JP2008057437A

JP2008057437A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2008057437A
Application number: JP2006235556A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Taniguchi; 裕樹谷口; Tetsuro Ishida; 哲朗石田; Koji Satake; 功次佐竹; Kazuo Kurata; 和郎倉田; Hideo Nakai; 英夫中井
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP4702557B2

Abstract

【課題】フィルタの上流側と下流側との差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する場合において、フィルタに堆積するＰＭのアッシュの影響を適切に考慮してフィルタのＰＭ堆積量を正確に推定でき、フィルタの再生を効率良く的確に行うことの可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】フィルタの上流側と下流側との差圧に基づいてフィルタのＰＭ堆積量を推定し(S40)、該推定したＰＭ堆積量に基づいてフィルタの強制再生等を実施するが、該強制再生の燃焼によって主としてフィルタの表面に残留し堆積したＰＭのアッシュ量を求め(S34)、該アッシュ量に基づいてＰＭ堆積量の推定誤差を算出し(S36)、推定値を補正する(S38)。
【選択図】図４

Description

本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、より詳しくはエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関する。

従来、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタ（フィルタ）を設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）をフィルタで捕集し、ＰＭが大気中に放出されないようにした排気浄化装置が知られている。
図６は、このような排気浄化装置に使用されるＰＭ捕集用のフィルタの例としてその一部を示した模式図であり、図７は図６のフィルタの一部を拡大した図である。同図に示すようにフィルタ１０２は、上流側と下流側とを連通する通路１０２ａが多数並設されると共に通路１０２ａの上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されたセラミック担体１０２ｂからなり、セラミック担体１０２ｂには内部に多数の細孔１０２ｃが形成されている。

このようなフィルタ１０２の上流側からエンジンの排気１０４が通路１０２ａ内に供給され、セラミック担体１０２ｂ内の細孔１０２ｃ内を流通して下流側に排出されることにより、排気中のＰＭがフィルタ１０２に堆積していく（図６中の符号１０６）。
このように排気中のＰＭがフィルタ１０２に堆積すると、フィルタが目詰まりを起こしてフィルタの圧損によるエンジンの出力低下を無視することができなくなることから、フィルタへのＰＭ堆積量が相当量に達したときには、堆積したＰＭを適宜焼却除去してフィルタの再生を行うようにしており、フィルタの再生方法としては連続再生と強制再生とがある。

フィルタの連続再生は、フィルタの上流側に配設した酸化触媒によって排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させることによりＮＯ_２（二酸化窒素）を生成し、このＮＯ_２や排気中に含まれるＯ_２（酸素）を酸化剤として用いることにより、フィルタに堆積したＰＭを酸化させて連続的に除去するものである。
一方、連続再生はエンジンの運転状態によって影響を受けるため、連続再生だけではフィルタに堆積したＰＭを十分に除去することができない。そこで、フィルタに堆積したＰＭを強制的に焼却して除去するために強制再生が行われる。強制再生の方法としては、排気通路に設けた燃料添加弁から排気中にＨＣを供給したり、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に追加燃料を噴射することにより排気通路にＨＣを供給したりして、ＰＭが燃焼可能な温度まで排気温度を上昇させるものが知られている。

このような強制再生は、フィルタへのＰＭ堆積量が所定量を超えたと推定されるときに実施するようにしているが、ＰＭ堆積量の推定が精度よく行われないと、必要以上にフィルタの強制再生が実施されることにより燃料が過剰に消費されて燃費の悪化を招いたり、不十分な強制再生によりフィルタが目詰まりを起こしたりするといった問題が生じる可能性がある。

フィルタへのＰＭ堆積量の推定は、フィルタの上流側と下流側との排気の差圧に基づいて行うのが一般的であるが、より正確なＰＭ堆積量の推定を行うため、エンジンによるＰＭ生成量とフィルタにおけるＰＭ燃焼速度とに基づき、フィルタに堆積しているＰＭ量を推定するようにした排気浄化装置が特許文献１により提案されている。
特許文献１の排気浄化装置によれば、フィルタにおけるＰＭ燃焼速度はフィルタ温度やフィルタに流入する排気中のＮＯｘ濃度やＯ_２濃度によって変化するため、これらフィルタ温度、ＮＯｘ濃度及びＯ_２濃度によって補正した燃焼速度を用いてＰＭ堆積量の推定が行われる。
特開２００２−９７９３０号公報

最近の研究により、フィルタにおけるＰＭの堆積には、フィルタに形成されている細孔内への堆積（図７中の符号１０６ｂ）とフィルタ表面への堆積（図７中の符号１０６ａ）とがあり、細孔内への堆積が先に行われ、細孔内へのＰＭ堆積が飽和した後にフィルタ表面への堆積が行われることが確認されている。また、ＰＭの燃焼は細孔内のＰＭから先に行われ、細孔内のＰＭが完全に燃焼してからフィルタ表面のＰＭが燃焼し、フィルタ表面のＰＭが完全に燃焼した後でなければ細孔内へのＰＭ堆積が再び行われないことも確認されている。

このように、フィルタにおけるＰＭの堆積及び燃焼の形態は、細孔内とフィルタ表面とで相違しており、上記特許文献１の排気浄化装置のように、単にフィルタ温度、ＮＯｘ濃度及びＯ_２濃度によって補正したＰＭの燃焼速度を用いるだけでは、細孔内のＰＭ燃焼量を推定できずＰＭ堆積量を正確に推定することが困難である。この点は、従来の一般的な手法であるフィルタの上流側と下流側との差圧に基づくＰＭ堆積量の推定においても同様である。

また、フィルタに堆積したＰＭを燃焼させるとＰＭのアッシュ（灰）が残留してフィルタに堆積し、フィルタの上流側と下流側との差圧に基づいてＰＭ堆積量の推定を行う場合には、フィルタの再生を繰り返すうちにアッシュの堆積による圧損が増加してＰＭ堆積量の推定に誤差が生じることが知られている。この場合も、細孔内に堆積したアッシュ量とフィルタ表面に堆積したアッシュ量を区別することなく全アッシュ量に基づき一律に推定値を補正しようとしても、ＰＭ堆積量を正確に推定することが難しいという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィルタの上流側と下流側との差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する場合において、フィルタに堆積するＰＭのアッシュの影響を適切に考慮してフィルタのＰＭ堆積量を正確に推定でき、フィルタの再生を効率良く的確に行うことの可能な排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、細孔内及び表面に排気中のパティキュレートマターを捕集して堆積させるフィルタと、前記フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出される差圧に基づき、前記フィルタに堆積したパティキュレートマターの量を推定する堆積量推定手段と、前記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートマターの量に基づき、前記フィルタに堆積したパティキュレートマターを燃焼させ、該フィルタの強制再生を行う強制再生手段と、前記強制再生手段による燃焼により生成され、前記フィルタに堆積するパティキュレートマターの細孔内及び表面のアッシュの量を検出するアッシュ量検出手段と、前記アッシュ量検出手段により検出された少なくとも表面のアッシュ量に基づき、前記堆積量推定手段により推定するパティキュレートマターの量の推定誤差を算出する推定誤差算出手段と、前記推定誤差算出手段により算出された推定誤差に基づき、パティキュレートマターの量の推定値を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。

即ち、最近の研究により、フィルタの細孔内に堆積したアッシュはパティキュレートマターの量の推定誤差には殆ど影響せず、フィルタの表面に堆積したアッシュが当該推定誤差に大きく影響することが確認されたことから、主としてフィルタの表面に堆積したアッシュ量に基づいてパティキュレートマターの量の推定誤差を算出して推定値を補正する。
また、請求項２に係る排気浄化装置では、請求項１において、前記フィルタは、前記強制再生手段により強制再生が行われるとき、前記細孔内に堆積したパティキュレートマターが燃焼した後に前記表面に堆積したパティキュレートマターが燃焼し、該表面に堆積したパティキュレートマターが燃焼を完了するまでは前記細孔内にはパティキュレートマターが再び堆積しないような機能を有するものであって、前記強制再生手段は、前記表面に堆積したパティキュレートマターが燃焼を完了する前に強制再生を終了することを特徴とする。

本発明の請求項１に係る排気浄化装置によれば、堆積量推定手段により推定するパティキュレートマターの量の推定誤差を主としてフィルタの表面に堆積したパティキュレートマターのアッシュ量に基づいて算出して推定値を補正するので、フィルタに堆積するアッシュの影響を適切に考慮してフィルタにおけるパティキュレートマターの堆積量を現実に即して正確に推定でき、フィルタの再生を効率良く的確に行うことができる。

請求項２に係る排気浄化装置によれば、表面に堆積したパティキュレートマターが燃焼を完了する前に強制再生を終了するようにするので、フィルタの細孔内にパティキュレートマターが再び堆積しないようにし、フィルタの表面にのみパティキュレートマター及びアッシュが堆積するようにでき、パティキュレートマターの量の推定誤差をフィルタの表面に堆積したアッシュ量にのみ基づき算出して推定値を補正するようにでき、パティキュレートマターの堆積量をより一層正確に推定することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）の全体構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒に共通のコモンレール２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料（軽油）が各気筒に設けられたインジェクタ４に供給され、各インジェクタ４からそれぞれの気筒の燃焼室６内に燃料が噴射される。

エアクリーナ８から吸入された吸気は、吸気通路１０に装備されたターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａへと流入し、コンプレッサ１２ａで過給された吸気はインタークーラ１４及び吸気制御弁１６を介して吸気マニホールド１８に導入される。吸気制御弁１６はエンジン１への吸入空気量を制御するためのものであり、エンジン１の排気温度を上昇させる必要があるときなどに閉弁方向に制御され、通常は全開位置に制御される。

吸気マニホールド１８に導入された吸気は、図示しないカムによって開閉駆動される吸気弁２０の開弁時に燃焼室６内に導入される。なお、エアクリーナ８とコンプレッサ１２ａとの間の吸気通路１０には、エンジン１への吸入空気量を検出するためのエアフローセンサ２２が設けられている。
インジェクタ４から噴射された燃料は燃焼室６内に導入された吸気と混合し、上昇するピストン２４によって圧縮されることにより圧縮着火し、そのときの爆発力によってピストン２４を押し下げクランク軸２６を回転させる。

燃焼室６内での燃料の燃焼によって生じた排気は、図示しないカムによって開閉駆動される排気弁２８の開弁時に燃焼室６から排気マニホールド３０へと排出され、ターボチャージャ１２のタービン１２ｂを経て排気管３２に流入する。タービン１２ｂの回転軸はコンプレッサ１２ａの回転軸と連結されており、タービン１２ｂが排気マニホールド３０から流入する排気を受けてコンプレッサ１２ａを駆動する。なお、排気マニホールド３０と吸気マニホールド１８との間には、ＥＧＲ弁３４を介して排気マニホールド３０と吸気マニホールド１８とを連通するＥＧＲ通路３６が設けられている。

排気管３２は排気後処理装置３８に接続されており、エンジン１から排出された排気が排気後処理装置３８に流入し、排気後処理装置３８によって浄化された排気が図示しない消音装置を経た後に大気中に排出される。
排気後処理装置３８は、上流側ケーシング４０と、上流側ケーシング４０の下流側に連通路４２で連通された下流側ケーシング４４とで構成されている。上流側ケーシング４０内には酸化触媒４６が収容され、下流側ケーシング４４内には、排気中のパティキュレートマター（以下ＰＭという）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）４８が収容されている。

酸化触媒４６は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成し、このＮＯ_２を酸化剤としてフィルタ４８に供給するものである。また、フィルタ４８は、上記図６、７に示すフィルタ１０２と全く同様に、内部に細孔が多数形成されているセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。

このように酸化触媒４６とフィルタ４８とを配置することにより、フィルタ４８に捕集され堆積しているＰＭは、酸化触媒４６から供給されたＮＯ_２や排気中のＯ_２と反応して酸化し、フィルタ４８の連続再生が行われる。
排気管３２には、排気後処理装置３８の入口近傍に位置して排気後処理装置３８に流入する排気、即ち酸化触媒４６に流入する排気の温度を検出する入口側排気温度センサ５２が設けられている。

また、排気後処理装置３８の出口側には排気後処理装置３８から流出する排気、即ちフィルタ４８から流出する排気の温度を検出する出口側排気温度センサ５４が設けられている。
更に、フィルタ４８の上流側となる連通路４２で分岐した上流側分岐通路５６と、フィルタ４８の下流側で分岐した下流側分岐通路５８とが差圧センサ（差圧検出手段）６０に接続されており、差圧センサ６０によりフィルタ４８の上流側と下流側との差圧、即ちフィルタ４８前後の差圧が検出される。

ＥＣＵ６２は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ６２の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するために、上述したエアフローセンサ２２、入口側排気温度センサ５２、出口側排気温度センサ５４、及び差圧センサ６０のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ６４、及びアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ６６などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１６及びＥＧＲ弁３４などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ６２によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）、即ちエンジン１によるトルクの発生に必要な燃料供給量は、回転数センサ６４によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ６６によって検出されたアクセルペダル踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒の燃焼室６内に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。

このように構成されたエンジン１の排気浄化装置では、通常は、酸化触媒４６から供給されるＮＯ_２や排気中のＯ_２を酸化剤として用いた上記連続再生により、フィルタ４８に堆積したＰＭの除去が行われる。しかしながら、エンジン１の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒４６の活性化温度まで上昇せず、排気中のＮＯが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ４８内にＰＭが過剰に堆積し、フィルタ４８が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ４８におけるＰＭの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。

フィルタ４８を強制再生するための強制再生制御は、図２のフローチャートに従い、ＥＣＵ６２によって所定の制御周期で行われる。
まず、図２のステップＳ２において、強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１は強制再生が必要であるか否かを示すものであり、値が１であると強制再生が必要であり、値が０であると強制再生が不要であることを示す。強制再生フラグＦ１の初期設定値は０となっており、最初の制御周期ではステップＳ２からステップＳ４へと進む。

ステップＳ４ではフィルタ４８の強制再生が必要であるか否かの判定を行う。具体的には、後述する堆積量推定制御によって推定したフィルタ４８の全ＰＭ堆積量が、予め設定された強制再生開始判定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。
ＰＭの推定堆積量が強制再生開始判定値未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップＳ２から処理を行う。

一方、強制再生が必要と判断した場合にはステップＳ６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１とすることにより強制再生が必要であることを示すように変更し、次のステップＳ８に進む。
ステップＳ８では、入口側排気温度センサ５２によって検出された酸化触媒４６に流入する排気の温度Ｔinが２５０℃以上であるか否かを判定することにより、酸化触媒４６が活性化しているか否かを判定する。

酸化触媒４６に流入する排気の温度Ｔinが２５０℃未満である場合には、酸化触媒４６が活性化していないものとしてステップＳ１０に進み、酸化触媒４６の昇温制御が行われる。この昇温制御は、酸化触媒４６に高温の排気を供給することにより、酸化触媒４６の温度を活性化温度（例えば２５０℃）まで昇温するものであり、吸気制御弁１６を閉方向に制御して排気温度を上昇させると共に、必要に応じ各気筒の膨張行程においてインジェクタ４から燃焼室６内に第１の追加燃料噴射を行う。第１の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を燃焼室６内に噴射することにより、追加燃料は燃焼室６内の高温の燃焼ガスと混合して、排気ポートや排気マニホールド３０内で燃焼し、高温の排気が酸化触媒４６に供給されることにより、酸化触媒４６の温度が上昇する。

次にステップＳ１８に進むと、ステップＳ４の時と同様に、後述の堆積量推定制御によって推定したフィルタ４８の全ＰＭ堆積量が、予め設定された強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。
上述のように酸化触媒４６はまだ十分活性化していない状況であるためＰＭの焼却は行われておらず、ＰＭの推定堆積量は強制再生終了判定値より大であると判定されて今回の制御周期を終えるので、次の制御周期で再びステップＳ２から強制再生制御が行われる。

この場合、既に強制再生フラグＦ１の値は１となっているので、ＥＣＵ６２による処理はステップＳ２からステップＳ８へ進むことになる。
ステップＳ８で、酸化触媒４６に流入する排気の温度Ｔinが２５０℃未満で酸化触媒４６が依然として活性化していないと判定した場合には、再びステップＳ１０で吸気制御弁１６の閉方向への制御と第１の追加燃料の噴射による触媒昇温制御が行われる。従って、酸化触媒４６に流入する排気の温度Ｔinが２５０℃未満で、酸化触媒４６が活性化していない間は、制御周期ごとにステップＳ１０による触媒昇温制御が繰り返し行われる。

このようにして触媒昇温制御が繰り返され、酸化触媒４６に流入する排気の温度Ｔinが２５０℃以上になって酸化触媒４６が活性化したと判定すると、ＥＣＵ６２による処理はステップＳ８からステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２では、出口側排気温度センサ５４によって検出されたフィルタ４８出口側の排気温度Ｔoutに基づき、フィルタ４８の温度が所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ４８でＰＭが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では６００℃を所定温度とし、出口側排気温度センサ５４によって検出されたフィルタ４８出口側の排気温度Ｔoutをフィルタ４８の温度と見なしている。

ステップＳ１２でフィルタ４８出口側の排気温度Ｔoutが６００℃以上であると判定するとステップＳ１４に進み、排気温度Ｔoutが６００℃未満であると判定するとステップＳ１６に進む。
ステップＳ１４及びＳ１６は、フィルタ４８の温度を６００℃に維持するように、インジェクタ４から第２の追加燃料を各気筒の燃焼室６内に噴射するものであって、第２の追加燃料は排気行程で噴射される。このような噴射タイミングで第２の追加燃料が燃焼室６内に噴射されることにより、第２の追加燃料は燃焼室６内や排気マニホールド３０内で燃焼することなく酸化触媒４６に達し、活性化温度にある酸化触媒４６で燃料のＨＣが酸化される。このＨＣの酸化による排気温度の上昇によってフィルタ４８の温度が６００℃まで上昇し、フィルタ４８に堆積したＰＭが焼却される。従って、本実施形態ではインジェクタ４が強制再生手段に相当する。

第２の追加燃料の噴射量は、回転数センサ６４によって検出されたエンジン回転数とＥＣＵ６２で決定される主噴射量とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第２の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの２種類が用意されている。そして、ステップＳ１４ではフィルタ４８出口側の排気温度Ｔoutが６００℃以上であるため、減量マップを用いて比較的少なめの第２の追加燃料を噴射し、ステップＳ１６ではフィルタ４８出口側の排気温度Ｔoutが６００℃未満であるため、増量マップを用いて比較的多めの第２の追加燃料を噴射するようにしている。これによってフィルタ４８の温度が６００℃前後に維持され、フィルタ４８に堆積したＰＭが良好に焼却除去される。

ステップＳ１４又はＳ１６で第２の追加燃料を噴射するとステップＳ１８に進み、前述したように、ＰＭの推定堆積量が強制再生終了判定値以下であるか否かを判定する。ＰＭの推定堆積量が強制再生終了判定値より大である場合には、依然としてフィルタ４８の強制再生が必要であると判断し、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップＳ２から制御を行う。従って、ＰＭの推定堆積量が強制再生終了判定値より大である限り、ステップＳ１４又はＳ１６によるフィルタ４８の昇温により、フィルタ４８に堆積しているＰＭの焼却除去が行われることになる。

一方、フィルタ４８に堆積していたＰＭが焼却除去され、ＰＭの全推定堆積量が強制再生終了判定値以下となり、ステップＳ１８でフィルタ４８の強制再生が完了したと判断されると、ステップＳ２０に進み強制再生フラグＦ１の値を０として、今回の制御周期を終了する。
ステップＳ２０により強制再生フラグＦ１の値が０になると、次の制御周期ではステップＳ２からステップＳ４へと処理が進むので、再びフィルタ４８の強制再生が必要となるまでは、ステップＳ２からステップＳ４の処理が繰り返され、制御周期毎に強制再生の要否が判断される。

次に、上述した強制再生制御のステップＳ４における強制再生の要否判定やステップＳ１８における強制再生の完了判定で使用するフィルタ４８の全ＰＭ堆積量を推定するための堆積量推定制御について以下に説明する。
図３には、フィルタ４８への全ＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係を示してあるが、同図に実線で示すように、フィルタ４８へのＰＭの堆積はまず細孔内で行われ（上記図７の符号１０６ｂと同様）、細孔内へのＰＭ堆積が飽和するとフィルタ４８表面への堆積が始まる（上記図７の符号１０６ａと同様）。

即ち、図３に示すように、フィルタ４８にＰＭが堆積していない状態から徐々にＰＭの堆積が行われると、細孔内へのＰＭの堆積に伴い、ａ点から実線に沿って差圧が上昇していく。そして、ｂ点で細孔内へのＰＭの堆積が飽和すると、その後はフィルタ４８表面へのＰＭの堆積に伴い、それまでよりも緩やかにｃ点に向け実線に沿って差圧が上昇していく。

一方、強制再生が実施されると、ＰＭが燃焼することになるが、この場合には、まず細孔内のＰＭが全て燃焼し、その後フィルタ４８表面に堆積したＰＭが燃焼を開始する。
即ち、図３に示すように、細孔内のＰＭの燃焼に伴い、ｃ点から破線に沿って差圧が下降していく。そして、ｄ点で細孔内のＰＭの燃焼が完了すると、フィルタ４８表面のＰＭ燃焼に伴い、緩やかにａ点に向け破線に沿って差圧が下降していく。

そして、フィルタ４８表面のＰＭ燃焼が完了してａ点に戻った場合には、上記ａ→ｂ→ｃ→ｄのサイクルが以後繰り返される。
なお、フィルタ４８は、フィルタ４８の表面にＰＭが堆積している状態では細孔内へのＰＭ堆積は行われないという特性を有しており、フィルタ４８表面に堆積しているＰＭが全て燃焼しない限り、ＰＭが再び細孔内へ堆積することはない。つまり、フィルタ４８表面のＰＭ燃焼が完了してａ点に戻らない限り、フィルタ４８内のＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係は破線上をａ点とｄ点との間で緩やかに行き来することとなる。

このように、図３のフィルタ４８への全ＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係に基づき、差圧センサ６０によって検出されたフィルタ４８前後の差圧に応じてフィルタ４８への全ＰＭ堆積量を容易に推定することができる。
ところで、強制再生によってＰＭが燃焼すると、ＰＭのアッシュ（灰）が残り、当該アッシュはフィルタ４８内、具体的には細孔内及びフィルタ４８の表面に付着して堆積する。このようにアッシュがフィルタ４８内に堆積した状態になると、上述したように、当該アッシュが抵抗となって圧損が増大し、差圧センサ６０により検出される実際の差圧が増大し、ＰＭ堆積量の推定に誤差が生じるという問題がある。

そこで、このようなアッシュ量を算出し、当該アッシュによるＰＭ堆積量の推定誤差分を補正することが考えられる。
ところが、最近の研究によれば、上述したように、フィルタ４８の表面に堆積したアッシュは推定誤差に影響を与える一方、細孔内に堆積したアッシュについては推定誤差に殆ど影響を与えないことが分ってきた。即ち、細孔内及びフィルタ４８の表面に付着して堆積するアッシュの全てが推定誤差を生じるわけではないことが分ってきた。

従って、ここでは、フィルタ４８の表面に付着して堆積するアッシュについてのみ推定誤差分を補正し、当該補正したフィルタ４８への全ＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係に基づいてＰＭ堆積量を推定する。
図４には、本発明に係るＰＭの堆積量推定制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、上記推定誤差分の補正を含めた本発明に係る堆積量推定制御内容について説明する。

まず、ステップＳ３０では、フィルタ４８の強制再生時におけるＰＭの基本燃焼量を演算する。ここでは、出口側排気温度センサ５４によって検出されたフィルタ４８の出口側の排気温度をフィルタ４８の温度として読み込み、当該フィルタ４８の温度に基づきフィルタ４８内におけるＰＭの基本燃焼量を演算する。
具体的には、フィルタ４８の仕様などに応じて予め設定されて記憶しているフィルタ４８の温度とフィルタ４８内におけるＰＭの基本燃焼速度との関係から、フィルタ４８の温度に対応するＰＭの基本燃焼速度を読み出す。なお、実際には細孔内とフィルタ４８の表面とではフィルタ４８の温度に対するＰＭの基本燃焼速度は異なることから、フィルタ４８の温度に対するＰＭの基本燃焼速度はそれぞれについて予め設定され記憶されており、細孔内とフィルタ４８の表面のそれぞれについて基本燃焼速度を読み出す。そして、当該基本燃焼速度に基づき単位時間当たりのフィルタ４８内におけるＰＭの基本燃焼量を求める。

ステップＳ３２では、上記単位時間当たりのフィルタ４８内におけるＰＭの基本燃焼量に強制再生開始からの経過時間を乗じて積算し、細孔内とフィルタ４８の表面それぞれのＰＭの燃焼量を求める。即ち、１回の強制再生における細孔内とフィルタ４８の表面での全てのＰＭの燃焼量を求める。
ステップＳ３４では、細孔内およびフィルタ４８の表面それぞれのＰＭの燃焼量にアッシュ係数（例えば、ＰＭ重量に対するアッシュ重量の割合）を乗算し、ＰＭの細孔内アッシュ量とフィルタ表面アッシュ量を求める（アッシュ量検出手段）。

ステップＳ３６では、各アッシュ量に基づきＰＭ堆積量の推定誤差を算出する。ここでは、例えば図５に示すように、アッシュ量と推定誤差との関係が実験等により予め設定されており、同図に基づき各アッシュ量をＰＭ堆積量の推定誤差に変換する。
同図に示すように、アッシュのうち細孔内に堆積したアッシュは殆ど推定誤差に影響を与えないため、細孔内に堆積したアッシュ量による推定誤差は極めて小さく、フィルタ４８の表面に堆積したアッシュ量による推定誤差はアッシュ量に比例して大きく増大する。

即ち、ここでは、図５に基づき少なくともフィルタ４８の表面アッシュ量をＰＭ堆積量の推定誤差に変換することにより、フィルタ４８の表面に堆積したアッシュ量に基づいてＰＭ堆積量の推定誤差を算出する（推定誤差算出手段）。このようにフィルタ４８の表面のアッシュ量だけで十分にＰＭ堆積量の推定誤差を算出することができ、また、これにより演算処理の負荷を低減することもできる。

ステップＳ３８では、上記のように求めたアッシュによるＰＭの推定誤差に基づき、図３のフィルタ４８への全ＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係を同図中に一点鎖線で示すように補正する（補正手段）。なお、便宜上図３には１回の強制再生を終了した時点での補正状況を示してある。
そして、ステップＳ４０において、当該補正したフィルタ４８への全ＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係に基づきＰＭ堆積量の推定を行う（堆積量推定手段）。以降、ステップＳ３０乃至ステップＳ４０を繰り返し実行し、例えば１回の強制再生を終了した時点では図３の一点鎖線に沿ってＰＭ堆積量の推定を行う。

このように、本発明に係る排気浄化装置では、主としてフィルタ４８の表面に堆積したアッシュに基づいてフィルタ４８への全ＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係を補正し、ＰＭ堆積量の推定を行うようにしている。
従って、ＰＭ堆積量を現実に即して正確に推定することができ、強制再生を効率良く的確に実施することができる。これにより燃費の悪化等を防止することができる。

なお、図３中には特に示さないが、フィルタ４８への全ＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係は強制再生を実施する毎に補正され、更新されることになるため、以降、ＰＭ堆積量を常に正確に推定し続けることが可能である。
ところで、上記実施形態では、排気浄化装置は、例えば、強制再生によってフィルタ４８内の全て、即ち細孔内とフィルタ４８の表面に堆積した全てのＰＭを完全に燃焼させてフィルタ４８の再生を完了するものとして構成されるが（強制再生終了判定値が値０）、他の実施形態として、フィルタ４８の表面に堆積した全てのＰＭが燃焼し尽くす直前でフィルタ４８の再生を完了するようなものとして構成するようにしてもよい（強制再生終了判定値が所定値）。

この場合には、上記理由から細孔内のＰＭが一旦焼却されると細孔内に再びＰＭが堆積することがないので、図３においてフィルタ４８内のＰＭ堆積量とフィルタ４８前後の差圧との関係は、補正した一点鎖線上をａ点とｄ点との間で行き来することになり、アッシュ量と推定誤差との関係についてはさらに細孔内のアッシュ量の影響が低くなりフィルタ４８の表面に堆積したアッシュ量に相当する範囲だけを考慮すればよいことになる。このようにすれば、フィルタ４８の表面上だけでＰＭの堆積と燃焼とを繰り返すようにでき、フィルタ４８の表面に堆積するアッシュだけを考慮して、ＰＭ堆積量をより一層正確に推定することが可能である。

以上で本発明の排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、フィルタ４８の温度に基づきフィルタ４８内におけるＰＭの基本燃焼量を演算するようにしているが、フィルタ４８に供給されるＮＯx或いはＯ_２の量に基づいて当該基本燃焼量を適宜補正するようにしてもよい。これにより、ＰＭの燃焼量をより精度よく求めることができる。

また、上記実施形態では、フィルタ４８を強制再生するための強制再生手段としてインジェクタ４を用い、第１の追加燃料噴射や第２の追加燃料噴射を行うようにしたが、これに代えてフィルタ４８よりも上流側の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁を強制再生手段として設けるようにしてもよい。
更に、上記実施形態では、エンジン１として４気筒ディーゼルエンジンを用いたが、エンジン１の気筒数及び種類はこれに限られるものではなく、エンジン１は排気中のＰＭを捕集するためのフィルタを必要とするものであればよい。

本発明の排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成図である。フィルタの強制再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。フィルタの上流側と下流側との差圧とフィルタ内の全ＰＭ堆積量との関係を示す図である。本発明に係る堆積量推定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。アッシュ量と推定誤差との関係を示す図である。ＰＭ捕集用のフィルタを示す模式図である。図６の一部を拡大して示す図である。

符号の説明

１エンジン
４インジェクタ（強制再生手段）
４８フィルタ
５４出口側排気温度センサ
６０差圧センサ（差圧検出手段）
６２ＥＣＵ

Claims

エンジンの排気通路に配設され、細孔内及び表面に排気中のパティキュレートマターを捕集して堆積させるフィルタと、
前記フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段により検出される差圧に基づき、前記フィルタに堆積したパティキュレートマターの量を推定する堆積量推定手段と、
前記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートマターの量に基づき、前記フィルタに堆積したパティキュレートマターを燃焼させ、該フィルタの強制再生を行う強制再生手段と、
前記強制再生手段による燃焼により生成され、前記フィルタに堆積するパティキュレートマターの細孔内及び表面のアッシュの量を検出するアッシュ量検出手段と、
前記アッシュ量検出手段により検出された少なくとも表面のアッシュ量に基づき、前記堆積量推定手段により推定するパティキュレートマターの量の推定誤差を算出する推定誤差算出手段と、
前記推定誤差算出手段により算出された推定誤差に基づき、パティキュレートマターの量の推定値を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
前記フィルタは、前記強制再生手段により強制再生が行われるとき、前記細孔内に堆積したパティキュレートマターが燃焼した後に前記表面に堆積したパティキュレートマターが燃焼し、該表面に堆積したパティキュレートマターが燃焼を完了するまでは前記細孔内にはパティキュレートマターが再び堆積しないような機能を有するものであって、
前記強制再生手段は、前記表面に堆積したパティキュレートマターが燃焼を完了する前に強制再生を終了することを特徴とする、請求項１記載の排気浄化装置。