JP2015017516A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦに捕集されるＰＭのうちアッシュ成分の存在を考慮しながら精度良くＰＭ堆積量を推定できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】排気浄化装置は、ＤＰＦに堆積したＰＭのＮＯ_２による燃焼量を算出するＮＯ_２燃焼量演算部５６と、ＤＰＦに堆積しているＰＭのうちアッシュ成分の量に基づいてＮＯ_２燃焼量に対する上限値を設定する上限値設定部５８と、ＮＯ_２燃焼量と上限値とに基づいてＤＰＦの細孔内に捕捉されたＰＭのうちＮＯ_２によって燃焼した分に相当するＮＯ_２オフセット補正値を算出する細孔内燃焼量演算部５７と、前後差圧及びＮＯ_２オフセット補正値に基づいて、ＤＰＦのＰＭ堆積量を算出する堆積量演算部５２と、を備える。細孔内燃焼量演算部５７は、ＮＯ_２燃焼量が上限値より小さい場合にはＮＯ_２燃焼量をＮＯ_２オフセット補正値とし、ＮＯ_２燃焼量が上限値以上である場合には上限値をＮＯ_２オフセット補正値とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。より詳しくは、粒子状物質の堆積量をフィルタの前後差圧に基づいて推定する内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気系に粒子状物質（以下、「Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ（ＰＭ）」ともいう）を捕集するフィルタを設け、ＰＭの排出量を低減する技術は広く用いられている。近年では、フィルタとして所謂ウォールフロー型のフィルタが主として用いられている。ウォールフロー型の排気浄化フィルタは、多孔質壁により区画形成された複数のセルを有するハニカム構造体を備えており、この多孔質壁に形成された無数の細孔に排気を通過させることでＰＭを捕集し、排気を浄化する。捕集したＰＭは、例えば、フィルタを昇温することで燃焼除去される。また、このようなフィルタの強制再生を開始する適切なタイミングを把握するためには、フィルタにおけるＰＭの堆積量を推定する技術が必要となるが、このような技術としてはフィルタの上流側と下流側の圧力差に基づいて推定するものが主流となっている。

実際のフィルタに捕捉されたＰＭは、フィルタ壁の表面に層状に堆積したものと、フィルタ壁の細孔内に捕捉されたものとに分けられる。ところが、細孔内に捕捉されるＰＭの量は、フィルタ全体で捕捉されるＰＭの総量に比べれば僅かであるものの、その前後差圧の変化に及ぼす影響が大きくなっている。このため、フィルタの前後差圧を検出する差圧センサの出力に基づいてＰＭの堆積量を推定する技術では、細孔内に捕捉されるＰＭの量を精度良く把握し、これに応じて適切に差圧センサの出力を補正する必要がある（特許文献１、２参照）。

例えば特許文献１の装置では、フィルタの温度、フィルタに供給されるＮＯｘ量及び酸素量等に基づいて、フィルタの細孔内におけるＰＭの燃焼量を算出し、この細孔内ＰＭ燃焼量に基づいて、差圧センサの出力から算出した堆積量を補正している。また特許文献２の装置では、フィルタの温度と、酸化触媒の温度に基づいて算出した排気のＮＯ_２濃度とに基づいてＮＯ_２による細孔内のＰＭ燃焼量を算出し、差圧センサの出力から算出した堆積量を補正している。

特開２００７−１７０１９３号公報 特開２００９−２４６３５号公報

ところで、フィルタに捕集されるＰＭは、強制再生や排気中のＮＯ_２によって燃焼除去できるスート成分と、燃焼除去できないアッシュ成分とに分けられるが、従来では、このようなアッシュ成分については十分に検討されていない。このため、細孔内におけるＰＭ燃焼量に誤差が生じるおそれがある。すなわち、従来の装置では、実際には細孔内に残っているはずのアッシュ成分の影響を考慮できず、過補正（すなわち、堆積量を実際の堆積量よりも少なく見積もってしまうこと）が発生し、強制再生頻度が増加し、結果として想定外の触媒の熱劣化及びオイルダイリューション量過多が生じてしまうおそれがある。

本発明は、フィルタに捕集される粒子状物質のうちアッシュ成分の存在を考慮しながら精度良くフィルタのＰＭの堆積量を推定できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気通路（例えば、後述の排気管３）に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ（例えば、後述のＤＰＦ３２）と、前記フィルタに流入するＮＯ_２の量に相関のある値（例えば、エンジン回転数、燃料噴射量、酸化触媒の温度等）を取得する取得手段（例えば、排気温度センサ３３等）と、前記取得手段で取得した値に基づいて前記フィルタに堆積した粒子状物質のＮＯ_２による燃焼量を算出するＮＯ_２燃焼量算出手段（例えば、後述のＮＯ_２燃焼量演算部５６）と、前記フィルタに堆積しているアッシュ成分の量を取得するアッシュ量取得手段（例えば、後述のアッシュ量演算部５３）と、前記アッシュ成分の量に基づいて前記ＮＯ_２による燃焼量に対する上限値を設定する上限設定手段（例えば、後述の上限値設定部５８）と、前記ＮＯ_２による燃焼量と前記上限値とに基づいて前記フィルタの細孔内に捕捉された粒子状物質のうちＮＯ_２によって燃焼した分に相当する細孔内燃焼量（例えば、後述のＮＯ_２オフセット補正値）を算出する細孔内燃焼量算出手段（例えば、後述の細孔内燃焼量演算部５７）と、前記フィルタの前後差圧及び前記細孔内燃焼量に基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段（例えば、後述の堆積量演算部５２）と、を備え、前記細孔内燃焼量算出手段は、前記ＮＯ_２による燃焼量が前記上限値より小さい場合には当該ＮＯ_２による燃焼量を細孔内燃焼量とし、前記ＮＯ_２による燃焼量が前記上限値以上である場合には当該上限値を細孔内燃焼量とする。

（２）この場合、前記上限設定手段は、前記アッシュ成分の量が増加するほど前記上限値を小さく設定することが好ましい。

（１）本発明では、フィルタに流入するＮＯ_２の量に相関のある値に基づいて、フィルタに堆積した粒子状物質のＮＯ_２による燃焼量（以下、「ＮＯ_２燃焼量」という）を算出し、このＮＯ_２燃焼量と所定の上限値とに基づいてフィルタの細孔内に捕捉された粒子状物質のうちＮＯ_２によって燃焼した分に相当する細孔内燃焼量を算出し、さらにフィルタの前後差圧と細孔内燃焼量とに基づいてフィルタの粒子状物質の堆積量を推定する。ここで、粒子状物質が堆積したフィルタにＮＯ_２が流入すると、粒子状物質のスート成分はこのＮＯ_２の還元反応によって燃焼するが、この際、粒子状物質は貴金属と接触しやすい細孔内に捕捉されたものから燃焼し始めることとなる。このため、ＮＯ_２による燃焼量に対し上限値を設定することにより、細孔内でＮＯ_２によって燃焼した粒子状物質の量を精度良く算出することができる。また、走行に伴ってフィルタには徐々にアッシュ成分が堆積するところ、上記上限値をアッシュ成分の量に応じて設定することにより、細孔内において燃焼されずに残留するアッシュ成分の量を考慮しながら細孔内燃焼量を精度良く算出できる。また、細孔内燃焼量を精度良く算出することにより、フィルタの粒子状物質の堆積量を精度良く算出することができる。

（２）アッシュ成分の量が増加するほど、フィルタ壁の細孔内への粒子状物質の侵入量が減少し、ひいては細孔内燃焼量も減少する。本発明では、アッシュ成分の量が増加するほど上限値を小さく設定することにより、細孔内燃焼量を精度良く算出できる。またこれにより、（１）の効果をより確実に奏することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の構成を示す図である。 ＥＣＵにおいて実行されるＤＰＦ再生制御の手順を示す機能ブロック図である。 アッシュ量を算出する手順を示すフローチャートである。 堆積量演算部における具体的な演算手順を示す機能ブロック図である。 ＤＰＦのフィルタ壁と、フィルタ壁に捕集されたＰＭとを模式的に示す図である。 ＤＰＦに堆積したＰＭの総量とＤＰＦの前後差圧との関係を模式的に示す図である。 上限値−アッシュ量マップの具体例を示す図である。 ＤＰＦのフィルタ壁の断面を模式的に示す図である。 上記実施形態に係る排気浄化装置において算出されたＰＭ堆積量の具体例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１の排気浄化装置２の構成を示す図である。エンジン１は、例えば各気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒には燃料噴射弁１１が設けられている。これら燃料噴射弁１１は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ５により制御される。

エンジン１の排気が流通する排気管３には、上流側から順に、酸化触媒３１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）」という）３２が設けられている。

酸化触媒３１は、排気中のＨＣ及びＣＯを浄化する他、エンジン１から排出されたＮＯをＮＯ_２に酸化する。また、後述のポスト噴射を実行することによって未燃燃料が供給されると、酸化触媒３１は、これを燃焼することによって排気を昇温し、ひいては下流側のＤＰＦ３２を昇温する。

ＤＰＦ３２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とする粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）」という）を、フィルタ壁の表面及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、チタン酸アルミニウムやコージェライトなどを材料とした多孔質体が使用される。

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、圧損が大きくなるため、捕集したＰＭを燃焼除去し、ＤＰＦ３２を再生する強制再生処理を適宜実行する必要がある。この強制再生処理は、ポスト噴射を実行し、酸化触媒３１により未燃燃料を酸化させることによりＤＰＦ３２に流入する排気を昇温し、ＰＭを燃焼させることで行われる。このような強制再生処理を適切なタイミングで実行するＤＰＦ再生制御の手順については、後に図２を参照して説明する。

ＥＣＵ５には、エンジン１及び排気浄化装置２の状態を検出するセンサとして、排気温度センサ３３、差圧センサ３４、エアフローメータ４１、及びクランク角度位置センサ１２等が接続されている。

排気温度センサ３３は、ＤＰＦ３２に流入する排気の温度を検出し、検出信号をＥＣＵ５に送信する。酸化触媒３１の温度［℃］、及びＤＰＦ３２の表面温度［℃］は、排気温度センサ３３の出力に基づいてＥＣＵ５において既知の方法によって算出される。

エアフローメータ４１は、エンジン１の吸入空気量を検出し、検出信号をＥＣＵ５に送信する。排気流量［ｍ^３／ｈ］は、エアフローメータ４１の出力に基づいてＥＣＵ５において既知の方法によって算出される。差圧センサ３４は、ＤＰＦ３２の前後差圧［ｈＰａ］を検出し、検出信号をＥＣＵ５に送信する。クランク角度位置センサ１２は、エンジン１のクランクシャフトの回転角度を検出し、検出信号をＥＣＵ５に送信する。エンジン１の回転数［ｒｐｍ］は、クランク角度位置センサ１２からの検出信号に基づいて、ＥＣＵ５において既知の方法によって算出される。

図２は、ＥＣＵ５において実行されるＤＰＦ再生制御の手順を示す機能ブロック図である。以下、ＤＰＦ再生制御の実行に係るＤＰＦ強制再生判断部５１、アッシュ量演算部５３、及び堆積量演算部５２の機能について説明する。

ＤＰＦ強制再生判断部５１は、堆積量演算部５２において算出されたＰＭ堆積量に基づいて、ＤＰＦの強制再生を開始する時期を判断する。より具体的には、ＤＰＦ強制再生判断部５１は、ＰＭ堆積量が所定の再生開始判定量より大きくなった場合には、ＤＰＦの強制再生を開始する時期に達したと判断し、所定のＤＰＦ強制再生処理を実行する。このＤＰＦ強制再生処理は、例えばポスト噴射（膨張工程における燃料噴射）を実行し、酸化触媒により未燃燃料を酸化させることによりＤＰＦに流入する排気を昇温し、堆積したＰＭを燃焼させることで行われる。なお、このＤＰＦ強制再生処理は、再生直後のフィルタには燃焼除去できないアッシュ成分を除き全てのＰＭが除去されるような時間にわたって実行される。また、ＤＰＦ強制再生判断部５１は、ＰＭ堆積量が再生開始判定量以下である場合には、ＤＰＦの強制再生を開始する時期に達していないと判断する。

図３は、ＤＰＦに堆積したＰＭのうちアッシュ成分の量に相当するアッシュ量［ｇ］を算出する手順を示すフローチャートである。この図３に示す処理は、アッシュ量演算部において所定の周期で実行される。

Ｓ１では、アッシュ量演算部は、ＤＰＦ強制再生処理の終了直後であるか否かを判別する。Ｓ１の判別がＮＯである場合には、直ちにこの処理を終了する。Ｓ１の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ２に移り、差圧センサによって検出したＤＰＦの前後差圧値に基づいて所定のマップを検索することにより、ＤＰＦ強制再生処理の終了直後のＰＭ堆積量を算出し、これをアッシュ量の暫定値とする。すなわち、上述のようにＤＰＦ強制再生処理を実行すると、ＤＰＦに堆積していたＰＭは、燃焼除去できないアッシュ成分を除いて全て燃焼除去される。従って、ＤＰＦ強制再生処理の終了直後のＤＰＦに残留するＰＭは、基本的には全てアッシュ成分であるとみなすことができる。

Ｓ３では、図示しない処理によって取得した車両の走行距離に基づいて所定のマップを検索することによって、アッシュ量に対する上限値を算出し、Ｓ４に移る。ＤＰＦに捕集されるアッシュ成分の量は、概ね走行距離に比例すると考えられる。したがって、このような車両走行距離とアッシュ量に対する上限値とを関連付けるマップは、予め実験を行うことにより構築することができる。

Ｓ４では、Ｓ２で算出した暫定値と上限値を比較し、暫定値が上限値より小さい場合には暫定値をアッシュ量とし（Ｓ５参照）、暫定値が上限値以上である場合には上限値をアッシュ量とする（Ｓ６参照）。以上のように、ＤＰＦ強制再生処理の終了直後の差圧センサの検出値から算出した暫定値と、車両走行距離から算出した上限値とを比較し、最終的なアッシュ量を算出することにより、精度良くアッシュ量を算出することができる。

図４は、堆積量演算部５２における具体的な演算手順を示す機能ブロック図である。
堆積量演算部５２は、基本値演算部５４によって算出された基本値［ｇ］と、オフセット補正値演算部５５によって算出されたＮＯ_２オフセット補正値［ｇ］とを合算することによってＰＭ堆積量［ｇ］を算出する。ここで、これら基本値及びＮＯ_２オフセット補正値の具体的な演算手順を説明する前に、ＰＭが堆積したＤＰＦにおいて生じるＮＯ_２燃焼による差圧オフセット事象について図５〜６を参照して説明する。

図５は、ＤＰＦ３２のフィルタ壁３２１と、フィルタ壁３２１に捕集されたＰＭとを模式的に示す図である。
ＤＰＦ３２を構成するフィルタ壁３２１には無数の細孔３２２が形成されている。このため、図５の上段に示すように、ＤＰＦ３２によって捕集されるＰＭは、細孔３２２内に入り込んだものと、フィルタ壁３２１の表面に層状に堆積したものとに分けられる。また、ＤＰＦ３２に捕集されたＰＭは、ＤＰＦの強制再生処理中でなくとも、比較的低温（例えば、２５０℃程度）から下記式（１−１）〜（１−３）に示すような排気中のＮＯ_２による反応が進行し、ＰＭが燃焼する。
Ｃ＋２ＮＯ_２→ＣＯ_２＋２ＮＯ （１−１）
Ｃ＋ＮＯ_２→ＣＯ＋ＮＯ （１−２）
Ｃ＋１／２Ｏ_２＋ＮＯ_２→ＣＯ_２＋ＮＯ （１−３）

また、図５の上段に示すような状態でＮＯ_２が流入すると、上記式（１−１）〜（１−３）に示す反応はより貴金属に近い細孔３２２内において優先的に進行するため、図５の下段に示すようにＰＭは細孔３２２内に入り込んだものから燃焼除去されることとなる。また、一旦、細孔３２２内のＰＭがＮＯ_２によって燃焼した後は、強制再生によって層状に堆積したＰＭを燃焼除去しない限り、再び細孔３２２内にＰＭが入り込むことはない。ところが図５で模式的に示すように、フィルタ壁３２１の細孔３２２内に入り込むＰＭの総量は、フィルタ壁３２１の表面に層状に堆積したＰＭの総量と比較すれば僅かであるが、ＤＰＦの前後差圧に及ぼす影響が大きくなっている。このため、細孔３２２内に入り込んだＰＭの量によって、ＤＰＦのＰＭ堆積量とＤＰＦの前後差圧との関係が一意的でなくなってしまう。

図６は、ＤＰＦに堆積したＰＭの総量とＤＰＦの前後差圧との関係を模式的に示す図である。
図６には、ＤＰＦにＰＭが付着していない状態から所定の流量で排気を供給し、ＤＰＦにＰＭを捕集させた場合におけるＤＰＦの前後差圧の変化を太実線で示す。またこの太実線で示す例では、排気中のＮＯ_２によるＰＭの燃焼は無いものとした。図６の太実線で示すように、ＰＭ堆積量が所定値以下の領域では、所定値以上の領域と比較して、ＤＰＦ前後差圧の傾きが急になっている。これはＰＭ堆積量が所定値以下の堆積初期時では、排気中のＰＭは前後差圧に及ぼす影響が大きいフィルタ壁の細孔内に捕捉されるからである。また、ＰＭ堆積量が所定値以上となり細孔内がＰＭでほぼ埋め尽くされた後は、排気中のＰＭはフィルタ壁の表面に層状に積もるため、前後差圧はＰＭ堆積量に比例してほぼ一定の割合で上昇する。このように、細孔内に捕捉されたＰＭと、フィルタ壁に層状に堆積したＰＭとでは差圧感度が異なる。

また図６には、ＤＰＦに捕集されたＰＭのうち細孔内に捕捉されたものが、排気中のＮＯ_２によって燃焼した場合におけるＤＰＦの前後差圧の変化を太破線で示す。この太破線で示すように、細孔内のＰＭがＮＯ_２によって除去されると、細孔内に溜まったＰＭのうち除去された分だけ、実際のＰＭ堆積量と差圧センサによって検出される前後差圧との間で乖離が生じることとなる。したがって、差圧センサによって検出したＤＰＦの前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する場合、細孔内に捕捉されたＰＭのＮＯ_２による燃焼分に応じてこの乖離分を補正する必要がある。上述のＮＯ_２オフセット補正値は、この乖離分を補償するための入力であり、ＤＰＦの細孔内に捕捉されたＰＭのうちＮＯ_２によって燃焼した分に相当する。

図４に戻って、以上のような差圧オフセット事象を考慮してＰＭ堆積量を算出する堆積量演算部５２の構成について説明する。基本値演算部５４は、差圧センサによって検出されたＤＰＦ前後差圧［ｈＰａ］と排気流量［ｍ^３／ｈ］とに基づいて、予め設定された差圧−堆積量変換マップを検索することによって、ＰＭ堆積量の基本値を算出する。この差圧−堆積量変換マップは、ＤＰＦ前後差圧とＰＭ堆積量とを関連付けるものである。また、この差圧−堆積量変換マップは、例えば、図６において太実線で示すようにＮＯ_２による細孔内のＰＭの燃焼が無いとの仮定の下で構築されたものが用いられる。また、排気流量が変わるとＤＰＦの前後差圧も変化する。このため、この差圧−堆積量変換マップは排気流量ごとに設定される。

オフセット補正値演算部５５は、ＤＰＦに堆積したＰＭのうち排気中のＮＯ_２によって燃焼したＰＭの積算量に相当するＮＯ_２燃焼量［ｇ］を算出するＮＯ_２燃焼量演算部５６と、このＮＯ_２燃焼量を所定の上限値の下で制限することにより、細孔内に捕捉されたＰＭのうちＮＯ_２によって燃焼した分に相当するＮＯ_２オフセット補正値［ｇ］を算出する細孔内燃焼量演算部５７と、アッシュ量に基づいて細孔内燃焼量演算部５７における上限値を設定する上限値設定部５８と、を含む。

図５を参照して説明したように、ＤＰＦに捕集されたＰＭのうちＮＯ_２による燃焼は、貴金属に接触しやすい細孔内から開始する。また図６を参照して説明したように、細孔内のＰＭが全て燃焼した後であれば、実際のＰＭ堆積量と差圧センサによって検出される前後差圧との間で生じる乖離の大きさは一定であり、したがってＮＯ_２オフセット補正値も一定である。また、一旦、細孔内のＰＭが除去された後は、強制再生によって層状に堆積したＰＭを除去しない限り、再び細孔内にＰＭが入り込むことはない。以上のことから、ＮＯ_２オフセット補正値は、ＮＯ_２によって燃焼したＰＭの積算量に相当するＮＯ_２燃焼量を、上限値の下で制限することによって算出することができる。以下、これらＮＯ_２燃焼量演算部５６と、細孔内燃焼量演算部５７と、上限値設定部５８と、における演算の具体的な手順を説明する。

ＮＯ_２燃焼量演算部５６は、図４に示すように、単位時間当たりにエンジンから排出されるＮＯｘ量［ｇ／ｓｅｃ］に、所定のＮＯ_２変換効率と、所定のＤＰＦガス量因子と、所定の温度因子と、所定の堆積量因子と、所定のスート／ＮＯ_２質量比とを乗算することによって、単位時間当たりにＤＰＦにおいてＮＯ_２によって燃焼したＰＭの量［ｇ／ｓｅｃ］を算出し、この単位時間当たりのＰＭの燃焼量を積分することによって、ＮＯ_２燃焼量を算出する。

ここで、単位時間当たりのＮＯｘ量［ｇ／ｓｅｃ］は、例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量等のエンジンの燃焼状態を示すパラメータに基づいて所定のＮＯｘ排出量マップを検索することによって算出される。なお、エンジンから排出されるＮＯｘのうちほとんどはＮＯで構成されている。ＮＯ_２変換効率［％］は、酸化触媒によるＮＯからＮＯ_２への変換効率（酸化効率）に相当し、酸化触媒の温度に基づいて所定のＮＯ_２変換効率マップを検索することによって算出される。従って、これら単位時間当たりのＮＯｘ量にＮＯ_２変換効率を乗じて得られる値は、単位時間当たりにＤＰＦに流入するＮＯ_２の量［ｇｓｅｃ］に相当する。したがって、この単位時間当たりのＮＯ_２量を算出するために必要となるエンジン回転数、燃料噴射量、及び酸化触媒の温度等は、ＤＰＦに流入するＮＯ_２量に相関のある値に相当する。

また、ＤＰＦにＮＯ_２が流入すると、上記式（１−１）〜（１−３）に示すようなＮＯ_２によるスート成分の燃焼反応が生じるが、このＮＯ_２による燃焼反応は、ＤＰＦを通過する排気流量［ｍ^３／ｈ］、ＤＰＦの表面温度［℃］、及びＤＰＦにおけるＰＭの堆積量［ｇ］に応じて変化する。より具体的には、ＤＰＦを通過する排気流量が低下するほど、ＮＯ_２による燃焼反応は進行しやすくなり、ＤＰＦの表面温度が高くなるほど、ＮＯ_２による燃焼反応は進行しやすくなり、ＰＭの堆積量が増加するほど、ＮＯ_２による燃焼反応は進行しやすくなる。上記ＤＰＦガス量因子、温度因子、及び堆積量因子は、これら排気流量、表面温度、及びＰＭ堆積量の影響を考慮して定められる値であり、それぞれ所定のマップを検索することによって算出される。

上述のように、ＮＯｘ量、ＮＯ_２変換効率、ＤＰＦガス量因子、温度因子、堆積量因子を乗算することにより、単位時間当たりにＤＰＦにおいてＰＭの燃焼に消費したＮＯ_２の量［ｇ／ｓｅｃ］が算出される。そして上記スート／ＮＯ_２質量比は、この単位時間当たりのＮＯ_２の量［ｇ／ｓｅｃ］を、単位時間当たりのスートの燃焼量［ｇ／ｓｅｃ］に変換する係数であり、予め実験を行うことによって定められた値が用いられる。

また、ＮＯ_２燃焼量演算部５６は、以上のようにして算出された単位時間当たりのスートの燃焼量［ｇ／ｓｅｃ］を積分することによって、ＤＰＦに堆積したＰＭのうちＮＯ_２によって燃焼したスートの積算量に相当するＮＯ_２燃焼量［ｇ］を算出する。また、上述のようにＤＰＦの強制再生処理を実行すると、ＤＰＦに堆積していたＰＭはアッシュ成分を除いて全て燃焼除去される。したがって、この積分値は、ＤＰＦの強制再生処理が終了したことに応じて“０”にリセットする。

細孔内燃焼量演算部５７は、後述の上限値設定部５８によって設定された上限値［ｇ］と、上記ＮＯ_２燃焼量演算部５６によって算出されたＮＯ_２燃焼量［ｇ］とを比較することにより、ＮＯ_２オフセット補正値［ｇ］を算出する。より具体的には、細孔内燃焼量演算部５７は、ＮＯ_２燃焼量が上限値より小さい場合には、ＮＯ_２燃焼量をＮＯ_２オフセット補正値とする。また細孔内燃焼量演算部５７は、ＮＯ_２燃焼量が上限値以上である場合には、細孔内に捕捉されたＰＭはアッシュ成分を除いて全て燃焼除去されたと判断し、上限値をＮＯ_２オフセット補正値とする。

上限値設定部５８は、ＤＰＦに捕集されているアッシュ量に基づいて、所定の上限値−アッシュ量マップを検索することによりＮＯ_２燃焼量に対する上限値を設定する。
図７は、上限値−アッシュ量マップの具体例を示す図である。この図に示すように、上限値設定部５８は、アッシュ量が増加するほど上限値を小さく設定する。

図８は、ＤＰＦ３２のフィルタ壁３２１の断面を模式的に示す図である。
図８の上段に示すように、ＤＰＦ３２にアッシュが捕集されていない場合、排気中のＰＭは、フィルタ壁３２１に形成された無数の細孔内に捕捉される。これに対し、図８の下段に示すように、ＤＰＦ３２にアッシュが捕集されていると、細孔はアッシュによって塞がれているため、排気中のＰＭは細孔内に入り込むことができない。換言すると、ＤＰＦ３２にアッシュが捕集されていると、このアッシュ量に比例して細孔で捕集できるＰＭの量も減少する。これは、ＤＰＦ３２にアッシュが捕集されるほど、細孔内のＰＭがＮＯ_２によって燃焼する量も減少することを意味する。上限値設定部５８は、このようなアッシュが捕集されることによる影響を考慮して、アッシュ量が増加するほど上限値を小さく設定する。

図９は、以上のような排気浄化装置において算出されたＰＭ堆積量の具体例を示す図である。
図９の横軸は走行距離［ｋｍ］であり、縦軸はＤＰＦのＰＭ堆積量［ｇ］である。図９において、細実線は、差圧センサによって検出された前後差圧のみに基づいて推定したＰＭ堆積量、すなわち図４における基本値に相当する。また太実線は、この基本値にＮＯ_２オフセット補正値を加えることによって算出したＰＭ堆積量に相当する。また図９に示す例では、ＮＯ_２によるＰＭの燃焼が生じる区間とＮＯ_２によるＰＭの燃焼が生じない区間とを、交互に実現した。また、外気温度は２５℃であり、開始時におけるＤＰＦのアッシュ量は０［ｇ］であった。

図９に示すように、差圧センサの検出値のみに基づいて算出した基本値（細実線）は、ＮＯ_２による細孔内のＰＭの燃焼が開始すると、実測値よりも小さな値へ外れ始める。これに対し、上記基本値にＮＯ_２オフセット補正値を加えることによって算出されたＰＭ堆積量（太実線）は、実測値とほぼ同じ変化を示すことが検証された。

本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）本実施形態では、ＤＰＦに堆積したＰＭのＮＯ_２による燃焼量を算出し、このＮＯ_２燃焼量と上限値とに基づいてＤＰＦの細孔内に捕捉されたＰＭのうちＮＯ_２によって燃焼した分に相当するＮＯ_２オフセット補正値を算出し、さらにＤＰＦの前後差圧とＮＯ_２オフセット補正値とに基づいてＤＰＦのＰＭ堆積量を推定する。ここで、ＰＭが堆積したＤＰＦにＮＯ_２が流入すると、ＰＭはこのＮＯ_２の還元反応によって燃焼するが、この際、ＰＭは貴金属と接触しやすい細孔内に捕捉されたものから燃焼し始めることとなる。このため、ＮＯ_２燃焼量に対し上限値を設定することにより、細孔内でＮＯ_２によって燃焼したＰＭの量を精度良く算出することができる。また、走行に伴ってＤＰＦには徐々にアッシュ成分が堆積するところ、上記上限値をアッシュ量に応じて設定することにより、細孔内において燃焼されずに残留するアッシュ量を考慮しながらＮＯ_２オフセット補正値を精度良く算出できる。また、ＮＯ_２オフセット補正値を精度良く算出することにより、ＤＰＦのＰＭ堆積量を精度良く算出することができる。

（２）アッシュ量が増加するほど、フィルタ壁の細孔内へのＰＭの侵入量が減少し、ひいては細孔内燃焼量も減少する。本実施形態では、アッシュ量が増加するほど上限値を小さく設定することにより、ＮＯ_２オフセット補正値を精度良く算出できる。またこれにより、上記（１）の効果をより確実に奏することができる。

１…エンジン（内燃機関）
２…排気浄化装置
３…排気管（排気通路）
３２…ＤＰＦ（フィルタ）
３３…排気温度センサ（取得手段）
５…ＥＣＵ
５３…アッシュ量演算部（アッシュ量取得手段）
５２…堆積量演算部（粒子状物質堆積量推定手段）
５６…ＮＯ_２燃焼量演算部（ＮＯ_２燃焼量算出手段）
５７…細孔内燃焼量演算部（細孔内燃焼量算出手段）
５８…上限値設定部（上限設定手段）

Claims (2)

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フィルタを備え、当該フィルタの前後差圧に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記フィルタに流入するＮＯ_２の量に相関のある値を取得する取得手段と、
   前記取得手段で取得した値に基づいて前記フィルタに堆積した粒子状物質のＮＯ_２による燃焼量を算出するＮＯ_２燃焼量算出手段と、
   前記フィルタに堆積しているアッシュ成分の量を取得するアッシュ量取得手段と、
   前記アッシュ成分の量に基づいて前記ＮＯ_２による燃焼量に対する上限値を設定する上限設定手段と、
   前記ＮＯ_２による燃焼量と前記上限値とに基づいて前記フィルタの細孔内に捕捉された粒子状物質のうちＮＯ_２によって燃焼した分に相当する細孔内燃焼量を算出する細孔内燃焼量算出手段と、
   前記フィルタの前後差圧及び前記細孔内燃焼量に基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段と、を備え、
   前記細孔内燃焼量算出手段は、前記ＮＯ_２による燃焼量が前記上限値より小さい場合には当該ＮＯ_２による燃焼量を細孔内燃焼量とし、前記ＮＯ_２による燃焼量が前記上限値以上である場合には当該上限値を細孔内燃焼量とすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記上限設定手段は、前記アッシュ成分の量が増加するほど前記上限値を小さ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。