JP2010190120A - 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ためのフィルタを備えて、そのフィルタへの粒子状物質の堆積量を推定し、同堆積量が閾値を超えたらフィルタを再生する内燃機関の排気浄化装置において、堆積量の推定方式として差圧式推定方法を備えるとともに、差圧式推定方式の推定精度が劣化したことを高精度に検出できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＤＰＦの完全再生後に、ＤＰＦの前後差圧からＰＭ堆積量を推定する差圧式推定を開始する（Ｌ４）。そしてエンジンから排出されたＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によってＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼した量に相当する量を指標として算出する。この指標がある閾値を越えたら差圧式推定の推定精度が劣化と判定して、新運転履歴式推定に切替える（Ｌ２）。新運転履歴式推定では、差圧式推定が劣化したと判定された時点の推定値（Ｐ）を初期値として、運転履歴式推定による推定値を積算していく。
【選択図】図５

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（粒子状物質、ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）の除去が重要である。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：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）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を再生するための方法として、シリンダ内でメイン噴射後に燃料を噴射するポスト噴射などの手法が用いられる。

ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量を推定する方法としては、例えばＤＰＦの上流側と下流側とにおける圧力差である前後差圧から推定する方法（以下、差圧式推定方法）がある。しかし差圧式推定方法は、ある運転条件下で継続して使用すると、推定精度が劣化する場合がある。

下記特許文献１では、この不具合を解消するために、差圧式推定方法と運転履歴式推定方法とを用意しておき、推定精度のよい方を選択する技術が開示されている。ここで運転履歴式推定方法とは、運転条件ごとにエンジンから排出されるＰＭ量をマップとして持っておき、このマップにより算出されるＰＭ量を積算することによってＤＰＦでのＰＭ堆積量を推定する方法である。

特開２００２−１８８４９３号公報

しかし特許文献１の方法では、差圧式推定方法の精度が劣化したか否かを、基本的には、単に運転履歴式推定方法との間の推定値のずれが大きいか否かのみから判断している。したがって差圧式推定方法の推定精度が劣化したか否かを、もっと高精度に検出できる手法の開発が必要である。

発明者の知見によれば、ＤＰＦに窒素酸化物（ＮＯｘ）、特に二酸化窒素（ＮＯ_２）が供給され、かつＤＰＦの温度が通常の再生時の温度よりも低いとの条件を満たすと、ＤＰＦに堆積したＰＭがＮＯｘやＮＯ_２の作用により燃焼する。この燃焼反応では、通常の再生時のように一様にＰＭが燃焼せず、触媒が担持されたＤＰＦの基材付近でのみ燃焼反応が進行する。

そしてこの燃焼反応が進行すると、ある時点で図１２に示したようにＤＰＦ６に層状に堆積したＰＭのうちで基材６ａ付近の部分に亀裂が生じる。この亀裂はＤＰＦの上流側から下流側への空気の流れを部分的に容易にするので、ＤＰＦの前後差圧を低下させることとなる。したがってＰＭの堆積量が多い場合にも、部分的に形成された亀裂によって差圧値が小さくなるので、差圧式の推定の精度が劣化することとなる。以上のような発明者の知見を利用すれば差圧式推定の精度劣化を高精度に検出することが期待できるが、このような提案は従来技術にはない。

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、排気中の粒子状物質を捕集するためのフィルタを備えて、そのフィルタへの粒子状物質の堆積量を推定し、同堆積量が閾値を超えたらフィルタを再生する内燃機関の排気浄化装置において、堆積量の推定方式として差圧式推定方法を備えるとともに、差圧式推定方式の推定精度が劣化したことを高精度に検出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、排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、そのフィルタの上流側と下流側の圧力差である前後差圧から前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する差圧式推定手段と、前記フィルタに堆積した粒子状物質が、前記フィルタへ流入する排気中のＮＯｘの作用によって燃焼する量に相当する燃焼相当値を算出する算出手段と、その算出手段によって算出された前記燃焼相当値が閾値を越えた場合に、前記差圧式推定手段による推定精度が劣化したと判定する判定手段と、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、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する際に、フィルタに流入するＮＯｘの作用による粒子状物質の燃焼量によってフィルタの前後差圧から推定する差圧式推定が劣化したかどうかを判定するので、粒子状物質の堆積量を推定する際に重要な情報である差圧式推定が劣化したかどうかの情報を高精度に取得することができる。したがって粒子状物質の堆積量を高精度に推定することにつながるので、例えば堆積量を過小に見積もって再生時に過昇温が発生することを抑制できる。

また運転状態ごとに内燃機関から排出される粒子状物質を算出して、その算出値の積算値を用いて前記フィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する運転履歴式推定手段と、前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定されたら、粒子状物質の堆積量の推定方法を差圧式推定手段から運転履歴式推定手段に切り替える切替手段と、を備えたとしてもよい。

これにより差圧式推定が劣化したかどうかを高精度に判定して、差圧式推定の推定精度が劣化したら運転履歴式推定に切替えるので、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を精度よく推定できる。したがって再生時に過昇温発生を抑制できる。

また前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定された時点での差圧式推定手段による推定値を初期値として、運転履歴式推定手段による推定値を積算していく新運転履歴式推定手段を備えたとしてもよい。

これにより差圧式推定から運転履歴式推定に切替える際に、差圧式推定が劣化した時点以前における信頼できる差圧式推定値を引き継ぐかたちで運転履歴式推定に移行するので、精度の高い推定値が得られる。

また前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量の推定値が再生開始量を超えると前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼する再生処理を実行する再生手段と、前記新運転履歴式推定手段を用いた場合の前記再生開始量を、前記差圧式推定手段を用いた場合の前記再生開始量よりも低く設定する設定手段と、を備えたとしてもよい。

これによりフィルタの再生開始を決定するための再生開始量を、差圧式推定を続けた場合よりも、差圧式から新運転履歴式に途中から切替えた場合で再生開始量をより低く設定するので、差圧式よりも推定精度が劣るとみなされる運転履歴式に切替えられたことにより、低い推定精度が原因で再生開始が遅れて過昇温が発生する可能性を抑制できる。

また前記設定手段は、前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定された時点での推定値が小さいほど、前記再生開始量を低く設定するとしてもよい。

これにより差圧式推定の推定精度が早く劣化するほど、再生開始量をより大きく低下させるので、早く差圧式推定が劣化して、早く劣化した推定精度によって再生開始が遅れて過昇温が発生する可能性を抑制できる。

また前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定された場合に、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼する再生処理を実行する第２再生手段を備えたとしてもよい。

これにより差圧式推定が劣化したかどうかを高精度に判定して、差圧式推定の推定精度が劣化したらフィルタの再生を開始するので、推定精度の劣化によって再生開始が遅れる可能性を除去して、再生時に過昇温が発生することを抑制できる。

また前記燃焼相当値は、再生した後の前記フィルタにおいて粒子状物質がＮＯｘにより燃焼した量の積算値であるとしてもよい。

これにより再生した後のフィルタにおいて粒子状物質がＮＯｘにより燃焼した量の積算値によって差圧式推定の精度が劣化したか否かを判定するので、粒子状物質がＮＯｘにより燃焼した量を算出して、高精度に差圧式推定の精度劣化を判定できる。

また前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘ濃度、前記フィルタに流入する排気中のＮＯ_２濃度、前記フィルタの温度、前記フィルタに流入する排気流量、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量のうち少なくとも１つを用いるとしてもよい。

これによりフィルタに流入する排気中のＮＯｘ濃度、ＮＯ_２濃度、フィルタの温度、フィルタに流入する排気流量、フィルタにおける粒子状物質の堆積量のうち少なくとも１つを用いて燃焼相当値を算出するので、精度よく燃焼相当値を算出して、この燃焼相当値をもとにして差圧式推定が精度劣化したか否かを高精度に判定できる。

また前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘあるいはＮＯ_２の濃度と、前記フィルタの温度と、に応じた粒子状物質の燃焼量のマップを用いるとしてもよい。

これによりフィルタに流入する排気中のＮＯｘあるいはＮＯ_２の濃度と、前記フィルタの温度と、に応じた粒子状物質の燃焼量のマップを用いることによって、粒子状物質の燃焼量の基本値を適切に算出できる。

また前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記排気通路に配置したＮＯｘセンサの計測値と、内燃機関の運転状態と、のうち少なくとも１つを用いて前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘあるいはＮＯ_２の濃度を求めるとしてもよい。

これにより前記排気通路に配置したＮＯｘセンサの計測値と、内燃機関の運転状態と、のうち少なくとも１つを用いるので高精度にフィルタに流入する排気中のＮＯｘあるいはＮＯ_２の濃度を算出することができる。

また前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタに流入する排気流量が大きい程、粒子状物質の燃焼量が多くなるように補正する第１補正手段を備えたとしてもよい。

これによりフィルタに流入する排気流量が大きい程、同じＮＯｘ濃度あるいはＮＯ_２濃度でも、より多くのＮＯｘあるいはＮＯ_２がフィルタに流入するので、より多くの粒子状物質が燃焼する性質が適切に反映された燃焼相当値に補正される。

また前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が大きい程、粒子状物質の燃焼量が多くなるように補正する第２補正手段を備えたとしてもよい。

これによりフィルタにおける粒子状物質の堆積量が大きい程、より多くの粒子状物質が燃焼する性質が適切に反映された燃焼相当値に補正される。

また前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタにおける触媒の劣化度合いが大きい程、粒子状物質の燃焼量が少なくなるように補正する第３補正手段を備えたとしてもよい。

これによりフィルタにおける触媒の劣化度合いが高い程、粒子状物質の燃焼反応が進行しにくくなるので、より少量の粒子状物質しか燃焼しない性質が適切に反映された燃焼相当値に補正される。

また前記第３補正手段は、前記フィルタにおける触媒の劣化度合いを算出するために、前記フィルタに堆積したアッシュ量と、前記フィルタの上流側と下流側とにおける排気温度の差分と、のうち少なくとも１つを用いるとしてもよい。

これによりフィルタに堆積したアッシュ量と、フィルタの上流側と下流側とにおける排気温度の差分と、のうち少なくとも１つを用いることにより、精度よく触媒の劣化度合いを見積もることができる。

また前記燃焼相当値は、前記フィルタの再生後に、前記フィルタにおいて粒子状物質のＮＯｘによる燃焼が進行する運転領域で前記内燃機関が運転された積算時間であるとしてもよい。

これによりフィルタの再生後に、フィルタにおける粒子状物質のＮＯｘによる燃焼量が相対的に多い運転領域で内燃機関が運転された積算時間を燃焼相当値とするので、精度よく差圧式推定の推定精度劣化を判定できる。

また前記算出手段は、前記フィルタにおいて粒子状物質のＮＯｘによる燃焼が進行する運転領域に属することを、前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘ濃度と、前記フィルタの温度と、を用いて判断するとしてもよい。

これによりフィルタに流入する排気中のＮＯｘ濃度と、前記フィルタの温度と、を用いることにより、フィルタにおける粒子状物質のＮＯｘによる燃焼が進行する運転領域であるか否かを精度よく判定できる。

また前記算出手段は、前記フィルタにおいて粒子状物質のＮＯｘによる燃焼が進行する運転領域に属することを、前記内燃機関におけるエンジン回転数と、燃料噴射量と、を用いて判断するとしてもよい。

これにより内燃機関におけるエンジン回転数と、燃料噴射量と、を用いることにより、フィルタにおいて粒子状物質のＮＯｘによる燃焼が進行する運転領域であるか否かを精度よく判断できる。

また運転状態ごとに内燃機関から排出される粒子状物質を算出して、その算出値の積算値を用いて前記フィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する運転履歴式推定手段を備え、前記燃焼相当値は、前記差圧式推定手段による推定値と前記運転履歴式推定手段による推定値との差分値であるとしてもよい。

これにより差圧式推定値と運転履歴式推定値との差分の絶対値を燃焼相当値とするので、差圧式推定の精度劣化したか否かの情報を精度よく取得できる。

本発明における内燃機関の排気浄化装置の実施例での構成図。 実施例１におけるＤＰＦ再生処理のフローチャート。 実施例１における指標算出処理のフローチャート。 補正の例を示す図。 各種推定値を示す図。 再生開始ＰＭ量の設定の例を示す図。 再生開始ＰＭ量の設定の別の例を示す図。 実施例２における指標算出処理のフローチャート。 実施例３における指標算出処理のフローチャート。 実施例４における指標算出処理のフローチャート。 実施例５におけるＤＰＦ再生処理のフローチャート。 堆積したＰＭにおける亀裂の発生の例を示す図。 差圧ずれの発生領域を示す図。

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１における装置構成の概略図である。

図１には、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）に対して構成された排気浄化装置１の例が示されている。エンジン２及び排気浄化装置１は、吸気管３、排気管４、ＥＧＲ管５を備える。エンジン２及び排気浄化装置１は自動車に搭載されているとすればよい。

吸気管３を通じてエンジン２に空気が供給される。吸気管３にはエアフロメータ３１、吸気スロットル３２が配置されている。エアフロメータ３１は吸気量を計測する。ここでの吸気量は例えば単位時間当たりの質量流量とすればよい。また吸気スロットル３２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２１、エンジン回転数センサ２２が装備されている。インジェクタ２１からの噴射によってシリンダ内に燃料が供給される。エンジン回転数センサ２２によってエンジン２の（単位時間あたりの）回転数が計測される。エンジン回転数センサ２２は、例えばエンジン２から連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサとして、その検出値がＥＣＵ７へ送られてエンジンの回転数が算出されるとすればよい。

またエンジン２に接続された排気管４へ排気が排出される。排気管４には窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を計測するＮＯｘセンサ４１が装備されている。またＤＰＦ６の入口側と出口側とにはそれぞれ排気温度センサ６１、６２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。さらにＤＰＦ６の入口側と出口側における排気圧の差である前後差圧（差圧）を計測する差圧センサ６３も装備されている。

ＥＧＲ管５は、排気管４から吸気管３への排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うために装備されている。ＥＧＲ管５にはＥＧＲバルブ５１が装備されている。ＥＧＲバルブ５１の開閉によって排気の還流量が調節される。

また排気管４の途中にはＤＰＦ６が配置されている。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ＰＭ（粒子状物質）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。なおＤＰＦ６は酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦとすればよい。

上で述べたエアフロメータ３１、エンジン回転数センサ２２、ＮＯｘセンサ４１、排気温度センサ６１、６２、差圧センサ６３の計測値は電子制御装置７（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）へ送られる。またＥＣＵ７によりインジェクタ２１によるエンジン２への燃料噴射のタイミングや噴射量、吸気スロットル３２とＥＧＲバルブ５１との開度が調節、制御される。ＥＣＵ７は通常のコンピュータと同様の構造を有するとして、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリ７１を有するとすればよい。

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を再生する。ＰＭの堆積量を推定する方法は例えば、差圧センサ６３の測定値からＰＭの堆積量を推定すればよい（差圧式推定方法）。

ＤＰＦ６の再生方法としては例えば、インジェクタ２１からメイン噴射後のタイミングで燃料を噴射するポスト噴射を実行する。ポスト噴射により筒内に噴射されて未燃のまま排気管４に排出された未燃燃料が、ＤＰＦ６に達して、ＤＰＦ６に担持された触媒の作用で昇温して、ＤＰＦ６に堆積したＰＭを燃焼させる。

実施例１では、上記の装置構成のもとで、ある指標に基づいて上述の差圧式推定方法の推定精度が劣化したか否かを判定して、劣化したと判定されたら運転履歴式推定方法（上述）に切り替える。その際に使われる指標とは、ＤＰＦ６の完全再生後において、エンジン２から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）あるいはＮＯ_２（二酸化窒素）によるＰＭの燃焼量の積算値（燃焼相当値）とする。

実施例１の処理手順は図２、３に示されている。以下でまず図２を説明する。なお図２（さらには後述の図３、８、９、１０、１１）の処理はプログラム化されてメモリ７１に記憶されており、ＥＣＵ７がそれを実行することにより自動的に処理されるとすればよい。

図２の処理では最初に手順Ｓ１０でＤＰＦ６の完全再生が完了したことを検出する。この処理は例えば、ＤＰＦ再生により後述するような方法で推定されたＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量がゼロとなったことにより検出すればよい。そしてＳ２０で差圧式推定を実行（開始）する。上述のとおり差圧式推定では、差圧センサ６３の計測値からＰＭの堆積量を推定する。

Ｓ３０で指標を算出する。ここで指標とは、上述のとおり、ＤＰＦ６の完全再生後において、エンジン２から排出されるＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量の積算値とする。指標の算出手順の詳細は図３に示されているので後述する。

次にＳ４０で指標の値が閾値以上であるか否かを判定する。指標の値が閾値以上の場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）はＳ５０へ進み、閾値未満の場合（Ｓ４０：ＮＯ）は再びＳ２０へ戻って、閾値以上となるまで上記手順を繰り返す。Ｓ５０では差圧式推定方法を停止する。

次にＳ６０では再生開始ＰＭ堆積量（ＰＭ量）Ｍ１を設定する。再生開始ＰＭ量Ｍ１とは、ＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量（の推定値）が、その値以上となったらＤＰＦ６の再生を開始するＰＭ堆積量のことである。再生開始ＰＭ堆積量Ｍ１を設定する際に考慮する点が図６、図７に示されている。

図６で補正前とされた再生開始ＰＭ量は、差圧式推定が継続された場合の再生開始ＰＭ量である。補正後とされた再生開始ＰＭ量は、差圧式推定から新運転履歴式推定に途中で切替えられた場合の再生開始ＰＭ量である。一般に差圧式推定の方が運転履歴式推定よりも推定精度が優れているとみなされる。そしてＰＭ堆積量の推定精度がよくない場合には、例えば堆積量を過小に推定してしまい、ＤＰＦ再生時に多量のＰＭが燃焼して過昇温が発生する可能性がある。

したがって推定方法を途中で差圧式から新運転履歴式に切替えた場合には、推定精度が低下した可能性があるので、安全面を考慮することにより、再生開始ＰＭ量を低下させる。図６には、こうした再生開始ＰＭ量の補正例が示されている。同図では、途中で差圧式から新運転履歴式に移行した場合に再生開始ＰＭ量がそのままならばＤＰＦの再生開始が遅れるが、再生開始ＰＭ量を低下させる補正を施すことにより、この不具合が解消された例が示されている。

また同じ理由から、新運転履歴式推定に切替えた時刻がより早い場合には、推定精度のよい差圧式推定の時間がより短くなるので、推定精度がより低くなる可能性がある。したがってより早い時刻で新運転履歴式推定に切り替える程、過昇温の可能性がより高まるので、安全面を考慮して、再生開始ＰＭ量の低下幅をより大きくする。

図７にはこうした場合の例が示されている。同図には、新運転履歴式推定に切替えた時刻がより早い時刻である場合に、再生開始ＰＭ量がそのままならば再生開始が遅れるが、再生開始ＰＭ量をより大きく低下させる補正を施すことにより、こうした不具合が解消された例が示されている。

以上に述べた方針に従いＳ６０では、新運転履歴式推定に切替えた場合は再生開始ＰＭ量Ｍ１を小さくし、さらに新運転履歴式推定に切替えた時刻がより早い時刻である程、再生開始ＰＭ量Ｍ１を小さくするように再生開始ＰＭ量Ｍ１を設定する。

次にＳ７０では新運転履歴式推定方法を実行（開始）する。新運転履歴式推定方法の具体例が図５に示されている。図５上側には実ＰＭ量（ＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量の真値）がＬ１で、本発明による新運転履歴式推定方法によるＰＭ堆積量の推定値がＬ２で、従来技術の運転履歴式推定方法によるＰＭ堆積量の推定値がＬ３で、従来技術の差圧式推定方法によるＰＭ堆積量の推定値がＬ４で、それぞれ示されている。

図５下側には、指標の時間推移が示されている。図５の例では、時刻ｔ１から指標が増加し始めて、時刻ｔ２で差圧式推定禁止閾値（閾値）を越えている。上述のとおり、閾値が増加することはＤＰＦ６内に堆積したＰＭにおいてＮＯ_２（ＮＯｘ）による燃焼反応が進行することだとみなされる。そして指標が閾値以上となったら、図１２のようにＤＰＦ６内に堆積したＰＭに亀裂が生じるとみなされる。

したがって図５の例では時刻ｔ２で差圧式推定方法は精度が劣化したと判断して新運転履歴式推定方法に切り替える。新運転履歴式推定方法に切り替えるとは、差圧式推定方法から単に運転履歴式推定方法に切り替える、つまりＬ４上からＬ３上に移行するのとは異なり、Ｌ４上の時刻ｔ２における点Ｐから運転履歴式推定方法を開始することである。図５において、点ＰからＬ４とＬ２とが分岐していることが、このことに対応している。これにより時刻ｔ２以前における信頼できる差圧式推定値を引き継ぐかたちで（新）運転履歴式に移行するので、精度の高い推定値が得られる。

Ｓ８０ではＰＭ堆積量の推定値が上述のＭ１以上であるか否かを判定する。同推定値がＭ１以上の場合（Ｓ８０：ＹＥＳ）はＳ９０に進み、Ｍ１未満の場合（Ｓ８０：ＮＯ）は再びＳ７０に戻ってＰＭ堆積量推定値がＭ１以上になるまで上記手順を繰り返す。Ｓ９０ではＤＰＦ６の再生を実行する。これは上述のように例えばＥＣＵ７からの指令によりポスト噴射を行うことにより行えばよい。以上が図２の処理である。

次に図３を説明する。図３には図２におけるＳ３０の詳細な処理手順が示されている。図３ではまずＳ１１０で、ＤＰＦ６に流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度を取得する。これは例えばＮＯｘセンサ４１によって計測すればよい。あるいは運転状態とエンジン２から排出されるＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度との関係を示すマップをＥＣＵ７に記憶しておき、これから算出してもよい。

次にＳ１２０でＤＰＦ６の温度（床温）を取得する。これは排気温度センサ６１、６２のいずれか、あるいは両者の計測値から推定すればよい。その推定のために例えばＤＰＦ温度の数式モデルを求めておいて、このモデルを用いてＥＣＵ７で推定すればよい。

Ｓ１３０ではＰＭ燃焼量の基本値を算出する。この算出のために、ＤＰＦ６に流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度とＤＰＦ６の温度（床温）とからＤＰＦ６においてＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）の作用によるＰＭ燃焼量への関係を示すマップを予め求めておきメモリ７１に記憶しておけばよい。そして同マップと、Ｓ１１０で求めたＤＰＦ６に流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度と、Ｓ１２０で求めたＤＰＦ６の温度（床温）とからＰＭ燃焼量を算出すればよい。なおＰＭ燃焼量は、単位時間当たりのＰＭ燃焼量とすればよい。

なお厳密に述べれば、エンジンから排出される排気中のＮＯｘの大部分はＮＯ（一酸化窒素）かＮＯ_２かであり、排気温度に応じてＮＯとＮＯ_２が酸化還元反応を繰り返すことで、両成分の比率は時間的に変動している。そしてＰＭを燃焼させるのはＮＯｘうちのＮＯ_２であるとみなされる。したがって上の議論でもＮＯ_２のみで議論するのが正確な議論であるが、次善の策としてＮＯｘで議論しても十分に有効な近似的議論となるので、本発明ではＮＯ_２あるいはＮＯｘとして議論する。

Ｓ１３０で求めた数値は、ＤＰＦ６においてＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）の作用によるＰＭ燃焼量の基本値であり、Ｓ１４０からＳ１６０でこの基本値に対する補正を行う。

まずＳ１４０では、ＤＰＦ６に流入する排気流量に関係する第１補正を行う。第１補正の具体例は図４（ａ）に示されている。図４（ａ）のとおり、ＤＰＦ６に流入する排気流量が大きい程、ＤＰＦ６においてＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）の作用によるＰＭ燃焼量が大きくなるように補正する。これは同じＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度でも、排気流量が大きいほどＤＰＦ６に流入するＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）の絶対量が大きくなるからである。なお排気流量の算出は、エアフロメータ３１の計測値、吸気スロットル３２、ＥＧＲバルブ５１の開度等を用いた公知の算出方法を用いればよい。

次にＳ１５０では、ＰＭ堆積量に関係する第２補正を行う。第２補正の具体例は図４（ｂ）に示されている。図４（ｂ）のとおり、ＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量が大きい程、ＤＰＦ６においてＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）の作用によるＰＭ燃焼量が大きくなるように補正する。これは、ＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量が大きい程、より多くのＰＭが燃焼する際の発熱が他のＰＭの燃焼を次々に促すので、結果的に燃焼されるＰＭの量も大きくなるからである。

次にＳ１６０では、ＤＰＦ６に担持された触媒の劣化度合いに関係した第３補正を行う。第３補正の具体例は図４（ｃ）に示されている。図４（ｃ）のとおり、ＤＰＦ６に担持された触媒の劣化度合いが大きい程、ＤＰＦ６においてＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）の作用によるＰＭ燃焼量が小さくなるように補正する。これは、ＤＰＦ６において、触媒が機能することによってＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）がＰＭを燃焼させるので、触媒が劣化する程、ＰＭ燃焼量が減少するからである。

なお触媒の劣化度合いは、例えばＤＰＦ６に堆積したアッシュ量から判断すればよい。その理由は、アッシュがＤＰＦ６に堆積するほどＤＰＦ６に担持された触媒の機能を劣化させるからである。ＤＰＦ６に堆積したアッシュ量は、例えばＤＰＦ６の完全再生後の前後差圧の値と、ＤＰＦ６が新品の時の前後差圧の値の比較から推定すればよい。

あるいは触媒の劣化度合いは、ＤＰＦ再生時のＤＰＦ６前後の排気温度差から判断してもよい。これは、触媒が機能するほどＤＰＦ再生時により多くの熱を発生させるので、ＤＰＦ再生時のＤＰＦ６の前後の温度差が小さいほど触媒の機能が低下しているとみなせるからである。ＤＰＦ６前後の排気温度差は排気温度センサ６１、６２によって計測すればよい。さらにＤＰＦ６の前後の温度差は、ＤＰＦ再生時のみでなく非再生時であってもよい。

以上のとおりＳ１４０からＳ１６０での補正で、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量がより高精度な数値となる。図４の特性は予め求めてメモリ７１に記憶しておいて用いればよい。なお図４（ａ）の特性は、単調増加、さらには直線状とすればよい。また図４（ｂ）の特性は単調増加、さらには下に凸の曲線状とすればよい。また図４（ｃ）の特性は単調減少、さらには下に凸の曲線状とすればよい。

次にＳ１７０では、以上のとおりＳ１３０で求めた基本値に対してＳ１４０からＳ１６０での３つの補正を施した後の値をＰＭ燃焼量の最終値とし、この値を積算した値を指標の値に格納する。上述のとおりＳ１６０までで単位時間当たりのＰＭ燃焼量を求めたので、Ｓ１７０では、その時点までのＰＭ燃焼量の積算値を指標に格納することとなる。以上が図３の処理である。

次に本発明の実施例２を説明する。実施例２では、実施例１における図３が図８に変更され、それ以外は変更されない。以下で変更部分のみを説明する。

実施例２でも実施例１と基本的な考え方は変わらず、ＤＰＦ６の完全再生後において、エンジン２から排出されるＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量の積算値がある閾値より大きくなると差圧式推定方法の推定精度が劣化すると判断する。しかし、その際に用いる指標を、実施例１のようにＮＯ_２による燃焼量を直接計算するのではなく、ＤＰＦに流入する排気中のＮＯｘ濃度とＤＰＦ温度とが、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によってＰＭの燃焼が進行しているとみなされる範囲内にある時間の積算値とする。

図１３には、発明者が実験により得た差圧式推定精度が悪化する領域図が示されている。同図に示されているように、ＤＰＦに流入する排気中のＮＯｘ濃度とＤＰＦ温度が点線で示された範囲内に入ると、差圧の計測値にずれが生じることがわかった。すなわち、この範囲内ではＤＰＦに流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によってＰＭの燃焼が進行しているとみなされる。実施例２では、この範囲内に入っている時間の積算値を指標として算出し、この指標が閾値を越えたら差圧式推定が精度劣化を引き起こしたとみなす。

図８は指標の具体的な算出手順を示している。同図の処理ではまずＳ２１０で、ＤＰＦ６に流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度を取得する。これは例えばＮＯｘセンサ４１によって計測すればよい。あるいは運転状態とエンジン２から排出されるＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度との関係を示すマップをＥＣＵ７に記憶しておき、これから算出してもよい。

次にＳ２２０でＤＰＦ６の温度（床温）を取得する。これは排気温度センサ６１、６２のいずれか、あるいは両者の計測値から推定すればよい。その推定のために例えばＤＰＦ温度の数式モデルを求めておいて、このモデルを用いてＥＣＵ７で推定すればよい。

次にＳ２３０で、Ｓ２１０で取得したＤＰＦ６に流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度が所定のＣ以上であり、かつＳ２２０で取得したＤＰＦ６の温度が所定のＡ以上、Ｂ以下の範囲にあるかが判定される。ＤＰＦ６に流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度がＣ以上であり、かつＤＰＦ６の温度がＡ以上、Ｂ以下であるとの範囲が、図１３で示された、差圧ずれが生じる範囲、言い換えるとエンジン２から排出されるＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によってＰＭの燃焼が進行しているとみなされる範囲である。Ａ、Ｂ、Ｃの値は予め適切に求めておけばよい。Ｓ２３０の条件を満たす場合（Ｓ２３０：ＹＥＳ）はＳ２４０に進み、満たさない場合（Ｓ２３０：ＮＯ）は図８の処理を終了する。

Ｓ２４０では累積時間補正係数（補正係数）を算出する。この補正係数は、Ｓ２３０の条件を満たす場合において、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量がどれぐらい大きいかを反映した重み係数である。したがってＳ２３０の条件を満たす場合に、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量が大きいとみなされる程、この補正係数の値を大きくする。

Ｓ２５０では、Ｓ２３０の条件を満たした時間に、Ｓ２４０によってＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量が大きいとみなされる程大きな補正係数を乗算した上で積算した値を、指標に格納する。以上の処理により、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量を直接計算することなく、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度とＤＰＦ温度とから簡易に、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によってＰＭが燃焼されているかどうかを判定できる。

次に本発明の実施例３を説明する。実施例３では、実施例１における図３が図９に変更され、それ以外は変更されない。以下で変更部分のみを説明する。

実施例３でも実施例１、２と基本的な考え方は変わらず、ＤＰＦ６の完全再生後において、エンジン２から排出されるＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量の積算値がある閾値より大きくなると差圧式推定方法の推定精度が劣化すると判断する。しかし、その際に用いる指標を、実施例２のようにＤＰＦに流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度とＤＰＦ温度とがある範囲内にある時間の積算値とするのでなく、エンジン２の運転状態がある範囲内にある時間の積算値とする。

図９はその具体的な算出手順を示している。同図の処理ではまずＳ３１０で、エンジン回転数を取得する。これはエンジン回転数センサ２２で計測すればよい。次にＳ３２０で燃料噴射量を取得する。これはＥＣＵ７からインジェクタ２１への燃料噴射量指令値とすればよい。

次にＳ３３０で、Ｓ３１０で取得したエンジン回転数と、Ｓ３２０で取得した燃料噴射量とによって決定されるエンジン２の運転状態が、所定領域内にあるか否かが判定される。ここで所定領域とは、エンジン２から排出されるＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によってＤＰＦ６に堆積したＰＭの燃焼が進行しているとみなされる領域とする。

すなわち、実施例２において用いられた、ＤＰＦ６に流入する排気中のＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）濃度がＣ以上であり、かつＤＰＦ６の温度がＡ以上、Ｂ以下の範囲にあるとの条件を、エンジン回転数と燃料噴射量とに関する条件に変換した領域とすればよい。運転状態が所定領域内にある場合（Ｓ３３０：ＹＥＳ）はＳ３４０に進み、所定領域内にない場合（Ｓ３３０：ＮＯ）は図９の処理を終了する。

Ｓ３４０では累積時間補正係数（補正係数）を算出する。この補正係数は、Ｓ２４０における考え方と同様であり、Ｓ３３０の条件を満たす場合において、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量がどれぐらい大きいかを反映した重み係数である。したがってＳ３３０の条件を満たす場合において、ＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量が大きい程、この補正係数の値を大きくする。

Ｓ３５０では、Ｓ３３０の条件を満たした時間に、Ｓ３４０によってＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭの燃焼量が大きい程大きな補正係数を乗算した上で積算した値を、指標に格納する。以上の処理により、エンジン回転数と燃料噴射量とからより簡易にＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によるＰＭが燃焼されているか否かを判定できる。

次に本発明の実施例４を説明する。実施例４では、実施例１における図３が図１０に変更され、それ以外は変更されない。以下で変更部分のみを説明する。

実施例４では、差圧式推定方法による推定値と、運転履歴式推定方法による推定値との差分の絶対値が大きくなったら、差圧式推定方法の推定精度が劣化したと判断する。具体的には図１０においてまずＳ４１０で差圧式推定を実行してＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量の推定値を得る。次にＳ４２０で運転履歴式推定を実行してＤＰＦ６におけるＰＭ堆積量の推定値を得る。そしてＳ４３０で、差圧式推定値と運転履歴式推定値の差分の絶対値を指標に格納する。以上の処理によって、極めて簡易にＮＯｘ（あるいはＮＯ_２）によってＰＭの燃焼が進行しているか否かを判定できる。

なお実施例４における図１０の指標の算出は、実施例１から３での指標の算出と平行して実行して、何らかの原因で実施例１から３の指標の算出が不具合を起こした場合のためのバックアップとして用いてもよい。

次に本発明の実施例５を説明する。実施例５では、実施例１における図２が図１１に変更される。これに伴ない図３は不要となる。以下で変更部分のみを説明する。

図１１では、図２におけるＳ６０からＳ８０が削除されている。すなわち実施例５では、指標が閾値以上となったらＤＰＦ６の再生を開始する。これにより運転履歴式の推定は用いず差圧式推定のみを用いるので推定精度がよく、早めに再生を実施するので過昇温発生の可能性も抑制できる。

上記実施例において、Ｓ２０の手順が差圧式推定手段を構成する。Ｓ３０の手順が算出手段を構成する。Ｓ４０の手順が判定手段を構成する。Ｓ７０の手順が運転履歴式推定手段、及び新運転履歴式推定手段を構成する。ＥＣＵ７が切替手段、及び再生手段を構成する。Ｓ６０の手順が閾値設定手段を構成する。Ｓ１４０の手順が第１補正手段を構成する。Ｓ１５０の手順が第２補正手段を構成する。Ｓ１６０の手順が第３補正手段を構成する。なお内燃機関としてディーゼルエンジンを用いたが、これはディーゼルエンジンでなくともよく、例えばリーンバーンガソリンエンジンでもよい。

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
４ 排気管（排気通路）
５ ＥＧＲ管
６ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、フィルタ）
７ 電子制御装置（ＥＣＵ）
２１ インジェクタ
２２ エンジン回転数センサ
４１ ＮＯｘセンサ
６１、６２ 排気温度センサ
６３ 差圧センサ

Claims (18)

1. 排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、
   そのフィルタの上流側と下流側の圧力差である前後差圧から前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する差圧式推定手段と、
   前記フィルタに堆積した粒子状物質が、前記フィルタへ流入する排気中のＮＯｘの作用によって燃焼する量に相当する燃焼相当値を算出する算出手段と、
   その算出手段によって算出された前記燃焼相当値が閾値を越えた場合に、前記差圧式推定手段による推定精度が劣化したと判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 運転状態ごとに内燃機関から排出される粒子状物質を算出して、その算出値の積算値を用いて前記フィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する運転履歴式推定手段と、
   前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定されたら、粒子状物質の堆積量の推定方法を差圧式推定手段から運転履歴式推定手段に切り替える切替手段と、
   を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定された時点での差圧式推定手段による推定値を初期値として、運転履歴式推定手段による推定値を積算していく新運転履歴式推定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. 前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量の推定値が再生開始量を超えると前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼する再生処理を実行する再生手段と、
   前記新運転履歴式推定手段を用いた場合の前記再生開始量を、前記差圧式推定手段を用いた場合の前記再生開始量よりも低く設定する設定手段と、
   を備えた請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記設定手段は、前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定された時点での推定値が小さいほど、前記再生開始量を低く設定する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記判定手段により前記差圧式推定手段の推定精度が劣化したと判定された場合に、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼する再生処理を実行する第２再生手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記燃焼相当値は、再生した後の前記フィルタにおいて粒子状物質がＮＯｘにより燃焼した量の積算値である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘ濃度、前記フィルタに流入する排気中のＮＯ_２濃度、前記フィルタの温度、前記フィルタに流入する排気流量、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量のうち少なくとも１つを用いる請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘあるいはＮＯ_２の濃度と、前記フィルタの温度と、に応じた粒子状物質の燃焼量のマップを用いる請求項７又は８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記排気通路に配置したＮＯｘセンサの計測値と、内燃機関の運転状態と、のうち少なくとも１つを用いて前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘあるいはＮＯ_２の濃度を求める請求項７乃至９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタに流入する排気流量が大きい程、粒子状物質の燃焼量が多くなるように補正する第１補正手段を備えた請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が大きい程、粒子状物質の燃焼量が多くなるように補正する第２補正手段を備えた請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 前記算出手段は、前記燃焼相当値を算出する際に、前記フィルタにおける触媒の劣化度合いが大きい程、粒子状物質の燃焼量が少なくなるように補正する第３補正手段を備えた請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 前記第３補正手段は、前記フィルタにおける触媒の劣化度合いを算出するために、前記フィルタに堆積したアッシュ量と、前記フィルタの上流側と下流側とにおける排気温度の差分と、のうち少なくとも１つを用いる請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
15. 前記燃焼相当値は、前記フィルタの再生後に、前記フィルタにおいて粒子状物質のＮＯｘによる燃焼が進行する運転領域で前記内燃機関が運転された積算時間である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
16. 前記算出手段は、前記フィルタにおいて粒子状物質のＮＯｘによる燃焼量が進行する運転領域に属することを、前記フィルタに流入する排気中のＮＯｘ濃度と、前記フィルタの温度と、を用いて判断する請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
17. 前記算出手段は、前記フィルタにおける粒子状物質のＮＯｘによる燃焼量が相対的に多い運転領域に属することを、前記内燃機関におけるエンジン回転数と、燃料噴射量と、を用いて判断する請求項１５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
18. 運転状態ごとに内燃機関から排出される粒子状物質を算出して、その算出値の積算値を用いて前記フィルタへの粒子状物質の堆積量を推定する運転履歴式推定手段を備え、
    前記燃焼相当値は、前記差圧式推定手段による推定値と前記運転履歴式推定手段による推定値との差分値である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images