JP2013011224A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタにおけるＰＭ酸化速度をより精度よく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、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ３２の再生処理を行う。この制御装置２５は、フィルタ３２における粒子状物質の酸化速度を、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さに基づいて設定する。この酸化速度の設定は、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さが厚いほど低い速度となるように可変設定する。
【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。

特許文献１に記載されているように、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。この排気浄化装置では、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る。そして、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でのＰＭの酸化が促進されて、同フィルタに堆積したＰＭは規定量まで減少する。

このような再生処理を行う装置では、単位時間当たりのＰＭ排出量及びＰＭ酸化量を算出することにより、フィルタでのＰＭ堆積量を推定するようにしている。

特開２００７−２３７９２号公報

ところで、上記特許文献１に記載されているように、フィルタには、潤滑油に由来する成分であって上記再生処理による燃焼が困難なアッシュが堆積していく。このアッシュがフィルタに堆積するとＰＭの酸化速度が変化するため、アッシュの影響を考慮しないでＰＭの酸化速度を算出すると同酸化速度の精度が低くなり、その結果、フィルタでのＰＭ堆積量の推定精度が低下してしまう。このようにＰＭ堆積量の推定精度が低下すると、例えば再生処理完了時においてＰＭの燃え残りが生じてしまうおそれがある。

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、フィルタにおけるＰＭ酸化速度をより精度よく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、同フィルタの再生処理を行う内燃機関の排気浄化装置であって、前記フィルタにおける前記粒子状物質の酸化速度を前記フィルタに堆積したアッシュの厚さに基づいて設定することをその要旨とする。

本発明者は、フィルタにおける粒子状物質の酸化速度、すなわちＰＭ酸化速度は、フィルタにおけるアッシュの堆積量よりも、フィルタに堆積したアッシュの厚さが大きく影響することを見出した。例えば、アッシュの密度（単位体積当たりの質量）が小さく、堆積しているアッシュの厚さが厚い場合には、たとえアッシュの堆積量自体が少なくても、ＰＭ酸化速度は低下する。

そこで、同構成では、フィルタに堆積したアッシュの厚さに基づいて粒子状物質の酸化速度を設定するようにしており、フィルタにおけるＰＭ酸化速度をより精度よく算出することができるようになる。

本発明者は、フィルタに堆積したアッシュの厚さが厚いほど、実際のＰＭ酸化速度は低くなることを確認している。そこで、請求項２に記載の発明によるように、前記フィルタに堆積したアッシュの厚さが厚いほど前記酸化速度は低い速度となるように可変設定される、という構成を採用することにより、アッシュの厚さに基づくＰＭ酸化速度の設定を好適に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタでのアッシュの堆積量を算出するとともに、排気の最大流量に基づいてアッシュの堆積密度を算出し、前記フィルタの捕集面積と前記堆積密度とを乗算した値で前記堆積量を除算することにより、前記フィルタに堆積したアッシュの厚さを算出することをその要旨とする。

フィルタに堆積したアッシュは、排気の流勢によって圧縮される。そのため、フィルタに堆積しているアッシュの密度、すなわちアッシュの堆積密度は、排気の最大流量に基づいて算出可能である。そこで、同構成では、排気の最大流量に基づいてアッシュの堆積密度を算出するようにしている。そして、アッシュの堆積量を、堆積密度とフィルタの捕集面積とを乗算した値で除算するようにしており、これによりフィルタに堆積したアッシュの厚さを算出することが可能になる。

なお、アッシュの堆積量は、再生処理完了後のフィルタの上流側排気圧力と下流側排気圧力との差、機関潤滑油の消費量、あるいは機関潤滑油の消費量に相関する内燃機関の運転時間や車両の走行距離などから推定可能である。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記堆積量として、前記フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュの量である壁面堆積量を算出するとともに、前記捕集面積として前記フィルタの径方向における捕集面積が設定されることをその要旨とする。

フィルタでは、当該フィルタの径方向の壁面と同フィルタの排気下流側の底面とにアッシュが堆積する。ここで、ＰＭは、フィルタの排気下流側の底面よりも当該フィルタの径方向の壁面においてより多く捕集されるため、フィルタの径方向の壁面におけるＰＭ酸化速度の算出を精度よく行うことが望ましい。

この点、同構成では、フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュの量である壁面堆積量を算出するとともに、捕集面積としてフィルタの径方向における捕集面積を設定するようにしている。そのため、フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュの厚さを算出することが可能となる。そして、フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュの厚さに基づいてＰＭ酸化速度が設定されるため、フィルタの径方向の壁面におけるＰＭ酸化速度の算出を精度よく行うことができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記壁面堆積量は、排気流量の変動量が大きいときほど少なくなるように算出されることをその要旨とする。

フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュは、排気流量の変動によって壁面から剥離し、フィルタの排気下流側の底面にて再度捕集される。従って、排気流量の変動量が大きいときほどフィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュが剥離する量は多くなり、壁面に残るアッシュの堆積量は少なくなる。そこで、同構成では、排気流量の変動量が大きいときほどアッシュの壁面堆積量は少なくなるように算出するようにしている。従って、アッシュの壁面堆積量を適切に推定することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気流量の変動量が所定値を超えた回数を計測し、その計測された回数が多いときほど前記壁面堆積量は少なくなるように算出されることをその要旨とする。

上述したように、フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュは、排気流量の変動によって壁面から剥離し、フィルタの排気下流側の底面にて再度捕集される。従って、排気流量の変動回数が多いときほど、フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュが剥離する量は多くなり、壁面に残るアッシュの堆積量は少なくなる。そこで、同構成では、排気流量の変動量が所定値を超えた回数を計測し、その計測された回数が多いときほどアッシュの壁面堆積量は少なくなるように算出するようにしている。従って、同構成によっても、アッシュの壁面堆積量を適切に推定することができるようになる。

アッシュの壁面堆積量を算出するには、請求項７に記載の発明によるように、前記フィルタでのアッシュの総堆積量に占める前記壁面への堆積量の割合を算出し、この算出された割合に基づいて前記壁面堆積量が算出される、という構成を採用することができる。なお、同構成において、アッシュの総堆積量は、再生処理完了後のフィルタの上流側排気圧力と下流側排気圧力との差、機関潤滑油の消費量、あるいは機関潤滑油の消費量に相関する内燃機関の運転時間や車両の走行距離などから推定可能である。また、壁面への堆積量の割合は、上述した排気流量の変動量や排気流量の変動回数に基づいて設定可能である。

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。 ＰＭ酸化速度の算出処理についてその手順を示すフローチャート。 排気の最大流量とアッシュの堆積密度との関係を示すグラフ。 排気流量の変動量及び変動回数と壁面堆積割合との関係を示すグラフ。 フィルタの床温とアッシュの厚さとＰＭ酸化速度との関係を示すグラフ。

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６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で構成されている。このフィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されており、排気中のＰＭは、フィルタ３２の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、あるいは燃料噴射量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が酸化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、例えば単位時間当たりのＰＭの酸化量を示す酸化速度マップ等に基づいて算出される。そして、ＰＭ酸化量ＰＭｃ及び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。

このように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、フィルタ３２には、潤滑油に由来する成分であって上述した再生処理による燃焼が困難なアッシュが堆積していく。なお、このアッシュとしては、例えば潤滑油の添加剤等に含まれる成分（Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｎａ等の金属成分など）が挙げられる。このアッシュがフィルタ３２に堆積するとＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが変化するため、アッシュの影響を考慮しないでＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを算出すると、その酸化速度の精度が低くなる。つまり実際のＰＭの酸化速度と上記酸化速度マップから求められるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓとの乖離が大きくなる。このようにＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの精度が低くなると、フィルタ３２でのＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定精度が低下してしまう。このようにＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定精度が低下すると、再生終了値ＰＭｆに達する前に再生処理が完了されてしまい、再生処理完了時においてＰＭの燃え残りが生じてしまうおそれがある。

ここで、本発明者は、フィルタ３２における粒子状物質の酸化速度、すなわちＰＭ酸化速度ＰＭｃｓは、フィルタ３２におけるアッシュの堆積量よりも、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さが大きく影響することを見出した。より具体的には、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さが厚いほど、実際のＰＭ酸化速度は低くなることを確認した。この現象が生じる理由は、現在のところ、次のように推測されている。すなわち、アッシュが厚くなるほど、フィルタ３２に担持された触媒とＰＭとの接触面積が減少して触媒作用が低下していくため、ＰＭの酸化速度は低下すると考えられる。

そこで、本実施形態では、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さＡｔに基づいてＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを可変設定することで、ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓをより精度よく算出するようにしている。

図３に、本実施形態におけるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの算出処理についてその手順を示す。なお、本処理は制御装置２５によって所定周期毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、現在のアッシュ堆積量Ａｓｍが算出される（Ｓ１００）。ここでのアッシュ堆積量Ａｓｍの算出は、次のように行われる。すなわちフィルタ３２においてアッシュの堆積量が多くなるにつれて、差圧センサ３４にて検出される圧力差ΔＰは大きくなる。従って、圧力差ΔＰに基づいてアッシュ堆積量Ａｓｍが推定される。

次に、フィルタ３２に堆積したアッシュは、排気の流勢によって圧縮される。そのため、フィルタ３２に堆積しているアッシュの密度、すなわち堆積密度Ａｄは、排気の最大流量に基づいて算出可能である。そこで、ステップＳ１００に続くステップＳ２００では、機関運転中の排気の最大流量ＥＸｍａｘに基づき、フィルタ３２に堆積しているアッシュの密度である堆積密度Ａｄが算出される（Ｓ２００）。このステップＳ２００では、図４に示すように、排気の最大流量ＥＸｍａｘが大きいほど堆積密度Ａｄは大きくなるように当該堆積密度Ａｄは算出される。なお、排気の最大流量ＥＸｍａｘとは、機関運転中における排気流量の最大値のことであり、機関運転中において随時更新される。また、排気流量は、吸入空気量や、機関負荷及び機関回転速度等に基づいて推定される。

次に、排気流量の変動量ＥＸｈ及び変動回数Ｎに基づいてアッシュの壁面堆積割合Ｒが算出される（Ｓ３００）。変動量ＥＸｈとは、排気流量の最大値と最小値との差の絶対値である。また、変動回数Ｎとは、排気流量の変動回数であり、より詳細には上記変動量ＥＸｈが所定値を超えて大きくなった回数である。これら変動量ＥＸｈ及び変動回数Ｎは、フィルタ３２の再生処理中に計測されて制御装置２５の記憶装置に保存されており、本処理の実行時には制御装置２５の記憶装置から読み込まれる。そして、アッシュの壁面堆積割合Ｒとは、フィルタ３２でのアッシュの総堆積量（上記アッシュ堆積量Ａｓｍ）に対して、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュの量である壁面堆積量が占める割合である。この壁面堆積割合Ｒには、「０」から「１」の間の値が設定される。ちなみに、アッシュのすべてがフィルタ３２の底面に堆積している場合には、壁面堆積割合Ｒ＝「０」に設定される。また、アッシュのすべてがフィルタ３２の径方向の壁面に堆積している場合には、壁面堆積割合Ｒ＝「１」に設定される。

ステップＳ３００の処理は、次の理由により行われる。
まず、フィルタ３２には、当該フィルタ３２の径方向の壁面と同フィルタ３２の排気下流側の底面とにアッシュが堆積する。ここで、ＰＭは、フィルタ３２の排気下流側の底面よりも当該フィルタ３２の径方向の壁面により多く捕集されるため、フィルタ３２の径方向の壁面におけるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの算出を精度よく行うことが望ましい。

そこで、ステップＳ３００では、まず、アッシュ堆積量Ａｓｍに占めるアッシュの壁面堆積量の割合を求めるようにしている。
ここで、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュは、排気流量の変動によって壁面から剥離し、フィルタ３２の排気下流側の底面にて再度捕集される。従って、排気流量の変動量ＥＸｈが大きいときほどフィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュが剥離する量は多くなり、壁面に残るアッシュの堆積量は少なくなる。そこで、図５に示すように、排気流量の変動量ＥＸｈが大きいときほど壁面堆積割合Ｒは小さい値に設定される。

また、上述したように、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュは、排気流量の変動によって壁面から剥離し、フィルタ３２の排気下流側の底面にて再度捕集される。従って、排気流量の変動回数Ｎが多いときほど、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュが剥離する量は多くなり、壁面に残るアッシュの堆積量は少なくなる。そこで、先の図５に示すように、排気流量の変動回数Ｎが多いときほど壁面堆積割合Ｒは小さい値に設定される。

このように壁面堆積割合Ｒは、排気流量の変動量ＥＸｈ及び変動回数Ｎに基づいて可変設定される。
次に、アッシュ堆積量Ａｓｍ、壁面堆積割合Ｒ、堆積密度Ａｄ、及びフィルタ３２の径方向におけるＰＭの捕集面積Ｓに基づき、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュの厚さであるアッシュ厚さＡｔが算出される（Ｓ４００）。ここでは、［アッシュの密度＝アッシュの堆積量／（アッシュの捕集面積×アッシュの厚さ）］という関係式が成り立つため、この関係式を変形した次式（２）に基づいてアッシュ厚さＡｔが算出される。

Ａｔ＝（Ａｓｍ×Ｒ）／（Ａｄ×Ｓ） …（２）
Ａｔ：アッシュ厚さ（ｍｍ）
Ａｓｍ：アッシュ堆積量（ｇ）
Ｒ：壁面堆積割合
（Ａｓｍ×Ｒ）：フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュの総量（ｇ）
Ａｄ：アッシュの堆積密度（ｇ／ｍｍ＾３）
Ｓ：フィルタ３２の径方向におけるＰＭの捕集面積（ｍｍ＾２）

次に、アッシュ厚さＡｔ及びフィルタ３２の床温Ｔに基づいてＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが算出される（Ｓ５００）。なお、床温Ｔ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から推定される。そしてこのステップＳ５００では、図６に示す酸化速度マップが参照される。この酸化速度マップに基づくＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの算出は、床温Ｔが高いときほど同ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが大きくなるように算出される。また、アッシュ厚さＡｔの値が所定の値に達するまでは、アッシュ厚さＡｔが大きくなるに伴ってＰＭ酸化速度ＰＭｃｓは低くなるように可変設定される。そして、アッシュ厚さＡｔの値が先の所定の値を超えると、アッシュ厚さＡｔの値に依らずＰＭ酸化速度ＰＭｃｓは一定の値に固定される。

こうしてＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが算出されると本処理は一旦終了される。そして、本処理にて算出されたＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを利用して、上記式（１）によるＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定が行われる。

次に、本実施形態の作用を説明する。
上述したように、本実施形態では、発明者の知見に基づき、ＰＭの酸化速度に影響を与えるアッシュの堆積厚さ（アッシュ厚さＡｔ）に基づいてＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを設定するようにしている。そのため、当該ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを精度よく算出することができる。このようにＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの精度が向上すると、上記式（１）によるＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定精度も向上する。そして、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定精度が向上することにより、再生処理の終了タイミングが適正化されるため、再生処理完了時においてＰＭの燃え残りが生じることを抑えることができる。

また、フィルタ３２に堆積したアッシュは、排気の流勢によって圧縮される。そのため、フィルタ３２に堆積しているアッシュの密度、すなわちアッシュの堆積密度は、排気の最大流量に基づいて算出可能である。そこで、排気の最大流量ＥＸｍａｘに基づいてアッシュの堆積密度Ａｄを算出するようにしている。そして、アッシュの堆積量を、堆積密度Ａｄとフィルタ３２の捕集面積とを乗算した値で除算するようにしており、これによりフィルタ３２に堆積したアッシュの厚さを算出することができるようになる。そして、このときには、特に、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュの量である壁面堆積量を算出するとともに、捕集面積としてフィルタ３２の径方向における捕集面積Ｓを設定するようにしている。そのため、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュの厚さを算出することが可能となる。そして、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュの厚さに基づいてＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが設定されるため、フィルタ３２の径方向の壁面におけるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの算出を精度よく行うことができるようになる。

また、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュは、排気流量の変動によって壁面から剥離し、フィルタ３２の排気下流側の底面にて再度捕集される。従って、排気流量の変動量が大きいときほどフィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュが剥離する量は多くなり、壁面に残るアッシュの堆積量は少なくなる。そこで、排気流量の変動量が大きいときほど上記壁面堆積割合Ｒが小さくなるように算出している。従って、アッシュの壁面堆積量を適切に推定することができる。

また、排気流量の変動回数が多いときほど、フィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュが剥離する量は多くなり、壁面に残るアッシュの堆積量は少なくなる。そこで、排気流量の変動量ＥＸｈが所定値を超えた回数を計測し、その計測された回数が多いときほど上記壁面堆積割合Ｒが小さくなるように算出している。従って、これによってもアッシュの壁面堆積量を適切に推定することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）フィルタ３２におけるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さに基づいて設定するようにしている。より詳細には、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さが厚いほどＰＭ酸化速度ＰＭｃｓは低い速度となるように可変設定するようにしている。そのため、フィルタ３２におけるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓをより精度よく算出することができるようになる。

（２）ＰＭ酸化速度ＰＭｃｓが精度よく算出されるため、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定精度が向上する。そのため再生処理の完了時においてＰＭの燃え残りが生じることを抑えることができる。

（３）フィルタ３２でのアッシュ堆積量Ａｓｍを算出するとともに、排気の最大流量ＥＸｍａｘに基づいてアッシュの堆積密度Ａｄを算出し、フィルタ３２の捕集面積と堆積密度Ａｄとを乗算した値でアッシュ堆積量Ａｓｍを除算するようにしている。そのため、フィルタ３２に堆積したアッシュの厚さ（アッシュ厚さＡｔ）を算出することが可能になる。特に、アッシュ堆積量Ａｓｍに壁面堆積割合Ｒを乗算してフィルタ３２の径方向の壁面に堆積したアッシュの量である壁面堆積量を算出するとともに、フィルタ３２の捕集面積としてフィルタ３２の径方向における捕集面積Ｓを設定するようにしている。そのため、ＰＭがより多く捕集されるフィルタ３２の壁面におけるアッシュ厚さＡｔを算出することができ、これによりフィルタ３２の径方向の壁面におけるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの算出を精度よく行うことができるようになる。

（４）排気流量の変動量ＥＸｈが大きいときほどアッシュの壁面堆積割合Ｒは小さい値となるように設定するようにしている。そしてこれにより、アッシュの壁面堆積量は、排気流量の変動量ＥＸｈが大きいときほど少なくなるように算出されるようにしている。従って、アッシュの壁面堆積量を適切に推定することができるようになる。

（５）排気流量の変動量ＥＸｈが所定値を超えた回数である変動回数Ｎを計測し、その計測された変動回数Ｎが多いときほどアッシュの壁面堆積割合Ｒは小さい値となるように設定するようにしている。そしてこれにより、アッシュの壁面堆積量は、排気流量の変動回数Ｎが多いときほど少なくなるように算出されるようにしている。従って、これによってもアッシュの壁面堆積量を適切に推定す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Ａｓｍを適切に算出することができる。

・排気流量の変動量ＥＸｈと変動回数Ｎとに基づいて壁面堆積割合Ｒを設定するようにしたが、排気流量の変動量ＥＸｈのみ、あるいは変動回数Ｎのみに基づいて壁面堆積割合Ｒを設定するようにしてもよい。

・フィルタ３２の径方向の壁面におけるアッシュ厚さＡｔを求めるようにしたが、この他、フィルタ３２の排気下流側における底面でのアッシュ厚さＡｔを求め、その底面でのＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを先の図６に示したマップ等に基づいて求めるようにしてもよい。この変形例では、上記式（２）における捕集面積Ｓとしてフィルタ３２の排気下流側の底面の面積を設定するとともに、同式（２）の一部を変形した次式（３）に基づいて底面でのアッシュ厚さＡｔを算出することができる。

Ａｔ＝（Ａｓｍ×（１−Ｒ））／（Ａｄ×Ｓ） …（３）
Ａｔ：底面のアッシュ厚さ（ｍｍ）
Ａｓｍ：アッシュ堆積量（ｇ）
Ｒ：壁面堆積割合
（Ａｓｍ×（１−Ｒ）：フィルタ３２の底面に堆積したアッシュの総量（ｇ）
Ａｄ：アッシュの堆積密度（ｇ／ｍｍ＾３）
Ｓ：フィルタ３２の底面におけるＰＭの捕集面積（ｍｍ＾２）

この変形例によれば、フィルタ３２の底面におけるＰＭ酸化速度ＰＭｃｓの推定精度を高めることができる。

・上記実施形態では、フィルタ３２の径方向の壁面におけるアッシュ厚さＡｔを求めるようにしたが、フィルタ３２内のアッシュ厚さＡｔの平均値を求め、この平均値と先の図６に示したマップ等に基づいてフィルタ３２での平均的なＰＭ酸化速度ＰＭｃｓを求めるようにしてもよい。この変形例では、上記式（２）における捕集面積Ｓとしてフィルタ３２内の全捕集面積を設定するとともに、同式（２）の一部を変形した次式（４）に基づいてフィルタ３２内のアッシュ厚さＡｔの平均値を算出することができる。

Ａｔ＝Ａｓｍ／（Ａｄ×Ｓ） …（４）
Ａｔ：アッシュ厚さの平均値（ｍｍ）
Ａｓｍ：アッシュ堆積量（ｇ）
Ａｄ：アッシュの堆積密度（ｇ／ｍｍ＾３）
Ｓ：フィルタ３２におけるＰＭの全捕集面積（ｍｍ＾２）

・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。

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 (7)

1. 排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、同フィルタの再生処理を行う内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記フィルタにおける前記粒子状物質の酸化速度を前記フィルタに堆積したアッシュの厚さに基づいて設定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタに堆積したアッシュの厚さが厚いほど前記酸化速度は低い速度となるように可変設定される
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記フィルタでのアッシュの堆積量を算出するとともに、排気の最大流量に基づいてアッシュの堆積密度を算出し、前記フィルタの捕集面積と前記堆積密度とを乗算した値で前記堆積量を除算することにより、前記フィルタに堆積したアッシュの厚さを算出する
   請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記堆積量として、前記フィルタの径方向の壁面に堆積したアッシュの量である壁面堆積量を算出するとともに、前記捕集面積として前記フィルタの径方向における捕集面積が設定される
   請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記壁面堆積量は、排気流量の変動量が大きいときほど少なくなるように算出される
   請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気流量の変動量が所定値を超えた回数を計測し、その計測された回数が多いときほど前記壁面堆積量は少なくなるように算出される
   請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記フィルタでのアッシュの総堆積量に占める前記壁面への堆積量の割合を算出し、この算出された割合に基づいて前記壁面堆積量が算出される
   請求項４〜６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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