JP2006002672A - パティキュレート堆積量推定方法及びパティキュレートフィルタ再生処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタにパティキュレートが不均一に堆積した場合であっても、その堆積量を精度良く求めること。
【解決手段】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの空燃比を検出し、その空燃比とエンジン回転数とに基づいて、排気ガスにおけるＰＭ発生量を算出する。そして、ＰＭ発生量を積算することによって、パティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を求める。このように、排気ガスの空燃比に基づいて、その排気ガスにおけるＰＭ発生量を算出すれば、パティキュレートフィルタ４における堆積状態が均一か不均一かに係らず、堆積量を精度良く求めることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気微粒子（パティキュレート）を捕集する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方法、及びそのパティキュレート堆積量推定方法を用いたパティキュレートフィルタ再生処理装置に関するものである。

近年、車両等に搭載される内燃機関では、エミッション（排気ガス）の浄化レベルの向上が要求されている。特に、軽油を燃料とするディーゼルエンジンでは、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子（パティキュレート）を除去することが必要となる。このため、排気通路にパティキュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィルタによって排気ガス中のパティキュレートを捕集する。

パティキュレートフィルタは、例えば多孔質セラミック体からなり、排気ガスが多孔質の隔壁を透過する際に、その隔壁の表面や細孔でパティキュレートを捕集する。この捕集により、パティキュレート堆積量が過剰になると、パティキュレートフィルタにおける捕集能力が低下したり、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通抵抗が増大したりする。排気ガスの流通抵抗が増大すると、ディーゼルエンジンの背圧が上昇するため、ディーゼルエンジンの出力の低下等を招く。

従って、パティキュレートを除去してパティキュレートフィルタの再生を可能とするため、パティキュレートフィルタには、白金等の酸化触媒が設けられる。そして、ディーゼルエンジンの排気工程中に燃料を噴射することにより、その燃料を未燃焼のままパティキュレートフィルタに供給し、その燃料の燃焼熱を利用して酸化触媒の温度を上げる。この酸化触媒の温度上昇によって、パティキュレートは酸化・燃焼され、フィルタから除去される。

このように再生処理においては、未燃焼燃料をパティキュレートフィルタに供給するので、万一、不必要に再生処理が実施されると、燃費の悪化等を招いてしまう。このため、例えば、特許文献１には、パティキュレートフィルタを再生すべき時期を適正に判定するために、パティキュレート堆積量の検出精度を向上する技術が記載されている。この特許文献１に記載された技術について、以下、説明する。

パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量は、その堆積量に応じてパティキュレートフィルタの入口と出口との間における差圧が変化することを利用して検出できる。すなわち、堆積量が増加するにつれてパティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通抵抗が増大するため、差圧も増加する。従って、検出差圧が所定値を越えたときにパティキュレートフィルタの再生時期と判定できる。

ただし、パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量が少ないと、上記差圧も小さくなってしまい、パティキュレート堆積量の検出精度が低下する恐れがある。同様に、排気ガスの流量が変化する過渡状態においても安定した差圧が得られないため、検出精度が低下する恐れがある。このため、特許文献１では、アクセル開度変化率が小さく、かつ排気流量が大きい状況、すなわち、上記差圧に基づいてパティキュレート堆積量を高精度に検出できる状況であるか否かを判定する。そして、そのような状況と判定した場合には、差圧及び排気ガス流量からパティキュレート堆積量を演算する。逆に、そのような状況ではないと判定した場合には、燃料噴射量及びエンジンの回転速度からエンジンからのパティキュレート排出量を推定し、堆積量の増分を求める。この堆積量の増分を、上記差圧に基づいて検出されたパティキュレート堆積量の最新値に加算し、現在の堆積量とする。
特開２００４−１９５２９号公報

上述した特許文献１に記載の技術によれば、パティキュレートフィルタの入口と出口との差圧等に基づいて、比較的高精度にパティキュレート堆積量を検出することができる。
ただし、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの堆積の仕方が不均一である場合には、パティキュレート堆積量と差圧の変化との関係が崩れるので、パティキュレート堆積量の検出精度が低下する恐れがある。

また、その差圧を検出するセンサに異常が発生した場合には、当然のことながら、パティキュレート堆積量を精度良く検出することはできない。このような問題に対処するため、例えば差圧を検出するセンサを複数設けることも考えられるが、その分、コストの上昇を招いてしまう。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、パティキュレートが不均一に堆積した場合であっても、その堆積量を精度良く求めることが可能なパティキュレート堆積量推定方法及びパティキュレートフィルタ再生処理装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、既存のセンサを利用してパティキュレート堆積量を高精度に推定可能なパティキュレート堆積量推定方法及びパティキュレートフィルタ再生処理装置を提供することを他の目的とする。従って本発明を、例えば差圧を検出するセンサに基づくパティキュレート堆積量の検出と併用した場合であっても、コストの増加を極力抑えることが可能になる。

上述した目的を達成するために、請求項１に記載のパティキュレート堆積量推定方法は、
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出ステップと、
検出された空燃比に基づいて、排気ガスにおけるパティキュレート発生量を算出する発生量算出ステップと、
パティキュレート発生量を積算することによって、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定する推定ステップとを備えることを特徴とする。

排気ガス中におけるＨＣ、ＣＯ等の未燃焼ガス成分が排気ガス中において増大すると、すなわち、排気ガスの空燃比が減少すると、その排気ガスに含まれるパティキュレートの発生量は増大し、逆に排気ガスの空燃比が増加すると、パティキュレートの発生量は減少する関係にある。従って、排気ガスの空燃比を検出することにより、その検出した空燃比に基づいて、排気ガスに含まれるパティキュレート発生量を算出することができる。そして、パティキュレートフィルタには、その発生量分のパティキュレートが徐々に堆積していく。従って、パティキュレートフィルタにおける堆積量は、パティキュレート発生量を積算することによって求めることができる。

上述したように、請求項１記載のパティキュレート堆積量推定方法では、排気ガスの空燃比に基づいて、その排気ガスにおけるパティキュレート発生量を算出するので、パティキュレートフィルタにおける堆積状態が均一か不均一かに係らず、堆積量を精度良く求めることができる。

なお、パティキュレート発生量を算出する際に用いられる空燃比は、通常の空燃比フィードバック制御に用いられる既存のＡ／ＦセンサやＯ_２センサによって検出できる。従って、パティキュレート堆積量を推定するために新規にセンサ等を設ける必要がないため、コストの増加を抑えることができる。

このように既存のセンサを用いながら、空燃比は、上述したようにパティキュレート発生量と相関するので、例えば燃料噴射量等のエンジンの運転状態からパティキュレート発生量を算出する場合に比較して、より精度良くパティキュレート発生量を算出することができるのである。

請求項２に記載のパティキュレート堆積量推定方法では、上述した発生量算出ステップが、空燃比から、当該空燃比と所定の相関関係を有する、排気ガスの単位体積に含まれるパティキュレート発生量を求める単位発生量算出ステップを有し、その単位体積に含まれるパティキュレート発生量と排気ガスの流量とに基づいて、パティキュレート発生量を算出することを特徴とする。

このように、排気ガスの単位体積に含まれるパティキュレート発生量が、空燃比と相関関係を有する。従って、排気ガスに含まれるパティキュレート発生量を算出するには、まず、その単位体積に含まれるパティキュレート発生量を空燃比から算出し、さらに、算出したパティキュレート発生量と排気ガスの流量とを掛け合わせれば良い。

請求項３に記載したように、排気ガスの流量は、ディーゼルエンジンの回転数から求めることができる。すなわち、エンジンのシリンダ容積は既知であり、それに回転数を掛け合わせることにより排気ガスの流量を求めることができる。なお、排気ガス流量とエンジン回転数とは１対１に対応するため、敢えてエンジン回転数を排気ガス流量に変換せずに、エンジン回転数そのものを排気ガス流量として代用しても良い。

請求項４に記載のパティキュレート堆積量推定方法は、
排気ガスの温度を検出する温度検出ステップと、
排気ガスの温度に基づいて、パティキュレートの燃焼量を算出する燃焼量算出ステップとを備え、
推定ステップでは、パティキュレートの燃焼量分だけ減じることによってパティキュレート堆積量を推定することを特徴とする。

パティキュレートは高温になると燃焼し、その燃焼量は、温度に依存する。ここで、排気ガスの温度は、パティキュレートを燃焼させる程度まで高温になることがある。従って、排気ガスの温度を検出することにより、その排気ガス温度によって燃焼されるパティキュレートの燃焼量を算出することができる。このようにパティキュレート燃焼量を算出して，その分だけ減じてパティキュレート堆積量を推定することにより、より正確なパティキュレート堆積量を推定することができる。

請求項５に記載したように、温度検出ステップにおいて、パティキュレートフィルタの上流側の排気ガスの温度が検出され、燃焼量算出ステップでは、パティキュレートフィルタ上流側排気ガス温度に基づいて、パティキュレートの燃焼量が算出されることが好ましい。パティキュレート燃焼量を求めるために、パティキュレートフィルタの上流側の排気ガス温度を用いることにより、パティキュレートフィルタに達する前及びパティキュレートフィルタの表面に堆積したパティキュレートに関しての燃焼量をより正確に求めることができる。

請求項６に記載したように、推定ステップにおいて推定されたパティキュレート堆積量を、ディーゼルエンジンの駆動停止時に不揮発性メモリに記憶する記憶ステップを備えることが好ましい。これにより、パティキュレート堆積量は、ディーゼルエンジンの駆動停止時にも確実に保持される。そして、ディーゼルエンジンの駆動が開始された時には、その保持されているパティキュレート堆積量を初期値とすることにより、パティキュレート堆積量を正確に求めることができる。

請求項７に記載のパティキュレートフィルタ再生処理装置は、
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載されたパティキュレート堆積量推定方法を用いて、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定する推定手段と、
推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量が所定値を越えた場合に、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を強制燃焼させ、当該パティキュレートフィルタを再生する再生手段とを備えることを特徴とする。

上述したパティキュレート堆積量推定方法により、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量を精度良く推定することができるので、上記のパティキュレートフィルタ再生処理装置は、適切な時期にパティキュレートフィルタの再生処理を実行することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態におけるパティキュレート堆積量推定方法及びその推定方法を用いたパティキュレートフィルタ再生処理装置について、図面に基づいて説明する。なお、本実施形態におけるパティキュレートフィルタ再生処理装置は、ディーゼルエンジン用のエンジン制御装置の一機能として実現される。

図１は、ディーゼルエンジン用のエンジン制御装置の全体構成を示す構成図である。このディーゼルエンジンにおいては、エンジン本体１に、吸入空気が流通する吸気通路２と、エンジン本体１の各気筒からの排気ガスが流通する排気通路３とが接続され、排気通路３の途中にはパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４が設けてある。

パティキュレートフィルタ４は、コーディエライトや炭化珪素等の多孔質セラミック体からなる。従って、入口（上流側）から流入した排気ガスが、多孔質の隔壁を透り、出口（下流側）へと流れるとき、パティキュレートフィルタ４には、排気ガスに含まれる排気微粒子（パティキュレート：以下、ＰＭという）が捕集され、運転時間を経るとともに堆積していく。また、パティキュレートフィルタ４のフィルタ本体の上流側には、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とする酸化触媒が担持されており、この酸化触媒は所定の温度条件下で排気微粒子を酸化、燃焼し、除去する。

本実施形態におけるディーゼルエンジンでは、エンジン本体１の各気筒に燃料を供給する、インジェクタを含む燃料供給装置５が設けられている。この燃料供給装置５の構成については後に詳しく説明する。また、この燃料噴射装置５による、噴射燃料量及び燃料噴射時期等を制御するＥＣＵ６が設けられている。ＥＣＵ６は、このようにディーゼルエンジンの運転状態を制御することに加え、上述したパティキュレートフィルタ４の再生処理制御を行なう。

ＥＣＵ６には、ディーゼルエンジンの実際の運転状態を示す種々の信号が入力され、これらの入力信号に基づいて、上述した噴射燃料量及び燃料噴射時期を決定する。これにより、必要なトルクを発生しつつ、エミッションや騒音，振動などを低減するようにディーゼルエンジンの運転状態を制御する。

また、ＥＣＵ６には、上述した再生処理制御を行なうために、パティキュレート堆積量に関連するセンサ信号として、パティキュレートフィルタ４の上流側と下流側との圧力差を検出する差圧センサ８の検出信号が入力される。排気通路３には、パティキュレートフィルタ４の上流側で分岐する第１の分岐通路１３ａと、パティキュレートフィルタ４の下流側で分岐する第２の分岐通路１３ｂとが接続されている。差圧センサ８は、これらの両分岐通路１３ａ，１３ｂに介設されて、パティキュレートフィルタ４の入口（上流側）と出口（下流側）との間の差圧を検出する。差圧センサ８によって検出される差圧は、排気流量が一定である場合、パティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量と相関関係を有し、堆積量が増加して圧力損失が大きくなるにつれて、差圧も増大する。従って、上記差圧と排気流量（エンジンへの流入空気量、エンジン回転数などから求められる）とに基づいてＰＭ堆積量を求めることができる。なお、差圧及び排気流量からＰＭ堆積量を検出する方法は、例えば特開２００４−１９５２９号公報等に詳しく説明されているので、これ以上の説明は省略する。

さらに、本実施形態では、差圧及び排気流量に基づくＰＭ堆積量の検出に加え、排気ガス中の空燃比に基づいて、ＰＭ堆積量を推定する。このため、パティキュレートフィルタ４の上流側には、排気ガスの空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ１２が設けられ、その検出信号がＥＣＵ６に入力されている。なお、Ａ／Ｆセンサ１２は、パティキュレートフィルタ４の下流側に設けられても良い。このＡ／Ｆセンサ１２によって検出された空燃比に基づいて、ＰＭ堆積量を推定する方法については後に詳細に説明する。

このように、本実施形態では、２種類の手法でＰＭ堆積量を求めている。このため、例えば、一方の手法で使用するセンサに異常が発生した場合であっても、他方の手法にてＰＭ堆積量を精度良く求めることができるので、適切な時期にパティキュレートフィルタの再生処理制御を実行することができる。

なお、両手法にて、それぞれ正常にＰＭ堆積量が求められる場合には、差圧及び排気流量に基づいて検出されたＰＭ堆積量を優先的に用いることが好ましい。差圧及び排気流量に基づいてＰＭ堆積量を検出する場合には、誤差の累積が生じにくいためである。

吸気通路２には、車両のアクセルペダルの踏み込み量に応じて、その開度が制御されるインテークバルブ７が設けられている。このインテークバルブ７の開度に応じて、エンジンへの吸入空気量が変化し、ひいてはエンジンの回転数が変化する。なお、吸気通路２には、図示しないエアフローメータが設けられ、吸入空気量を検出し、その検出信号をＥＣＵ６に入力する。

さらに、ディーゼルエンジンの実際の運転状態を検出するために、エンジンの回転速度を検出するクランク角センサ、車両の車軸近傍に設けられ、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ、及び図示しない過給器における過給圧を検出する圧力センサからの検出信号もＥＣＵ６に入力される。また、パティキュレートフィルタ４の再生処理の進行度合の判断等のため、パティキュレートフィルタ４の温度を検出する上流側温度センサ９と下流側温度センサ１０とが設けられている。これら、上流側温度センサ９と下流側温度センサ１０の検出温度は、例えば平均化されて、その平均温度から、パティキュレートフィルタ４に堆積されたＰＭの燃焼状態が判断される。

なお、上述したように、Ａ／Ｆセンサ１２によって検出される空燃比は、ＥＣＵ６においてＰＭ堆積量を推定するために用いられるが、その他にも、ＥＧＲバルブ１１の開度制御を行なうために用いられる。このＥＧＲバルブ１１は、排気ガスの一部を吸入側に戻すことにより、Ｎｏｘやスモークの発生を抑制するものであり、ディーゼルエンジンには一般的に設けられているものである。すなわち、本実施形態では、ＥＧＲバルブ１１の開度制御を行なうため既にディーゼルエンジンに設けられているＡ／Ｆセンサ１２が検出する空燃比からＰＭ堆積量を推定するので、新たに専用のセンサ等を設ける必要がなく、コストの上昇を抑えることができる。

Ａ／Ｆセンサ１２の検出する空燃比に基づく、ＥＧＲバルブ１１の開度制御について簡単に説明する。エンジンシリンダ内で局所的に高温部が発生した場合、Ｎｏｘの発生量が増加する。このＮｏｘの発生を抑制するために、ＥＧＲバルブ１１を開き、シリンダ内の温度を低下させつつ、均一に保つようにする。しかし、ＥＧＲバルブ１１により排気を還流させると、吸入空気における酸素濃度が低下し、スモークが発生し易くなる。従って、Ｎｏｘとスモークとのいずれも抑制するように、Ａ／Ｆセンサ１２によって空燃比を検出し、その空燃比から求められる最適値となるように、ＥＧＲバルブ１１の開度を制御する。なお、パティキュレートフィルタ４の再生処理時には、ＥＧＲバルブ１１は閉じられる。

次に、燃料噴射装置５の構成について、図２を用いて説明する。本実施形態における燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置として構成されている。

図２において、２０はインジェクタであり、エンジン本体１の各気筒に１対１に対応して設けられている。このインジェクタ２０が、ＥＣＵ６からの駆動信号に応じて開閉駆動され、その開弁時間の長さに応じた噴射量で燃料を噴射する。燃料は、全インジェクタ２０に共通のコモンレール２１から各インジェクタ２０に供給される。

コモンレール２１には、燃料ポンプ２２によって燃料タンク２４からくみ上げられた燃料が圧送される。その圧送される燃料量を調節するために、燃料ポンプ２２と燃料タンク２４との間には、調量弁２３が設けられている。ＥＣＵ６は、コモンレール２１内の燃料圧力（コモンレール圧力）を検出する圧力センサ２５の検出信号に基づいて、コモンレール圧力が目標圧力となるように、調量弁２３の流路断面積を制御する。このようにして、コモンレール２１からインジェクタ２０を介して１０００気圧以上に加圧された燃料の噴射を可能としている。

次に、図３のフローチャートに基づいて、ＥＣＵ６による燃料噴射装置５のインジェクタ２０に対する制御について説明する。まず、ステップＳ１１０では、ディーゼルエンジンの運転状態を検出するために、各種センサからの検出信号を入力する。そして、ステップＳ１２０では、入力した各種センサの検出信号に基づいて、ディーゼルエンジンにおいて発生すべき必要トルクを算出する。

ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０において算出した必要トルクを達成するための燃料噴射量を算出するとともに、ディーゼルエンジンにおけるエミッション、振動、騒音等の低減のため、その燃料噴射量を噴射すべき時期を算出する。

ここで、燃料噴射の一例について図４を用いて説明する。図４に示すように、圧縮工程において、複数回の燃料噴射（パイロット噴射）を行なう場合がある。このパイロット噴射は、少量の燃料を噴射することにより、予混合燃焼によるスモーク（黒煙）やパティキュレート（粒子状物質）の低減を図るとともに、着火遅れの短縮により騒音・振動の低減を図るために行なわれる。また、燃焼工程においては、プレ噴射、メイン噴射、及びアフター噴射が行なわれる場合がある。メイン噴射の後に、アフター噴射を行なうことにより拡散燃焼が活発化され、スモーク等の再燃焼を促進でき、結果としてスモーク等の低減に寄与できる。また、プレ噴射とメイン噴射を含め、複数回に分けて噴射を行なうことにより、メイン噴射における噴射期間を短縮できるので、急激な燃焼を抑えて、騒音・振動の低減、スモーク等の低減を図ることができる。

次に、ステップＳ１４０では、ＰＭ堆積量の推定が行なわれる。すなわち、上述したように、差圧及び排気流量に基づくＰＭ堆積量の検出に加え、排気ガス中の空燃比に基づいて、ＰＭ堆積量を推定する。この場合、いずれかの手法において用いられるセンサが異常と判定されたときには、正常なセンサに基づくＰＭ堆積量を以降の処理において使用する。両手法におけるセンサとも正常とみなせる場合には、差圧及び排気流量に基づき検出されたＰＭ堆積量を優先して以降の処理に用いる。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０にて算出されたＰＭ堆積量と再生処理閾値とを比較し、ＰＭ堆積量が再生処理閾値以上であるか否かを判定する。このとき、ＰＭ堆積量が再生処理閾値以上と判定されるとステップＳ１６０に進み、そのＰＭ堆積量に応じて、パティキュレートフィルタ４の再生処理に必要な燃料噴射量を算出する。

この再生処理用の燃料噴射は、図４に示すように、ディーゼルエンジンの排気工程において実行される。すなわち、排気工程中に燃料噴射（ポスト噴射）を行なうことで、燃料をパティキュレートフィルタ４に供給し、その燃料の燃焼熱を利用して、堆積したパティキュレートを燃焼により除去できるのである。

ステップＳ１７０では、上述したステップＳ１３０及びステップＳ１６０にて算出された燃料噴射量及び燃料噴射時期に基づいて、インジェクタ２０に対して駆動パルスを出力する。これにより、図４に示すようなタイミングで、ディーゼルエンジンの各シリンダに燃料を噴射することができる。

次に、Ａ／Ｆセンサ１２が検出する排気ガスの空燃比に基づいて、パティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を推定する手法について、図５の説明図を用いて説明する。

ＥＣＵ６は、Ａ／Ｆセンサ１２によって検出される空燃比を所定の演算周期（例えば、１００ｍｓｅｃ）毎に取り込み、前回値と今回値とを平均化することによって、その演算周期における平均空燃比を算出する。そして、この平均空燃比を用いて、その演算周期の間にエンジンから排出された排気ガスにおけるスモーク濃度を算出する。

図５のブロック１００の特性図に示すように、排気ガスの空燃比とスモーク濃度とは所定の相関関係を有する。従って、上述したように、平均空燃比から排気ガス中のスモーク濃度を求めることができる。

ここで、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のＰＭのうち、パティキュレートフィルタ４に堆積して、その除去のためには高温下での燃焼が必要な成分はＳＯＯＴ（黒煙）であり、その濃度はスモーク濃度に依存する。従って、スモーク濃度を求めることは、排気ガスの単位体積中に含まれるＰＭ量を求めることと略等価である。

そして、ブロック１０１では、求められたスモーク濃度と、演算周期における平均エンジン回転数とに基づいて、その間のＰＭ発生量を算出する。上述したように、スモーク濃度は、排気ガスの単位体積中に含まれるＰＭ量に対応する。従って、原理的には、このスモーク濃度と、排気ガスの流量とを掛け合わせることにより、実際に排気ガスに含まれるＰＭ発生量に相当する結果を得ることができる。そのため、ブロック１０１では、スモーク濃度と、排気ガスの流量と略比例関係を有するエンジン回転数とをパラメータとして、上記演算周期におけるＰＭ発生量（ｍｇ／ΔＴｓｅｃ：ΔＴが演算周期）を求めている。

なお、ブロック１００における空燃比とスモーク濃度との関係、及びブロック１０１におけるスモーク濃度、エンジン回転数及びＰＭ発生量に関する関係は、各エンジンの種類ごとに実験的に求められるものである。また、エンジン回転数に代えて、排気ガス流量や吸入空気量を用いることも可能である。

図５におけるＰＭ発生量算出ブロックにおいて、前回の演算から今回の演算までの間に発生したＰＭ発生量が求められると、そのＰＭ発生量は、ＰＭ堆積量算出ブロックに与えられる。このＰＭ堆積量算出ブロックでは、加算器１０３によって、最新のＰＭ発生量が、ＰＭ堆積量に加算され、その加算値が新たなＰＭ堆積量としてブロック１０４に保持されることになる。これにより、エンジンの運転時間の経過に伴ない、ブロック１０４に保持されるＰＭ堆積量も増加していくことになる。

ただし、このブロック１０４に保持されるＰＭ堆積量は、パティキュレートフィルタ４の再生処理制御が実行され、その再生処理が完了したタイミングでクリアされる。また、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオフされるときには、ブロック１０４に保持されているＰＭ堆積量がＥＥＰＲＯＭ１０５に書き込まれて記憶される。そして、次回のＩＧオン時に、ＥＥＰＲＯＭ１０５に記憶されているＰＭ堆積量が読み出され、ブロック１０４のＰＭ堆積量としてセットされる。このようにして、ブロック１０４に保持されるＰＭ堆積量を、パティキュレートフィルタ４における実際のＰＭ堆積量と常に対応するようにしているのである。

上述した、空燃比に基づいてパティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を推定する手法を実現するための具体的な処理を図６のフローチャートに示す。まず、ステップＳ２１０では、前回検出した空燃比と今回検出した空燃比とから平均空燃比を算出するとともに、その平均空燃比に基づいてスモーク濃度が算出される。なお、図５のブロック１００に記載した空燃比とスモーク濃度との関係を示す特性図が、マップとして記憶されており、そのマップを利用して、平均空燃比に対応するスモーク濃度が算出される。ただし、マップに限らず、空燃比とスモーク濃度との関係を演算式などで表しても良い。

ステップＳ２２０では、前回検出したエンジン回転数と今回検出したエンジン回転数とから平均エンジン回転数を算出するとともに、その平均エンジン回転数と、算出したスモーク濃度とに基づいて、ＰＭ発生量を算出する。なお、図５のブロック１０１に記載したスモーク濃度、エンジン回転数、及びＰＭ発生量の関係もマップとして記憶されている。

ステップＳ２３０では、ステップＳ２２０にて算出されたＰＭ発生量を、記憶しているＰＭ堆積量に積算し、新たなＰＭ堆積量として記憶する。そして、ステップＳ２４０では、ＩＧがオフされたことを検出すると、ステップＳ２３０にて記憶されているＰＭ堆積量をＥＥＰＲＯＭ１０５に書き込んで記憶させる。

なお、次回、ＩＧがオンされてＥＣＵ６が起動したとき、その初期化処理の一環として、ＥＥＰＲＯＭ１０５から記憶されたＰＭ堆積量を読み出して、それを初期値として、ＰＭ発生量を積算する。

以上、説明したように、本実施形態によれば、空燃比に基づいて、排気ガスに含まれるＰＭ発生量を算出することができ、このＰＭ発生量を積算することによって、パティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を求めることができる。

このように、排気ガスの空燃比に基づいて、その排気ガスにおけるＰＭ発生量を算出すると、パティキュレートフィルタ４における堆積状態が均一か不均一かに係らず、ＰＭ堆積量を精度良く求めることができる。

また、ＰＭ発生量を算出する際に用いられる空燃比は、通常のエンジン制御（空燃比フィードバック制御）に用いられる既存のＡ／Ｆセンサ１２によって検出できる。従って、ＰＭ堆積量を推定するために新規にセンサ等を設ける必要がないため、コストの増加を抑えることができる。このように既存のセンサを用いながら、空燃比は、上述したように排気ガスの単位体積あたりのＰＭ発生量と相関関係を有するので、例えば燃料噴射量等のエンジンの運転状態からＰＭ発生量を算出する場合に比較して、より精度良くＰＭ発生量を算出することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態におけるハード構成は、上述した第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

第２実施形態においては、排気ガス温度によるＰＭ燃焼量を考慮して、パティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を算出する点が、第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態との相違点に関して説明する。

図７は、第２実施形態による、ＰＭ堆積量を推定する手法を機能ブロックとして示した機能ブロック図である。図７に示すように、第１実施形態の場合と異なり、ＰＭ燃焼量算出ブロックが追加され、かつ、ＰＭ堆積量算出ブロックにおいて、ＰＭ燃焼量算出ブロックにて算出されたＰＭ燃焼量を積算するとともに、そのＰＭ燃焼量積算値を、ＰＭ発生量積算値から減じて、ＰＭ積算量とするように変更されている。

ＥＣＵ６は、上流側温度センサ９によって検出されるパティキュレートフィルタ４の上流側の排気ガス温度を所定の演算周期（例えば、１００ｍｓｅｃ）毎に取り込み、前回値と今回値とを平均することによって、その演算周期における平均排気ガス温度を算出する。そして、この平均排気ガス温度を用いて、その演算周期の間にエンジンから排出され、パティキュレートフィルタ４に達する前及びパティキュレートフィルタ４の表面に堆積したＰＭに関してのＰＭ燃焼量を算出する。

すなわち、ＰＭは高温になると燃焼し、その燃焼量は、温度に依存する。ここで、排気ガスの温度は、ＰＭを燃焼させる程度まで高温（例えば６５０℃以上）になることがある。特に、パティキュレートフィルタ４の上流側の排気ガス温度は、ディーゼルエンジンからパティキュレートフィルタ４に飛来するＰＭの温度及び、パティキュレートフィルタ４の表面に堆積したＰＭが晒される温度を示している。従って、パティキュレートフィルタ４の上流側の排気ガス温度に基づいて、パティキュレートフィルタ４に達する前及びパティキュレートフィルタ４の表面に堆積したＰＭに関してのＰＭ燃焼量を精度良く算出することができる。

具体的には、図７のブロック１０６の特性図に示すように、実験により、各エンジンの種類ごとに、演算周期あたりの排気ガス温度とＰＭ燃焼量との関係を求め、その関係をマップとして記憶しておく。このマップに、上述した平均排気ガス温度を適用することによって、演算周期あたりのＰＭ燃焼量を求めることができる。求めたＰＭ燃焼量は、ＰＭ堆積量算出ブロックに送られ、加算器１０８によって積算される。すなわち、ＰＭ燃焼量は、ブロック１０９に保持されたＰＭ燃焼量積算値と加算されて、新たなＰＭ燃焼量積算値が算出され、この算出された積算値が、ブロック１０９に保持される。そして、ブロック１１０の演算器において、ＰＭ発生量積算値からＰＭ燃焼量積算値が減算されることにより、ＰＭ堆積量が算出される。

図８は、第２実施形態によるＰＭ堆積量を算出するための具体的な処理を示すフローチャートである。ステップＳ２１０〜Ｓ２３０までの処理は、上述した第１実施形態と同様である。

ステップＳ２３２では、パティキュレートフィルタ４の上流側に配置された上流側温度センサ９によって検出される排気ガス温度の前回値と今回値とを平均して、平均排気ガス温度を求めるとともに、マップとして記憶されている排気ガス温度とＰＭ燃焼量との関係に基づいて、ＰＭ燃焼量を算出する。そして、ステップＳ２３４では、ステップＳ２３２において算出したＰＭ燃焼量を積算して、ＰＭ燃焼量積算値を求める。

続くステップＳ２３６では、ステップＳ２３０にて求めたＰＭ発生量積算値からステップＳ２３４にて求めたＰＭ燃焼量積算値を減じることによって、パティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を算出する。

このようにパティキュレート燃焼量を考慮して，その分だけ減じてＰＭ堆積量を推定することにより、排気ガス温度が高温となった場合にも、正確なＰＭ堆積量を推定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変更して実施することができる。

例えば、上述した実施形態においては、排気ガスの空燃比を検出するためにＡ／Ｆセンサを用いたが、Ｏ_２センサを用いることも可能である。

また、上述した実施形態では、差圧センサ８によるＰＭ堆積量の算出と、Ａ／Ｆセンサを用いたＰＭ堆積量の推定とを併用する例について説明したが、Ａ／Ｆセンサを用いたＰＭ堆積量の推定のみによって、ＰＭ堆積量を求めても良い。

第１実施形態における、エンジン制御装置の全体構成を示す構成図である。 燃料噴射装置５の構成を示す構成図である。 ＥＣＵ６による燃料噴射装置５のインジェクタ２０に対する制御内容を示すフローチャートである。 燃料噴射装置５による燃料噴射の一例を説明するための説明図である。 排気ガスの空燃比に基づいて、パティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を推定する手法について説明するための機能ブロック図である。 空燃比に基づいてパティキュレートフィルタ４におけるＰＭ堆積量を推定する手法を実現するための具体的な処理を示すフローチャートである。 第２実施形態による、ＰＭ堆積量を推定する手法を説明するための機能ブロック図である。 第２実施形態によるＰＭ堆積量を算出するための具体的な処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５ 燃料噴射装置
６ ＥＣＵ
８ 差圧センサ
９ 上流側温度センサ
１０ 下流側温度センサ
１１ ＥＧＲバルブ

Claims (7)

1. ディーゼルエンジンから排出される排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出ステップと、
   前記検出された空燃比に基づいて、前記排気ガスにおけるパティキュレート発生量を算出する発生量算出ステップと、
   前記パティキュレート発生量を積算することによって、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定する推定ステップとを備えることを特徴とするパティキュレート堆積量推定方法。
2. 前記発生量算出ステップは、前記空燃比から、当該空燃比と所定の相関関係を有する、前記排気ガスの単位体積に含まれるパティキュレート発生量を求める単位発生量算出ステップを有し、その単位体積に含まれるパティキュレート発生量と前記排気ガスの流量とに基づいて、前記パティキュレート発生量を算出することを特徴とする請求項１に記載のパティキュレート堆積量推定方法。
3. 前記排気ガスの流量は、ディーゼルエンジンの回転数から求められることを特徴とする請求項２に記載のパティキュレート堆積量推定方法。
4. 前記排気ガスの温度を検出する温度検出ステップと、
   前記排気ガスの温度に基づいて、前記パティキュレートの燃焼量を算出する燃焼量算出ステップとを備え、
   前記推定ステップでは、前記パティキュレートの燃焼量分だけ減じることによって前記パティキュレート堆積量を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパティキュレート堆積量推定方法。
5. 前記温度検出ステップにおいては、前記パティキュレートフィルタの上流側の排気ガスの温度が検出され、
   前記燃焼量算出ステップでは、前記パティキュレートフィルタ上流側排気ガス温度に基づいて、前記パティキュレートの燃焼量が算出されることを特徴とする請求項４に記載のパティキュレート堆積量推定方法。
6. 前記推定ステップにおいて推定されたパティキュレート堆積量を、ディーゼルエンジンの駆動停止時に不揮発性メモリに記憶する記憶ステップを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のパティキュレート堆積量推定方法。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載されたパティキュレート堆積量推定方法を用いて、前記パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量を推定する推定手段と、
   前記推定手段によって推定されたパティキュレート堆積量が所定値を越えた場合に、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を強制燃焼させ、当該パティキュレートフィルタを再生する再生手段とを備えることを特徴とするパティキュレートフィルタ再生処理装置。

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