JP2004339973A - 内燃機関の排気処理装置及び該排気処理装置の捕集状態判定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】吸入空気量に基づいて複数の排気通路のそれぞれに設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定する。
【解決手段】各バンク２Ｌ、２Ｒのシリンダ群３に対してインテークマニホールド８が共通に設けられ、かつ排気通路１０Ｌ、１０Ｒはバンク毎に設けられたＶ型エンジン１において、各バンクへの吸入空気量の合計値を検出するエアフロメータ９と、いずれか一方のバンク２Ｌ又は２Ｒに対応するフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにのみ排気が導かれ、他方のバンク２Ｒ又は２Ｌに対応するフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌに対して排気が導かれない測定状態が生じるようにターボチャーａ６のノズル開度を設定し、その測定状態にてエアフロメータ９が検出した吸入空気量に基づいて一方のバンク２Ｌ又は２Ｒに接続されたフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおける粒子状物質の捕集状態を判定する。
【選択図】 図１
【解決手段】各バンク２Ｌ、２Ｒのシリンダ群３に対してインテークマニホールド８が共通に設けられ、かつ排気通路１０Ｌ、１０Ｒはバンク毎に設けられたＶ型エンジン１において、各バンクへの吸入空気量の合計値を検出するエアフロメータ９と、いずれか一方のバンク２Ｌ又は２Ｒに対応するフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにのみ排気が導かれ、他方のバンク２Ｒ又は２Ｌに対応するフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌに対して排気が導かれない測定状態が生じるようにターボチャーａ６のノズル開度を設定し、その測定状態にてエアフロメータ９が検出した吸入空気量に基づいて一方のバンク２Ｌ又は２Ｒに接続されたフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおける粒子状物質の捕集状態を判定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭと呼ぶことがある。）を排気通路に設けられたパティキュレートフィルタにて捕集する排気処理装置において、粒子状物質の捕集前の基準状態における吸入空気量と、捕集が進んでいる状態における吸入空気量とを比較して粒子状物質の捕集状態を判定する装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５２８３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した排気処理装置においては、内燃機関の全てのシリンダが共通の排気通路に接続され、エアフロメータにて検出される吸入空気量がパティキュレートフィルタを通過する排気量と一致するため、吸入空気量の変化とパティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量の変化とが相関し、吸入空気量の比較から粒子状物質の捕集状態を判定することができる。しかし、バンク毎に排気通路が分けられているＶ型エンジンのように複数系統の排気通路を備えた内燃機関であって、しかも吸気通路の少なくとも一部（例えばインテークマニホールド）が全てのシリンダ間で共用されている内燃機関においては、吸入空気量の変化と各排気通路のパティキュレートフィルタの捕集状態との相関関係が明確ではないため、単純に吸入空気量を比較するだけでは、各排気通路のパティキュレートフィルタの粒子状物質の捕集状態を正しく判定することができない。
【０００５】
そこで、本発明は、吸入空気量に基づいて複数の排気通路のそれぞれに設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定できる内燃機関の排気処理装置及び該処理装置に用いる捕集状態判定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の排気処理装置は、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、該シリンダ群に接続される吸気通路の少なくとも一部は前記２つのシリンダ群に対して共通化され、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段が設けられ、各フィルタ手段への排気流量比が排気流量比調整手段にて調整可能とされた内燃機関に適用される排気処理装置において、前記シリンダ群への吸入空気量の合計値を検出する吸入空気量検出手段と、前記シリンダ群のうち、いずれか一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段に対して排気が導かれない測定状態が生じるように前記排気流量比調整手段を操作する測定状態設定手段と、前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定する捕集状態判定手段と、を備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、測定状態において一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段には排気が導かれないので、その状態で検出される吸入空気量は一方のシリンダ群と接続されたフィルタ手段の捕集状態を反映して変化し、他方のシリンダ群と接続されたフィルタ手段の捕集状態は吸入空気量の変化に影響しない。このため、全てのシリンダ群を同一の排気通路に接続する場合と同様に、吸入空気量と判定対象のいずれか一方のフィルタ手段の捕集状態とを相関させ、その相関関係を利用してフィルタ手段における捕集状態を判定できるようになる。
【０００８】
本発明の第１の排気処理装置において、排気流量比調整手段は排気流量を直接変化させるものに限らず、例えば一部のシリンダ群における吸入空気量を変化させることによって結果的に排気流量比を変化させるような手段を含む。好適な一態様において、前記測定状態設定手段は、前記シリンダ群毎の排気通路に設けられた可変ノズル式ターボチャージャのノズル、又は排気絞り弁を前記排気流量比調整手段として操作して前記測定状態を生じさせてもよい（請求項２）。これらのノズル又は絞り弁を利用して排気通路を完全に閉じることにより、いずれか一方のフィルタ手段に排気を集中させて測定状態を生成することができる。なお、上記の他にも、吸気弁又は排気弁についての可変動弁機構を操作してシリンダ群毎の排気流量比を調整することもできる。
【０００９】
なお、本発明の第１の排気処理装置においては、前記フィルタ手段の前後差圧を検出する差圧検出手段を具備し、前記捕集状態判定手段は、前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量と前記差圧と前記差圧検出手段が検出した差圧とに基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定してもよい。フィルタ手段の捕集状態が一定であれば前後差圧と吸入空気量とは一定の関係を保って変化するが、捕集状態が変化すれば前後差圧と吸入空気量との関係も変化するから、その関係の変化を利用して捕集状態を判定することができる。
【００１０】
本発明の第２の排気処理装置は、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、前記シリンダ群に接続される吸気通路には、前記シリンダ群毎に分岐された分岐路とシリンダ群に対して共通化されたインテークマニホールドとが設けられ、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段と、排気エネルギを利用して前記分岐路に流入する吸入空気を過給する過給機とが設けられた内燃機関に適用される排気処理装置において、前記シリンダ群毎の前記分岐路のそれぞれにおける吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記内燃機関の吸入空気量に影響する機器類の操作状態が所定の基準状態に設定されている場合に前記吸入空気量検出手段が検出するシリンダ群毎の吸入空気量の合計値と第１の閾値との大小関係と、前記基準状態にて前記吸入空気量検出手段が検出する前記シリンダ群毎の吸入空気量と第２の閾値との大小関係とに基づいて、前記シリンダ群毎の前記フィルタ手段の捕集状態を判定する捕集状態判定手段と、を備えることにより上述した課題を解決する（請求項３）。
【００１１】
第２の排気処理装置においては、吸入空気量に影響する機器類の操作状態を基準状態に設定しても、シリンダ群毎に設けられたフィルタ手段において捕集が進行する程にフィルタ手段における圧力損失が大きくなって排気流量が減少する。また、吸入通路側においては、排気流量の減少により過給機の過給効果が低下して当該過給機が設けられた側の分岐路にて検出される吸入空気量が減少する。このように第２の排気処理装置においては、フィルタ手段における捕集の進行状態と分岐路において検出される吸入空気量とがシリンダ群毎に相関関係を有する。
【００１２】
そして、各分岐路における吸入空気量の合計値と第１の閾値とを大小比較することにより、いずれか一方のフィルタ手段が他方のフィルタ手段よりも先行して捕集量が所定レベル（例えば再生処理が必要な限度）に達していることを検出でき、また、各分岐路における吸入空気量と第２の閾値とを大小比較することにより、それぞれのフィルタ手段にて互いに等しく捕集が進行している場合でも、各フィルタ手段における捕集量が上述した所定レベルに達していることを検出できる。このように二つの閾値を利用して捕集状態を判定することにより、排気通路毎のフィルタ手段における粒子状物質の捕集が均等に進行している場合、及び不均一に進行している場合のいずれにおいても、捕集状態の判定に関する誤差を減らして判定精度を向上させることができる。
【００１３】
なお、吸入空気量に影響する機器類には、吸入空気量を調整するために操作されるスロットル弁や吸気弁についての可変動弁機構、ターボチャージャ等の過給機に限らず、排気絞り弁やＥＧＲ弁のように吸入空気量に結果として影響を与えるような機器も含む。但し、捕集状態の判定精度からみて、吸入空気量に与える影響が無視できる程小さい機器については機器類に含めなくてよい。基準状態に設定されているときの吸入空気量は、上記の機器類を基準となる操作状態に実際に操作して吸入空気量検出手段により検出することができる。操作状態と吸入空気量に与える影響との関係が既知の機器に関しては現実に基準状態に設定することなく、現実の設定状態のままで吸入空気量検出手段にて吸入空気量を検出し、その検出値を機器の操作状態に応じて補正することにより、当該機器が基準状態に操作されたと仮定したときの吸入空気量を取得するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の第２の排気処理装置において、前記捕集状態判定手段は、前記吸入空気量の合計値が前記第１の閾値よりも小さく、かついずれか一方のシリンダ群に対応する吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量が前記第２の閾値よりも小さいと判断した場合に、各吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量を比較して前記粒子状物質の捕集が進んでいるフィルタ手段を特定してもよい（請求項４）。
【００１５】
上述したように粒子状物質の捕集が進めば過給機の過給効果が低下して分岐路における吸入空気量が減少するので、分岐路の吸入空気量を相互に比較すればいずれの側のフィルタ手段において捕集がより進行しているかを特定することができる。捕集が進んでいると特定されたフィルタ手段に対して、反対側のフィルタ手段よりも先に、前記粒子状物質を除去する再生処理を実行する再生手段をさらに備えることにより（請求項５）、フィルタ手段の機能を効率よく回復させることができる。
【００１６】
また、本発明の捕集状態判定方法は、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、該シリンダ群に接続される吸気通路の少なくとも一部は前記２つのシリンダ群に対して共通化され、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段が設けられ、各フィルタ手段への排気流量比が排気流量比調整手段にて調整可能とされた内燃機関に適用され、前記フィルタ手段における前記粒子状物質の捕集状態を判定する排気処理装置の捕集状態判定方法において、前記シリンダ群への吸入空気量の合計値を検出する工程と、前記シリンダ群のうち、いずれか一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段に対して排気が導かれない測定状態が生じるように前記排気流量比調整手段を操作する工程と、前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定する工程とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項６）。
【００１７】
この判定方法によれば、上述した第１の排気処理装置と同様の理由により、吸入空気量と判定対象のいずれか一方のフィルタ手段の捕集状態とを相関させ、その相関関係を利用してフィルタ手段における捕集状態を判定できるようになる。
【００１８】
なお、本発明の排気処理装置及びその捕集状態判定方法において、吸入空気量の検出はエアフロメータのように吸入空気量を直接検出する手段によるものに限らず、吸入空気量と相関する吸気圧等の他の物理量を検出することにより、吸入空気量を間接的に検出する場合も含む。フィルタ手段は、排気ガス中に含まれた粒子状物質を捕集する機能を有していれば足り、有害物質の酸化や還元による浄化を促す触媒機能の有無を問わない。捕集状態の判定は、粒子状物質の捕集量が所定の閾値に達したか否かを判定すること、粒子状物質の捕集量を推定すること等、各種の態様を含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る排気処理装置が組み込まれた内燃機関を示している。この実施形態において、内燃機関は左右のバンク２Ｌ、２Ｒに４つずつシリンダ３が設けられたＶ型８気筒のディーゼルエンジン１として構成されている。左バンク２Ｌのシリンダ３によって一つのシリンダ群が構成され、右バンク２Ｒのシリンダ３によって他の一つのシリンダ群が構成される。なお、一つのシリンダ群には少なくとも一つのシリンダ３が含まれていればよい。
【００２０】
各シリンダ３に吸気を導くための吸気通路４はエアクリーナ５の下流においてバンク毎の分岐路４Ｌ、４Ｒに分かれており、その分岐路４Ｌ、４Ｒにターボチャージャ６のコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａの下流において分岐路４Ｌ、４Ｒはインタークーラ７を通過し、吸気通路４の一部を構成する共通のインテークマニホールド８に接続される。吸気通路４の分岐路４Ｌ、４Ｒよりも上流には吸入空気量検出手段としてのエアフロメータ９が設けられている。
【００２１】
一方、各バンクのシリンダ３からの排気は、バンク毎に設けられた排気通路１０Ｌ、１０Ｒのエキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒからターボチャージャ６のタービン６ｂに導かれ、さらにタービン６ｂの下流側に導かれる。ターボチャージャ６は、開度調整が可能なノズル装置（不図示）をタービン６ｂ側に備えた可変ノズルターボチャージャ（以下、ＶＮＴと呼ぶことがある。）である。各ターボチャージャ６のノズル開度はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２にて全開状態と全閉状態との間で制御される。全閉状態においては排気通路１０Ｌ、１０Ｒが閉鎖される。なお、ＥＣＵ１２は各シリンダ３に設けられた燃料噴射弁２０からの燃料噴射量等を調整してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータである。
【００２２】
エンジン１にはＥＧＲ通路１３が設けられている。ＥＧＲ通路１３は、エキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒにそれぞれ接続されたバンク毎のＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒと、ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒを結ぶ連絡通路１３Ｃとを備えている。ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３ＲにはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが設けられ、連絡通路１３Ｃは各クーラ１４Ｌ、１４Ｒの間に設けられている。このように連絡通路１３Ｃを介してＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが相互に接続されているため、ＥＧＲクーラ１４Ｌに関してはその排気還流時の入口側（左端側）にＥＧＲ通路１３Ｌの圧力が導入され、排気還流時の出口側（右端側）にはＥＧＲクーラ１４Ｒの出口側におけるＥＧＲ通路１３Ｒの圧力が連絡通路１３Ｃを介して導入される。また、ＥＧＲクーラ１４Ｒに関してはその排気還流時の入口側（右端側）にＥＧＲ通路１３Ｒの圧力が導入され、排気還流時の出口側（左端側）にはＥＧＲクーラ１４Ｌの出口側におけるＥＧＲ通路１３Ｌの圧力が連絡通路１３Ｃを介して導入される。
【００２３】
さらに、連絡通路１３Ｃは一対のＥＧＲ弁１５を介してインテークマニホールド８に接続されている。ＥＧＲ弁１５の開度はＥＣＵ１２によりエンジン１の運転状態に応じて制御される。その開度制御の内容は通常の内燃機関のＥＧＲ制御と同様でよい。なお、ＥＧＲ通路１３には、ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒを迂回して排気ガスを流すためのバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒと、排気ガスをＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒ又はバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒに選択的に導く流路切替弁（不図示）とがさらに設けられる。
【００２４】
ターボチャージャ６よりも下流の排気通路１０Ｌ、１０Ｒには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段としてのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと略称することがある。）１６Ｌ、１６Ｒが設けられている。なお、フィルタ１６Ｌ、１６ＲにはＮＯｘ吸蔵還元物質のような触媒物質が坦持されてもよい。タービン６ｂとフィルタ１６Ｌ、１６Ｒとの間には、フィルタ１６、１６Ｒに堆積した粒子状物質を燃やしてフィルタ１６Ｌ、１６Ｒを再生するための燃料添加弁１７Ｌ、１７Ｒが設けられている。また、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの取付位置にはフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの前後差圧を検出する差圧センサ１８Ｌ、１８Ｒが設けられている。フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの下流には排気圧力をバンク毎に調整するための排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒが設けられている。排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの開度もＥＣＵ１２により全開状態と全閉状態との間で制御される。全閉状態においては排気通路１０Ｌ、１０Ｒが閉鎖される。排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの下流にはさらに消音器等が設けられるが、その図示は省略した。
【００２５】
次に、図２を参照してエンジン１におけるフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態の判定方法を説明する。
【００２６】
左側のバンク２Ｌに対応するフィルタ１６Ｌの捕集状態を判定するには、まず、右側のバンク２Ｒの排気通路１０Ｒに設けられたタービン６ｂのノズルを全閉状態に操作し、又は排気絞り弁１９Ｒを全閉状態に操作して排気通路１０Ｒのフィルタ１６Ｒへの排気ガスの流入を阻止する。左側のタービン６ｂのノズル及び排気絞り弁１９Ｌは全閉状態以外の任意の開度でよい。ＥＧＲ弁１４Ｌ、１４Ｒについても任意の開度でよい。
【００２７】
以上の設定においては、図２（ａ）に矢印で示したように右バンク２Ｒのシリンダ３からの排気ガスはＥＧＲ通路１３Ｒ、連絡通路１３Ｃ及びＥＧＲ通路１３Ｌを経てエキゾーストマニホールド１１Ｌに流れて左バンク２Ｌのシリンダ３からの排気ガスと合流する。合流した排気ガスは左側のフィルタ１６Ｌを通過して排出される。従って、エアフロメータ９が検出する吸入空気量は左側のフィルタ１６Ｌを通過する排気量と一致し、これにより、エアフロメータ９が検出する吸入空気量からフィルタ１６Ｌの捕集状態を判定することができる。
【００２８】
一方、右側のバンク２Ｒに対応するフィルタ１６Ｒの捕集状態を判定するには、まず、左側のバンク２Ｌの排気通路１０Ｌに設けられたタービン６ｂのノズルを全閉状態に操作し、又は排気絞り弁１９Ｌを全閉状態に操作して排気通路１０Ｌのフィルタ１６Ｌへの排気ガスの流入を阻止する。右側のタービン６ｂのノズル及び排気絞り弁１９Ｒは全閉状態以外の任意の開度でよい。ＥＧＲ弁１４Ｌ、１４Ｒについても任意の開度でよい。
【００２９】
以上の設定によれば、図２（ｂ）に矢印で示したように左バンク２Ｌのシリンダ３からの排気ガスはＥＧＲ通路１３Ｌ、連絡通路１３Ｃ及びＥＧＲ通路１３Ｒを経てエキゾーストマニホールド１１Ｒに流れて右バンク２Ｒのシリンダ３からの排気ガスと合流する。合流した排気ガスは右側のフィルタ１６Ｒを通過して排出される。従って、エアフロメータ９が検出する吸入空気量は右側のフィルタ１６Ｒを通過する排気量と一致し、これにより、エアフロメータ９が検出する吸入空気量からフィルタ１６Ｒの捕集状態を判定することができる。
【００３０】
図３は、上述した捕集状態の判定方法を実施するためにＥＣＵ１２が実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転中において所定の周期で繰り返し実行される。フィルタ捕集状態判定ルーチンの最初のステップＳ１において、ＥＣＵ１２はエンジン１に対する燃料噴射量が０となる燃料無噴射状態か否か判断し、無噴射状態でなければ今回のルーチンを終える。つまり、図３のルーチンでは、排気通路１０Ｌ、１０Ｒを交互に閉じてフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態を判定するので、エンジン１の運転になるべく影響の少ない状態として燃料噴射量が０に設定されたいわゆる燃料カット中であることを判定実施の前提条件としている。但し、捕集状態を判定する前提としての運転条件はこれに限らず適宜に定めてよい。
【００３１】
燃料無噴射状態であればステップＳ２へ進み、ＥＣＵ１２は判定対象の排気通路１０Ｌ又は１０Ｒを開き、反対側の排気通路１０Ｒ又は１０Ｌを閉じるようにターボチャージャ６のノズル開度及び排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの開度を設定する。これにより、ＥＣＵ１２は測定状態設定手段として機能し、ターボチャージャ６及び排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒは排気流量比調整手段として機能する。
【００３２】
続くステップＳ３において、判定対象の排気通路１０Ｌ又は１０Ｒに設けられたフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの前後差圧を差圧センサ１８Ｌ又は１８Ｒから取得し、次のステップＳ４ではエアフロメータ９から吸入空気量を取得する。続くステップＳ５において、取得された前後差圧を吸入空気量で除した商（＝差圧／吸入空気量）を演算し、その商が規定値よりも大きいか否か判断する。ここで使用される規定値は、判定対象のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集状態が限界、つまりフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおける粒子状物質の捕集量が限界に達し、再生処理が必要な程に詰まりが生じているか否かを判断するための閾値である。このような閾値は例えば実験的に求めることができる。ステップＳ５の処理によりＥＣＵ１２は捕集状態判定手段として機能する。
【００３３】
そして、ステップＳ５で規定値より大きいときはステップＳ６に進み、現在の判定対象のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに対する再生処理の実行を許可する。この許可に反応して、ＥＣＵ１２は図３のルーチンとは別に用意された不図示の再生処理ルーチンを実行し、再生処理が許可された側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに燃料添加弁１７Ｌ又は１７Ｒから燃料を添加して粒子状物質を燃焼させる再生処理を実行し、フィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの詰まりの解消を図る。ステップＳ５で否定判断された場合にはステップＳ６がスキップされる。
【００３４】
続くステップＳ７では、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの両者について判定を終えたか否か判断し、いずれか一方のみが判定されている場合にはステップＳ８に進んで判定対象の排気通路を変更し、その後にステップＳ２へ戻る。ステップＳ７にて左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの双方に対して判定が終わっていると判断した場合にルーチンを終える。
【００３５】
なお、以上の実施形態によれば、ターボチャージャ６のタービン６ｂの流量特性を検出することができる。この点を図４により説明する。
【００３６】
図４は上記の手順によりフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態を判定した時の吸気及び排気の流量に影響を与える要素を流れ順序に沿って書き出したチャートであり、（ａ）が左側のフィルタ１６Ｌの捕集状態の判定時に、（ｂ）が右側のフィルタ１６Ｒの捕集状態の判定時にそれぞれ対応する。これらを比較すれば明らかなように、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集状態を判定した時に、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａの流量特性、インタークーラ７の圧力損失、及び左右のバンク２Ｌ、２Ｒのヘッドポートの流量特性が等しく影響しているので、それ以外のＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの圧力損失、可変ノズル式のターボチャージャ６のタービン６ｂにおける流量特性、及びフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける圧力損失が各判定時における排気流量に差を生じさせる要素となる。ここで、ＥＧＲガスの通路としてバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒを選択することによりＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒにおける圧力損失の影響は除外できる。また、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける圧力損失に関しては差圧センサ１８Ｌ、１８Ｒにて検出することができる。この結果、排気流量の差からターボチャージャ６のタービン６ｂにおける流量特性の差を検出することが可能となる。そして、得られた流量特性の差に基づいて左右のターボチャージャ６のノズル開度に差を与えることにより、左右のターボチャージャ６のタービン６ｂを互いに等しく動作させ、左右のバンク２Ｌ、２Ｒの間におけるタービン６ｂの回転数や排気流量のばらつきを抑えてエンジン１の出力、排気性能を向上させることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態に係る排気処理装置が組み込まれた内燃機関を示している。なお、図１と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３８】
図５の内燃機関も左右のバンク２Ｌ、２Ｒに４つずつシリンダ３が設けられたＶ型８気筒のディーゼルエンジン１として構成され、左バンク２Ｌのシリンダ３によって一つのシリンダ群が構成され、右バンク２Ｒのシリンダ３によって他の一つのシリンダ群が構成されている。これらの点は図１のエンジン１と共通する。しかしながら、図５のエンジン１においては、分岐路４Ｌ、４Ｒのそれぞれにエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが設けられ、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの取付位置において差圧センサが省略されている点で図１のエンジン１と相違する。そして、この実施形態では、左右のエアフロメータ９Ｌ、９Ｒの吸入空気量を利用してフィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集状態を判定している。なお、図５においてＥＧＲバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒの図示は省略した。
【００３９】
次に、図６及び図７により本実施形態におけるフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態とエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量との関係を説明する。
【００４０】
図６（ａ）は、吸入空気量に影響する機器類、例えばスロットル弁、ターボチャージャ６のノズル、排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒ、吸排気弁についての可変動弁機構等の操作状態を所定の基準状態に固定した場合のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける粒子状物質の捕集量と、左右のエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出する吸入空気量の合計値との関係を示している。図の横軸が捕集量を示し、右端が捕集量０であり、左端に向かうほど捕集量は増加する。吸入空気量は図の下方ほど減少する。図中の白丸を結ぶ線Ｌ１はフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行している場合（均等詰まり）の吸入空気量の合計値を、図中の黒三角を結ぶ線Ｌ２はいずれか一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに偏って捕集が進行している場合（片詰まり）の吸入空気量の合計値をそれぞれ示している。また、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量の合計値が図中の縦線Ｐ、Ｑ、Ｒのそれぞれの場合における左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量を水平方向の棒グラフＸ１〜Ｘ３で示している。なお、棒グラフＸ１〜Ｘ３においては左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集量を互いに異なるトーンで示している。片詰まり時には、便宜的に一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が他方のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌの捕集量の２倍と見なしている。
【００４１】
いま、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行し、エアフロメータ９Ｌ、９Ｒの吸入空気量の合計値が判定値Ｃまで低下した縦線Ｐの位置で各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの合計の捕集量がＰＭ再生を必要とする限界である再生要求捕集量に達したとする。従って、図６（ａ）において、横軸３マス分の捕集量が各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける捕集量の限界となる（最上段の棒グラフＸ１参照）。この場合には吸入空気量の合計値が判定値Ｃに達したか否かによりフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量がそれぞれ限界に達したか否かを判断できる。しかし、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が不均一に進行する片詰まりの場合には、吸入空気量の合計値の低下が均等詰まりの場合よりも早く現れるので、吸入空気量の合計値が判定値Ｃに達したか否かによって捕集量を判定すれば、棒グラフＸ２にて示したように一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が限界値よりも大きくなる。この場合、図６（ｂ）に示すように一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量は誤判定分△１だけ増加する。また、他方のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌの捕集量に関しては、合計捕集量が縦線Ｐよりも減少し、かつ反対側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が要求捕集量よりも△１だけ増加しているため、要求捕集量に対して誤判定分△１よりもさらに大きい値だけ減少する。
【００４２】
そこで、図６（ａ）の棒グラフＸ３のように、片詰まり状態にて捕集速度が高い側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が限界（再生要求量）に達したときの合計捕集量（縦線Ｒ）に対応する吸入空気量の合計値Ｂを吸入空気量の合計値に対する判定値として使用する。この判定値Ｂによれば、均等詰まりの場合に図６（ｂ）に棒グラフＸ４で示したように要求捕集量よりも誤判定分△２だけ早い時期に捕集量が限界と判定されるが、限界を超えて捕集を続けるような不都合がない。また、誤判定分△２は各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒに等しく割り振られるので、各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量と要求捕集量との誤差は判定値Ｃを使う場合よりも遙かに小さい。
【００４３】
一方、図７（ａ）は、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれにおける粒子状物質の捕集量とエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出する吸入空気量との関係を示している。なお、図７において、吸入空気量に影響する機器類、例えばスロットル弁、ターボチャージャ６のノズル、排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒ、吸排気弁についての可変動弁機構等の操作状態は図６の場合と同様に所定の基準状態に固定されている。また、図の横軸が捕集量を示し、右端が捕集量０であり、左端に向かうほど捕集量は増加する。吸入空気量は図の下方ほど減少する。図中の白丸及び黒丸を結ぶ線Ｌ３、Ｌ４はそれぞれフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行している場合（均等詰まり）にエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出した吸入空気量を、図中の黒三角及び白三角をそれぞれ結ぶ線Ｌ５、Ｌ６は、いずれか一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに偏って捕集が進行している場合（片詰まり）にエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出した吸入空気量をそれぞれ示している。
【００４４】
図７（ａ）の線Ｌ３、Ｌ４から明らかなように、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行している場合にはエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出する吸入空気量は等しく低下する。判定値Ｂ′まで吸入空気量が低下した縦線Ｓの位置で各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの合計の捕集量がＰＭ再生を必要とする限界である再生要求捕集量に達したとする。従って、図７（ａ）において、横軸６マス分の捕集量が各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける捕集量の限界となる（最上段の棒グラフＹ１参照）。この場合にはエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量が判定値Ｂ′に達したか否かによりフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量がそれぞれ限界に達したか否かを判断できる。
【００４５】
しかし、判定値Ｂ′を利用してフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が不均一に進行する片詰まりの場合の限界を判定しようとすれば、捕集速度が高い側のエアフロメータ９Ｌ又は９Ｒにおいて吸入空気量が均等詰まりの場合よりも早く低下するので、エアフロメータ９Ｌ又は９Ｒの吸入空気量が判定値Ｂ′に達する縦線Ｔの位置で捕集量が限界に達したと判定すれば、棒グラフＹ２にて示したようにいずれのフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいても捕集量が限界値より少ないにも拘わらず限界と判断されることになる。この場合、図７（ｂ）に示すように、捕集量の多い側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおける誤判定分を△３とすれば、反対側のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌの誤判定分はそれよりも大きい。
【００４６】
その一方、図７（ａ）に線Ｌ５で示された、片詰まり時における捕集速度が高い側の吸入空気量の変化に基づいて、その吸入空気量と判定値Ｃ′とを比較して捕集量が再生要求量に達したか否かを判定するものとすれば、図７（ｂ）に棒グラフＹ３で示したように、一方の側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおいて捕集量が再生要求量と一致し、反対側のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌにおいては捕集量が再生要求量よりも少ないので一見して合理的に見える。しかし、棒グラフＹ４で示したように、判定値Ｃ′にて判定した場合にはフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集が均等に進行する均等詰まり時において、それぞれの捕集量が限界である再生要求量を誤判定値△４だけ上回るまでは捕集量が限界と判断されない。これにより、判定値Ｃ′とエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出した吸入空気量とを比較することは適当ではない。
【００４７】
以上の検討からみて、均等詰まり時における捕集量の限界を個々のエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量と判定値Ｂ′との比較にて判定し、その一方で、片詰まり時における捕集量の限界をエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量の合計値と判定値Ｂとの比較にて判定することにより、均等詰まり及び片詰まりのいずれの場合でも、少なくともいずれか一方のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量が限界に達したことを検出でき、かつ、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集量が限界を超えて増加することを回避できて都合がよいことが判る。なお、合計判定値Ｂの設定値と、片詰まり時の捕集量の比率によっては誤差が生じるが、吸入空気量の合計値又は個別値（エアフロメータ毎の検出値）のいずれか一方のみを判定値と比較して判断するよりは判定精度が向上する。
【００４８】
図８は、以上の捕集状態の判定方法を実施するためにＥＣＵ１２が実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転中において所定の周期で繰り返し実行される。フィルタ捕集状態判定ルーチンの最初のステップＳ２１において、ＥＣＵ１２はエンジン１に対する燃料噴射量が０となる燃料無噴射状態か否か判断し、無噴射状態でなければ今回のルーチンを終える。図８のルーチンにおいては、エンジン１の燃焼に影響するターボチャージャ６のノズル開度等を所定の基準状態に操作するので、燃焼になるべく影響の少ない状態として図３の例と同様に燃料噴射量が０に設定されたいわゆる燃料カット中であることを判定実施の前提条件としている。但し、捕集状態を判定する前提としての運転条件はこれに限らず適宜に定めてよい。
【００４９】
燃料無噴射状態であればステップＳ２２へ進み、ＥＣＵ１２は吸入空気量に影響する機器類の操作状態を所定の基準状態に設定する。エアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出する吸入空気量は様々な要因で変化するため、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態の影響による吸入空気量の変化を検出するためには、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒ以外の要因による吸入空気量の変化を排除する必要があり、そのためにターボチャージャ６のノズル開度や排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの開度、吸気側のスロットル弁の開度や可変動弁機構による吸排気弁の動弁特性を所定の基準状態に設定する。但し、操作状態が吸入空気量に与える影響が既知である機器についてはステップＳ２２の操作対象から除外し、吸入空気量をその除外した機器の操作状態に応じて補正することにより、その機器が基準状態に操作されていたと仮定したときの吸入空気量を求めるようにしてもよい。また、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける捕集状態の判定精度に与える影響が無視できる程小さい機器についてもステップＳ２２の操作対象から除外してよい。
【００５０】
続くステップＳ２３においてはエアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出する吸入空気量を取得する。そして、ステップＳ２４で合計吸入空気量（各エアフロメータの検出値の合計値）が判定値Ｂ未満か否かを判定し、これが肯定された場合にステップＳ２５に進んでエアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出した個別の吸入空気量が判定値Ｂ′未満か否か判定する。なお、エアフロメータ９Ｌ又は９Ｒのいずれの検出値が判定値Ｂ′未満であってもステップＳ２５は肯定判断される。そして、ステップＳ２４及びＳ２５がいずれも肯定判断された場合にステップＳ２６へ進み、エアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出した吸入空気量を大小比較する。続くステップＳ２７においては、左側のエアフロメータ９Ｌが検出した吸入空気量が右側のエアフロメータ９Ｒのそれよりも少ないか否か判断し、これが肯定されるとステップＳ２８へ、否定されるとステップＳ２９へ処理を進める。
【００５１】
ステップＳ２８では左側のフィルタ１６Ｌに対する再生処理を許可し、ステップＳ２９では右側のフィルタ１６Ｒに対する再生処理を許可する。ステップＳ２８又はＳ２９による再生処理の許可に反応して、ＥＣＵ１２は図８のルーチンとは別に用意された不図示の再生処理ルーチンを実行し、再生処理が許可された側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに燃料添加弁１７Ｌ又は１７Ｒから燃料を添加して粒子状物質を燃焼させる再生処理を実行し、フィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの詰まりの解消を図る。これらの処理により、ＥＣＵ１２は再生制御手段として機能する。
【００５２】
ステップＳ２８又はＳ２９の処理後はステップＳ３０に進み、ステップＳ２２で基準状態に操作した機器類の操作状態を元に戻す。そして、ステップＳ３０の終了後にルーチンを終える。なお、ステップＳ２４又はＳ２５のいずれか一方の条件が否定された場合、ＥＣＵ１２はステップＳ２６〜Ｓ２９の処理をスキップしてステップＳ３０に進む。
【００５３】
以上の実施形態では、Ｖ型エンジンのバンク毎にシリンダ群を構成しているが、本発明はＶ型エンジンに限らない。直列エンジンや水平対向型のエンジンであっても、一部のシリンダ群と他のシリンダ群とをそれぞれ別々の排気通路に接続している限りは本発明を適用することができる。排気通路は、少なくとも一部においてシリンダ群毎に分岐され、その分岐された部分にフィルタ手段が設けられていれば足り、フィルタ手段の下流で排気通路が合流してもよいし、合流しなくてもよい。本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンでもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の排気処理装置及びその捕集状態判定方法によれば、複数のシリンダ群のそれぞれへの吸入空気量の合計値と、シリンダ群毎の排気通路のフィルタ手段における捕集状態とを個々に相関させた測定状態を作り出し、その相関関係を利用して各フィルタ手段における捕集状態を判定できる。
【００５５】
また、本発明の第２の排気処理装置によれば、吸気通路のシリンダ群毎に分岐された部分における吸入空気量を個別に検出し、それらの合計値と第１の閾値とを大小比較するとともに、個別の吸入空気量を第２の閾値と大小比較することにより、排気通路毎のフィルタ手段における粒子状物質の捕集が均等に進行している場合、及び不均一に進行している場合のいずれにおいてもフィルタ手段の捕集量が所定の限界に達する前にこれを検出でき、判定に関する誤差を減らして判定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気処理装置が設けられた内燃機関の構成を示す図。
【図２】図１のエンジンにおけるパティキュレートフィルタの捕集状態の判定方法を示す図。
【図３】図１のＥＣＵがパティキュレートフィルタの捕集状態を判定するために実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示すフローチャート。
【図４】図３の判定時において吸気及び排気の流量に影響を与える要素を流れ順序に従って書き出したチャート。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る排気処理装置が設けられた内燃機関の構成を示す図。
【図６】第２の実施形態におけるパティキュレートフィルタの捕集量と吸入空気量の合計値との関係を示す図。
【図７】第２の実施形態におけるパティキュレートフィルタの捕集量と左右のバンク毎の吸入空気量との関係を示す図。
【図８】図５のＥＣＵがパティキュレートフィルタの捕集状態を判定するために実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２Ｌ、２Ｒ バンク
３ シリンダ
４ 吸気通路
４Ｌ、４Ｒ 分岐路
５ エアクリーナ
６ ターボチャージャ（排気流量比調整手段）
７ インタークーラ
８ インテークマニホールド
９、９Ｌ、９Ｒ エアフロメータ（吸入空気量検出手段）
１０Ｌ、１０Ｒ 排気通路
１１Ｌ、１１Ｒ エキゾーストマニホールド
１２ エンジンコントロールユニット（測定状態設定手段、捕集状態判定手段、再生制御手段）
１３ ＥＧＲ通路
１４Ｌ、１４Ｒ ＥＧＲクーラ
１６、１６Ｒ フィルタ（フィルタ手段）
１８Ｌ、１８Ｒ 差圧センサ
１９Ｌ、１９Ｒ 排気絞り弁（排気流量比調整手段）
２０ 燃料噴射弁
２１Ｌ、２１Ｒ バイパス通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭと呼ぶことがある。）を排気通路に設けられたパティキュレートフィルタにて捕集する排気処理装置において、粒子状物質の捕集前の基準状態における吸入空気量と、捕集が進んでいる状態における吸入空気量とを比較して粒子状物質の捕集状態を判定する装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１５２８３０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した排気処理装置においては、内燃機関の全てのシリンダが共通の排気通路に接続され、エアフロメータにて検出される吸入空気量がパティキュレートフィルタを通過する排気量と一致するため、吸入空気量の変化とパティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量の変化とが相関し、吸入空気量の比較から粒子状物質の捕集状態を判定することができる。しかし、バンク毎に排気通路が分けられているＶ型エンジンのように複数系統の排気通路を備えた内燃機関であって、しかも吸気通路の少なくとも一部（例えばインテークマニホールド）が全てのシリンダ間で共用されている内燃機関においては、吸入空気量の変化と各排気通路のパティキュレートフィルタの捕集状態との相関関係が明確ではないため、単純に吸入空気量を比較するだけでは、各排気通路のパティキュレートフィルタの粒子状物質の捕集状態を正しく判定することができない。
【０００５】
そこで、本発明は、吸入空気量に基づいて複数の排気通路のそれぞれに設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定できる内燃機関の排気処理装置及び該処理装置に用いる捕集状態判定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の排気処理装置は、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、該シリンダ群に接続される吸気通路の少なくとも一部は前記２つのシリンダ群に対して共通化され、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段が設けられ、各フィルタ手段への排気流量比が排気流量比調整手段にて調整可能とされた内燃機関に適用される排気処理装置において、前記シリンダ群への吸入空気量の合計値を検出する吸入空気量検出手段と、前記シリンダ群のうち、いずれか一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段に対して排気が導かれない測定状態が生じるように前記排気流量比調整手段を操作する測定状態設定手段と、前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定する捕集状態判定手段と、を備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、測定状態において一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段には排気が導かれないので、その状態で検出される吸入空気量は一方のシリンダ群と接続されたフィルタ手段の捕集状態を反映して変化し、他方のシリンダ群と接続されたフィルタ手段の捕集状態は吸入空気量の変化に影響しない。このため、全てのシリンダ群を同一の排気通路に接続する場合と同様に、吸入空気量と判定対象のいずれか一方のフィルタ手段の捕集状態とを相関させ、その相関関係を利用してフィルタ手段における捕集状態を判定できるようになる。
【０００８】
本発明の第１の排気処理装置において、排気流量比調整手段は排気流量を直接変化させるものに限らず、例えば一部のシリンダ群における吸入空気量を変化させることによって結果的に排気流量比を変化させるような手段を含む。好適な一態様において、前記測定状態設定手段は、前記シリンダ群毎の排気通路に設けられた可変ノズル式ターボチャージャのノズル、又は排気絞り弁を前記排気流量比調整手段として操作して前記測定状態を生じさせてもよい（請求項２）。これらのノズル又は絞り弁を利用して排気通路を完全に閉じることにより、いずれか一方のフィルタ手段に排気を集中させて測定状態を生成することができる。なお、上記の他にも、吸気弁又は排気弁についての可変動弁機構を操作してシリンダ群毎の排気流量比を調整することもできる。
【０００９】
なお、本発明の第１の排気処理装置においては、前記フィルタ手段の前後差圧を検出する差圧検出手段を具備し、前記捕集状態判定手段は、前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量と前記差圧と前記差圧検出手段が検出した差圧とに基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定してもよい。フィルタ手段の捕集状態が一定であれば前後差圧と吸入空気量とは一定の関係を保って変化するが、捕集状態が変化すれば前後差圧と吸入空気量との関係も変化するから、その関係の変化を利用して捕集状態を判定することができる。
【００１０】
本発明の第２の排気処理装置は、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、前記シリンダ群に接続される吸気通路には、前記シリンダ群毎に分岐された分岐路とシリンダ群に対して共通化されたインテークマニホールドとが設けられ、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段と、排気エネルギを利用して前記分岐路に流入する吸入空気を過給する過給機とが設けられた内燃機関に適用される排気処理装置において、前記シリンダ群毎の前記分岐路のそれぞれにおける吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記内燃機関の吸入空気量に影響する機器類の操作状態が所定の基準状態に設定されている場合に前記吸入空気量検出手段が検出するシリンダ群毎の吸入空気量の合計値と第１の閾値との大小関係と、前記基準状態にて前記吸入空気量検出手段が検出する前記シリンダ群毎の吸入空気量と第２の閾値との大小関係とに基づいて、前記シリンダ群毎の前記フィルタ手段の捕集状態を判定する捕集状態判定手段と、を備えることにより上述した課題を解決する（請求項３）。
【００１１】
第２の排気処理装置においては、吸入空気量に影響する機器類の操作状態を基準状態に設定しても、シリンダ群毎に設けられたフィルタ手段において捕集が進行する程にフィルタ手段における圧力損失が大きくなって排気流量が減少する。また、吸入通路側においては、排気流量の減少により過給機の過給効果が低下して当該過給機が設けられた側の分岐路にて検出される吸入空気量が減少する。このように第２の排気処理装置においては、フィルタ手段における捕集の進行状態と分岐路において検出される吸入空気量とがシリンダ群毎に相関関係を有する。
【００１２】
そして、各分岐路における吸入空気量の合計値と第１の閾値とを大小比較することにより、いずれか一方のフィルタ手段が他方のフィルタ手段よりも先行して捕集量が所定レベル（例えば再生処理が必要な限度）に達していることを検出でき、また、各分岐路における吸入空気量と第２の閾値とを大小比較することにより、それぞれのフィルタ手段にて互いに等しく捕集が進行している場合でも、各フィルタ手段における捕集量が上述した所定レベルに達していることを検出できる。このように二つの閾値を利用して捕集状態を判定することにより、排気通路毎のフィルタ手段における粒子状物質の捕集が均等に進行している場合、及び不均一に進行している場合のいずれにおいても、捕集状態の判定に関する誤差を減らして判定精度を向上させることができる。
【００１３】
なお、吸入空気量に影響する機器類には、吸入空気量を調整するために操作されるスロットル弁や吸気弁についての可変動弁機構、ターボチャージャ等の過給機に限らず、排気絞り弁やＥＧＲ弁のように吸入空気量に結果として影響を与えるような機器も含む。但し、捕集状態の判定精度からみて、吸入空気量に与える影響が無視できる程小さい機器については機器類に含めなくてよい。基準状態に設定されているときの吸入空気量は、上記の機器類を基準となる操作状態に実際に操作して吸入空気量検出手段により検出することができる。操作状態と吸入空気量に与える影響との関係が既知の機器に関しては現実に基準状態に設定することなく、現実の設定状態のままで吸入空気量検出手段にて吸入空気量を検出し、その検出値を機器の操作状態に応じて補正することにより、当該機器が基準状態に操作されたと仮定したときの吸入空気量を取得するようにしてもよい。
【００１４】
本発明の第２の排気処理装置において、前記捕集状態判定手段は、前記吸入空気量の合計値が前記第１の閾値よりも小さく、かついずれか一方のシリンダ群に対応する吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量が前記第２の閾値よりも小さいと判断した場合に、各吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量を比較して前記粒子状物質の捕集が進んでいるフィルタ手段を特定してもよい（請求項４）。
【００１５】
上述したように粒子状物質の捕集が進めば過給機の過給効果が低下して分岐路における吸入空気量が減少するので、分岐路の吸入空気量を相互に比較すればいずれの側のフィルタ手段において捕集がより進行しているかを特定することができる。捕集が進んでいると特定されたフィルタ手段に対して、反対側のフィルタ手段よりも先に、前記粒子状物質を除去する再生処理を実行する再生手段をさらに備えることにより（請求項５）、フィルタ手段の機能を効率よく回復させることができる。
【００１６】
また、本発明の捕集状態判定方法は、互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、該シリンダ群に接続される吸気通路の少なくとも一部は前記２つのシリンダ群に対して共通化され、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段が設けられ、各フィルタ手段への排気流量比が排気流量比調整手段にて調整可能とされた内燃機関に適用され、前記フィルタ手段における前記粒子状物質の捕集状態を判定する排気処理装置の捕集状態判定方法において、前記シリンダ群への吸入空気量の合計値を検出する工程と、前記シリンダ群のうち、いずれか一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段に対して排気が導かれない測定状態が生じるように前記排気流量比調整手段を操作する工程と、前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定する工程とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項６）。
【００１７】
この判定方法によれば、上述した第１の排気処理装置と同様の理由により、吸入空気量と判定対象のいずれか一方のフィルタ手段の捕集状態とを相関させ、その相関関係を利用してフィルタ手段における捕集状態を判定できるようになる。
【００１８】
なお、本発明の排気処理装置及びその捕集状態判定方法において、吸入空気量の検出はエアフロメータのように吸入空気量を直接検出する手段によるものに限らず、吸入空気量と相関する吸気圧等の他の物理量を検出することにより、吸入空気量を間接的に検出する場合も含む。フィルタ手段は、排気ガス中に含まれた粒子状物質を捕集する機能を有していれば足り、有害物質の酸化や還元による浄化を促す触媒機能の有無を問わない。捕集状態の判定は、粒子状物質の捕集量が所定の閾値に達したか否かを判定すること、粒子状物質の捕集量を推定すること等、各種の態様を含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る排気処理装置が組み込まれた内燃機関を示している。この実施形態において、内燃機関は左右のバンク２Ｌ、２Ｒに４つずつシリンダ３が設けられたＶ型８気筒のディーゼルエンジン１として構成されている。左バンク２Ｌのシリンダ３によって一つのシリンダ群が構成され、右バンク２Ｒのシリンダ３によって他の一つのシリンダ群が構成される。なお、一つのシリンダ群には少なくとも一つのシリンダ３が含まれていればよい。
【００２０】
各シリンダ３に吸気を導くための吸気通路４はエアクリーナ５の下流においてバンク毎の分岐路４Ｌ、４Ｒに分かれており、その分岐路４Ｌ、４Ｒにターボチャージャ６のコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａの下流において分岐路４Ｌ、４Ｒはインタークーラ７を通過し、吸気通路４の一部を構成する共通のインテークマニホールド８に接続される。吸気通路４の分岐路４Ｌ、４Ｒよりも上流には吸入空気量検出手段としてのエアフロメータ９が設けられている。
【００２１】
一方、各バンクのシリンダ３からの排気は、バンク毎に設けられた排気通路１０Ｌ、１０Ｒのエキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒからターボチャージャ６のタービン６ｂに導かれ、さらにタービン６ｂの下流側に導かれる。ターボチャージャ６は、開度調整が可能なノズル装置（不図示）をタービン６ｂ側に備えた可変ノズルターボチャージャ（以下、ＶＮＴと呼ぶことがある。）である。各ターボチャージャ６のノズル開度はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１２にて全開状態と全閉状態との間で制御される。全閉状態においては排気通路１０Ｌ、１０Ｒが閉鎖される。なお、ＥＣＵ１２は各シリンダ３に設けられた燃料噴射弁２０からの燃料噴射量等を調整してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータである。
【００２２】
エンジン１にはＥＧＲ通路１３が設けられている。ＥＧＲ通路１３は、エキゾーストマニホールド１１Ｌ、１１Ｒにそれぞれ接続されたバンク毎のＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒと、ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３Ｒを結ぶ連絡通路１３Ｃとを備えている。ＥＧＲ通路１３Ｌ、１３ＲにはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが設けられ、連絡通路１３Ｃは各クーラ１４Ｌ、１４Ｒの間に設けられている。このように連絡通路１３Ｃを介してＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒが相互に接続されているため、ＥＧＲクーラ１４Ｌに関してはその排気還流時の入口側（左端側）にＥＧＲ通路１３Ｌの圧力が導入され、排気還流時の出口側（右端側）にはＥＧＲクーラ１４Ｒの出口側におけるＥＧＲ通路１３Ｒの圧力が連絡通路１３Ｃを介して導入される。また、ＥＧＲクーラ１４Ｒに関してはその排気還流時の入口側（右端側）にＥＧＲ通路１３Ｒの圧力が導入され、排気還流時の出口側（左端側）にはＥＧＲクーラ１４Ｌの出口側におけるＥＧＲ通路１３Ｌの圧力が連絡通路１３Ｃを介して導入される。
【００２３】
さらに、連絡通路１３Ｃは一対のＥＧＲ弁１５を介してインテークマニホールド８に接続されている。ＥＧＲ弁１５の開度はＥＣＵ１２によりエンジン１の運転状態に応じて制御される。その開度制御の内容は通常の内燃機関のＥＧＲ制御と同様でよい。なお、ＥＧＲ通路１３には、ＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒを迂回して排気ガスを流すためのバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒと、排気ガスをＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒ又はバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒに選択的に導く流路切替弁（不図示）とがさらに設けられる。
【００２４】
ターボチャージャ６よりも下流の排気通路１０Ｌ、１０Ｒには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段としてのパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと略称することがある。）１６Ｌ、１６Ｒが設けられている。なお、フィルタ１６Ｌ、１６ＲにはＮＯｘ吸蔵還元物質のような触媒物質が坦持されてもよい。タービン６ｂとフィルタ１６Ｌ、１６Ｒとの間には、フィルタ１６、１６Ｒに堆積した粒子状物質を燃やしてフィルタ１６Ｌ、１６Ｒを再生するための燃料添加弁１７Ｌ、１７Ｒが設けられている。また、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの取付位置にはフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの前後差圧を検出する差圧センサ１８Ｌ、１８Ｒが設けられている。フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの下流には排気圧力をバンク毎に調整するための排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒが設けられている。排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの開度もＥＣＵ１２により全開状態と全閉状態との間で制御される。全閉状態においては排気通路１０Ｌ、１０Ｒが閉鎖される。排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの下流にはさらに消音器等が設けられるが、その図示は省略した。
【００２５】
次に、図２を参照してエンジン１におけるフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態の判定方法を説明する。
【００２６】
左側のバンク２Ｌに対応するフィルタ１６Ｌの捕集状態を判定するには、まず、右側のバンク２Ｒの排気通路１０Ｒに設けられたタービン６ｂのノズルを全閉状態に操作し、又は排気絞り弁１９Ｒを全閉状態に操作して排気通路１０Ｒのフィルタ１６Ｒへの排気ガスの流入を阻止する。左側のタービン６ｂのノズル及び排気絞り弁１９Ｌは全閉状態以外の任意の開度でよい。ＥＧＲ弁１４Ｌ、１４Ｒについても任意の開度でよい。
【００２７】
以上の設定においては、図２（ａ）に矢印で示したように右バンク２Ｒのシリンダ３からの排気ガスはＥＧＲ通路１３Ｒ、連絡通路１３Ｃ及びＥＧＲ通路１３Ｌを経てエキゾーストマニホールド１１Ｌに流れて左バンク２Ｌのシリンダ３からの排気ガスと合流する。合流した排気ガスは左側のフィルタ１６Ｌを通過して排出される。従って、エアフロメータ９が検出する吸入空気量は左側のフィルタ１６Ｌを通過する排気量と一致し、これにより、エアフロメータ９が検出する吸入空気量からフィルタ１６Ｌの捕集状態を判定することができる。
【００２８】
一方、右側のバンク２Ｒに対応するフィルタ１６Ｒの捕集状態を判定するには、まず、左側のバンク２Ｌの排気通路１０Ｌに設けられたタービン６ｂのノズルを全閉状態に操作し、又は排気絞り弁１９Ｌを全閉状態に操作して排気通路１０Ｌのフィルタ１６Ｌへの排気ガスの流入を阻止する。右側のタービン６ｂのノズル及び排気絞り弁１９Ｒは全閉状態以外の任意の開度でよい。ＥＧＲ弁１４Ｌ、１４Ｒについても任意の開度でよい。
【００２９】
以上の設定によれば、図２（ｂ）に矢印で示したように左バンク２Ｌのシリンダ３からの排気ガスはＥＧＲ通路１３Ｌ、連絡通路１３Ｃ及びＥＧＲ通路１３Ｒを経てエキゾーストマニホールド１１Ｒに流れて右バンク２Ｒのシリンダ３からの排気ガスと合流する。合流した排気ガスは右側のフィルタ１６Ｒを通過して排出される。従って、エアフロメータ９が検出する吸入空気量は右側のフィルタ１６Ｒを通過する排気量と一致し、これにより、エアフロメータ９が検出する吸入空気量からフィルタ１６Ｒの捕集状態を判定することができる。
【００３０】
図３は、上述した捕集状態の判定方法を実施するためにＥＣＵ１２が実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転中において所定の周期で繰り返し実行される。フィルタ捕集状態判定ルーチンの最初のステップＳ１において、ＥＣＵ１２はエンジン１に対する燃料噴射量が０となる燃料無噴射状態か否か判断し、無噴射状態でなければ今回のルーチンを終える。つまり、図３のルーチンでは、排気通路１０Ｌ、１０Ｒを交互に閉じてフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態を判定するので、エンジン１の運転になるべく影響の少ない状態として燃料噴射量が０に設定されたいわゆる燃料カット中であることを判定実施の前提条件としている。但し、捕集状態を判定する前提としての運転条件はこれに限らず適宜に定めてよい。
【００３１】
燃料無噴射状態であればステップＳ２へ進み、ＥＣＵ１２は判定対象の排気通路１０Ｌ又は１０Ｒを開き、反対側の排気通路１０Ｒ又は１０Ｌを閉じるようにターボチャージャ６のノズル開度及び排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの開度を設定する。これにより、ＥＣＵ１２は測定状態設定手段として機能し、ターボチャージャ６及び排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒは排気流量比調整手段として機能する。
【００３２】
続くステップＳ３において、判定対象の排気通路１０Ｌ又は１０Ｒに設けられたフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの前後差圧を差圧センサ１８Ｌ又は１８Ｒから取得し、次のステップＳ４ではエアフロメータ９から吸入空気量を取得する。続くステップＳ５において、取得された前後差圧を吸入空気量で除した商（＝差圧／吸入空気量）を演算し、その商が規定値よりも大きいか否か判断する。ここで使用される規定値は、判定対象のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集状態が限界、つまりフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおける粒子状物質の捕集量が限界に達し、再生処理が必要な程に詰まりが生じているか否かを判断するための閾値である。このような閾値は例えば実験的に求めることができる。ステップＳ５の処理によりＥＣＵ１２は捕集状態判定手段として機能する。
【００３３】
そして、ステップＳ５で規定値より大きいときはステップＳ６に進み、現在の判定対象のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに対する再生処理の実行を許可する。この許可に反応して、ＥＣＵ１２は図３のルーチンとは別に用意された不図示の再生処理ルーチンを実行し、再生処理が許可された側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに燃料添加弁１７Ｌ又は１７Ｒから燃料を添加して粒子状物質を燃焼させる再生処理を実行し、フィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの詰まりの解消を図る。ステップＳ５で否定判断された場合にはステップＳ６がスキップされる。
【００３４】
続くステップＳ７では、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの両者について判定を終えたか否か判断し、いずれか一方のみが判定されている場合にはステップＳ８に進んで判定対象の排気通路を変更し、その後にステップＳ２へ戻る。ステップＳ７にて左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの双方に対して判定が終わっていると判断した場合にルーチンを終える。
【００３５】
なお、以上の実施形態によれば、ターボチャージャ６のタービン６ｂの流量特性を検出することができる。この点を図４により説明する。
【００３６】
図４は上記の手順によりフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態を判定した時の吸気及び排気の流量に影響を与える要素を流れ順序に沿って書き出したチャートであり、（ａ）が左側のフィルタ１６Ｌの捕集状態の判定時に、（ｂ）が右側のフィルタ１６Ｒの捕集状態の判定時にそれぞれ対応する。これらを比較すれば明らかなように、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集状態を判定した時に、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａの流量特性、インタークーラ７の圧力損失、及び左右のバンク２Ｌ、２Ｒのヘッドポートの流量特性が等しく影響しているので、それ以外のＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒの圧力損失、可変ノズル式のターボチャージャ６のタービン６ｂにおける流量特性、及びフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける圧力損失が各判定時における排気流量に差を生じさせる要素となる。ここで、ＥＧＲガスの通路としてバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒを選択することによりＥＧＲクーラ１４Ｌ、１４Ｒにおける圧力損失の影響は除外できる。また、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける圧力損失に関しては差圧センサ１８Ｌ、１８Ｒにて検出することができる。この結果、排気流量の差からターボチャージャ６のタービン６ｂにおける流量特性の差を検出することが可能となる。そして、得られた流量特性の差に基づいて左右のターボチャージャ６のノズル開度に差を与えることにより、左右のターボチャージャ６のタービン６ｂを互いに等しく動作させ、左右のバンク２Ｌ、２Ｒの間におけるタービン６ｂの回転数や排気流量のばらつきを抑えてエンジン１の出力、排気性能を向上させることができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態に係る排気処理装置が組み込まれた内燃機関を示している。なお、図１と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３８】
図５の内燃機関も左右のバンク２Ｌ、２Ｒに４つずつシリンダ３が設けられたＶ型８気筒のディーゼルエンジン１として構成され、左バンク２Ｌのシリンダ３によって一つのシリンダ群が構成され、右バンク２Ｒのシリンダ３によって他の一つのシリンダ群が構成されている。これらの点は図１のエンジン１と共通する。しかしながら、図５のエンジン１においては、分岐路４Ｌ、４Ｒのそれぞれにエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが設けられ、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの取付位置において差圧センサが省略されている点で図１のエンジン１と相違する。そして、この実施形態では、左右のエアフロメータ９Ｌ、９Ｒの吸入空気量を利用してフィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集状態を判定している。なお、図５においてＥＧＲバイパス通路２１Ｌ、２１Ｒの図示は省略した。
【００３９】
次に、図６及び図７により本実施形態におけるフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態とエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量との関係を説明する。
【００４０】
図６（ａ）は、吸入空気量に影響する機器類、例えばスロットル弁、ターボチャージャ６のノズル、排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒ、吸排気弁についての可変動弁機構等の操作状態を所定の基準状態に固定した場合のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける粒子状物質の捕集量と、左右のエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出する吸入空気量の合計値との関係を示している。図の横軸が捕集量を示し、右端が捕集量０であり、左端に向かうほど捕集量は増加する。吸入空気量は図の下方ほど減少する。図中の白丸を結ぶ線Ｌ１はフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行している場合（均等詰まり）の吸入空気量の合計値を、図中の黒三角を結ぶ線Ｌ２はいずれか一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに偏って捕集が進行している場合（片詰まり）の吸入空気量の合計値をそれぞれ示している。また、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量の合計値が図中の縦線Ｐ、Ｑ、Ｒのそれぞれの場合における左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量を水平方向の棒グラフＸ１〜Ｘ３で示している。なお、棒グラフＸ１〜Ｘ３においては左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集量を互いに異なるトーンで示している。片詰まり時には、便宜的に一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が他方のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌの捕集量の２倍と見なしている。
【００４１】
いま、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行し、エアフロメータ９Ｌ、９Ｒの吸入空気量の合計値が判定値Ｃまで低下した縦線Ｐの位置で各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの合計の捕集量がＰＭ再生を必要とする限界である再生要求捕集量に達したとする。従って、図６（ａ）において、横軸３マス分の捕集量が各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける捕集量の限界となる（最上段の棒グラフＸ１参照）。この場合には吸入空気量の合計値が判定値Ｃに達したか否かによりフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量がそれぞれ限界に達したか否かを判断できる。しかし、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が不均一に進行する片詰まりの場合には、吸入空気量の合計値の低下が均等詰まりの場合よりも早く現れるので、吸入空気量の合計値が判定値Ｃに達したか否かによって捕集量を判定すれば、棒グラフＸ２にて示したように一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が限界値よりも大きくなる。この場合、図６（ｂ）に示すように一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量は誤判定分△１だけ増加する。また、他方のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌの捕集量に関しては、合計捕集量が縦線Ｐよりも減少し、かつ反対側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が要求捕集量よりも△１だけ増加しているため、要求捕集量に対して誤判定分△１よりもさらに大きい値だけ減少する。
【００４２】
そこで、図６（ａ）の棒グラフＸ３のように、片詰まり状態にて捕集速度が高い側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの捕集量が限界（再生要求量）に達したときの合計捕集量（縦線Ｒ）に対応する吸入空気量の合計値Ｂを吸入空気量の合計値に対する判定値として使用する。この判定値Ｂによれば、均等詰まりの場合に図６（ｂ）に棒グラフＸ４で示したように要求捕集量よりも誤判定分△２だけ早い時期に捕集量が限界と判定されるが、限界を超えて捕集を続けるような不都合がない。また、誤判定分△２は各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒに等しく割り振られるので、各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量と要求捕集量との誤差は判定値Ｃを使う場合よりも遙かに小さい。
【００４３】
一方、図７（ａ）は、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれにおける粒子状物質の捕集量とエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出する吸入空気量との関係を示している。なお、図７において、吸入空気量に影響する機器類、例えばスロットル弁、ターボチャージャ６のノズル、排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒ、吸排気弁についての可変動弁機構等の操作状態は図６の場合と同様に所定の基準状態に固定されている。また、図の横軸が捕集量を示し、右端が捕集量０であり、左端に向かうほど捕集量は増加する。吸入空気量は図の下方ほど減少する。図中の白丸及び黒丸を結ぶ線Ｌ３、Ｌ４はそれぞれフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行している場合（均等詰まり）にエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出した吸入空気量を、図中の黒三角及び白三角をそれぞれ結ぶ線Ｌ５、Ｌ６は、いずれか一方のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに偏って捕集が進行している場合（片詰まり）にエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出した吸入空気量をそれぞれ示している。
【００４４】
図７（ａ）の線Ｌ３、Ｌ４から明らかなように、左右のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が均等に進行している場合にはエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出する吸入空気量は等しく低下する。判定値Ｂ′まで吸入空気量が低下した縦線Ｓの位置で各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの合計の捕集量がＰＭ再生を必要とする限界である再生要求捕集量に達したとする。従って、図７（ａ）において、横軸６マス分の捕集量が各フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける捕集量の限界となる（最上段の棒グラフＹ１参照）。この場合にはエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量が判定値Ｂ′に達したか否かによりフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量がそれぞれ限界に達したか否かを判断できる。
【００４５】
しかし、判定値Ｂ′を利用してフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいて捕集が不均一に進行する片詰まりの場合の限界を判定しようとすれば、捕集速度が高い側のエアフロメータ９Ｌ又は９Ｒにおいて吸入空気量が均等詰まりの場合よりも早く低下するので、エアフロメータ９Ｌ又は９Ｒの吸入空気量が判定値Ｂ′に達する縦線Ｔの位置で捕集量が限界に達したと判定すれば、棒グラフＹ２にて示したようにいずれのフィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおいても捕集量が限界値より少ないにも拘わらず限界と判断されることになる。この場合、図７（ｂ）に示すように、捕集量の多い側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおける誤判定分を△３とすれば、反対側のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌの誤判定分はそれよりも大きい。
【００４６】
その一方、図７（ａ）に線Ｌ５で示された、片詰まり時における捕集速度が高い側の吸入空気量の変化に基づいて、その吸入空気量と判定値Ｃ′とを比較して捕集量が再生要求量に達したか否かを判定するものとすれば、図７（ｂ）に棒グラフＹ３で示したように、一方の側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒにおいて捕集量が再生要求量と一致し、反対側のフィルタ１６Ｒ又は１６Ｌにおいては捕集量が再生要求量よりも少ないので一見して合理的に見える。しかし、棒グラフＹ４で示したように、判定値Ｃ′にて判定した場合にはフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集が均等に進行する均等詰まり時において、それぞれの捕集量が限界である再生要求量を誤判定値△４だけ上回るまでは捕集量が限界と判断されない。これにより、判定値Ｃ′とエアフロメータ９Ｌ、９Ｒのそれぞれが検出した吸入空気量とを比較することは適当ではない。
【００４７】
以上の検討からみて、均等詰まり時における捕集量の限界を個々のエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量と判定値Ｂ′との比較にて判定し、その一方で、片詰まり時における捕集量の限界をエアフロメータ９Ｌ、９Ｒが検出する吸入空気量の合計値と判定値Ｂとの比較にて判定することにより、均等詰まり及び片詰まりのいずれの場合でも、少なくともいずれか一方のフィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集量が限界に達したことを検出でき、かつ、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒのそれぞれの捕集量が限界を超えて増加することを回避できて都合がよいことが判る。なお、合計判定値Ｂの設定値と、片詰まり時の捕集量の比率によっては誤差が生じるが、吸入空気量の合計値又は個別値（エアフロメータ毎の検出値）のいずれか一方のみを判定値と比較して判断するよりは判定精度が向上する。
【００４８】
図８は、以上の捕集状態の判定方法を実施するためにＥＣＵ１２が実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転中において所定の周期で繰り返し実行される。フィルタ捕集状態判定ルーチンの最初のステップＳ２１において、ＥＣＵ１２はエンジン１に対する燃料噴射量が０となる燃料無噴射状態か否か判断し、無噴射状態でなければ今回のルーチンを終える。図８のルーチンにおいては、エンジン１の燃焼に影響するターボチャージャ６のノズル開度等を所定の基準状態に操作するので、燃焼になるべく影響の少ない状態として図３の例と同様に燃料噴射量が０に設定されたいわゆる燃料カット中であることを判定実施の前提条件としている。但し、捕集状態を判定する前提としての運転条件はこれに限らず適宜に定めてよい。
【００４９】
燃料無噴射状態であればステップＳ２２へ進み、ＥＣＵ１２は吸入空気量に影響する機器類の操作状態を所定の基準状態に設定する。エアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出する吸入空気量は様々な要因で変化するため、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒの捕集状態の影響による吸入空気量の変化を検出するためには、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒ以外の要因による吸入空気量の変化を排除する必要があり、そのためにターボチャージャ６のノズル開度や排気絞り弁１９Ｌ、１９Ｒの開度、吸気側のスロットル弁の開度や可変動弁機構による吸排気弁の動弁特性を所定の基準状態に設定する。但し、操作状態が吸入空気量に与える影響が既知である機器についてはステップＳ２２の操作対象から除外し、吸入空気量をその除外した機器の操作状態に応じて補正することにより、その機器が基準状態に操作されていたと仮定したときの吸入空気量を求めるようにしてもよい。また、フィルタ１６Ｌ、１６Ｒにおける捕集状態の判定精度に与える影響が無視できる程小さい機器についてもステップＳ２２の操作対象から除外してよい。
【００５０】
続くステップＳ２３においてはエアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出する吸入空気量を取得する。そして、ステップＳ２４で合計吸入空気量（各エアフロメータの検出値の合計値）が判定値Ｂ未満か否かを判定し、これが肯定された場合にステップＳ２５に進んでエアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出した個別の吸入空気量が判定値Ｂ′未満か否か判定する。なお、エアフロメータ９Ｌ又は９Ｒのいずれの検出値が判定値Ｂ′未満であってもステップＳ２５は肯定判断される。そして、ステップＳ２４及びＳ２５がいずれも肯定判断された場合にステップＳ２６へ進み、エアフロメータ９Ｌ、９Ｒがそれぞれ検出した吸入空気量を大小比較する。続くステップＳ２７においては、左側のエアフロメータ９Ｌが検出した吸入空気量が右側のエアフロメータ９Ｒのそれよりも少ないか否か判断し、これが肯定されるとステップＳ２８へ、否定されるとステップＳ２９へ処理を進める。
【００５１】
ステップＳ２８では左側のフィルタ１６Ｌに対する再生処理を許可し、ステップＳ２９では右側のフィルタ１６Ｒに対する再生処理を許可する。ステップＳ２８又はＳ２９による再生処理の許可に反応して、ＥＣＵ１２は図８のルーチンとは別に用意された不図示の再生処理ルーチンを実行し、再生処理が許可された側のフィルタ１６Ｌ又は１６Ｒに燃料添加弁１７Ｌ又は１７Ｒから燃料を添加して粒子状物質を燃焼させる再生処理を実行し、フィルタ１６Ｌ又は１６Ｒの詰まりの解消を図る。これらの処理により、ＥＣＵ１２は再生制御手段として機能する。
【００５２】
ステップＳ２８又はＳ２９の処理後はステップＳ３０に進み、ステップＳ２２で基準状態に操作した機器類の操作状態を元に戻す。そして、ステップＳ３０の終了後にルーチンを終える。なお、ステップＳ２４又はＳ２５のいずれか一方の条件が否定された場合、ＥＣＵ１２はステップＳ２６〜Ｓ２９の処理をスキップしてステップＳ３０に進む。
【００５３】
以上の実施形態では、Ｖ型エンジンのバンク毎にシリンダ群を構成しているが、本発明はＶ型エンジンに限らない。直列エンジンや水平対向型のエンジンであっても、一部のシリンダ群と他のシリンダ群とをそれぞれ別々の排気通路に接続している限りは本発明を適用することができる。排気通路は、少なくとも一部においてシリンダ群毎に分岐され、その分岐された部分にフィルタ手段が設けられていれば足り、フィルタ手段の下流で排気通路が合流してもよいし、合流しなくてもよい。本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンでもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の排気処理装置及びその捕集状態判定方法によれば、複数のシリンダ群のそれぞれへの吸入空気量の合計値と、シリンダ群毎の排気通路のフィルタ手段における捕集状態とを個々に相関させた測定状態を作り出し、その相関関係を利用して各フィルタ手段における捕集状態を判定できる。
【００５５】
また、本発明の第２の排気処理装置によれば、吸気通路のシリンダ群毎に分岐された部分における吸入空気量を個別に検出し、それらの合計値と第１の閾値とを大小比較するとともに、個別の吸入空気量を第２の閾値と大小比較することにより、排気通路毎のフィルタ手段における粒子状物質の捕集が均等に進行している場合、及び不均一に進行している場合のいずれにおいてもフィルタ手段の捕集量が所定の限界に達する前にこれを検出でき、判定に関する誤差を減らして判定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気処理装置が設けられた内燃機関の構成を示す図。
【図２】図１のエンジンにおけるパティキュレートフィルタの捕集状態の判定方法を示す図。
【図３】図１のＥＣＵがパティキュレートフィルタの捕集状態を判定するために実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示すフローチャート。
【図４】図３の判定時において吸気及び排気の流量に影響を与える要素を流れ順序に従って書き出したチャート。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る排気処理装置が設けられた内燃機関の構成を示す図。
【図６】第２の実施形態におけるパティキュレートフィルタの捕集量と吸入空気量の合計値との関係を示す図。
【図７】第２の実施形態におけるパティキュレートフィルタの捕集量と左右のバンク毎の吸入空気量との関係を示す図。
【図８】図５のＥＣＵがパティキュレートフィルタの捕集状態を判定するために実行するフィルタ捕集状態判定ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２Ｌ、２Ｒ バンク
３ シリンダ
４ 吸気通路
４Ｌ、４Ｒ 分岐路
５ エアクリーナ
６ ターボチャージャ（排気流量比調整手段）
７ インタークーラ
８ インテークマニホールド
９、９Ｌ、９Ｒ エアフロメータ（吸入空気量検出手段）
１０Ｌ、１０Ｒ 排気通路
１１Ｌ、１１Ｒ エキゾーストマニホールド
１２ エンジンコントロールユニット（測定状態設定手段、捕集状態判定手段、再生制御手段）
１３ ＥＧＲ通路
１４Ｌ、１４Ｒ ＥＧＲクーラ
１６、１６Ｒ フィルタ（フィルタ手段）
１８Ｌ、１８Ｒ 差圧センサ
１９Ｌ、１９Ｒ 排気絞り弁（排気流量比調整手段）
２０ 燃料噴射弁
２１Ｌ、２１Ｒ バイパス通路
Claims (6)
- 互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、該シリンダ群に接続される吸気通路の少なくとも一部は前記２つのシリンダ群に対して共通化され、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段が設けられ、各フィルタ手段への排気流量比が排気流量比調整手段にて調整可能とされた内燃機関に適用される排気処理装置において、
前記シリンダ群への吸入空気量の合計値を検出する吸入空気量検出手段と、
前記シリンダ群のうち、いずれか一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段に対して排気が導かれない測定状態が生じるように前記排気流量比調整手段を操作する測定状態設定手段と、
前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定する捕集状態判定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理装置。 - 前記測定状態設定手段は、前記シリンダ群毎の排気通路に設けられた可変ノズル式ターボチャージャのノズル、又は排気絞り弁を前記排気流量比調整手段として操作して前記測定状態を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気処理装置。
- 互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、前記シリンダ群に接続される吸気通路には、前記シリンダ群毎に分岐された分岐路とシリンダ群に対して共通化されたインテークマニホールドとが設けられ、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段と、排気エネルギを利用して前記分岐路に流入する吸入空気を過給する過給機とが設けられた内燃機関に適用される排気処理装置において、
前記シリンダ群毎の前記分岐路のそれぞれにおける吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量に影響する機器類の操作状態が所定の基準状態に設定されている場合に前記吸入空気量検出手段が検出するシリンダ群毎の吸入空気量の合計値と第１の閾値との大小関係と、前記基準状態にて前記吸入空気量検出手段が検出する前記シリンダ群毎の吸入空気量と第２の閾値との大小関係とに基づいて、前記シリンダ群毎の前記フィルタ手段の捕集状態を判定する捕集状態判定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理装置。 - 前記捕集状態判定手段は、前記吸入空気量の合計値が前記第１の閾値よりも小さく、かついずれか一方のシリンダ群に対応する吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量が前記第２の閾値よりも小さいと判断した場合に、各吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量を比較して前記粒子状物質の捕集が進んでいるフィルタ手段を特定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気処理装置。
- 前記捕集が進んでいると特定されたフィルタ手段に対して、反対側のフィルタ手段よりも先に、前記粒子状物質を除去する再生処理を実行する再生制御手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気処理装置。
- 互いに異なる排気通路に接続される２つのシリンダ群を有し、該シリンダ群に接続される吸気通路の少なくとも一部は前記２つのシリンダ群に対して共通化され、前記シリンダ群毎の排気通路のそれぞれには排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ手段が設けられ、各フィルタ手段への排気流量比が排気流量比調整手段にて調整可能とされた内燃機関に適用され、前記フィルタ手段における前記粒子状物質の捕集状態を判定する排気処理装置の捕集状態判定方法において、
前記シリンダ群への吸入空気量の合計値を検出する工程と、
前記シリンダ群のうち、いずれか一方のシリンダ群に対応するフィルタ手段にのみ排気が導かれ、他方のシリンダ群に対応するフィルタ手段に対して排気が導かれない測定状態が生じるように前記排気流量比調整手段を操作する工程と、
前記測定状態にて前記吸入空気量検出手段が検出した吸入空気量に基づいて前記一方のシリンダ群の排気通路に設けられたフィルタ手段の捕集状態を判定する工程と、
を備えたことを特徴とする排気処理装置の捕集状態判定方法。
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