JP2009144518A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不燃物質であるアッシュの堆積の影響を考慮に入れることで、パティキュレートフィルタにおけるＰＭ堆積量をより精度よく推定できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＰＭのパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）への堆積量を示す特性線２１、２３において、アッシュの堆積量が大きくなるほど、初期点２０を図示上方に移す平行移動を行い、初期点２０と遷移点２２との間の距離を短くし、特性線２３の傾きを大きくする補正を行う。なお補正後の初期点２０におけるＤＰＦの圧損値Ｐ１はＤＰＦの完全再生時における圧損値とする。またアッシュの堆積状態に応じて、傾き補正係数ｋ１によって特性線２３の傾きをさらに大きくする補正も行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

今日、環境保護意識の高まりのなかで内燃機関に対してすぐれた排気浄化性能が求められている。特にディーゼルエンジンにおいては、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる排気微粒子（または粒子状物質、パティキュレートマター、ＰＭ）の除去がより一層の普及にために重要である。この目的のために排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が装備されることが多い。

ＤＰＦがＰＭを捕集することにより排気中のＰＭは大部分が除去されるが、ＤＰＦ内にＰＭが堆積し続ける一方では、ＤＰＦは目詰まりを起こしてしまうので、堆積されたＰＭを燃焼して除去することで、ＤＰＦを再生する必要がある。ＤＰＦ内に堆積したＰＭを燃焼するためにシリンダ内でのメイン噴射後のポスト噴射などの手法が採られる。

ＤＰＦの再生のために燃料が消費されるので、頻繁なＤＰＦ再生は燃費の悪化を招いてしまう。一方ＤＰＦ再生の回数が少なすぎると、堆積量が過剰となり再生処理において昇温し過ぎてＤＰＦが破損する可能性がある。したがってＤＰＦ再生は適切な時期に行わなければならない。そのためにＤＰＦにおけるＰＭの堆積量を何らかの方法でできるだけ正確に推定し、その推定値がＤＰＦ再生を必要とするレベルに達したら再生を実行するシステムの開発が必要である。

下記特許文献１には、パティキュレートフィルタへの排気微粒子の堆積量の増大による通気抵抗の増大で、パティキュレートフィルタの入口と出口との間の圧力の差である差圧（圧損）が増大することを利用して、この差圧を検出し、検出差圧が所定値を超えると再生すべき時期だと判断する技術が開示されている。

特開平７−３３２０６５号公報

発明者は、ＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損（差圧）との関係は、一般に図１１に示された関係となる（あるいは近似される）との知見を得ている。すなわち、内燃機関の運転が続いてＤＰＦへのＰＭ堆積が進行するに従って、ＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損とを示す点は図１１に示された初期点２０から第１特性線２１（特性線）上を図示右上へ移動し、さらに遷移点２２に達すると以後は第２特性線２３（特性線）上を図示右上へ移動する。

第１特性線２１はＤＰＦのフィルタ壁の気孔内にＰＭが堆積する段階に対応し、第２特性線２３はフィルタ壁の壁面上にＰＭが堆積する段階に対応する。フィルタ壁の壁内にＰＭが堆積する場合は壁面上に堆積する場合よりも排気ガスの流路を新たに狭める度合いが大きく、それにより圧損値を高めるので、第１特性線２１は第２特性線２３よりも図示のとおり傾きが大きい。なお傾きはＤＰＦ圧損の増分とＰＭ堆積量の増分との比とする。

図１１に示された特性を予め求めておけば、ＤＰＦ圧損値を得ることでＤＰＦ内のＰＭの堆積量が推定できる。こうして推定されたＰＭ堆積量が再生を必要とするレベルに達した度に、ＤＰＦを再生すればよい。

図１１の点２４に達したときにＰＭ堆積量が過剰と判断されてＤＰＦ再生が開始されたとすると、図１１の点線のようにその後のＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損は推移する。すなわちＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損の値は、まず直線２５に沿って減少し、遷移点２６後は直線２７に沿って減少して初期点２０へ戻る。

直線２５はフィルタ壁の壁面上に堆積したＰＭが燃焼している段階であり、したがって直線２５は第１特性線２１と傾きが等しい。また直線２７はフィルタ壁の気孔内に堆積したＰＭが燃焼している段階であり、したがって直線２７は第２特性線２３と傾きが等しい。以上のように図１１に示された平行四辺形の（あるいは近似される）特性によって、ＰＭ堆積時およびＰＭ燃焼時のＰＭ堆積量とＤＰＦ圧損との値は推移する。

しかし図１１の特性はアッシュの存在を考慮に入れていない。アッシュとは、エンジンオイルのなかのカルシウム成分と、エンジンオイル中や燃料中の硫黄成分とが結合した物質であり、安定的で燃焼しにくい特性を有する。このアッシュがＤＰＦに堆積することによって、すすと触媒との接触を阻害するので、すすの燃焼にとって障害となる。

またＰＭとともにアッシュもＤＰＦに堆積すれば、アッシュの存在は圧損の真値を図１１の値よりも押し上げる要因となる。したがって、アッシュを考慮していない図１１を用いるとＰＭの堆積量の推定値の精度が低く留まってしまう。アッシュの堆積を考慮にいれて図１１の特性線を補正すれば、より精度よくＰＭ堆積量が推定できるが、上記特許文献１を含めて従来文献では、こうした補正は考慮されていない。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、アッシュの堆積の影響を考慮に入れることで、パティキュレートフィルタにおけるＰＭ堆積量をより精度よく推定できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路の途中に配置されて粒子状物質を捕集する捕集器と、その捕集器における入口側と出口側との圧力差である圧損を計測する圧損計測手段と、前記捕集器における前記圧損と、前記捕集器における粒子状物質の堆積量との間の特性を記憶する特性記憶手段と、その特性記憶手段に記憶された前記特性を、不燃物質であるアッシュの前記捕集器への堆積量に応じて補正する補正手段と、その補正手段によって補正された前記特性と前記圧損計測手段によって計測された前記圧損とから前記粒子状物質の前記捕集器における堆積量の推定値を算出する推定手段と、その推定手段によって算出された推定値が所定の閾値よりも大きくなると前記捕集器に堆積した前記粒子状物質を燃焼して前記捕集器を再生する再生手段とを備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、不燃物質であるアッシュの捕集器への堆積量に応じて捕集器の圧損と特性記憶手段に記憶された粒子状物質の堆積量との特性を補正するので、アッシュの堆積を考慮に入れて補正された特性によって、より精度良く粒子状物質の堆積量が推定できる。そして、その推定値に基づいて捕集器への粒子状物質の堆積量を推定して、それが所定値を超えたら捕集器を再生するので、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって堆積量の推定値が真値より過大となって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、堆積量の推定値が真値よりも過小となって再生時に過昇温して捕集器が破損することの回避できる排気浄化装置が実現できる。

また前記補正手段は、前記再生手段によって前記粒子状物質の堆積量がゼロとなるように前記捕集器が再生された時点で前記圧損計測手段によって計測された前記捕集器の前記圧損である完全再生後圧損に応じて前記特性を補正するとしてもよい。

これにより、完全再生後の捕集器の圧損を用いて捕集器における粒子状物質の堆積特性を補正する。後述するようにアッシュの堆積量は完全再生後の捕集器の圧損と相関を有する。よって、簡易に計測できる完全再生後の捕集器の圧損を計測することによりアッシュの堆積量の情報を得て粒子状物質の堆積特性を補正するので、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記特性記憶手段に記憶された前記特性は、前記捕集器における前記粒子状物質の堆積量と前記捕集器の圧損とを２つの座標軸とした平面上における、前記堆積量がゼロの点である初期点から伸びた特性線からなり、前記補正手段は、前記特性線の前記初期点の前記圧損が前記完全再生後圧損となるように、前記特性線を平行移動する補正を行う初期点補正手段を備えたとしてもよい。

これにより、アッシュ堆積量と相関を有する完全再生後の捕集器の圧損を用いて、粒子状物質の堆積特性における特性線の初期点を補正する。よって完全再生するたびに、アッシュの堆積を反映して増加した圧損値へと初期点を移動させるので、アッシュの堆積を正確に反映した特性線に補正される。よって、この特性線を用いて粒子状物質の堆積量を推定することによって、適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記特性線において、前記圧損の増分と前記堆積量の増分との比を傾きとして、前記特性線は傾きの異なる２つの部分を有し、その２つの部分の境界点を遷移点として、前記補正手段は、前記完全再生後圧損が大きいほど、前記遷移点を前記初期点に近づける補正をおこなう遷移点補正手段を備えたとしてもよい。

これにより、アッシュ堆積量と相関を有する完全再生後の捕集器の圧損を用いて、粒子状物質の堆積特性における遷移点を初期点に近づけるように補正するので、後述するように、捕集器の壁内にアッシュが堆積して、その分粒子状物質が壁内に堆積しなくなる現象を正確に反映した特性線に補正される。よってアッシュの堆積を反映した特性線により、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記特性線において、前記圧損の増分と前記堆積量の増分との比を傾きとして、前記特性線は傾きの異なる２つの部分を有し、その２つの部分の境界点を遷移点として、前記補正手段は、前記完全再生後圧損が大きいほど、前記特性線における２つの部分のうちで前記初期点よりも遠い方の部分の傾きを大きくする補正をおこなう傾き補正手段を備えたとしてもよい。

これにより、アッシュ堆積量と相関を有する完全再生後の捕集器の圧損を用いて、粒子状物質の堆積特性における特性線の傾きを補正するので、後述するように、捕集器の壁面上に粒子状物質とともにアッシュが堆積して、その分圧損値を押し上げる現象を正確に反映した特性線に補正される。よってアッシュの堆積を反映した特性線により、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記特性記憶手段に記憶された前記特性を、不燃物質であるアッシュの前記捕集器の排気通路側壁と排気通路下流端面壁とへの堆積比率に応じて補正する第２補正手段をさらに備え、前記推定手段において用いられる前記特性は、前記補正手段と第２補正手段とによって補正された前記特性であるとしてもよい。

これにより、補正手段によるアッシュの堆積量に基づく補正に加えて、第２補正手段によってアッシュの側壁と下流端面壁への堆積比率に基づく補正も行う。それにより、さらに精度よくアッシュの堆積比率の影響を考慮にいれた特性によって粒子状物質の堆積量を推定できるので、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記特性線において、前記圧損の増分と前記堆積量の増分との比を傾きとして、前記特性線は傾きの異なる２つの部分を有し、その２つの部分の境界点を遷移点として、前記第２補正手段は、前記アッシュの前記排気通路側壁への堆積比率が大きいほど、前記特性線における２つの部分のうちで前記初期点よりも遠い方の部分の傾きを大きくするとしてもよい。

これにより、前記捕集器の排気通路側壁と排気通路下流端面壁とへのアッシュの堆積比率を用い、その排気通路側壁への堆積比率が大きいほど特性線の傾きを大きくする補正をおこなうので、後述するように、捕集器の排気通路側壁へのアッシュの堆積の比率が大きい場合に、側壁へのアッシュの堆積によって圧損値が押し上げられる現象を正確に反映した特性線に補正される。よって、この特性線を用いて適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記第２補正手段は、前記捕集器において前記粒子状物質が前記再生手段によらずに燃焼する状態である自燃運転の時間と前記自燃運転ではない非自燃運転と時間のうち、自燃運転の時間比率が大きいほど、前記特性線における２つの部分のうちで前記初期点よりも遠い方の部分の傾きを大きくする補正をおこなうとしてもよい。

これにより、捕集器において粒子状物質が再生手段によらずに燃焼する状態である自燃運転と自燃運転ではない非自燃運転との時間比率は、後述するようにアッシュの堆積比率と相関を有するので、アッシュの堆積比率を示す情報を簡易に得ることができる。これを用いて第２補正手段によってアッシュの堆積比率を正確に反映した特性線に補正できる。よって、その特性線によって適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記排気通路に配置されて排気温度を計測する排気温度計測手段と、前記自燃運転と非自燃運転との時間比率を、前記排気温度計測手段によって計測された排気温度によって推定する第１時間比率推定手段とを備え、前記堆積比率推定手段で用いられる前記時間比率は、前記第１時間比率推定手段によって推定された前記時間比率であるとしてもよい。

これにより、自燃運転と非自燃運転との時間比率を、排気温度によって推定するので、簡易に計測できる排気温度を用いて時間比率を精度よく求めることができる。そして、この時間比率から第２補正手段によって特性線を補正できる。よって簡易にかつ適切に補正された特性を用いて、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記内燃機関の回転数を計測する回転数計測手段と、前記内燃機関のアクセルの開度を計測するアクセル開度計測手段と、前記自燃運転と非自燃運転との時間比率を、前記回転数計測手段によって計測された内燃機関の回転数と前記アクセル開度計測手段によって計測されたアクセルの開度とから推定する第２時間比率推定手段とを備え、前記堆積比率推定手段で用いられる前記時間比率は、前記第２時間比率推定手段によって推定された前記時間比率であるとしてもよい。

これにより、自燃運転と非自燃運転との時間比率を、運転領域内において内燃機関の回転数とアクセル開度とを用いて推定するので、簡易に計測できる数値を用いて時間比率を精度よく求めることができる。そして、この時間比率から第２補正手段によって特性線を補正できる。よって簡易にかつ適切に補正された特性線を用いて、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

また前記内燃機関は自動車に搭載されており、その自動車の速度を計測する車速計測手段と、前記自燃運転と非自燃運転との時間比率を、前記車速計測手段によって計測された前記自動車の速度から推定する第３時間比率推定手段とを備え、前記堆積比率推定手段で用いられる前記時間比率は、前記第３時間比率推定手段によって推定された前記時間比率であるとしてもよい。

これにより、自燃運転と非自燃運転との時間比率を、車速を用いて推定するので、簡易に計測できる車速値を用いて精度よく時間比率を求めることができる。そして、この時間比率から第２補正手段によって特性線を補正できる。よって簡易にかつ適切に補正された特性線を用いて、より適切なタイミングで捕集器の再生ができる。したがって再生が頻繁すぎて燃費が悪化することも、真の堆積量が過大で再生時に過昇温して捕集器が破損することも回避できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施例の概略図である。

排気浄化装置１は、例えば４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成されているとする。エンジン２に接続された吸気管３からエンジン２に空気が供給される。吸気管３にはエアフロメータ４が配置され、吸気量が計測される。また吸気管３には吸気スロットル１２が配置され、この開度が調節されることによってエンジン２に供給される吸気量が増減する。

エンジン２にはインジェクタ１３が装備されてシリンダ内に燃料が供給される。またエンジン２に接続された排気管５へ排気が排出される。電子制御装置１０（ＥＣＵ）によりインジェクタ１３によるエンジン２への燃料噴射や、吸気スロットル１２の開度調節などが制御される。ＥＣＵ１０は各種演算をおこなうＣＰＵやその作業領域のＲＡＭ、各種情報の記憶を行うメモリ１１などを有する構造とする。

排気管５の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ６（ＤＰＦ）が配置されている。ＤＰＦ６には酸化触媒が担持されており、いわゆる酸化触媒付きＤＰＦ（Ｃ―ＤＰＦ）である。ＤＰＦ６の入口側と出口側とにはそれぞれ排気温度センサ７、８が配置されて、それぞれの位置における排気温度が計測される。またＤＰＦ６の入口側と出口側における排気圧の差である差圧（圧損、ＤＰＦ圧損）を計測する差圧センサ９も装備されている。エアフロメータ４、排気温度センサ７、８、差圧センサ９の計測値はＥＣＵ１０へ送られる。

さらに排気浄化装置１は、エンジン回転数センサ１４、アクセル開度センサ１５を備える。さらに排気浄化装置１およびエンジン２は自動車に搭載されて駆動力を供給するとし、車速センサ１６を備える。エンジン回転数センサ１４はエンジン２に装備されて、エンジン２の回転数、あるいは単位時間あたりの回転数を計測してＥＣＵ１０へ送る。アクセル開度センサ１５は、使用者によるアクセルへの入力の度合いを計測し、ＥＣＵ１０へ送る。車速センサ１６は周知のとおり例えばトランスミッションなどに装備されて車速を計測してＥＣＵ１０へ送る。

ＤＰＦ６は例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側とを交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気には粒子状物質（ＰＭ）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ６の上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。ＤＰＦ６に堆積したＰＭの堆積量が十分大きくなった度ごとに、堆積したＰＭを燃焼することによって除去し、ＤＰＦ６を再生しなければならない。ＤＰＦ６の再生のための方法として、例えばインジェクタ１３からメイン噴射後のタイミングでポスト噴射をおこなうといった手法が用いられる。

本発明においては前述の図１１のＰＭ堆積特性を、アッシュの堆積量および堆積状態に応じて補正する。これによってＰＭ堆積量の推定精度を向上させる。補正の全体的な概要は図２に図示されたものであり、補正のための処理手順は図３のフローチャートに示されている。以下でその詳細を説明する。図３に示された手順がＥＣＵ１０によって実行されるとすればよい。

まず手順Ｓ１０でＤＰＦ６が再生中であるかどうかが判断される。再生中の場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）はＳ２０へ進み、再生中でない場合（Ｓ１０：ＮＯ）はこのフローを終了する。

Ｓ２０ではＤＰＦ６の完全な再生が完了したかどうかが判断される。ここで完全な再生とはＤＰＦ６に堆積したＰＭを全て燃焼して、ＰＭ堆積量をゼロに戻すことを意味する。完全な再生が完了している場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）は、Ｓ３０へ進み、完了していない場合（Ｓ２０：ＮＯ）は完全な再生が完了するまで、Ｓ２０の処理を繰り返す。

上記のとおりＳ３０に進んだ時点では、ＤＰＦ６の完全再生が終了した状態である。Ｓ３０ではＤＰＦ６の圧損を計測する。これは差圧センサ９で計測すればよい。

次にＳ４０ではＰＭ自燃時間比率を算出する。ここでＰＭ自燃時間比率とは、ＰＭ自燃運転状態にある時間の総運転時間に対する比率のこととする。そしてＰＭ自燃運転状態とは、エンジン２から排出される排気温度が高いことによって、ＤＰＦ６にＰＭが堆積しつつ、同時にＰＭが燃焼する状態とする。ＰＭ自燃運転状態になる排気温度としては、例えば摂氏５５０度以上が目安となる。以下では温度の単位は全て摂氏とする。

Ｓ４０ではＥＣＵ１０にタイマ機能を装備しておき、エンジン２の総運転時間を計測しておき、さらにＰＭ自燃運転時間を計測しておいて、ＰＭ自燃運転時間と総運転時間との比を算出すればよい。後述するように、ＰＭ自燃運転状態ではＤＰＦ６へのアッシュの堆積状態に特徴があるので、ＰＭ堆積特性の補正に際してそれを考慮する必要がある。

ＰＭ自燃運転時間の計測としては例えば、以下の３とおりの方法があげられる。まず第１の方法は、排気温度を用いる方法である。上述のとおり、排気温度が５５０度以上の場合ＰＭ自燃運転状態になるとすれば、排気温度が５５０度以上のときの運転時間の総計をＰＭ自燃時間とすればよい。排気温度は排気温度センサ７、８（センサ）で計測すればよい。その際、センサ７、８の計測値の平均を排気温度としてもよい。またセンサ７、８の計測値からＤＰＦ６内部の温度を推定するモデルを求めておいて、それで得られた推定値を排気温度としてもよい。また５５０度を閾値とするのでなく、使用する装置構成に対して予めＰＭ自燃運転状態となる排気温度を求めておいて、それを使用してもよい。

第２の方法は、エンジン回転数とアクセル開度とを用いる方法である。図８に示されたようなエンジン回転数とアクセル開度とを座標軸とするエンジン２の運転状態を示す平面上で、高負荷、高回転でＰＭ自燃運転状態となる領域を求めておき、この領域内にはいっている運転時間の総計をＰＭ自燃時間とすればよい。エンジン回転数はエンジン回転数センサ１４により求めればよい。アクセル開度はアクセル開度センサ１５によって求めればよい。

第３の方法は、エンジン２が搭載されている自動車の車速を用いる方法である。車速が速ければ排気温度が高いことが想定されるので、車速値が大きいかどうかはＰＭ自燃運転状態かそうでないかの目安を与える。ＰＭ自燃運転状態となる車速を予め求めておけばよい。例えば車速が時速１５０キロ以上の運転時間をＰＭ自燃時間とすればよい。車速は車速センサ１６で計測すればよい。

次にＳ５０でＰＭ堆積特性線の補正のための初期点、ヒステリシス、傾き、傾き補正係数を算出する。アッシュが堆積していない状態でのＰＭ堆積特性線を図２の図示下側の特性線２１、２３とする。そしてアッシュの堆積によって補正された特性線を図２の図示上側の特性線２１、２３とする。図２のとおり、補正前の初期点２０におけるＤＰＦ６の圧損はＰ０である。つまりＰ０はＤＰＦ６に何も堆積していない条件下での圧損である。

なお以下で述べる補正で完全再生後の圧損が用いられるが、この理由は、一般に完全再生後はＰＭは全て燃焼されてアッシュのみが堆積した状態となるので、圧損値がアッシュの堆積量を示すこととなる。よって図４に示されているように、アッシュ堆積量に対して完全再生後の圧損が単調増加の関係を有するので、完全再生後の圧損がアッシュ堆積量を示す指標となるからである。

まず初期点２０を補正する。ＤＰＦ６の完全再生後の圧損をＰ１とする。このとき補正後の特性線の初期点２０を図２に示すように圧損がＰ１の点となるように特性線全体を図示上方へ平行移動する。これにより最新のアッシュの堆積量に対応した初期点２０を有する特性線２１、２３へと補正される。

次にヒステリシスを補正する。ヒステリシスとは初期点２０を通り特性線２３と同じ傾きの線と、特性線２３の間の距離つまり図２に示されるＨ０あるいはＨ１の値である。ヒステリシスの値は図５により算出される。図５に示されるように、完全再生後の圧損に対してヒステリシスの値は単調減少となる。

この理由を図９を用いて説明する。図９は、ＤＰＦ６のフィルタ壁の断面の拡大図である。アッシュの堆積量が増加することによってフィルタ壁の気孔内へのアッシュの堆積量も増加する。これによりＰＭがフィルタ壁内に堆積する余地が小さくなる。したがって壁内へのＰＭ堆積量がより少ない状態でＰＭの壁内への堆積が飽和することとなる。そして上述のとおり、第１特性線２１はフィルタ壁内へのＰＭ堆積に対応する特性線である。したがって結局、ＤＰＦ６におけるアッシュの堆積量が大きくなるにつれて、第１特性線２１は短くなり、ヒステリシスは小さくなる。以上より図５に示される傾向が得られる。

図５では完全再生後の圧損がＰ０のときのヒステリシスがＨ０、Ｐ１のときがＨ１となっている。そしてＨ１はＨ０よりも小さい値である。これによって図２のように第１特性線２１の長さが短く補正される。

次に第２特性線２３の傾きが補正される。第２特性線の傾きは図６により算出される。図６に示されるように、完全再生後の圧損に対して第２特性線２３の傾きの値は単調増加となる。この理由を図１０を用いて説明する。

図１０はアッシュ、ＰＭがともに堆積した状態でのＤＰＦ６の断面図である。エンジン２の運転によってアッシュ、ＰＭが堆積していくが、ＤＰＦ６の再生が行われるごとにＰＭのみが燃焼し、アッシュのみが残っていく。したがって何回かのＤＰＦ再生が行われた後にはアッシュが低層に堆積して、その上にＰＭが堆積する状態となる。そして一般にアッシュは、通常排気流の影響でＤＰＦ６の下流端面により多く堆積する傾向がある。

よって、より下流端面側に堆積したアッシュによって、ＤＰＦ６の軸方向長がより短くなったことと同じ影響が現れる。したがって結局、こうしたアッシュの堆積が多いほど、同じＰＭ堆積量でも、フィルタ壁の壁面上により厚くＰＭが堆積する。したがって同じＰＭ堆積量でも、圧損値はより大きくなる。これは第２特性線２３の傾きをより大きくすることと等価である。これにより図６が得られる。

図６では完全再生後の圧損がＰ０のときの第２特性線２３の傾きがθ０、Ｐ１のときがθ１となっている。そしてθ１はθ０よりも大きい値である。これによって第２特性線２３の傾きがより大きく補正される。

さらにＳ４０で求めたＰＭ自燃運転比率に従って、第２特性線２３の傾きが補正される。このさらなる補正は図７に従う。図７に示された傾き補正係数が図６で求めた傾き値に乗算されて、第２特性線２３の最終的な補正後の傾き値が算出される。図７の示されているように、傾き補正係数はＰＭ自燃運転比率に対して単調増加となる。この理由を以下に説明する。

ＰＭ自燃運転状態においては、上述のとおり、ＰＭがＤＰＦ６に堆積しながら同時に燃焼する。この状態では、ＰＭがＤＰＦ６のフィルタ壁の壁面上に薄く定常的に堆積していく傾向が見られる。アッシュは通常ＰＭに付着してＤＰＦ６へ流通してくるので、アッシュもフィルタ側壁上に堆積していく。つまり、アッシュのＤＰＦの側壁への堆積量と下流端面への堆積量との比率をアッシュ堆積比率とすると、ＰＭ自燃時間比率が大きいほど、アッシュの側壁への堆積比率が大きくなる。

ＰＭと一緒にアッシュもフィルタ壁面上に堆積していくと、同じＰＭ堆積量でも、アッシュの堆積分だけ圧損値を押し上げることとなる。上述のように、フィルタ壁面上への堆積は第２特性線２３に対応する。よって結局ＰＭ自燃運転比率が高くなることによって、第２特性線２３の傾きが増加する。以上より図７が得られる。

上述のＳ４０で算出されたＰＭ自燃運転比率がＲ１であったとし、図７のとおりＰＭ自燃運転比率がＲ１のときの傾き補正係数をｋ１とする。このｋ１と図６で求めたθ１との積が、第２特性線２３の最終的な補正後の傾き値となる。

最後にＳ６０で、Ｓ５０で求めたヒステリシス、傾き、傾き補正係数を用いてＰＭ堆積特性線が補正される。これにより図２の図示上側の特性線が得られる。以上が図３である。

この補正された特性線２１、２３を用いて、ＥＣＵ１０でＤＰＦ６へのＰＭ堆積量を推定する。そしてＰＭ堆積量の推定値が所定の閾値を越えたら、例えばインジェクタ１３からポスト噴射を行ってＤＰＦを再生すればよい。アッシュの堆積を考慮に入れることによって補正された特性線を用いるので、より正確にＰＭ堆積量が推定できる。

予め使用する装置構成に対して図５、６、７あるいはさらに図８の特性、ＰＭ自燃運転状態となる排気温度や車速の閾値を求めておいてメモリ１１に記憶しておき、Ｓ５０でそれを呼び出して用いればよい。

なお上では第１特性線２１および第２特性線２３を直線としたが、これが直線近似であり、真の特性は図１２のように曲線である場合もある。この場合、上記説明でヒステリシスつまり初期点２０と遷移点２２との間の距離を小さくする補正は、例えば図１２に示されたような曲線である第１特性線にそって遷移点２２を初期点２０に近づける補正としてもよい。また第２特性線２３の傾きを大きくする補正は、例えば図１２に示された曲線である第２特性線２３上の１点における接線３０の傾きを大きくするように第２特性線２３を補正することとすればよい。

上記実施例で、Ｓ４０の手順が第１時間比率計測手段、第２時間比率計測手段、第３時間比率計測手段を構成する。Ｓ５０、Ｓ６０の手順が補正手段、初期点補正手段、遷移点補正手段、傾き補正手段、第２補正手段を構成する。

本発明の実施形態における内燃機関の排気浄化装置の概略構成図。 補正の全体を示す概要図。 ＰＭ堆積特性補正処理のフローチャート。 完全再生後の圧損とアッシュ堆積量との関係を示す図。 ヒステリシスと完全再生後の圧損との関係を示す図。 第２特性線の傾きと完全再生後の圧損との関係を示す図。 傾き補正係数とＰＭ自燃運転比率との関係を示す図。 全運転領域内におけるＰＭ自燃運転領域を示す図。 ＤＰＦへのアッシュの堆積の様子を示す図。 ＤＰＦへのアッシュの堆積の様子を示す図。 ＤＰＦへのＰＭ堆積特性線を示す図。 ＤＰＦへのＰＭ堆積特性線を示す図。

符号の説明

１ 排気浄化装置
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 吸気管
５ 排気管
６ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、捕集器）
７、８ 排気温度センサ（排気温度計測手段）
９ 差圧センサ（圧損計測手段）
１０ 電子制御装置（ＥＣＵ、推定手段）
１１ メモリ（特性記憶手段）
１３ インジェクタ（再生手段）
１４ エンジン回転数センサ（回転数計測手段）
１５ アクセル開度センサ（アクセル開度計測手段）
１６ 車速センサ（車速計測手段）
２１ 第１特性線（特性線）
２３ 第２特性線（特性線）

Claims (11)

1. 排気通路の途中に配置されて粒子状物質を捕集する捕集器と、
   その捕集器における入口側と出口側との圧力差である圧損を計測する圧損計測手段と、
   前記捕集器における前記圧損と、前記捕集器における粒子状物質の堆積量との間の特性を記憶する特性記憶手段と、
   その特性記憶手段に記憶された前記特性を、不燃物質であるアッシュの前記捕集器への堆積量に応じて補正する補正手段と、
   その補正手段によって補正された前記特性と前記圧損計測手段によって計測された前記圧損とから前記粒子状物質の前記捕集器における堆積量の推定値を算出する推定手段と、
   その推定手段によって算出された推定値が所定の閾値よりも大きくなると前記捕集器に堆積した前記粒子状物質を燃焼して前記捕集器を再生する再生手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記補正手段は、前記再生手段によって前記粒子状物質の堆積量がゼロとなるように前記捕集器が再生された時点で前記圧損計測手段によって計測された前記捕集器の前記圧損である完全再生後圧損に応じて前記特性を補正する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記特性記憶手段に記憶された前記特性は、前記捕集器における前記粒子状物質の堆積量と前記捕集器の圧損とを２つの座標軸とした平面上における、前記堆積量がゼロの点である初期点から伸びた特性線からなり、
   前記補正手段は、前記特性線の前記初期点の前記圧損の値が前記完全再生後圧損となるように、前記特性線を平行移動する補正を行う初期点補正手段を備えた請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記特性線において、前記圧損の増分と前記堆積量の増分との比を傾きとして、
   前記特性線は傾きの異なる２つの部分を有し、
   その２つの部分の境界点を遷移点として、
   前記補正手段は、前記完全再生後圧損が大きいほど、前記遷移点を前記初期点に近づける補正をおこなう遷移点補正手段を備えた請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記特性線において、前記圧損の増分と前記堆積量の増分との比を傾きとして、
   前記特性線は傾きの異なる２つの部分を有し、
   その２つの部分の境界点を遷移点として、
   前記補正手段は、前記完全再生後圧損が大きいほど、前記特性線における２つの部分のうちで前記初期点よりも遠い方の部分の傾きを大きくする補正をおこなう傾き補正手段を備えた請求項２ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記特性記憶手段に記憶された前記特性を、不燃物質であるアッシュの前記捕集器の排気通路側壁と排気通路下流端面壁とへの堆積比率に応じて補正する第２補正手段をさらに備え、
   前記推定手段において用いられる前記特性は、前記補正手段と第２補正手段とによって補正された前記特性である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記特性線において、前記圧損の増分と前記堆積量の増分との比を傾きとして、
   前記特性線は傾きの異なる２つの部分を有し、
   その２つの部分の境界点を遷移点として、
   前記第２補正手段は、前記アッシュの前記排気通路側壁への堆積比率が大きいほど、前記特性線における２つの部分のうちで前記初期点よりも遠い方の部分の傾きを大きくする
   補正をおこなう請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記第２補正手段は、前記捕集器において前記粒子状物質が前記再生手段によらずに燃焼する状態である自燃運転の時間と前記自燃運転ではない非自燃運転の時間のうち、自燃運転の時間比率が大きいほど、前記特性線における２つの部分のうちで前記初期点よりも遠い方の部分の傾きを大きくする補正をおこなう請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記排気通路に配置されて排気温度を計測する排気温度計測手段と、
   前記自燃運転と非自燃運転との時間比率を、前記排気温度計測手段によって計測された排気温度によって推定する第１時間比率推定手段とを備え、
   前記第２補正手段で用いられる前記時間比率は、前記第１時間比率推定手段によって推定された前記時間比率である請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記内燃機関の回転数を計測する回転数計測手段と、
    前記内燃機関のアクセルの開度を計測するアクセル開度計測手段と、
    前記自燃運転と非自燃運転との時間比率を、前記回転数計測手段によって計測された内燃機関の回転数と前記アクセル開度計測手段によって計測されたアクセルの開度とから推定する第２時間比率推定手段とを備え、
    前記第２補正手段で用いられる前記時間比率は、前記第２時間比率推定手段によって推定された前記時間比率である請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記内燃機関は自動車に搭載されており、
    その自動車の速度を計測する車速計測手段と、
    前記自燃運転と非自燃運転との時間比率を、前記車速計測手段によって計測された前記自動車の速度から推定する第３時間比率推定手段とを備え、
    前記第２補正手段で用いられる前記時間比率は、前記第３時間比率推定手段によって推定された前記時間比率である請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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