JP2004293340A

JP2004293340A - 排ガス浄化装置

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Publication number: JP2004293340A
Application number: JP2003083653A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hiranuma; 智平沼; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Sei Kawatani; 聖川谷; Reiko Domeki; 礼子百目木
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21
Also published as: DE102004013603B4; US7104049B2; CN1532382A; DE102004013603A1; CN1318741C; KR100546525B1; US20040244362A1; KR20040084648A

Abstract

【課題】本発明は、排ガス浄化装置に関し、簡素な構成で精度よくフィルタの再生の終了タイミングを判定できるようにする。
【解決手段】フィルタに供給される酸素の質量流量を検出又は算出する酸素質量流量検知手段３４と、フィルタの再生時に、酸素質量流量検知手段３４からの情報に基づいて該酸素質量流量の積算値が所定値に達すると、フィルタの再生終了を判定する再生終了判定手段３２とをそなえるように構成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス浄化装置に関し、特にディーゼルエンジンに用いて好適の排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジンの排気通路中に酸化触媒及びパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）を設け、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）をフィルタで捕集するとともにフィルタに堆積したＰＭを燃焼させてフィルタを連続再生するようにした技術が知られている。
【０００３】
このように構成された排気浄化装置では、酸化触媒において排ガス中に含まれるＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成し、このＮＯ_２とフィルタ内のＰＭとを反応させてＰＭを燃焼（酸化）させ、フィルタの連続再生を図っている。なお、ＮＯ_２はＮＯに比べて酸化剤としての機能が高く、比較的低い活性化エネルギでＰＭを酸化させる（つまり、比較的低温でＰＭを燃焼させる）ことができる。
【０００４】
ところで、エンジンの運転状態によっては、排ガス温度が酸化触媒の活性化温度まで上昇せずにＮＯが酸化されず、連続再生が実行されない場合がある。このような場合には、上記の連続再生とは別に強制的に再生を行なう必要がある。
このような強制再生としては、フィルタに電気ヒータ等の熱源を設け、このヒータに通電してＰＭを燃焼させるものや、燃料（ＨＣ）を酸化触媒に供給して、酸化触媒でのＨＣの酸化反応熱により、フィルタを昇温させてＰＭを燃焼させるものが知られている。
【０００５】
しかしながら、強制再生では連続再生に比べて燃焼温度が高くなるため、ＰＭの燃焼状態を積極的に制御する必要がある。具体的には、フィルタの温度を精度良く管理する必要があるほか、フィルタの再生開始及び再生終了のタイミングを的確に判定する必要がある。
このうち、強制再生の終了タイミングは、強制再生開始からの経過時間に基づいて判定されるのが一般的であり、通常は強制再生開始時（すなわち、フィルタがＰＭを燃焼する所定温度に達した時）から一定時間が経過すると強制再生の終了が判定される（従来技術１）。
【０００６】
また、例えば特許文献１にも強制再生の終了タイミングを判定する技術が開示されている。そして、この特許文献１の技術では、フィルタ入口温度Ｔ_ｉｎに応じて補正係数ｋを設定し、この係数ｋと、フィルタが上記の入口温度Ｔ_ｉｎを保持している時間Δｔとの積（ｋ・Δｔ）を算出するとともに、この累積値Σ（ｋ・Δｔ）を求め、この累積値Σ（ｋ・Δｔ）が所定値以上となると強制再生を停止させている（従来技術２）。
【０００７】
【特許文献１】
特公平５−４１８０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術１では、正確な強制再生の終了判定を行なうことができないという課題がある。つまり、排ガスの流量は、車両走行状態やエンジンの運転状態に応じて変動する（つまり排ガス流量が一定ではない）ため、強制再生時には単位時間に燃焼するＰＭ量は車両走行条件やエンジン運転状態によって異なる。したがって、強制再生の終了判定を再生時間に基づいて管理するような手法では、車両走行条件やエンジン運転状態に適した強制再生の終了判定を行なうことができない。なお、強制再生時間が長すぎると燃費が悪化してしまい、短すぎるとフィルタの再生不良が生じる。
【０００９】
また、特許文献１に開示された技術（従来技術２）では、時間に対してフィルタ入口温度Ｔ_ｉｎに応じた係数ｋを乗じているものの、ＰＭの燃焼効率は温度だけで決まるものではない。したがって、この技術でも正確な終了判定はできない。また、この技術では、補正係数ｋを乗じているものの、基本的には再生時間Δｔに依存して終了タイミングを判定しており、やはり正確に再生終了を判定することはできない。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成で精度よくフィルタの再生の終了タイミングを判定できるようにした、排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の排ガス浄化装置では、酸素質量流量検知手段によりフィルタに供給される酸素の質量流量が検出又は算出されるとともに、フィルタ再生時には、酸素質量流量の積算値が所定値に達すると、再生終了判定手段によりフィルタの再生終了が判定される。そして、このようにフィルタに供給される酸素質量流量に基づいてフィルタの再生終了を判定することにより、エンジンの運転状態にかかわらず正確にＰＭの燃焼量を把握することができ、的確に再生終了を判定することができる。
【００１２】
また、再生終了判定手段は、フィルタが所定温度に達した時点からの酸素質量流量の積算値が所定値に達すると、フィルタの再生終了を判定するように構成するのが好ましい。なお、所定温度とは、フィルタが活性化してＰＭが効率的に燃焼する温度であって、例えば６００℃である。
また、再生終了判定手段は、下式が成立すると該フィルタの再生終了を判定するように構成してもよい。
ΣΔＰＭ＝Ｃ・Σ（酸素質量流量）
ただし、Ｃ＝Ａ・ＰＭ・ｅ^{（−Ｅ／ＲＴ）}
ΣΔＰＭ：粒子状物質の目標燃焼量
Σ（酸素質量流量）：フィルタに供給される酸素質量流量の積算値
Ａ：実験により求められる定数（頻度因子）
ＰＭ：再生開始時の粒子状物質のフィルタにおける堆積量
Ｅ：活性化エネルギ定数
Ｒ：ガス定数
Ｔ：フィルタ温度
また、再生終了判定手段は、フィルタの強制再生時にのみ再生終了判定を行なうように構成するのが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式図である。本実施形態においてエンジン２は軽油（ＨＣ）を燃料とするディーゼルエンジンであり、このエンジン２は燃料を一旦各気筒共通の高圧蓄圧室（コモンレール）２ａに蓄えてから燃料噴射を行なうコモンレール式燃料噴射装置をそなえている。
【００１４】
また、このエンジン２の排気通路４上には、酸化触媒（以下、単に触媒という）６及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）８が排ガスの流れの上流側から上記の順に配設されている。また、これ以外にも、排気通路４上には過給機（ターボチャージャ）３が設けられるとともに、吸気通路７上にはインタクーラ５が設けられている。
【００１５】
詳細は図示しないが、フィルタ８は全体が多孔質材で形成されるとともに、上流側が開口し下流側が閉塞された第１通路８ａと、上流側が閉塞され下流側が開口する第２通路８ｂとが交互に隣接して配設されている。これにより、フィルタ６に供給された排ガスは、多孔質の壁部を介して第１通路８ａから第２通路８ｂに流入し、このときに排ガス中のＰＭ（カーボンＣを主体とする粒子状物質）が壁部において捕集されるようになっている。
【００１６】
また、酸化触媒６は、従来の技術の欄で述べたものと同様の機能を有するものであって、通常走行時は、排ガス中のＮＯを酸化触媒６でＮＯ_２に酸化し、このＮＯ_２を酸化剤としてフィルタ８に供給するものである。そして、フィルタ８ではこのＮＯ_２とＰＭとが反応することによりＰＭが燃焼して、フィルタ８の連続再生が図られるようになっている。
【００１７】
また、触媒６とフィルタ８との間には、触媒６の出口温度及びフィルタ８の入口温度を検出する温度センサ（温度検出手段）１０及び絶対圧を検出する圧力センサ（絶対圧検出手段）１２が設けられている。また、フィルタ８には、フィルタ８の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ（差圧検出手段）１４が設けられている。また、吸気通路７の上流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ（ＡＦＳ）１５も設けられている。
【００１８】
なお、本実施形態においては、圧力センサ１２と差圧センサ１４とをそれぞれ独立して設けているが、フィルタ８の上流側と下流側とにそれぞれ絶対圧を検出するセンサを設け、上記の圧力センサ１２と差圧センサ１４との機能を兼用させてもよい。つまり、上流側センサの検出値を絶対圧として検出するとともに、上流側センサの検出値と下流側センサの検出値とから差圧を算出するように構成してもよい。
【００１９】
また、各センサ１０，１２，１４，１５は制御手段としてのＥＣＵ１６にそれぞれ接続されている。ここで、ＥＣＵ１６は入出力装置，記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性ＲＡＭ等），演算装置（ＣＰＵ），タイマカウンタ等を備えて構成されており、このＥＣＵ１６により、エンジン１の総合的な制御が実行されるようになっている。
【００２０】
また、図２に示すように、ＥＣＵ１６の入力側には、上述の各センサ１０，１２，１４以外にも、エンジン２の回転数Ｎｅを検出する回転数センサ（回転数検出手段）１８やアクセル開度２０を検出するアクセル開度センサが設けられている。
また、ＥＣＵ１６の出力側には、インジェクタ（燃料噴射弁）２２やＥＧＲ弁２ｂ等の各種の出力デバイスが接統されており、これら出力デバイスに、ＥＣＵ１６からの制御信号が入力されるようになっている。
【００２１】
ＥＣＵ１６内には、図２に示すように、主燃料噴射量設定手段２４，強制再生開始判定手段２６，第１追加燃料噴射量設定手段２８，第２追加燃料噴射量設定手段３０及び強制再生終了判定手段３２等が設けられている。
このうち、主燃料噴射量設定手段２４は、通常走行時の燃料噴射量（主噴射量）ｑｍａｉｎを設定する手段である。この主燃料噴射量設定手段２４内にはエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとをパラメータとする３次元のマップが格納されており、主燃料噴射量設定手段２４ではエンジン回転数センサ１８とアクセル開度センサ２０とからの情報に基づいて、主噴射量ｑｍａｉｎを設定するようになっている。なお、コモンレール式燃料噴射装置では、インジェクタ２２の駆動時間に応じて燃料噴射量が制御されるようになっており、主燃料噴射量設定手段２４では、設定された燃料噴射量となるようにインジェクタ２２の駆動時間を設定するようになっている。
【００２２】
また、強制再生開始判定手段２６は、フィルタ８の強制再生を開始するか否かを判定するものである。ここで、強制再生開始判定手段２６には、圧力センサ１０及び差圧センサ１４からの情報に基づいてＰＭの堆積量を推定（又は算出）するＰＭ堆積量推定手段２７が設けられている。そして、ＰＭ堆積量推定手段２７により推定されたＰＭ堆積量が所定値以上となると、強制再生開始判定手段２６では、フィルタ８が連続再生されずに目詰まりを生じていると判定して、フィルタ８の強制的な再生開始を判定するようになっている。
【００２３】
つまり、エンジン２の排気温度が低くなるような運転状態（主に低速，低負荷運転）では、排ガス温度が酸化触媒６の活性化温度まで上昇せずにＮＯが酸化されず、フィルタ８で連続再生が実行されない場合があり、この場合には、フィルタ８にＰＭが過剰に堆積してフィルタ８が目詰まりを起こしてしまう。そこで、この強制再生開始判定手段２６では、フィルタ８の圧力情報に基づいてフィルタ８の強制再生の開始を判定するようになっている。なお、ＰＭ堆積量の推定手法についてはすでに種々の手法が公知であるのでここでは詳しい説明は省略する。
【００２４】
ところで、本実施形態においては、強制再生の手法として、まず触媒６に高温の排ガスを供給して触媒６を活性化温度（例えば２５０℃）まで昇温させ、その後燃料を触媒６に供給して燃料の酸化反応熱によりフィルタ温度を上昇させてＰＭを燃焼させるようになっている。
そこで、強制再生開始判定手段２６により強制再生が開始されると、図３（ａ）に示すように、まず膨張行程において追加燃料（第１の追加燃料）の噴射を行い、この追加燃料の燃焼による熱で触媒６を昇温させるようになっている。
【００２５】
第１追加燃料噴射量設定手段２８は、このような第１の追加燃料噴射量ｑ１を設定するものであって、エンジン２の運転状態や温度センサ１０で得られる触媒出口温度に応じて第１の追加燃料ｑ１を設定するようになっている。なお、触媒の昇温制御時には、この第１追加燃料噴射以外にも主燃料噴射タイミングのリタードや、吸気の絞りも実行されるようになっている。
【００２６】
また、この第１の追加燃料の噴射タイミングは、図３（ａ）に示すように、膨張行程の終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで噴射することにより、追加燃料とシリンダ内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気通路内で追加燃料が燃焼し、高温の排ガスが触媒６に供給されて触媒６の温度が上昇するようになっている。
【００２７】
そして、温度センサ１０からの情報に基づいて、触媒出口温度（触媒６の温度）が活性化温度まで上昇したと判定されると、図３（ｂ）に示すように、今度は上記の第１の追加燃料の噴射後にさらに追加燃料（第２の追加燃料）が噴射されるようになっている。なお、この第２の追加燃料は、例えば排気行程において噴射されるようになっている。そして、このようなタイミングで噴射することにより、燃料がシリンダ内や排気通路等で燃焼することなく触媒６に達し、活性化温度に達した触媒６において燃焼が行なわれる。これにより、触媒６の下流側にあるフィルタ８が熱せられて、ＰＭが酸化可能な温度（６００℃）までフィルタ８が昇温されてＰＭの焼却（フィルタの再生）が実行されるようになっている。
【００２８】
第２追加燃料噴射量設定手段３０は、このような第２の追加燃料噴射量ｑ２を設定するものであって、エンジン回転数Ｎｅ，負荷（ここでは主噴射量ｑｍａｉｎ）及び触媒出口温度に応じて設定されるようになっている。
ここで、第２の追加燃料噴射量ｑ２の設定手法について説明すると、図２に示すように、第２追加燃料噴射量設定手段３０には特性の異なる２つのマップが設けられている。これらのマップには、いずれもエンジン回転数Ｎｅと負荷（主噴射量ｑｍａｉｎ）とをパラメータとして第２の追加燃料噴射量がメモリされている。そして、第２追加燃料噴射量設定手段３０では温度センサ１０からの情報に応じて上記２つのマップのうちいずれか一方のマップを選択し、選択されたマップにより第２の追加燃料噴射量ｑ２を設定するようになっている。
【００２９】
ここで、２つのマップのうち、一方のマップは第２追加燃料噴射量が比較的多めに設定される増量マップであって、他方のマップは第２追加燃料噴射量が比較的少なめに設定される減量マップとして構成されている。
そして、第２追加燃料噴射量設定手段３０では、温度センサ１０で得られる触媒出口温度（フィルタ入口温度）が所定の目標温度（ここでは６００℃）未満であれば、増量マップを選択して第２追加燃料噴射量ｑ２を設定し、触媒出口温度が上記所定温度以上であれば減量マップを選択して第２追加燃料噴射量ｑ２を設定するようになっている。
【００３０】
このように、触媒出口温度に基づく簡易的なフィードバック制御を実行することにより、触媒出口温度が例えば６００℃以上の高温時には、触媒６に供給されるＨＣ（燃料）が抑制されてフィルタ８のさらなる昇温を抑制できる。これにより、ＰＭの過燃焼を抑制でき、フィルタ８の溶損を確実に防止できるようになる。また、触媒出口温度が例えば６００℃未満の時には供給されるＨＣを増大させることでフィルタ温度を増大させることができる。これにより、フィルタの温度（特にフィルタの中央温度）をＰＭが最も効率よく燃焼する６００℃近傍に保持することができるのである。
【００３１】
ここで、上記第２追加燃料噴射量設定手段３０に設けられた増量マップ及び減量マップについて簡単に説明すると、従来は、この第２追加燃料噴射量設定手段３０には１枚のマップが設けられていたのみであったが、このような１枚のマップではフィルタ８の温度を安定させるのが困難であった。そこで、従来のマップ値に例えばΔｑだけ増加させた値をメモリしたものを増量マップとして設定するとともに、従来のマップ値に例えばΔｑだけ減少させた値をメモリしたものを減量マップとして設定し、これらの２つのマップを温度条件に応じて切り替えるようにしているのである。したがって、第２追加燃料噴射量設定手段３０では、エンジン回転数Ｎｅと負荷とに応じて第２の追加燃料噴射量ｑ２を設定するとともに、触媒出口温度に基づいて燃料噴射量ｑ２を変更しているということができる。
【００３２】
なお、負荷として用いる主噴射量ｑｍａｉｎは主燃料噴射量設定手段２４で設定されるので、この主燃料噴射量設定手段２４が負荷検出手段としての機能を兼ね備えていることになる。また、主噴射量ｑｍａｉｎの代わりにアクセル開度を負荷として用いてもよい。この場合には、アクセル開度センサ２０が負荷検出手段として機能する。また、第２追加燃料噴射量設定手段３０の構成は上述のものに限定されるものではなく、例えば第２追加燃料噴射量設定手段３０に基本となるマップを設け、このマップから得られる燃料噴射量に触媒出口温度に応じた補正を施し（例えば補正係数を乗じる）たものを第２の追加燃料噴射量として設定してもよい。
【００３３】
また、第２追加燃料噴射量設定手段３０に３枚のマップを設けさらに細かな制御を実行してもよい。具体的には、上記の増量マップ及び減量マップ以外に、増量マップよりもさらに燃料噴射量を多めに設定する第２増量マップを設け、触媒出口温度が例えば４００℃未満の時には第２増量マップを適用し、触媒出口温度が４００℃以上６００℃未満の時には増量マップを適用し、６００℃以上になると減量マップを適用するように構成してもよい。
【００３４】
次に本発明の要部について説明すると、強制再生終了判定手段３２は、フィルタ８の強制再生の終了を判定するものであって、本実施形態では、フィルタ温度（ここでは触媒出口温度を代用する）が所定温度（６００℃）に達した時点からフィルタ８に供給された酸素質量流量（Ｏ_２質量流量）の積算値が所定値（目標値）に達すると、フィルタ８の強制再生の終了タイミングであると判定するようになっている。これはＰＭの燃焼量が酸素質量流量に対応しており、フィルタ８に供給された酸素質量流量からＰＭの燃焼量を推定することができるからである。
【００３５】
以下、詳しく説明すると、本願発明者らは、実験等によりＰＭの燃焼量は下式（１）により表せることを見い出した。
ΔＰＭ＝Ａ・Ｏ_２濃度・ＰＭ・ｅ^{（−Ｅ／ＲＴ）}・・・・・・・（１）
なお、式（１）において、ΔＰＭは単位時間に燃焼するＰＭの量、Ａは実験により求められる定数（頻度因子）、ＰＭは再生開始時のＰＭ堆積量、Ｅは触媒６の有無等のハードウェアの構成より決定される活性化エネルギ定数、Ｒはガス定数、Ｔはフィルタ温度である。
【００３６】
したがって、下式（２）によりΔＰＭの積算値を求めることで、フィルタ８の再生開始時からのＰＭの総燃焼量を算出することができる。
ΣΔＰＭ＝Ａ・Σ（Ｏ_２濃度）・ＰＭ・ｅ^{（−Ｅ／ＲＴ）}・・・・（２）
ここで、ＰＭ堆積量及びフィルタ温度Ｔは簡易的に一定値とみなすことで、上記の式（１）及び式（２）におけるＡ・ＰＭ・ｅ^{（−Ｅ／ＲＴ）}を定数Ｃとして置き換えることができる。したがって、再生開始時からのＰＭの燃焼量は下式（３）であらわすことができる。なお、Ｏ_２濃度は酸素の質量流量と同義であり、以下では主にＯ_２濃度として酸素質量流量を用いる。

つまり、ＰＭの燃焼量は酸素質量流量をパラメータとして算出可能であり、再生開始時からのＰＭの総燃焼量は、フィルタ８に供給された酸素質量流量の積算値に所定の係数Ｃを乗じた値に等しい。そこで、本実施形態では、フィルタ８が強制再生を開始して、ＰＭの燃焼開始温度（６００℃）に達した時点からの酸素質量流量の積算値が所定値（目標値）に達すると、フィルタ８に堆積したＰＭが燃焼したと判定し、強制再生の終了を判定するようになっている。
【００３７】
以下、強制再生の終了判定について具体的に説明すると、強制再生終了判定手段３２内には、酸素の質量流量を算出する酸素質量流量算出手段（酸素質量流量検知手段）３４が設けられている。そして、酸素質量流量算出手段３４では、例えば下式（４）により酸素質量流量Ｏ_２ｗを算出するようになっている。
Ｏ_２ｗ＝（Ｑ_ａｗ−ｑ・ａ）・ｂ・・・・・（４）
なお、上式において、Ｑ_ａｗはＡＦＳ１５から得られる吸気の質量流量であり、ｑは燃料噴射量、ａは当量比（１４．７）、ｂは酸素質量比である。そして、式（４）及びエンジン回転数センサ１８からの情報に基づき、フィルタ８に流入する酸素質量流量を算出することができるのである。
【００３８】
また、強制再生終了判定手段３２内には、酸素質量流量算出手段３４以外にもＰＭ燃焼量推定手段３６が設けられており、このＰＭ燃焼量推定手段３６では、上記の酸素質量流量算出手段３４で算出された酸素質量流量の積算値ΣＯ_２ｗに係数Ｃを乗じることによりＰＭの燃焼量を算出するようになっている。
また、強制再生終了判定手段３２では、強制再生の開始時にＰＭ堆積量推定手段２７で推定されたＰＭの量を目標値として設定するようになっており、ＰＭ燃焼量推定手段３６で推定されたＰＭ燃焼量が上記の目標値に達すると、フィルタ８の強制再生が終了したと判定するようになっている。つまり、Ｃ・ΣＯ_２ｗ≧目標値となると、強制再生が終了したと判定するようになっている。
【００３９】
なお、強制再生終了判定手段３２でフィルタ８の強制再生の終了が判定されると、具体的には第１及び第２の追加燃料噴射が中止されるとともに、主燃料噴射タイミングのリタードや、吸気の絞り等の付随する制御も中止されて、通常の運転状態に復帰するようになっている。
本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置は、上述のように構成されているので、図４に示すフローチャートに基づいてその作用を説明すると以下のようになる。
【００４０】
まず、ステップＳ１において各センサからの情報を取り込む。次に、ステップＳ２に進み、強制再生フラグＦが０か１かを判定する。ここで、強制再生フラグＦは強制再生を実行しているか否かを判定するために用いられるものであって、後述するように強制再生中はＦ＝１に設定され、強制再生を実行していないときにはＦ＝０に設定される。なお、最初の制御周期は、強制再生フラグはＦ＝０となっているため、この場合はステップＳ３に進む。
【００４１】
ステップＳ３では、圧力センサ１２及び差圧センサ１４からの情報に基づいてＰＭの堆積量を推定し、ＰＭ堆積量が所定値α以上か否かを判定する。そして、ＰＭ堆積量が所定値α以上であれば、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、フィルタ８が連続再生されずに目詰まりを生じていると判定されて、フィルタ８の強制再生開始が判定される。また、このとき強制再生フラグがＦ＝１に設定される。なお、ステップＳ３では、単に差圧センサ１４で得られるフィルタ８の出入口の圧力差が所定値以上になったか否かを判定するようにしてもよく、圧力差が所定値以上になった場合に、ステップＳ４で強制再生の開始を判定するようにしてもよい。
【００４２】
ステップＳ４で強制再生開始が判定されると、ステップＳ５に進み、触媒６の昇温制御が実行される。この触媒昇温制御は、図３（ａ）に示すように、主噴射後において追加燃料（第１の追加燃料）の噴射を行うものであり、この追加燃料の燃焼により触媒６の温度が上昇する。
次に、ステップＳ６において、触媒６の温度（実際には触媒出口温度）が活性化温度（約２５０℃）に達しているか否かが判定され、活性化温度未満であれば、リターンする。この場合、触媒６が活性化温度に達するまでは、次回以降の制御周期においてステップＳ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６のルーチンを繰り返し実行し、触媒６の昇温のみが実行される。
【００４３】
そして、ステップＳ６で触媒温度が活性化温度に達したと判定されると、ステップＳ７に進み、ＰＭの燃焼のための追加燃料噴射〔第２の追加燃料、図３（ｂ）参照〕が実行される。この場合、まずステップＳ７で触媒出口温度が所定温度（例えば６００℃）以上か否かを判定する。ここで、所定温度は、フィルタ８が活性化し最も効率よくＰＭが燃焼する温度である。そして、触媒出口温度が所定温度未満であればステップＳ８に進み、増量マップを用いて第２の追加燃料噴射量ｑ２が設定される。また、触媒出口温度が所定温度以上であればステップＳ９に進み、減量マップを用いて第２の追加燃料噴射量ｑ２が設定される。つまり、触媒出口温度が所定温度未満であれば第２の追加燃料噴射量ｑ２が多めに設定され、所定温度以上であれば少なめに設定される。
【００４４】
次に、ステップＳ１０において、触媒出口温度が所定温度に達してからフィルタ８に供給された酸素質量流量の積算値ΣＯ_２ｗが算出されるとともに、この算出結果に所定係数Ｃを乗じてフィルタ８で燃焼したＰＭの積算値Ｃ・ΣＯ_２ｗが算出される。
その後ステップＳ１１に進み、ＰＭ燃焼量の積算値Ｃ・ΣＯ_２ｗが目標値に達したか否かが判定される。この目標値は、例えばフィルタ８の出入口の差圧に基づいて算出される強制再生開始時のＰＭ堆積量α（ステップＳ３参照）が適用される。なお、強制再生開始の判定条件（例えば、ＰＭ堆積量が所定値以上、あるいはフィルタ８の出入口差圧が所定値以上）からもわかるように強制再生開始時のＰＭ堆積量は略一定値となるので、強制再生開始時のＰＭの堆積量を予め実験や試験等で求めておき、この値（固定値）を目標値としてもよい。
【００４５】
そして、上記ステップＳ１１において、ＰＭ燃焼量が目標値に達していなければ、リターンして、ステップＳ１からステップＳ１１までの処理を繰り返し実行する。また、ＰＭ燃焼量が目標値に達するとステップＳ１１からステップＳ１２に進み、強制再生フラグをＦ＝０として、強制再生を終了する。
なお、上記のステップＳ１０において、酸素質量流量の積算値ΣＯ_２ｗのみを算出してもよい。この場合、ステップＳ１１において、ＰＭ堆積量α所定値Ｃで割った値（α／Ｃ）が目標値として設定されて、酸素質量流量の積算値ΣＯ_２ｗがこの目標値に達したか否かを判定すればよい。
【００４６】
ところで、このような強制再生終了の判定をタイムチャートで示すと、図５（ａ），（ｂ）に示すようになる。つまり、強制再生開始後にフィルタ温度が所定温度（６００℃）に達すると、酸素質量流量の積算が開始されて、この積算値が所定の値（目標値）に達すると強制再生が終了することになる。
そして、このようにして強制再生の終了を判定することにより、車両の走行状態に関らず正確にＰＭの燃焼量を把握することができ、的確に再生終了を判定することができる。つまり、一般には、車両走行時はエンジンの運転状態が変動するため、強制再生時には単位時間に燃焼するＰＭ量が異なり、強制再生の終了タイミングを再生時間に基づいて判定することができない。これに対して、本願発明によれば、ＰＭの燃焼量と密接に関係する酸素量（具体的には酸素の質量流量）のフィルタ８への供給量を積算することで、ＰＭの燃焼量を正確に把握することができるのである。
【００４７】
また、上述のように、本願発明では酸素の質量流量をパラメータとしてフィルタ８の再生終了を判定しているので、酸素が希薄になるような高地での補正が不要であり、車両の走行地域を限定することなく再生終了判定を行うことができるという利点がある。また、本願発明によれば複雑なロジックや特殊な部品を用いることなく簡素な構成で精度良く再生終了判定を行うことができ、コスト増や重量増を招くこともない。
【００４８】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、式（４）により酸素質量流量Ｏ_２ｗを算出しているが、触媒６とフィルタ８との間に酸素濃度を検出するＯ_２センサと、フィルタ８に流入した流体の流量を検出するセンサとを設け、これらのセンサの検出結果に基づいて酸素質量流量Ｏ_２ｗを求めてもよい。
【００４９】
また、上記の実施形態においては、フィルタ温度として触媒出口温度を代用しているが、フィルタ８の上流側と下流側にそれぞれフィルタ８の入口温度Ｔｆと出口温度Ｔｒとを検出する温度センサとを設け、これらのセンサで得られる入口温度Ｔｆ及び出口温度Ｔｒから、下式（５）に基づいてフィルタ８の温度を求めてもよい。この場合、ａは入口温度Ｔｆと出口温度Ｔｒとに重み付けを行なう値であり、０≦ａ≦１である。
フィルタ温度Ｔ_ｆｉｌ＝Ｔｆ・ａ＋Ｔｒ（１−ａ）・・・・・（５）
また、上述の実施形態では、第１の追加燃料噴射後にシリンダ内に第２の追加燃料噴射を行なうことで、フィルタ８へ燃料（ＨＣ）を供給するようなシステムに適用した場合について説明したが、これ以外にもエンジンの排気ポート又は排気管等の排気通路上に、フィルタ８へのＨＣ供給用のインジェクタ（第２インジェクタ）を設け、強制再生時には第２の追加燃料噴射に代えて上記第２インジェクタから排気通路に直接燃料（ＨＣ）を添加するように構成したシステム（燃料添加方式）を適用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排ガス浄化装置によれば、フィルタの再生時（特に強制再生時）にエンジンの運転状態にかかわらず正確にＰＭの燃焼量を把握することができ、的確に再生終了を判定することができる。これにより、再生時間が長すぎて燃費が悪化したり、逆に短すぎてフィルタが再生不良となるような事態を回避できる。また、本願発明によれば複雑なロジックや特殊な部品を用いることなく簡素な構成で精度良く再生終了判定を行なうことができ、コスト増や重量増を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の要部構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の追加燃料噴射タイミングについて説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の作用を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の作用を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
２エンジン
６触媒（酸化触媒）
８フィルタ
３４酸素質量流量算出手段（酸素質量流量検知手段）

Claims

エンジンから排出される排ガスの流れの上流方向から順に酸化触媒及び該排ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えた排気浄化装置において、
該フィルタに供給される酸素の質量流量を検出又は算出する酸素質量流量検知手段と、
該フィルタの再生時に、該酸素質量流量検知手段からの情報に基づいて該酸素質量流量の積算値が所定値に達すると、該フィルタの再生終了を判定する再生終了判定手段とをそなえている
ことを特徴とする、排ガス浄化装置。
該再生終了判定手段は、該フィルタが所定温度に達した時点からの該酸素質量流量の積算値が所定値に達すると、該フィルタの再生終了を判定する
ことを特徴とする、請求項１記載の排ガス浄化装置。
該再生終了判定手段は、下式が成立すると該フィルタの再生終了を判定する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排ガス浄化装置。
ΣΔＰＭ＝Ｃ・Σ（酸素質量流量）
ただし、Ｃ＝Ａ・ＰＭ・ｅ^{（−Ｅ／ＲＴ）}
ΣΔＰＭ：粒子状物質の目標燃焼量
Σ（酸素質量流量）：フィルタに供給される酸素質量流量の積算値
Ａ：実験により求められる定数（頻度因子）
ＰＭ：再生開始時の粒子状物質のフィルタにおける堆積量
Ｅ：活性化エネルギ定数
Ｒ：ガス定数
Ｔ：フィルタ温度
該再生終了判定手段は、該フィルタの強制再生時にのみ再生終了判定を行なう
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の排ガス浄化装置。