JP2013127218A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦ再生制御にアッシュ量を反映させることにより、より適切なＤＰＦ再生制御を実現する。
【解決手段】排気浄化装置１０は、排気通路にＤＯＣ（酸化触媒）５２及びＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）５３を備える。排気浄化装置は、ＤＰＦの再生開始条件が成立したときにＤＰＦの実際の温度が所定の指令温度に一致するようにＤＰＦに加えられるエネルギーの量（ポスト燃料噴射量）をフィードバック制御する。更に、排気浄化装置はＤＰＦに堆積したアッシュの量を推定し、このアッシュの量に基づいてフィードバック制御における制御パラメータを変更する。具体的には、フィードバック制御における「第２温度センサ６６による検出温度の目標値」を出力するための「第２温度センサモデル」の「むだ時間及び固有周波数」をアッシュ量に基づいて変更するとともに、フィードバック制御における積分ゲイン及び比例ゲインをアッシュ量に基づいて変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気通路にパティキュレートフィルタを備えるとともに同パティキュレートフィルタを再生するための制御を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関（例えば、ディーゼル機関）の排ガスには、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）とも称呼される粒子状物質が含まれている。そこで、内燃機関の排気通路には、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）とも称呼されるパティキュレートフィルタが配設される。

ＤＰＦの温度が所定温度（例えば、６００℃〜６５０℃）に上昇されると、ＤＰＦに捕集されたＰＭが燃焼しＤＰＦから除去される。即ち、ＤＰＦは、昇温されることにより再生され、連続して使用することができる。ＤＰＦの昇温は、例えば、ポスト噴射とよばれるメイン噴射よりも噴射時期が遅い燃料噴射、及び、排気通路のＤＰＦ上流に燃料を添加する添加燃料供給等により行われる。即ち、未燃燃料をＤＰＦの上流に供給し触媒反応によって燃焼・発熱させることによってＤＰＦに流入する排ガスの温度を上昇させ、以て、ＤＰＦの温度を上昇させる。ＰＭを燃焼して除去することによりＤＰＦを再生させる制御は「ＤＰＦ再生制御」とも称呼される。

ＤＰＦ再生制御を実行する場合、ＤＰＦの温度を適切な温度範囲内に維持する必要がある。なぜなら、ＤＰＦの再生制御中にＤＰＦの温度が過度に高くなりすぎると、ＤＰＦの破損又はＤＰＦに触媒物質が担持されている場合にはその触媒物質の劣化を招く可能性があるからである。更に、ＤＰＦ再生制御中におけるＤＰＦの温度が低すぎるとＰＭの燃焼に長時間を要するので、ポスト噴射量及び／又は添加燃料供給量の増加を招き、その結果、燃費を悪化させる可能性があるからである。

係る課題に対処する従来技術の一つは、ＤＰＦの上流及び下流に温度センサを有し、それらの温度センサの検出値に基づいてＤＰＦの温度を推定するとともに、ポスト噴射量を「目標温度と、その推定されたＤＰＦの温度と、の差」に基づいてフィードバック制御するようになっている（例えば、特許文献１を参照。)。

特開２００５−３２０９１４号公報

ところで、内燃機関の排ガスには、ＰＭのみならず、アッシュ（灰：ＡＳＨ）も含まれている。アッシュは、例えば、エンジンオイルが消費されたときに生成される。アッシュは、不燃性であるので、ＤＰＦ再生制御により除去され得ず、ＤＰＦ内に堆積する。その結果、ＤＰＦの熱容量はアッシュ量が多くなるほど大きくなる。しかしながら、上記従来技術は、アッシュに基づくＤＰＦの熱容量の変化をＤＰＦ再生制御において考慮していないので、ＤＰＦの温度を目標の温度（指令温度）に精度良くフィードバック制御できず、或いは、ＤＰＦの温度を目標の温度に短時間内に到達させ得ないという問題を有する。

本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、ＤＰＦ再生制御にアッシュ量を反映させることにより、より適切なＤＰＦ再生制御を実現することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
前記機関の排気通路に配設されるとともに同機関の排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
所定の再生開始条件（ＤＰＦ再生制御開始条件）が成立したときに前記パティキュレートフィルタの実際の温度が所定の指令温度に一致するように同パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量をフィードバック制御する再生制御手段と、
を備え、前記パティキュレートフィルタの温度を上昇させて同パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させることにより同パティキュレートフィルタを再生する。

前記再生制御手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ量を推定するとともに同推定したアッシュ量に基づいて前記フィードバック制御にて使用される制御パラメータを変更するように構成される。

これによれば、アッシュ量が変化することによりパティキュレートフィルタの熱容量が変化しても、その熱容量に応じた適切なフィードバック制御が実行される。従って、パティキュレートフィルタの温度を指令温度に精度良く短時間内に到達させることができる。その結果、パティキュレートフィルタの破損及び触媒等の劣化を招くことなく且つパティキュレートフィルタの再生を短時間内に終了することができる。

この場合、前記再生制御手段は、温度センサと、前記温度センサの出力値を温度センサ検出温度に変換する温度変換部と、を含むことができる。前記温度センサは、「前記排気通路であって前記パティキュレートフィルタの下流位置」又は「前記パティキュレートフィルタの内部」に配設され、その配設された部位の温度に応じて変化する出力値を出力する。

更に、この場合、前記再生制御手段は、温度センサモデルを用いることにより、再生開始条件の成立時点からの時間経過に応じた温度センサ目標検出温度を算出し、その算出した温度センサ目標検出温度と前記温度変換部により変換された前記温度センサ検出温度とが一致するように前記パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量を制御することによって前記フィードバック制御を実行するように構成される。

前記温度センサモデルは、
（１）特定の時点から前記温度センサが配設された部位の温度が前記指令温度となるように予め定められた所定量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに継続的に加え始めた場合における同特定の時点からの経過時間に対する前記温度センサ検出温度を推定するモデルであり、且つ、
（２）その推定した温度センサ検出温度を前記フィードバック制御における目標値である温度センサ目標検出温度として発生するモデルである。

前記温度センサモデルは、例えば、Ｐａｄｅ近似に基づいて構築されるモデルであり、
Ａ．前記特定の時点から前記温度センサ検出温度が変化を開始するまでのむだ時間に対応するむだ時間パラメータ、及び、
Ｂ．前記温度センサ検出温度の変化遅れ度合を示す時定数に対応する遅れパラメータ、
を用いて構築される。

そして、前記再生制御手段は、前記推定したアッシュ量に基づいて、前記制御パラメータとしての「前記むだ時間パラメータ及び前記遅れパラメータ」を変更するように構成される。例えば、前記再生制御手段は、前記推定したアッシュ量が大きいほど前記むだ時間パラメータを大きくするように構成されることもでき、前記推定したアッシュ量が大きいほど前記温度センサ目標検出温度の変化遅れ度合が大きくなるように前記遅れパラメータを変更するように構成され得る。

これによれば、アッシュ量が変化してパティキュレートフィルタの熱容量が変化していたとしても、温度センサモデルにより算出される温度センサ目標検出温度が実際の温度センサ検出温度に近しい値となる。よって、フィードバック制御がオーバーシュート等を発生させることなく円滑に行われ得る。

加えて、前記制御パラメータは前記フィードバック制御における制御ゲインであってもよい。この場合、前記再生制御手段は、前記推定したアッシュ量が大きいほど前記制御ゲインを小さくするように構成され得る。

これによれば、アッシュ量の変化に伴うパティキュレートフィルタの熱容量の変化に応じて適切な制御ゲイン（積分ゲイン及び／又は比例ゲイン等）を設定することができる。よって、フィードバック制御がオーバーシュート等を発生させることなく円滑に行われ得る。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の実施形態に係る排気浄化装置及び同排気浄化装置が適用される内燃機関の概略構成図である。 図１に示した排気浄化装置が実行するＤＰＦ再生制御を説明するためのブロック図である。 メイン噴射期間及びポスト噴射期間を説明するための図である。 指令温度が変化した場合の各値の変化の様子を示したタイムチャートである。 図１に示した排気浄化装置が使用する第１温度センサモデルのブロック図である。 （Ａ）は第１温度センサの出力値のむだ時間と空気量との関係を示したグラフであり、（Ｂ）は第２温度センサの出力値のむだ時間と「空気量及びアッシュ量」との関係を示したグラフである。 （Ａ）は第１温度センサの出力値の固有周波数と空気量との関係を示したグラフであり、（Ｂ）は第２温度センサの出力値の固有周波数と「空気量及びアッシュ量」との関係を示したグラフである。 （Ａ）は第１温度センサの出力値の時定数と空気量との関係を示したグラフであり、（Ｂ）は第２温度センサの出力値の時定数と「空気量及びアッシュ量」との関係を示したグラフである。 （Ａ）は第１温度センサを用いたフィードバック制御の積分ゲインと空気量との関係を示したグラフであり、（Ｂ）は第２温度センサを用いたフィードバック制御の積分ゲインと「空気量及びアッシュ量」との関係を示したグラフである。 （Ａ）は第１温度センサを用いたフィードバック制御の比例ゲインと空気量との関係を示したグラフであり、（Ｂ）は第２温度センサを用いたフィードバック制御の比例ゲインと「空気量及びアッシュ量」との関係を示したグラフである。 図１に示した排気浄化装置が使用する第２温度センサモデルのブロック図である。 図１に示したＤＰＦの実際の温度と、第１温度センサの出力値に基づく第１温度センサ検出温度と、の差、の空気量に対する変化を示したグラフである。 図１に示したＤＰＦの実際の温度と、第２温度センサの出力値に基づく第２温度センサ検出温度と、の差、の空気量に対する変化を示したグラフである。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について図面を参照しながら説明する。

（構成）
図１に示したように、この排気浄化装置１０は内燃機関２０に適用される。機関２０はディーゼル機関である。機関２０は、本体部３０、インテークマニホールド及び吸気管を含む吸気通路部４０、並びに、エキゾーストマニホールド及び排気管を含む排気通路部５０を備える。

本体部３０は複数の気筒を有している。複数の気筒のそれぞれには燃料噴射弁３１が配設されている。燃料噴射弁３１は、後述する電気制御装置６０からの指示信号に応答して高圧の燃料を燃焼室内に噴射するようになっている。

吸気通路部４０の吸気管には、ターボチャージャのコンプレッサ４１及び吸気絞り弁４２が配設されている。
コンプレッサ４１は後述するターボチャージャのタービンとともに回転し、吸気を圧縮するようになっている。
吸気絞り弁４２は吸気管に回動可能に支持されている。吸気絞り弁４２は吸気絞り弁アクチュエータ４３により回転され、吸気管の吸気通路断面積を変更するようになっている。

排気通路部５０の排気管には、排気の上流側から下流側に向けて順に、ターボチャージャのタービン５１、ＤＯＣ５２及びＤＰＦ５３が配設されている。
タービン５１は排気により回転させられ、コンプレッサ４１を回転するようになっている。

ＤＯＣ５２は、ディーゼル機関用酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）である。ＤＯＣ５２は、ハニカム構造体のセラミック製担持体の表面に酸化触媒を担持している。ＤＯＣ５２は、排気に含まれる炭化水素成分を触媒反応により燃焼させることにより、排気温度を上昇させるようになっている。これにより、ＤＰＦ５３の温度（床温）が上昇する。

ＤＰＦ５３は、周知の構造を有するセラミック製フィルタである。例えば、ＤＰＦ５３は、ハニカム構造に成形されたコーディライト等の耐熱性セラミックスにより形成される複数のガス流路を備えている。ＤＰＦ５３内に流入した排気は、その複数のガス流路の多孔性の隔壁を通過する。その際、排気中のＰＭ及びアッシュ等が捕集される。

排気浄化装置１０の電気制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御回路である。
電気制御装置６０は、アクセル操作量センサ６１、エアフローメータ６２、機関回転速度センサ６３、最上流温度センサ６４、第１温度センサ６５、第２温度センサ６６、差圧センサ６７及び車速センサ６８と接続されている。

アクセル操作量センサ６１は、運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量を検出し、アクセルペダル操作量ＡＰ（以下、「アクセル操作量ＡＰ」と称呼する。）を出力する。
エアフローメータ６２は、吸気通路部４０の吸気管内を流れる空気の量を検出し、その空気の量を表す信号ＧＡ（以下、「空気量ＧＡ」と称呼する。）を出力する。
機関回転速度センサ６３は、機関２０のクランク軸が所定の回転角度だけ回転する毎にパルスを発生する。電気制御装置６０は、このパルスに基づいて機関回転速度ＮＥを取得するようになっている。なお、電気制御装置６０は図示しないカムポジションセンサからのパルス及び機関回転速度センサ６３からのパルスに基づいて、機関２０の絶対クランク角を取得するようになっている。

最上流温度センサ６４は、排気通路部５０の排気管であって、タービン５１よりも下流位置且つＤＯＣ５２よりも上流位置に配設されている。最上流温度センサ６４は、その配設位置を流れる排気の温度に応じた出力値を発生する。電気制御装置６０は、この最上流温度センサ６４の出力値を温度に変換し、その温度Ｔ０act（以下、「最上流温度検出値Ｔ０act」と称呼する。）を取得するようになっている。

第１温度センサ６５は、排気通路部５０の排気管であって、ＤＯＣ５２よりも下流位置且つＤＰＦ５３よりも上流位置に配設されている。第１温度センサ６５は、その配設位置を流れる排気の温度に応じた出力値ＶＴ１を発生する。電気制御装置６０は、この第１温度センサ６５の出力値ＶＴ１を温度に変換し、その温度Ｔ１act（以下、「第１温度センサ検出温度Ｔ１act」と称呼する。）を取得するようになっている。第１温度センサ検出温度Ｔ１actはＤＯＣ５２から流出し且つＤＰＦ５３に流入する排気の第１温度センサ６５の出力値に基づく検出温度である。よって、第１温度センサ検出温度Ｔ１actはＤＰＦ５３の実際の温度に応じて変化する。

第２温度センサ６６は、排気通路部５０の排気管であって、ＤＰＦ５３の近傍且つＤＰＦ５３よりも下流位置に配設されている。第２温度センサ６６は、その配設位置を流れる排気の温度に応じた出力値ＶＴ２を発生する。電気制御装置６０は、この第２温度センサ６６の出力値ＶＴ２を温度に変換し、その温度Ｔ２act（以下、「第２温度センサ検出温度Ｔ２act」と称呼する。）を取得するようになっている。第２温度センサ検出温度Ｔ２actはＤＰＦ５３から流出した排気の第２温度センサ６６の出力値に基づく検出温度である。よって、第２温度センサ検出温度Ｔ２actはＤＰＦ５３の実際の温度に応じて変化する。なお、第２温度センサ６６はＤＰＦ５３内に配設されていてもよい。

差圧センサ６７は、圧力導入管５４に配設されている。圧力導入管５４の一端は、排気管のタービン５１とＤＯＣ５２との間の位置に接続されている。圧力導入管５４の他端は、排気管のＤＰＦ５３の下流位置に接続されている。従って、差圧センサ６７は、ＤＯＣ５２及びＤＰＦ５３の「上流位置の排気圧力と下流位置の排気圧力との差」に応じた値を検出し、その検出した値Ｐｄ（以下、「ＤＰＦ前後差圧Ｐｄ」と称呼する。）を出力する。

車速センサ６８は、機関２０が搭載された車両の速度を検出し、その検出した車速ＳＰＤを出力する。

電気制御装置６０は、更に、吸気絞り弁アクチュエータ４３及び複数の燃料噴射弁３１等と接続されている。電気制御装置６０は、これらに指示信号を送出するようになっている。

（ＤＰＦ再生制御の概要）
次に、上記のように構成された排気浄化装置１０によるＤＰＦ再生制御の概要について説明する。排気浄化装置１０は、ＤＰＦ５３に捕集された（堆積した）ＰＭの量（以下、「ＰＭ堆積量」と称呼する。）を周知の手法により推定している。例えば、排気浄化装置１０は、ＤＰＦ前後差圧Ｐｄに基づいてＰＭ堆積量を推定する。ＰＭ堆積量が大きくなるほどＤＰＦ前後差圧Ｐｄは増大する。ＰＭ堆積量は、前回のＰＭ再生制御終了後からの機関の空気量ＧＡの積算値、或いは、メイン燃料噴射量Ｑfinの積算値に基づいて推定されることもできる。排気浄化装置１０は、そのＰＭ堆積量が制御開始許容量ＰＭｔｈ以上となったとき（即ち、ＤＰＦ再生制御開始条件成立時、又は、「再生開始条件」成立時）ＤＰＦ再生制御を実行する。ＤＰＦ再生制御において「ＤＰＦ５３の温度を上昇するためにＤＰＦ５３に加えられるエネルギー」は、本例においては、所謂「ポスト噴射」される燃料によりもたらされる。

更に、排気浄化装置１０は、ＤＰＦ５３に堆積したアッシュの量（以下、「アッシュ量ＳＡＳＨ」と称呼する。）を後述する周知の手法により推定している。アッシュ量ＳＡＳＨが大きくなるとＤＰＦ５３の熱容量も大きくなる。そこで、排気浄化装置１０は、そのアッシュ量ＳＡＳＨをＤＰＦ再生制御に反映する。

より具体的には、排気浄化装置１０は、第１温度センサモデルを用いることによりＤＰＦ再生制御における「第１温度センサ６５を使用するフィードバック制御の目標値」を算出する。以下、この目標値は「第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgt」と称呼される。第１温度センサモデルは、「指令温度に応じて定まる所定の目標温度（第１温度センサ目標温度Ｔ１in）」に対する「第１温度センサ６５の出力値に基づく検出温度（第１温度センサ検出温度Ｔ１act）」を推定するモデルであり、その推定値を第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtとして出力する。指令温度は、ＤＰＦ再生制御におけるＤＰＦ５３の温度（床温）の最終的な目標温度である。

第１温度センサモデルは、「第１温度センサ目標温度Ｔ１inの変化に対する第１温度センサ検出温度Ｔ１actの変化のむだ時間に対応するむだ時間パラメータ」及び「第１温度センサ目標温度Ｔ１inの変化に対する第１温度センサ検出温度Ｔ１actの変化の時定数に対応する遅れパラメータ」をパラメータとして含む。遅れパラメータは、一次遅れ式により第１温度センサモデルが構築されている場合には「時定数Ｔｄ」であり、Ｐａｄｅ近似の二次遅れ式により第１温度センサモデルが構築されている場合には「固有周波数ωｎ」である。排気浄化装置１０は、この第１温度センサモデルの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」を空気量ＧＡに基づいて変更する（図６の（Ａ）、図７の（Ａ）及び図８の（Ａ）を参照。)。

そして、排気浄化装置１０は、第１温度センサ検出温度Ｔ１actが第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtに一致するように、周知のＰＩ制御（又はＰＩＤ制御）に則ってポスト燃料噴射量のフィードバック量（第１フィードバック量）を算出する。その際、排気浄化装置１０は、ＰＩ制御に用いるフィードバック制御定数（積分ゲインＫｉ１及び比例ゲインＫｐ１等）を「空気量ＧＡ」に基づいて変更する（図９の（Ａ）及び図１０の（Ａ）を参照。)。

同様に、排気浄化装置１０は第２温度センサモデルを用いることによりＤＰＦ再生制御における「第２温度センサ６６を使用するフィードバック制御の目標値」を算出する。以下、この目標値は「第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgt」と称呼される。第２温度センサモデルは、「指令温度に応じて定まる所定の目標温度（第２温度センサ目標温度Ｔ２in）」に対する「第２温度センサ６６の出力値に基づく検出温度（第２温度センサ検出温度Ｔ２act）」を推定するモデルであり、その推定値を第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtとして出力する。

第２温度センサモデルは、第１温度センサモデルと同型の伝達関数により表現される。
従って、第２温度センサモデルは、「第２温度センサ目標温度Ｔ２inの変化に対する第２温度センサ検出温度Ｔ２actの変化のむだ時間に対応するむだ時間パラメータ」及び「第２温度センサ目標温度Ｔ２inの変化に対する第２温度センサ検出温度Ｔ２actの変化の時定数に対応する遅れパラメータ」をパラメータとして含む。但し、これらの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」が、第１温度センサモデルにて使用される「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」と相違する。排気浄化装置１０は、第２温度センサモデルの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」を「空気量ＧＡ及びアッシュ量ＳＡＳＨ」に基づいて変更する（図６の（Ｂ）、図７の（Ｂ）及び図８の（Ｂ）を参照。)。

そして、排気浄化装置１０は、第２温度センサ検出温度Ｔ２actが第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtに一致するように、周知のＰＩ制御（又はＰＩＤ制御）に則ってポスト燃料噴射量のフィードバック量（第２フィードバック量）を算出する。その際、排気浄化装置１０は、ＰＩ制御に用いるフィードバック制御定数（積分ゲインＫｉ２及び比例ゲインＫｐ２等）を「空気量ＧＡ及びアッシュ量ＳＡＳＨ」に基づいて変更する（図９の（Ｂ）及び図１０の（Ｂ）を参照。)。

なお、第１温度センサ６５をＤＰＦ再生制御のフィードバック制御に使用するか（即ち、第１フィードバック量を最終的なフィードバック量とするか）、第２温度センサ６６をＤＰＦ再生制御のフィードバック制御に使用するか（即ち、第２フィードバック量を最終的なフィードバック量とするか）は、以下の点を考慮して決定される。

・ＤＰＦ再生制御においてＤＰＦ５３の温度が収束した場合における実際のＤＰＦ５３の温度（床温）Ｔact（以下、「実ＤＰＦ温度Ｔact」と称呼する。）と第１温度センサ検出温度Ｔ１actとの差（乖離温度）。
・ＤＰＦ再生制御においてＤＰＦ５３の温度が収束した場合における実ＤＰＦ温度Ｔactと第２温度センサ検出温度Ｔ２actとの差（乖離温度）。
・第１温度センサモデルの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」。
・第２温度センサモデルの「むだ時間パラメータ及び遅れパラメータ」。

この結果、特に、第２フィードバック量が最終的なフィードバック量として用いられる場合、アッシュ量ＳＡＳＨによりＤＰＦ５３の熱容量が変化した場合であっても（換言すると、アッシュ量ＳＡＳＨに関わらず）、ＤＰＦ５３の温度を狙いとする温度に精度良く上昇させることができる。従って、ＤＰＦ５３の再生を「効率よく且つＤＰＦ５３の劣化を招くことなく」行うことができる。

（ＤＰＦ再生制御の詳細）
次に、排気浄化装置１０によるＤＰＦ再生制御の詳細について機能ブロック図である図２を参照しながら説明する。なお、図２に示されたブロックの機能は、実際には電気制御装置６０のＣＰＵが後述する処理を行うことにより実現される。

ＤＰＦ指令温度設定部Ｂ１は、ＤＰＦ再生制御開始条件成立時にＤＰＦ指令温度Ｔshireiを設定する。このＤＰＦ指令温度Ｔshireiは、一定値（例えば、６００℃）であってもよく、機関２０の運転条件（例えば、空気量ＧＡ及び機関回転速度ＮＥ）及び／又はＰＭ堆積量に応じて変更されてもよい。例えば、ＤＰＦ指令温度Ｔshireiは、ＰＭ堆積量が高側閾値を超えている場合にはパティキュレートの急激な燃焼を回避するために低めの温度（例えば、６００℃）に設定され、ＰＭ堆積量が高側閾値よりも小さく且つ制御開始許容量ＰＭｔｈよりも大きい場合にはＤＰＦ再生制御に要する時間を短縮するために高めの温度（例えば、６５０℃）に設定されてもよい。

基本ポスト噴射量演算部Ｂ２は、ＤＰＦ指令温度Ｔshirei、機関回転速度ＮＥ及びメイン燃料噴射量Ｑfinに基づいて基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅを決定する。基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅは、その量の燃料が図３に示した「膨張下死点近傍のポスト噴射期間（メイン燃料噴射による燃焼が終了した後の期間）」において燃料噴射弁３１から噴射されたとき、実ＤＰＦ温度ＴactがＤＰＦ指令温度Ｔshireiに一致するように、予め実験により定められたフィードフォワード量である。なお、メイン燃料噴射量Ｑfinは、例えば、アクセル操作量ＡＰ及び機関回転速度ＮＥから推定される要求トルクに基づいて別途ＣＰＵにより算出される。メイン燃料噴射量Ｑfinの燃料は、図３に示したように、圧縮上死点近傍のメイン噴射期間において燃料噴射弁３１から噴射される。

図２に示した第１温度センサ目標検出温度演算部Ｂ３は、第１温度センサ目標温度Ｔ１inを入力し、その第１温度センサ目標温度Ｔ１inに基づき第１温度センサモデルを用いて第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtを演算・出力する。ここで、第１温度センサ目標温度Ｔ１inは、ＤＰＦ指令温度Ｔshireiからオフセット値Ｏｆｆｓｅｔ１を減じた値（Ｔ１in＝Ｔshirei−Ｏｆｆｓｅｔ１）である。このオフセット値Ｏｆｆｓｅｔ１は、図４に示したように、ＤＰＦ５３の実際の温度（実ＤＰＦ温度Ｔact）がＤＰＦ指令温度Ｔshireiに一致（収束）した場合における「ＤＰＦ指令温度Ｔshireiと第１温度センサ検出温度Ｔ１actとの差（定常的な偏差、乖離温度）」である。オフセット値Ｏｆｆｓｅｔ１には一定値が設定されもよく、空気量ＧＡに応じて変化する値が設定されてもよい（図１２のラインＣ１を参照。）。

ここで、第１温度センサ目標検出温度演算部Ｂ３が使用する第１温度センサモデルＭ１について説明する。第１温度センサモデルＭ１は図５に示したように、第１温度センサ目標温度Ｔ１inを入力とし、第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtを出力するためのモデルである。

ところで、図４は、時刻ｔ０（特定の時点）にてＤＰＦ再生制御が開始されてＤＰＦ指令温度Ｔshireiが増大され、これにより、実ＤＰＦ温度ＴactをＤＰＦ指令温度Ｔshireiに一致させるように予め適合されている基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅの燃料がポスト噴射された場合についての各値の挙動を示している。

図４によれば、第１温度センサ検出温度Ｔ１actはむだ時間Ｌ１が経過した時刻ｔ１にて増大し始める。むだ時間Ｌ１は、ポスト噴射により供給された燃料がＤＯＣ５２にて燃焼し、それによってＤＰＦ５３に流入する排気温度が上昇を開始するまでの時間に相当している。更に、図４から理解されるように、第１温度センサ検出温度Ｔ１actは、遅れを伴って増大する。即ち、第１温度センサ検出温度Ｔ１actの変化は、むだ時間と、一次遅れ又は二次遅れと、を表現する式（本例において周知のＰａｄｅ近似（二次））により近似することができる。

そこで、第１温度センサモデルＭ１は、以下の（１）式の伝達関数を有するモデルとして構築される。

第１温度センサ目標検出温度演算部Ｂ３は、上記（１）式のむだ時間Ｌとして第１温度センサ６５のむだ時間Ｌ１を適用するとともに、固有周波数ωｎとして第１温度センサ６５の固有周波数ωｎ１を適用する。

ところで、実験によれば、図６の（Ａ）に示したように、むだ時間Ｌ１は空気量ＧＡが大きくなるほど小さくなる。空気量ＧＡが大きいほど基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅが大きくなってＤＯＣ５２（従って、ＤＰＦ５３）に投入されるエネルギー量が大きくなるからである。

更に、図７の（Ａ）に示したように、固有周波数ωｎ１は空気量ＧＡが大きくなるほど大きくなる。これは、図８の（Ａ）に示したように、一次遅れの近似式で第１温度センサモデルを構築した場合の時定数Ｔｄ１が空気量ＧＡが大きいほど小さくなる（即ち、第１温度センサ検出温度Ｔ１actが相対的に早く増大する）ことに対応している。

係る観点に基づき、第１温度センサ目標検出温度演算部Ｂ３は、実際の空気量ＧＡを図６の（Ａ）に示したテーブルに適用してむだ時間Ｌ１を取得し、そのむだ時間Ｌ１を上記（１）式のむだ時間Ｌに代入する。更に、第１温度センサ目標検出温度演算部Ｂ３は、実際の空気量ＧＡを図７の（Ａ）に示したテーブルに適用して固有周波数ωｎ１を取得し、その固有周波数ωｎ１を上記（１）式の固有周波数ωｎに代入する。以上により、第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtが算出される。この第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtは、ＤＰＦの再生開始条件成立時点からの時間経過に応じて変化する第１温度センサ検出温度Ｔ１actの目標値である。

再び図２を参照すると、温度変換部Ｂ４は、第１温度センサ６５の出力値ＶＴ１を関数ｆを用いて第１温度センサ検出温度Ｔ１actに変換する。関数ｆによれば、出力値ＶＴ１が大きいほど第１温度センサ検出温度Ｔ１actは高い値となる。

第１フィードバックコントローラＢ５は、第１温度センサ検出温度Ｔ１actが第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtに一致するように、ポスト燃料噴射量ＱＰの第１フィードバック量ＫＦＢ１をＰＩ（比例積分）制御に則って算出する。即ち、第１フィードバックコントローラＢ５は、下記の（２）式に従って第１フィードバック量ＫＦＢ１を算出する。（２）式において、ΔＴ１は第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtから第１温度センサ検出温度Ｔ１actを減じた値である（ΔＴ１＝第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgt−第１温度センサ検出温度Ｔ１act）。

上記（２）式における積分ゲイン（積分定数）Ｋｉ１は図９の（Ａ）に示したように空気量ＧＡが大きいほど大きくなるように設定される。同様に、上記（２）式における比例ゲイン（比例定数）Ｋｐ１は図１０の（Ａ）に示したように空気量ＧＡが大きいほど大きくなるように設定される。積分ゲイン及び比例ゲインはフィードバック制御における制御ゲインであり、フィードバック制御の制御パラメータでもある。

図２に示した第２温度センサ目標検出温度演算部Ｂ６は、第２温度センサ目標温度Ｔ２inを入力し、その第２温度センサ目標温度Ｔ２inに基づき第２温度センサモデルを用いて第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtを演算・出力する。ここで、第２温度センサ目標温度Ｔ２inは、ＤＰＦ指令温度Ｔshireiからオフセット値Ｏｆｆｓｅｔ２を減じた値（Ｔ２in＝Ｔshirei−Ｏｆｆｓｅｔ２）である。このオフセット値Ｏｆｆｓｅｔ２は、図４に示したように、ＤＰＦ５３の実際の温度（実ＤＰＦ温度Ｔact）がＤＰＦ指令温度Ｔshireiに一致（収束）した場合における「ＤＰＦ指令温度Ｔshireiと第２温度センサ検出温度Ｔ２actとの差（定常的な偏差、乖離温度）」である。オフセット値Ｏｆｆｓｅｔ２には一定値が設定されもよく、空気量ＧＡに応じて変化する値が設定されてもよい（図１３のラインＣ１を参照。）。

ここで、第２温度センサ目標検出温度演算部Ｂ６が使用する第２温度センサモデルＭ２について説明する。第２温度センサモデルＭ２は、図１１に示したように、第２温度センサ目標温度Ｔ２inを入力とし、第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtを出力するためのモデルである。

図４に示したように、第２温度センサ検出温度Ｔ２actは「むだ時間Ｌ１よりも長いむだ時間Ｌ２」が経過した時刻ｔ２にて増大し始める。むだ時間Ｌ２は、ポスト噴射により供給された燃料がＤＯＣ５２にて燃焼し、それによってＤＰＦ５３に流入する排気温度が上昇し、更に、その高温の排気がＤＰＦ５３の温度を増大し始めるまでの時間に対応している。更に、図４から理解されるように、第２温度センサ検出温度Ｔ２actは、遅れを伴って増大する。即ち、第２温度センサ検出温度Ｔ２actの変化も、むだ時間と、一次遅れ又は二次遅れと、を表現する式（本例において周知のＰａｄｅ近似（二次））により近似することができる。従って、第２温度センサモデルＭ２は、上述した第１温度センサモデルＭ１と同じ形の伝達関数（即ち、上記（１）式の伝達関数）により表される。但し、第２温度センサ目標検出温度演算部Ｂ３は、上記（１）式のむだ時間Ｌとして第２温度センサ６６のむだ時間Ｌ２を適用するとともに、固有周波数ωｎとして第２温度センサ６６の固有周波数ωｎ２を適用する。

ところで、実験によれば、図６の（Ｂ）に示したように、むだ時間Ｌ２は空気量ＧＡが大きくなるほど小さくなる。空気量ＧＡが大きいほど基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅが大きくなってＤＯＣ５２（従って、ＤＰＦ５３）に投入されるエネルギー量が大きくなるからである。更に、むだ時間Ｌ２は、図６の（Ｂ）のラインＣ２及びＣ３により示したように、アッシュ量ＳＡＳＨが大きいほど大きくなる。アッシュ量ＳＡＳＨが大きいほどＤＰＦ５３の熱容量が増大するとともに、ＤＰＦ５３内を排気が通過する時間が長くなるからである。

更に、図７の（Ｂ）に示したように、固有周波数ωｎ２は空気量ＧＡが大きくなるほど大きくなる。これは、図８の（Ｂ）に示したように、一次遅れの近似式で第２温度センサモデルを構築した場合の時定数Ｔｄ２が空気量ＧＡが大きいほど小さくなる（即ち、第２温度センサ検出温度Ｔ２actが相対的に早く増大する）ことに対応している。更に、固有周波数ωｎ２は、図７の（Ｂ）のラインＣ２及びＣ３により示したように、アッシュ量ＳＡＳＨが大きいほど小さくなる。これは、図８の（Ｂ）のラインＣ２及びＣ３により示したように、一次遅れの近似式で第２温度センサモデルを構築した場合の時定数Ｔｄ２がアッシュ量ＳＡＳＨが大きいほど大きくなる（即ち、第２温度センサ検出温度Ｔ２actが相対的に遅く増大する）ことに対応している。アッシュ量ＳＡＳＨが大きいほどＤＰＦ５３の熱容量が増大するからである。

係る観点に基づき、第２温度センサ目標検出温度演算部Ｂ６は、実際の「空気量ＧＡ及びアッシュ量ＳＡＳＨ量」を図６の（Ｂ）に示したテーブルに適用してむだ時間Ｌ２を取得し、そのむだ時間Ｌ２を上記（１）式のむだ時間Ｌに代入する。更に、第２温度センサ目標検出温度演算部Ｂ６は、実際の「空気量ＧＡ及びアッシュ量ＳＡＳＨ量」を図７の（Ｂ）に示したテーブルに適用して固有周波数ωｎ２を取得し、その固有周波数ωｎ２を上記（１）式の固有周波数ωｎに代入する。以上により、第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtが算出される。この第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtは、ＤＰＦの再生開始条件成立時点からの時間経過に応じて変化する第２温度センサ検出温度Ｔ２actの目標値である。

再び図２を参照すると、温度変換部Ｂ７は、第２温度センサ６６の出力値ＶＴ２を関数ｆを用いて第２温度センサ検出温度Ｔ２actに変換する。関数ｆによれば、出力値ＶＴ２が大きいほど第２温度センサ検出温度Ｔ２actは高い値となる。

第２フィードバックコントローラＢ８は、第２温度センサ検出温度Ｔ２actが第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtに一致するように、ポスト燃料噴射量ＱＰの第２フィードバック量ＫＦＢ２をＰＩ（比例積分）制御に則って算出する。即ち、第２フィードバックコントローラＢ８は、下記の（３）式に従って第２フィードバック量ＫＦＢ２を算出する。（３）式において、ΔＴ２は第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtから第２温度センサ検出温度Ｔ２actを減じた値である（ΔＴ２＝第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgt−第２温度センサ検出温度Ｔ２act）。

上記（３）式における積分ゲイン（積分定数）Ｋｉ２は、図９の（Ｂ）に示したように、空気量ＧＡが大きいほど大きくなるように、且つ、アッシュ量ＳＡＳＨが大きくなるほど小さくなるように設定される。同様に、上記（３）式における比例ゲイン（比例定数）Ｋｐ２は、図１０の（Ｂ）に示したように、空気量ＧＡが大きいほど大きくなるように、且つ、アッシュ量ＳＡＳＨが大きくなるほど小さくなるように設定される。積分ゲイン及び比例ゲイン等の「フィードバック制御における制御ゲイン（フィードバック制御の制御パラメータ）」がアッシュ量ＳＡＳＨが大きいほど小さい値に設定されるのは、アッシュ量ＳＡＳＨが大きいほどＤＰＦ５３の熱容量が大きくなることに起因してフィードバック制御が発散することを回避するためである。但し、これらの制御ゲインは、アッシュ量ＳＡＳＨに対して適切になるように定められればよく、アッシュ量ＳＡＳＨが大きくなるほど大きくなるように設定されてもよい。

以上のようにして算出される「第１フィードバック量ＫＦＢ１及び第２フィードバック量ＫＦＢ２」は図２のフィードバック量決定部Ｂ９に入力される。フィードバック量決定部Ｂ９は、それらの何れか一方を最終的なフィードバック量ＫＦＢとして採用して出力する。より具体的に述べると、空気量ＧＡが閾値ＧＡｔｈ以下である場合、フィードバック量決定部Ｂ９は第１フィードバック量ＫＦＢ１を最終的なフィードバック量ＫＦＢとして採用する。これに対し、空気量ＧＡが閾値ＧＡｔｈよりも大きい場合、フィードバック量決定部Ｂ９は第２フィードバック量ＫＦＢ２を最終的なフィードバック量ＫＦＢとして採用する。この理由について次に述べる。

図１２は、第１温度センサ検出温度Ｔ１actが所定温度（例えば、５００℃）であるときの「空気量ＧＡに対する、実ＤＰＦ温度Ｔactと第１温度センサ検出温度Ｔ１actとの差（乖離温度）」を示すグラフである。実線Ｃ１は実ＤＰＦ温度Ｔactと第１温度センサ検出温度Ｔ１actと差の設計上の値を示す。破線Ｃ２は、実ＤＰＦ温度Ｔactと第１温度センサ検出温度Ｔ１actとの差の「ばらつき上限値」を示し、破線Ｃ３はその差の「ばらつき下限値」を示す。

これによれば、空気量ＧＡが閾値ＧＡｔｈ以下である場合、ばらつき上限値及びばらつき下限値とも設計上の値に近い。これに対し、空気量ＧＡが閾値ＧＡｔｈよりも大きい場合、ばらつき下限値は設計上の値に近いが、ばらつき上限値は設計上の値から大きく乖離している。この理由は、空気量ＧＡが大きい場合にはＤＯＣ５２内にて燃焼できない未燃成分が増大し、その未燃成分がＤＰＦ５３内にて燃焼して発熱するからである。

図１３は、第２温度センサ検出温度Ｔ２actが所定温度（例えば、５００℃）であるときの「空気量ＧＡに対する、実ＤＰＦ温度Ｔactと第２温度センサ検出温度Ｔ２actとの差（乖離温度）」を示すグラフである。実線Ｃ１は、実ＤＰＦ温度Ｔactと第２温度センサ検出温度Ｔ２actとの差の設計上の値を示す。破線Ｃ２は、実ＤＰＦ温度Ｔactと第２温度センサ検出温度Ｔ２actとの差の「ばらつき上限値」を示し、破線Ｃ３はその差の「ばらつき下限値」を示す。図１３から明らかなように、空気量ＧＡに依らず、ばらつき上限値及びばらつき下限値とも設計上の値に近い。

これに対し、図６の（Ａ）及び（Ｂ）から理解できるように、第１温度センサ６５のむだ時間Ｌ１は第２温度センサ６６のむだ時間Ｌ２よりも小さい。但し、第２温度センサ６６のむだ時間Ｌ２は、空気量ＧＡが大きくなるほど小さくなる。更に、図７の（Ａ）及び（Ｂ）から理解できるように、第１温度センサ６５の固有周波数ωｎ１は第２温度センサ６６の固有周波数ωｎ２よりも大きい。但し、第２温度センサ６６の固有周波数ωｎ２は、空気量ＧＡが大きくなるほど大きくなる。

以上から、空気量ＧＡが閾値空気量ＧＡｔｈ以下であれば、第１温度センサ検出温度Ｔ１actは実ＤＰＦ温度Ｔactと大きく乖離せず且つ「むだ時間及び固有周波数」の点で第２温度センサ検出温度Ｔ２actよりもフィードバック制御上有利である。一方、空気量ＧＡが閾値空気量ＧＡｔｈよりも大きくなると、第１温度センサ検出温度Ｔ１actは実ＤＰＦ温度Ｔactと大きく乖離する可能性があるのに対し、第２温度センサ検出温度Ｔ２actは実ＤＰＦ温度Ｔactと大きく乖離する可能性がない。更に、空気量ＧＡが閾値空気量ＧＡｔｈ以上であれば、「むだ時間Ｌ２及び固有周波数ωｎ２」がフィードバック制御上問題となるレベルとはならない。

そこで、フィードバック量決定部Ｂ９は、空気量ＧＡが閾値ＧＡｔｈ以下である場合には第１フィードバック量ＫＦＢ１を最終的なフィードバック量ＫＦＢとして採用し、空気量ＧＡが閾値ＧＡｔｈよりも大きい場合には第２フィードバック量ＫＦＢ２を最終的なフィードバック量ＫＦＢとして採用する。

再び図２を参照すると、フィードバック量決定部Ｂ９から出力されたフィードバック量ＫＦＢは基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅに乗じられ、その積（ＱＰｂａｓｅ・ＫＦＢ）が最終的なポスト燃料噴射量ＱＰとして採用される。即ち、そのポスト燃料噴射量ＱＰの燃料が、図３に示した「膨張下死点近傍のポスト噴射期間」において燃料噴射弁３１から噴射される。以上が、再生制御におけるフィードバック制御の詳細である。

（実際の作動）
次に、排気浄化装置１０の実際の作動について説明する。ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１４にフローチャートにより示した「ＤＰＦ再生制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１４のステップ１４００から処理を開始してステップ１４０５に進み、再生制御実行フラグＸＤＰＦの値が「１」であるか否かを判定する。

この再生制御実行フラグＸＤＰＦの値は、図示しない車両のイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更されたときに実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。更に、再生制御実行フラグＸＤＰＦの値は、後述するようにＤＰＦ再生制御が実行されている期間において「１」に設定される（図１４のステップ１４１５及びステップ１４８５を参照。)。

いま、ＤＰＦ再生制御が実行されておらず、且つ、ＤＰＦ再生制御開始条件が成立していないと仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１４１０に進み、再生制御開始条件が成立しているか否かを判定する。前述した仮定によれば、再生制御開始条件は成立していない。よって、ＣＰＵはステップ１４１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、ポスト噴射は実行されない。

次に、係る状態において、ＤＰＦ再生制御開始条件が成立したと仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定した後、ステップ１４１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１４１５乃至ステップ１４７５の処理を順に行う。

ステップ１４１５：ＣＰＵは、再生制御実行フラグＸＤＰＦの値を「１」に設定する。
ステップ１４２０：ＣＰＵは、現時点が「ＤＰＦ再生制御開始条件が成立した直後の時点」であるか否かを判定する。現時点は、「ＤＰＦ再生制御開始条件が成立した直後の時点」であるので、ＣＰＵはステップ１４２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４２５に進み、上述したようにＰＭ堆積量等に基づいてＤＰＦ指令温度Ｔshireiを決定する。次いで、ＣＰＵはステップ１４３０に進む。なお、現時点が「ＤＰＦ再生制御開始条件が成立した直後の時点」でない場合、ＣＰＵはステップ１４２０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１４３０に直接進む。また、ＤＰＦ指令温度Ｔshireiは一定値であってもよい。

ステップ１４３０：ＣＰＵは、ＤＰＦ指令温度Ｔshirei、機関回転速度ＮＥ及びメイン燃料噴射量Ｑfinに基づいて基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅを決定する。

ステップ１４３５：ＣＰＵはアッシュ量ＳＡＳＨを取得する。ＣＰＵは図示しないルーチンによりアッシュ量ＳＡＳＨを周知の方法に従って別途算出している（例えば、特開２０１０−１９６４９８号公報を参照。)。簡単に述べると、アッシュ量ＳＡＳＨは機関２０の潤滑油（エンジンオイル）の消費量が大きくなるほど大きくなる。潤滑油の消費量は車両の走行距離が大きいほど大きくなる。そこで、ＣＰＵは、「車速ＳＰＤ」を積算することにより車両の走行距離を算出し、その走行距離が大きいほどアッシュ量ＳＡＳＨが大きくなるようにアッシュ量ＳＡＳＨを算出する。

なお、電気制御装置６０に「本体部３０の図示しないオイルパン内に貯留されている潤滑油の液位（オイルレベル）を検出する周知のオイルレベルセンサ」が接続されている場合には、ＣＰＵは、機関２０の始動前にオイルレベルセンサの出力値を取得し、その出力値が低くなるほどアッシュ量ＳＡＳＨが大きくなるようにアッシュ量ＳＡＳＨを算出してもよい。

ステップ１４４０：ＣＰＵは、第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtを上述したように第１温度センサモデルを用いて演算する。より具体的に述べると、ＣＰＵは図１５に示したルーチンを実行することにより、第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtを算出する。即ち、ＣＰＵはステップ１４４０に進むと、以下に述べるステップ１５１０乃至ステップ１５４０の処理を順に行い、その後、図１４のステップ１４４５に進む。

ステップ１５１０：ＣＰＵは、図６の（Ａ）に示したテーブルＭａｐＬ１（ＧＡ）に実際の空気量ＧＡを適用することにより、むだ時間Ｌ１を取得する。
ステップ１５２０：ＣＰＵは、図７の（Ａ）に示したテーブルＭａｐωｎ１（ＧＡ）に実際の空気量ＧＡを適用することにより、固有周波数ωｎ１を取得する。

ステップ１５３０：ＣＰＵは、下記の（４）式及び（５）式により計算中間値ｗ（ｎ）を算出する。これらの式において、固有周波数ωｎには固有周波数ωｎ１が代入される。また、ｚ（ｎ）は、第１温度センサ目標温度Ｔ１inであり、ＤＰＦ指令温度Ｔshireiからオフセット値Ｏｆｆｓｅｔ１を減じた値（Ｔ１in＝Ｔshirei−Ｏｆｆｓｅｔ１）である。なお、（４）及び（５）式において、前回値ｗ（ｎ−１）及び前々回値ｗ（ｎ−２）が存在しない場合、これらには互いに同じ適当な初期値（例えば、第１温度センサ検出温度Ｔ１act）が適用される。これらの式は、第１温度センサモデルの二次遅れに関する部分を離散化した式である。なお、演算周期Ｔは本ルーチンの実行間隔時間である。

ステップ１５４０：ＣＰＵは、下記の（６）式及び（７）式により値ｙ（ｎ）を第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtとして算出する。（６）式及び（７）式において、むだ時間Ｌにはむだ時間Ｌ１が代入される。なお、（６）及び（７）式において、前回値ｙ（ｎ−１）及び前々回値ｙ（ｎ−２）が存在しない場合、これらには互いに同じ適当な初期値（例えば、第１温度センサ検出温度Ｔ１act）が適用される。これらの式は、第１温度センサモデルのむだ時間に関する部分を離散化した式である。

ステップ１４４５：ＣＰＵは、第１フィードバック量ＫＦＢ１を上述したようにＰＩ制御に則って演算する。より具体的に述べると、ＣＰＵは図１６に示したルーチンを実行することにより、第１フィードバック量ＫＦＢ１を算出する。即ち、ＣＰＵはステップ１４４５に進むと、以下に述べるステップ１６１０乃至ステップ１６６０の処理を順に行い、その後、ＣＰＵは図１４のステップ１４５０に進む。

ステップ１６１０：ＣＰＵは、第１温度センサ６５の出力値ＶＴ１を関数ｆを用いて第１温度センサ検出温度Ｔ１actに変換する。
ステップ１６２０：ＣＰＵは、第１温度センサ目標検出温度Ｔ１tgtから第１温度センサ検出温度Ｔ１actを減ずることにより偏差ΔＴ１を算出する。
ステップ１６３０：ＣＰＵは、前回の積算値ＳＴ１（ｎ−１）（その時点における積算値）にステップ１６２０にて求めた偏差ΔＴ１を加えることにより、今回の積算値ＳＴ１（ｎ）を算出する。なお、積算値ＳＴ１の初期値は「０」である。

ステップ１６４０：ＣＰＵは、図９の（Ａ）に示したテーブルＭａｐＫｉ１（ＧＡ）に実際の空気量ＧＡを適用することにより、積分ゲインＫｉ１を取得する。
ステップ１６５０：ＣＰＵは、図１０の（Ａ）に示したテーブルＭａｐＫｐ１（ＧＡ）に実際の空気量ＧＡを適用することにより、比例ゲインＫｐ１を取得する。

ステップ１６６０：ＣＰＵは、ステップ１６６０内に記載した式に従って第１フィードバック量ＫＦＢ１を算出する。この式は、上記（２）式に対応する式である。この後、ＣＰＵは図１４のステップ１４５０に進む。

ステップ１４５０：ＣＰＵは、第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtを上述した第２温度センサモデルを用いて演算する。より具体的に述べると、ＣＰＵは図１７に示したルーチンを実行することにより、第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtを算出する。即ち、ＣＰＵはステップ１４５０に進むと、以下に述べるステップ１７１０乃至ステップ１７４０の処理を順に行い、その後、図１４のステップ１４５５に進む。

ステップ１７１０：ＣＰＵは、図６の（Ｂ）に示したテーブルＭａｐＬ２（ＳＡＳＨ，ＧＡ）に実際の「アッシュ量ＳＡＳＨ及び空気量ＧＡ」を適用することにより、むだ時間Ｌ２を取得する。
ステップ１７２０：ＣＰＵは、図７の（Ｂ）に示したテーブルＭａｐωｎ２（ＳＡＳＨ，ＧＡ）に実際の「アッシュ量ＳＡＳＨ及び空気量ＧＡ」を適用することにより、固有周波数ωｎ２を取得する。

ステップ１７３０：ＣＰＵは、上記（４）式及び（５）式により計算中間値ｗ（ｎ）を算出する。これらの式において、固有周波数ωｎには固有周波数ωｎ２が代入される。また、ｚ（ｎ）は、第２温度センサ目標温度Ｔ２inであり、ＤＰＦ指令温度Ｔshireiからオフセット値Ｏｆｆｓｅｔ２を減じた値（Ｔ２in＝Ｔshirei−Ｏｆｆｓｅｔ２）である。この結果、これらの式は、第２温度センサモデルの二次遅れに関する部分を離散化した式となる。

ステップ１７４０：ＣＰＵは、上記（６）式及び（７）式により値ｙ（ｎ）を第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtとして算出する。これらの式において、むだ時間Ｌにはむだ時間Ｌ２が代入される。この結果、これらの式は、第２温度センサモデルのむだ時間に関する部分を離散化した式となる。その後、ＣＰＵは図１４のステップ１４５５に進む。

ステップ１４５５：ＣＰＵは、第２フィードバック量ＫＦＢ２を上述したＰＩ制御に則って演算する。より具体的に述べると、ＣＰＵは図１８に示したルーチンを実行することにより、第２フィードバック量ＫＦＢ２を算出する。即ち、ＣＰＵはステップ１４５５に進むと、以下に述べるステップ１８１０乃至ステップ１８６０の処理を順に行い、その後、図１４のステップ１４６０に進む。

ステップ１８１０：ＣＰＵは、第２温度センサ６６の出力値ＶＴ２を関数ｆを用いて第２温度センサ検出温度Ｔ２actに変換する。
ステップ１８２０：ＣＰＵは、第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgtから第２温度センサ検出温度Ｔ２actを減ずることにより偏差ΔＴ２を算出する。
ステップ１８３０：ＣＰＵは、前回の積算値ＳＴ２（ｎ−１）（その時点における積算値）にステップ１８２０にて求めた偏差ΔＴ２を加えることにより、今回の積算値ＳＴ２（ｎ）を算出する。なお、積算値ＳＴ２の初期値は「０」である。

ステップ１８４０：ＣＰＵは、図９の（Ｂ）に示したテーブルＭａｐＫｉ２（ＳＡＳＨ，ＧＡ）に実際の「アッシュ量ＳＡＳＨ及び空気量ＧＡ」を適用することにより、積分ゲインＫｉ２を取得する。
ステップ１８５０：ＣＰＵは、図１０の（Ｂ）に示したテーブルＭａｐＫｐ２（ＳＡＳＨ，ＧＡ）に実際の「アッシュ量ＳＡＳＨ及び空気量ＧＡ」を適用することにより、比例ゲインＫｐ２を取得する。

ステップ１８６０：ＣＰＵは、ステップ１８６０内に記載した式に従って第２フィードバック量ＫＦＢ２を算出する。この式は、上記（３）式に対応する式である。この後、ＣＰＵは図１４のステップ１４６０に進む。

ステップ１４６０：ＣＰＵは、空気量ＧＡが閾値空気量ＧＡｔｈ以下であるか否かを判定する。このとき、空気量ＧＡが閾値空気量ＧＡｔｈ以下であれば、ＣＰＵはステップ１４６５に進み、フィードバック量ＫＦＢとして第１フィードバック量ＫＦＢ１を格納する。これに対し、空気量ＧＡが閾値空気量ＧＡｔｈよりも大きければ、ＣＰＵはステップ１４７０に進んでフィードバック量ＫＦＢとして第２フィードバック量ＫＦＢ２を格納する。

ステップ１４７５：ＣＰＵは、基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅにフィードバック量ＫＦＢを乗じることにより、最終的なポスト燃料噴射量ＱＰを求め、各気筒のポスト噴射期間においてポスト燃料噴射量ＱＰの燃料を燃料噴射弁３１から噴射させる。この結果、実ＤＰＦ温度ＴactがＤＰＦ指令温度Ｔshireiへと精度良く且つ迅速に近づくので、ＤＰＦ再生制御が円滑に行われる。

この状態において、ＤＰＦ再生制御の終了条件が成立したと仮定する。ＤＰＦ再生制御の終了条件は、例えば、ＰＭ堆積量が制御開始許容量ＰＭｔｈよりも小さい制御終了許可量ＰＭend以下になったときに成立する。或いは、ＤＰＦ再生制御の終了条件は、ＤＰＦ再生制御の開始時点から所定時間が経過した時点にて成立する。

ＤＰＦ再生制御の終了条件が成立すると、ＣＰＵはステップ１４０５に続くステップ１４８０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４８５に進み、再生制御実行フラグＸＤＰＦの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ１４９０に進み、ポスト燃料噴射量ＱＰの値を「０」に設定し、その後、ステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、ＤＰＦ再生制御が終了する。

以上、説明したように、排気浄化装置１０は、所定の再生開始条件が成立したときに（図１４のステップ１４１０を参照。）、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ５３）の実際の温度が所定の指令温度に一致するように同パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量をフィードバック制御する再生制御手段（図１４のステップ１４１５乃至ステップ１４７５を参照。）を備える。更に、その再生制御手段は、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ量ＳＡＳＨを推定するとともに同推定したアッシュ量に基づいて前記フィードバック制御にて使用される制御パラメータ（むだ時間Ｌ２、固有周波数ωｎ２、積分ゲインＫｉ２及び比例ゲインＫｐ２）を変更するように構成されている（図１７のステップ１７１０及びステップ１７２０、並びに、図１８のステップ１８４０及びステップ１８５０を参照。）。

更に、この再生制御手段は、特定の時点から「温度センサ（第２温度センサ６６）が配設された部位の温度」が指令温度Ｔshireiとなるように予め定められた所定量のエネルギー（基本ポスト噴射量ＱＰｂａｓｅ）をＤＰＦ５３に継続的に加え始めた場合における、その特定の時点からの経過時間に対する温度センサ検出温度（第２温度センサ検出温度Ｔ２act）を推定するとともに、その推定した温度センサ検出温度を「前記フィードバック制御における目標値である温度センサ目標検出温度（第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgt）」として発生する温度センサモデルを有する（図１１を参照。）。

その温度センサモデルは、特定の時点（ＤＰＦ再生開始条件成立時）から温度センサ検出温度（第２温度センサ検出温度Ｔ２act）が変化を開始するまでのむだ時間Ｌ２に対応するむだ時間パラメータ、及び、温度センサ検出温度（第２温度センサ検出温度Ｔ２act）の変化遅れ度合を示す時定数に対応する遅れパラメータ（固有周波数ωｎ２）、を用いて構築されている。

そして、再生制御手段は、その温度センサモデルを用いることにより、前記再生開始条件の成立時点からの時間経過に応じた温度センサ目標検出温度（第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgt）を算出し（図１４のステップ１４５０及び図１７を参照。）、その算出した温度センサ目標検出温度（第２温度センサ目標検出温度Ｔ２tgt）と温度変換部Ｂ７（図１８のステップ１８１０）により変換された温度センサ検出温度（第２温度センサ検出温度Ｔ２act）とが一致するように、ＤＰＦ５３に加えられるエネルギーの量（ポスト燃料噴射量）を制御することによって、前述したフィードバック制御を実行するように構成されている（図１８及び図１４のステップ１４５０乃至ステップ１４７５を参照。）。

この結果、アッシュ量が変化することによりＤＰＦ５３の熱容量が変化しても、その熱容量に応じた適切なフィードバック制御が実行される。従って、ＤＰＦ５３の温度を指令温度に精度良く短時間内に到達させることができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、ＤＰＦ再生制御においてＤＰＦ５３に加えられるエネルギー（熱エネルギー）は、ポスト燃料噴射量により変更されるだけではなく、メイン燃料噴射量の噴射時期を遅角すること、吸気絞り弁４２の開度を変更すること、機関２０がＥＧＲシステムを備える場合にはＥＧＲ量を変更すること、及び、機関２０がＤＯＣ５２の直前に燃料添加弁を備える場合にはその燃料添加弁から供給される添加燃料量を変更すること、の何れか一つ又は一つ以上の組み合わせによってなされてもよい。

更に、上記実施形態においては、制御パラメータとしての「むだ時間Ｌ２、固有周波数ωｎ２、積分ゲインＫｉ２及び比例ゲインＫｐ２」がアッシュ量ＳＡＳＨに応じて変更されているが、これらのうちの少なくとも一つがアッシュ量ＳＡＳＨに応じて変更されてもよい。更に、第２温度センサモデルは、Ｐａｄｅの近似式（二次）により構築されているが、むだ時間と遅れを表現する近似式（例えば、むだ時間と一次遅れを表現する式）に基づいて構築されてもよい。更に、ＤＰＦ５３は酸化触媒を担持していてもよい。この場合、ＤＯＣ５２を省略してもよい。

１０…排気浄化装置、２０…内燃機関、３０…本体部、３１…燃料噴射弁、４０…吸気通路部、５０…排気通路部、５２…ＤＯＣ、５３…ＤＰＦ、６０…電気制御装置、６５…第１温度センサ、６６…第２温度センサ。

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に配設されるとともに同機関の排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
   所定の再生開始条件が成立したときに前記パティキュレートフィルタの実際の温度が所定の指令温度に一致するように同パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量をフィードバック制御する再生制御手段と、
   を備え、前記パティキュレートフィルタの温度を上昇させて同パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させることにより同パティキュレートフィルタを再生する内燃機関の排気浄化装置において、
   前記再生制御手段は、前記パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ量を推定するとともに同推定したアッシュ量に基づいて前記フィードバック制御にて使用される制御パラメータを変更するように構成された排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記再生制御手段は、
   前記排気通路であって前記パティキュレートフィルタの下流位置又は同パティキュレートフィルタの内部に配設されるとともに同配設された部位の温度に応じて変化する出力値を出力する温度センサと、前記温度センサの出力値を温度センサ検出温度に変換する温度変換部と、を含み、
   特定の時点から前記温度センサが配設された部位の温度が前記指令温度となるように予め定められた所定量のエネルギーを前記パティキュレートフィルタに継続的に加え始めた場合における同特定の時点からの経過時間に対する前記温度センサ検出温度を推定するとともに同推定した温度センサ検出温度を前記フィードバック制御における目標値である温度センサ目標検出温度として発生する温度センサモデルであり、同特定の時点から同温度センサ検出温度が変化を開始するまでのむだ時間に対応するむだ時間パラメータ及び同温度センサ検出温度の変化遅れ度合を示す時定数に対応する遅れパラメータを用いて構築された温度センサモデル、を用いることにより、前記再生開始条件の成立時点からの時間経過に応じた温度センサ目標検出温度を算出し、同算出した温度センサ目標検出温度と前記温度変換部により変換された前記温度センサ検出温度とが一致するように前記パティキュレートフィルタに加えられるエネルギーの量を制御することによって前記フィードバック制御を実行するように構成され、且つ、
   前記推定したアッシュ量に基づいて、前記制御パラメータとしての、前記むだ時間パラメータ及び前記遅れパラメータ、を変更するように構成された排気浄化装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記再生制御手段は、前記推定したアッシュ量が大きいほど、前記むだ時間パラメータを大きくするように構成された排気浄化装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記再生制御手段は、前記推定したアッシュ量が大きいほど、前記温度センサ目標検出温度の変化遅れ度合が大きくなるように前記遅れパラメータを変更するように構成された排気浄化装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記制御パラメータは前記フィードバック制御における制御ゲインである排気浄化装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記再生制御手段は、前記推定したアッシュ量が大きいほど前記制御ゲインを小さくするように構成された排気浄化装置。

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