JP2006307701A - パティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化装置を備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の排気中のＰＭを捕集するフィルタにおけるＰＭ堆積量を正確に検出することができる排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化装置を備えた内燃機関並びにフィルタ再生方法を提供する。
【解決手段】 ＤＰＦのフィルタ本体３５における一次側流通路３５ｃの内面の２箇所Ｘ，Ｙに電気配線３６ａ，３６ｂを接続し、この各電気配線３６ａ，３６ｂに電気抵抗検知センサ３６ｃを接続する。フィルタ本体３５の一次側流通路３５ｃの内面にＰＭが捕集されていき、Ｘ，Ｙ間が導通され、フィルタ本体３５上のＰＭ堆積厚さが大きくなっていくに伴って電気抵抗検知センサ３６ｃにより検出される電気抵抗は徐々に低下していく。この電気抵抗値を認識することによりフィルタ本体３５におけるＰＭ堆積量を推定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の排気系に備えられ、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭという）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）を有する排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化装置を備えた内燃機関に係る。特に、本発明は、フィルタのＰＭ堆積量を正確に認識するための対策に関する。

近年、自動車等に搭載される内燃機関では排気エミッションの向上が要求されており、特にディーゼルエンジンにあっては、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘの削減に加え、排気ガス中に含まれる煤等のＰＭを除去することが求められている。このため、多孔質材等により構成されたフィルタをエンジンの排気通路に配置し、このフィルタによって排気ガス中のＰＭを捕集している。

このフィルタは、上述の如く多孔質材等により構成されているので、ＰＭ捕集量（以下、ＰＭ堆積量と呼ぶ場合もある）が過剰に増えると、フィルタ内の流通抵抗が増大してエンジン出力の低下等をもたらすことになる。このため、フィルタに捕集されたＰＭを適宜除去してフィルタを再生し、ＰＭ捕集能力を回復させる必要がある。尚、このフィルタ再生の原理として一般的には、例えば下記の特許文献１に開示されているような化学反応型再生方式が知られている。この化学反応型再生方式とは、排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化させ、このＮＯ₂がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）を用いてＰＭを酸化除去するものである。例えば、フィルタに白金等の酸化触媒を設けておき、この酸化触媒の酸化作用を利用することによってエンジン運転中のフィルタ再生を可能にしている。

また、この種のフィルタにおいて、上記再生動作の開始タイミングを適切に得るためには、フィルタのＰＭ堆積量を正確に検出する必要がある。

この点に鑑みられたものとして下記の特許文献２及び特許文献３が提案されている。特許文献２には、排気管におけるフィルタの上流側と下流側との圧力差を圧力センサによって検出しておき、この圧力差が所定値以上に達すると、ＰＭ堆積量が多くなってきたと判断してフィルタ再生動作を開始するようにしている。また、このフィルタ再生動作として、具体的には、吸気系に備えられた吸気絞り弁の開度を小さくすること、排気系に備えられた排気絞り弁の開度を小さくすること、燃料噴射量を増量すること、燃料噴射時期を遅角させることなどが特許文献２には開示されている。

また、特許文献３には、エンジンの運転状態に対応したＰＭ生成量及び燃焼速度定数がマップから読み出され、所定の演算式によってＰＭ堆積量を推定することが開示されている。
特開２００１−２７１６２９号公報 特開平７−１８９６５４号公報 特開２００２−９７９３０号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示されているＰＭ堆積量検出方法は、その信頼性が十分に確保されているとは言えなかった。その理由を以下に述べる。先ず、一般的に圧力センサは耐熱性が低いものであり、この圧力センサを高温環境下である排気系に設置することになるため正確な検出値を出力できない可能性がある。また、排気管内部と圧力センサとを接続している圧力引出パイプにはエンジン等からの振動が作用する（車両用エンジンの場合には車体からの振動も作用する）ため、この振動によって圧力引出パイプに亀裂が生じた場合には排気管の内圧を正確に検出することができなくなる。また、特にフィルタ上流側に接続される圧力引出パイプにあってはパイプ内にＰＭが入り込んで目詰まりが生じる可能性があり、この場合にも排気管の内圧を正確に検出することができなくなる。

また、フィルタの上流側と下流側との圧力差の圧力レベルは非常に低く、微差圧計測が必要であるため、圧力センサとしては高精度で高価なものが必要になり実用性に欠けるものであった。

加えて、フィルタの上流側と下流側との圧力差は、ＰＭ堆積量が同一であってもエンジン運転状況（特に排気ガスの量）によって変動する。このため、正確なＰＭ堆積量を知るためには、エンジン回転数、エンジン負荷等といった情報を取得し、圧力センサによって検出した圧力差に対して、これら情報に基づいた補正計算を行わねばならない。従って、上記情報を取得するための手段が必要となるばかりでなく演算動作の複雑化を招いてしまうことになる。但し、上記情報を取得して圧力差の補正計算を行ったとしても、上述した如く、検出された圧力差が正確である保証はなく、補正計算後のＰＭ堆積量が正確であるとは限らない。

一方、上記特許文献３に開示されているＰＭ堆積量検出方法においても、その信頼性が十分に確保されているとは言い難い。何故なら、エンジンに、通常の劣化以外の何らかのトラブルによって性能劣化が生じた場合、ＰＭ排出量が増大する可能性があり、この場合には、演算式によって推定されたＰＭ堆積量と実際のＰＭ堆積量との間に差が生じてしまうことになる。このため、上記特許文献２のような差圧検出等といった別の手段をも採用し、上記推定されたＰＭ堆積量が実際のＰＭ堆積量から大きく掛け離れていないことを保証しておく必要がある。

以上のように、従来のＰＭ堆積量検出方法では、その信頼性が十分に確保されていなかったため、フィルタのＰＭ堆積量を誤判断してしまう可能性があった。例えば、実際のＰＭ堆積量が少ないにも拘わらず、ＰＭ堆積量が所定量（フィルタ再生動作を必要とする量）に達したと誤判断してしまう状況では、再生動作が頻繁に行われてしまって、この再生動作に要するエネルギ量の増大（例えば電気ヒータによってフィルタ加熱を行うものでは消費電力の増大）を招いてしまったり、頻繁なフィルタ加熱によってフィルタの長寿命化に悪影響を及ぼす可能性がある。逆に、実際のＰＭ堆積量が上記所定量に達しているにも拘わらず、ＰＭ堆積量が所定量に達していないと誤判断してしまう状況では、フィルタの目詰まりが過度になってしまい、排気圧力の損失の増加に伴ってエンジン出力の低下や燃費の悪化を招いてしまうことになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気ガス中のＰＭを捕集するフィルタにおけるＰＭ堆積量を正確に認識することができる排気ガス浄化装置及びその排気ガス浄化装置を備えた内燃機関を提供することにある。

上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、一次側から二次側に向けて内燃機関の排気ガスを通過させることにより排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を前提とする。この排気ガス浄化装置に対し、上記パティキュレートフィルタの全体または上記一次側の少なくとも表面の一部は非導電性材料で成っている。そして、上記パティキュレートフィルタにおける非導電性材料で成る部分の少なくとも２点間の電気抵抗を検出する電気抵抗検出手段と、この電気抵抗検出手段からの出力を受けてパティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備えさせている。

内燃機関から排出される排気ガス中に含まれるＰＭは、炭素（Ｃ）を主成分とする煤と未燃の燃料油・潤滑油等から成っていて「導電性」を有している。本発明では、例えばＳｉＣ等のセラミック系材料等の非導電性材料で成るフィルタに対して適用するものであり、この非導電性材料部分の例えば２点間におけるＰＭの堆積に伴う電気抵抗の変化を電気抵抗検出手段によって検出するようにしている。

内燃機関の運転に伴い、フィルタは、一次側から二次側に向けて内燃機関の排気ガスを通過させることにより排気ガス中のＰＭを捕集していく。つまり、フィルタの一次側表面には導電性のＰＭが堆積していく。そして、このＰＭの堆積量が多くなってくると、上記電気抵抗の検出対象である２点間がＰＭによって導通し、更にＰＭ堆積量が増大すると、その堆積厚さが大きくなっていくに従って電気抵抗値は徐々に低下していくことになる。このため、この電気抵抗値の変化を電気抵抗検出手段によって検出し、その検出信号を堆積量推定手段が受けることによりＰＭの堆積量が多くなってきたことを認識できる。

このように、本発明では、ＰＭが導電性を有していることを有効に利用してＰＭ堆積量の認識を可能にしている。このため、フィルタの上流側と下流側との圧力差を圧力センサによって検出したり、内燃機関の運転状態に対応したＰＭ生成量等をマップから読み出して演算するといった従来のものに比べて、ＰＭ堆積量検出動作の信頼性を高く得ることができる。また、電気抵抗を検出するための配線（導線）をフィルタ表面に接続するといった比較的簡単な構成が採用可能であるため、実用性の高いものである。

また、本発明によれば、内燃機関の運転状況（回転数及び負荷）を検出する必要がなく、これら回転数及び負荷を検出するための手段を備えていない機械式燃料噴射系を採用している内燃機関においてもＰＭ堆積量を正確に認識できる。また、回転数及び負荷を検出するためのセンサの故障による誤動作も生じないため、高い信頼性を得ることができる。

尚、上記説明ではフィルタ全体が非導電性材料で構成されている場合について説明したが、フィルタの略全体を導電性材料で構成し、一次側表面の一部分のみを非導電性材料で構成しておき、この非導電性材料で成る部分の少なくとも２点間の電気抵抗を電気抵抗検出手段によって検出するといった構成も採用可能である。例えば金属製フィルタの一次側表面において所定距離を存した２箇所に非導電性材料を適用し、この２箇所に電気配線を接続して２点間の電気抵抗を検出する構成が挙げられる。

電気抵抗検出手段の使用形態として具体的には以下のものが掲げられる。つまり、電気抵抗検出手段を少なくとも２組設けた構成である。

これによれば、ある電気抵抗検出手段の電気配線に断線が生じたとしても、他の電気抵抗検出手段によってフィルタ上の電気抵抗を検出することが可能であり、ＰＭ堆積量検出動作の信頼性を確保できる。また、電気抵抗検出手段に上記断線が生じた場合、この電気抵抗検出手段によって検出される電気抵抗値は継続的に無限大となるため、これを認識することによって、電気抵抗検出手段に断線が生じたことを容易に認識できる。

更に、本解決手段のように電気抵抗検出手段を少なくとも２組設けた場合に、複数の電気抵抗検出手段が検出する電気抵抗値が共に無限大ではなく且つ互いに異なった値である場合には、最も低く検出されている電気抵抗値を真の電気抵抗値として認識することが好ましい。これは、フィルタに対するＰＭの堆積が偏っている場合（偏堆積している場合）の対策であり、電気抵抗を検出している各部のうち最もＰＭ体積量が多い箇所（電気抵抗が低くなっている箇所）を基準にしてフィルタ再生動作の開始タイミングを決定するものである。仮に、他の電気抵抗検出手段で検出されている電気抵抗値よりも高く検出されている電気抵抗値を真の電気抵抗値とした場合には、その他の箇所（電気抵抗値が低く検出されている箇所）では、ＰＭが過剰に堆積している可能性があり、フィルタ再生動作時にはその箇所で温度過上昇を招き、フィルタの損傷が懸念されることになる。このような状況を回避するために、上述した如く、最も低く検出されている電気抵抗値（ＰＭが最も多く堆積している部分での電気抵抗値）を真の電気抵抗値として認識するようにしている。

また、電気抵抗検出手段の他の具体構成としては、パティキュレートフィルタにおける非導電性材料部分の少なくとも３点の相互間の電気抵抗を検出する構成としたものが挙げられる。

例えば３点（ここでは、フィルタ上の点Ｘ，点Ｙ，点Ｚと呼ぶこととする）の相互間の電気抵抗を検出する構成とした場合、各点に接続されている電気配線に断線が生じていない際には、各点間の抵抗値をｒ１、ｒ２、ｒ３とすると、
ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ
となり（偏堆積が生じていない場合）、各点間において検出される電気抵抗値は、
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝Ｒ（Ｙ，Ｚ）＝Ｒ（Ｚ，Ｘ）＝Ｒ＝（２／３）ｒ
Ｒ（Ｘ，Ｙ）：３点のうち「点Ｘ」と「点Ｙ」との間の抵抗値、Ｒ（Ｙ，Ｚ）：３点のうち「点Ｙ」と「点Ｚ」との間の抵抗値、Ｒ（Ｚ，Ｘ）：３点のうち「点Ｚ」と「点Ｘ」との間の抵抗値
となっている。

そして、この状態から一つの電気配線に断線が生じた場合（上記「点Ｘ」に繋がる電気配線で断線が生じた場合）には、
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝∞
Ｒ（Ｚ，Ｘ）＝∞
Ｒ（Ｙ，Ｚ）＝ｒ
となり、Ｒ（Ｙ，Ｚ）の電気抵抗値が突然に１．５倍（断線が生じていなかった場合の１．５倍）に上昇する。このため、本解決手段の構成によれば、電気抵抗値の急激な上昇を認識することにより、電気配線の断線を容易に認識できる。

尚、このように、パティキュレートフィルタにおける非導電性材料部分の少なくとも３点の相互間の電気抵抗を検出する構成とした場合においても、上述と同様に、最も低く検出されている電気抵抗値を真の電気抵抗値として認識することが好ましい。

また、電気抵抗検出手段の他の構成として、電気抵抗測定対象である点（上記電気配線が接続されている点）におけるパティキュレートフィルタ表面温度を測定可能な構成としている。具体的には、電気抵抗測定対象である点に対して、これに接続されている電気配線（上記電気抵抗測定用の配線）とは異なる材料の電気配線を接続し、この両電気配線により閉回路を構成して、その回路の電圧を計測するといった構成である。つまり、電気抵抗測定用プローブに熱電対としての機能を付加したものである。

この構成では、上記電気抵抗の測定は、例えば熱電対側である負極側のプローブの電気抵抗測定用配線と他方のプローブとの間で行うことになる。そして、熱電対側のプローブを利用して電気抵抗測定対象である点の温度を測定することにより、再生動作が正常に行われているか（適正な温度で再生動作が行われているか）否かを判断することができる。また、複数組の電気抵抗検出手段を設け、それぞれに熱電対としての機能を備えさせた場合には、再生動作中にフィルタ上の複数箇所の温度を計測することが可能になり、これによってフィルタの偏温の有無が認識できる。そして、この偏温が生じている場合にはＰＭの偏堆積が生じている（メンテナンスが必要な状態にある）と判断できる。つまり、電気抵抗検出手段に温度測定機能を付加することにより、フィルタのメンテナンスが必要であるか否かの判断が可能になる。

また、上記電気抵抗値はフィルタ温度によって左右されるため、電気抵抗検出手段によって検出された電気抵抗に対し、フィルタ温度に基づいた補正演算を行うことによって粒子状物質の堆積量を推定するよう堆積量推定手段を構成することが好ましい。

つまり、図６にフィルタ温度と電気抵抗値との関係を示すように、同じＰＭ堆積量であってもフィルタ温度が高いほど電気抵抗値としては低くなる。これを考慮し、例えば、
Ｒ＝ａＴ²＋ｂＴ＋ｃ
Ｒ：電気抵抗値、Ｔ：フィルタ温度、ａ，ｂ，ｃ：係数
といった補正式を用いて補正演算を行うことで、高い精度で粒子状物質の堆積量を推定することが可能になる。

尚、このようにフィルタ温度に基づいてＰＭ堆積量を演算する場合、フィルタ温度を計測する手段としては、上述したような電気抵抗検出手段に一体化された熱電対を使用してもよいし、個別の温度センサを使用してもよい。

上述した構成において、フィルタ再生動作を開始するタイミング及びそれを終了するタイミングの設定としては以下のものが挙げられる。つまり、堆積量推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の再生開始堆積量を越えたときにフィルタ再生動作を開始する一方、堆積量推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の再生終了堆積量を下回ったときにフィルタ再生動作を停止するものである。

この場合、上記再生開始堆積量に相当する電気抵抗値と、再生終了堆積量に相当する電気抵抗値とが予め設定されることになるが、これら電気抵抗値は、後者の電気抵抗値の方を高く設定しておき、フィルタ再生動作の開始と停止が頻繁に繰り返される所謂ハンチングを抑制することが好ましい。

また、従来では、内燃機関の運転中におけるフィルタ再生動作は、上記圧力センサの差圧検出値を監視しておき、この値が所定値以上に達した場合に、吸気量を減じたり燃料噴射時期やそのパターンを変化させて排気温度を上昇させるものが一般的であった。このような吸気量の減量、燃料噴射時期やそのパターンの変化は、それ自体がフィルタ上流側と下流側との差圧を変化させてしまうため、差圧検出値によって正確なＰＭ堆積量を推定することは困難であった。また、内燃機関の燃費の悪化にも繋がるものであった。本解決手段によれば、これら不具合を招くことがなく、正確にＰＭ堆積量を推定することができ、また、内燃機関の燃費向上を図ることもできる。

更に、フィルタ再生動作を終了するタイミングの設定としては以下のものも挙げられる。つまり、フィルタ再生動作の実行中に、電気抵抗検出手段によって検出される電気抵抗値の変化率が所定の異常判定変化率よりも高くなった場合にフィルタ再生動作を停止するものである。

このように電気抵抗検出手段によって検出される電気抵抗値の変化率が所定の異常判定変化率よりも高い場合、つまり、フィルタ上の電気抵抗値の変化が急激な場合には、フィルタの一部分が局所的に異常高温になる「異常再生」が生じている可能性がある。この「異常再生」状態が継続されてしまうと、フィルタの溶損が懸念されるため、この電気抵抗値の変化率が高くなった時点でフィルタ再生動作を終了させるようにしている。これにより、フィルタの長寿命化を図ることができる。

また、パティキュレートフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出する圧力センサを備えさせる。そして、この圧力センサからの出力及び電気抵抗検出手段からの出力を受け、これら出力に基づいてパティキュレートフィルタのメンテナンスが必要であるか否かを判断するメンテナンス判断手段を備えさせている。

一般に、パティキュレートフィルタに堆積する物質としては、再生動作によって除去可能な上記ＰＭの他に、除去不可能な物質として、潤滑油の付着に伴う灰分やエンジン摩耗粉等がある。そして、圧力センサの差圧検出のみによる堆積状況の監視では、差圧上昇の要因が上記ＰＭによるものであるのか、それともエンジン摩耗粉等によるものであるのかの判断が困難であり、これを判断するためには内燃機関の総運転時間に基づいてフィルタ洗浄等のメンテナンスの必要性を判断する必要があった。これに対し、本解決手段の構成によれば、例えば、圧力センサにより検出される差圧が比較的高く、且つ電気抵抗検出手段により検出されるフィルタ上の電気抵抗値が比較的低い場合には、再生動作によって除去可能なＰＭの堆積量が多いと判断できる。一方、圧力センサにより検出される差圧が比較的高く、且つ電気抵抗検出手段により検出されるフィルタ上の電気抵抗値が比較的高い場合には、再生動作では除去不可能な物質の堆積量が多いと判断できる。このため、再生動作の実行によりフィルタが浄化できる状況であるのか、パティキュレートフィルタのメンテナンスが必要な状況であるのかを容易に判断できる。

加えて、フィルタ再生動作の条件（再生動作継続時間、吸気量の減少量、燃料噴射時期の変化量など）の設定としては以下のものも挙げられる。つまり、堆積量推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の再生開始堆積量を越えたときにフィルタ再生動作を開始する一方、フィルタ再生動作条件を、計測されたパティキュレートフィルタ表面温度により決定する構成としている。

本解決手段では、ＰＭ堆積量の検出と同時にフィルタ表面温度も計測しておき、再生動作開始時におけるフィルタ表面温度と再生目標温度との差からフィルタ再生動作の条件（再生動作継続時間、吸気量の減少量、燃料噴射時期の変化量など）を決定して再生動作を開始することになる。これにより、適切な条件でフィルタ再生動作を実行することができ、再生動作に伴う燃費の悪化等を最小限に抑えることが可能になる。

また、内燃機関の起動時におけるフィルタ温度が所定温度以下であるときには、フィルタ再生動作を強制的に禁止するようにしている。

例えば触媒反応を利用したパティキュレートフィルタにおいて、内燃機関の起動時におけるフィルタ温度が所定温度以下（冷態時）であるときに、吸気量の減量や燃料噴射時期やそのパターンの変更などといったフィルタ再生動作を実行してしまうと、混合気の不完全燃焼によりＣＯやＴＨＣが触媒で反応せず、そのまま大気中に排出されてしまい刺激臭を発することになる。このため、上記冷態時にはフィルタ再生動作を強制的に禁止し、混合気の不完全燃焼を抑制してＣＯやＴＨＣの排出量を削減するようにしている。

また、上述した各解決手段のうち何れか一つのパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関も本発明の技術的思想の範疇である。

本発明では、ＰＭが導電性を有していることを有効に利用し、パティキュレートフィルタにおける非導電性材料で成る部分の少なくとも２点間の電気抵抗を検出することによってＰＭ堆積量の認識を可能にしている。このため、フィルタの上流側と下流側との圧力差を圧力センサによって検出したり、内燃機関の運転状態に対応したＰＭ生成量等をマップから読み出して演算する従来のものに比べて、ＰＭ堆積量検出動作の信頼性を高く得ることができる。また、電気抵抗を検出するための配線（導線）をフィルタに接続するといった比較的簡単な構成が採用可能であるため、実用性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、トラクタ用のディーゼルエンジンに搭載されたディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）を備えた排気ガス浄化装置に本発明を適用した場合について説明する。尚、本発明が適用されるエンジンはディーゼルエンジンに限るものではなく、ガスエンジンやガソリンエンジン等であってもよく、また、自動車や発電機等に搭載されるエンジンに対しても本発明は適用可能である。

（第１実施形態）
先ず、本発明の第１実施形態について説明する。

−エンジン及びＤＰＦ再生制御システムの構成−
図１は、本実施形態に係るエンジン及びＤＰＦ再生のための制御システムの概略構成を模式的に示した図である。この図１に示すように、エンジンは、エンジン本体１の一方側（図中下側）に吸気系２が、他方側（図中上側）に排気系３がそれぞれ接続されている。

吸気系２は、吸気配管２１、吸気マニホールド２２及び燃料ポンプ２３を備えている。吸気配管２１及び吸気マニホールド２２を経てエンジン本体１の気筒内（吸入行程の気筒内）に空気を導入した後、その気筒の圧縮行程完了時点で燃料ポンプ２３から燃焼室に燃料を圧送することにより燃焼室での混合気の自己着火燃焼に伴う膨張行程が行えるようになっている。

そして、上記吸気配管２１には吸気絞り装置２４が備えられている。具体的に、この吸気絞り装置２４は、バタフライバルブと、このバタフライバルブを回動させて吸気配管２１の流路面積を変更するアクチュエータとを備えている（共に図示省略）。尚、この弁機構としてはバタフライバルブに限らずシャッタバルブ等種々のものが適用可能である。

一方、排気系３は、排気マニホールド３１及び排気配管３２を備えている。上記膨張行程後の排気行程において気筒から排気マニホールド３１に排出された排気ガスは、排気配管３２を経た後、大気に放出されるようになっている。

また、この排気配管３２には排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するためのＤＰＦ３３が備えられている。このＤＰＦ３３はケーシング内にフィルタ本体３５（図２参照）が収容されて成っており、このフィルタ本体３５は、濾過性能を有する隔壁で区画された多数のセルを有するハニカム構造で構成されている。

このフィルタ本体３５の具体的な構成について以下に述べる。図２（フィルタ本体３５を排気ガスの流れ方向に沿った方向から見た図）及び図３（フィルタ本体３５を排気ガスの流れ方向に対して直交する方向から見た断面図）に示すように、フィルタ本体３５は、略円筒状でなり、外周壁３５ａと、この外周壁３５ａの内周側に格子状に一体形成された隔壁３５ｂとを備えている。そして、この隔壁３５ｂにより多数の流通路３５ｃ，３５ｄ，…が形成されてハニカム構造体として構成されている。

各流通路３５ｃ，３５ｄ，…としては、排気ガス流出側のみが封止材３５ｅにより封止された一次側流通路３５ｃと、排気ガス流入側のみが封止材３５ｅにより封止された二次側流通路３５ｄとが交互に配置されている。この構成により、一次側流通路３５ｃに流入した排気ガスは、隔壁３５ｂを通過して二次側流通路３５ｄに流れ込んだ後、排気配管３２より排出される。つまり、この排気ガスが隔壁３５ｂを通過する際に、この排気ガス中に含まれているＰＭがフィルタ本体３５の一次側で捕捉される構成となっている。図３の矢印は、各流通路３５ｃ，３５ｄ，…での排気ガスの流れを示しており、黒塗りの矢印はＰＭを含む排気ガス、つまり一次側流通路３５ｃを流れる排気ガスである。また、白抜きの矢印はＰＭが捕集除去された後の排気ガス、つまり二次側流通路３５ｄを流れる排気ガスである。

上記フィルタ本体３５を構成する材料としては、耐熱性、耐酸化性、耐熱衝撃性を有するものであって、多孔質コージェライトセラッミックス、炭化珪素、アルミナ、ムライト、窒化珪素等の非導電性材料が採用されている。また、このフィルタ本体３５には白金等の酸化触媒が担持されている。これにより、このＤＰＦ３３は、排気ガス温度が所定温度（例えば３００℃、以下、「再生動作可能温度」という）を越えた状況において上記化学反応が行われてＰＭが酸化除去されて再生されるようになっている。

本実施形態の特徴とするところは、上記フィルタ本体３５内部におけるＰＭ堆積量を検出するためのＰＭ堆積量検出センサ３６の構成にある。以下、このＰＭ堆積量検出センサ３６の構成について説明する。

図４は、フィルタ本体３５の概略を示す断面図（図３に相当する図）である。この図４に示すように、フィルタ本体３５における上記一次側流通路３５ｃの内面の２箇所（図中の点Ｘ及び点Ｙ）には電気配線（導線）３６ａ，３６ｂが接続されており、この各電気配線３６ａ，３６ｂには電気抵抗検知センサ３６ｃが接続されている。つまり、この電気抵抗検知センサ３６ｃによって上記一次側流通路３５ｃの内面の２箇所Ｘ，Ｙ（上記電気配線３６ａ，３６ｂが接続されている箇所）の間の電気抵抗値が検出可能な構成となっている。そして、ここで検出された電気抵抗値の情報は後述する再生用コントローラ５に備えられた堆積量推定手段に送信されるようになっている。

上記電気配線３６ａ，３６ｂの上記一次側流通路３５ｃの内面に対する接続箇所Ｘ，Ｙとしては、この一次側流通路３５ｃの内面にＰＭが堆積していく際に、ＤＰＦの再生動作が必要となる程度（例えば一次側流通路３５ｃの内面の７０％にＰＭが付着した程度）までＰＭが堆積した状態では、図５に示すように電気配線３６ａ，３６ｂの２箇所の接続箇所Ｘ，Ｙの間に亘ってＰＭが連続して付着する状況、つまり、上記２箇所の接続箇所Ｘ，Ｙ同士がＰＭにより電気的に導通する状況となる程度の距離を存した位置に設定されている。言い換えると、この距離が短すぎる場合には、僅かにＰＭが付着する状況下で上記２点Ｘ，Ｙが電気的に導通してしまうことになり、逆に、この距離が長すぎる場合には、ＰＭの付着量がＤＰＦの再生動作が必要となる量に達しても上記２点Ｘ，Ｙが電気的に導通しないことになってしまうので、これら状況を招かない距離に設定される。

また、上記排気配管３２におけるＤＰＦ３３の上流側には排気昇温装置（排気加熱手段）３４が備えられている（図１参照）。この排気昇温装置３４は電気ヒータで構成されており、図示しない発電機（オルタネータ）からの電力を受けて発熱して排気配管３２を流れる排気ガスを加熱可能となっている。具体的には、排気配管３２を加熱することによって排気ガスを間接的に加熱する構成であってもよいし、排気配管３２内部にヒータ線を配置して排気ガスを直接的に加熱する構成であってもよい。尚、この排気昇温装置３４としては火炎バーナを適用してもよい。

また、上記排気昇温装置３４には、排気ガス温度を検出するための排気温度検出センサ（排気温度検出手段）３７が取り付けられている。この排気温度検出センサ３７は、排気昇温装置３４の内部に配置されていてもよいし、上記ＤＰＦ３３の直上流側の排気配管３２に取り付けられていてもよい。

本エンジンには、ＤＰＦ３３の再生動作を制御するための再生用コントローラ５が備えられており、このコントローラ５には、上記ＰＭ堆積量検出センサ３６からのＰＭ堆積量検出信号（電気抵抗に基づく信号）、上記排気温度検出センサ３７からの排気温度検出信号がそれぞれ送信されるようになっている。上述した如く再生用コントローラ５には堆積量推定手段が備えられており、電気抵抗検知センサ３６ｃによって検出された電気抵抗値に基づいてフィルタ本体３５の一次側流通路３５ｃ表面のＰＭ堆積量を算出するようになっている。具体的には、上記電気抵抗値はフィルタ温度によって左右されるため、フィルタ本体３５の温度を温度センサ等の手段（図示省略）によって検出しておき、電気抵抗検知センサ３６ｃによって検出された電気抵抗値に対し、フィルタ本体３５の温度に基づいた補正演算を行うことで、ＰＭ堆積量を高い精度で推定するようにしている。

つまり、図６にフィルタ温度と電気抵抗値との関係を示すように、同じＰＭ堆積量であってもフィルタ温度が高いほど電気抵抗値としては低くなる。これを考慮し、例えば、
Ｒ＝ａＴ²＋ｂＴ＋ｃ
Ｒ：電気抵抗値、Ｔ：温度、ａ，ｂ，ｃ：係数
といった補正式を使用して補正演算を行い、高い精度でＰＭ堆積量を推定できるようになっている。

そして、このコントローラ５は、上記推定したＰＭ堆積量及び排気温度検出センサ３７からの排気温度検出信号に応じて、上記吸気絞り装置２４及び排気昇温装置３４に対して制御信号を送信するようになっている。つまり、吸気絞り装置２４に送信される吸気絞り制御信号に応じて吸気絞り装置２４のアクチュエータが作動して、この吸気絞り制御信号に応じた開度が得られるように上記バタフライバルブが回動される。また、排気昇温装置３４に送信される排気昇温制御信号に応じて電気ヒータがＯＮ／ＯＦＦ制御されて、この電気ヒータによる排気ガスの加熱動作が制御されることになる。

−ＤＰＦ再生制御動作−
次に、上述の如く構成されたシステムにおけるＤＰＦ再生制御動作について説明する。

本実施形態では、上記ＤＰＦ３３の内部におけるＰＭ堆積量及び排気ガス温度に応じて吸気絞り装置２４及び排気昇温装置３４を制御するようにしている。つまり、上記ＰＭ堆積量検出センサ３６からの電気抵抗信号をコントローラ５が受け、このコントローラ５に備えられた堆積量推定手段によってＰＭ堆積量を推定する。そして、このＰＭ堆積量が所定量を超えていると判断され、且つ上記排気温度検出センサ３７からの排気温度検出信号をコントローラ５が受けることによって排気ガス温度が上記再生動作可能温度に達していないと判断された場合（以下、この２つの条件が成立した場合を「排気昇温制御開始条件が成立した場合」と呼ぶ）には、吸気絞り装置２４及び排気昇温装置３４のうちの一方または両方を作動させることによって排気ガス温度を再生動作可能温度まで上昇させる。これによってエンジン本体１の運転を継続したままＤＰＦ３３の再生動作が行われるようにしている。以下、複数の具体的な動作内容について説明する。

−吸気絞り優先動作−
先ず、吸気絞り装置２４による吸気絞りを優先した動作について説明する。上記排気昇温制御開始条件が成立した場合、先ず、コントローラ５は、吸気絞り装置２４に吸気絞り制御信号を送信する。これにより吸気絞り装置２４のアクチュエータが作動して、この吸気絞り制御信号に応じた開度が得られるようにバタフライバルブが回動され、吸気配管２１の流路面積が縮小される。その結果、吸入空気量が減少し空燃比がリッチになって燃焼室内の燃焼温度が上昇して排気ガス温度が高められる。これによって、排気ガス温度が上記再生動作可能温度に達した場合には、排気昇温装置３４の作動は行われることなくＤＰＦ３３は再生される。

図７は、この場合において電気抵抗検知センサ３６ｃによって検出される電気抵抗値の時間的変化と再生動作タイミングとを示すタイミングチャート図である。先ず、再生動作が実行されることなくエンジンが運転され、ＰＭの堆積に伴って電気抵抗値が徐々に低下していき、この電気抵抗値が所定の再生開始閾値を下回ると（図中のタイミングＡ）再生動作が開始される。この再生動作の開始直後は未だフィルタ本体３５の温度が再生動作可能温度に達していないので、電気抵抗値は低下し続けるが、フィルタ本体３５の温度が再生動作可能温度に達すると、ＰＭが除去されていき、電気抵抗値は次第に上昇していく。そして、この電気抵抗値が所定の再生終了閾値を上回ると（図中のタイミングＢ）再生動作を終了させる。尚、この再生終了閾値として設定される電気抵抗値は、再生開始閾値として設定される電気抵抗値よりも高く設定されており、フィルタ再生動作の開始と停止が頻繁に繰り返されるといた状況を回避している。

尚、この再生動作中において、電気抵抗検知センサ３６ｃによって検出される電気抵抗値の変化率（単位時間当たりにおける電気抵抗値の上昇量）が所定の異常判定変化率よりも高くなった場合（図８における傾きαが所定角度よりも大きくなった場合）にはフィルタ再生動作を強制的に停止するようにしている。これは、このように電気抵抗値の変化が急激な場合には、フィルタ本体３５の一部分が局所的に異常高温になる「異常再生」が生じている可能性があり、この「異常再生」状態が継続されてしまうと、ＤＰＦ３３の溶損が懸念されるため、この電気抵抗値の変化率が高くなった時点で再生動作を終了させるものである。これにより、ＤＰＦ３３の長寿命化を図ることが可能になる。

上述した吸気絞り装置２４を作動させる再生動作を実行した後に所定時間が経過しても、排気温度検出センサ３７によって検出される排気ガス温度が再生動作可能温度に達しない場合には排気昇温装置３４の作動が行われる。つまり、コントローラ５は、排気昇温装置３４に排気昇温制御信号を送信する。これにより電気ヒータがＯＮし、この電気ヒータによる排気ガスの加熱動作が開始される。その結果、更に排気ガス温度が高められ、上記吸気絞り装置２４による吸気絞り動作及び排気昇温装置３４（電気ヒータ）による加熱動作により排気ガス温度が再生動作可能温度に達してＤＰＦ３３は再生されることになる。

図９は、この吸気絞り優先動作において、吸気絞り装置２４による吸気絞り動作が行われた後に排気昇温装置３４による加熱動作が行われた場合における排気ガス温度の時間的変化を示す図である。この図からも明らかなように、吸気絞り装置２４による吸気絞り動作が開始（この開始点を図中の点Ａで示す）された直後に排気ガス温度は一旦上昇し、その後、吸気絞り動作のみで排気ガス温度を上昇させることができる限界（昇温限界）を迎える（図中の点Ｂ）。その後、排気昇温装置３４による加熱動作が行われ（加熱動作開始点を図中の点Ｃで示す）、これによって排気ガス温度は再び上昇して再生動作可能温度（目標温度）に達し、ＤＰＦ３３は再生される。

以上の吸気絞り優先動作によれば、吸気絞り装置２４による吸気絞り動作によって排気ガス温度が再生動作可能温度に達した場合には排気昇温装置３４の作動は行われない。このため、電気ヒータへの通電によるエネルギロスを抑えることができる。また、排気昇温装置３４による加熱のみで排気ガス温度を再生動作可能温度まで上昇させようとすると、電気ヒータの昇温の立ち上がりが遅いため、実際に再生が開始されるまでの時間を長く要してしまう可能性があるが、この吸気絞り優先動作によれば、先に、吸気絞り装置２４による吸気絞り動作を開始することにより、排気ガスの昇温を迅速に行うことができる。

−排気加熱優先動作−
次に、排気昇温装置３４による排気加熱を優先した動作について説明する。上記排気昇温制御開始条件が成立した場合、先ず、コントローラ５は、排気昇温装置３４に排気昇温制御信号を送信する。これにより電気ヒータがＯＮし、この電気ヒータによる排気ガスの加熱動作が開始される。その結果、排気ガス温度が高められる。これによって、排気ガス温度が上記再生動作可能温度に達した場合には、吸気絞り装置２４による吸気絞り動作は行われることなくＤＰＦ３３は再生される。

一方、上記排気昇温装置３４を作動させた後に所定時間が経過しても、排気温度検出センサ３７によって検出される排気ガス温度が再生動作可能温度に達しない場合には吸気絞り装置２４の作動が行われる。つまり、コントローラ５は、吸気絞り装置２４に吸気絞り制御信号を送信する。これにより吸気絞り装置２４のアクチュエータが作動して、この吸気絞り制御信号に応じた開度が得られるようにバタフライバルブが回動され、吸気配管２１の流路面積が縮小される。その結果、吸入空気量が減少し空燃比がリッチになって燃焼室内の燃焼温度が上昇して排気ガス温度は更に高められる。これにより、上記排気昇温装置３４による加熱動作及び吸気絞り装置２４による吸気絞り動作により排気ガス温度が再生動作可能温度に達してＤＰＦ３３は再生されることになる。

この排気加熱優先動作においても、上記吸気絞り優先動作において図９を用いて説明した場合と同様に、排気ガス温度の２段階の上昇過程（排気昇温装置３４の加熱動作による温度上昇及び吸気絞り装置２４の吸気絞り動作による温度上昇）を経て排気ガス温度は再生動作可能温度に達し、ＤＰＦ３３は再生されることになる。

以上の排気加熱優先動作によれば、排気昇温装置３４による加熱動作によって排気ガス温度が再生動作可能温度に達した場合には吸気絞り装置２４の作動は行われない。このため、吸気量の減少に伴うＣＯやＴＨＣの発生量の増加を抑えることができ、また、エンジンのポンピングロスを抑えることによって燃費の悪化を抑制することができる。また、吸気絞り動作のみによって上昇可能な排気ガス温度には限界がある（例えば５０〜１００ｄｅｇ程度の昇温しか見込めない）が、この排気加熱優先動作によれば電気ヒータによる加熱動作によって排気ガス温度を確実に且つ大幅に上昇させることが可能になる。

−吸気絞り優先動作と排気加熱優先動作との選択−
上述した吸気絞り優先動作及び排気加熱優先動作はエンジン個体において何れか一方が行われるように予め設定されていてもよい。つまり、エンジンを、吸気絞り優先動作を行うもの或いは排気加熱優先動作を行うものとして作製しておく。また、同一のエンジンであっても運転状況に応じて吸気絞り優先動作と排気加熱優先動作とが選択的に実行されるようになっていてもよい。

この選択動作として、具体的には、排気温度検出センサ３７からの排気温度検出信号をコントローラ５が受け、この検出された排気ガス温度と上記再生動作可能温度とを比較し、排気ガス温度が再生動作可能温度に対して僅かに低い（例えばその差が１００ｄｅｇ未満である）場合には吸気絞り優先動作を実行する。この場合、吸気絞り装置２４による吸気絞り動作のみで排気ガス温度を再生動作可能温度に到達させることが可能であり、排気昇温装置３４による加熱作動は不要になる。

一方、エンジンの負荷が急激に増加する状況（例えば登坂走行時）にあっては、排気加熱優先動作を実行する。その理由は、エンジンの負荷が急激に増加する状況で吸気量を減少させるとエンジンストールの虞があるので、排気昇温装置３４による加熱動作を優先させ、これによって吸気量を確保するためである。

また、この吸気絞り優先動作と排気加熱優先動作とを選択する動作として、エンジン回転数及び排気ガス温度に応じて選択するようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、エンジン回転数及び排気ガス温度が共に低い場合には排気加熱優先動作を選択し、エンジン回転数及び排気ガス温度が共に高い場合には吸気絞り優先動作を選択するようなマップをコントローラ５に記憶させておき、このマップに従って上記選択動作を行うといった構成である。

−吸気絞り・排気加熱同時開始動作−
この動作は、上記排気昇温制御開始条件が成立した場合に、コントローラ５が、吸気絞り装置２４に吸気絞り制御信号を送信すると共に、排気昇温装置３４に排気昇温制御信号を送信する。これにより、吸気絞り装置２４の吸気絞り動作による排気ガス温度の上昇、排気昇温装置３４の加熱動作による排気ガス温度の上昇を共に得ることができ、排気ガス温度が迅速に再生動作可能温度に達してＤＰＦ３３は再生されることになる。このため、排気昇温制御開始条件が成立した時点からＤＰＦ３３の再生が完了するまでの時間を短縮化できる。

−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態では、フィルタ本体３５における一次側流通路３５ｃの表面の２箇所Ｘ，Ｙに電気配線３６ａ，３６ｂを接続し、この２点Ｘ，Ｙ間の電気抵抗によりＰＭ堆積量を認識するようにしている。つまり、ＰＭ堆積量が増大して堆積厚さが大きくなっていくに伴って電気抵抗値は徐々に低下していくため、この電気抵抗値の変化を認識することによってＰＭ堆積量を検出することを可能にしている。このため、フィルタの上流側と下流側との圧力差を圧力センサによって検出したり、エンジンの運転状態に対応したＰＭ生成量等をマップから読み出して演算する従来のものに比べて、ＰＭ堆積量検出動作の信頼性を高く得ることができる。また、電気抵抗を検出するための配線（導線）をフィルタに接続するといった比較的簡単な構成であるため、実用性の向上を図ることもできる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態はＰＭ堆積量検出センサ３６の構成が上述した第１実施形態のものと異なっている。従って、ここではＰＭ堆積量検出センサ３６の構成についてのみ説明する。

上述した第１実施形態では、一対の電気配線３６ａ，３６ｂを有するＰＭ堆積量検出センサ３６を１組のみ配設する構成としたが、本実施形態では、図１１に示すように、この一対の電気配線３６ａ，３６ｂを有するＰＭ堆積量検出センサ３６Ａ，３６Ｂを２組配設した構成としている。また、各ＰＭ堆積量検出センサ３６Ａ，３６Ｂそれぞれの電気配線３６ａ，３６ｂのフィルタ本体３５に対する接続箇所としては、このフィルタ本体３５の中心点から等距離に設定されている。

このようにＰＭ堆積量検出センサ３６Ａ，３６Ｂを２組配設した場合、仮に一方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ａの電気配線３６ａ，３６ｂに断線が生じたとしても、他方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ｂによってフィルタ本体３５上の２点間の電気抵抗を検出することが可能であり、ＰＭ堆積量検出動作の信頼性を確保できる。

また、本形態の構成において一方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ａの電気配線３６ａ，３６ｂに断線が生じた場合には、このＰＭ堆積量検出センサ３６Ａによって検出される電気抵抗値は継続的に無限大となる。このため、この状態を認識することによって、この一方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ａの電気配線３６ａ，３６ｂに断線が生じたことを容易に認識できることになり、このＰＭ堆積量検出センサ３６Ａからの出力信号を無効とすることができる。

また、本実施形態では、２組のＰＭ堆積量検出センサ３６Ａ，３６Ｂを設けているため、それぞれがフィルタ本体３５上の２点間の電気抵抗を検出することになる。このため、これら検出された電気抵抗値が互いに異なった値となった場合には、低い側の電気抵抗値を真の電気抵抗値として認識し、それに基づいてＰＭ堆積量を推定するようにしている。これは、フィルタ本体３５に対するＰＭの堆積が偏っている場合（偏堆積している場合）の対策であり、電気抵抗を検出している各部のうち最もＰＭ体積量が多い箇所を基準にしてフィルタ再生動作の開始タイミングを決定するようにしたものである。例えば、一方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ａで検出されている電気抵抗値が、他方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ｂで検出されている電気抵抗値よりも高く検出されている場合に、この一方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ａで検出されている電気抵抗値を真の電気抵抗値として認識してしまうと、他方のＰＭ堆積量検出センサ３６Ｂが検出対象としている箇所では、ＰＭが過剰に堆積している可能性がある。この場合、フィルタ再生動作時にはその箇所で温度過上昇を招き、フィルタ本体３５の損傷が懸念されることになる。このような状況を回避するために、上述した如く、最も低く検出されている電気抵抗値（ＰＭが最も多く堆積している部分での電気抵抗値）を真の電気抵抗値として認識するようにしている。

尚、本実施形態では、一対の電気配線３６ａ，３６ｂで成るＰＭ堆積量検出センサ３６Ａ，３６Ｂを２組配設した構成としたが、３組以上を配設する構成としてもよい。この場合にも、上述と同様に、最も低く検出されている電気抵抗値を真の電気抵抗値として認識し、再生動作時におけるフィルタ本体３５の損傷を回避することが好ましい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態もＰＭ堆積量検出センサ３６の構成が上述した第１実施形態及び第２実施形態のものと異なっている。従って、ここでもＰＭ堆積量検出センサ３６の構成についてのみ説明する。

本実施形態では、図１２に示すように、フィルタ本体３５上の３点（図中の点Ｘ、点Ｙ、点Ｚ）の相互間の電気抵抗を検出する構成としている。つまり、これら３点に電気配線（導線）３６ａ，３６ｂ，３６ｄがそれぞれ接続されており、これら電気配線３６ａ，３６ｂ，３６ｄの相互間の電気抵抗を電気抵抗検知センサ３６ｃ，３６ｃ，３６ｃによって検知するようになっている。

本実施形態の構成によれば、先ず、各点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に接続されている電気配線に断線が生じていない際には、各点間の抵抗値をｒ１、ｒ２、ｒ３とすると、
ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝ｒ
となり（偏堆積が生じていない場合）、各点間で検出される電気抵抗値は、
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝Ｒ（Ｙ，Ｚ）＝Ｒ（Ｚ，Ｘ）＝Ｒ＝（２／３）ｒ
Ｒ（Ｘ，Ｙ）：３点のうち「点Ｘ」と「点Ｙ」との間の抵抗値、Ｒ（Ｙ，Ｚ）：３点のうち「点Ｙ」と「点Ｚ」との間の抵抗値、Ｒ（Ｚ，Ｘ）：３点のうち「点Ｚ」と「点Ｘ」との間の抵抗値
となっている。

一方、各点に接続されている電気配線のうちの一つに断線が生じている際（上記「点Ｘ」に繋がる電気配線で断線が生じている際）には、
Ｒ（Ｘ，Ｙ）＝∞
Ｒ（Ｚ，Ｘ）＝∞
Ｒ（Ｙ，Ｚ）＝ｒ
となり、Ｒ（Ｙ，Ｚ）の電気抵抗値が突然に１．５倍（断線が生じていなかった場合の１．５倍）に上昇する。このため、この電気抵抗値の急激な上昇を認識することにより、配線の断線を容易に認識できる。

尚、このように、フィルタ本体３５上の３点の相互間の電気抵抗を検出する構成とした場合においても、上述と同様に、最も低く検出されている電気抵抗値を真の電気抵抗値として認識することになる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態もＰＭ堆積量検出センサ３６の構成が上述した上記各実施形態のものと異なっている。従って、ここでもＰＭ堆積量検出センサ３６の構成についてのみ説明する。

本実施形態に係るＰＭ堆積量検出センサ３６は、上述した第１実施形態や第２実施形態のように２点間の電気抵抗を検出する機能を備えている。また、それに加えて、上記電気配線３６ａの接続箇所におけるフィルタ本体３５上の温度を検出する機能も備えている。

具体的には、図１３に示すように、電気抵抗測定対象である１点（上記点Ｘ）に対して、これに接続されている電気配線３６ａとは異なる材料の電気配線３６ｅを接続し、この両電気配線３６ａ，３６ｅにより閉回路を構成して、その回路に電圧検知センサ３６ｆを接続した構成である。各電気配線３６ａ，３６ｂ，３６ｅの具体的な材料としては、電気抵抗検出用の配線である電気配線３６ａ，３６ｂはアルメル（ＮｉとＡｌとの合金）で成り、電圧検知用の配線である電気配線３６ｅはクロメル（ＮｉとＣｒとの合金）で成っている。つまり、電気抵抗検出用の電気配線３６ａを利用して熱電対を構成したものとなっている。

本実施形態の構成によれば、電気抵抗測定対象である点の温度を測定することにより、再生動作が正常に行われているか（適正な温度で再生動作が行われているか）否かを判断することが可能になる。

また、上述した第２実施形態のように複数組のＰＭ堆積量検出センサ３６Ａ，３６Ｂを設け、それぞれに熱電対としての機能を備えさせた場合には、再生動作中に各所の温度を計測することで、フィルタ本体３５の偏温の有無が認識でき、この偏温が生じている場合にはＰＭの偏堆積が生じていると判断することができる。これにより、ＤＰＦ３３のメンテナンスが必要であるか否かの判断が可能になる。また、図１３に示すＰＭ堆積量検出センサ３６に対して、右側の電気配線３６ｂに対しても、左側と同様の熱電対を構成することにより複数箇所の温度を計測することができる。

尚、このようにフィルタ温度に基づいてＰＭ堆積量を演算する場合、フィルタ温度を計測する手段としては上述したようなＰＭ堆積量検出センサ３６を利用した熱電対を使用してもよいし、個別の温度センサを使用してもよい。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態は上述した各実施形態に係るＰＭ堆積量検出センサ３６に加えて、ＤＰＦ３３の上流側と下流側との圧力差を検出する圧力センサ（図示省略）を備えさせたものである。つまり、ＰＭ堆積量検出センサ３６からの出力及び圧力センサからの出力をコントローラ５が受けるようになっている。また、このコントローラ５には、上記各出力に基づいてＤＰＦ３３のメンテナンスが必要であるか否かを判断するメンテナンス判断手段が備えられている。

一般に、ＤＰＦ３３に堆積する物質としては、再生動作によって除去可能な上記ＰＭの他に、除去不可能な物質として、潤滑油の付着に伴う灰分やエンジン摩耗粉等がある。そして、圧力センサの差圧検出のみによる堆積状況の監視では、差圧上昇の要因が上記ＰＭによるものであるのか、それともエンジン摩耗粉等によるものであるのかの判断が困難であり、これを判断するためにはエンジンの総運転時間に基づいてＤＰＦ洗浄等のメンテナンスの必要性を判断する必要があった。

これに対し、本実施形態の構成によれば、例えば、圧力センサにより検出される差圧が比較的高く、且つ電気抵抗検知センサ３６ｃにより検出される電気抵抗値が比較的低い場合には、再生動作によって除去可能なＰＭの堆積量が多いと判断できる。一方、圧力センサにより検出される差圧が比較的高く、且つ電気抵抗検知センサ３６ｃにより検出されるフィルタ上の電気抵抗値が比較的高い場合には、再生動作では除去不可能な物質の堆積量が多いと判断できる。このため、再生動作の実行によりフィルタが浄化できる状況であるのか、ＤＰＦ３３のメンテナンスが必要な状況であるのかをメンテナンス判断手段によって容易に判断することが可能である。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態は、再生動作を開始する時点でのフィルタ表面温度に基づいてフィルタ再生動作条件を予め決定するようにしたものである。

つまり、ＰＭ堆積量の検出と同時にフィルタ表面温度も計測しておき、再生動作開始時におけるフィルタ表面温度と再生目標温度との差からフィルタ再生動作の条件としての再生動作継続時間、吸気量の減少量、電気ヒータによる加熱量などを予め決定して再生動作を開始するようにしている。これによれば、適切な条件でフィルタ再生動作を実行することができ、再生動作に伴う燃費の悪化等を最小限に抑えることが可能になる。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。本実施形態は、エンジンの起動時におけるフィルタ温度が所定温度以下であるときには、フィルタ再生動作を強制的に禁止するようにしたものである。

ＤＰＦ３３において、エンジンの起動時におけるフィルタ温度が所定温度以下（冷態時）であるときに、吸気量の減少や燃料噴射時期やそのパターンの変更などといったフィルタ再生動作を実行してしまうと、混合気の不完全燃焼によりＣＯやＴＨＣが触媒で反応せず、そのまま大気中に排出されてしまい刺激臭を発することになる。このため、本実施形態では、この冷態時にはフィルタ再生動作を強制的に禁止し、混合気の不完全燃焼を抑制してＣＯやＴＨＣの排出量を削減するようにしている。具体的には、エンジン冷却水温度が５０℃以下である場合にはフィルタ再生動作を禁止し、このエンジン冷却水温度が５０℃を越え且つ上記排気昇温制御開始条件が成立した際にフィルタ再生動作を開始することになる。

−その他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、１個のＤＰＦ３３を備えたエンジンについて説明したが、複数のＤＰＦを並列または直列に接続したエンジンに対しても本発明は適用可能である。

また、上述した各実施形態では、吸気量の減量及び電気ヒータによる加熱によってＤＰＦ３３を再生させる場合を主に説明したが、その他に、排気系に備えられた排気絞り弁の開度を小さくするものや、燃料噴射量を増量するもの、燃料噴射時期を遅角させるものなどを適用することも可能である。

また、本発明では、フィルタ本体３３の全体が非導電性材料で構成されている場合に限らず、フィルタ３３の略全体を導電性材料で構成し、一次側流通路３５ｃの表面の一部分のみを非導電性材料で構成しておき、この非導電性材料で成る部分の少なくとも２点間の電気抵抗を検出するといった構成も採用可能である。

実施形態に係るエンジン及びＤＰＦ再生のための制御システムの概略構成を模式的に示した図である。 フィルタ本体を排気ガスの流れ方向に沿った方向から見た図である。 フィルタ本体を排気ガスの流れ方向に対して直交する方向から見た図である。 ＰＭが堆積する前のフィルタ本体の概略を示す断面図である。 ＰＭが堆積した後のフィルタ本体の概略を示す断面図である。 フィルタ温度と電気抵抗値との関係を示す図である。 電気抵抗値の時間的変化と再生動作タイミングとを示すタイミングチャート図である。 電気抵抗値の変化率によってフィルタ再生動作を停止する動作を説明するための図７相当図である。 吸気絞り優先動作において、吸気絞り動作が行われた後に加熱動作が行われた場合における排気ガス温度の時間的変化を示す図である。 吸気絞り優先動作と排気加熱優先動作との選択を説明するための図である。 第２実施形態における図２相当図である。 第３実施形態における図２相当図である。 第４実施形態におけるＰＭ堆積量検出センサの概略構成を示す図である。

符号の説明

３３ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
３５ フィルタ本体
３６ ＰＭ堆積量検出センサ
３６ｃ 電気抵抗検知センサ（電気抵抗検出手段）
５ コントローラ

Claims (11)

1. 一次側から二次側に向けて内燃機関の排気ガスを通過させることにより排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   上記パティキュレートフィルタは、その全体または上記一次側の少なくとも表面の一部が非導電性材料で成っており、
   上記パティキュレートフィルタにおける非導電性材料で成る部分の少なくとも２点間の電気抵抗を検出する電気抵抗検出手段と、
   上記電気抵抗検出手段からの出力を受けてパティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定手段とを備えていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
2. 上記請求項１記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   電気抵抗検出手段は、少なくとも２組が設けられていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
3. 上記請求項１または２記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   電気抵抗検出手段は、パティキュレートフィルタにおける非導電性材料部分の少なくとも３点の相互間の電気抵抗を検出するよう構成されていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
4. 上記請求項１、２または３記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   電気抵抗検出手段は、電気抵抗測定対象である点におけるパティキュレートフィルタ表面温度を測定可能に構成されていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
5. 上記請求項１〜４のうち何れか一つに記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   堆積量推定手段は、電気抵抗検出手段によって検出された電気抵抗に対し、パティキュレートフィルタ温度に基づいた補正演算を行うことによって粒子状物質の堆積量を推定するよう構成されていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
6. 上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   堆積量推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の再生開始堆積量を越えたときにフィルタ再生動作を開始する一方、堆積量推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の再生終了堆積量を下回ったときにフィルタ再生動作を停止するよう構成されていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
7. 上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   フィルタ再生動作の実行中に、電気抵抗検出手段によって検出される電気抵抗値の変化率が所定の異常判定変化率よりも高くなった場合にはフィルタ再生動作を停止するよう構成されていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
8. 上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   パティキュレートフィルタの上流側と下流側との圧力差を検出する圧力センサを備えさせ、この圧力センサからの出力及び電気抵抗検出手段からの出力を受け、これら出力に基づいてパティキュレートフィルタのメンテナンスが必要であるか否かを判断するメンテナンス判断手段を備えていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
9. 上記請求項４または５記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
   堆積量推定手段によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の再生開始堆積量を越えたときにフィルタ再生動作を開始する一方、フィルタ再生動作条件は、計測されたパティキュレートフィルタ表面温度により決定される構成となっていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
10. 上記請求項４または５記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置において、
    内燃機関の起動時におけるフィルタ温度が所定温度以下であるときには、フィルタ再生動作を強制的に禁止するよう構成されていることを特徴とするパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置。
11. 上記請求項１〜１０のうち何れか一つに記載のパティキュレートフィルタを有する排気ガス浄化装置を備えていることを特徴とする内燃機関。

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