JP2007154783A - 内燃機関用排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気微粒子の堆積量と圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定する内燃機関用排気浄化装置において、排気微粒子堆積量の推定精度を向上させる。
【解決手段】捕集器の隔壁内に排気微粒子が堆積する際の排出ガスの流速によって、隔壁内に堆積した排気微粒子の量や密度が変化し、それにより排気微粒子堆積量と圧力損失とを対応付ける堆積特性の傾向が変化してしまい、排気微粒子堆積量の推定精度が悪化する。そこで、捕集器の隔壁内に排気微粒子が堆積する際の排出ガスの流速に応じて、堆積特性を修正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスに含まれる排気微粒子を捕集するための捕集器を備える内燃機関用排気浄化装置に関するものである。

近年、車両に搭載されるディーゼル内燃機関においては、排出ガス中の排気微粒子を低減するために、排気微粒子を捕集する捕集器を排気管の途中に設置することが行われている。

捕集器は、多数の排気流路を有するセラミック多孔質体からなり、排気流路を区画する多孔質の隔壁を排出ガスが通過する際に、排気微粒子を吸着、捕集する。捕集器に捕集された排気微粒子がそのまま堆積すると圧力損失が増大して機関効率が低下するため、堆積量が所定値を超えると捕集器内の排気微粒子を燃焼させて捕集器を再生する。

ここで、捕集器の排気微粒子の堆積量と捕集器の圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定し、推定した排気微粒子堆積量が所定値を超えると捕集器の再生を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２８６０１９号公報

しかしながら、本発明者の検討によると、特許文献１に記載の装置では、捕集器の隔壁内に排気微粒子が堆積する際の排出ガスの流速によって、隔壁内に堆積する排気微粒子の量や密度が変化し、それにより排気微粒子堆積量と圧力損失とを対応付ける堆積特性の傾向が変化してしまい、排気微粒子堆積量の推定精度が悪化することが分かった。

本発明は上記点に鑑みて、排気微粒子の堆積量と圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定する内燃機関用排気浄化装置において、排気微粒子堆積量の推定精度を向上させることを目的とする。

本発明は、排気微粒子の堆積量と捕集器（４０）の圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定する堆積量推定手段（Ｓ１０２）と、排出ガスが隔壁（４００）を通過する際の流速を検出する流速検出手段（Ｓ１０３、Ｓ１０３ａ）と、流速検出手段（Ｓ１０３、Ｓ１０３ａ）にて検出した排出ガスの流速に応じて、堆積特性を修正する堆積特性修正手段（Ｓ１０４、Ｓ１０４ａ、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０４ｃ、Ｓ１０５、Ｓ１０５ａ、Ｓ１０５ｂ、Ｓ１０５ｃ、Ｓ１０８）とを備えることを第１の特徴とする。

これによると、排出ガスの流速に応じた適切な堆積特性にすることが可能であるため、排気微粒子堆積量の推定精度を向上させることが可能である。

本発明は、第１の特徴を備える内燃機関用排気浄化装置において、堆積特性は、排気微粒子の堆積量が０の初期点（Ｘ）から遷移点（Ｚ）までの第１領域では、排気微粒子の堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合が一定のまま、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が増加し、排気微粒子の堆積量が遷移点（Ｚ）を超えた第２領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が第１領域よりも緩やかに増加する特性であり、堆積特性修正手段（Ｓ１０４、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０４ｃ、Ｓ１０５、Ｓ１０５ｂ、Ｓ１０５ｃ、Ｓ１０８）は、第１領域ガス流速が高くなるのに伴って、遷移点（Ｚ）における排気微粒子の堆積量が増加するように、堆積特性を修正することを第２の特徴とする。

第１領域ガス流速が高くなるほど、隔壁内の奥深くまで排気微粒子が浸入しやすくなるため、隔壁内に堆積する排気微粒子の量が増加する。したがって、第２の特徴によると、隔壁内に堆積する排気微粒子の量を考慮した適切な堆積特性にすることができ、排気微粒子堆積量の推定精度を向上させることができる。

本発明は、第１の特徴を備える内燃機関用排気浄化装置において、堆積特性は、排気微粒子の堆積量が０の初期点（Ｘ）から遷移点（Ｚ）までの第１領域では、排気微粒子の堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合が一定のまま、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が増加し、排気微粒子の堆積量が遷移点（Ｚ）を超えた第２領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が第１領域よりも緩やかに増加する特性であり、堆積特性修正手段（Ｓ１０４ａ、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０５ａ、Ｓ１０５ｂ）は、第１領域ガス流速が高くなるのに伴って、遷移点（Ｚ）における圧力損失が増加するように、堆積特性を修正することを第３の特徴とする。

第１領域ガス流速が高くなるほど、隔壁内に堆積した排気微粒子の密度が高くなるため、排気微粒子の堆積量が同じでも圧力損失が増加する。したがって、第３の特徴によると、隔壁内に堆積する排気微粒子の密度を考慮した適切な堆積特性にすることができ、排気微粒子堆積量の推定精度を向上させることができる。

本発明は、第１の特徴を備える内燃機関用排気浄化装置において、堆積特性は、排気微粒子の堆積量が０の初期点（Ｘ）から遷移点（Ｚ）までの第１領域では、排気微粒子の堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合が一定のまま、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が増加し、排気微粒子の堆積量が遷移点（Ｚ）を超えた第２領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が第１領域よりも緩やかに増加する特性であり、堆積特性修正手段（Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０５ｂ）は、第１領域ガス流速が高くなるのに伴って、遷移点（Ｚ）における排気微粒子の堆積量が増加するとともに、遷移点（Ｚ）における圧力損失が増加するように、堆積特性を修正することを第４の特徴とする。

これによると、隔壁内に堆積する排気微粒子の量や密度を考慮した適切な堆積特性にすることができ、排気微粒子堆積量の推定精度を向上させることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、車両に搭載される水冷式ディーゼル内燃機関であり、その車両は内燃機関１にて駆動される。内燃機関１は、高圧燃料を蓄える１つのコモンレール１１と、このコモンレール１１に連結されて内燃機関１のシリンダ内に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁１２を有している。因みに、内燃機関１に駆動される図示しないポンプによって燃料を高圧化して、その高圧燃料をコモンレール１１に圧送するようになっている。

内燃機関１の吸気マニホールド２１は、吸気管２０に連結されており、その連結部に吸気スロットル２２が設けられている。そして、吸気スロットル２２によって、吸気系の通路面積が調整されて吸気流量が調整されるようになっている。

内燃機関１の排気マニホールド３１は、排気管３０に連結されており、排気管３０の途中には、排出ガス中の排気微粒子（以下、ＰＭという）を捕集する捕集器４０が設置されている。

この捕集器４０は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、多孔質の隔壁４００で区画された多数の排気流路４１０の入口または出口を互い違いに目封じしてなる。また、多孔質の隔壁４００には、酸化触媒が担持されている。そして、内燃機関１からの排出ガスは、入口側が開口している排気流路４１０内に入り、多孔質の隔壁４００を通過して隣の排気流路４１０に流入するようになっており、多孔質の隔壁４００を通過する際にＰＭが捕集される。

排気管３０における捕集器４０の上流側には、遠心過給機１３のタービン１４が設けられ、このタービン１４は、吸気管２０に設けられたコンプレッサ１５とタービン軸を介して連結されている。これにより、排出ガスの熱エネルギーを利用してタービン１４を駆動するとともに、タービン軸を介してコンプレッサ１５を駆動し、吸気管２０に導入される吸気をコンプレッサ１５内で圧縮する。また、遠心過給機１３は、コンプレッサ１５側に設けた図示しないノズルの傾きを変えることにより過給圧を調整可能になっている。

コンプレッサ１５よりも下流側で且つ吸気スロットル２２よりも上流側の吸気管２０内には、インタークーラ２３が設けられ、コンプレッサ１５で圧縮されて高温となった吸気はインタークーラ２３で冷却される。

排気マニホールド３１は、ＥＧＲ通路５０によって吸気マニホールド２１と連結されており、排出ガスの一部がＥＧＲ通路５０を介して吸気系に戻されるようになっている。ＥＧＲ通路５０と吸気マニホールド２１との連結部にはＥＧＲバルブ５１が設けられ、ＥＧＲバルブ５１によってＥＧＲ通路５０の通路面積が調整されて吸気系へ還流される排出ガスの量が調整されるようになっている。また、ＥＧＲ通路５０の途中には、還流される排出ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２が設けられている。

排気管３０には、捕集器４０の前後差圧、すなわち捕集器４０の圧力損失に応じた電気信号を出力する差圧センサ６１が設けられている。この差圧センサ６１の一端側は捕集器４０の上流側にて排気管３０に接続され、差圧センサ６１の他端側は捕集器４０の下流側にて排気管３０に接続されている。

また、排気管３０における捕集器４０の上流側には、捕集器４０に流入する排出ガスの温度に応じた電気信号を出力する第１排気温センサ６２が設置され、排気管３０における捕集器４０の下流側には、捕集器４０を通過した排出ガスの温度に応じた電気信号を出力する第２排気温センサ６３が設置されている。

さらに、コンプレッサ１５よりも上流側の吸気管２０には、吸気の単位時間当たり質量流量に応じた電気信号を出力するエアフロメータ６４が設置されている。

上述した各種センサ等の出力は、ＥＣＵ７０に入力される。なお、ＥＣＵ７０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備える。そして、ＥＣＵ７０は、マイクロコンピュータに記憶された差圧式ＰＭ堆積量算出処理を実行することにより、差圧センサ６１にて検出した捕集器４０の圧力損失を主な情報として差圧式ＰＭ堆積量を算出し、マイクロコンピュータに記憶された履歴式ＰＭ堆積量算出処理を実行することにより、内燃機関１から捕集器４０へのＰＭの流入量と捕集器４０内でのＰＭの燃焼量とに基づいて履歴式ＰＭ堆積量を算出し、さらに、マイクロコンピュータに記憶された捕集器再生制御処理を実行することにより、ＰＭ堆積量に基づいて捕集器４０の再生タイミングを決定して捕集器４０の再生を行う。

次に、捕集器４０に堆積したＰＭの量と捕集器４０の圧力損失との関係について説明する。図２は、ＰＭが堆積していない新品若しくは捕集器４０を完全に再生した直後（すなわちＰＭ堆積量Ｍが０）の状態からＰＭが堆積していくときの、圧力損失Ｐと差圧式ＰＭ堆積量Ｍとの関係を対応付ける堆積特性を示す図である。

この差圧式ＰＭ堆積量Ｍが増加する際の特性線は、２種類の直線で表され、差圧式ＰＭ堆積量Ｍがある大きさになる点Ｚ（以下、遷移点Ｚという）で２種類の直線の傾きが変化する。すなわち、差圧式ＰＭ堆積量Ｍが０の初期点Ｘから遷移点Ｚに至るまでの第１領域では、捕集器４０の多孔質の隔壁４００内にＰＭが侵入して詰まるため差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に伴って圧力損失Ｐが急峻に増加する。また、隔壁４００内にＰＭが詰まった後に、ＰＭが隔壁４００の表面に層状に堆積していく過程、すなわち差圧式ＰＭ堆積量Ｍが遷移点Ｚを超えた第２領域では、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に伴って圧力損失Ｐが第１領域よりも緩やかに増加する。

なお、図２の実線は、後述する通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄの時の堆積特性（以下、基準堆積特性という）を示しており、これに対し、一点鎖線および二点鎖線は、通過ガス流速Ｖに応じて修正された堆積特性の例を示している。

以下、本明細書では、遷移点Ｚにおける差圧式ＰＭ堆積量Ｍを遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚといい、遷移点Ｚにおける圧力損失Ｐを遷移点圧力損失Ｐｚという。また、特性線のうち、差圧式ＰＭ堆積量Ｍが０の初期点Ｘから遷移点Ｚに至るまでの第１領域の特性線を第１特性線Ｕ１といい、差圧式ＰＭ堆積量Ｍが遷移点Ｚを超えた第２領域の特性線を第２特性線Ｕ２という。

次に、本実施形態の排気浄化装置の作動を説明する。図３は、ＥＣＵ７０で実行される差圧式ＰＭ堆積量算出処理のうち、堆積特性の修正を行う堆積特性修正処理を示す流れ図である。

まず、ステップＳ１００では、差圧式ＰＭ堆積量算出処理にて算出された差圧式ＰＭ堆積量Ｍ、または履歴式ＰＭ堆積量算出処理にて算出された履歴式ＰＭ堆積量が、０であるか否かを判定する。捕集器４０の再生によりＰＭ堆積量が０になった場合には、ステップＳ１００でＹＥＳと判定し、ステップＳ１０１に進む。

次いで、ステップＳ１０１では、差圧センサ６１にて検出される捕集器４の圧力損失Ｐ、第１排気温センサ６２および第２排気温センサ６３にて検出される排出ガスの温度、エアフロメータ６４にて検出される単位時間当たり吸気流量等の情報を読み込む。

次いで、ステップＳ１０２では、後述するステップＳ１０５で修正された最新の堆積特性の第１特性線Ｕ１に基づいて、ステップＳ１０１にて読み込んだ圧力損失Ｐから、差圧式ＰＭ堆積量Ｍを求める。ここで求めた差圧式ＰＭ堆積量ＭはＥＣＵ７０のＥＥＰＲＯＭに記憶される。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１にて読み込んだ吸気の単位時間当たり質量流量を、ステップＳ１０１で検出した排出ガスの温度および捕集器４０の上流側の圧力に基づいて、排出ガスの単位時間当たり体積流量に換算し、この排出ガス流量を隔壁４００の通路面積で除算して、排出ガスが隔壁４００を通過する際の通過ガス流速Ｖを算出する。因みに、排出ガスの温度は、例えば、第１排気温センサ６２および第２排気温センサ６３にて検出される排出ガス温度の平均値を用いる。また、捕集器４０の上流側の圧力は、差圧センサ６１にて検出される捕集器４の圧力損失Ｐ等から推定する。

なお、ステップＳ１０３で算出する通過ガス流速Ｖは、ステップＳ１００でＹＥＳと判定してから現在までの間の平均流速であり、特に、後述するステップＳ１０６でＹＥＳと判定する直前にステップＳ１０３で算出する通過ガス流速Ｖは、初期点Ｘから遷移点Ｚに至るまでの第１領域の期間中の平均流速である。

ここで、通過ガス流速Ｖが高くなるほど、隔壁４００内の奥深くまでＰＭが堆積して、隔壁４００内に堆積するＰＭの量が増加するため、通過ガス流速Ｖに応じて遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを変化させるのが望ましい。そこで、図４に示すような通過ガス流速Ｖの増加に伴って遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚが増加する特性のマップをＥＣＵ７０のＲＯＭに記憶させておき、ステップＳ１０４では、そのマップに基づいて、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖから遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを求め、ステップＳ１０４で求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚに基づいて、ステップＳ１０５にて堆積特性の修正を行う。

具体的には、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも高い場合は、図２に一点鎖線で示すように、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性（図２の実線）のそれよりも大きくなるように、修正される。この修正により、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも大きくなる。

また、第１特性線Ｕ１の修正に伴って遷移点Ｚが移動し、この修正後の遷移点Ｚから第２特性線Ｕ２が始まる。より詳細には、第２特性線Ｕ２は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、基準堆積特性の第２特性線Ｕ２を平行移動させた状態に、修正される。

この修正後の堆積特性はＥＣＵ７０のＥＥＰＲＯＭに記憶される。なお、基準堆積特性はＥＣＵ７０のＲＯＭに記憶されている。

一方、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも低い場合は、図２に二点鎖線で示すように、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性のそれよりも小さくなるように、修正される。この修正により、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも小さくなる。

次いで、ステップＳ１０２で求めた差圧式ＰＭ堆積量Ｍが、ステップＳ１０４で求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚ以下であれば、ステップＳ１０６でＮＯと判定し、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を繰り返し実行して、堆積特性の修正を継続する。なお、このステップＳ１０１〜ステップＳ１０５の処理を繰り返し実行する間に、差圧式ＰＭ堆積量算出処理のうちの他の処理（すなわち、図３に示す堆積特性修正処理以外の処理）を実行するようになっている。

そして、内燃機関１の運転継続によりＰＭ堆積量が増加し、ステップＳ１０２で求めた差圧式ＰＭ堆積量Ｍが、ステップＳ１０４で求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを超えると、ステップＳ１０６でＹＥＳと判定して、堆積特性の修正を終了する。

なお、ステップＳ１０６でＹＥＳと判定すると、次にステップＳ１００でＹＥＳと判定するまでの間は、堆積特性の修正は行わずに、捕集器再生制御処理等を実行する。

すなわち、以上の堆積特性修正処理により修正された堆積特性は差圧式ＰＭ堆積量算出処理に用いられ、差圧式ＰＭ堆積量算出処理は、修正された堆積特性に基づいて、捕集器４０の圧力損失Ｐから差圧式ＰＭ堆積量Ｍを算出する。そして、捕集器再生制御処理は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍまたは履歴式ＰＭ堆積量が再生開始閾値を超えた場合には、捕集器４０の再生を開始する。これにより、捕集器４０に堆積したＰＭが燃焼、除去される。

前述したように、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖによって隔壁４００内に堆積するＰＭの量が変化し、それによって堆積特性が変化してしまうが、本実施形態では、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖに応じて適切な堆積特性に修正するため、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの推定精度を向上させることができる。

なお、ステップＳ１０２は堆積量推定手段に相当し、ステップＳ１０３は流速検出手段に相当する。また、ステップＳ１０４およびステップＳ１０５は、堆積特性修正手段を構成する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖによって隔壁内に堆積するＰＭの量が変化する点に着目し、通過ガス流速Ｖに応じて遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを変化させるようにしたが、本実施形態は、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖによって隔壁内に堆積するＰＭの密度が変化する点に着目し、通過ガス流速Ｖに応じて遷移点圧力損失Ｐｚを変化させるようにしたものである。

図５は第２実施形態に係る排気浄化装置のＥＣＵで実行される堆積特性修正処理を示す流れ図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示すように、ステップＳ１０４ａでは、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖから遷移点圧力損失Ｐｚを求める。具体的には、図６に示すような通過ガス流速Ｖの増加に伴って遷移点圧力損失Ｐｚが増加する特性のマップをＥＣＵ７０（図１参照）のＲＯＭに記憶させておき、ステップＳ１０４ａでは、そのマップに基づいて、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖから遷移点圧力損失Ｐｚを求める。

次いで、ステップＳ１０４ａで求めた遷移点圧力損失Ｐｚに基づいて、ステップＳ１０５ａにて堆積特性の修正を行う。図７は、圧力損失Ｐと差圧式ＰＭ堆積量Ｍとの関係を対応付ける堆積特性を示す図であり、実線は基準堆積特性を示しており、一点鎖線は通過ガス流速Ｖに応じて修正された堆積特性の例を示している。この図７にて、ステップＳ１０５ａでの堆積特性の修正方法について説明する。

ステップＳ１０５ａでは、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも高い場合は、図７に一点鎖線で示すように、第１特性線Ｕ１は、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚは変更せずに、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも大きくなるように、修正される。この修正により、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合が、基準堆積特性のそれよりも高くなる。

また、第１特性線Ｕ１の修正に伴って遷移点Ｚが移動し、この修正後の遷移点Ｚから第２特性線Ｕ２が始まる。より詳細には、第２特性線Ｕ２は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、基準堆積特性の第２特性線Ｕ２を平行移動させた状態に、修正される。この修正後の堆積特性はＥＣＵのＥＥＰＲＯＭに記憶される。

一方、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも低い場合は、第１特性線Ｕ１は、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚは変更せずに、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも小さくなるように、修正される。この修正により、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合が、基準堆積特性のそれよりも低くなる。

本実施形態は、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖによって隔壁内に堆積するＰＭの密度が変化する点を考慮し、通過ガス流速Ｖに応じて適切な堆積特性に修正するため、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの推定精度を向上させることができる。

なお、ステップＳ１０４ａおよびステップＳ１０５ａは、堆積特性修正手段を構成する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態では、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖによって隔壁内に堆積するＰＭの量が変化する点に着目し、通過ガス流速Ｖに応じて遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを変化させるようにし、また、第２実施形態では、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖによって隔壁内に堆積するＰＭの密度が変化する点に着目し、通過ガス流速Ｖに応じて遷移点圧力損失Ｐｚを変化させるようにしたが、本実施形態は、通過ガス流速Ｖに応じて遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚおよび遷移点圧力損失Ｐｚを変化させるようにしたものである。

図８は第３実施形態に係る排気浄化装置のＥＣＵで実行される堆積特性修正処理を示す流れ図である。第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８に示すように、ステップＳ１０４ｂでは、図４のマップに基づいて、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖから遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを求めるとともに、図６のマップに基づいて、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖから遷移点圧力損失Ｐｚを求める。

次いで、ステップＳ１０４ｂで求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚおよび遷移点圧力損失Ｐｚに基づいて、ステップＳ１０５ｂにて堆積特性の修正を行う。図９は、圧力損失Ｐと差圧式ＰＭ堆積量Ｍとの関係を対応付ける堆積特性を示す図であり、実線は基準堆積特性を示しており、一点鎖線は通過ガス流速Ｖに応じて修正された堆積特性の例を示している。この図９にて、ステップＳ１０５ｂでの堆積特性の修正方法について説明する。

ステップＳ１０５ｂでは、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも高い場合は、図９に一点鎖線で示すように、第１特性線Ｕ１は、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性のそれよりも大きくなるように、また、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも大きくなるように、修正される。この修正により、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合が、基準堆積特性のそれよりも高くなる。

また、第１特性線Ｕ１の修正に伴って遷移点Ｚが移動し、この修正後の遷移点Ｚから第２特性線Ｕ２が始まる。より詳細には、第２特性線Ｕ２は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、基準堆積特性の第２特性線Ｕ２を平行移動させた状態に、修正される。この修正後の堆積特性はＥＣＵのＥＥＰＲＯＭに記憶される。

一方、ステップＳ１０３で求めた通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも低い場合は、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性のそれよりも小さくなるように、また、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも小さくなるように、修正される。この修正により、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合が、基準堆積特性のそれよりも低くなる。

本実施形態は、第１領域の期間中の通過ガス流速Ｖによって隔壁内に堆積するＰＭの量や密度が変化する点を考慮し、通過ガス流速Ｖに応じて適切な堆積特性に修正するため、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの推定精度を向上させることができる。

なお、ステップＳ１０４ｂおよびステップＳ１０５ｂは、堆積特性修正手段を構成する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、堆積特性の修正に用いる遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの求め方が、第１実施形態と異なっている。

図１０は第４実施形態に係る排気浄化装置のＥＣＵで実行される堆積特性修正処理を示す流れ図である。捕集器４０（図１参照）の再生によりＰＭ堆積量が０になった場合には、ステップＳ１００でＹＥＳと判定し、ステップＳ１０１に進んで、各種情報を読み込む。

次いで、ステップＳ１０２では、後述するステップＳ１０５ｃで修正された最新の堆積特性の第１特性線Ｕ１に基づいて、ステップＳ１０１にて読み込んだ圧力損失Ｐから、差圧式ＰＭ堆積量Ｍを求める。ここで求めた差圧式ＰＭ堆積量ＭはＥＣＵ７０（図１参照）のＥＥＰＲＯＭに記憶される。

次いで、ステップＳ１０７では、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加量ｄＭ（以下、ＰＭ堆積増加量ｄＭという）を求める。具体的には、現在の差圧式ＰＭ堆積量Ｍから前回の差圧式ＰＭ堆積量Ｍを減算して、前回差圧式ＰＭ堆積量Ｍを算出してから今回差圧式ＰＭ堆積量Ｍを算出するまでの間の、ＰＭ堆積増加量ｄＭを求める。

次いで、ステップＳ１０３ａでは、第１実施形態におけるステップＳ１０３と同様にして、排出ガスが隔壁４００を通過する際の通過ガス流速Ｖを算出する。但し、ステップＳ１０３ａで算出する通過ガス流速Ｖは、通過ガス流速Ｖを前回算出してから今回算出するまでの間の平均流速である。

次いで、ステップＳ１０８では、堆積したＰＭの単位容量当たりの、遷移点補正量ｄＭｚ（以下、単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚという）を求める。この単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚは、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値を、ＰＭ堆積量の増加側或いは減少側にどの程度補正するかを決めるために用いるものであり、単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚと、ステップＳ１０７で求めたＰＭ堆積増加量ｄＭとを乗算した値が、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの今回の補正量である。

図１１は、通過ガス流速Ｖと単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚとの関係を定義するマップであり、ＥＣＵ７０のＲＯＭに記憶されている。図１１に示すように、通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄと等しい場合は、単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚは０である。また、通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも低い場合は、単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚは負の値となり、且つ、通過ガス流速Ｖが低くなるのに伴って、単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚの絶対値が大きくなる。さらに、通過ガス流速Ｖが標準通過ガス流速Ｖｓｔｄよりも高い場合は、単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚは正の値となり、且つ、通過ガス流速Ｖが高くなるのに伴って、単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚの値が大きくなる。

次いで、ステップＳ１０４ｃでは、下式（１）にて遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを求める。

Ｍｚ＝Ｍｚｏｌｄ＋ｄＭｚ×ｄＭ ……（１）
なお、前回の遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚｏｌｄは、ステップＳ１００でＹＥＳと判定してから最初に遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを求める際は、基準堆積特性における遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚである。また、前回の遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚｏｌｄは、ステップＳ１００でＹＥＳと判定してから２回目以降に遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚを求める際は、式（１）にて前回求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚである。したがって、後述するステップＳ１０６でＮＯと判定するまでの間に式（１）にて繰り返し求められた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚは、基準堆積特性における遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚに、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの補正量（＝ｄＭｚ×ｄＭ）の積算値を加算した値ということができる。

次いで、ステップＳ１０４ｃで求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚに基づいて、ステップＳ１０５ｃにて堆積特性の修正を行う。ステップＳ１０５ｃでの堆積特性の修正方法について、図２を参照して説明する。

ステップＳ１０５ｃでは、ステップＳ１０４ｃで求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性における遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値よりも大きい場合（すなわち、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの補正量の積算値が正の場合）は、図２に一点鎖線で示すように、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性のそれよりも大きくなるように、修正される。この修正により、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも大きくなる。

また、第１特性線Ｕ１の修正に伴って遷移点Ｚが移動し、この修正後の遷移点Ｚから第２特性線Ｕ２が始まる。より詳細には、第２特性線Ｕ２は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、基準堆積特性の第２特性線Ｕ２を平行移動させた状態に、修正される。この修正後の堆積特性はＥＣＵのＥＥＰＲＯＭに記憶される。

一方、ステップＳ１０４ｃで求めた遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性における遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値よりも小さい場合（すなわち、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの補正量の積算値が負の場合）は、図２に二点鎖線で示すように、第１特性線Ｕ１は、差圧式ＰＭ堆積量Ｍの増加に対する圧力損失Ｐの増加割合は変更せずに、遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚの値が基準堆積特性のそれよりも小さくなるように、修正される。この修正により、遷移点圧力損失Ｐｚの値が基準堆積特性のそれよりも小さくなる。

なお、ステップＳ１０３ａは流速検出手段に相当する。また、ステップＳ１０８、ステップＳ１０４ｃ、およびステップＳ１０５ｃは、堆積特性修正手段を構成する。

なお、第１ないし第４実施形態において、ステップＳ１０２では前述の履歴式ＰＭ堆積量をＭとして使用しても良い。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図である。 第１実施形態における圧力損失Ｐと差圧式ＰＭ堆積量Ｍとの関係を示す図である。 図１のＥＣＵ７０で実行される堆積特性修正処理を示す流れ図である。 通過ガス流速Ｖと遷移点ＰＭ堆積量Ｍｚとの関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置のＥＣＵで実行される堆積特性修正処理を示す流れ図である。 通過ガス流速Ｖと遷移点圧力損失Ｐｚとの関係を示す図である。 第２実施形態における圧力損失Ｐと差圧式ＰＭ堆積量Ｍとの関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る排気浄化装置のＥＣＵで実行される堆積特性修正処理を示す流れ図である。 第３実施形態における圧力損失Ｐと差圧式ＰＭ堆積量Ｍとの関係を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る排気浄化装置のＥＣＵで実行される堆積特性修正処理を示す流れ図である。 通過ガス流速Ｖと単位容量当たり遷移点補正量ｄＭｚとの関係を示す図である。

符号の説明

１…内燃機関、４０…捕集器、４００…隔壁。

Claims (10)

1. 多孔質の隔壁（４００）を有する捕集器（４０）を内燃機関（１）の排気系に配設し、排出ガスが前記隔壁（４００）を通過する際に前記捕集器（４０）により排出ガス中の排気微粒子を捕集し、前記捕集器（４０）の排気微粒子の堆積量が所定値を超えると堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させて前記捕集器（４０）の再生を行う内燃機関用排気浄化装置において、
   排気微粒子の堆積量と前記捕集器（４０）の圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、前記圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定する堆積量推定手段（Ｓ１０２）と、
   排出ガスが前記隔壁（４００）を通過する際の流速を検出する流速検出手段（Ｓ１０３、Ｓ１０３ａ）と、
   前記流速検出手段（Ｓ１０３、Ｓ１０３ａ）にて検出した排出ガスの流速に応じて前記堆積特性を修正する堆積特性修正手段（Ｓ１０４、Ｓ１０４ａ、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０４ｃ、Ｓ１０５、Ｓ１０５ａ、Ｓ１０５ｂ、Ｓ１０５ｃ、Ｓ１０８）とを備えることを特徴とする内燃機関用排気浄化装置。
2. 前記堆積特性は、排気微粒子の堆積量が０の初期点（Ｘ）から遷移点（Ｚ）までの第１領域では、排気微粒子の堆積量の増加に対する前記圧力損失の増加割合が一定のまま、排気微粒子の堆積量の増加に伴って前記圧力損失が増加し、排気微粒子の堆積量が前記遷移点（Ｚ）を超えた第２領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って前記圧力損失が前記第１領域よりも緩やかに増加する特性であり、
   前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４、Ｓ１０４ａ、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０４ｃ、Ｓ１０５、Ｓ１０５ａ、Ｓ１０５ｂ、Ｓ１０５ｃ、Ｓ１０８）は、前記第１領域の期間に前記流速検出手段（Ｓ１０３、Ｓ１０３ａ）にて検出した排出ガスの流速を第１領域ガス流速としたとき、その第１領域ガス流速に応じて前記堆積特性を修正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用排気浄化装置。
3. 前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０４ｃ、Ｓ１０５、Ｓ１０５ｂ、Ｓ１０５ｃ、Ｓ１０８）は、前記第１領域における排気微粒子の堆積量の増加に対する前記圧力損失の増加割合を変更せずに、前記第１領域ガス流速に応じて前記遷移点（Ｚ）における排気微粒子の堆積量を変更することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
4. 前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０４ｃ、Ｓ１０５、Ｓ１０５ｂ、Ｓ１０５ｃ、Ｓ１０８）は、前記第１領域ガス流速が高くなるのに伴って、前記遷移点（Ｚ）における排気微粒子の堆積量が増加するように、前記堆積特性を修正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用排気浄化装置。
5. 前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４ａ、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０５ａ、Ｓ１０５ｂ）は、前記遷移点（Ｚ）における排気微粒子の堆積量を変更せずに、前記第１領域ガス流速に応じて前記遷移点（Ｚ）における前記圧力損失を変更することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
6. 前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４ａ、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０５ａ、Ｓ１０５ｂ）は、前記第１領域ガス流速が高くなるのに伴って、前記遷移点（Ｚ）における前記圧力損失が増加するように、前記堆積特性を修正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用排気浄化装置。
7. 前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０５ｂ）は、前記遷移点（Ｚ）における排気微粒子の堆積量および前記遷移点（Ｚ）における前記圧力損失を、前記第１領域ガス流速に応じて変更することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
8. 前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０５ｂ）は、前記第１領域ガス流速が高くなるのに伴って、前記遷移点（Ｚ）における排気微粒子の堆積量が増加するとともに、前記遷移点（Ｚ）における前記圧力損失が増加するように、前記堆積特性を修正することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関用排気浄化装置。
9. 前記第１領域ガス流速は、前記第１領域の期間の平均流速であることを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１つに記載の内燃機関用排気浄化装置。
10. 前記流速検出手段（Ｓ１０３ａ）は、前記第１領域の期間に前記第１領域ガス流速を複数回検出し、
    前記堆積特性修正手段（Ｓ１０４ｃ、Ｓ１０５ｃ、Ｓ１０８）は、前記流速検出手段（Ｓ１０３ａ）にて前記第１領域ガス流速が検出される度に、今回検出された前記第１領域ガス流速に基づいて前記遷移点（Ｚ）の補正量を算出し、その補正量を積算した補正量積算値に基づいて前記堆積特性を修正することを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１つに記載の内燃機関用排気浄化装置。

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