図１
６（Ａ）に示したように、推定される触媒床温Ｔbcは真
の触媒床温Ｔbctruに対して高い温度となる。

【０１８３】他方、添加燃料供給手段４４は、製造誤差
等の理由により、駆動信号に対して期待される添加燃料
量よりも多い燃料量の添加燃料をＤＰＮＲ４３に供給す
る場合が発生し得る。その場合、実際にＤＰＮＲ４３に
供給される添加燃料の平均流量は、駆動信号をもとに計
算される添加燃料の平均流量ｍufより多くなる。この結
果、反応熱量Ｑractは実際の添加燃料の反応熱よりも小
さめに計算されることになるので、図１６（Ｂ）に示し
たように、推定される触媒床温Ｔbcは真の触媒床温Ｔbc
truに対して低い温度となる。

【０１８４】更に、添加燃料供給手段４４から供給され
る添加燃料量は、駆動信号が同一であっても、例えば、
燃料噴射用ポンプ２２から供給される燃料の圧力変動
（及び／又は同圧力信号の所定期間における平均値の変
動）が比較的大きいことにより、大きく変動する。この
ように、駆動信号をもとに計算される添加燃料の平均流
量ｍufと真の添加燃料の平均流量とは異なることがあ
り、その結果、モデルにより（数９により）算出される
添加燃料の反応熱量Ｑractは実際の添加燃料の反応熱か
ら偏移し、このため、推定される触媒床温Ｔbcが真の触
媒床温Ｔbctruから偏移することがある。

【０１８５】このような原因による熱収支Ｑdpnrの真値
からの偏移（ずれ）は僅かである場合が多く、同僅かな
偏移は「比較的長い時間」の経過後に触媒床温Ｔbcの推
定誤差となって現われる。従って、かかる熱収支Ｑdpnr
の真値からの僅かな偏移を、上記第２，第３実施形態の
ように熱収支計算毎に修正しようとすると、所謂フィー
ドバックゲイン（図１１のステップ１１３０における定
数K1、図１４のステップ１４３５における定数kp,ki,及
びkd）を大きくしなければならない。ところが、フィー
ドバックゲインを大きくすれば、熱収支Ｑdpnrがノイズ
によっても大きく修正されてハンチングすることに繋が
るから、同フィードバックゲインを大きくすることにも
限界がある。

【０１８６】一方、実験によれば、図１７に示したよう
に、触媒床温の推定に用いられる熱収支（熱収支補正量
Ｑcにより補正された熱収支）が真の熱収支と一致して
いる場合には、検出される出ガス温Ｔexは真の触媒床温
Ｔbctru（従って、推定触媒床温Ｔbc）に追従し、その
結果、「比較的長い期間」における推定触媒床温Ｔbcの
平均値Ｔbcaveと同期間における検出出ガス温Ｔexの平
均値Ｔexaveの温度差ΔＴは所定値以内となることが判
明した。

【０１８７】他方、触媒床温の推定に用いられる熱収支
が、上記した添加燃料供給手段の製造誤差や経時変化な
どの理由により、真の熱収支から偏移している場合、
「比較的長い期間」における触媒床温Ｔbcの平均値Ｔbc
aveと同期間における出ガス温Ｔexの平均値Ｔexaveの温
度差ΔＴは、触媒床温の推定に用いられる熱収支と真の
熱収支との差に応じた値となるとの知見を得た。

【０１８８】そこで、本実施形態の排気浄化装置は、上
記温度差ΔＴを求め、同温度差ΔＴに応じて熱収支補正
量Ｑcを求めて、同熱収支補正量Ｑcにより触媒床温の推
定に用いる熱収支を修正することにより、触媒床温の推
定精度を向上する。以上が、本実施形態による熱収支
（熱収支モデル）の修正原理である。

【０１８９】＜第５実施形態の触媒床温の推定と熱収支
の修正に関する実際の作動＞次に、第５実施形態の排気
浄化装置の作動について説明すると、この装置のＣＰＵ
６１は、第２実施形態のＣＰＵ６１が実行する図１１に
示したルーチンに代えて図１８にフローチャートにより
示したルーチンを所定時間ｔsampの経過毎に実行するよ
うになっている。

【０１９０】従って、ＣＰＵ６１は所定のタイミングと
なるとステップ１８００から処理を開始し、ステップ１
８０５に進んで図７のステップ７０５〜７６５に示した
ステップと同一のステップを実行することにより、ＤＰ
ＮＲ４３の熱収支Ｑdpnrを算出する。次いで、ＣＰＵ６
１はステップ１８１０に進み、図１１のステップ１１１
０と同様に、上記数１５に基づいて単位時間あたりにお
けるＤＰＮＲ４３の温度変化ΔＴbcを求める。なお、熱
収支補正量Ｑｃは、前回の本ルーチンの実行時における
後述するステップ１８６０にて求められている。

【０１９１】次に、ＣＰＵ６１はステップ１８１５にて
前述した図７のステップ７７５（及び図１１のステップ
１１１５）と同様に、計算時間間隔ｔsamp前における触
媒床温Ｔbcに上記温度変化ΔＴbcを加えることにより現
時点の（今回の）触媒床温Ｔbcを推定し、続くステップ
１８２０にてカウンタＣＮＴの値を「１」だけ増大す
る。次いで、ＣＰＵ６１はステップ１８２５にてエアフ
ローメータ７１が計測している吸入空気流量Ｇａをその
時点の積算吸入空気量Ｓumgaに加えて新たな積算吸入空
気量Ｓumgaを求め、次のステップ１８３０にて上記求め
た今回の触媒床温Ｔbcをその時点の積算触媒床温ＳumTb
cに加えて新たな積算触媒床温ＳumTbcを求め、続くステ
ップ１８３５にて出ガス温センサ７３が検出している出
ガス温Ｔexを積算出ガス温ＳumTexに加えて新たな積算
出ガス温ＳumTexを求める。

【０１９２】次に、ＣＰＵ６１はステップ１８４０に進
み、同ステップ１８４０にてカウンタＣＮＴの値が所定
値Ｃthに一致したか否かを判定し、一致していなければ
同ステップ１８４０にて「Ｎｏ」と判定して直ちにステ
ップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

【０１９３】ＣＰＵ６１は、このような処理（ステップ
１８００〜ステップ１８４０）を所定時間ｔsampの経過
毎に繰り返し実行するため、カウンタＣＮＴは次第に増
大する。この結果、カウンタＣＮＴの値が所定値Ｃthと
等しくなると、即ち、上記原理の説明箇所において述べ
た「比較的長い期間」が経過すると、ＣＰＵ６１はステ
ップ１８４０に進んだとき同ステップ１８４０にて「Ｙ
ｅｓ」と判定してステップ１８４５に進み、積算吸入空
気量Ｓumgaを所定値Ｃthで除して平均吸入空気量Ｇaave
を求め、積算触媒床温ＳumTbcを所定値Ｃthで除して平
均触媒床温Ｔbcaveを求めるとともに、積算出ガス温Ｓu
mTexを所定値Ｃthで除して平均検出出ガス温Ｔexaveを
求める。

【０１９４】次いで、ＣＰＵ６１はステップ１８５０に
進んで平均触媒床温Ｔbcaveと平均検出出ガス温Ｔexave
に基づく温度差ΔＴを下記数２９にしたがって求める。
この数２９における値Ｔofは、ＤＰＮＲ４３から受熱し
たガスが出ガスとなって現われるまでに放出した熱量に
対応する温度と考えることができ、実験によれば略一定
値として扱うことができる値である。換言すると、値Ｔ
ofは、熱収支Ｑdpnrが正確に修正されているとき（熱収
支補正量Ｑcが正しい値となっているとき）、温度差Δ
Ｔを「０」とするような値に選ばれている。

【０１９５】

【数２９】ΔＴ＝Ｔbcave−Ｔexave＋Ｔof

【０１９６】次いで、ＣＰＵ６１はステップ１８５５に
進み、同ステップ１８５５にて平均吸入空気量Ｇaaveと
ＤＰＮＲ４３を通過するガスの比熱Ｃgと上記温度差Δ
Ｔとの積をとることにより熱収支基本補正量Ｑctbaseを
求める。そして、ステップ１８６０にて熱収支基本補正
量Ｑctbaseに０〜１の値である係数knを乗じて熱収支補
正量Ｑcを求める。係数knを熱収支基本補正量Ｑctbase
に乗じて熱収支補正量Ｑcを求めるのは、熱収支基本補
正量Ｑctbaseが正しくない場合に、推定触媒床温Ｔbcが
その影響を受け、誤った値に急激に変化してしまうこと
を防止するためである。そして、ＣＰＵ６１はステップ
１８６５にてカウンタＣＮＴを「０」にクリア（設定）
し、ステップ１８９５にて本ルーチンを一旦終了する。

【０１９７】これ以降、ＣＰＵ６１は所定時間毎に本ル
ーチンを繰り返し実行する。その結果、カウンタＣＮＴ
の値が再び所定値Ｃthとなるまで、本ルーチンのステッ
プ１８００〜ステップ１８４０が繰り返し実行されて推
定触媒床温Ｔbcが求められ、カウンタＣＮＴが所定値Ｃ
thと等しくなると再びステップ１８４５〜ステップ１８
６５が実行されて、平均触媒床温Ｔbcaveと平均検出出
ガス温Ｔexaveに基づく温度差ΔＴに応じて熱収支補正
量Ｑcが求められる。

【０１９８】この結果、触媒床温の推定に用いる熱収支
の真値に対する僅かな偏移が確実に修正されるので、触
媒床温の推定精度が向上する。

【０１９９】（６．第６実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第６実施形態について説明する。第６実
施形態の排気浄化装置は、第１実施形態に係る排気浄化
装置に対し、図１に破線にて示したように、ＤＰＮＲ４
３の下流の排気通路のＤＰＮＲ４３の出ガスの空燃比を
検出し、同検出した空燃比Ａbyfを表す信号を出力する
空燃比センサ（空燃比検出手段）７７を備える点、及び
この空燃比センサ７７により検出された空燃比Ａbyfに
基づいて添加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給
された未燃燃料の量を精度良く推定することで、第１実
施形態における添加燃料の反応熱量Ｑractの推定精度を
向上し、以て触媒床温Ｔbcの推定精度を一層向上するよ
うに構成されている点のみにおいて同第１実施形態の排
気浄化装置と異なっている。従って、以下、第１実施形
態とのかかる相違点を中心に説明する。

【０２００】（第６実施形態による反応熱量Ｑract推定
精度向上原理）いま、各気筒内及びＤＰＮＲ４３内で単
位時間あたりに燃焼する燃料量の合計をｍfuelとする
と、下記数３０が成立する。下記数３０において、Ｇa
は前述したエアフローメータ７１が計測した吸入空気流
量であり、Ａbyfは空燃比センサ７７が検出したＤＰＮ
Ｒ４３の下流側排気通路内の空燃比である。

【０２０１】

【数３０】ｍfuel＝Ｇa／Ａbyf

【０２０２】また、上記数３０の燃料量の合計ｍfuel
は、下記数３１に示したように、噴射弁２１から各気筒
に供給された燃料の単位時間当りの量（平均流量）ｍq
と、添加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給され
る添加燃料の単位時間当りの量（平均流量）ｍufとの和
である。

【０２０３】

【数３１】ｍfuel＝ｍq＋ｍuf

【０２０４】上記数３０と上記数３１とから、下記数３
２が得られる。

【０２０５】

【数３２】ｍuf＝Ｇa／Ａbyf−ｍq

【０２０６】ところで、添加燃料供給手段４４から供給
される添加燃料量は、駆動信号が同一であっても、例え
ば、燃料噴射用ポンプ２２から供給される燃料の圧力変
動が比較的大きいことにより、大きく変動することがあ
る。また、供給燃料の圧力変動が小さい場合であって
も、添加燃料供給手段４４は、製造コスト上の理由によ
り燃料噴射弁２１よりも性能の経時劣化が大きい場合が
あり、この点においても、駆動信号に対する添加燃料量
が変動し易い。このため、第１実施形態のように、添加
燃料供給手段４４への駆動信号に基づいて同添加燃料供
給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給される添加燃料の平
均流量ｍufを求めると、その推定誤差が比較的大きくな
る場合がある。

【０２０７】これに対し、気筒内に供給される燃料の平
均流量ｍqは、下記数３３により比較的精度良く求める
ことができる。数３３において、ρは燃料密度（既知の
一定値）、NEは検出されたエンジン回転速度、ｑfinは
ＣＰＵ６１にから噴射弁２１に与えられる駆動信号（指
令信号）に応じた１ストローク（一回の吸気行程）あた
りの指令燃料噴射量である。また、数３３の値「２」
は、対象としているエンジンが４気筒であって１回転あ
たり２回だけ燃料噴射が実行されることによる。この計
算を行う手段が、燃料供給量算出手段である。

【０２０８】

【数３３】ｍq＝ρ・（NE／６０）・２・ｑfin

【０２０９】従って、本排気浄化装置は、上記数３２と
下記数３３とに基く計算を行う可燃燃料供給量算出手段
により、添加燃料供給手段４４への駆動信号を用いるこ
となく、同添加燃料供給手段４４からの添加燃料の平均
流量ｍufを求め、この平均流量ｍufと上記数９とに基い
て添加燃料の反応熱量Ｑractを求めることにより、熱収
支Ｑdpnr、従って、触媒床温Ｔbcの推定精度を向上す
る。以上が、本実施形態による反応熱量Ｑractの推定精
度向上原理である。

【０２１０】＜第６実施形態の実際の作動＞以下、第６
実施形態に係る排気浄化装置の触媒床温推定に係る実際
の作動について説明すると、この装置のＣＰＵ６１は、
第１実施形態のＣＰＵ６１が実行する図７に示したルー
チンに代えて、図１９にフローチャートにより示したル
ーチンを所定時間ｔsampの経過毎に繰り返し実行するよ
うになっている。なお、図１９において図７と同一ステ
ップには同図７と同一の符号を付し、詳細な説明を省略
する。

【０２１１】具体的に述べると、ＣＰＵ６１は、所定の
タイミングとなったときステップ１９００から処理を開
始し、ステップ７０５〜ステップ７３５を実行すること
で、入ガス熱量Ｑin、出ガス熱量Ｑex、パティキュレー
ト酸化熱量Ｑpm、及び浄化率ηを算出する。次いで、Ｃ
ＰＵ６１は、ステップ１９０５に進んで上記数３３に基
づいて各気筒に供給された燃料の平均流量ｍqを求め、
ステップ１９１０に進んで上記数３２と、その時点の空
燃比センサ７７が計測している空燃比Ａbyfと、エアフ
ローメータ７１が計測した吸入空気流量Ｇaと、ステッ
プ１９０５にて求めた燃料の平均流量ｍqとに基づいて
添加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給される添
加燃料の単位時間当りの量（平均流量）ｍufを求める。

【０２１２】そして、ＣＰＵ６１はステップ７４５に進
み、上記数９に基づいて添加燃料の反応熱量Ｑractを求
め、ステップ７５０〜ステップ７６５を実行することに
より、排気ガスの反応熱（反応熱量）Ｑhc、及びＤＰＮ
Ｒ４３からの放出熱量Ｑtrnを求めるとともに、ステッ
プ７６５にてＤＰＮＲ４３の熱収支Ｑdpnrを算出し、ス
テップ７７０とステップ７７５にて触媒床温Ｔbc（ｉ）
を推定する。そして、ステップ７８０とステップ７９０
に示した処理を行って、ステップ１９９５にて本ルーチ
ンを一旦終了する。ＣＰＵ６１は、以降においても本ル
ーチンを繰り返し実行し、これにより触媒床温Ｔbc
（ｉ）が推定・更新されて行く。

【０２１３】なお、前述したように、第６実施形態にお
いても、第１〜第５実施形態と同様に、ＣＰＵ６１は図
８、及び図９に示したルーチンを実行することにより、
添加燃料供給手段４４から添加燃料を供給し、ＮＯｘの
放出・還元と、フィルタの再生を行う。但し、第６実施
形態においては、図８のステップ８２０及び図９のステ
ップ９２０は、添加燃料の単位時間当りの量（平均流
量）ｍufを求めるために不要であるので省略され得る。

【０２１４】以上、説明したように、第６実施形態によ
れば、空燃比センサ７７の出力と、エアフローメータ７
１の出力と、比較的精度の高い指令燃料噴射量とに基づ
いて、添加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ４３に供給さ
れた添加燃料量の平均流量が求められ、これらから添加
燃料の反応熱量Ｑractが推定されるから、同反応熱量Ｑ
ractの推定精度が高く、結果として、熱収支Ｑdpnr、従
って、触媒床温Ｔbcが精度良く推定され得る。

【０２１５】（７．第７実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第７実施形態について説明する。第７実
施形態の排気浄化装置は、第１実施形態に係る排気浄化
装置に対し、触媒床温の将来の値Ｔbf（以下、「予測推
定触媒床温（予測触媒床温）Ｔbf」と云う。）を求め、
この予測推定触媒床温Ｔbfに基づいて同ＤＰＮＲ４３の
温度を適正温度に維持するための制御（例えば、添加燃
料供給手段４４から供給される添加燃料量制御等のＤＰ
ＮＲ４３の制御）を行うように構成されている点のみに
おいて同第１実施形態の排気浄化装置と異なっている。
従って、以下、第１実施形態とのかかる相違点を中心に
説明する。

【０２１６】第７実施形態に係る排気浄化装置のＣＰＵ
６１は、第１実施形態においてＣＰＵ６１が実行する図
７に示したルーチンに代えて、図２０にフローチャート
により示したルーチンを所定時間ｔsampの経過毎に繰り
返し実行するようになっている。なお、図２０におい
て、図７と同一ステップには同図７と同一の符号を付
し、詳細な説明を省略する。

【０２１７】具体的に述べると、ＣＰＵ６１は、所定タ
イミングとなったとき図２０のステップ２０００から処
理を開始し、ステップ７０５〜ステップ７７０を実行す
ることで、ＤＰＮＲ４３の熱収支Ｑdpnrを求めるととも
に、本ルーチンの計算時間間隔（単位時間）ｔsamp内に
おけるＤＰＮＲ４３の温度変化ΔＴbcを求める。

【０２１８】次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ２００５
に進んで、温度変化ΔＴbcが所定の負の温度（−ＴCa）
から所定の正の温度ＴCbまでの間であるか否かを判定
し、温度変化ΔＴbcが所定の負の温度（−ＴCa）から所
定の正の温度ＴCbまでの間であるときはステップ２０１
０に進んで値kdの値を「０」に設定する。一方、ＣＰＵ
６１は、温度変化ΔＴbcが所定の負の温度（−ＴCa）か
ら所定の正の温度ＴCbまでの間でないと、ステップ２０
０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２０１５に進み、
同ステップ２０１５にて温度変化ΔＴbcが所定の正の温
度ＴCb以上か否かを判定する。

【０２１９】そして、温度変化ΔＴbcが所定の正の温度
ＴCb以上であるとき、ＣＰＵ６１はステップ２０１５に
て「Ｙｅｓ」と判定してステップ２０２０に進み、値kd
を正の所定値Ａ１に設定する。他方、温度変化ΔＴbcが
所定の負の温度（−ＴCa）以下であるとき、ＣＰＵ６１
はステップ２０１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２
０２５に進み、値kdを負の所定値（−Ａ２）に設定す
る。

【０２２０】次いで、ＣＰＵ６１はステップ２０３０に
進み、下記数３４に基づいて今回の予測推定床温Ｔbf
（ｉ）を求める。数３４において、値kcは「１」以上の
所定の値である。

【０２２１】

【数３４】 Ｔbf（ｉ）＝Ｔbf（ｉ−１）＋kc・ΔＴbc＋kd

【０２２２】その後、ＣＰＵ６１はステップ２０３５に
て次回の本ルーチンの実行のために前回の予測推定触媒
床温Ｔbf（ｉ−１）を今回の予測推定触媒床温Ｔbf
（ｉ）と等しい値に設定し、続くステップ７８５にて添
加燃料の積算値Ｓmufを「０」にクリアする。次いで、
ＣＰＵ６１はステップ７９０にてＤＰＮＲ４３のケース
の表面温度Ｔsufを求め、ステップ２０９５に進んで本
ルーチンを終了する。ＣＰＵ６１は、以降においても本
ルーチンを繰り返し実行し、これにより予測推定触媒床
温Ｔbf（ｉ）が推定・更新されて行く。

【０２２３】図２１は、上記のようにして求められる予
測推定触媒床温Ｔbfを破線にて示し、第１実施形態の排
気浄化装置により求められる推定触媒床温Ｔbcを実線に
て示したタイムチャートである。この図２１から理解さ
れるように、予測推定触媒床温Ｔbfは、推定触媒床温Ｔ
bcが所定の速度以上の速度（ΔＴbc≧ＴCb）で上昇する
間は同推定触媒床温Ｔbcよりも少なくとも値kdだけ高い
温度として推定され、推定触媒床温Ｔbcが所定の速度以
上の速度（|ΔＴbc|≧|−ＴCa|）で下降する間は同推定
触媒床温Ｔbcよりも少なくとも値|kd|だけ低い温度とし
て推定される。

【０２２４】従って、かかる予測推定触媒床温Ｔbfが所
定の上限側閾値温度以上となったときにＤＰＮＲ４３の
触媒床温を下降させる制御を開始し、或いは、予測推定
触媒床温Ｔbfが所定の下限側閾値温度以下となったとき
にＤＰＮＲ４３の触媒床温を上昇させる制御を開始すれ
ば、実際の触媒床温を所望の温度範囲内（上限側閾値温
度と下限側閾値温度の間の温度）に容易に維持すること
ができる。特に、ＤＰＮＲ４３においては、図４に示し
たように、触媒床温が所定温度以上になると、パティキ
ュレートの酸化速度が急激に上昇し同触媒床温（の上昇
速度）が急増するから、このような予測推定触媒床温Ｔ
bfによる触媒床温制御を行うことにより、触媒床温が過
大となることを未然に防止することができる。

【０２２５】次に、本実施形態による、上記した予測推
定触媒床温Ｔbfに基づくＤＰＮＲ４３の触媒床温制御の
一例について図２２及び図２３を参照して説明する。な
お、図２２及び図２３は、それぞれＮＯｘ放出・還元実
行ルーチン及びフィルタ再生実行ルーチンをそれぞれ示
したフローチャートであり、ＣＰＵ６１は、このＮＯｘ
放出・還元実行ルーチン及びフィルタ再生実行ルーチン
を、第１実施形態の図８及び図９に示したルーチンに代
えて、それぞれ第１所定時間及び第２所定時間の経過毎
に実行する。

【０２２６】図２２に示したルーチンは、図８に示した
ルーチンのステップ８０５をステップ２２０５に置換し
た点のみにおいて異なっている。即ち、ＣＰＵ６１は、
ステップ２２０５にて上記予測推定触媒床温Ｔbfが所定
の上限側閾値温度Ｔotp以上となったか否かを判定し、
予測推定触媒床温Ｔbfが所定の上限側閾値温度Ｔotp以
上であればＮＯｘ放出用の添加燃料量INJnoxを「０」に
設定する。他方、予測推定触媒床温Ｔbfが所定の上限側
閾値温度Ｔotpより小さければ添加燃料量INJnoxをステ
ップ８２５にてマップから決定される値に設定する。

【０２２７】同様に、図２３に示したルーチンは、図９
に示したルーチンのステップ９０５をステップ２３０５
に置換した点のみにおいて異なっている。即ち、ＣＰＵ
６１は、ステップ２３０５にて上記予測推定触媒床温Ｔ
bfが所定の上限側閾値温度Ｔotp以上となったか否かを
判定し、予測推定触媒床温Ｔbfが所定の上限側閾値温度
Ｔotp以上であればフィルタ再生用（触媒床温上昇用）
の添加燃料量INJfltを「０」に設定する。他方、予測推
定触媒床温Ｔbfが所定の上限側閾値温度Ｔotpより小さ
ければ添加燃料量INJfltをステップ９２５にてマップか
ら決定される値に設定する。

【０２２８】この結果、実際の触媒床温が上昇傾向にあ
るときには、同実際の触媒床温が上限側閾値温度Ｔotp
に到達する時点より前の時点で添加燃料量INJNOx及び添
加燃料量INJfltが「０」となって、添加燃料供給手段４
４から未燃燃料が供給されなくなるので、触媒床温の上
昇を早期に抑制することができ、触媒床温が過熱温度と
なることを回避することができる。なお、このように添
加燃料量INJNOx及び添加燃料量INJfltを「０」とするこ
とは、これら添加燃料量INJNOx及び添加燃料量INJfltが
通常は「０」でないことから鑑みると、触媒床温を下降
する制御を行っていると言うこともできる。即ち、上記
ステップ２２０５、８１０、８１５の処理、及び上記ス
テップ２３０５、９１０、９１５の処理は、ＤＰＮＲ４
３の触媒床温を上昇及び下降させる触媒床温変更手段
と、そのように添加燃料供給手段４４に指令信号（駆動
信号）を発生する触媒床温制御手段の機能を達成してい
る。もちろん、この制御のほかに、例えば、アイドル運
転における回転数を僅かだけ上昇して冷たいガスをＤＰ
ＮＲ４３内に導入することで触媒床温を低下させる等
（他の例は後述する）の制御を行ってもよい。

【０２２９】（８．第８実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第８実施形態について説明する。第８実
施形態の排気浄化装置は、第２，第３実施形態の排気浄
化装置のように、ＤＰＮＲ４３の推定出ガス温Ｔexcal1
と実際の検出出ガス温Ｔexとの第１温度差ΔＴex1等に
基づいて触媒床温を推定する際の熱収支Ｑdpnrを修正す
る（触媒床温推定モデルを修正する）ことに加えて、推
定出ガス温Ｔexcal1を時間的に更に遅らせた遅延推定出
ガス温（単に、「遅延出ガス温」ともいう。）Ｔexcal2
と検出出ガス温Ｔexの第２温度差ΔＴex2に基づいて予
測推定触媒床温Ｔbfを求め、同予測推定触媒床温Ｔbfに
基づいて同ＤＰＮＲ４３の温度を適正温度に維持するた
めの制御（例えば、添加燃料供給手段４４から供給され
る添加燃料量制御等のＤＰＮＲ４３の温度制御）を行う
ものである。

【０２３０】まず、予測推定触媒床温Ｔbfを求めるため
の本排気浄化装置の具体的構成について、ＣＰＵ６１が
実行するプログラムを機能ブロック図にて示した図２４
を参照して説明すると、本排気浄化装置は、推定触媒床
温Ｔbcを求める推定触媒床温演算ブロックＢ１と、予測
推定触媒床温Ｔbfを求める予測推定触媒床温演算ブロッ
クＢ２とを備えている。

【０２３１】推定触媒床温演算ブロックＢ１は、推定触
媒床温Ｔbcを求める触媒床温推定モデルＭ１と、第１推
定出ガス温Ｔexcal1を演算する第１出ガス温推定モデル
Ｍ２と、触媒床温推定モデルＭ１の第１修正量を発生す
る第１修正量発生手段Ｍ３とを含んで構成されている。

【０２３２】触媒床温推定モデルＭ１は、上記数１に基
づいて熱収支Ｑdpnrを計算するとともに、上記数１５に
基づいてＤＰＮＲ４３の温度変化ΔＴbcを計算し、上記
数３に基づいて推定触媒床温Ｔbcを求めるようになって
いる。第１出ガス温推定モデル（出ガス温推定手段）Ｍ
２は、入ガス温センサ７２が検出する検出入ガス温Ｔin
及び触媒床温推定モデルＭ１により求められた推定触媒
床温Ｔbcと、上記数２６により説明した考え方に基づく
下記数３５によって、真の出ガス温を推定した結果であ
る第１推定出ガス温Ｔexcal1を演算するようになってい
る。数３５のTsi，Ts1は時定数である。

【０２３３】

【数３５】Ｔexcal1＝Ｔin・（1-exp(-t/Tsi)）＋（Ｔb
c−Ｔin）・（1-exp(-t/Ts1)）

【０２３４】第１修正量発生手段Ｍ３は、第１出ガス温
推定モデルＭ２により求められた第１推定出ガス温Ｔex
cal1と出ガス温センサ７３が検出する検出出ガス温Ｔex
との第１温度差ΔＴex1が「０」となるように触媒床温
推定モデルＭ１の熱収支補正量Ｑcを（一例を挙げる
と、所定の定数k1と第１温度差ΔＴex1の積として）求
め、これを同触媒床温推定モデルＭ１に出力するように
なっている。

【０２３５】以上の構成により、推定触媒床温演算ブロ
ックＢ１においては、触媒床温推定モデルＭ１の修正が
なされるので、推定触媒床温Ｔbcの真の触媒床温Ｔbctr
uに対する誤差が小さくなる。以上は、第２実施形態
（の変形例）の構成と同様である。

【０２３６】これに対し、予測推定触媒床温演算ブロッ
クＢ２は、第２推定出ガス温Ｔexcal2を演算する第２出
ガス温推定モデル（遅延出ガス温推定手段）Ｍ４と、予
測推定触媒床温Ｔbfを求めるための修正量Ｑfを発生す
る第２修正量発生手段Ｍ５と、予測推定触媒床温Ｔbfを
推定する触媒床温予測推定モデルＭ６とを含んで構成さ
れている。

【０２３７】第２出ガス温推定モデルＭ４は、検出入ガ
ス温Ｔin、触媒床温推定モデルＭ１により求められた推
定触媒床温Ｔbc、及び上記数２６により説明した考え方
に基づく下記数３６によって第２推定出ガス温Ｔexcal2
を演算するようになっている。この場合、数３６中の時
定数Ts2は、上記数３５の時定数Ts1よりも大きい値に設
定されていて、これにより、第２推定出ガス温Ｔexcal2
は、第１推定出ガス温Ｔexcal1よりも時間的に遅延され
た値となる。

【０２３８】

【数３６】Ｔexcal2＝Ｔin・(1-exp(-t/Tsi))＋（Ｔbc
−Ｔin）・(1-exp(-t/Ts2))

【０２３９】第２修正量発生手段Ｍ５は、第２出ガス温
推定モデルＭ４により求められた第２推定出ガス温Ｔex
cal2から検出出ガス温Ｔexを減算した結果である第２温
度差ΔＴex2が正の値であれば修正量Ｑfを所定量だけ減
少し、同第２温度差ΔＴex2が負の値であれば同修正量
Ｑfを所定量だけ増大し、その修正量Ｑfを触媒床温予測
推定モデルＭ６に供給するようになっている。一例を挙
げると、第２修正量発生手段Ｍ５は、修正量Ｑfを負の
定数k11と第２温度差ΔＴex2の積として求める。なお、
定数k11の絶対値は、上記定数k1の絶対値と等しいか、
又はそれ以上である。

【０２４０】触媒床温予測推定モデルＭ６は、入力した
修正量Ｑfと触媒床温推定モデルＭ１から入力される熱
収支Ｑpnrと下記数３７及び下記数３８とに基づいて予
測推定触媒床温Ｔbfを演算するようになっている。

【０２４１】

【数３７】ΔＴbf＝（Ｑdpnr＋Ｑf）／（Ｍ・Ｃ）

【０２４２】

【数３８】Ｔbf（ｉ）＝ΔＴbf＋Ｔbf（ｉ−１）

【０２４３】即ち、触媒床温予測推定モデルＭ６は、熱
収支Ｑdpnrの修正量がＱcからＱfに変更されている点を
除き、触媒床温推定モデルＭ１と同一の演算を実質的に
行うようになっている。

【０２４４】このように構成された予測推定触媒床温演
算ブロックＢ２においては、真の出ガス温が上昇してい
る場合、第２推定出ガス温Ｔexcal2は、同真の出ガス温
を推定する第１推定出ガス温Ｔexcal2よりも時間的に遅
れた挙動を示すから、同真の出ガス温よりも低い温度と
して求められ、その結果、ΔＴex2は負の値となり、修
正量Ｑfは修正量Ｑｃよりも大きい値となる。従って、
触媒床温予測推定モデルＭ６により求められる予測推定
触媒床温Ｔbfは、触媒床温推定モデルＭ１により求めら
れる推定触媒床温Ｔbcよりも高い温度となる。本排気浄
化装置は、かかる予測推定触媒床温Ｔbfに基づいてＤＰ
ＮＲ４３の触媒床温を適正温度に維持する制御を行うの
で、触媒床温が上昇している場合に同触媒床温が過熱温
度に至ることを未然に防止することができる。

【０２４５】次に、上記に説明した排気浄化装置の具体
的作動について、ＣＰＵ６１が実行するルーチンをフロ
ーチャートにより示した図２５〜図２７を参照しながら
説明する。なお、ＣＰＵ６１は、図２５に示したルーチ
ンを所定の単位時間ｔsampの経過毎に実行するととも
に、図２２及び図２３に示したルーチンも所定時間の経
過毎に実行するようになっている。また、図２５におい
て図１４に示したステップと同一のステップには同一の
符号を付し、詳細な説明を省略する。

【０２４６】先ず、所定のタイミングとなると、ＣＰＵ
６１は図２５のステップ２５００から同図２５に示した
ルーチンの処理を開始し、ステップ１４０５〜１４１５
を実行することでＤＰＮＲ４３の熱収支Ｑdpnr、単位時
間あたりにおけるＤＰＮＲ４３の温度変化ΔＴbc、及び
現時点の触媒床温Ｔbc（ｉ）を求める。そして、ＣＰＵ
６１はステップ２５０５に進み、図２６に示したルーチ
ンをステップ２６００から実行することで第１推定出ガ
ス温Ｔexcal1を演算する。

【０２４７】具体的に述べると、ＣＰＵ６１はステップ
２６０５にて入ガス温センサ７２により検出された入ガ
ス温Ｔinに対して同ステップ２６０５に示した処理（実
質的な一次遅れ処理）を行うことにより、一次遅れ入ガ
ス温Ｔindを求める。なお、係数β１は１より小さい正
の数である

【０２４８】次いで、ＣＰＵ６１はステップ２６１０に
進み、今回の（先のステップ１４１５にて求めた）推定
触媒床温Ｔbc（ｉ）から入ガス温センサ７２により検出
された入ガス温Ｔinを減じることで入ガス温と触媒床温
の温度差ΔＴbcinを求め、続くステップ２６１５にて温
度差ΔＴbcinに対して同ステップ２６１５に示した処理
（実質的な一次遅れ処理）を行うことにより、第１一次
遅れ温度偏差Ｔbcin1を求める。なお、係数β２は１よ
り小さい正の数である。そして、ＣＰＵ６１はステップ
２６２０に進み、上記一次遅れ入ガス温Ｔindに上記第
１一次遅れ温度偏差Ｔbcin1を加えることにより、真の
出ガス温を推定した第１推定出ガス温Ｔexcal1を求め
る。

【０２４９】次に、ＣＰＵ６１はステップ２６９５を介
して図２５のステップ２５１０に戻り、同ステップ２５
１０にて第１推定出ガス温Ｔexcal1から出ガス温センサ
７３が検出している実際の出ガス温Ｔexを減じて第１温
度差ΔＴex1を求める。次いで、ＣＰＵ６１はステップ
２５１５に進み、前記ステップ２５１０で求めた第１温
度差ΔＴex1から前回の第１温度差ΔＴex1oldを減じる
ことにより、第１温度差ΔＴex1の第１時間微分値（所
定時間あたりの変化量）dΔＴex1を求める。

【０２５０】次に、ＣＰＵ６１はステップ２５２０に進
んで熱収支補正基本量Ｑco(i)を、同ステップ２５２０
に示した式（上記数２７を参照。）にしたがって求め
る。ここで、値ＳumΔＴ1は第１温度差ΔＴex1の時間積
分値である。次いで、ＣＰＵ６１はステップ２５２５に
進んで、同ステップ２５２５に示した式（上記数２８を
参照。）にしたがって熱収支補正基本量Ｑco(i)に対し
て一次遅れ処理を施し、熱収支補正量Ｑc(i)を求める。

【０２５１】次に、ＣＰＵ６１はステップ２５３０にて
次回の本ルーチンの計算のために前回の第１温度差ΔＴ
exold1に今回の第１温度差ΔＴex1を格納し、ステップ
２５３５にてその時点の第１温度差ΔＴex1の時間積分
値ＳumΔＴ1に今回の第１温度差ΔＴex1を加えることで
同第１温度偏差の時間積分値ＳumΔＴ1を更新する。そ
して、ステップ２５４０にて、今回の推定触媒床温Ｔbc
（ｉ）、今回の第１推定出ガス温Ｔexcal1（ｉ）、及び
今回の熱収支補正量Ｑc（ｉ）を、前回の推定触媒床温
Ｔbc（ｉ−１）、前回の第１推定出ガス温Ｔexcal1（ｉ
−１）、及び前回の熱収支補正量Ｑc（ｉ−１）にそれ
ぞれ格納し、ステップ２５４５にて添加燃料の積算値Ｓ
mufを「０」にクリアする。

【０２５２】次に、ＣＰＵ６１はステップ２５５０に進
んで上記数３７にしたがって単位時間当りの触媒床温の
温度変化ΔＴbfを求め、ステップ２５５５に進んで上記
数３８にしたがって今回の予測推定触媒床温Ｔbf（ｉ）
を求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ２５６０に進
み、図２７に示したルーチンをステップ２７００から実
行することで第２推定出ガス温Ｔexcal2を演算する。

【０２５３】具体的に述べると、ＣＰＵ６１はステップ
２７０５にて先のステップ２６１０で求めた温度差ΔＴ
bcin（推定触媒床温Ｔbc（ｉ）から入ガス温センサ７２
により検出された入ガス温Ｔinを減じた値）に対して同
ステップ２７０５に示した処理（実質的な一次遅れ処
理）を行うことにより、第２一次遅れ温度偏差Ｔbcin2
を求める。なお、係数β３は１より小さい正の数であっ
て、前記ステップ２６１５にて使用した係数β２よりも
大きい。即ち、推定触媒床温と入ガス温の温度差ΔＴbc
inは、ステップ２７０５の処理により、ステップ２６１
５の処理による値よりも大きく遅延される。そして、Ｃ
ＰＵ６１はステップ２７１０に進み、上記一次遅れ入ガ
ス温Ｔindに上記第２一次遅れ温度偏差Ｔbcin2を加える
ことにより、真の出ガス温を推定した第１推定出ガス温
Ｔexcal1よりも時間的に遅れた第２推定出ガス温Ｔexca
l2を求める。

【０２５４】次に、ＣＰＵ６１はステップ２７９５を介
して図２５のステップ２５６５に戻り、同ステップ２５
６５にて第２推定出ガス温Ｔexcal2から出ガス温センサ
７３が検出している実際の出ガス温Ｔexを減じて第２温
度差ΔＴex2を求める。次いで、ＣＰＵ６１はステップ
２５７０に進み、前記ステップ２５６５で求めた第２温
度差ΔＴex2から前回の第２温度差ΔＴex2oldを減じる
ことにより、第２温度差ΔＴex2の第２時間微分値（所
定時間あたりの変化量）dΔＴex2を求める。

【０２５５】次いで、ＣＰＵ６１はステップ２５７５に
進んで基本修正量Ｑfo(i)を、同ステップ２５７５に示
した式（上記数２７を参照。）にしたがって求める。こ
こで、値ＳumΔＴ2は第２温度差ΔＴex2の時間積分値で
ある。次いで、ＣＰＵ６１はステップ２５８０に進ん
で、同ステップ２５８０に示した式（上記数２８を参
照。）にしたがって基本修正量Ｑfo(i)に対して一次遅
れ処理を施し、修正量Ｑf(i)を求める。なお、ステップ
２５８０で用いる係数α４は１より小さい正の数であ
り、係数α３と同一であることが好適である。

【０２５６】次に、ＣＰＵ６１はステップ２５８５に進
んで次回の本ルーチンの計算のために前回の第２温度差
ΔＴexold2に今回の第２温度差ΔＴex2を格納し、ステ
ップ２５９０にてその時点の第２温度差ΔＴex2の時間
積分値ＳumΔＴ2に今回の第２温度差ΔＴex2を加えるこ
とで同第２温度偏差の時間積分値ＳumΔＴ2を更新す
る。そして、ステップ２５９５にて、今回の予測推定触
媒床温Ｔbf（ｉ）、今回の第２推定出ガス温Ｔexcal2
（ｉ）、及び今回の修正量Ｑf（ｉ）を、前回の予測推
定触媒床温Ｔbf（ｉ−１）、前回の第２推定出ガス温Ｔ
excal2（ｉ−１）、及び前回の修正量Ｑf（ｉ−１）に
それぞれ格納し、ステップ２５９８にて本ルーチンを一
旦終了する。

【０２５７】ＣＰＵ６１は、以降においても本ルーチン
を繰り返し実行し、これにより推定触媒床温Ｔbc
（ｉ）、及び予測推定触媒床温Ｔbf（ｉ）が更新されて
行く。また、第２推定出ガス温Ｔexcal2は、真の出ガス
温を推定した第１推定出ガス温Ｔexcal1よりも時間的に
遅れた挙動を示すから、真の出ガス温（第１推定出ガス
温Ｔexcal1）が上昇しているときには同第１推定出ガス
温Ｔexcal1よりも低い温度示すので、修正量Ｑfは熱収
支修正量Ｑcよりも大きな値となり、その結果、予測予
測推定触媒床温Ｔbfは推定触媒床温Ｔbcよりも高い温度
として求められる。

【０２５８】また、前述したように、ＣＰＵ６１は図２
２及び図２３に示したルーチンも所定時間の経過毎に実
行する。従って、予測推定触媒床温Ｔbfが実際の触媒床
温が上限側閾値温度Ｔotpに到達した時点（真の触媒床
温Ｔbctruにより近い推定触媒床温Ｔbcが上限側閾値温
度Ｔotpに到達するより前の時点）で添加燃料量INJNOx
及び添加燃料量INJfltが「０」となって、添加燃料供給
手段４４から未燃燃料が供給されなくなるので、触媒床
温の上昇を早期に抑制することができ、触媒床温が過熱
温度となることを回避することができる。

【０２５９】（９．第９実施形態）次に、本発明による
排気浄化装置の第９実施形態について説明する。第９実
施形態は、第１〜第８実施形態のようにＤＰＮＲ４３の
熱収支Ｑdpnrそのものから触媒床温を推定するものでは
なく、ＤＰＮＲ４３に流入するガスの入ガス温と、同Ｄ
ＰＮＲ４３から流出するガスの出ガス温とに基づいてＤ
ＰＮＲ４３内での発熱量（即ち、パティキュレートの酸
化熱量、及び添加燃料等の流入した可燃燃料の酸化熱
量）に応じた値を推定し、この推定値に基づいて触媒床
温Ｔbcを推定しようとするものである。以下、その推定
原理の概要から説明する。

【０２６０】＜第９実施形態の触媒床温推定原理の概要
＞ＤＰＮＲ４３内に流入するガスは、同ＤＰＮＲ４３内
で発生した熱を受取ってから排出される。この結果、入
ガス温Ｔinの入ガスは、出ガス温Ｔexの出ガスとなる。
いま、ＤＰＮＲ４３内に入ガス温Ｔinの入ガスが流入
し、このガスがＤＰＮＲ４３内で発生した熱を受取るこ
とがない（即ち、ＤＰＮＲ４３内部で化学反応による熱
が発生しない）と仮定した場合の出ガス温をＴexthr
（以下、この出ガス温を「仮定出ガス温Ｔexthr」と称
呼する。）とすると、出ガス温Ｔexと仮定出ガス温Ｔex
thrの温度差ΔＴexthrはＤＰＮＲ４３内での発熱量に応
じた値となる。従って、時刻ｔにおける触媒床温Ｔbc
(t)は下記数３９に基づいて推定することができる。こ
こで、Ｔin(t)は時刻ｔの入ガス温、ΔＴexthr(t)は時
刻ｔの出ガス温Ｔex(t)と仮定出ガス温Ｔexthr(t)の
差、Keは所定の定数（ゲイン）である。

【０２６１】

【数３９】Ｔbc(t)＝Ｔin(t)＋Ke・ΔＴexthr(t)＝Ｔin
(t)＋Ke・（Ｔex(t)−Ｔexthr(t)）

【０２６２】次に、出ガス温Ｔexと仮定出ガス温Ｔexth
rの温度差ΔＴexthrの推定方法について、ＤＰＮＲ４３
に関連する温度の変化を示したタイムチャートである図
２８を参照しながら説明する。図２８において、太い実
線は真の触媒床温Ｔbctru、破線は入ガス温Ｔin、一点
鎖線は出ガス温Ｔex、二点鎖線は仮定出ガス温Ｔexth
r、及び細い実線は本実施形態の排気浄化装置により推
定された推定触媒床温Ｔbcを示している。

【０２６３】ところで、ＤＰＮＲ４３に流入したガス
は、同ＤＰＮＲ４３内で発生した熱を受取らないとする
と、同ＤＰＮＲ４３を通過している間に熱を奪われる。
従って、仮定出ガス温Ｔexthrは、入ガス温Ｔinに対し
て例えば一次遅れ処理等の遅れ処理を施した温度に応じ
た値となる。また、入ガスは同ＤＰＮＲ４３を所定の時
間で通過して出ガスとなる。従って、入ガス温Ｔinの変
化が仮定出ガス温Ｔexthrに現われるまでには、所定の
時間（システム上のむだ時間τ）が経過する。以上のこ
とから、時刻ｔの仮定出ガス温Ｔexthr(t)は下記の数４
０により推定することができる。数４０のＴssは時定
数、Kｆはオフセット量である。

【０２６４】

【数４０】Ｔexthr(t)＝（１−exp（−(t−τ)／Ｔss）
・Ｔin(t)−Kf

【０２６５】上記数４０における時定数Ｔssは、ＤＰＮ
Ｒ４３の床温変化が同ＤＰＮＲ４３内を通過するガスの
温度を変化させる際の熱伝達率に関する値であり、ＤＰ
ＮＲ４３を通過するガス流量Ｇinの影響を強く受ける。
また、熱伝達率はＤＰＮＲ４３を通過するガスの空燃比
Ａbyfや出ガス温Ｔexにより変化する同ガスの粘性（従
って、ＤＰＮＲ４３内での対流の発生の仕方）の影響を
受ける。

【０２６６】このことから、適切な時定数Ｔssをガス流
量Ｇin、空燃比Ａbyf、及び出ガス温Ｔexに基く値とし
て予め求めておき、これらの関係をマップMTSとしてＲ
ＯＭ６２内に記憶しておく。そして、本排気浄化装置
は、実際のガス流量Ｇin、空燃比Ａbyf、及び出ガス温
Ｔexと、マップMTSとから時定数Ｔssを求める。

【０２６７】また、上記数４０におけるむだ時間τは、
ＤＰＮＲ４３に流入したガスが同ＤＰＮＲ４３から排出
されるまでの時間である。実際には入ガス温Ｔinは入ガ
ス温センサ７２により、出ガス温Ｔexは出ガス温センサ
７３によりそれぞれ検出されるから、図１３に示したよ
うに入ガス温センサ７２と出ガス温センサ７３の検出素
子間の距離をＬとし、入ガス温センサ７２の配設部位に
おけるガスの流速をＵinとするとき、むだ時間τは下記
数４１により求められる。

【０２６８】

【数４１】τ＝Ｌ／Ｕin

【０２６９】そして、数４１の入ガス温センサ７２の配
設部位における時刻ｔでのガスの流速Ｕin(t)は、入ガ
ス温センサ７２の配設部位における時刻ｔのガスの体積
流量をＡＱin(t)、入ガス温センサ７２の配設部位にお
けるガス通路断面積をＡinとするとき、下記数４２によ
り求められる。

【０２７０】

【数４２】Ｕin(t)＝ＡＱin(t)／Ａin

【０２７１】更に、入ガス温センサ７２の配設部位にお
けるガスの体積流量ＡＱin(t)は、同入ガス温センサ７
２の配設部位におけるガスの検出圧力をＰin(t)とする
とき、下記数４３により求められる。数４３は、気体の
状態方程式に基づくとともに、入ガス温センサ７２の配
設部位におけるガスの質量流量はエアフローメータ７１
が計測する時刻ｔの質量流量Ｇa(t)に対して遅れ処理
（例えば、一次遅れ処理）を施した値と等しいとの知見
に基づく式である。ここで、Ｔsaは時定数、Ｒは気体定
数である。

【０２７２】

【数４３】ＡＱin(t)＝Ｇa(t)・（１−exp(−t／Ｔs
a)）・Ｒ・Ｔin(t)／Ｐin(t)

【０２７３】以上により、時定数Ｔssと、むだ時間τと
が求まるから、上記数４０にしたがって時刻ｔの仮定出
ガス温Ｔexthr(t)を求めることができ、上記数３９によ
り触媒床温Ｔbcを推定することができる。

【０２７４】＜第９実施形態の具体的構成及び作動＞次
に、以上に説明した方法に基づいて触媒温度を推定する
ための、本排気浄化装置の具体的構成とその作動につい
て、ＣＰＵ６１が実行するプログラムを機能ブロック図
にて示した図２９を参照して説明すると、本排気浄化装
置は、時定数演算部Ｎ１、入ガス体積流量演算部Ｎ２、
入ガス温センサ部流速演算部Ｎ３、むだ時間演算部Ｎ
４、入ガス温一次遅れ処理部Ｎ５、ＤＰＮＲ内部発熱量
推定部Ｎ６、増幅部Ｎ７、及び加算部Ｎ８を含んでい
る。

【０２７５】時定数演算部Ｎ１は、実際のガス流量Ｇ
a、空燃比Ａbyf、及び出ガス温Ｔexと、上記マップMTS
とから時定数Ｔssを求めるようになっている。入ガス体
積流量演算部Ｎ２は、上記数４３に基づいて入ガス温セ
ンサ７２の配設部位におけるガスの体積流量ＡＱin(t)
を求めるようになっている。なお、入ガス温センサ７２
の配設部位におけるガスの検出圧力Ｐin(t)は、同入ガ
ス温センサ７２近傍に配設された圧力センサ（図１にお
いて図示省略）により検出されるようになっている。入
ガス温センサ部流速演算部Ｎ３は、入ガス体積流量演算
部Ｎ２が演算したガスの体積流量ＡＱin(t)と、上記数
４２とに基づいて入ガス温センサ７２の配設部位におけ
るガスの流速Ｕin(t)を求めるようになっている。

【０２７６】むだ時間演算部Ｎ４は、上記数４１に基い
てむだ時間τを計算し、入ガス温一次遅れ処理部Ｎ５
は、時定数演算部Ｎ１により演算された時定数Ｔss、及
びむだ時間演算部Ｎ４により演算されたむだ時間τに基
づき、上記数４０を用いて仮定出ガス温Ｔexthr(t)を演
算するようになっている。ＤＰＮＲ内部発熱量推定部Ｎ
６は、出ガス温Ｔex(t）から仮定出ガス温Ｔexthr(t)を
減算し、同出ガス温Ｔex(t)と同仮定出ガス温Ｔexthr
(t)の温度差ΔＴexthr(t)を求めるようになっている。
増幅部Ｎ７はこの温度差ΔＴexthr(t)をKe倍して出力す
るようになっている。加算部Ｎ８は、入ガス温Ｔin(t)
と前記Ke倍された温度差ΔＴexthr(t)とを加えることで
上記数３９にしたがって推定触媒床温Ｔbc(t)を求める
ようになっている。

【０２７７】このようにして求められた推定触媒床温Ｔ
bcは図２８の細い実線に示したように変化する。そし
て、この排気浄化装置は、この推定触媒床温Ｔbc(t)に
基づいて、例えば、上記した他の実施形態と同様なＤＰ
ＮＲ４３の触媒床温を制御する添加燃料量の制御を行
う。

【０２７８】以上、説明したように、本実施形態におい
ては、入ガス温センサ７２が検出する入ガス温Ｔin、及
び同入ガス温Ｔinに例えば一次遅れ等の遅れ処理を施し
た値と出ガス温センサ７３が検出する出ガス温Ｔexの偏
差ΔＴexthrに基づきＤＮＰＲ４３の触媒床温を推定し
ているので、同ＤＰＮＲ４３内の発熱（パティキュレー
トの酸化熱量、及び流入する添加燃料等の可燃燃料の酸
化熱量）が触媒床温の推定に反映される。従って、本実
施形態の排気浄化装置は、触媒床温を精度良く推定する
ことができる。

【０２７９】（１０．第１０実施形態）次に、本発明に
よる排気浄化装置の第１０実施形態について説明する。
第１０実施形態は、第９実施形態と類似していて、より
精度良く触媒床温を推定しようとするものである。即
ち、第９実施形態の排気浄化装置により推定された触媒
床温Ｔbcは、図２８に示したように、そのピーク値を真
の触媒床温Ｔbctruのピーク値よりも遅い時刻に有する
ので、触媒床温の制御に用いるには十分でない場合があ
る。そこで、本第１０実施形態においては、推定触媒床
温Ｔbcがそのピーク値を示す時刻が、真の触媒床温Ｔbc
truがピーク値を示す時刻と略一致するように以下の方
法により同推定触媒床温Ｔbcを求める。

【０２８０】＜第１０実施形態の触媒床温推定原理の概
要＞前記第９実施形態における出ガス温Ｔex(t)と仮定
出ガス温Ｔexthr(t)の温度差ΔＴexthrは、ＤＰＮＲ４
３内部の化学反応による発熱の結果としての触媒床温
が、同ＤＰＮＲ４３を通過するガスの温度に及ぼした影
響分に対応していると考えることができる。

【０２８１】一方、ＤＰＮＲ４３（の基材）から同ＤＰ
ＮＲ４３を通過するガスへ熱伝達がなされ、その結果、
出ガス温が上昇を終えるまでの時間は、同ガスのＤＰＮ
Ｒ４３の通過時間に対して遅い。即ち。触媒床温がピー
ク値となった後においても入ガス温が触媒床温より低け
れば、出ガス温は上昇を続ける。但し、触媒床温がピー
ク値となった後は、触媒床温とＤＰＮＲ４３内部のガス
温との差が小さくなるから、触媒床温が同パティキュレ
ートフィルタを通過するガスの温度に及ぼした影響分で
ある前記温度差ΔＴexthrの上昇速度は低下する。以上
のことから、温度差ΔＴexthrの上昇速度が最大となる
時刻近傍で触媒床温は最大になっていると考えることが
できる。

【０２８２】そこで、本実施形態においては、温度差Δ
Ｔexthrの上昇程度を表す二階微分値（d²ΔＴexthr／dt
²）が正の値である間（図３０における時刻ｔ１まで）
は触媒床温は上昇するとともに、その上昇速度は温度差
ΔＴexthrの一回微分値（dΔＴexthr／dt）で表されて
いると考え、その後（二階微分値（d²ΔＴexthr／dt²）
が負の値となった時点以降は、触媒床温は減少するとし
て触媒床温を推定する。以上が、第１０実施形態の排気
浄化装置による触媒床温の推定原理である。

【０２８３】＜第１０実施形態の具体的構成及び作動＞
次に、以上に説明した方法に基づいて触媒温度を推定す
るための、本排気浄化装置の具体的構成とその作動につ
いて、ＣＰＵ６１が実行するプログラムを機能ブロック
図にて示した図３１を参照して説明すると、本排気浄化
装置は、時定数演算部Ｎ１、入ガス体積流量演算部Ｎ
２、入ガス温センサ部流速演算部Ｎ３、むだ時間演算部
Ｎ４、入ガス温一次遅れ処理部Ｎ５、ＤＰＮＲ内部発熱
量推定部Ｎ６、時間微分演算部Ｎ９，Ｎ１０、ゲイン決
定部Ｎ１１、及び推定触媒床温演算部Ｎ１２を含んでい
る。

【０２８４】これらのうち、時定数演算部Ｎ１、入ガス
体積流量演算部Ｎ２、入ガス温センサ部流速演算部Ｎ
３、むだ時間演算部Ｎ４、及び入ガス温一次遅れ処理部
Ｎ５、ＤＰＮＲ内部発熱量推定部Ｎ６は、第９実施形態
の対応する部分と同一であるから説明を省略する。

【０２８５】時間微分演算部Ｎ９は、ＤＰＮＲ内部発熱
量推定部Ｎ６により求められた温度差ΔＴexthrを時間
微分して１階微分値（dΔＴexthr／dt）を求める。時間
微分演算部Ｎ１０は、その１階微分値（dΔＴexthr／d
t）を時間微分して二階微分値（d²ΔＴexthr／dt²）を
求める。ゲイン決定部Ｎ１１は、温度差の１階微分値
（dΔＴexthr／dt）が「０」以上であり、且つ、温度差
の二階微分値（d²ΔＴexthr／dt²）が「０」以上である
ときのみゲインKgの値を所定の正の値Kiに設定し、その
他の場合は同ゲインKgの値を所定の負の値（−Kj）に設
定する。

【０２８６】推定触媒床温演算部Ｎ１２は、下記数４
４、又は、下記数４５にしたがって推定触媒床温Ｔbcを
演算する。

【０２８７】

【数４４】Ｔbc＝Ｔin＋Kg・ΔＴexthr

【０２８８】

【数４５】 Ｔbc（ｉ）＝Ｔbc（ｉ−１）＋Kg・ΔＴexthr

【０２８９】上記数４４により求められた推定触媒床温
Ｔbcは、図３０の（Ａ）において太い破線により示され
ている。これによれば、推定触媒床温Ｔbcがピーク値を
取る時刻と同図に太い実線により示された真の触媒床温
Ｔbctruがピーク値を取る時刻が略一致するから、この
推定触媒床温ＴbcによりＤＰＮＲ４３の温度を制御する
ことで、同ＤＰＮＲ４３が過熱状態となることを回避す
ることができる。

【０２９０】＜第１０実施形態の変形例＞次に、上記第
１０実施形態の排気浄化装置の変形例について説明す
る。上記第１０実施形態は、温度差ΔＴexthrの１階微
分値（dΔＴexthr／dt）が「０」以上であり、且つ、温
度差の二階微分値（d²ΔＴexthr／dt²）が「０」以上で
あるときのみゲインKgの値を所定の正の値Kiに設定し、
その他の場合は同ゲインKgの値を所定の負の値（−Kj）
に設定していたが、下記、表１のようにゲインKgを設定
してもよい。但し、Kg1，Kg2，Kg3，Kg4はすべて正の値
である。

【０２９１】

【表１】

【０２９２】この場合、推定触媒床温Ｔbcは、温度差の
一階微分値（dΔＴexthr／dt）が正であり、温度差の二
階微分値（d²ΔＴexthr／dt²）が「０」となる時刻ｔ２
にピーク値を有することになる。この時刻ｔ２は、真の
触媒床温がピーク値をとる時刻ｔｐよりも遅れている
が、温度差の二階微分値（d²ΔＴexthr／dt²）が「０」
となる時刻ｔ１から推定触媒床温Ｔbcが緩やかに減少さ
れるから、推定触媒床温Ｔbcの真の触媒床温Ｔbctruに
対する誤差は小さい。

【０２９３】（１１．第１１実施形態）次に、本発明に
よる排気浄化装置の第１１実施形態について説明する。
第１１実施形態の排気浄化装置は、上記第１〜第１０実
施形態により求められた推定触媒床温Ｔbc、又は予測推
定触媒床温Ｔbfが目標床温Ｔbtとなるように種々の制御
を行うことにより、触媒が過熱することを回避しながら
フィルタ（ＤＰＮＲ４３）の再生を行うものであり、特
に、フィルタ再生制御時の目標床温Ｔbtを適切に設定す
る装置に関する。

【０２９４】＜第１１実施形態の目標床温Ｔbtの設定方
法の概要＞まず、本実施形態における目標床温Ｔbtの設
定原理の概要について述べる。前述したように、ＤＰＮ
Ｒ４３はパティキュレートを捕集しながら酸化するが、
ＤＰＮＲ４３の触媒床温が低い場合にはパティキュレー
トの酸化速度が低いため、同ＤＰＮＲ４３内にパティキ
ュレートが堆積して行く。或いは、機関の運転状態によ
っては、パティキュレートが大量に発生するから、その
ような場合にもＤＰＮＲ４３内にパティキュレートが堆
積する。

【０２９５】このようなパティキュレートの堆積量が大
量となると、機関の排気抵抗が増大するとともにＤＰＮ
Ｒ４３のパティキュレート捕集能力が低下するから、パ
ティキュレート堆積量Ｇpmが所定量よりも多くなった場
合には、例えば、添加燃料供給手段４４からＤＰＮＲ４
３に多量の燃料を供給したり、燃料噴射弁２１の通常の
噴射（メイン噴射）の後に再度噴射を行うことにより
（所謂、ポスト噴射を行うことにより）未燃ガスを機関
１０から発生させてＤＰＮＲ４３に供給することにより
触媒床温を上昇させ、以て堆積したパティキュレートを
燃焼・除去するという特別な制御を行ってパティキュレ
ートを燃焼させる必要が生じる。以下、係る特別な制御
を、フィルタ再生制御と呼ぶ。

【０２９６】しかし、かかるフィルタ再生制御を開始し
たとき、パティキュレート堆積量Ｇpmが基準量（設計段
階で想定する量）よりも大きいと、このパティキュレー
トが一気に燃焼することにより予想以上に大きな熱が発
生して触媒床温が急激に上昇し、その結果、触媒が過熱
する恐れがある。

【０２９７】そこで、本実施形態にかかる排気浄化装置
は、フィルタ再生制御の開始後の所定期間は、予想外に
多くのパティキュレートが堆積していたとしても、触媒
床温が過熱温度に至らない程度であってパティキュレー
トの酸化が可能な比較的低い温度に目標床温（目標温
度）Ｔbtを設定する。これにより、堆積していたパティ
キュレートが徐々に除去される。そして、排気浄化装置
は、前記所定期間の経過後、目標温度Ｔbtを上昇し残り
のパティキュレートを完全に除去する。以上が、目標床
温Ｔbtの設定方法の概要である。

【０２９８】＜第１１実施形態の作動＞次に、第１１実
施形態に係る排気浄化装置のフィルタ再生制御を行う際
の実際の作動について、図３２〜図３５を参照して説明
する。この装置のＣＰＵ６１は、図３２にフローチャー
トにより示したフィルタ再生開始・終了判定ルーチンを
所定時間の経過毎に繰り返し実行している。

【０２９９】従って、所定のタイミングになるとＣＰＵ
６１はステップ３２００から処理を開始してステップ３
２０５に進み、フィルタ再生制御実行フラグＦＦＳの値
が「１」であるか否かを判定する。このフィルタ再生制
御実行フラグＦＦＳは、その値「１」によりフィルタ再
生制御が実行中であることを示し、その値「０」により
フィルタ再生制御が非実行中であることを示す。また、
フィルタ再生制御実行フラグＦＦＳの値は、図示しない
イグニッションスイッチが「オフ」から「オン」に変更
された際に起動されるイニシャルルーチンにて「０」に
設定されている。

【０３００】現段階は、フィルタ再生制御実行中ではな
いとして説明を続けると、フラグＦＦＳの値は「０」で
あるから、ＣＰＵ６１はステップ３２０５にて「Ｎｏ」
と判定してステップ３２１０に進み、パティキュレート
堆積量Ｇpmが所定堆積量Ｇpmth以上となったか否かを判
定する。そして、パティキュレート堆積量Ｇpmが所定堆
積量Ｇpmthより小さければ、フィルタ再生制御を実行す
る必要がないから、ＣＰＵ６１はステップ３２１０にて
「Ｎｏ」と判定してステップ３２９５に進み、本ルーチ
ンを一旦終了する。なお、パティキュレート堆積量Ｇpm
は上述した手法、即ち、新たに吸入される吸入空気量
（新気量）Ｇaを用いる方法、ＤＰＮＲ４３の前後差圧d
pactを用いる方法、ＤＰＮＲ４３に流入するパティキュ
レート量（パティキュレート流入見込み量）ＧpminとＤ
ＰＮＲ４３にて酸化されるパティキュレート量（フィル
タ再生見込み量）Ｇrgnとから求める方法により求めら
れる。

【０３０１】また、ＣＰＵ６１は図３３にフローチャー
トにより示した目標床温設定ルーチンを所定時間の経過
毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定
のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ３３００
からステップ３３０５に進んでフィルタ再生制御実行フ
ラグＦＦＳの値が「１」であるか否かを判定する。この
場合、フィルタ再生制御実行フラグＦＦＳの値は「０」
のままであるから、ＣＰＵ６１はステップ３３０５にて
「Ｎｏ」と判定し、ステップ３３９５に進んで本ルーチ
ンを一旦終了する。

【０３０２】同様に、ＣＰＵ６１は図３４にフローチャ
ートにより示したフィルタ再生ルーチンを所定時間の経
過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所
定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ３４０
０からステップ３４０５に進んでフィルタ再生制御実行
フラグＦＦＳの値が「１」であるか否かを判定する。こ
の場合、フィルタ再生制御実行フラグＦＦＳの値は
「０」のままであるから、ＣＰＵ６１はステップ３４０
５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３４９５に進んで本
ルーチンを一旦終了する。

【０３０３】一方、パティキュレート堆積量Ｇpmが所定
堆積量Ｇpmth以上となると、ＣＰＵ６１は図３２のステ
ップ３２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３２１
５に進み、同ステップ３２１５にてフィルタ再生制御実
行フラグＦＦＳの値を「１」に設定し、続くステップ３
２２０にて目標床温Ｔbtをパティキュレートの酸化（燃
焼）が可能な最低温度より僅かだけ高い第１温度Ｔbtmi
nに設定する。この温度Ｔbtminは、仮にパティキュレー
ト堆積量Ｇpmが予想を超える量であり、同パティキュレ
ートが一気に酸化して発熱した場合であっても、触媒床
温が過熱温度に至らない温度に設定されている。そし
て、ＣＰＵ６１はステップ３２２５にてカウンタＣＴの
値を「０」に設定した後、ステップ３２９５に進んで本
ルーチンを一旦終了する。

【０３０４】この状態で、ＣＰＵ６１が図３４のフィル
タ再生ルーチンをステップ３４００から開始すると、フ
ラグＦＦＳの値は「１」に変更されているから、ステッ
プ３４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３４１０
に進み、推定触媒床温Ｔbcが目標床温Ｔbt（この場合
は、上記第１温度Ｔbmin）より小さいか否かを判定す
る。そして、推定触媒床温Ｔbcが目標床温Ｔbtより小さ
ければ、ＣＰＵ６１はステップ３４１０にて「Ｙｅｓ」
と判定してステップ３４１５に進み、一定量の添加燃料
をＤＰＮＲ４３に供給するように、添加燃料供給手段４
４に駆動信号（ハイレベル信号）を出力し、その後、ス
テップ３４９５にて本ルーチンを一旦終了する。これに
より、ＤＰＮＲ４３に供給された添加燃料がＤＰＮＲ４
３内で酸化され、その酸化に伴う熱により触媒床温が上
昇する。従って、パティキュレートの酸化が促進され
る。また、ステップ３４１０の判定時に、推定触媒床温
Ｔbcが目標床温Ｔbt以上であれば、ＣＰＵ６１はステッ
プ３４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３４９５に
進み、本ルーチンを一旦終了する。

【０３０５】この状態で、ＣＰＵ６１が図３３の目標床
温設定ルーチンをステップ３３００から開始すると、ス
テップ３３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３
１０に進み、触媒床温Ｔbcが第１温度Ｔbmin以上になっ
たか否かを判定する。そして、触媒床温Ｔbcが第１温度
Ｔbmin以上であれば、ＣＰＵ６１はステップ３３１０に
て「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３１５に進み、カウ
ンタＣＴの値を「１」だけ増大し、続くステップ３３２
０にてカウンタＣＴと同ステップ３３２０内に示したマ
ップMTBTとに基づいて目標床温Ｔbtを決定し、ステップ
３３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

【０３０６】なお、マップMTBTは、カウンタＣＴの値が
第１所定値以下のとき目標床温Ｔbtを前記第１温度Ｔbt
minに、カウンタＣＴの値が第１所定値より大きく第２
所定値以下のとき目標床温ＴbtをカウンタＣＴの値の増
大に伴って増大させるように、更に、カウンタＣＴの値
が第２所定値より大きいとき目標床温Ｔbtを過熱温度Ｔ
otよりも低いがパティキュレートの酸化速度が大きい第
２温度Ｔbtmaxに設定するマップである。

【０３０７】また、ステップ３３１０の判定時におい
て、触媒床温Ｔbcが第１温度Ｔbminより小さければ、Ｃ
ＰＵ６１はステップ３３１０にて「Ｎｏ」と判定してス
テップ３３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。従
って、この場合、目標床温Ｔbtは第１温度Ｔbtminに維
持される。以降、このような処理が繰り返されるので、
目標床温ＴbtはカウンタＣＴが増大すれにつれて次第に
増大し、実際の触媒床温も同目標床温Ｔbtに応じて増大
して行く。

【０３０８】このようなフィルタ再生制御実行中、ＣＰ
Ｕ６１は図３２のステップ３２００、及びステップ３２
０５を経由してステップ３２３０に進み、同ステップ３
２３０にてパティキュレート堆積量Ｇpmがフィルタ再生
制御を停止しても構わない程度の量Ｇpmminより小さく
なったか否かをモニタしている。従って、フィルタ再生
制御により、フィルタ再生が進行すると、ＣＰＵ６１は
ステップ３２３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３
２３５にてフィルタ再生制御実行フラグＦＦＳの値を
「０」に設定する。これにより、ＣＰＵ６１は図３４の
ステップ３４０５からステップ３４９５に直接進むよう
になるから、添加燃料を供給するフィルタ再生制御は停
止する。

【０３０９】以上、説明したように、第１１実施形態に
よれば、目標床温Ｔbtがフィルタ再生制御の初期におい
ては低く、後期においては高く設定される。即ち、図３
３に示した目標床温設定ルーチンによれば、目標床温Ｔ
btは、フィルタ再生制御開始時に第１温度Ｔbminに設定
され、その後、推定触媒床温Ｔbcが第１温度Ｔbminを累
計で所定時間以上超えるまで第１温度Ｔbminに維持され
るので、この間に、パティキュレートの大半が酸化され
る。そして、推定触媒床温Ｔbcが第１温度Ｔbminを超え
ている時間の累計が所定時間以上となると、目標床温が
時間経過とともに第２目標床温Ｔbtmaxにまで増大さ
れ、残りのパティキュレートが完全に酸化される。この
結果、フィルタ再生制御開始時のパティキュレート堆積
量Ｇpmが予想を越える大きい量であっても、触媒床温が
過熱温度とならず、パティキュレートを適切に焼失さ
せ、フィルタを再生することができる。

【０３１０】以上、説明したように、本発明の各実施形
態によれば、パティキュレートフィルタ内での発熱量、
特に、パティキュレートの酸化熱量が考慮されながら推
定触媒床温Ｔbcが求められるので、触媒床温が適切な温
度に維持される。

【０３１１】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ことはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採
用することができる。例えば、触媒床温を上昇又は下降
させて同触媒床温を制御するためには、添加燃料供給手
段４４による添加燃料の供給のみでなく、以下に述べる
（Ａ）〜（Ｈ）の手法を採用してもよい。

【０３１２】（Ａ）スロットル弁アクチュエータ３３ａ
によりスロットル弁開度を変更する。この場合、スロッ
トル弁開度を減少させれば、機関の空燃比がリッチ側へ
移行するから未燃ＨＣが増大し、この未燃ＨＣがＤＰＮ
Ｒ４３内で酸化されて発熱するため、同ＤＰＮＲ４３の
触媒床温が上昇する。また、スロットル弁開度を減少さ
せれば、ＥＧＲガス量が増大して機関が吸入するガス温
が上昇するために排気温も上昇し、これによりＤＰＮＲ
４３の触媒床温も上昇する。

【０３１３】（Ｂ）ＥＧＲ弁５２によりＥＧＲ量（ＥＧ
Ｒ率）を変更する。この場合、ＥＧＲガス量を増大する
と、機関が吸入するガス温が上昇するために排気温も上
昇し、これによりＤＰＮＲ４３の触媒床温も上昇する。

【０３１４】（Ｃ）エンジン回転速度が低回転速度域
（例えば、アイドル運転状態）にあるときに噴射量を僅
かに増大させて、エンジン回転速度を若干だけ増大す
る。この場合、エンジンの排気温度は低いから、エンジ
ン回転速度の増大に伴って冷たいガスがＤＰＮＲ４３内
に流入し、これにより、ＤＰＮＲ４３内の触媒床温が低
下する。

【０３１５】（Ｄ）排気により回転される排気タービン
の角度を変更したり、或いは排気タービンを駆動するた
めの排気圧を上昇するために排気通路の絞り量を変更し
て、ターボチャージャの効率を変更する。この場合、タ
ーボチャージャの効率を上昇して新気量を増大すると、
新気量は低温であるために機関が吸入するガス温が低下
して排気温も低下し、これによりＤＰＮＲ４３の触媒床
温も低下する。

【０３１６】（Ｅ）噴射弁２１から各気筒に噴射される
噴射タイミングを変更する。この場合、噴射タイミング
を遅角すると、未燃ＨＣが増大し、この未燃ＨＣがＤＰ
ＮＲ４３内で酸化されて発熱するため、同ＤＰＮＲ４３
の触媒床温が上昇する。

【０３１７】（Ｆ）噴射弁２１から各気筒に噴射される
燃料の噴射圧力を変更する。この場合、噴射圧力を低下
すると、燃焼が不安定となって未燃ＨＣが増大し、この
未燃ＨＣがＤＰＮＲ４３内で酸化されて発熱するため、
同ＤＰＮＲ４３の触媒床温が上昇する。

【０３１８】（Ｇ）噴射弁２１から各気筒に噴射される
燃料の噴射量（気筒内での燃焼に主として寄与するメイ
ン噴射の噴射量）を変更する。この場合、メイン噴射の
噴射量を増大すると未燃ＨＣが増大し、この未燃ＨＣが
ＤＰＮＲ４３内で酸化されて発熱するため、同ＤＰＮＲ
４３の触媒床温が上昇する。

【０３１９】（Ｈ）噴射弁２１からメイン噴射の後に再
度噴射を行うポスト噴射の噴射量を変更する。この場
合、ポスト噴射された燃料は気筒内において殆ど燃焼し
ないから、ＤＰＮＲ４３内に流入する未燃ＨＣが増大
し、この未燃ＨＣがＤＰＮＲ４３内で酸化されて発熱す
るため、同ＤＰＮＲ４３の触媒床温が上昇する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を
４気筒内燃機関（ディーゼルエンジン）１０に適用した
システムの概略構成図である。

【図２】 図１に示したＤＰＮＲのフィルタ部の正面図
である。

【図３】 図２の１−１線に沿った平面にてＤＰＮＲの
フィルタ部を切断した断面図である。

【図４】 図１に示したＤＰＮＲの触媒床温とパティキ
ュレート一粒子当たりが酸化される速度（酸化速度）と
の関係を示したグラフである。

【図５】 図１に示した排気浄化装置による、ＤＰＮＲ
の触媒床温の推定原理（触媒床温モデル）を説明するた
めにＤＰＮＲの熱の出入りを概念的に示した図である。

【図６】 図１に示したＤＰＮＲの触媒床温と触媒の浄
化率の関係を示したグラフである。

【図７】 図１に示したＣＰＵが実行する触媒床温推定
ルーチンを示したフローチャートである。

【図８】 図１に示したＣＰＵが実行するＮＯｘ放出・
還元実行ルーチンを示したフローチャートである。

【図９】 図１に示したＣＰＵが実行するフィルタ再生
実行ルーチンを示したフローチャートである。

【図１０】 図１に示したＤＰＮＲに関する各種温度の
時間的変化を示したタイムチャートである。

【図１１】 本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する触媒床温推定ルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図１２】 ＤＰＮＲを通過するガス量（入ガス量）と
同ＤＰＮＲを通過するガスと同ＤＰＮＲ４３の基材との
間の熱伝達率を示したグラフである。

【図１３】 本発明の第２実施形態の変形例に係る排気
浄化装置の排気温度推定方法を説明するために、ＤＰＮ
Ｒを通過するガスの各部位における熱量と温度とを示し
た概念図である。

【図１４】 本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する触媒床温推定ルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図１５】 本発明の第４実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する触媒床温推定ルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図１６】 （Ａ）、及び（Ｂ）は、添加燃料の平均流
量を電気制御装置から添加燃料供給手段に供給される駆
動信号に基づいて求め、これに応じて触媒床温を推定し
た場合の推定触媒床温と実際の触媒床温との変化を示し
たタイムチャートである。

【図１７】 検出される出ガス温，真の触媒床温，比較
的長い期間における推定触媒床温の平均値，同比較的長
い期間における検出出ガス温の平均値の変化を示したタ
イムチャートである。

【図１８】 本発明の第５実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する触媒床温推定ルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図１９】 本発明の第６実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する触媒床温推定ルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図２０】 本発明の第７実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する触媒床温推定ルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図２１】 本発明の第１，第７実施形態に係る排気浄
化装置により算出された予測触媒床温を示した図であ
る。

【図２２】 本発明の第７実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行するＮＯｘ放出・還元実行ルーチンを示
したフローチャートである。

【図２３】 本発明の第７実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行するフィルタ再生実行ルーチンを示した
フローチャートである。

【図２４】 本発明の第８実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する推定触媒床温を求めるプログラムを
機能的に示したブロック図である。

【図２５】 本発明の第８実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する触媒床温推定ルーチンを示したフロ
ーチャートである。

【図２６】 本発明の第８実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する第１推定出ガス温を演算するための
ルーチンを示したフローチャートである。

【図２７】 本発明の第８実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する第２推定出ガス温を演算するための
ルーチンを示したフローチャートである。

【図２８】 本発明の第９実施形態に係る排気浄化装置
の触媒床温推定原理を説明するために、ＤＰＮＲに関す
る各種温度の変化を示したタイムチャートである。

【図２９】 本発明の第９実施形態に係る排気浄化装置
のＣＰＵが実行する推定触媒床温を求めるプログラムを
機能的に示したブロック図である。

【図３０】 本発明の第１０実施形態に係る排気浄化装
置の触媒床温推定原理を説明するために、ＤＰＮＲに関
する各種温度の変化を示したタイムチャートである。

【図３１】 本発明の第１０実施形態に係る排気浄化装
置のＣＰＵが実行する推定触媒床温を求めるプログラム
を機能的に示したブロック図である。

【図３２】 本発明の第１１実施形態に係る排気浄化装
置のＣＰＵが実行するフィルタ再生開始・終了判定ルー
チンを示したフローチャートである。

【図３３】 本発明の第１１実施形態に係る排気浄化装
置のＣＰＵが実行する目標床温設定ルーチンを示したフ
ローチャートである。

【図３４】 本発明の第１１実施形態に係る排気浄化装
置のＣＰＵが実行するフィルタ再生ルーチンを示したフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、２０…エンジ
ン本体、２１…燃料噴射弁、２２…燃料噴射用ポンプ、
４２…排気管（排気通路）、４３…ＤＰＮＲ（触媒を担
持したパティキュレートフィルタ）、４４…添加燃料供
給手段、６０…電気制御装置、７１…熱線式エアフロー
メータ、７２…入ガス温センサ、７３…出ガス温セン
サ、７４…差圧センサ、７７…空燃比センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 宗一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 福間 隆雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小田 富久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G090 AA03 BA01 DA12 DA13 3G091 AA11 AA18 AB02 AB13 BA04 BA07 BA14 CA01 CA18 DB06 DB07 DC01 EA01 EA05 EA07 EA17 EA18 EA32 EA34 FC07 FC08 GA06 GB02W GB03W GB04W GB06W

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気通路に備えられるとともに
   触媒を担持してなるパティキュレートフィルタと、 前記パティキュレートフィルタに流入する熱量と同パテ
   ィキュレートフィルタから放出される熱量とを演算式で
   記述するとともに同パティキュレートフィルタの熱量の
   変化量を表す熱収支を同演算式により算出される熱量を
   用いた演算式で記述したモデルに基いて同熱収支を算出
   する熱収支算出手段と、 前記算出された熱収支に基づいて前記パティキュレート
   フィルタの触媒床温を推定する触媒床温推定手段とを具
   備した内燃機関の排気浄化装置において、 前記熱収支算出手段のモデルは、少なくとも前記パティ
   キュレートフィルタに流入したパティキュレートが同パ
   ティキュレート内で酸化される際に発生する熱量である
   パティキュレート酸化熱量を前記パティキュレートフィ
   ルタに流入する熱量の一つとして扱うように構成されて
   なる内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置
   であって、 前記熱収支算出手段のモデルは、前記パティキュレート
   酸化熱量と前記パティキュレートフィルタに流入する入
   ガスの熱量と同パティキュレートフィルタに流入する可
   燃燃料の同パティキュレートフィルタ内での反応熱量と
   を同パティキュレートフィルタに流入する熱量として扱
   うとともに、同パティキュレートフィルタの外表面から
   放射される放出熱量と同パティキュレートフィルタから
   流出する出ガスの熱量とを同パティキュレートフィルタ
   から放出される熱量として扱うように構成され、 前記触媒床温推定手段は、前記算出された熱収支と前記
   パティキュレートフィルタの熱容量とに基づいて同パテ
   ィキュレートフィルタの触媒床温を推定するように構成
   されてなる内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の
   排気浄化装置であって、 前記パティキュレートフィルタから流出するガスの温度
   である出ガス温を検出する出ガス温検出手段と、 前記推定された触媒床温に基づいて前記出ガス温を推定
   する出ガス温推定手段とを備えるとともに、 前記熱収支算出手段は、前記出ガス温検出手段により検
   出された出ガス温と前記出ガス温推定手段により推定さ
   れた出ガス温とに基いて前記モデルを修正するように構
   成されてなる内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置
   において、 前記熱収支算出手段は、前記出ガス温検出手段により検
   出された出ガス温と前記出ガス温推定手段により推定さ
   れた出ガス温の温度差の時間微分値に基づいて前記モデ
   ルを修正するように構成されてなる内燃機関の排気浄化
   装置。
5. 【請求項５】請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の
   排気浄化装置であって、 前記パティキュレートフィルタから流出するガスの温度
   である出ガス温を検出する出ガス温検出手段と、 前記検出された出ガス温の所定期間における平均値であ
   る平均検出出ガス温を算出する平均検出出ガス温算出手
   段と、 前記推定された触媒床温の前記所定期間における平均値
   である平均触媒床温を算出する平均触媒床温算出手段と
   を備えるとともに、 前記熱収支算出手段は、前記算出された平均検出出ガス
   温と前記算出された平均触媒床温とに基づいて前記モデ
   ルを修正するように構成されてなる内燃機関の排気浄化
   装置。
6. 【請求項６】請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の
   排気浄化装置において、 前記出ガス温推定手段は、前記推定された触媒床温に対
   して遅れ処理を施した値に基いて前記出ガス温を推定す
   るように構成されてなる内燃機関の排気浄化装置。
7. 【請求項７】請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の
   排気浄化装置であって、 前記パティキュレートフィルタに流入するガスの温度で
   ある入ガス温を取得する入ガス温取得手段を備えるとと
   もに、 前記出ガス温推定手段は、前記取得された入ガス温、及
   び同入ガス温と前記推定された触媒床温の温度差に対し
   て遅れ処理を施した値に基づいて前記出ガス温を推定す
   るように構成されてなる内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載
   の内燃機関の排気浄化装置において、 前記熱収支算出手段は、前記推定された触媒床温が所定
   温度以上のとき、前記モデルのパティキュレート酸化熱
   量を記述した演算式を修正することで同モデルを修正す
   るように構成されてなる内燃機関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置
   であって、 前記内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、 前記内燃機関が吸入した新気量を計測する新気量計測手
   段と、 前記パティキュレートフィルタの上流の前記排気通路に
   備えられ同パティキュレートフィルタに添加燃料を供給
   する添加燃料供給手段と、 前記パティキュレートフィルタから排出される出ガスの
   空燃比を検出する空燃比検出手段と、 前記燃料供給手段により前記内燃機関に供給された燃料
   の量である燃料供給量を算出する燃料供給量算出手段
   と、 前記検出された空燃比と前記計測された新気量と前記算
   出された燃料供給量とに基いて前記添加燃料供給手段か
   ら前記パティキュレートフィルタに供給された添加燃料
   の量を可燃燃料の量として算出する可燃燃料供給量算出
   手段とを備えるとともに、 前記熱収支算出手段は、前記パティキュレートフィルタ
   に流入する可燃燃料の同パティキュレートフィルタ内で
   の反応熱量を前記可燃燃料供給量算出手段により算出さ
   れた可燃燃料の量と前記モデルの演算式とに基づいて算
   出し、同算出された反応熱量に基づいて前記パティキュ
   レートフィルタの熱収支を算出するように構成されてな
   る内燃機関の排気浄化装置。
10. 【請求項１０】請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装
    置であって、 前記機関の運転状態に基づいて前記機関から排出される
    未燃燃料の量を可燃燃料量として推定する可燃燃料量推
    定手段を備えるとともに、 前記熱収支算出手段は、前記パティキュレートフィルタ
    に流入する可燃燃料の同パティキュレートフィルタ内で
    の反応熱量を前記可燃燃料量推定手段により推定された
    可燃燃料量と前記モデルの演算式とに基づいて算出し、
    同算出された反応熱量に基づいて前記パティキュレート
    フィルタの熱収支を算出するように構成されてなる内燃
    機関の排気浄化装置。
11. 【請求項１１】請求項１又は請求項２に記載の内燃機関
    の排気浄化装置であって、 前記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレ
    ート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段
    を備えるとともに、 前記熱収支算出手段は、前記パティキュレート酸化熱量
    を前記推定されたパティキュレート堆積量と前記モデル
    の演算式とに基づいて算出し、同算出されたパティキュ
    レート酸化熱量に基づいて前記パティキュレートフィル
    タの熱収支を算出するように構成されてなる内燃機関の
    排気浄化装置。
12. 【請求項１２】請求項１又は請求項２に記載の内燃機関
    の排気浄化装置であって、 指令信号に応じて前記パティキュレートフィルタの触媒
    床温を変更させる触媒床温変更手段と、 前記触媒床温推定手段により推定された触媒床温が上昇
    しているとき、同推定された触媒床温に所定の正の値を
    加えた温度を予測推定触媒床温として求め、同予測推定
    触媒床温に基づいて前記指令信号を発生する触媒床温制
    御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置。
13. 【請求項１３】請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装
    置であって、 指令信号に応じて前記パティキュレートフィルタの触媒
    床温を変更させる触媒床温変更手段と、 前記パティキュレートフィルタに流入するガスの温度で
    ある入ガス温を取得する入ガス温取得手段と、 前記パティキュレートフィルタから流出するガスの温度
    である出ガス温を検出する出ガス温検出手段と、 前記入ガス温と前記推定された触媒床温とから前記出ガ
    ス温を時間的に遅らせた温度である遅延出ガス温を推定
    する遅延出ガス温推定手段と、 前記検出された出ガス温と前記推定された遅延出ガス温
    の温度差を減少させるように前記熱収支算出手段により
    算出された熱収支を変更するとともに、同変更した熱収
    支に基づいて前記パティキュレートフィルタの触媒床温
    を予測推定触媒床温として求め、同予測推定触媒床温に
    基づいて前記指令信号を発生する触媒床温制御手段とを
    備えた内燃機関の排気浄化装置。
14. 【請求項１４】触媒を担持してなるパティキュレートフ
    ィルタを排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であ
    って、 前記パティキュレートフィルタに流入するガスの温度で
    ある入ガス温を検出する入ガス温検出手段と、 前記パティキュレートフィルタから流出するガスの温度
    である出ガス温を検出する出ガス温検出手段と、 前記パティキュレートフィルタ内部で化学反応による熱
    が発生しないと仮定した場合の前記出ガス温である仮定
    出ガス温を前記検出した入ガス温に対し遅れ処理を施し
    た値に基いて推定する仮定出ガス温推定手段と、 前記検出された出ガス温と前記推定された仮定出ガス温
    の温度差に基づいて前記パティキュレートフィルタの触
    媒床温を推定する触媒床温推定手段とを具備した内燃機
    関の排気浄化装置。
15. 【請求項１５】触媒を担持してなるパティキュレートフ
    ィルタを排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であ
    って、 前記パティキュレートフィルタに流入するガスの温度で
    ある入ガス温を検出する入ガス温検出手段と、 前記パティキュレートフィルタから流出するガスの温度
    である出ガス温を検出する出ガス温検出手段と、 前記パティキュレートフィルタ内部で化学反応による熱
    が発生しないと仮定した場合の前記出ガス温である仮定
    出ガス温を前記検出した入ガス温に対し遅れ処理を施し
    た値に基いて推定する仮定出ガス温推定手段と、 前記検出された出ガス温と前記推定された仮定出ガス温
    の温度差の時間微分値に基づいて前記パティキュレート
    フィルタの触媒床温を推定する触媒床温推定手段とを具
    備した内燃機関の排気浄化装置。