JP2009174368A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの捕集容量を好適に確保することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】制御装置２５は、フィルタ３２に堆積した排気中の粒子状物質を再生終了値にまで減少させるべく再生処理を行う。この再生処理の実行に際し、制御装置２５は、フィルタ３２のアッシュ堆積量を算出する。そして、アッシュ堆積量が多いときほど、再生が終了した時点でフィルタ３２に残留するＰＭの量が少なくなるように、アッシュ堆積量に基づき再生終了値を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置として、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するフィルタを備える装置が知られている。
こうした排気浄化装置では、フィルタに捕集されたＰＭの量が増大するにつれて同フィルタの圧力損失が増大し、機関出力等に悪影響を与えるようになる。そこで、フィルタの温度を上げることで捕集されたＰＭを燃焼させる、いわゆる再生処理が行われる。

この再生処理では、フィルタに堆積したＰＭの量が予め設定された量に達すると、排気通路に燃料などの添加剤が供給され、その添加剤の燃焼によってフィルタが昇温されることにより、同フィルタに堆積したＰＭが焼失される。そして、この再生処理により、フィルタに堆積したＰＭが規定量にまで減少すると、同再生処理の実行が終了される。

ここで、特許文献１に記載されるように、フィルタに捕集されたＰＭは、それ自身がフィルタの役目を果たし、ＰＭの捕集量が多くなるほど排気中のＰＭを捕集する効果が高くなる。そこで、同文献１に記載の装置では、再生処理が終了した時点で、フィルタ内にＰＭがある程度残留するように同再生処理を行うようにしている。
特開２００４−７６６８４号公報

ところで、再生処理が終了した時点で、フィルタ内にＰＭをある程度残留させるようにした場合には、その残留ＰＭ量の分だけ、フィルタの捕集容量は減少することになる。このように捕集容量が減少すると、再生終了後から次の再生開始までの間に捕集可能なＰＭの量が減少する。そのため、例えばＰＭを残留させない場合と比較して再生処理の実行間隔が短くなり、その結果、添加剤の消費量が増大するなどの不都合が生じてしまうようになる。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの捕集容量を好適に確保することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、フィルタに堆積した排気中の粒子状物質を規定量にまで減少させるべく前記フィルタの再生処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに堆積したアッシュの量であるアッシュ堆積量を算出し、同アッシュ堆積量に基づいて前記規定量を補正することをその要旨とする。

内燃機関のブローバイガス等に含まれる潤滑油は、燃焼室で燃焼処理されるのであるが、同潤滑油の添加剤等に含まれる灰分（例えばZn、Ca、Mg、Na等の金属成分など）は燃焼処理されることなく、その周囲にＰＭが付着した状態で排気通路に排出され、上記フィルタにて捕集される。そして、フィルタの再生処理が行われると、灰分に付着したＰＭについては燃焼処理されるが灰分そのものは燃焼処理されることなく、フィルタの気孔に灰として残る（以下、この燃え残りである灰を「アッシュ」という）。このアッシュにより、フィルタの気孔径は小さくなるため、アッシュ堆積量が増大するほど、排気中のＰＭを捕集する効果が高くなる。すなわち、こうしたアッシュの堆積は、上記従来の装置のように、再生処理が終了した時点でフィルタ内にＰＭを残留させるようにした場合と同様な効果が得られるため、再生処理の終了時点における残留ＰＭ量は、アッシュ堆積量の増大に伴って減少させることが可能である。

しかし、上記従来の装置では、そうしたアッシュによる効果が考慮されていないため、フィルタのアッシュ堆積量が増大しても、依然としてある程度の残留ＰＭ量が確保できるように再生処理が行われる。このように従来の装置では、再生終了時に不必要なＰＭが残されてしまい、フィルタの捕集容量が不必要に減少されてしまうこととなる。一方、請求項１に記載の構成によれば、フィルタに堆積した排気中のＰＭを規定量にまで減少させるべく、フィルタの再生処理を行うに際して、その規定量がアッシュ堆積量に基づいて補正される。そのため、再生終了時の残留ＰＭ量をアッシュ堆積量に応じて変化させることができるようになり、フィルタの捕集容量を好適に確保することができるようになる。

また、ＰＭを残留させることによる捕集効果の向上は、ＰＭによってフィルタの気孔が塞がれること等に起因するが、アッシュによる捕集効果の向上は、上述したように、フィルタの気孔径が小さくなることに起因する。従って、アッシュが堆積することで、より径の小さいＰＭを捕集することも可能になり、捕集される粒子の数を増大させることも可能になる。また、気孔に残留するＰＭの状態は、フィルタの再生が行われるたびに変化するため、ＰＭを残留させることによる捕集効果の向上度合は比較的不安定な傾向にある。一方、生成されたアッシュはその後、消滅することなく気孔に残留する。そのため、気孔に残留するアッシュの状態は、気孔に残留するＰＭの状態と比較して安定している。従って、アッシュを堆積させることにより捕集効果の向上度合が安定するといった効果も得られる。

上記アッシュ堆積量に基づいて上記規定量を補正する際には、請求項２に記載の発明によるように、前記アッシュ堆積量が多いときほど前記規定量は小さくされる、といった構成を採用することができる。この場合には、アッシュ堆積量が増大してアッシュによる捕集効果の向上が進行するにつれて、再生終了時の残留ＰＭ量は減少されていくため、不必要なＰＭの残留によるフィルタの捕集容量の低下を適切に抑えることが可能になる。また、アッシュ堆積量が少なく、アッシュによる捕集効果が不足しているときには、再生終了時の残留ＰＭ量が増大されることにより、そうした捕集効果の不足分を補うことも可能になる。

アッシュ堆積量がある程度増大すれば、再生終了時の残留ＰＭ量を変化させなくても、フィルタの捕集能力は十分に確保することができる。そこで、請求項３に記載の発明によるように、前記アッシュ堆積量が予め設定された量に達するまで前記規定量の補正を行う、といった構成を採用することも可能である。この場合には、フィルタの捕集能力を十分に確保することができる適切な量のアッシュ及びＰＭを同フィルタに堆積させた状態で、上記規定量の補正を終了させることができるようになる。

また、上記規定量の補正を行う際には、請求項４に記載の発明によるように、前記規定量の補正は、予め設定された前記規定量の基本値が、前記アッシュ堆積量に基づいて設定される補正値にて増大補正されることにより行われる、といった構成を採用することができる。なお、この場合には、アッシュ堆積量が多いときほど上記補正値が小さくなるように可変設定することが望ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記アッシュ堆積量は、前記再生処理の終了直後における前記フィルタの圧力損失に基づいて算出されることをその要旨とする。

上記アッシュは、フィルタの再生処理によって生成され、同アッシュの堆積量が増大するほど、フィルタの圧力損失は高くなる傾向がある。そこで、同構成によるように、再生処理の終了直後におけるフィルタの圧力損失に基づき、上記アッシュ堆積量を算出することが可能である。なお、フィルタの圧力損失については、フィルタ上流側の排圧を検出したり、フィルタ上流側及び下流側の排圧差を検出したりすることで推定可能である。また、フィルタの圧力損失が増大するほど、排気温度は増大し、吸入空気量は減少するようになる。従って、それら排気温度や吸入空気量に基づいてアッシュ堆積量を推定することも可能である。ちなみに、新品状態のフィルタの圧力損失を基準値として予め測定しておく。そして、その基準値と再生処理の終了直後におけるフィルタの圧力損失との差を求め、この差に基づいてアッシュ堆積量を算出するようにすれば、フィルタの個体差などに影響されることなく、アッシュ堆積量を精度よく算出することが可能になる。

上記圧力損失の差に基づいてアッシュ堆積量を算出する場合には、請求項６に記載の発明によるように、前記圧力損失が大きいほど前記アッシュ堆積量が大きくなるように当該アッシュ堆積量は算出される、といった構成を採用することにより、アッシュ堆積量を適切に算出することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記アッシュ堆積量は、前記内燃機関の潤滑油の消費量に基づいて算出されることをその要旨とする。

上記アッシュは、内燃機関の潤滑油に由来するものであり、その潤滑油の消費量が増大するほど、アッシュ堆積量も増大する傾向がある。そこで、同構成によるように、内燃機関の潤滑油の消費量に基づいて上記アッシュ堆積量を算出することが可能である。なお、潤滑油の消費量については、内燃機関のオイルパン内の潤滑油量を検出することで把握可能である。また、車両の総走行距離が大きくなるほど、それまでに消費された潤滑油の量も多くなるため、車両の総走行距離に基づいて潤滑油の消費量を推定することも可能である。また、内燃機関の総稼働時間が長くなるほど、それまでに消費された潤滑油の量も多くなるため、内燃機関の総稼働時間、あるいはその総稼働時間と相関関係にある燃料噴射量の積算値に基づいて潤滑油の消費量を推定することも可能である。

上述したように、潤滑油の消費量に基づいてアッシュ堆積量を算出する場合には、請求項８に記載の発明によるように、前記消費量が多いほど前記アッシュ堆積量が大きくなるように当該アッシュ堆積量は算出される、といった構成を採用することにより、アッシュ堆積量を適切に算出することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記再生処理の実行時には、前記フィルタが配設された排気通路内に添加剤を供給することにより前記フィルタを昇温させることをその要旨とする。

上述したように、フィルタの捕集容量は減少すると、再生終了後から次の再生開始までの間に捕集可能なＰＭの量が減少するため、再生処理の実行間隔が短くなり、その結果、添加剤の消費量が増大するといった不都合が生じる。この点、同構成によれば、上述したように、フィルタの捕集容量を好適に確保することができるため、従来の装置と比較して、再生処理の実行間隔が長くなるといった効果が得られ、これにより添加剤の消費量を好適に抑えることができるようになる。なお、上記添加剤として機関用の燃料が使用される場合には、燃料消費量を好適に抑えることができるようになる。

以下、この発明にかかる内燃機関の排気浄化装置を具体化した一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
図１に、本実施形態にかかる排気浄化装置が適用されたディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図を示す。

エンジン１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの下流側には、排気成分を浄化するコンバータ３０が設けられている。このコンバータ３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミック構造体で構成されており、排気中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、シリンダヘッド２には、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されており、同燃料添加弁５からは第４気筒＃４の排気ポート６ｄ内に向けて燃料が噴射される。この噴射された燃料は、排気とともに酸化触媒３１やフィルタ３２に到達する。なお、燃料添加弁５は燃料噴射弁４ａ〜４ｄと同様な構造を有している。また、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあってコンバータ３０の上流側であれば適宜変更するも可能である。

この他、エンジン１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置は、排気の一部を吸入空気に導入することで気筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生量を低減させる装置である。この排気再循環装置は、吸気通路３と排気通路（エキゾーストマニホールド８）とを連通する排気再循環通路としてのＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられて流量制御弁として機能するＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気再循環量、すなわちＥＧＲ量が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

エンジン１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内の吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。酸化触媒３１の排気下流側に設けられた排気温度センサ３３は、同酸化触媒３１を通過した直後の排気の温度である排気温度ＴＥを測定する。差圧センサ３４は、フィルタ３２の排気上流側及び排気下流側の排圧の圧力差ΔＰを検出する。機関回転速度センサ２３はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２４はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。

これら各種センサの出力は制御装置２５に入力される。この制御装置２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、この制御装置２５により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御・燃料噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御、ＥＧＲ弁１５の開度制御等、エンジン１の各種制御が行われる。また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させるフィルタの再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置２５によって行われる。

上記フィルタ３２の再生処理は、基本的に以下のようにして行われる。
まず、エンジン１の全燃焼室から排出されるＰＭの量であるＰＭ排出量ＰＭｅが、予めの実験等を通じて設定されたマップ、例えば図２に示すように、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量Ｑと機関回転速度ＮＥとをパラメータとするＰＭ排出量算出マップに基づいて算出される。なお、同図２に示すように、機関回転速度ＮＥが高いほど、燃料噴射量Ｑが多いほど、ＰＭ排出量ＰＭｅが多くなるように同ＰＭ排出量ＰＭｅは算出される。そして、このＰＭ排出量ＰＭｅの算出が所定周期毎に繰り返し行われてその積算値が算出されることにより、フィルタ３２に堆積したＰＭ量であるＰＭ堆積量ＰＭｓｍが推定される。

そして、このように算出されたＰＭ堆積量ＰＭｓｍが、再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達すると、フィルタ３２の再生処理が開始される。この再生処理では、上記燃料添加弁５による燃料添加が実行される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが燃焼処理されてフィルタ３２の再生が図られる。

フィルタ３２を昇温させることで減少するＰＭの量、すなわちフィルタ３２の再生中におけるＰＭ堆積量ＰＭｓｍは次式（１）に基づいて推定される。

再生処理中のＰＭｓｍ＝再生処理開始時のＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ …（１）
ＰＭｓｍ：ＰＭ堆積量
ＰＭｅ：ＰＭ排出量
ＰＭｃ：ＰＭ酸化量

上記ＰＭ酸化量ＰＭｃは、フィルタ３２に捕集されたＰＭが燃焼処理される量である。このＰＭ酸化量ＰＭｃは、予めの実験等を通じて設定されたマップ、例えば図３に示すように、フィルタ３２の温度であるフィルタ温度ＦＴ（本実施形態では、フィルタ３２に流入する排気温度を示す上記排気温度ＴＥから同フィルタ温度ＦＴを推定）をパラメータとするＰＭの酸化速度マップ等に基づいて算出される。なお、同図３に示すように、フィルタ温度ＦＴが高いときほど、ＰＭ酸化量ＰＭｃが多くなるように同ＰＭ酸化量ＰＭｃは算出される。そして、このＰＭ酸化量ＰＭｃ及び上記ＰＭ排出量ＰＭｅの算出が所定周期毎に繰り返し行われ、それらの算出に同期して上記式（１）によるＰＭ堆積量ＰＭｓｍの算出が行われることにより、再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが推定される。

こうして推定される再生処理中のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが十分に少なくなり、所定の再生終了値ＰＭｆを下回ると、フィルタ３２の再生処理は終了される。これによりフィルタ３２のＰＭ堆積量ＰＭｓｍは、再生終了値ＰＭｆに相当する規定量にまで減少される。

ところで、内燃機関のブローバイガス等に含まれる潤滑油は、機関の燃焼室で燃焼処理されるのであるが、同潤滑油の添加剤等に含まれる灰分（例えばZn、Ca、Mg、Na等の金属成分など）は燃焼処理されることなく、その周囲にＰＭが付着した状態で排気通路２６に排出される。そして図４に示すように、ＰＭが付着した灰分は、上記フィルタ３２に形成された気孔３２ａにて捕集される。フィルタ３２の再生処理が行われると、灰分に付着したＰＭについては燃焼処理されるが灰分そのものは燃焼処理されることなく、同図４に示すように、アッシュとして気孔３２ａに付着した状態で残る。このアッシュにより、気孔３２ａの径は小さくなるため、フィルタ３２に堆積したアッシュの量であるアッシュ堆積量Ａｓｍが増大するほど、排気中のＰＭを捕集する効果は高くなる。

すなわち、こうしたアッシュの堆積は、上述した従来の装置のように、再生処理が終了した時点でフィルタ内にＰＭを残留させるようにした場合と同様な効果が得られるため、再生処理の終了時点における残留ＰＭ量（燃やし残しのＰＭ量）は、アッシュ堆積量Ａｓｍの増大に伴って減少させることが可能である。

そこで、本実施形態では、上記アッシュによる効果を考慮して、フィルタ３２の再生処理を行うようにしている。
図５に、本実施形態における再生処理の手順を示す。

本処理が開始されるとまず、再生条件が成立したか否かが判定される（Ｓ１００）。ここでは、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが上記再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達しており、且つ排気温度の昇温が可能な状態にある場合（例えば冷却水温が所定値以上である、アイドル運転状態ではない、燃料カット実行中ではないといった条件等が成立する場合）に、再生条件が成立していると判定される。そして、再生条件が成立していない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は終了される。

一方、再生条件が成立している場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、現在のアッシュ堆積量Ａｓｍが読み込まれる（Ｓ１１０）。ここで、再生処理が初めて実行されるときには、アッシュ堆積量Ａｓｍは「０」であるため、本処理が初めて実行されるときには、アッシュ堆積量Ａｓｍとして「０」が読み込まれる。

次に、アッシュ堆積量Ａｓｍに基づいて補正値ＯＦが設定される（Ｓ１２０）。このステップＳ１２０では、図６に示すように、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど補正値ＯＦが小さくなるように同補正値ＯＦは算出される。また、アッシュ堆積量Ａｓｍがある程度多くなり、予め設定された閾値α以上となった場合には、補正値ＯＦは「０」に設定される。

次に、次式（２）に示すごとく、基本終了値ＰＭｆｂに補正値ＯＦが加算されることにより、上記再生終了値ＰＭｆが設定される（Ｓ１３０）。

再生終了値ＰＭｆ＝基本終了値ＰＭｆｂ＋補正値ＯＦ …（２）

上記基本終了値ＰＭｆｂは、再生終了時にフィルタ３２に残留させるＰＭの量であり、予め設定された一定の基本値である。なお、同基本終了値ＰＭｆｂを「０」に設定すれば、フィルタ３２に堆積したＰＭを再生処理によってほぼ無くすことも可能である。しかし、実際のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが「０」に近づくと、ＰＭの酸化速度は低下する傾向があるため、フィルタ３２に堆積したＰＭがほぼ無くなるまで再生処理を実行するようにすると、その実行時間が過度に長くなるおそれがある。そこで、本実施形態では、基本終了値ＰＭｆｂとして、「０」よりも大きく、且つＰＭの堆積による悪影響（圧力損失の増大等）を抑えることができる程度の値が設定されている。

このように基本終了値ＰＭｆｂに補正値ＯＦが加算されることで増大補正された再生終了値ＰＭｆが設定されると、上述したようなフィルタ３２の昇温処理が実行され（Ｓ１４０）、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭの燃焼処理が行われる。

次に、フィルタ３２の再生が完了したか否かが判定される（Ｓ１５０）。ここでは、上記式（１）に基づいて算出されたＰＭ堆積量ＰＭｓｍが、上記式（２）にて算出された再生終了値ＰＭｆ以下になった場合に肯定判定される。そして、再生が完了していない場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、再生が完了するまで、このステップＳ１５０での判定が繰り返し行われる。

一方、フィルタ３２の再生が完了した場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、再生後差圧ΔＰａｆが読み込まれる（Ｓ１６０）。この再生後差圧ΔＰａｆは、上記差圧センサ３４によって、再生処理の終了直後に検出された圧力差ΔＰである。ここで、フィルタ３２の圧力損失が大きくなると上記圧力差ΔＰも大きくなるため、ここでは、再生処理の終了直後におけるフィルタ３２の圧力損失に相当する値として、上記再生後差圧ΔＰａｆが読み込まれる。

次に、次式（３）に基づいて差圧変化量ΔＰＨが算出される（Ｓ１７０）。

差圧変化量ΔＰＨ＝再生後差圧ΔＰａｆ−基準差圧ΔＰｂ …（３）

上記基準差圧ΔＰｂとは、新品状態のフィルタ３２、すなわちアッシュ堆積量が「０」であるフィルタ３２についてその排気上流側及び排気下流側の排圧の圧力差ΔＰを計測したものであり、フィルタ３２の新品時における圧力損失に相当する値である。なお、この基準差圧ΔＰｂは、フィルタ３２がエンジン１の排気系に取り付けられた段階で計測したり、エンジン１の排気系を模した試験装置を作成し、その試験装置上で計測したりすればよい。

上記式（３）に示されるように、差圧変化量ΔＰＨは、基準差圧ΔＰｂに対して、再生終了直後の圧力差ΔＰがどれだけ増大したかを示す値である。ここで、アッシュはフィルタ３２の再生処理によって生成されるため、アッシュ堆積量Ａｓｍは、再生処理が行われるたびに増大していく。そして、アッシュ堆積量Ａｓｍが増大するほどフィルタ３２の圧力損失、換言すれば上記圧力差ΔＰも高くなる傾向があるため、上記差圧変化量ΔＰＨは、今回の再生が終了した時点でのアッシュ堆積量Ａｓｍに応じた値になる。そこで、再生終了直後のフィルタ３２の圧力損失に相当する上記差圧変化量ΔＰＨに基づき、アッシュ堆積量Ａｓｍが算出される（Ｓ１８０）。このステップＳ１８０では、図７に示すように、差圧変化量ΔＰＨが大きいほどアッシュ堆積量Ａｓｍが大きくなるように同アッシュ堆積量Ａｓｍが算出される。

なお、より簡易的には、再生後差圧ΔＰａｆが大きいほどアッシュ堆積量Ａｓｍが大きくなるように同アッシュ堆積量Ａｓｍを算出するようにすることも可能である。しかし、この場合には、フィルタ３２の個体差による圧力損失のばらつきが再生後差圧ΔＰａｆに含まれてしまうため、アッシュ堆積量Ａｓｍの推定精度が低下してしまう。従って、本実施形態によるように、新品時のフィルタ３２の圧力損失を基準値として求めておき、その基準値と再生終了直後の圧力損失との差（差圧変化量ΔＰＨ）に基づいてアッシュ堆積量Ａｓｍを求めるようにした方が、アッシュ堆積量Ａｓｍをより精度よく算出することができる。

こうして再生終了直後のアッシュ堆積量Ａｓｍが算出されると、アッシュ堆積量Ａｓｍが更新されて（Ｓ１９０）、本処理は終了される。
このようにして更新されたアッシュ堆積量Ａｓｍは、次回の本処理実行時に上記ステップＳ１１０にて利用され、上記ステップＳ１２０では、前回の再生処理の終了直後におけるアッシュ堆積量Ａｓｍに基づいて補正値ＯＦが設定される。

上述した従来の装置では、アッシュによる捕集効果の向上が考慮されていないため、フィルタのアッシュ堆積量が増大しても、依然としてある程度の残留ＰＭ量が確保できるように再生処理が行われる。従って、従来の装置では、アッシュによる捕集効果が得られている状態でも、再生終了時に不必要なＰＭが残されてしまい、フィルタの捕集容量が不必要に減少してしまう。

一方、本実施形態の上記再生処理では、フィルタ３２に堆積した排気中のＰＭを再生終了値ＰＭｆにまで減少させるべく、フィルタ３２の再生を行うに際して、その再生終了値ＰＭｆがアッシュ堆積量Ａｓｍに基づいて補正される。より具体的には、図８に示すように、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど補正値ＯＦは小さくされることにより、基本終了値ＰＭｆｂに対する増大補正分は小さくされ、これにより再生終了値ＰＭｆは小さくされる。従って、アッシュによる捕集効果の向上が進行するにつれて、再生終了時の残留ＰＭ量は減少されていくようになり、これにより不必要なＰＭを残留させることによるフィルタ３２の捕集容量の低下が適切に抑えられるようになる。このように、再生終了時の残留ＰＭ量がアッシュ堆積量Ａｓｍに応じて変化するため、フィルタ３２の捕集容量を適切に確保することができるようになる。

また、アッシュ堆積量Ａｓｍが少ないときほど、補正値ＯＦは大きくされることにより、基本終了値ＰＭｆｂに対する増大補正分は大きくされ、これにより再生終了値ＰＭｆは大きくされる。従って、アッシュによる捕集効果が不足しているときほど、再生終了時の残留ＰＭ量は増大されるようになり、これによりアッシュによる捕集効果の不足分を補うことも可能になる。

また、アッシュ堆積量Ａｓｍがある程度増大すれば、再生終了時の残留ＰＭ量を変化させなくても、フィルタ３２の捕集能力は十分に確保することができる。そこで、上記再生処理では、アッシュ堆積量Ａｓｍが閾値α以上の場合には、補正値ＯＦが「０」に設定されて、実質的に再生終了値ＰＭｆの補正が中止される。すなわち、アッシュ堆積量Ａｓｍが閾値α以上になると、再生終了値ＰＭｆとして基本終了値ＰＭｆｂがそのまま設定される。こうしてアッシュ堆積量Ａｓｍが閾値αに達するまでは再生終了値ＰＭｆの増大補正が行われることにより、フィルタ３２の捕集能力を十分に確保することができる適切な量のアッシュ及びＰＭを同フィルタ３２に堆積させた状態で、再生終了値ＰＭｆの補正を終了させることができる。

ちなみに、本実施形態では、従来の装置と比較して、フィルタ３２の捕集容量を好適に確保することができるため、再生処理の実行間隔を長くすることができる。ここで、本実施形態では、再生処理の実行に際して、燃料添加弁５からエンジン１用の燃料を噴射供給するようにしているため、そのように再生処理の実行間隔が長くなることで、燃料消費量を抑えることも可能になる。

なお、再生終了時にＰＭを残留させることによる捕集効果の向上は、ＰＭによってフィルタの気孔３２ａが塞がれること等に起因するが、アッシュによる捕集効果の向上は、上述したように、フィルタの気孔径が小さくなることに起因する。従って、アッシュが堆積することで、より径の小さいＰＭを捕集することも可能になり、捕集される粒子の数を増大させることも可能になる。また、気孔３２ａに残留するＰＭの状態は、フィルタ３２の再生が行われるたびに変化する。例えば、再生が実行されるたびに、異なる気孔３２ａが残留ＰＭによって塞がれるようになる。そのため、ＰＭを残留させることによる捕集効果の向上度合は比較的不安定な傾向にある。一方、生成されたアッシュはその後、消滅することなく気孔３２ａに残留する。そのため、気孔３２ａに残留するアッシュの状態は、気孔３２ａに残留するＰＭの状態と比較して安定している。従って、フィルタ３２にアッシュが堆積することにより捕集効果の向上度合が安定するといった効果も得られる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）フィルタ３２のアッシュ堆積量Ａｓｍを算出し、そのアッシュ堆積量Ａｓｍに基づいて再生終了値ＰＭｆを補正するようにしている。そのため、再生終了時の残留ＰＭ量をアッシュ堆積量Ａｓｍに応じて変化させることができるようになり、これによりフィルタ３２の捕集容量を好適に確保することができるようになる。

また、フィルタ３２にアッシュが堆積することで、より径の小さいＰＭを捕集することも可能になり、捕集される粒子の数（特に微細な粒子の数）を増大させることも可能になる。また、アッシュが堆積することにより捕集効果の向上度合が安定するといった効果も得られる。

（２）アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど再生終了値ＰＭｆは小さくなるようにしている。アッシュ堆積量Ａｓｍが増大してアッシュによる捕集効果の向上が進行するにつれて、再生終了時の残留ＰＭ量は減少されていくため、不要なＰＭを残留させることによるフィルタ３２の捕集容量の低下を適切に抑えることが可能になる。また、アッシュ堆積量Ａｓｍが少なく、アッシュによる捕集効果が不足しているときには、再生終了時の残留ＰＭ量が増大されることにより、そうした捕集効果の不足分を補うことも可能になる。

（３）アッシュ堆積量Ａｓｍが閾値αに達するまで再生終了値ＰＭｆの補正を行うようにしている。そのため、フィルタ３２の捕集能力を十分に確保することができる適切な量のアッシュ及びＰＭを同フィルタ３２に堆積させた状態で、上記再生終了値ＰＭｆの補正を終了させることができるようになる。

（４）アッシュ堆積量Ａｓｍを再生処理の終了直後におけるフィルタ３２の圧力損失に基づいて算出するようにしている。より具体的には、同圧力損失が大きいほどアッシュ堆積量Ａｓｍが大きくなるように当該アッシュ堆積量Ａｓｍを算出するようにしており、これによりアッシュ堆積量Ａｓｍを適切に算出することができるようになる。

（５）再生処理の実行時には、フィルタ３２に機関用の燃料を供給することにより同フィルタ３２を昇温させる排気浄化装置において、上記再生処理を行うようにしている。同再生処理を実行することにより、従来の装置と比較して、再生処理の実行間隔が長くなるといった効果が得られるため、燃料消費量を好適に抑えることができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記基本終了値ＰＭｆｂを「０」に設定してもよい。
・再生終了値ＰＭｆの増大補正に際しては、基本終了値ＰＭｆｂに補正値ＯＦを加算するようにしたが、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど小さい値が設定される係数（１．０以上の値）を求め、この係数を基本終了値ＰＭｆｂに乗算するようにしてもよい。

・基本終了値ＰＭｆｂに補正値ＯＦを加算することで再生終了値ＰＭｆを増大補正するようにした。この他、再生終了時において許容することのできる残留ＰＭ量の最大値を、基本終了値ＰＭｆｂｍとして設定する。また、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど補正値ＯＦｄが大きくなるように当該補正値ＯＦｄを算出する。そして基本終了値ＰＭｆｂｍから補正値ＯＦｄを減算することで再生終了値ＰＭｆを減少補正するようにしてもよい。この場合にも、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど再生終了値ＰＭｆは小さくなるため、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。なお、この変形例においても、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど小さい値が設定される係数（１．０以下の値）を求め、この係数を基本終了値ＰＭｆｂｍに乗算するようにしてもよい。

・再生処理が行われるときに、再生開始直前の圧力差ΔＰと再生終了直後の圧力差ΔＰとを検出し、それら圧力差ΔＰの差に基づき、今回の再生処理の実行により増加したアッシュ堆積量Ａｓｍを算出する。そして、こうしたアッシュ堆積量Ａｓｍの算出を再生処理が実行されるたびに行ってそのアッシュ堆積量Ａｓｍの積算値を求めることにより、現状のアッシュ堆積量Ａｓｍを求めるようにしてもよい。

・上記式（２）による再生終了値ＰＭｆの算出を、再生条件の成立後であって再生制御の実行開始前に行うようにしたが、この再生終了値ＰＭｆは、フィルタ３２の再生が終了する前までに行えばよい。従って、再生処理終了時に、次回の再生処理用の再生終了値ＰＭｆを算出しておくようにしてもよい。また、フィルタ３２の再生にはある程度の時間がかかるため、フィルタ３２の再生中に再生終了値ＰＭｆを算出するようにしてもよい。

・フィルタ３２の圧力損失を推定するに際し、フィルタ３２の排気上流側及び排気下流側の圧力差ΔＰを検出するようにしたが、より簡易的にはフィルタ３２の排気上流側の排圧のみを検出するようにしてもよい。また、アッシュ堆積量Ａｓｍが増大するほど、エンジン１の定常運転時におけるフィルタ３２の排気上流側の排圧と、エンジン１の減速時におけるフィルタ３２の排気上流側の排圧との差ΔＰｃは、アッシュ堆積量が増大するほど大きくなる傾向がある、そこで、この差ΔＰｃに基づいてアッシュ堆積量Ａｓｍを算出するようにしてもよい。また、フィルタ３２の圧力損失が増大するほど、排気温度は増大し、吸入空気量は減少するようになる。従って、排気温度や吸入空気量に基づいてアッシュ堆積量Ａｓｍを推定するようにしてもよい。

・上記アッシュは、エンジン１の潤滑油に由来するものであり、その潤滑油の消費量が増大するほど、アッシュ堆積量Ａｓｍも増大する傾向がある。そこで、アッシュ堆積量Ａｓｍを潤滑油の消費量に基づいて算出するようにしてもよい。なお、潤滑油の消費量については、エンジン１のオイルパン内の潤滑油量を検出することで把握可能である。また、車両の総走行距離が大きくなるほど、それまでに消費された潤滑油の量も多くなるため、車両の総走行距離に基づいて潤滑油の消費量を推定することも可能である。また、内燃機関の総稼働時間が長くなるほど、それまでに消費された潤滑油の量も多くなるため、内燃機関の総稼働時間、あるいはその総稼働時間と相関関係にある燃料噴射量の積算値に基づいて潤滑油の消費量を推定することも可能である。この変形例のように、潤滑油の消費量に基づいてアッシュ堆積量Ａｓｍを算出する場合には、同消費量が多いほどアッシュ堆積量Ａｓｍが大きくなるように当該アッシュ堆積量Ａｓｍを算出することにより、同アッシュ堆積量を適切に算出することができる。

・上記実施形態では、フィルタ３２の再生が終了した時点での残留ＰＭ量を増減させるために、上記再生終了値ＰＭｆを変化させるようにした。この他、フィルタ３２の再生時間（昇温時間）を変化させることによっても残留ＰＭ量を増減させることが可能である。従って、フィルタ３２の再生開始後、フィルタ３２に堆積したＰＭが規定量にまで減少したと推定できる時間Ｔが経過するまでフィルタ３２の再生を行う場合でも、本発明は同様に適用することができる。この場合には、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど、上記時間Ｔが長くなるように同時間Ｔを可変設定することにより、アッシュ堆積量Ａｓｍが多いときほど再生終了時の残留ＰＭ量は減少させることができ、これにより上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

・アッシュ堆積量Ａｓｍの算出を他の態様で行うようにしてもよい。
・フィルタ３２の昇温を図るための燃料を燃料添加弁５から供給するようにした。この他、燃料噴射弁４ａ〜４ｄによるポスト噴射（メイン噴射の実行時期から遅れた時期に再度行われる燃料噴射）を実行することで、フィルタ３２の昇温を図るようにしてもよい。また、燃料添加弁５による燃料供給とポスト噴射による燃料供給と併用するようにしてもよい。

・上記添加剤はエンジン１の燃料であったが、これと同様な作用が得られる添加剤であればどのようなものでもよい。
・コンバータ３０内に配設される触媒やフィルタの数は任意にすることができる。例えば、フィルタ３２のみを備えており、同フィルタ３２上で燃料を酸化させることにより当該フィルタ３２の温度を上昇させる排気浄化装置にも、本発明は同様に適用することができる。

・上記エンジン１は、直列４気筒の内燃機関であったが、その他の気筒数や気筒配列を備える内燃機関の排気浄化装置にも、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 機関回転速度及び燃料噴射量とＰＭ排出量との関係を示すグラフ。 フィルタの温度とＰＭ酸化量との関係を示すグラフ。 アッシュの生成態様を示す模式図。 同実施形態における再生処理の手順を示すフローチャート。 アッシュ堆積量と補正値との関係を示すグラフ。 差圧変化量とアッシュ堆積量との関係を示すグラフ。 アッシュ堆積量の増加に伴う補正値及び再生終了値の変化を示すグラフ。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２３…機関回転速度センサ、２４…アクセルセンサ、２５…制御装置、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…コンバータ、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、３２ａ…気孔、３３…排気温度センサ、３４…差圧センサ。

Claims (9)

1. フィルタに堆積した排気中の粒子状物質を規定量にまで減少させるべく前記フィルタの再生処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記フィルタに堆積したアッシュの量であるアッシュ堆積量を算出し、同アッシュ堆積量に基づいて前記規定量を補正する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記アッシュ堆積量が多いときほど前記規定量は小さくされる
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記アッシュ堆積量が予め設定された量に達するまで前記規定量の補正を行う
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記規定量の補正は、予め設定された前記規定量の基本値が、前記アッシュ堆積量に基づいて設定される補正値にて増大補正されることにより行われる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記アッシュ堆積量は、前記再生処理の終了直後における前記フィルタの圧力損失に基づいて算出される
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記圧力損失が大きいほど前記アッシュ堆積量が大きくなるように当該アッシュ堆積量は算出される
   請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記アッシュ堆積量は、前記内燃機関の潤滑油の消費量に基づいて算出される
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記消費量が多いほど前記アッシュ堆積量が大きくなるように当該アッシュ堆積量は算出される
   請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記再生処理の実行時には、前記フィルタが配設された排気通路内に添加剤を供給することにより前記フィルタを昇温させる
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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