JP2010106765A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタに堆積したＰＭを酸化除去するフィルタ再生制御を実行する排気浄化装置において、フィルタ再生を適切なタイミングで終了する。
【解決手段】フィルタの前後差圧に基づいてフィルタ再生の終了を判定するのではなく、フィルタ再生時の再生速度（ＰＭ減量速度）を推定して再生処理の終了を判定する。具体的には、排気ガス温度から第１再生速度係数を求めるとともに、排気ガス空燃比及び排気ガス流量から第２再生速度係数を求める。そして、フィルタ再生開始時のＰＭ堆積量から得られる再生速度に、前記第１再生速度係数及び第２再生速度係数を乗じて推定再生速度を算出し、その推定再生速度からフィルタの再生量を求めてＰＭ残存堆積量（推定ＰＭ堆積量ＰＭｄ）を算出してフィルタ再生の終了を判定する。
【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンともいう）の排気ガスを浄化する排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、ディーゼルエンジンの排気ガスをパティキュレートフィルタを用いて浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を駆動したときに排出される排気ガス中には、そのまま大気に排出することが好ましくない物質が含まれている。特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）という場合もある）、ＳＯＯＴ（煤）、ＳＯＦ（可溶性有機成分：Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）などが含まれており、大気汚染の原因になる。

排気ガス中に含まれるＰＭを浄化する装置としては、パティキュレートフィルタをディーゼルエンジンの排気通路に設け、排気通路を通過する排気ガス中に含まれるＰＭを捕集することによって、大気中に放出されるエミッションの量を低減する排気浄化装置が知られている。パティキュレートフィルタとしては、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）触媒が用いられている。

パティキュレートフィルタを用いてＰＭの捕集を行う場合、捕集したＰＭの堆積量が多くなってパティキュレートフィルタの詰りが生じると、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの圧力損失が増大し、これに伴うエンジンの排気背圧増大によってエンジン出力低下や燃費の低下が発生する。

このような点を解消するため、従来、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの捕集量（堆積量）が所定量に到達したときに、排気ガス温度を上昇させる等の方法により触媒床温を高温化することで、パティキュレートフィルタ上のＰＭを酸化（燃焼）してフィルタを再生している。

こうしたフィルタ再生制御では、パティキュレートフィルタへのＰＭの堆積量を推定し、その推定ＰＭ堆積量が所定値に達したときに、フィルタの再生時期であると判定してフィルタ再生を実施している（例えば、特許文献１及び参照）。具体的には、例えば、パティキュレートフィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧（フィルタ前後の差圧）を検出する差圧センサを設け、その差圧センサの出力信号からＰＭ堆積量を推定し、この推定ＰＭ堆積量が再生開始判定値（限界堆積量に相当する値）に達したときにフィルタ再生制御を開始し、前記推定ＰＭ堆積量が再生終了判定値にまで低下したときにフィルタ再生制御を終了するというフィルタ再生制御を行っている。
特開２００４−０１９５２３号公報 特開２００５−２５６７１４号公報

ところで、フィルタ前後の差圧を差圧センサで検出し、その差圧検出値からＰＭ堆積量を推定するフィルタ再生制御では、フィルタ再生時のＰＭ堆積量を精度よく推定することができない。すなわち、差圧センサは、エンジンが通常燃焼状態であるときにはフィルタ前後の差圧を精度良く検出することができるが、フィルタ再生時で排気ガス温度が高い状態のときには、差圧センサに温度ドリフト（差圧検出値が小さくなる側へのドリフト）が生じるためフィルタ前後の差圧を精度良く検出することができない。

このため、例えば、図１０に示すように、フィルタ再生時に、実際のＰＭ堆積量（実ＰＭ堆積量）が再生終了判定値に達する前に、差圧センサ出力に基づく推定ＰＭ堆積量が再生終了判定値に達してしまい、実ＰＭ堆積量と推定ＰＭ堆積量との間にずれが生じてＰＭの燃え残りが発生する。こうした状況になると、フィルタ再生終了後の通常燃焼状態でのＰＭ堆積量の推定は図１０の点Ｘから開始されてしまう。つまり、フィルタ再生が終了して通常燃焼状態に移行すると排気ガス温度が下がり、差圧センサ出力は正常な値に戻るので、その差圧センサ出力に基づく推定ＰＭ堆積量は実ＰＭ堆積に近い値となるためＰＭ堆積量の推定は点Ｘから開始される。

そして、このような推定ＰＭ堆積量と実ＰＭ堆積量との間にずれがあると、推定ＰＭ堆積量が再生開始判定値に達するまでの期間（インターバル）が短くなってしまい、フィルタ再生の実施頻度が増加するので燃費が悪化する可能性がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭ（粒子状物質）を酸化除去するフィルタ再生制御を実行する排気浄化装置において、フィルタ再生を適切なタイミングで終了することが可能な制御の提供を目的とする。

本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が再生開始判定値に達したときに前記フィルタに堆積した粒子状物質を除去するフィルタ再生を開始する排気浄化装置を前提としており、このような排気浄化装置において、前記内燃機関の排気ガス温度、排気ガス空燃比、及び、排気ガス流量を用いて前記フィルタ再生の終了を判定することを特徴としている。

本発明の具体的な構成として、排気ガス温度、排気ガス空燃比、及び、排気ガス流量を用いてフィルタの再生速度を推定するとともに、その推定再生速度からフィルタの再生量を算出し、前記フィルタの再生量に基づいてフィルタ再生の終了を判断するという構成を挙げることができる。この場合、排気ガス温度から第１再生速度係数を求め、排気ガス空燃比及び排気ガス流量から第２再生速度係数を求める。そして、再生開始時の粒子状物質の堆積量から得られる再生速度に、前記第１再生速度係数及び第２再生速度係数を乗じて前記推定再生速度を算出する。また、前記推定再生速度に基づいてフィルタの再生量を算出するとともに、その再生量からフィルタに残存している粒子状物質の残存堆積量を算出し、その粒子状物質の残存堆積量が再生終了判定値にまで低下したときにフィルタ再生を終了する。

次に、本発明の課題解決原理について説明する。

まず、本発明では、差圧センサにて検出したフィルタの前後差圧に基づいてフィルタ再生の終了を判定するのではなく、排気ガス温度、排気ガス空燃比、及び、排気ガス流量を用いてフィルタ再生の終了を判定する。具体的には、フィルタ再生時の再生速度（ＰＭ減量速度）を推定してフィルタ再生の終了を判定する。ここで、フィルタ再生中の再生速度は、フィルタの環境状況によって変動する。すなわち、フィルタ再生初期で排気ガス温度が十分に上昇していない状況のときには再生速度が遅く、排気ガス温度が上昇するに従って再生速度が速くなる。さらに、再生速度は排気ガス流量及び排気ガス空燃比にも関係する。

そこで、本発明では、排気ガス温度、排気ガス流量及び排気空燃比を考慮してフィルタの再生速度を推定し、その推定再生速度からフィルタ再生量（ＰＭ減少量）を算出する。具体的には、上述したように、排気ガス温度から第１再生速度係数を求めるとともに、排気ガス空燃比及び排気ガス流量から第２再生速度係数を求める。そして、フィルタ再生開始時の粒子状物質の堆積量から得られる再生速度に、前記第１再生速度係数及び第２再生速度係数を乗じて推定再生速度を算出し、その推定再生速度からフィルタの再生量を求めて粒子状物質の推定ＰＭ堆積量（残存堆積量）を算出する。

このようなシミュレーション演算により、推定ＰＭ堆積量とフィルタ再生中の実際のＰＭ堆積量との乖離（ずれ）を少なくすることができ、フィルタ再生を適切なタイミングで終了することができる。これによってフィルタ再生の実施頻度が増加することを抑制することができ、燃費の悪化を抑えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。

この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、エンジン１の各気筒の燃焼室１ａには、同燃焼室１ａ内での燃焼に供される燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）２がそれぞれ配置されている。各気筒のインジェクタ２はコモンレール１１に接続されている。コモンレール１１にはサプライポンプ１０が接続されている。

サプライポンプ１０は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後に燃料通路１０ａを介してコモンレール１１に供給する。コモンレール１１は、サプライポンプ１０から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２に分配する。インジェクタ２は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室１ａ内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ２の開閉（燃料噴射量・噴射時期）はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００によってデューティ制御される。

エンジン１には吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３には、上流部（吸入空気流れの上流部）から下流側に向けて順に、エアクリーナ９、エアフローメータ３３、後述するターボチャージャ６のコンプレッサインペラ６３、インタークーラ８、及び、スロットルバルブ５が配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ５１によってスロットル開度が調整される。スロットルバルブ５のスロットル開度はスロットル開度センサ４１によって検出される。なお、吸気通路３は、スロットルバルブ５の下流側に配置の吸気マニホールド３ａにて各気筒に対応して分岐している。

排気通路４は、エンジン１の各気筒の燃焼室１ａと繋がる排気マニホールド４ａによって各気筒毎に分岐した状態から１つに集合するように構成されている。

排気通路４には、排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）を酸化して浄化するＣＣＯ（酸化触媒コンバータ）２１とＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ２２とが順に配置され、燃焼室１ａでの燃焼により生じた排気が送り込まれる。

ＣＣＯ２１の上流側（排気ガス流れの上流側）の排気通路４にＡ／Ｆセンサ３６及び第１排気温センサ３７が配置されており、この第１排気温センサ３７の出力信号からＣＣＯ２１に入る排気ガスの温度を検出することができる。また、ＣＣＯ２１とＤＰＦ２２との間の排気通路４に第２排気温センサ３８が配置されており、この第２排気温センサ３８の出力信号からＤＰＦ２２に入る排気ガスの温度（排気ガス温度Ｔｅ）を検出することができる。さらにＤＰＦ２２の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ３９が設けられている。

これらＡ／Ｆセンサ３６、第１排気温センサ３７、第２排気温センサ３８、及び、差圧センサ３９の各出力信号はＥＣＵ１００に入力される。

エンジン１にはターボチャージャ６が装備されている。ターボチャージャ６は、ロータシャフト６１を介して連結されたタービンホイール６２とコンプレッサインペラ６３とを備えている。

コンプレッサインペラ６３は吸気通路３内部に臨んで配置され、タービンホイール６２は排気通路４内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ６は、タービンホイール６２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ６３を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ６は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール６２側に可変ノズルベーン機構６４が設けられており、この可変ノズルベーン機構６４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。なお、ターボチャージャ６での過給によって昇温した吸入空気は、吸気通路３に配置したインタークーラ８によって強制冷却される。

また、エンジン１にはＥＧＲ装置７が装備されている。ＥＧＲ装置７は、排気通路４を流れる排気ガスの一部を吸気通路３に還流させて、各気筒の燃焼室１ａへ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させる装置である。ＥＧＲ装置７は、吸気マニホールド３ａと排気マニホールド４ａとを接続するＥＧＲ通路７１を備えている。このＥＧＲ通路７１には、ＥＧＲガス流れの上流側から順に、ＥＧＲ通路７１を通過（還流）するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ７３、及び、ＥＧＲバルブ７２が設けられており、このＥＧＲバルブ７２の開度を調整することによって、排気通路４（排気マニホールド４ａ）から吸気通路３（吸気マニホールド３ａ）に導入されるＥＧＲガス量（排気還流量）を調整することができる。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。

ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３はＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４はエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

これらＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、及び、バックアップＲＡＭ１０４はバス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転数を検出するエンジン回転数センサ３１、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ３２、エアフローメータ３３、吸気マニホールド３ａに配置され、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ３４、吸気マニホールド３ａに配置され、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ３５、Ａ／Ｆセンサ３６、第１排気温センサ３７、第２排気温センサ３８、差圧センサ３９、コモンレール１１内の高圧燃料の圧力を検出するレール圧センサ４０、スロットル開度センサ４１、アクセル開度センサ４２、及び、車速センサ４３などが接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵ１００に入力される。

出力インターフェース１０６には、インジェクタ２、サプライポンプ１０、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１、ターボチャージャ６の可変ノズルベーン機構６４、及び、ＥＧＲバルブ７２などが接続されている。

ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブ５の開度制御、及び、燃料噴射量・噴射時期制御（インジェクタ２の開閉制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、下記のＤＰＦ再生制御を実行する。

以上のＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって本発明の排気浄化装置の制御が実現される。

−ＤＰＦ再生制御−
＜通常燃焼時のＰＭ堆積量推定＞
ＥＣＵ１００は、下記の２通りの方法（１）及び（２）で通常燃焼時のＰＭ堆積量を推定する。

（１）ＤＰＦ２２に設けた差圧センサ３９の出力信号から得られる差圧ΔＰ及び排気ガス流量Ｑｅに基づいて図３のマップを参照して、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭの堆積量を推定する。なお、排気ガス流量Ｑｅは、エンジン回転数センサ３１の出力信号から得られるエンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｖ（指令値）、及び、エアフローメータ３３の出力信号から得られる吸入空気量Ｐｂに基づいて算出することができる。

図３に示すマップは、差圧ΔＰ及び排気ガス流量Ｑｅをパラメータとし、推定ＰＭ堆積量ＰＭａ［ｇ］を実験・計算等によって求めた値をマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。この図３のマップにおいて、排気ガス流量Ｑｅが同じ条件であれば、差圧ΔＰが大きくなるほど、推定ＰＭ堆積量ＰＭａが大きくなるように設定されており、また、差圧ΔＰが同じ条件であれば、排気ガス流量Ｑｅが小さくなればなるほど、推定ＰＭ堆積量ＰＭａが大きくなるように設定されている。なお、図３のマップにおいて、差圧ΔＰ及び排気ガス流量Ｑｅがマップ上の各ポイント間の値になるときには、補間処理にて推定ＰＭ堆積量ＰＭａを算出する。

（２）エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖ（指令値）に基づいて図４のマップを参照してＰＭ発生量ｐｍｂを求め、このＰＭ発生量ｐｍｂを積算することによりＰＭ堆積量ＰＭｂを推定する。

図４に示すマップは、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖをパラメータとし、ＰＭ発生量ｐｍｂ［ｇ／ｓ］を実験・計算等によって求めた値をマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。なお、図４のマップにおいて、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖがマップ上の各ポイント間の値になるときには、補間処理にてＰＭ発生量ｐｍｂを算出する。

＜フィルタ再生（ＤＰＦ再生）処理＞
ＥＣＵ１００は、エンジン１の通常燃焼時に、上記した（１）及び（２）の各処理によって推定ＰＭ堆積量ＰＭａ及びＰＭ推定量ＰＭｂを推定している。これら推定ＰＭ堆積量ＰＭａ及びＰＭ推定量ＰＭｂは時間の経過とともに上昇していく。ＥＣＵ１００は、その上昇する推定ＰＭ堆積量ＰＭａまたは推定ＰＭ堆積量ＰＭｂが再生開始判定値Ｔｈｓ１またはＴｈｓ２（図９参照）にまで上昇した否かを判定し、これら推定ＰＭ堆積量ＰＭａまたは推定ＰＭ堆積量ＰＭｂのうちのいずれか一方が再生開始判定値Ｔｈｓ１またはＴｈｓ２に達した時点で、ＤＰＦ２２の再生開始時期であると判断する。

例えば、図９に示すように、推定ＰＭ堆積量ＰＭａが先に再生開始判定値Ｔｈｓ１に達した場合、その時点で、ＤＰＦ２２の再生開始時期であると判断し、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを燃焼・除去してＤＰＦ２２を再生する。具体的には、エンジン運転のための燃料噴射（インジェクタ２から燃焼室１ａへの燃料噴射）である主燃料噴射（メイン噴射）を行った後にポスト噴射を実行する。このポスト噴射によってインジェクタ２から噴射された燃料は、排気通路４に送出されてＣＣＯ２１に達する。ＣＣＯ２１に燃料成分が到達すると、ＨＣやＣＯ等の成分が排気ガス中や触媒上で酸化反応され、その酸化反応に伴う発熱でＣＣＯ２１（排気ガス）の温度が上昇し、この温度上昇によってＤＰＦ２２の温度が上昇する。このようにしてＤＰＦ２２が昇温されることによって、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭが燃焼・除去され、ＤＰＦ２２のＰＭ堆積量が減少していく。なお、フィルタ再生時のポスト噴射は２回以上実施してもよい。

＜フィルタ再生時のＰＭ堆積量推定＞
まず、この例において、フィルタ再生時のＰＭ堆積量（残存堆積量）の推定に用いる再生速度係数ａ及びｂの算出処理について説明する。

［再生速度係数ａ］
ＥＣＵ１００は、第２排気温センサ３８の出力信号から得られる排気ガス温度Ｔｅに基づいて、図５のマップを参照して再生速度係数ａを算出する。この再生速度係数ａの算出処理は、フィルタ再生を開始した時点から所定周期毎に繰り返して実行される。なお、この再生速度係数ａの算出処理の実行期間は、フィルタ再生開始からフィルタ再生終了までの間である。

図５に示すマップは、排気ガス温度Ｔｅをパラメータとし、フィルタ再生のし易さを考慮して、再生速度係数ａを実験・計算等によって適合した値マップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。図５に示すマップにおいて、排気ガス温度Ｔｅが低温側からＴｅＰまでの範囲は、再生速度係数ａが「０」に設定されており、そのＴｅＰ以上については、排気ガス温度Ｔｅの変化（上昇）に比例して再生速度係数ａが大きくなるように設定されている。なお、図５のマップにおいて再生速度係数ａが立ち上がるポイントＴｅＰは、ＰＭの再生開始温度を考慮して設定されている。

［再生速度係数ｂ］
まず、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数センサ３１の出力信号から算出されるエンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｖ（指令値）、及び、エアフローメータ３３の出力信号から算出される吸入空気量Ｐｂに基づいてマップを参照して排気ガス流量Ｑｅを算出し、この排気ガス流量Ｑｅと、Ａ／Ｆセンサ３６の出力信号から算出される空燃比λに基づいて排気ガス中の酸素量Ｏｘを求める。

そして、ＥＣＵ１００は、Ａ／Ｆセンサ３６の出力信号から得られる空燃比λ及び上記した酸素量Ｏｘに基づいて、図６のマップを参照して再生速度係数ｂを算出する。この再生速度係数ｂの算出処理ついても、上記した再生速度係数ａと同様に、フィルタ再生を開始した時点から所定周期毎に繰り返して実行される。また、この再生速度係数ｂの算出処理の実行期間も、フィルタ再生開始からフィルタ再生終了までの間とする。

図６に示すマップは、排気ガスの空燃比λと排気ガス中の酸素量Ｏｘをパラメータとし、フィルタ再生のし易さを考慮して、再生速度係数ｂを実験・計算等によって適合した値をマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。図６のマップにおいて、空燃比λ及び酸素量Ｏｘが大きいほど、再生速度係数ｂが大きくなるように設定されている。なお、図３のマップにおいて、空燃比λ及び酸素量Ｏｘがマップ上の各ポイント間の値になるときには、補間処理にて推定ＰＭ堆積量ＰＭａを算出する。

［ＰＭ堆積量推定］
ＥＣＵ１００は、フィルタ再生開始時点の推定ＰＭ堆積量（再生開始判定値Ｔｈｓに相当）ＰＭａ０を用いて、図７のマップを参照して再生速度（ＰＭ減量速度［ｇ／ｓ］）Ｓ０を算出し、その再生速度Ｓ０に、上記した再生速度係数ａ及び再生速度係数ｂを乗算して推定再生速度Ｓａ［Ｓａ（ｇ／ｓ）＝Ｓ０×ａ×ｂ］を算出する。この推定再生速度Ｓａの算出処理（２回目以降は［Ｓａ←Ｓａ×ａ×ｂ］）は、上記した再生速度係数ａ，ｂと同様に、フィルタ再生を開始した時点から所定周期毎に繰り返して実行され、その所定周期毎に算出される推定再生速度Ｓａに、算出処理のインターバル（時間）を乗算することにより、再生量（ＰＭ減少量）Ｄｐｍを算出する。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した再生量Ｄｐｍを用いて、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量（ＰＭ残存量）ＰＭｄ［ＰＭｄ←ＰＭｄ−Ｄｐｍ］を逐次算出していき、その推定ＰＭ堆積量ＰＭｄが再生終了判定値Ｔｈｅ（図９参照）に達した時点で、フィルタ再生処理を終了する。なお、このようなＰＭ堆積量ＰＭｄの推定処理の実行期間も、フィルタ再生開始からフィルタ再生終了までの間とする。また、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量ＰＭｄの初期値は、フィルタ再生開始時点の推定ＰＭ堆積量ＰＭａ０とする。

以上のようなシミュレーション演算により、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量を精度良く推定することができ、実際のＰＭ堆積量との乖離（ずれ）を抑制することができる（例えば、図１０の２点鎖線で示す実ＰＭ堆積量と、シミュレーション演算による推定ＰＭ堆積量ＰＭａとの間のずれが少なくなる）。これによって、フィルタ再生終了時のＰＭの燃え残りの問題を解消することができ、フィルタ再生を適切なタイミングで終了することが可能になる。その結果として、フィルタ再生の実施頻度の増加を抑制することができ、燃費の悪化を抑えることができる。

なお、Ａ／Ｆセンサ３６及び第２排気温センサ３８は、フィルタ再生時で排気ガス温度が高い状態になっても、差圧センサ３９のような温度ドリフトの問題が発生することがなく、空燃比λ及び排気ガス温度Ｔｅを精度良く検出することができる。

以上の例において、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量ＰＭｄの初期値ＰＭｄ０は一定の値であってもよいし、車両の走行状態やエンジン１の運転状態に応じて可変に設定するようにしてもよい。例えば、車速が速い場合は低い場合と比較して、排気ガス温度Ｔｅが高くてＤＰＦ２２が再生し易い状況になるので、このような点を考慮し、図８に示すマップを用いて、車速に応じて推定ＰＭ堆積量の初期値ＰＭｄ０を可変に設定するようにしてもよい。また、排気ガス流量に応じて、排気ガス流量が小さいほど、推定ＰＭ堆積量の初期値ＰＭｄ０が大きくなるように設定してもよい。

また、以上の例において、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量ＰＭｄに対して設定する再生終了判定値Ｔｈｅについては、「０」に近づけるほど、再生終了判定の精度を高くすることができるが、再生終了判定値Ｔｈｅを「０」に近づけすぎると、フィルタ再生時間が長くなって燃費の悪化につながるので、このような判定精度と燃費とを考慮して、実験・計算等により適合した値を再生終了判定Ｔｈｅとして設定する。

−他の実施形態−
以上の例では、通常燃焼時のＰＭ堆積量の推定方法として、差圧センサ３９の出力信号からＰＭ堆積量を推定する方法と、エンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量）に基づいてＰＭ発生量をマップから算出し、そのＰＭ発生量を積算してＰＭ堆積量を推定する方法とを採用しているが、本発明はこれに限られることなく、それら２つの推定方法のいずれか一方を採用してもよい。

また、通常燃焼時のＰＭ堆積量の推定方法としては、車両走行距離もしくは走行時間に基づいてＰＭの堆積量を推定する方法などの他の方法を採用してもよい。さらに、このような他の推定方法と、上記した２つの推定方法のうちの少なくとも１つの推定方法とを採用し、それら複数の推定方法のうち、いずれか１つの推定ＰＭ堆積量が再生開始判定値に達した時点でＤＰＦ再生制御を実行するようにしてもよい。

以上の例では、主燃料噴射後のポスト噴射によってフィルタ再生を行っているが、本発明はこれに限られることなく、ＤＰＦ２２の上流側の排気通路（例えば、排気マニホールド４ａ）に燃料添加弁から燃料を添加することによってフィルタ再生を行うようにしてもよい。また、これらポスト噴射と燃料添加とを組み合わせてフィルタ再生を行うようにしてもよい。

以上の例では、パティキュレートフィルタとしてＤＰＦを用いているが、本発明はこれに限られることなく、ＤＰＮＲ触媒を用いた排気浄化装置にも適用することができる。

以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。さらに、本発明の排気浄化装置は、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める希薄燃焼式ガソリンエンジンにも適用可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 推定ＰＭ堆積量ＰＭａを求めるマップを示す図である。 ＰＭ発生量ｐｍｂを求めるマップを示す図である。 再生速度係数ａを求めるマップを示す図である。 再生速度係数ｂを求めるマップを示す図である。 再生速度を求めるマップを示す図である。 推定ＰＭ堆積量の初期値ＰＭｄ０を求めるマップを示す図である。 通常燃焼時のＰＭ堆積量をフィルタ前後の差圧に基づいて推定したＰＭ堆積量ＰＭａの変化と、フィルタ再生時のＰＭ堆積量を再生速度に基づいて推定した推定ＰＭ堆積量ＰＭｄの変化とを示すタイミングチャートである。 通常燃焼時のＰＭ堆積量及び再生時のＰＭ堆積量をフィルタ前後の差圧に基づいて推定した推定ＰＭ再生量の変化を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ インジェクタ
３ 吸気通路
４ 排気通路
２１ ＣＣＯ
２２ ＤＰＦ
３１ エンジン回転数センサ
３３ エアフローメータ
３６ Ａ／Ｆセンサ
３８ 第２排気温センサ
３９ 差圧センサ
１００ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタに堆積した粒子状物質の堆積量が再生開始判定値に達したときに、前記フィルタに堆積した粒子状物質を除去するフィルタ再生を開始する排気浄化装置において、
   前記内燃機関の排気ガス温度、排気ガス空燃比、及び、排気ガス流量を用いて前記フィルタ再生の終了を判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記内燃機関の排気ガス温度、排気ガス空燃比、及び、排気ガス流量を用いて前記フィルタの再生速度を推定するとともに、その推定再生速度から前記フィルタの再生量を算出し、前記フィルタの再生量に基づいて前記フィルタ再生の終了を判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   排気ガス温度から第１再生速度係数を求めるとともに、排気ガス空燃比及び排気ガス流量から第２再生速度係数を求め、前記再生開始時の粒子状物質の堆積量から得られる再生速度に、前記第１再生速度係数及び第２再生速度係数を乗じて前記推定再生速度を得ることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項２または３記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記フィルタの再生量から前記フィルタに残存している粒子状物質の残存堆積量を算出し、前記粒子状物質の残存堆積量が再生終了判定値にまで低下したときに前記フィルタ再生を終了することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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