JP2010209702A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦに堆積したＰＭ堆積量を高い精度で推定でき、燃費を悪化させることなく効率良くＰＭを浄化できる排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】ＤＰＦ３２の上流側と下流側との間の差圧およびＤＰＦ３２に流入する排気の流量の少なくとも何れかに基づいて、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量の指標となる堆積量パラメータを算出する堆積量パラメータ算出部と、算出された堆積量パラメータに対してフィルタリング処理を施すフィルタリング部と、フィルタリング処理が施された堆積量パラメータに基づいて、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを除去する再生処理を実行するか否かを判定する再生判定部と、を備え、フィルタリング部は、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量または当該流量に相関のある排気流量パラメータに応じて、フィルタ時定数を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【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。詳しくは、内燃機関から排出される排気中に含まれる粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置を備える排気浄化装置に関する。

従来より、希薄燃焼エンジンでは、シリンダ内における空燃比が不均質となり、局所的にリッチとなった部分が燃焼することにより、炭素を主成分とした粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ、以下、ＰＭという）が排出されるという問題がある。そこで、このＰＭの排出量を低減するため、排気中のＰＭを捕集する粒子状物質捕集装置を排気通路に設ける技術が広く知られている。この粒子状物質捕集装置が捕集できるＰＭの量には限界があるため、粒子状物質捕集装置に堆積したＰＭを燃焼させる再生処理が適宜実行される。

再生処理では、具体的にはポスト噴射を実行し、排気中の未燃燃料を増加させる。これにより、粒子状物質捕集装置に担持された酸化触媒、または粒子状物質捕集装置の上流側に設けられた酸化触媒での酸化反応を促進し、粒子状物質捕集装置に流入する排気の温度をＰＭの燃焼温度まで上昇させ、堆積したＰＭを燃焼する。

一般的に再生処理にあたっては、粒子状物質捕集装置の上流側圧力と下流側圧力との差圧や粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量に基づいて、「有効開口面積」や「等価面積」などのＰＭ堆積量に相関のあるパラメータを時々刻々算出する。次いで、算出したパラメータに対してノイズ除去のためフィルタリング処理を施した後、所定の閾値と比較することにより、再生処理を実行するか否かを判定する。

例えば、粒子状物質捕集装置としてのディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ、以下、ＤＰＦという）の上流側圧力と下流側圧力との差圧（以下、ＤＰＦ差圧という）と、ＤＰＦに流入する排気の流量（以下、ＤＰＦ流量という）との関係を「ベルヌーイの定理の関係式」にあてはめ、ＰＭ堆積量に対応する等価的な面積を算出し、ＰＭ堆積量を高精度に推定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＤＰＦの再生処理では、部分的な再生によりＰＭ堆積量に偏在が生じ、ＤＰＦ差圧に基づいたＰＭ堆積量推定の精度が低下する場合がある。このため、ＤＰＦの再生度合により、ＤＰＦ差圧とＰＭ堆積量との関係を示すテーブルを持ち替える技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ＤＰＦ差圧を検出する差圧センサのゼロ点校正を実施することにより、ＤＰＦ差圧を高精度に検出する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。具体的には、この技術では、エンジン停止時に差圧センサの出力のオフセット量を学習する。

特開２００５−４８７３８号公報 特開２００４−２１８４８６号公報 特開２００４−２４５１２３号公報

しかしながら、特に、ＤＰＦ流量が少ない場合には、ＤＰＦ差圧が非常に小さく（およそ数ｋＰａ）、差圧センサの検出誤差に近付くため、十分なＳ／Ｎ比が確保できない。このため、ＤＰＦ流量が少ない場合には、ＰＭ堆積量の検出を実行しないなどの対策が採られている。

一方、エンジンが排出するＰＭを予め全運転状態で測定した後、その測定結果をマップ化して電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）に格納し、ＰＭ排出量を逐次検索・積算することにより、ＤＰＦのＰＭ堆積量を推定する方法が一般的に採用されている。ところが、実際の運転では過渡運転状態などが多く存在するため、このようなマップ方式によっても高い精度でＰＭ堆積量を推定することができないのが現状である。さらには、精度が低いことから、安全を期してＤＰＦの再生処理を早めに実行し、再生処理のインターバルを短めにしているため、燃費を悪化させる要因となっている。

本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、ＤＰＦに堆積したＰＭ堆積量を高い精度で推定でき、燃費を悪化させることなく効率良くＰＭを浄化できる排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、内燃機関（１）の排気通路（４）に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置（３２）を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との間の差圧および前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量の少なくとも何れかに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質の堆積量の指標となる堆積量パラメータを算出する堆積量パラメータ算出手段（４０，４１，４２）と、前記算出された堆積量パラメータに対して、フィルタリング処理を施すフィルタリング手段（４０，４１，４３）と、前記フィルタリング処理が施された堆積量パラメータに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質を除去する再生処理を実行するか否かを判定する再生判定手段（４０，４１，４４）と、を備え、前記フィルタリング手段は、前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量または当該流量に相関のある排気流量パラメータに応じて、フィルタ時定数を変更することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタリング手段は、前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量が少なくなるに従い、前記フィルタ時定数を長く設定することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路のうち前記粒子状物質捕集装置の上流側に設けられたタービン（８１）の回転によりコンプレッサ（８２）を駆動する過給機（８）と、前記タービンの上流側の排気の一部を前記内燃機関の吸気通路（２）内に還流する第１ＥＧＲ手段（６，４０，４５，４６）と、前記粒子状物質捕集装置の下流側の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第２ＥＧＲ手段（１０，４０，４５，４７）と、をさらに備え、前記第２ＥＧＲ手段により還流される排気の流量に対する前記第１ＥＧＲ手段により還流される排気の流量の比をＥＧＲ比率としたときに、前記フィルタリング手段は、前記ＥＧＲ比率が小さくなるに従い、前記フィルタ時定数を長く設定することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、前記排気通路のうち前記粒子状物質捕集装置の上流側に設けられたタービンの回転によりコンプレッサを駆動する過給機と、前記タービンの上流の排気の一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する第１ＥＧＲ手段と、前記粒子状物質捕集装置の下流の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第２ＥＧＲ手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との間の差圧および前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量の少なくとも何れかに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質の堆積量の指標となる堆積量パラメータを算出する堆積量パラメータ算出手段と、前記算出された堆積量パラメータに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質を除去する再生処理を実行するか否かを判定する再生判定手段と、を備え、前記第２ＥＧＲ手段により排気が還流されている間でのみ、前記堆積量パラメータ算出手段により算出された堆積量パラメータに基づく前記再生処理の実行の判定を行うことを特徴とする。

請求項１記載の排気浄化装置では、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量または当該排気の流量に相関のあるパラメータに応じて、フィルタ時定数を変更するフィルタリング手段を含んで構成した。
従来、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量が少ない場合には、粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との差圧が非常に小さいため、差圧センサの検出誤差に近く、ＰＭ堆積量の推定精度は低かった。これに対して本発明では、ＰＭ堆積量の指標となるパラメータにフィルタリング処理を施す際に、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量または当該排気の流量に相関のあるパラメータに応じてフィルタ時定数を変更する。
これにより、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量がＰＭ堆積量の推定精度に与える影響を低減できる。このため、本発明によれば、高い精度でＰＭ堆積量を推定でき、燃費を悪化させることなく効率良くＰＭを浄化できる。

請求項２記載の排気浄化装置では、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量が少なくなるに従い、フィルタ時定数を長く設定するフィルタリング手段を含んで構成した。
これにより、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量が少なく、粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との差圧が小さいためにＳ／Ｎ比が十分に確保できず、排気流量や差圧の検出値の誤差成分が大きい場合であっても、フィルタ時定数を長く設定することにより、誤差を解消して精度良くＰＭ堆積量を推定できる。
また、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量が多く、粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との差圧が大きいためにＳ／Ｎ比が十分に確保できる場合には、検出値の信頼性が高いため、フィルタ時定数を短く設定することにより、信頼性の高い検出値を素早くフィルタ結果値に反映させることができ、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させることができる。

請求項３記載の排気浄化装置では、タービンの上流側の排気の一部を吸気通路内に還流する第１ＥＧＲ手段と、粒子状物質捕集装置の下流側の排気の一部を吸気通路内に還流する第２ＥＧＲ手段と、第２ＥＧＲ手段により還流される排気の流量に対する第１ＥＧＲ手段により還流される排気の流量の比であるＥＧＲ比率が小さくなるに従い、フィルタ時定数を長く設定するフィルタリング手段と、を含んで構成した。
粒子状物質捕集装置の下流側の排気の一部を吸気通路内に還流する第２ＥＧＲ手段では、排気の全量が粒子状物質捕集装置を通過するため、タービンの上流側の排気の一部を吸気通路内に還流する第１ＥＧＲ手段に比して、粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量が多い。このため、第２ＥＧＲ手段による排気の還流実行時には、粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との差圧が大きく、Ｓ／Ｎ比が確保できるため、排気流量や差圧の検出値の信頼性が高い。従って、ＥＧＲ比率が小さい場合、すなわち第２ＥＧＲ手段により還流される排気の流量が多い場合に、フィルタ時定数を短く設定することにより、信頼性の高い検出値を素早くフィルタ結果値に反映させることができ、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させることができる。

請求項４記載の排気浄化装置では、第２ＥＧＲ手段により排気が還流されている間でのみ、堆積量パラメータ算出手段により算出された堆積量パラメータに基づく再生処理の実行の判定を行うように構成した。
上述したように、第２ＥＧＲ手段による排気の還流実行時には、第１ＥＧＲ手段による排気の還流実行時に比して、排気流量や差圧の検出値の信頼性が高い。従って、第２ＥＧＲ手段による排気の還流が実行されている間でのみ、堆積量パラメータ算出手段により算出された堆積量パラメータに基づく再生処理の実行の判定を行うことにより、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させることができる。

第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。 第１実施形態のＥＣＵによるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。 ＤＰＦ流量とフィルタ時定数との関係を示す図である。 第２実施形態のＥＣＵによるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。 ＥＧＲ比率とフィルタ時定数との関係を示す図である。 第３実施形態のＥＣＵによるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。 第４実施形態のＥＣＵによるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関およびその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関（以下、エンジン）１は、各気筒７の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒７には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間および閉弁時間は、ＥＣＵ４０により制御される。

エンジン１には、吸気が流通する吸気管２と、排気が流通する排気管４と、排気の一部を吸気に還流する高圧ＥＧＲ通路６および低圧ＥＧＲ通路１０と、吸気管２に吸気を圧送する過給機８と、が設けられている。

吸気管２は、吸気マニホールド３の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド５の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の排気ポートに接続されている。

過給機８は、排気管４に設けられたタービン８１と、吸気管２に設けられたコンプレッサ８２と、を備える。タービン８１は、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサ８２は、タービン８１の回転により駆動され、吸気を加圧し吸気管２内へ圧送する。また、タービン８１は、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービンの回転速度を変更できるように構成されている。ベーン開度は、ＥＣＵ４０により電磁的に制御される。

高圧ＥＧＲ通路６は、排気マニホールド５と吸気マニホールド３とを接続し、タービン８１の上流の排気の一部を、吸気管２のうちコンプレッサ８２の下流に還流する。高圧ＥＧＲ通路６には、還流する排気の流量を制御する高圧ＥＧＲ弁１１が設けられている。高圧ＥＧＲ弁１１は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その弁開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。

低圧ＥＧＲ通路１０は、排気管４のうち後述のＤＰＦ３２の下流側と吸気管２のうちコンプレッサ８２の上流側とを接続し、ＤＰＦ３２の下流の排気の一部を、吸気管２のうちコンプレッサ８２の上流に還流する。低圧ＥＧＲ通路１０には、還流する排気の流量を制御する低圧ＥＧＲ弁１２が設けられている。低圧ＥＧＲ弁１２は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その弁開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。

また、排気管４のうちタービン８１の下流には、酸化触媒３１とＤＰＦ３２と、が上流側からこの順で設けられている。

酸化触媒３１は、排気との反応により発生する熱で排気を昇温する。この酸化触媒３１としては、例えば、触媒として作用する白金（Ｐｔ）を、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）担体に担持させたものに、ＨＣの吸着作用に優れたゼオライトと、ＨＣの水蒸気改質作用に優れたロジウム（Ｒｈ）を加えて構成されたものが用いられる。

ＤＰＦ３２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際に、ＰＭをフィルタ壁の表面およびフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックスの多孔体が使用される。ＤＰＦ３２の捕集能力の限界、すなわち堆積限界までＰＭを捕集すると排気管４の圧損が大きくなるため、捕集したＰＭを燃焼させる後述のＤＰＦ再生処理が実行される。

排気管４のうち、酸化触媒３１の下流側で且つＤＰＦ３２の上流側には、エアフローメータ２３が設けられている。このエアフローメータ２３により、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量が検出される。エアフローメータ２３は、後述のＥＣＵ４０に接続されており、その検出信号がＥＣＵ４０に供給される。

ＤＰＦ３２の上流側および下流側の排気管４には、圧力導入管２１を介して接続された差圧センサ２２が設けられている。この差圧センサ２２により、ＤＰＦ３２の上流側圧力と下流側圧力との差圧が検出される。差圧センサ２２は、後述のＥＣＵ４０に接続されており、その検出信号がＥＣＵ４０に供給される。

ＥＣＵ４０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、ＣＰＵという）とを備える。この他、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、高圧ＥＧＲ弁１１、低圧ＥＧＲ弁１２、およびエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。

以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ４０には、ＤＰＦ３２の再生制御部４１と、ＥＧＲ制御部４６とのモジュールが構成される。以下、各モジュールの機能について説明する。

ＤＰＦ３２の再生制御部４１は、堆積量パラメータ算出部と、フィルタリング部と、再生判定部と、を含んで構成される（いずれも図示せず）。
堆積量パラメータ算出部では、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭの堆積量の指標となる堆積量パラメータを算出する。
フィルタリング部では、上記堆積量パラメータ算出部により算出された堆積量パラメータに対して、フィルタリング処理を施す。
再生判定部では、フィルタリングされた堆積量パラメータに基づいてＤＰＦ３２の再生処理を実行するか否かを判定する。
また、再生制御部４１は、ＤＰＦ３２の再生処理を実行する再生実行部（図示せず）を含み、ＤＰＦ３２の再生処理の制御を行う。

ＥＧＲ制御部４５は、高圧ＥＧＲ通路６を介して還流される排気の流量を制御する高圧ＥＧＲ制御部４６と、低圧ＥＧＲ通路１０を介して還流される排気の流量を制御する低圧ＥＧＲ制御部４７と、を含んで構成され、エンジン１の排気の還流制御を行う。

高圧ＥＧＲ制御部４６は、高圧ＥＧＲ弁１１の開度を制御し、高圧ＥＧＲ通路６を介して還流される排気の流量を制御する。
低圧ＥＧＲ制御部４７は、低圧ＥＧＲ弁１２の開度を制御し、低圧ＥＧＲ通路１０を介して還流される排気の流量を制御する。

図２は、本実施形態のＥＣＵ４０によるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、所定の制御周期ごとに実行される。
なお、以下の説明において、記号「ｋ」は、この制御周期ごとに離散化した時間を示す。すなわち、記号「ｋ」が付されたデータは、今回の制御タイミングで検出または算出されたデータであることを示し、これに対して記号「ｋ−１」が付されたデータは、前回の制御タイミングで検出または算出されたデータであることを示す。また、以下の説明においては、記号「ｋ」を適宜省略する。

ステップＳ１１では、エアフローメータ２３により検出されたＤＰＦ流量と差圧センサ２２により検出されたＤＰＦ差圧に基づき、ＤＰＦ３２のＰＭ堆積量の指標となるＰＭ堆積量パラメータとして、ＤＰＦ３２の有効開口面積α（ｋ）を算出する。
ＤＰＦ３２は、ＰＭの堆積量が増加すると目詰まりし、ＤＰＦ３２を通過する排気の流量が制限される。そこで、このようなＤＰＦ３２を流量制限のある流量モデル（ノズルモデル）にモデル化し、この流量モデルに基づいてＤＰＦ３２の有効開口面積αを算出する。この流量モデルは、ＤＰＦ流量Ｆと、ＤＰＦ差圧ΔＰと、ＤＰＦ３２の有効開口面積Ｓとを関連付けるものである。ステップＳ１１では、このような流量モデルに基づいて、ＤＰＦ流量ＦおよびＤＰＦ差圧ΔＰに応じたＤＰＦ３２の有効開口面積Ｓを算出する。
なお、この流量モデルの詳細な構成、並びに、ＤＰＦ差圧ΔＰおよびＤＰＦ流量Ｆに応じた有効開口面積αを流量モデルに基づいて算出する具体的な手順については、本願出願人による特開２００５−３３７０４０号公報などに詳しく説明されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。

ステップＳ１２では、後述のフィルタリング処理に用いられるフィルタ時定数ａ（下記の式（１）参照）を検索し、ステップＳ１３に移る。
具体的には、所定の実験に基づいて設定され、予めＥＣＵ４０に格納された、ＤＰＦ流量とフィルタ時定数ａとの関係を示すマップ（図３）を参照し、フィルタ時定数ａを検索する。このマップによれば、ＤＰＦ流量が少なくなるに従い、フィルタ時定数ａを長く設定してフィルタリング処理が施される。
なお、ＤＰＦ流量は、エアフローメータ２３により検出された排気の流量を用いる。

ステップＳ１３では、ステップＳ１１で算出されたＤＰＦ３２の有効開口面積αに対して、フィルタリング処理を施してステップＳ１４に移る。
具体的には、下記式（１）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、有効開口面積のフィルタリング値を算出する。
なお、下記式（１）において、ａはフィルタ時定数を表し、α（ｋ）はステップＳ１１で算出された有効開口面積を表し、α_ｆ（ｋ）は有効開口面積のフィルタリング値を表す。
［数１］

α_ｆ（ｋ）＝ａα_ｆ（ｋ−１）＋（１−ａ）α（ｋ） ・・・式（１）

すなわち、ステップＳ１１で算出された有効開口面積α（ｋ）と、ステップＳ１２で検索されたフィルタ時定数ａを上記式（１）に代入することにより、有効開口面積のフィルタリング値α_ｆ（ｋ）を算出する。

ステップＳ１４では、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを除去する再生処理を実行するか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合にはステップＳ１５に移り、ＮＯの場合にはＤＰＦ再生判定処理を終了する。
具体的には、ステップＳ１３で得られた有効開口面積のフィルタリング値α_ｆ（ｋ）が、所定の実験に基づいて設定され、予めＥＣＵ４０に格納されている所定の値、すなわちＰＭ堆積限界に対応する有効開口面積α下限値より小さいか否かを判定する。

ステップＳ１５では、ＤＰＦ再生フラグを「１」にして、ＤＰＦ再生判定処理を終了する。
ＤＰＦ再生フラグは、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させる時期、すなわちＤＰＦを再生させる時期であることを示すフラグである。本実施形態では、ステップＳ１４において、有効開口面積のフィルタリング値α_ｆ（ｋ）が、ＰＭ堆積限界に対応する有効開口面積α下限値より小さいときに「０」から「１」にされる。また、このＤＰＦ再生フラグは、後述のポスト噴射を実行することにより、ＤＰＦ３２に捕集されたＰＭの燃焼が完了したときに「１」から「０」に戻される。

上記ステップＳ１５でＤＰＦ再生フラグが「１」とされると、ＤＰＦ再生判定処理が終了し、ＤＰＦ３２の再生処理が実行される。
具体的には、ポスト噴射を実行し、未燃の燃料を酸化触媒３１で燃焼させることにより、ＤＰＦ３２に流入する排気の温度を上昇させ、ＤＰＦ３２に堆積したＰＭを燃焼除去する。

本実施形態によれば、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量または当該排気の流量に相関のあるパラメータに応じて、フィルタ時定数を変更するフィルタリング部を含んで構成した。より具体的には、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量が少なくなるに従い、フィルタ時定数を長く設定するフィルタリング部を含んで構成した。
従来、ＤＰＦに流入する排気の流量が少ない場合には、ＤＰＦの上流側と下流側との差圧が非常に小さいため、差圧センサの検出誤差に近く、ＰＭ堆積量の推定精度は低かった。これに対して本実施形態では、ＰＭ堆積量の指標となるパラメータにフィルタリング処理を施す際に、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量または当該排気の流量に相関のあるパラメータに応じてフィルタ時定数を変更する。
これにより、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量がＰＭ堆積量の推定精度に与える影響を低減できる。具体的には、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量が少なく、ＤＰＦ３２の上流側と下流側との差圧が小さいためにＳ／Ｎ比が十分に確保できず、排気流量や差圧の検出値の誤差成分が大きい場合であっても、フィルタ時定数を長く設定することにより、誤差を解消して精度良くＰＭ堆積量を推定できる。
また、ＤＰＦ３２に流入する排気の流量が多く、ＤＰＦ３２の上流側と下流側との差圧が大きいためにＳ／Ｎ比が十分に確保できる場合には、検出値の信頼性が高いため、フィルタ時定数を短く設定することにより、信頼性の高い検出値を素早くフィルタ結果値に反映させることができ、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させることができる。
このため、本実施形態によれば、高い精度でＰＭ堆積量を推定でき、燃費を悪化させることなく効率良くＰＭを浄化できる。

本実施形態では、ＥＣＵ４０が、第１ＥＧＲ手段の一部、第２ＥＧＲ手段の一部、堆積量パラメータ算出手段、フィルタリング手段、再生判定手段を構成する。具体的には、ＥＣＵ４０の高圧ＥＧＲ制御部４６、高圧ＥＧＲ通路６、および高圧ＥＧＲ弁１１が第１ＥＧＲ手段に相当し、ＥＣＵ４０の低圧ＥＧＲ制御部４７、低圧ＥＧＲ通路１０、および低圧ＥＧＲ弁１２が第２ＥＧＲ手段に相当し、ＥＣＵ４０の再生制御部４１が堆積量パラメータ算出手段、フィルタリング手段、および再生判定手段に相当する。また、図２のステップＳ１１の実行に係る手段が堆積量パラメータ算出手段に相当し、ステップＳ１２〜１３の実行に係る手段がフィルタリング手段に相当し、ステップＳ１４の実行に係る手段が再生判定手段に相当する。

［第２実施形態］
第２実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、第１実施形態に係る再生制御部４１のフィルタリング部の構成が異なる以外は、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置と同様の構成である。
具体的には、本実施形態に係る再生制御部のフィルタリング部は、ＥＧＲ比率が小さくなるに従い、フィルタ時定数を長く設定するものである。

図４は、本実施形態のＥＣＵによるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、所定の制御周期ごとに実行される。

ステップＳ２１では、第１実施形態のステップＳ１１と同様の処理を実行するため、その説明を省略する。

ステップＳ２２では、第１実施形態と異なり、ＥＧＲ比率に応じてフィルタ時定数ａを検索し、ステップＳ２３に移る。
具体的には、所定の実験に基づいて設定され、予めＥＣＵに格納された、ＥＧＲ比率とフィルタ時定数ａとの関係を示すマップ（図５）を参照し、フィルタ時定数ａを検索する。このマップによれば、ＥＧＲ比率が小さくなるに従い、フィルタ時定数ａを長く設定してフィルタリング処理が施される。
なお、ＥＧＲ比率とは、低圧ＥＧＲ制御部により還流される排気の流量ＬＰＬに対する、高圧ＥＧＲ制御部により還流される排気の流量ＨＰＬの比ＨＰＬ／ＬＰＬを意味する。

ステップＳ２３〜ステップＳ２５では、第１実施形態のステップＳ１３〜ステップＳ１５と同様の処理を実行するため、その説明を省略する。
また、以上の再生判定処理が終了すると、第１実施形態と同様にＤＰＦの再生処理が実行される。

本実施形態によれば、タービンの上流側の排気の一部を吸気通路内に還流する制御を実行する高圧ＥＧＲ制御部と、ＤＰＦの下流側の排気の一部を吸気通路内に還流する制御を実行する低圧ＥＧＲ制御部と、低圧ＥＧＲ制御部により還流される排気の流量に対する高圧ＥＧＲ制御部により還流される排気の流量の比であるＥＧＲ比率が小さくなるに従い、フィルタ時定数を長く設定するフィルタリング部と、を含んで構成した。
ＤＰＦの下流側の排気の一部を吸気通路内に還流する低圧ＥＧＲ制御では、排気の全量がＤＰＦを通過するため、タービンの上流側の排気の一部を吸気通路内に還流する高圧ＥＧＲ制御に比して、ＤＰＦに流入する排気の流量が多い。このため、低圧ＥＧＲ制御による排気の還流実行時には、ＤＰＦの上流側と下流側との差圧が大きく、Ｓ／Ｎ比が確保できるため、排気流量や差圧の検出値の信頼性が高い。従って、ＥＧＲ比率が小さい場合、すなわち低圧ＥＧＲ制御により還流される排気の流量が多い場合に、フィルタ時定数を短く設定することにより、信頼性の高い検出値を素早くフィルタ結果値に反映させることができ、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させることができる。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、第１実施形態に係る再生制御部４１のフィルタリング部の構成が異なる以外は、第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置と同様の構成である。
具体的には、本実施形態に係る再生制御部のフィルタリング部は、フィルタ時定数ａを、ＤＰＦ流量またはＤＰＦ流量に相関のあるパラメータに応じて変更せずに、上記式（１）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、有効開口面積のフィルタリング値を算出する。

また、本実施形態では、高圧ＥＧＲ制御部により排気の還流制御を実行している間は、低圧ＥＧＲ弁１２を閉じ、低圧ＥＧＲ制御部により排気の還流制御を実行している間は、高圧ＥＧＲ弁１１は閉じる制御を行う。すなわち、高圧ＥＧＲ制御部による排気の還流制御と、低圧ＥＧＲ制御部による排気の還流制御との切替えが実行される。

図６は、本実施形態のＥＣＵによるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、所定の制御周期ごとに実行される。

ステップＳ３１では、低圧ＥＧＲ制御部による排気の還流（ＬＰＬ−ＥＧＲ）を実行しているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３２に移り、ＮＯの場合には、ＤＰＦ再生判定を実行せずにＤＰＦ再生判定処理を終了する。
具体的には、低圧ＥＧＲ制御部による排気の還流（ＬＰＬ−ＥＧＲ）を実行しているか否かの判別は、予めＥＣＵに格納されているＥＧＲ領域判定マップを参照して判定する。エンジンの運転状態は、エンジン回転数および負荷をパラメータとして、低圧ＥＧＲ制御が適した低圧ＥＧＲ領域と、高圧ＥＧＲ制御が適した高圧ＥＧＲ領域とに分けられ、基本的には、負荷が小さいときには高圧ＥＧＲ領域が選択され、負荷が大きいときには低圧ＥＧＲ領域が選択される。

ステップＳ３２では、第１実施形態のステップＳ１１と同様の処理を実行するため、その説明を省略する。

ステップＳ３３では、上述したように、フィルタ時定数ａを変更することなく、上記式（１）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、有効開口面積のフィルタリング値を算出してステップＳ３４に移る。

ステップＳ３４〜ステップＳ３５では、第１実施形態のステップＳ１４〜ステップＳ１５と同様の処理を実行するため、その説明を省略する。
また、以上の再生判定処理が終了すると、第１実施形態と同様にＤＰＦの再生処理が実行される。

本実施形態によれば、低圧ＥＧＲ制御部による排気の還流実行時でのみ、堆積量パラメータ算出部により算出された堆積量パラメータに基づく再生処理の実行の判定を行うように構成した。
上述したように、低圧ＥＧＲ制御部による排気の還流実行時には、高圧ＥＧＲ制御部による排気の還流実行時に比して、排気流量や差圧の検出値の信頼性が高い。従って、低圧ＥＧＲ制御部による排気の還流が実行されている間でのみ、堆積量パラメータ算出部により算出された堆積量パラメータに基づく再生処理の実行の判定を行うことにより、ＰＭ堆積量の推定精度を向上させることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、第３実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置と同様の構成である。
図７は、本実施形態のＥＣＵによるＤＰＦ再生判定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、所定の制御周期ごとに実行される。

ステップＳ４１では、第１実施形態のステップＳ１１と同様の処理を実行するため、その説明を省略する。

ステップＳ４２では、第３実施形態のステップＳ３３と同様の処理を実行するため、その説明を省略する。

ステップＳ４３では、低圧ＥＧＲ制御部による排気の還流（ＬＰＬ−ＥＧＲ）を実行しているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ４４に移り、ＮＯの場合には、ＤＰＦ再生判定を実行せずにＤＰＦ再生判定処理を終了する。
この判別は、第３実施形態のステップＳ３１と同様にして判別する。

ステップＳ４４〜ステップＳ４５では、第１実施形態のステップＳ１４〜ステップＳ１５と同様の処理を実行するため、その説明を省略する。
また、以上の再生判定処理が終了すると、第１実施形態と同様にＤＰＦの再生処理が実行される。

本実施形態によれば、第３実施形態と同様の効果が奏される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
例えば、上記実施形態では、ＤＰＦに堆積したＰＭの堆積量の指標となる堆積量パラメータとして有効開口面積を用いたが、これに限定されず、等価面積やΔＰ／ＦＬ（ＤＰＦ差圧／ＤＰＦ流量）を用いてもよい。
また、上記実施形態では、酸化触媒とＤＰＦとを別体で設けたが、ＤＰＦのフィルタ壁に酸化触媒が担持されたものを用いてもよい。

１…エンジン（内燃機関）
２…吸気管（吸気通路）
３…吸気マニホールド（吸気通路）
４…排気管
５…排気マニホールド
６…高圧ＥＧＲ通路（第１ＥＧＲ手段）
１１…高圧ＥＧＲ弁（第１ＥＧＲ手段）
１０…低圧ＥＧＲ通路（第２ＥＧＲ手段）
１２…低圧ＥＧＲ弁（第２ＥＧＲ手段）
８…過給機
３１…酸化触媒
３２…ＤＰＦ（粒子状物質捕集装置）
４０…ＥＣＵ（堆積量パラメータ算出手段、フィルタリング手段、再生判定手段、第１ＥＧＲ手段、第２ＥＧＲ手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との間の差圧および前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量の少なくとも何れかに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質の堆積量の指標となる堆積量パラメータを算出する堆積量パラメータ算出手段と、
   前記算出された堆積量パラメータに対して、フィルタリング処理を施すフィルタリング手段と、
   前記フィルタリング処理が施された堆積量パラメータに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質を除去する再生処理を実行するか否かを判定する再生判定手段と、を備え、
   前記フィルタリング手段は、前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量または当該流量に相関のある排気流量パラメータに応じて、フィルタ時定数を変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタリング手段は、前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量が少なくなるに従い、前記フィルタ時定数を長く設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気通路のうち前記粒子状物質捕集装置の上流側に設けられたタービンの回転によりコンプレッサを駆動する過給機と、
   前記タービンの上流側の排気の一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する第１ＥＧＲ手段と、
   前記粒子状物質捕集装置の下流側の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第２ＥＧＲ手段と、をさらに備え、
   前記第２ＥＧＲ手段により還流される排気の流量に対する前記第１ＥＧＲ手段により還流される排気の流量の比をＥＧＲ比率としたときに、
   前記フィルタリング手段は、前記ＥＧＲ比率が小さくなるに従い、前記フィルタ時定数を長く設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する粒子状物質捕集装置と、
   前記排気通路のうち前記粒子状物質捕集装置の上流側に設けられたタービンの回転によりコンプレッサを駆動する過給機と、
   前記タービンの上流の排気の一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流する第１ＥＧＲ手段と、
   前記粒子状物質捕集装置の下流の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第２ＥＧＲ手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
   前記粒子状物質捕集装置の上流側と下流側との間の差圧および前記粒子状物質捕集装置に流入する排気の流量の少なくとも何れかに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質の堆積量の指標となる堆積量パラメータを算出する堆積量パラメータ算出手段と、
   前記算出された堆積量パラメータに基づいて、前記粒子状物質捕集装置に堆積した粒子状物質を除去する再生処理を実行するか否かを判定する再生判定手段と、を備え、
   前記第２ＥＧＲ手段により排気が還流されている間でのみ、前記堆積量パラメータ算出手段により算出された堆積量パラメータに基づく前記再生処理の実行の判定を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

Images