JP2009197717A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生処理が終了したときの粒子状物質の燃え残りに起因して発生する粒子状物質の実堆積量と推定堆積量とのずれ量を適切に算出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に堆積した粒子状物質の推定堆積量を算出するとともに、その推定堆積量が所定の再生開始値に達したときにフィルタの再生処理を開始し、再生処理実行中の粒子状物質の酸化速度に応じて減少される推定堆積量が所定の再生終了値にまで低下したときに再生処理を終了する。そして制御装置２５は、再生処理の終了時点における粒子状物質の実堆積量と推定堆積量とのずれ量を再生処理実行中の排気流量に基づいて算出し、このずれ量の分だけ小さくなるように再生開始値を補正する。
【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、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate Matter）という）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、いわゆる再生制御が行われる。

この再生制御では、フィルタに堆積したＰＭの量が推定され、その推定堆積量が所定の再生開始値に達すると、フィルタの再生処理が開始される。この再生処理では、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は酸化（燃焼）されていく。こうした再生処理中では、ＰＭの酸化速度に応じてＰＭの推定堆積量は減少されていき、同推定堆積量が所定の再生終了値にまで低下すると、再生処理は終了される。

ＰＭの上記酸化速度は、フィルタの温度が高いときほど大きくなる傾向があり、フィルタの温度は排気温度と相関関係にある。そこで、例えば特許文献１に記載の装置では、排気温度、酸素濃度、及び再生開始時の推定堆積量に基づいてＰＭの酸化速度（燃焼速度）を算出するようにしている。
特開２００４−１９７７２２号公報（段落［００２４］の式（１）、段落［００３１］）

ところで、フィルタ内に温度勾配が生じると、温度が低い部位ほどＰＭの酸化速度は小さくなるため、そうした低温部に向かうほどＰＭの燃え残りは発生しやすくなる。そのため、フィルタ内に温度勾配がある場合には、ＰＭの推定堆積量が上記再生終了値にまで低下した時点、すなわち再生処理が終了した時点で、ＰＭの実際の堆積量（以下、実堆積量という）が再生終了値に相当する量にまで減少していない可能性がある。

このようにＰＭが燃え残っており、推定堆積量と実堆積量との間にずれが生じている場合には、実堆積量が推定堆積量よりも多くなっている。そのため、次回の再生処理実行時には、そうしたずれ量の分だけ過剰な量のＰＭが燃焼されることにより、フィルタは過昇温状態になり、同フィルタの耐久性が低下してしまうおそれがある。従って、再生処理の終了時点における実堆積量と推定堆積量とのずれ量は、できる限り正確に算出しておく必要がある。

この点、上記文献に記載の装置では、ＰＭの酸化速度を算出する際に排気温度を利用するようにしているが、こうした排気温度はあくまでもフィルタ温度の代表値であるため、フィルタ内の温度勾配までも把握することはできない。従って、同文献に記載の装置では、フィルタ内に温度勾配があり、再生終了時にＰＭが燃え残る状況でも、再生処理の終了時点における実堆積量と推定堆積量とのずれ量を適切に算出することができないものとなっている。

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、再生処理が終了したときの粒子状物質の燃え残りに起因して発生する粒子状物質の実堆積量と推定堆積量とのずれ量を適切に算出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、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、同フィルタに堆積した前記粒子状物質の推定堆積量を算出するとともに、同推定堆積量が所定の再生開始値に達したときに前記フィルタの再生処理を開始し、同再生処理実行中の前記粒子状物質の酸化速度に応じて減少される前記推定堆積量が所定の再生終了値にまで低下したときに前記再生処理を終了する内燃機関の排気浄化装置において、前記再生処理の終了時点における前記粒子状物質の実際の堆積量と前記推定堆積量とのずれ量を前記再生処理実行中の排気流量に基づいて算出することをその要旨とする。

上記フィルタは排気によって昇温されるのであるが、同フィルタの外周部は同フィルタを収納する外筒などを介して外気により冷却される。そのため、フィルタ内には、中心部から外周部に向かうほど温度が低くなるといった温度勾配が生じ、外周部に向かうほどＰＭの燃え残り量は多くなる。ここで、排気流量が多いときほど排気を熱源とするフィルタの受熱量は多くなるため、外周部からの放熱量を排気からの受熱量で補うことが可能であり、フィルタの中心部から外周部にかけての温度低下量は小さくなる。そのため、排気流量が多いときには、フィルタ内でのＰＭの燃え残りは十分に抑えられる。

一方、機関運転状態が低負荷低回転状態のときなどのように排気流量が少ないときには、排気を熱源とするフィルタの受熱量が少なくなる。そのため、排気流量が少なくなるほど上記温度低下量は大きくなり、フィルタの中心部から外周部にかけて燃え残るＰＭの量は多くなる。なお、上記温度低下量が大きくなると外周部近傍の温度が大きく低下するため、そうした外周部近傍で燃え残るＰＭの量が特に増大するようになる。このように、排気流量が少なくなるほど、ＰＭの燃え残り量は多くなるため、再生処理の終了時点における実堆積量と推定堆積量とのずれ量は大きくなる傾向がある。そこで、同構成では、再生処理の終了時点における粒子状物質の実堆積量と推定堆積量とのずれ量を、再生処理実行中の排気流量に基づいて推定するようにしており、これにより再生処理が終了したときの粒子状物質の燃え残りに起因して発生する同粒子状物質の実堆積量と推定堆積量とのずれ量を適切に算出することができるようになる。

上記ずれ量を排気流量に基づいて算出する際には、請求項２に記載の発明によるように、前記ずれ量は、前記排気流量が少ないときほど大きくなるように算出される、といった構成を採用することができる。

また、排気流量がある程度多いときには上述した温度低下量が小さくなるため、ＰＭの燃え残り量は少なくなる。従って、排気流量が多いときには、再生処理の終了時点における実堆積量と推定堆積量との間にずれが生じていたとしても、そのずれ量は十分に小さくなっており、次回の再生処理実行時におけるフィルタの過昇温は十分に抑えることが可能である。そこで、請求項３に記載の発明によるように、前記ずれ量の算出は、排気流量が所定の閾値以下であるときに行われる、といった構成を採用することにより、実質的に悪影響のないずれ量の算出が中止され、これにより常時ずれ量を算出する場合と比較して、演算負荷の低減を図ることができるようになる。

また、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量（単位時間当たりの排気の量）の積算値が小さいときほど、すなわち再生処理の実行中にフィルタを通過した排気の総量が少ないときほど、フィルタの受熱量は小さくなるため、再生処理の終了時点における上記ずれ量は大きくなる。そこで、請求項４に記載の発明によるように、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量の積算値に基づいて上記ずれ量を算出することが可能である。

また、再生処理の実行中にフィルタを通過した排気の総量が少ないときほど、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量の平均値は小さくなり、フィルタの受熱量も小さくなって、再生処理の終了時点における上記ずれ量は大きくなる。そこで、請求項５に記載の発明によるように、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量の平均値に基づいて上記ずれ量を算出することも可能である。

なお、上記排気流量をセンサなどで直接検出したり、機関運転状態に基づいて推定したりすることも可能であるが、同排気流量は吸入空気量と相関関係にあり、吸入空気量が多いときほど排気流量も多くなる。従って、請求項６に記載の発明によるように、前記排気流量に相当する値として吸入空気量を利用する、といった構成を採用することも可能である。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６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、前記再生開始値は、前記ずれ量の分だけ小さくなるように補正されることをその要旨とする。

再生処理の終了時点で実堆積量と推定堆積量との間にずれ量が存在しており、実堆積量が推定堆積量よりも多くなっている場合には、推定堆積量が上記再生開始値に達した時点で、実堆積量は再生開始値から上記ずれ量の分だけ多くなっている。そこで、同構成によるように、上記ずれ量の分だけ再生開始値が小さくなるように同再生開始値を補正することにより、推定堆積量が補正後の再生開始値に達した時点で、実堆積量は補正前の再生開始値、すなわち本来の再生開始値と一致するようになる。従って、同構成によれば、再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることによるフィルタの過昇温を適切に抑えることができるようになる。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜６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、前記再生処理の終了時点における前記推定堆積量は、前記ずれ量の分だけ大きくなるように補正されることをその要旨とする。

同構成によれば、再生処理の終了時点におけるＰＭの実堆積量と推定堆積量とが一致するようになるため、その後、推定堆積量が上記再生開始値に達した時点で、実堆積量も再生開始値と一致するようになる。従って、同構成によっても、再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることによるフィルタの過昇温を適切に抑えることができるようになる。

なお、再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることを抑えるためには、上記ずれ量が生じることを前提に、予め上記再生開始値を小さくしておくことも考えられる。しかし、この場合には、フィルタの捕集容量をあえて少なくすることになるため、推定堆積量が再生開始値に達するまでの時間が短くなり、再生処理の実行頻度が多くなる。そのため、例えば再生処理の実行時に燃料などを添加するタイプの排気浄化装置では、燃料消費量が増大してしまうといった不都合が生じる。

この点、上記請求項７に記載の構成によれば、ずれ量に応じて再生開始値が適切に補正されるため、フィルタの捕集容量を好適に確保することができ、再生処理の実行頻度も最適化されるようになる。従って、上述したような燃料消費量の増大を抑えることも可能である。また、上記請求項８に記載の構成によれば、再生処理の終了時点におけるＰＭの実堆積量と推定堆積量とが一致するようになるため、再生開始値を予め小さくしておく必要がない。そのため、同構成によっても、フィルタの捕集容量を好適に確保することができ、再生処理の実行頻度も最適化されるようになる。従って、上述したような燃料消費量の増大を抑えることも可能である。

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（単位時間当たりの吸入空気量）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制御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の再生制御は、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量の推定値である推定堆積量ＰＭｓｍが算出される。

そして、このように算出された推定堆積量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。ちなみに、上記再生開始値ＰＭｓｔａｒｔとしては、フィルタ３２に捕集されたＰＭが再生処理によって燃焼されても、同フィルタ３２の過剰な温度上昇を抑えることができる程度の最大捕集量が設定されている。

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の再生中における推定堆積量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：推定堆積量
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）による推定堆積量ＰＭｓｍの算出が行われることにより、再生処理中の推定堆積量ＰＭｓｍが算出される。

こうして算出される再生処理中の推定堆積量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に堆積した実際のＰＭ量である実堆積量ＰＭｒｅは、再生終了値ＰＭｆに相当する規定量にまで減少される。

なお、上記再生終了値ＰＭｆ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、実堆積量ＰＭｒｅ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、再生終了値ＰＭｆ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。

ところで、フィルタ３２内に温度勾配が生じると、温度が低い部位ほどＰＭの酸化速度は小さくなるため、そうした低温部に向かうほどＰＭの燃え残りが発生しやすくなる。従って、フィルタ３２内に温度勾配がある場合には、推定堆積量ＰＭｓｍが上記再生終了値ＰＭｆにまで低下した時点、すなわち再生処理が終了した時点で、実堆積量ＰＭｒｅが再生終了値ＰＭｆに相当する量にまで減少していない可能性がある。

このように、再生処理によって燃焼されるはずのＰＭが燃え残っており、推定堆積量ＰＭｓｍと実堆積量ＰＭｒｅとの間にずれが生じる場合には、図４に示すように、再生終了時点（時刻ｔ１）において、実堆積量ＰＭｒｅが推定堆積量ＰＭｓｍよりもずれ量Ｚの分だけ多くなる。そのため、その後、推定堆積量ＰＭｓｍが再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達した時点において（時刻ｔ２）、実堆積量ＰＭｒｅは再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに対してずれ量Ｚの分だけ多くなっており、その時刻ｔ２での再生処理実行時には、前回の再生処理終了時のＰＭの燃え残り量に相当する上記ずれ量Ｚの分だけ過剰な量のＰＭが燃焼されてしまう。このように過剰な量のＰＭが燃焼されるとフィルタ３２は過昇温状態になり、同フィルタ３２の耐久性等が低下してしまうおそれがある。従って、再生処理の終了時点における実堆積量ＰＭｒｅと推定堆積量ＰＭｓｍとのずれ量Ｚは、できる限り正確に算出しておく必要がある。

そこで、本実施形態では、以下のようにしてそうしたずれ量Ｚを算出するようにしている。
すなわち、上記フィルタ３２は排気によって昇温されるのであるが、そのフィルタ３２の外周部は、同フィルタ３２を収納する上記コンバータ３０などを介して外気により冷却される。そのため、フィルタ３２内には、中心部から外周部に向かうほど温度が低くなるといった温度勾配が生じる。そして、温度が低い部位ほどＰＭの酸化速度は小さくなるため、フィルタ３２の外周部に向かうほどＰＭの燃え残り量は多くなる。ここで、排気流量が多いときほど排気を熱源とするフィルタ３２の受熱量は多くなるため、外周部からの放熱量を排気からの受熱量で補うことが可能であり、フィルタ３２の中心部から外周部にかけての温度低下量は小さくなる。従って、排気流量が多いときには、フィルタ３２内でのＰＭの燃え残りは十分に抑えられる。

一方、機関運転状態が低負荷低回転状態のときなどのように排気流量が少ないときには、排気を熱源とするフィルタ３２の受熱量が少なくなる。そのため、図５に示すように、排気流量が少なくなるほど、フィルタ３２の中心部から外周部にかけての温度低下量は大きくなり、フィルタ３２の中心部から外周部にかけて燃え残るＰＭの量が多くなる。なお、上記温度低下量が大きくなると外周部近傍の温度が大きく低下するため、そうした外周部近傍で燃え残るＰＭの量が特に増大するようになる。このように、排気流量が少なくなるほど、ＰＭの燃え残り量は多くなるため、再生処理の終了時点におけるずれ量Ｚも多くなる傾向がある。そこで、本実施形態では、再生処理の終了時点における上記ずれ量Ｚを、再生処理実行中の排気流量に基づいて算出するようにしている。

そして、その算出されたずれ量Ｚに基づいて再生開始値ＰＭｓｔａｒｔを補正することで、再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることによるフィルタ３２の過昇温を適切に抑えるようにしている。

図６に、再生開始値ＰＭｓｔａｒｔの補正処理についてその処理手順を示す。なお本処理は、制御装置２５によって実行される。
本処理が開始されるとまず、フィルタ３２の再生処理が開始されたか否か、すなわちフィルタ３２の昇温処理が開始されたか否が判定され（Ｓ１００）、開始されていない場合には（Ｓ１００：ＮＯ）、本処理は終了される。

一方、再生処理が開始された場合には（Ｓ１００：ＹＥＳ）、総吸入空気量ＧＡＩの算出が行われる（Ｓ１１０）。この総吸入空気量ＧＡＩは吸入空気量ＧＡの積算値であって、前回までの総吸入空気量ＧＡＩに現在の吸入空気量ＧＡが加算されることにより、今回の総吸入空気量ＧＡＩが算出される。なお、排気流量はセンサなどで直接検出したり、機関運転状態に基づいて推定したりすることも可能であるが、同排気流量は吸入空気量と相関関係にあり、吸入空気量が多いときほど排気流量も多くなる。そこで、本実施形態では、排気流量に相当する値として吸入空気量を利用するようにしている。

次に、フィルタ３２の再生が終了したか否かが判定される（Ｓ１２０）。ここでは、上記式（１）に基づいて算出された推定堆積量ＰＭｓｍが、上記再生終了値ＰＭｆ以下になった場合に肯定判定される。そして、再生が終了していない場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、再生が終了するまで、上記ステップＳ１１０及びステップＳ１２０の処理が繰り返し行われる。

一方、再生が終了した場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、現在の総吸入空気量ＧＡＩ、すなわち再生処理が開始されてから終了されるまでの間の総吸入空気量ＧＡＩに基づいて上記ずれ量Ｚが算出される（Ｓ１３０）。このずれ量Ｚは、制御装置２５のＲＯＭに記憶されたずれ量算出マップを参照して求められる。そして、図７に示すように、総吸入空気量ＧＡＩが少ないときほどずれ量Ｚが大きくなるように同ずれ量Ｚは算出される。これは、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の総吸入空気量ＧＡＩが少ないときほど、すなわち再生処理の実行中にフィルタ３２を通過した排気の総量が少ないときほど、フィルタ３２の受熱量は小さくなり、再生処理の終了時点における上記ずれ量Ｚは大きくなるためである。

こうしてずれ量Ｚが算出されると、次式（２）に基づいて再生開始値ＰＭｓｔａｒｔが補正され（Ｓ１４０）、本処理は終了される。

補正後の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔ
＝再生開始値ＰＭｓｔａｒｔの初期値−ずれ量Ｚ …（２）

なお、再生開始値ＰＭｓｔａｒｔの初期値とは、フィルタ３２に捕集されたＰＭが再生処理によって燃焼されても、同フィルタ３２の過剰な温度上昇を抑えることができる程度の最大捕集量であって、予め一定の値が設定されている。

そして、次回の再生処理に際しては、推定堆積量ＰＭｓｍが補正後の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達した時点で、再生処理が開始される。
図８に、上記再生開始値の補正処理による作用を示す。この図８に示すように、再生処理の終了時点（時刻ｔ１）で、実堆積量ＰＭｒｅと推定堆積量ＰＭｓｍとの間にずれ量Ｚが発生しており、実堆積量ＰＭｒｅが推定堆積量ＰＭｓｍよりも多くなっている場合には、再生開始値ＰＭｓｔａｒｔの初期値がずれ量Ｚの分だけ小さくなるように補正される。これにより、その後、フィルタ３２にＰＭが堆積して推定堆積量ＰＭｓｍが補正後の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達した時点（時刻ｔ２）では、実堆積量ＰＭｒｅが再生開始値ＰＭｓｔａｒｔの初期値、すなわち本来の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔと一致するようになる。従って、時刻ｔ２での再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることによるフィルタ３２の過昇温は適切に抑えられるようになる。

なお、再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることを抑えるためには、上記ずれ量Ｚが生じることを前提に、予め再生開始値ＰＭｓｔａｒｔを小さくしておくことも考えられる。しかし、このようにすると、フィルタ３２の捕集容量をあえて少なくすることになるため、推定堆積量ＰＭｓｍが再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達するまでの時間が短くなり、再生処理の実行頻度が多くなる。そのため、例えば再生処理の実行時に燃料添加を行う本実施形態の排気浄化装置では、燃料消費量が増大してしまうといった不都合が生じてしまう。この点、本実施形態では、上記ずれ量Ｚが少ないときほど補正後の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔは、補正前の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに近づき、フィルタ３２の捕集容量は本来の初期状態、すなわち捕集容量が減量されていない状態に近づくようになる。このように上記ずれ量Ｚに応じて再生開始値ＰＭｓｔａｒｔが適切に補正されるため、フィルタ３２の捕集容量を適切に確保することができ、再生処理の実行頻度も最適化される。従って、上述したような燃料消費量の増大を抑えることも可能である。

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）再生処理の終了時点における実堆積量ＰＭｒｅと推定堆積量ＰＭｓｍとのずれ量Ｚを再生処理実行中の排気流量に基づいて算出するようにしている。より詳細には、排気流量と相関関係にある吸入空気量が少ないときほど、ずれ量Ｚが大きくなるように同ずれ量Ｚを算出するようにしている。従って、再生処理が終了したときのＰＭの燃え残り、より詳細には、フィルタ３２の中心部から外周部にかけてのＰＭの燃え残りに起因して発生する上記ずれ量Ｚを適切に算出することができるようになる。

（２）再生開始値ＰＭｓｔａｒｔをずれ量Ｚの分だけ小さくなるように補正するようにしている。従って、推定堆積量ＰＭｓｍが補正後の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達した時点で、実堆積量ＰＭｒｅは補正前の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔ、すなわち本来の再生開始値ＰＭｓｔａｒｔと一致するようになる。これにより、再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることによるフィルタ３２の過昇温を適切に抑えることができるようになる。また、ずれ量Ｚに応じて再生開始値ＰＭｓｔａｒｔが適切に補正されるため、フィルタ３２の捕集容量を好適に確保することができ、再生処理の実行頻度も最適化されるようになる。従って、再生処理の実行時における燃料消費量の増大を抑えることも可能になる。

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。
・上記再生終了値ＰＭｆを「０」に設定してもよい。
・上記実施形態では、排気流量の相当する値として吸入空気量を利用するようにした。この他、排気流量をセンサ等で直接検出したり、機関運転状態に基づいて推定したりするようにしてもよい。

・再生処理の実行中にフィルタ３２を通過した排気の総量が少ないときほど、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量の平均値は小さくなり、フィルタ３２の受熱量も小さくなって、再生処理の終了時点における上記ずれ量Ｚは大きくなる。そこで、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量の平均値に基づいて上記ずれ量Ｚを算出するようにしてもよい。また、この場合にも、排気流量の平均値に相当する値として、吸入空気量の平均値を利用することができる。

・上記実施形態では、ずれ量Ｚに基づいて再生開始値ＰＭｓｔａｒｔを補正するようにした。これに代えて、再生処理の終了時点において上記式（２）から算出された推定堆積量ＰＭｓｍをずれ量Ｚの分だけ大きくなるように補正してもよい。この変形例は、例えば、先の図６におけるステップＳ１４０の処理を、図９に示すステップＳ２００の処理に変更した推定堆積量の補正処理を行うことで実施可能である。この推定堆積量の補正処理では、図６のステップＳ１３０にてずれ量Ｚが算出されると、ステップＳ２００では、次式（３）に基づいて推定堆積量ＰＭｓｍが補正される。

補正後の推定堆積量ＰＭｓｍ
＝再生処理の終了時点における推定堆積量ＰＭｓｍ＋ずれ量Ｚ …（３）

この補正処理によれば、図１０に示すように、再生処理の終了時点（時刻ｔ１）において、ＰＭの実堆積量ＰＭｒｅと推定堆積量ＰＭｓｍとが一致するようになる。そのため、その後、補正された推定堆積量ＰＭｓｍが再生開始値ＰＭｓｔａｒｔに達した時点（時刻ｔ２）で、実堆積量ＰＭｒｅも再生開始値ＰＭｓｔａｒｔと一致するようになる。従って、この変形例によっても、再生処理の実行時において過剰な量のＰＭが燃焼されることによるフィルタ３２の過昇温を適切に抑えることができるようになる。また、再生処理の終了時点におけるＰＭの実堆積量ＰＭｒｅと推定堆積量ＰＭｓｍとが一致するようになるため、上述したように再生開始値を予め小さくしておく必要がない。そのため、この変形例によっても、フィルタ３２の捕集容量を好適に確保することができ、再生処理の実行頻度も最適化されるようになる。従って、上述したような再生処理の実行時における燃料消費量の増大を抑えることも可能になる。

・排気流量がある程度多いときには上述した温度低下量が小さくなるため、ＰＭの燃え残り量は少なくなる。従って、排気流量が多いときには、再生処理の終了時点における実堆積量ＰＭｒｅと推定堆積量ＰＭｓｍとの間にずれが生じていたとしても、そのずれ量Ｚは十分に小さくなっており、次回の再生処理実行時におけるフィルタ３２の過昇温は十分に抑えることが可能である。そこで、排気流量が所定の閾値以下であるときに上述したずれ量Ｚの算出を行うようにしてもよい。この場合には、実質的に悪影響のないずれ量Ｚの算出が中止され、これにより常時ずれ量Ｚを算出する場合と比較して、制御装置２５の演算負荷の低減を図ることができるようになる。なお、この場合にも、排気流量に相当する値として吸入空気量を利用することができる。また、排気流量に相当する値として機関負荷の状態を利用し、同機関負荷が所定の閾値以下であるときに上述したずれ量Ｚの算出を行うようにしてもよい。

・排気流量が少なくても排気温度が高ければ、フィルタ３２の受熱量は多くなるため、フィルタ３２の中心部から外周部にかけての温度低下量は小さくなり、ずれ量Ｚも小さくなる。そこで、上記ずれ量Ｚを排気流量及び排気温度ＴＥに基づいて算出するようにしてもよい。例えば、再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気温度ＴＥの積算値、あるいは平均値などを求めてフィルタ３２の受熱状態を把握する。そして、上記態様にて算出されたずれ量Ｚを、排気温度ＴＥの積算値、あるいは平均値が大きいときほど小さくなるように補正するようにしてもよい。この場合には、ずれ量Ｚの推定精度が向上するようになる。

・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。
・フィルタ３２に、排気成分を浄化する触媒を担持させるようにしてもよい。

・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。 実堆積量に対する推定堆積量のずれについてその発生態様を示すタイミングチャート。 フィルタ内の温度低下量と排気流量との関係を示すグラフ。 同実施形態における再生開始値の補正処理についてその手順を示すフローチャート。 総吸入空気量とずれ量との関係を示すグラフ。 同実施形態での再生開始値の補正処理についてその作用を示すタイミングチャート。 同実施形態の変形例における推定堆積量の補正処理についてその手順の一部を示すフローチャート。 同変形例での推定堆積量の補正処理についてその作用を示すタイミングチャート。

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、３３…排気温度センサ、３４…差圧センサ。

Claims (8)

1. 排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、同フィルタに堆積した前記粒子状物質の推定堆積量を算出するとともに、同推定堆積量が所定の再生開始値に達したときに前記フィルタの再生処理を開始し、同再生処理実行中の前記粒子状物質の酸化速度に応じて減少される前記推定堆積量が所定の再生終了値にまで低下したときに前記再生処理を終了する内燃機関の排気浄化装置において、
   前記再生処理の終了時点における前記粒子状物質の実堆積量と前記推定堆積量とのずれ量を前記再生処理実行中の排気流量に基づいて算出する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記ずれ量は、前記排気流量が少ないときほど大きくなるように算出される
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ずれ量の算出は、排気流量が所定の閾値以下であるときに行われる
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ずれ量は、前記再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量の積算値に基づいて算出される
   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. 前記ずれ量は、前記再生処理が開始されてから終了されるまでの間の排気流量の平均値に基づいて算出される
   請求項１〜３のいずれか１項に内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記排気流量に相当する値として吸入空気量を利用する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記再生開始値は、前記ずれ量の分だけ小さくなるように補正される
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記再生処理の終了時点における前記推定堆積量は、前記ずれ量の分だけ大きくなるように補正される
   請求項１〜６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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