JP4140298B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガス中よりカーボン粒子等を捕集する内燃機関の排気浄化装置、特に、フィルタによって捕集されたカーボンを酸化触媒又はフィルタにより生成された二酸化窒素（ＮＯ２）を利用してフィルタ上で酸化除去する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排ガス中には、カーボン微粒子等を核とするパティキュレートが混入しており、このパティキュレートを大気中に放出することなく捕集するためにディーゼルエンジンの排ガス流路上にはパティキュレートフィルタが装着される。このパティキュレートフィルタはパティキュレート堆積量が増加すると、これを焼却して再生する必要がある。
【０００３】
そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートＰＭの堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回ると排温を強制的に上昇させてパティキュレートを焼却する強制再生手段が採用されている。例えば、強制再生手段としては、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段や、電気ヒータ或いは軽油バーナーを駆動させて排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
【０００４】
このように、強制再生手段はフィルタを高温に維持する必要上、燃費悪化を招き易く、これを抑制する上で精度良く強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
ところで、パティキュレートは６００℃程度の高温で酸素により酸化処理可能であるが、これをより低温の２５０℃程度でも低温燃焼を可能とし、これにより焼却可能域を拡大し、再生促進を図れるようにした連続再生式フィルタ装置が知られている。
【０００５】
この連続再生式フィルタ装置は、パティキュレートフィルタに対して排気路上流側に酸化触媒を配備し、ここで下記（１）式の反応を促進させることで排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する。
２ＮＯ＋Ｏ２ → ２ＮＯ２・・・（１）
この二酸化窒素（ＮＯ２）は高活性であり、パティキュレートフィルタに達した際に同フィルタに捕集済みのパティキュレート（カーボン粒子）と下記（２），（３）式で示す反応を促進させることでパティキュレートフィルタを再生している。
【０００６】
ＮＯ２＋Ｃ → ＮＯ＋ＣＯ・・・（２）
ＮＯ２＋ＣＯ → ＮＯ＋ＣＯ２・・・（３）
ところが低温燃焼を可能とした連続再生式フィルタ装置であっても、車両が街中を走行し低負荷運転域が長く続くような場合には排温が上昇せず、フィルタにパティキュレートが堆積しやすく、強制焼却して再生する必要がある。
そこで、連続再生式フィルタ装置であっても、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートＰＭの堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回ると排温を強制的に上昇させてパティキュレートを焼却する強制再生手段が採用され、例えば、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタの上流に酸化触媒を配備した連続再生式フィルタ装置、或いは単にパティキュレートフィルタのみから成るパティキュレート浄化装置の何れであっても、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレート焼却処理に入る。ところが、この堆積量が的確に判定されていないと、即ち、堆積量を過大判定すると強制再生インターバルが狭まり燃費悪化を招き、堆積量を過小判定すると過度にパティキュレートが堆積し、これが燃焼して温度上昇が過大となり耐久性を低下させることとなる。従って、精度良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
【０００８】
更に、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を検知する方法が用いられてきたが、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。特に、パティキュレートの堆積量をパティキュレート排出量より燃焼量を減算することで演算するなどの手段では、吸入空気量の検出手段が無くてもパティキュレートの堆積量を推定可能であり、このような装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置も望まれている。
【０００９】
なお、フィルタに堆積したパティキュレート堆積量を簡易的に排温頻度から推定する方法が本出願人により特願２００１―１４４５０１号によって提案されているが、パティキュレート堆積量を推定するに当たり、連続再生時のパティキュレート燃焼量の推定は可能であるがパティキュレート排出量の推定が的確で無いことよりパティキュレート堆積量検知精度が比較的低く改善が望まれている。
本発明は、上述の課題に基づき、精度良く、強制再生時期を検知でき、装置の簡素化を図れ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能を有する排気後処理装置、前記内燃機関が搭載された車両の停車状態もしくは所定の車両速度以下の極低速走行状態から所定車両速度に達する発進加速回数を検出する発進検出手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタの温度を検出する温度検出手段、前記温度検出手段により検出された排気ガス温度又はフィルタ温度がパティキュレートの焼却が中断される設定温度以下における前記発進検出手段により検出された発進加速回数に基づき前記フィルタヘのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたこと、を特徴とする。
このように、発進加速回数を検出しこの発進加速回数に基づき、例えば、上限の発進加速回数を上回るとフィルタのパティキュレート堆積量が過剰なレベルに達し、強制再生時期に達していると精度良く判定でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【００１１】
特に、排気ガス温度又はフィルタ温度が設定温度以下での発進加速回数を検出するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定できる。
【００１２】
請求項２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、前記堆積量演算手段は、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が特定温度以上となる頻度を求める温度頻度演算手段と、予め前記温度頻度毎に上限の発進加速回数を設定しておき、前記発進検出手段により検出された発進加速回数が温度頻度毎の上限を超えたとき強制再生が必要と判定する判定手段とを含むことを特徴とする。
このように、フィルタ温度が特定温度以上となる温度頻度を求め、温度頻度毎に上限の発進加速回数を設定しておき、検出された発進加速回数が温度頻度毎の上限を超えたとき強制再生が必要と判定するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定でき、装置の簡素化を図れる。
【００１３】
請求項３の発明は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタの上流に設けられＮＯ２を生成する機能を有する排気後処理装置、前記内燃機関が搭載された車両の停車状態もしくは所定の車両速度以下の極低速走行状態から所定車両速度に達する発進加速を検出する発進検出手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタの温度を検出する温度検出手段、前記温度検出手段により検出された排気ガス温度又はフィルタ温度がパティキュレートの焼却が中断される設定温度以下における前記発進検出手段により検出された発進加速回数に基づきパティキュレート排出量を演算する排出量演算手段、
前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が特定温度以上である頻度を求め、同頻度相当の燃焼速度係数と前に演算のパティキュレート堆積量とに基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、
前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタヘの新たなパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする。
このように、パティキュレート排出量を発進加速回数に基づき求め、パティキュレート燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度の温度頻度と同頻度相当の燃焼速度係数と前に演算のパティキュレート堆積量とに基づき求めることにより、パティキュレート堆積量を精度良く判定できる。
【００１４】
請求項４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、前記排出量演算手段は、予め発進加速回数とパテイキュレート排出量との相関を求め、前記発進検出手段により検出された発進加速回数でパティキュレート排出量を推定又は演算することを特徴とする。
このように、予め発進加速回数とパテイキュレート排出量との相関を求め、即ち、発進加速回数でパティキュレート排出量を推定又は演算するマップを用いる場合も、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様の作用効果が得られる。
【００１５】
好ましくは、請求項１又は請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記堆積量演算手段により推定されたパティキュレート堆積量が所定値を超えたとき、主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程に噴射された追加燃料により、排気ガス昇温を行うか、又はフィルタヘＨＣを供給しフィルタ上で燃焼させる強制再生手段を備えたとしても良い。
この場合、フィルタが強制再生時期に達すると、主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程にポスト噴射された追加燃料、或いは、フィルタヘ供給されたＨＣを用いて特別の装置を用いることなく強制再生を容易に行うことができる。
なお、場合により、追加燃料による強制再生手段に代えて、軽油バーナ、電気ヒータを強制再生手段として用いることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には一実施形態として本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置１を装着したディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）２を示した。このエンジン２は燃焼室３より延出する排気路Ｒを備え、この排気路Ｒには排気マニホールド４、排気管５、その途中に配備される排気後処理装置６、その下流の図示しないマフラーを順次接続して形成される。エンジン２は直列４気筒エンジンであり、各気筒にはインジェクタ８が設けられている。各インジェクタ８にはこれに燃料を供給する燃料供給部９と、インジェクタ８により燃焼室３に燃料噴射を行う燃料噴射部１１を備え、これらはエンジンＥＣＵ１２により駆動制御される。
【００１７】
燃料供給部９はエンジン駆動の高圧燃料ポンプ１３の高圧燃料をエンジンＥＣＵ１２内の燃圧制御部１２１により制御される燃圧調整部１４で定圧化した上でコモンレール１５に導き、コモンレール１５より分岐して延出する燃料管路１６を介し各インジェクタ８に供給する。インジェクタ８の電磁バルブ１７は噴射制御部１２２に接続され、同噴射制御部１２２は演算された燃料噴射量、噴射時期に応じた出力Ｄｊ信号を電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８を噴射制御する。
【００１８】
ここで噴射制御部１２２はエンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込量θａに応じた基本燃料噴射量ＩＮＪｂを求め、運転条件に応じた、たとえば水温ｗｔや大気圧ｐａの各補正値ｄｔ，ｄｐを加えて燃料噴射量Ｕｆ（＝ＩＮＪｂ＋ｄｔ＋ｄｐ）を導出する。更に噴射時期は、周知の基本進角値に運転条件に応じた補正を加えて導出される。その上で、演算された噴射時期及び燃料噴射量Ｕｆ相当の出力Ｄｊ信号を図示しないインジェクタドライバにセットし、燃料噴射部１１の電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８の燃料噴射を制御する。
【００１９】
排気管５の途中の排気後処理装置６は金属筒状のケーシング１８を備え、その膨出部１８１の内側に排気路Ｒに沿って酸化触媒２１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以後単にフィルタと記す）２２を直列状に備える。酸化触媒２１及びフィルタ２２はそれぞれ膨出部１８１との間に各々を支持する支持部材１９、たとえば、嵩高形状の金属網状体を介装している。
【００２０】
酸化触媒２１は触媒担持体に担持され、触媒担持体２１１内の各排ガス通路ｒ１は両端部が開放され、排ガスを排気路Ｒ上流より下流側に容易に通過させることができる。触媒担持体２１１はセラミック製で断面がハニカム構造を成すモノリス型であり、互いに並列配備された多数の排ガス通路ｒ１を形成され、各通路の通路対向壁面に酸化触媒２１が触媒層を成して担持される。
【００２１】
酸化触媒２１は、エンジン２から排出される排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸素Ｏ２で酸化して高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）を生成し、すなわち、上述の（１）式の生成反応を促進できる触媒性能を備えるものが選択され、例えば、プラチナ系酸化触媒を用いる。
【００２２】
フィルタ２２は例えば、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉを主成分とするコージェライトなどのセラミックから成り、多数の排ガス通路ｒ２を排気路Ｒの方向に向けて並列状に積層してなるハニカム構造体として形成される。ここで互いに隣合う各排ガス通路ｒ２は交互に排気路Ｒ上流側と下流側のいずれか一方がシール部２３で閉鎖されるように形成される。これにより上流側に流入した排ガスは各排ガス通路ｒ２−１の通路対向壁ｂを透過して排気路Ｒ下流側に出口を形成された各排ガス通路ｒ２−２に達し、排出され、その際、排ガス中よりパティキュレート（ＰＭ）を濾過する。
【００２３】
エンジンＥＣＵ１２は、車速Ｖｃを検出する車速センサ７と、エンジン２のアクセルペダル開度θａを検出するアクセルペダル開度センサ２４と、クランク角情報Δθを検出するクランク角センサ２５と、排気温度ｇｔを検出する排気温度センサ２６と、水温ｗｔを検出する水温センサ２７と、大気圧ｐａを出力する大気圧センサ２８とが接続される。ここでクランク角情報ΔθはエンジンＥＣＵ１２においてエンジン回転数Ｎｅの導出に用いられると共に後述の燃料噴射時期制御に使用される。
【００２４】
エンジンＥＣＵ１２はその入出力回路に多数のポートを有し、車速センサ７、アクセルペダル開度センサ２４、クランク角センサ２５、排気温度センサ２６、水温センサ２７、大気圧センサ２８等よりの検出信号を採り込む。エンジンＥＣＵ１２は燃圧制御部１２１、噴射制御部１２２や周知のエンジン制御処理機能を備え、特に、再生促進制御機能を成す発進検出手段Ａ１（図２参照）、堆積量演算手段Ａ２、強制再生制御手段Ａ３の制御機能を備える。
【００２５】
ここで発進検出手段Ａ１はエンジン２が搭載された車両の停車状態（例えば、車速値が４ｋｍ／ｈ以下の状態）から所定車両速度、例えば、４０ｋｍ／ｈ以上に達する発進加速回数（以後単に発進回数と記す）ＳＧを検出する。
堆積量演算手段Ａ２は発進検出手段Ａ１により検出された発進回数ＳＧに基づきフィルタ２２ヘのパティキュレート堆積量（以後ＰＭ堆積量と記す）Ｍａを演算する。強制再生制御手段Ａ３はＰＭ堆積量Ｍａに応じて強制再生が必要と判定された際に燃料噴射モードを通常噴射モードよりポスト噴射モード（後述の図５参照）に切換え制御する。
【００２６】
このような内燃機関の排気浄化装置１を装備したエンジン２の駆動時において、エンジンＥＣＵ１２は図示しないメインルーチンにおいて、複数の制御系、即ち、燃料供給部９、燃料噴射部１１及び排気後処理装置６で用いる車速Ｖｃと、アクセルペダル開度θａと、クランク角情報Δθと、エンジン回転数Ｎｅと、排気温度（ここではフィルタ温度と見做す）ｇｔと、燃料噴射量Ｑｆ、水温ｗｔ、大気圧ｐａその他のデータを取込み、これら各値が適正値か否かの判断をし、正常でないと図示しない故障表示灯を駆動する。
【００２７】
次いで、エンジンＥＣＵ１２の燃料供給部９、燃料噴射部１１は上述の各センサの入力値に応じて制御作動する。即ち、燃料供給部９では燃圧制御部１２１に制御される燃圧調整部１４が高圧燃料を定圧化した上でコモンレール１５に供給する。燃料噴射部１１では噴射制御部１２２から燃料噴射量Ｑｆ、噴射時期θｒ信号をインジェクタドライバ１０に入力することで、ドライバ１０が燃料噴射量Ｑｆ、噴射時期θｒに応じた出力Ｄｊ信号で電磁バルブ１７を駆動し、インジェクタ８を噴射制御する。
【００２８】
このような運転時において、酸化触媒２１を担持する触媒担持体２１１では多数の排ガス通路ｒ１に排ガスが分散して流入し、上述の（１）式に沿って排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）が生成され、下流側のフィルタ２２に流出される。フィルタ２２では各排ガス通路ｒ２−１に流入した排ガスが通路対向壁ｂを透過して各排ガス通路ｒ２−２の下流側出口に達し、大気中に排出される。この際、通路対向壁ｂを流通する排ガスが含有するＰＭがフィルタ２２に捕捉される。
このような状況下においてメインルーチンの途中で図６に示すような再生促進制御処理に達する。
【００２９】
この再生促進制御処理ではステップｓ１で最新のフィルタ温度ｇｔを取り込み、これが設定温度である２５０℃（酸化触媒２１の活性温度）以下であるとステップｓ２の発進回数ＳＧ演算処理に進み、そうでないと、メインルーチンにリターンする。
最新のフィルタ温度ｇｔが２５０℃を上回る運転状態の場合、酸化触媒２１も昇温されて活性化しており、又、フィルタ２２も高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）の雰囲気下で燃焼可能な温度に達しているので、捕捉されたＰＭは容易に焼却除去される。このときのフィルタ２２でのＰＭ燃焼量Ｍｂはエンジン１からのＰＭ排出量Ｍｅを上回ることから、結果としてフィルタ２２に堆積しているＰＭは次第に減少することになり、連続的にＰＭが焼却されてフィルタ２２が再生され、再生促進制御は不要と見做している。
【００３０】
一方、例えば市街地走行等のようにフィルタ温度ｇｔが２５０℃を下回る運転状態では、酸化触媒２１及びフィルタ２２の温度も低下してパティキュレートの焼却が中断されるため、フィルタ２２の連続再生は成されず、フィルタ２２のＰＭ堆積量Ｍａが次第に増加することになる。そこで、ステップｓ２で発進回数ＳＧを演算し、ステップｓ３では、ＰＭ排出量の演算処理を行い、ステップｓ４では、燃焼補正値βの演算処理を行い、更に、ステップｓ５でＰＭ堆積量Ｍａを演算し、ステップｓ６でＰＭ堆積量Ｍａｐｍが所定値（Ｍａα）に達したのを判定した時点でステップｓ７に進み、フィルタ２２を強制的に昇温させるための再生促進制御（例えば、ポスト噴射制御を所定時間行う）を実行する。
【００３１】
ステップｓ２の発進回数演算処理は図７に示す処理を実行する。
ここで、ステップａ１に達すると、発進回数カウントフラグであるＳＦＬＧが１か否か判断し、ステップａ２に達すると、車両が停止か否かを判断し、車速Ｖｃ≦４ｋｍ／ｈ以下ではステップａ３に、走行に入ると再生促進制御ルーチンのステップｓ２に戻る。
ステップａ３では車両が停止状態であることより発進回数カウントフラグＳＦＬＧをセット（＝１）し、ステップａ４に進む。
【００３２】
ステップａ４にステップａ１或いはａ３より達すると、車速Ｖｃが４０ｋｍ／ｈ以上に達するのを待ち、達すると車両が停車時よりの発進を完了したとしてステップａ５で発進回数カウンタＣＵＴＳＧを１加算処理すると共に発進回数カウントフラグＳＦＬＧをリセット（＝０）し、再生促進制御ルーチンのステップｓ３に戻る。
ステップｓ３のＰＭ排出量Ｍｅの演算では、図２に示すような処理を実行する。
【００３３】
まず、ＰＭ排出量演算部ａ１で発進回数カウンタＣＵＴの値を取り込み、図４（ｂ）に示すＰＭ排出量Ｍｅマップｍ２を用い、発進回数カウンタＣＵＴＳＧ値相当のＰＭ排出量Ｍｅを導出する。なお、ＰＭ排出量Ｍｅマップは発進回数ＳＧに比例してＰＭ排出量Ｍｅを増す特性を備え、同特性はＣ１、Ｃ２の定数を用い（ａ）式で表わされる。
【００３４】
Ｍｅ＝（Ｃ１×ＳＧ＋Ｃ２）×ｔ・・・（ａ）
区間ＰＭ排出量演算部ａ２では、図３に示すような区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅを順次積算し、区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを区間ｍｔ毎に順次演算する。再生促進制御ルーチンのステップｓ４では燃焼補正値演算部ｂ０において、フィルタ２２上のパティキュレートの燃焼量を考慮するための燃焼補正値β（０＜β＜１．０の値）を求める。ここでは、フィルタ温度ｇｔαを取り込み、重み係数ｆ（例えば０、５）を用いて（ｂ）式で平均フィルタ温度ｇｔαを算出し、順次更新する。
【００３５】
ｇｔα（＝ｇｔ（ｎ−１）×ｆ＋ｇｔ（ｎ）×（１−ｆ））・・・（ｂ）
次いで、ステップｓ４では平均フィルタ温度ｇｔα相当の燃焼補正値βを、図４（ａ）に示す燃焼補正値βマップｍ１を用い、０＜β＜１．０の範囲で、ｇｔαの増加に応じて小さな値となるように導出する。
この後、再生促進制御ルーチンのステップｓ５では堆積量演算部ａ３において、区間ＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを順次積算し、平均フィルタ温度ｇｔα相当の燃焼補正値βを取り込み、区間ＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを燃焼補正値βで補正する。更に、補正済みの区間ＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを順次積算してＰＭ堆積量Ｍａｐｍを求める。
【００３６】
ＰＭ堆積量Ｍａｐｍの演算の後、ステップｓ６に達すると、ここでは積算堆積量Ｍａｐｍが所定値Ｍａαを上回るか判断し、上回るまではステップｓ１からｓ６を繰返す。所定値Ｍａαの設定では、フィルタ２２にパティキュレートが過度に堆積した場合、その燃焼熱でフィルタ２２自体が過熱により劣化することが無いように、その堆積量を抑えるべく所定値Ｍａαが適宜設定される。
更に、積算堆積量Ｍａｐｍが所定値（Ｍａα）を上回るとしてステップｓ７に達すると、ここではフィルタ２２を強制的に昇温させるための再生促進制御として、ポスト噴射制御を所定時間行う。即ち、ステップｓ７のポスト噴射モードでは、図５に示すように、現在の運転情報に応じた主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ（噴射期間Ｂｍ）、噴射時期ｔ１を導出し、更に、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ（噴射期間Ｂｓ）を予め設定された一定量として設定し、噴射時期ｔ２を主噴射後の一定時期として設定する。
【００３７】
これにより主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ及び噴射時期ｔ１相当の情報を含む出力Ｄｉｎｊと、これに加え、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ及び噴射時期ｔ２相当の情報を含む出力Ｄ’ｉｎｊを燃料噴射用ドライバ１０にセットし、メインルーチンにリターンする。これにより燃料噴射用ドライバ１０は所定噴射時期θｒをカウントし、主噴射Ｊ１及び後噴射Ｊ２を実行し、その後、排ガス温度が上昇し、酸化触媒ａ上のＨＣが一挙に燃焼し、更に、フィルタ２２上のフィルタ温度ｇｔが２５０℃を速やかに上回り、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この再生促進制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
【００３８】
このように、発進回数ＳＧを検出しこの発進回数ＳＧに基づき、区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔ及び積算値のＰＭ堆積量Ｍａｐｍを求め、このＰＭ堆積量Ｍａｐｍが過剰なレベル（所定値Ｍａα）に達していると精度良く、強制再生時期に達していることを判定できる。
ここでの再生促進制御処理では排気後処理装置６を用いてのポスト噴射制御を所定時間行うように構成されていたが、これに代えて、フィルタ２２の排気路Ｅ上流側対向位置に図１に２点鎖線で示すように軽油バーナもしくは軽油添加ノズルＮを配設し、同軽油バーナもしくは軽油添加ノズルＮに燃料系からの燃料を開閉弁を介し再生促進制御時に供給するような構成を採用しても良い。なお、場合により、軽油バーナに代えて、図示しない電気ヒータを強制再生手段として用いることもできる。
【００３９】
上述した図１の排気浄化装置１の再生促進制御では堆積量演算手段Ａ２として、ステップｓ３で発進回数ＳＧ相当のＰＭ排出量Ｍｅを算出し、ＰＭ排出量Ｍｅを燃焼補正値βで補正した上でＰＭ堆積量Ｍａｐｍを算出する。その上で、ＰＭ堆積量Ｍａｐｍが所定値（Ｍａα）に達したのを判定した時点でステップｓ７に進み、強制再生制御手段Ａ３により、フィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御（ポスト噴射制御を所定時間行う）を実行している。
【００４０】
ここでは、このような再生促進制御処理に代えた他の実施形態を、図８、図９に沿って説明する。
ここでは、図１の排気浄化装置１のハード構成をそのまま用い、図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ３からｓ６の処理に代えてステップｓ３’からｓ５’の処理（図９参照）を実行するもので、その他の制御処理機能は同一であり、重複する説明を略す。なお、ここでの堆積量演算手段Ａ２は、予め温度頻度β１毎に所定値である上限の発進回数ＳＧｔを設定しておき、発進検出手段により検出された発進回数ＳＧが温度頻度毎の上限ＳＧｔを超えたとき強制再生が必要と判定する判定手段Ａ２−１を含む。
【００４１】
ここでは、図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ１、２と同様の処理により、発進検出手段Ａ１が停止より車速が４０ｋｍ／ｈに達する発進の回数ＳＧを算出し、その後、ステップｓ３’に達する。
ステップｓ３’の温度頻度演算手段Ａ２−２では、頻度演算部ｂ１（図９参照）においてフィルタ温度ｇｔを取り込み、これが特定温度（例えば、２５０℃）以下で判定値ｘ（＝１）を、上回ると判定値ｘ（＝０）を算出し、これら判定値ｘが１の場合を所定期間ｍｔ毎に集計して、例えば、０が７回、１が３回では温度頻度β１が３/１０として演算される。
【００４２】
ステップｓ４’の上限発進回数演算部ｂ２では図１０に示す上限発進回数マップｍ３で現在の温度頻度β１相当の上限の発進回数ＳＧｔを導出する。上限発進回数マップｍ３は温度頻度β１が増加するほど、即ち、低温運転域でパティキュレートの焼却が進まない運転域ほど、上限発進回数ＳＧｔを低くして、再生促進の判定を早めるようにしている。
ステップｓ５’に達すると、判定手段Ａ２−１において、今回の発進回数ＳＧが温度頻度β１相当の上限発進回数ＳＧｔ（所定値）を上回るのを待ち、上回るとステップｓ７に進む。
【００４３】
ステップｓ７では上述したと同様に、フィルタ２２を強制的に昇温させるためのポスト噴射制御を所定時間行う。これにより主噴射Ｊ１及び後噴射Ｊ２が実行され、排ガス温度が上昇し、フィルタ温度ｇｔが上昇し、フィルタ２２のパティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この再生促進制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
この場合、フィルタ温度ｇｔが設定温度（例えば、２５０℃）以下という一定の条件下での発進回数ＳＧを検出するので、各発進時のＰＭ堆積量のばらつきが比較的少なくなり、ＰＭ堆積量の推定精度が向上し、フィルタ２２の強制再生時期をより精度良く判定できる。
【００４４】
次に、図２、図６の再生促進制御処理に代えて採用できる、他の再生促進制御処理を図１１、図１２に沿って説明する。なお、本実施形態では図１の排気浄化装置１のハード構成をそのまま用い、図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ３からｓ６の処理に代えてステップｓ３”からｓ６”の処理を実行するもので、その他の制御処理機能は同一であり、重複説明を略す。ここでの排気浄化装置１の制御処理機能部は、特に、図１２に示すように、排出量演算手段Ａａ、燃焼量演算手段Ａｂ、堆積量演算手段Ａｃの機能を有する。
図１１に示す再生促進制御処理では図６の再生促進制御処理と同様に発進検出手段Ａ１がステップｓ１、ｓ２を同様に実行し、停止より４０ｋｍ／ｈヘの発進回数ＳＧを求め、ステップｓ３”に達する。
ステップｓ３”のＰＭ排出量演算では、図１２に示すような処理を実行する。
【００４５】
まず、排出量演算手段ＡａのＰＭ排出量演算部ａ１において、発進回数カウンタＣＵＴの値を取り込み、図６の再生促進制御処理と同様に図４（ｂ）に示すＰＭ排出量Ｍｅマップを用い、発進回数カウンタＣＵＴＳＧ値相当のＰＭ排出量Ｍｅを導出する。同じく、区間ＰＭ排出量演算部ａ２では、図３に示すような区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅを順次積算し、区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを区間ｍｔ毎に順次演算する。
次いで、ステップｓ４”のＰＭ燃焼量Ｍｂの演算では、図１２に示すような処理を実行する。
【００４６】
まず、燃焼量演算手段Ａｂの頻度演算部ｂ１’ではフィルタ温度（触媒温度と見做す）ｇｔを取り込み、フィルタ温度ｇｔが特定温度である２５０℃以上で判定値１を、下回ると判定値０を算出し、これら値の内、１の頻度を単位時間ｔ毎に集計して、例えば、０が７回、１が３回では温度頻度β２が３/１０として演算される。なお、ここでの温度頻度β２は単位時間ｔ毎のフィルタ温度ｇｔの平均値ｇｔｆ｛＝（ｇｔ（ｎ−ｔ＋１）＋ｇｔ（ｎ−ｔ＋２）＋・・・＋ｇｔ（ｎ））／ｔ｝を求め、ｇｔｆ／２５０℃で代用することもできる。
【００４７】
次に、頻度補正部ｂ２’で頻度β２をＮＯｘ／Ｓｏｏｔで補正する。即ち、ＮＯｘ量が少ない場合にはＮＯ２の生成量も低下してしまうことから、２５０℃程度の温度状況では安定したＰＭ燃焼を得難くなる。このため頻度補正部ｂ２’ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆ（トルク相当値）に応じて、図１４（ａ）に示すＮＯｘ／Ｓｏｏｔマップｍ６を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔを設定し、図１４（ｂ）に示す補正係数Ｋａマップｍ７を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数Ｋを算出する。ここで、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔが例えば２５以上の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの増加に応じて１から次第に増加設定される一方、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔが２５未満の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの減少に応じて１から減少されて、例えば１６未満の領域では一定値（＜１）に設定される。更に、頻度補正部ｂ２では補正係数Ｋを温度頻度β２に乗算して補正する。
【００４８】
燃焼速度係数演算部ｂ３’では補正済みの温度頻度β２相当の燃焼速度係数αを図１３（ａ）の燃焼速度係数マップｍ４で算出する。この燃焼速度係数マップｍ４は温度頻度β２増に応じて増加度合を増す曲線特性を有する。
次にＰＭ燃焼量Ｍｂ演算部ｂ４’では前回のＰＭ堆積量ＰＭ＝Ｍａ（ｎ−１）に燃焼速度係数α及び単位時間ｍｔ（例えば１０制御周期）を乗算して、今回のＰＭ燃焼量Ｍｂを図１３（ｂ）のＰＭ燃焼量Ｍｂマップｍ５で算出する。このＰＭ燃焼量Ｍｂマップｍ５は燃焼速度係数α増に比例して増加する直線特性を有し、同直線を演算式とした場合、式（ｃ）で算出可能である。
【００４９】
Ｍｂ＝α×ＰＭ×ｍｔ・・・（ｃ）
ステップｓ５”のＰＭ堆積量演算処理では、図１２に示すような処理を実行する。
堆積量演算手段Ａｃでは、式（ｄ）に示すように、単位時間ｍｔ毎のＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔより単位時間ｍｔ毎のＰＭ燃焼量Ｍｂｐｍｔを減算して単位時間ｍｔ毎のＰＭ堆積量Ｍａｐｍｔを算出する。
Ｍａｐｍｔ＝Ｍｅｐｍｔ−Ｍｂｐｍｔ・・・（ｄ）
このＰＭ堆積量Ｍａｐｍｔは単位時間ｍｔ（１０制御周期）に，ＰＭ堆積量Ｍａｐｔとして算出される。
【００５０】
更に、ステップｓ６”に達すると、ここではＰＭ積算堆積量Ｍａｐｔが所定値Ｍａαを上回るか判断し、上回るまではステップｓ１からｓ６”を繰返す。所定値Ｍａαはフィルタ２２に堆積するパティキュレートが連続燃焼した場合に、その燃焼熱でフィルタ２２自体が過熱により劣化することを避けるべく、その所定値Ｍａαが適宜設定される。
【００５１】
更に、ステップｓ７に達すると、ここでは図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ７と同様に図５に示すようなポスト噴射制御を所定時間行う。これにより主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ及び噴射時期ｔ１相当の情報を含む出力Ｄｉｎｊと、これに加え、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ及び噴射時期ｔ２相当の情報を含む出力Ｄ’ｉｎｊを燃料噴射用ドライバ１０にセットし、メインルーチンにリターンする。これにより排ガス温度が上昇し、フィルタ２２上のフィルタ温度ｇｔが速やかに上昇し、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この再生促進制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
【００５２】
このように、ＰＭ燃焼量Ｍｂをフィルタ温度ｇｔの温度頻度βで求め、ＰＭ排出量Ｍｅを発進回数ＳＧに基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる。更に、ここでは図４（ｂ）に示すＰＭ排出量Ｍｅマップｍ２を用い、即ち、発進回数ＳＧとＰＭ排出量との相関を求めておき、発進回数ＳＧ相当のＰＭ排出量Ｍｅを導出するので、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【００５３】
図１１、図１２に示した再生促進制御処理では、再生促進制御処理で推定されたパティキュレート堆積量Ｍａが所定値Ｍａαを超えフィルタが強制再生時期に達すると、ポスト噴射を行い、これにより排気ガス昇温を行い、フィルタの再生を行っていたが、このような追加燃料による強制再生手段に代えて、軽油バーナ、電気ヒータを強制再生手段として用いることもでき、この場合、ポスト噴射の場合と同様の作用効果が得られ、特に、制御系の簡素化を図れる。
上述の実施形態では、フィルタをハニカム構造体として形成されたものに基づいて、説明したが、これに限定されるものではなく、ワイヤメッシュや三次元構造体であってもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明では、発進加速回数を検出しこの発進加速回数に基づき、例えば、上限の発進加速回数を上回るとフィルタのパティキュレート堆積量が過剰なレベルに達し、強制再生時期に達していると精度良く判定でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
特に、排気ガス温度又はフィルタ温度が設定温度以下での発進加速回数を検出するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定できる。
【００５５】
請求項２の発明は、フィルタ温度が特定温度以上となる頻度を求め、温度頻度毎に上限の発進加速回数を設定しておき、検出された発進加速回数が温度頻度毎の上限を超えたとき強制再生が必要と判定するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定でき、装置の簡素化を図れる。
【００５６】
請求項３の発明は、パティキュレート排出量を発進加速回数に基づき求め、パティキュレート燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度の温度頻度と同頻度相当の燃焼速度係数と前に演算のパティキュレート堆積量とに基づき求めることにより、パティキュレート堆積量を精度良く判定でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【００５７】
請求項４の発明は、予め発進加速回数とパテイキュレート排出量との相関を求め、即ち、発進加速回数でパティキュレート排出量を推定又は演算するマップを用いる場合も、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例としての内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理における制御機能ブロック図である。
【図３】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で行われるパティキュレート堆積量の区間ｍｔでの積算処理の説明図である。
【図４】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で用いるマップ説明図で、（ａ）は排ガス温度−燃焼補正値の特性を、（ｂ）は発進回数−ＰＭ堆積量の特性を示す。
【図５】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で行うポスト噴射の説明図である。図１の排気浄化装置で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図６】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図７】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で用いる発進回数演算ルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理における制御機能ブロック図である。
【図１０】図８、９に示した実施形態における再生促進制御処理で用いる温度頻度より上限発進回数を推定するためのマップの特性線図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理における制御機能ブロック図である。
【図１３】図１１、１２に示した実施形態における再生促進制御処理で用いるマップ説明図で、（ａ）は温度頻度より燃焼速度係数を推定するための特性を、（ｂ）は燃焼速度係数よりＰＭ堆積量を推定するための特性を示す。
【図１４】図１１、１２に示した実施形態における再生促進制御処理で用いるマップ説明図で、（ａ）はエンジン回転数及び燃料噴射量よりＮＯｘ／Ｓｏｏｔを推定する特性を、（ｂ）はＮＯｘ／Ｓｏｏｔより補正係数Ｋを推定するための特性を示す。
【符号の説明】
１ 内燃機関の排気浄化装置
２ エンジン
６ 排気後処理装置
８ インジェクタ
１２ エンジンＥＣＵ
２１ 酸化触媒
２２ フィルタ
ｇｔ 排気温度（フィルタ温度）
Ａ１ 発進検出手段
Ａ２ 堆積量演算手段
Ａａ 排出量演算手段
Ａｂ 燃焼量演算手段
Ａｃ 堆積量演算手段
Ｍａ ＰＭ堆積量
Ｍｂ ＰＭ燃焼量
Ｍｅ ＰＭ排出量
Ｖｃ 車両速度
ＳＧ 発進回数
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガス中よりカーボン粒子等を捕集する内燃機関の排気浄化装置、特に、フィルタによって捕集されたカーボンを酸化触媒又はフィルタにより生成された二酸化窒素（ＮＯ２）を利用してフィルタ上で酸化除去する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排ガス中には、カーボン微粒子等を核とするパティキュレートが混入しており、このパティキュレートを大気中に放出することなく捕集するためにディーゼルエンジンの排ガス流路上にはパティキュレートフィルタが装着される。このパティキュレートフィルタはパティキュレート堆積量が増加すると、これを焼却して再生する必要がある。
【０００３】
そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートＰＭの堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回ると排温を強制的に上昇させてパティキュレートを焼却する強制再生手段が採用されている。例えば、強制再生手段としては、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段や、電気ヒータ或いは軽油バーナーを駆動させて排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
【０００４】
このように、強制再生手段はフィルタを高温に維持する必要上、燃費悪化を招き易く、これを抑制する上で精度良く強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
ところで、パティキュレートは６００℃程度の高温で酸素により酸化処理可能であるが、これをより低温の２５０℃程度でも低温燃焼を可能とし、これにより焼却可能域を拡大し、再生促進を図れるようにした連続再生式フィルタ装置が知られている。
【０００５】
この連続再生式フィルタ装置は、パティキュレートフィルタに対して排気路上流側に酸化触媒を配備し、ここで下記（１）式の反応を促進させることで排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する。
２ＮＯ＋Ｏ２ → ２ＮＯ２・・・（１）
この二酸化窒素（ＮＯ２）は高活性であり、パティキュレートフィルタに達した際に同フィルタに捕集済みのパティキュレート（カーボン粒子）と下記（２），（３）式で示す反応を促進させることでパティキュレートフィルタを再生している。
【０００６】
ＮＯ２＋Ｃ → ＮＯ＋ＣＯ・・・（２）
ＮＯ２＋ＣＯ → ＮＯ＋ＣＯ２・・・（３）
ところが低温燃焼を可能とした連続再生式フィルタ装置であっても、車両が街中を走行し低負荷運転域が長く続くような場合には排温が上昇せず、フィルタにパティキュレートが堆積しやすく、強制焼却して再生する必要がある。
そこで、連続再生式フィルタ装置であっても、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートＰＭの堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回ると排温を強制的に上昇させてパティキュレートを焼却する強制再生手段が採用され、例えば、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタの上流に酸化触媒を配備した連続再生式フィルタ装置、或いは単にパティキュレートフィルタのみから成るパティキュレート浄化装置の何れであっても、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレート焼却処理に入る。ところが、この堆積量が的確に判定されていないと、即ち、堆積量を過大判定すると強制再生インターバルが狭まり燃費悪化を招き、堆積量を過小判定すると過度にパティキュレートが堆積し、これが燃焼して温度上昇が過大となり耐久性を低下させることとなる。従って、精度良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
【０００８】
更に、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートの堆積量を検知する方法が用いられてきたが、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。特に、パティキュレートの堆積量をパティキュレート排出量より燃焼量を減算することで演算するなどの手段では、吸入空気量の検出手段が無くてもパティキュレートの堆積量を推定可能であり、このような装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置も望まれている。
【０００９】
なお、フィルタに堆積したパティキュレート堆積量を簡易的に排温頻度から推定する方法が本出願人により特願２００１―１４４５０１号によって提案されているが、パティキュレート堆積量を推定するに当たり、連続再生時のパティキュレート燃焼量の推定は可能であるがパティキュレート排出量の推定が的確で無いことよりパティキュレート堆積量検知精度が比較的低く改善が望まれている。
本発明は、上述の課題に基づき、精度良く、強制再生時期を検知でき、装置の簡素化を図れ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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能を有する排気後処理装置、前記内燃機関が搭載された車両の停車状態もしくは所定の車両速度以下の極低速走行状態から所定車両速度に達する発進加速回数を検出する発進検出手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタの温度を検出する温度検出手段、前記温度検出手段により検出された排気ガス温度又はフィルタ温度がパティキュレートの焼却が中断される設定温度以下における前記発進検出手段により検出された発進加速回数に基づき前記フィルタヘのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたこと、を特徴とする。
このように、発進加速回数を検出しこの発進加速回数に基づき、例えば、上限の発進加速回数を上回るとフィルタのパティキュレート堆積量が過剰なレベルに達し、強制再生時期に達していると精度良く判定でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【００１１】
特に、排気ガス温度又はフィルタ温度が設定温度以下での発進加速回数を検出するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定できる。
【００１２】
請求項２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、前記堆積量演算手段は、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が特定温度以上となる頻度を求める温度頻度演算手段と、予め前記温度頻度毎に上限の発進加速回数を設定しておき、前記発進検出手段により検出された発進加速回数が温度頻度毎の上限を超えたとき強制再生が必要と判定する判定手段とを含むことを特徴とする。
このように、フィルタ温度が特定温度以上となる温度頻度を求め、温度頻度毎に上限の発進加速回数を設定しておき、検出された発進加速回数が温度頻度毎の上限を超えたとき強制再生が必要と判定するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定でき、装置の簡素化を図れる。
【００１３】
請求項３の発明は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタの上流に設けられＮＯ２を生成する機能を有する排気後処理装置、前記内燃機関が搭載された車両の停車状態もしくは所定の車両速度以下の極低速走行状態から所定車両速度に達する発進加速を検出する発進検出手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタの温度を検出する温度検出手段、前記温度検出手段により検出された排気ガス温度又はフィルタ温度がパティキュレートの焼却が中断される設定温度以下における前記発進検出手段により検出された発進加速回数に基づきパティキュレート排出量を演算する排出量演算手段、
前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が特定温度以上である頻度を求め、同頻度相当の燃焼速度係数と前に演算のパティキュレート堆積量とに基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、
前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタヘの新たなパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする。
このように、パティキュレート排出量を発進加速回数に基づき求め、パティキュレート燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度の温度頻度と同頻度相当の燃焼速度係数と前に演算のパティキュレート堆積量とに基づき求めることにより、パティキュレート堆積量を精度良く判定できる。
【００１４】
請求項４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、前記排出量演算手段は、予め発進加速回数とパテイキュレート排出量との相関を求め、前記発進検出手段により検出された発進加速回数でパティキュレート排出量を推定又は演算することを特徴とする。
このように、予め発進加速回数とパテイキュレート排出量との相関を求め、即ち、発進加速回数でパティキュレート排出量を推定又は演算するマップを用いる場合も、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様の作用効果が得られる。
【００１５】
好ましくは、請求項１又は請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記堆積量演算手段により推定されたパティキュレート堆積量が所定値を超えたとき、主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程に噴射された追加燃料により、排気ガス昇温を行うか、又はフィルタヘＨＣを供給しフィルタ上で燃焼させる強制再生手段を備えたとしても良い。
この場合、フィルタが強制再生時期に達すると、主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程にポスト噴射された追加燃料、或いは、フィルタヘ供給されたＨＣを用いて特別の装置を用いることなく強制再生を容易に行うことができる。
なお、場合により、追加燃料による強制再生手段に代えて、軽油バーナ、電気ヒータを強制再生手段として用いることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１には一実施形態として本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置１を装着したディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）２を示した。このエンジン２は燃焼室３より延出する排気路Ｒを備え、この排気路Ｒには排気マニホールド４、排気管５、その途中に配備される排気後処理装置６、その下流の図示しないマフラーを順次接続して形成される。エンジン２は直列４気筒エンジンであり、各気筒にはインジェクタ８が設けられている。各インジェクタ８にはこれに燃料を供給する燃料供給部９と、インジェクタ８により燃焼室３に燃料噴射を行う燃料噴射部１１を備え、これらはエンジンＥＣＵ１２により駆動制御される。
【００１７】
燃料供給部９はエンジン駆動の高圧燃料ポンプ１３の高圧燃料をエンジンＥＣＵ１２内の燃圧制御部１２１により制御される燃圧調整部１４で定圧化した上でコモンレール１５に導き、コモンレール１５より分岐して延出する燃料管路１６を介し各インジェクタ８に供給する。インジェクタ８の電磁バルブ１７は噴射制御部１２２に接続され、同噴射制御部１２２は演算された燃料噴射量、噴射時期に応じた出力Ｄｊ信号を電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８を噴射制御する。
【００１８】
ここで噴射制御部１２２はエンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込量θａに応じた基本燃料噴射量ＩＮＪｂを求め、運転条件に応じた、たとえば水温ｗｔや大気圧ｐａの各補正値ｄｔ，ｄｐを加えて燃料噴射量Ｕｆ（＝ＩＮＪｂ＋ｄｔ＋ｄｐ）を導出する。更に噴射時期は、周知の基本進角値に運転条件に応じた補正を加えて導出される。その上で、演算された噴射時期及び燃料噴射量Ｕｆ相当の出力Ｄｊ信号を図示しないインジェクタドライバにセットし、燃料噴射部１１の電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８の燃料噴射を制御する。
【００１９】
排気管５の途中の排気後処理装置６は金属筒状のケーシング１８を備え、その膨出部１８１の内側に排気路Ｒに沿って酸化触媒２１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以後単にフィルタと記す）２２を直列状に備える。酸化触媒２１及びフィルタ２２はそれぞれ膨出部１８１との間に各々を支持する支持部材１９、たとえば、嵩高形状の金属網状体を介装している。
【００２０】
酸化触媒２１は触媒担持体に担持され、触媒担持体２１１内の各排ガス通路ｒ１は両端部が開放され、排ガスを排気路Ｒ上流より下流側に容易に通過させることができる。触媒担持体２１１はセラミック製で断面がハニカム構造を成すモノリス型であり、互いに並列配備された多数の排ガス通路ｒ１を形成され、各通路の通路対向壁面に酸化触媒２１が触媒層を成して担持される。
【００２１】
酸化触媒２１は、エンジン２から排出される排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸素Ｏ２で酸化して高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）を生成し、すなわち、上述の（１）式の生成反応を促進できる触媒性能を備えるものが選択され、例えば、プラチナ系酸化触媒を用いる。
【００２２】
フィルタ２２は例えば、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉを主成分とするコージェライトなどのセラミックから成り、多数の排ガス通路ｒ２を排気路Ｒの方向に向けて並列状に積層してなるハニカム構造体として形成される。ここで互いに隣合う各排ガス通路ｒ２は交互に排気路Ｒ上流側と下流側のいずれか一方がシール部２３で閉鎖されるように形成される。これにより上流側に流入した排ガスは各排ガス通路ｒ２−１の通路対向壁ｂを透過して排気路Ｒ下流側に出口を形成された各排ガス通路ｒ２−２に達し、排出され、その際、排ガス中よりパティキュレート（ＰＭ）を濾過する。
【００２３】
エンジンＥＣＵ１２は、車速Ｖｃを検出する車速センサ７と、エンジン２のアクセルペダル開度θａを検出するアクセルペダル開度センサ２４と、クランク角情報Δθを検出するクランク角センサ２５と、排気温度ｇｔを検出する排気温度センサ２６と、水温ｗｔを検出する水温センサ２７と、大気圧ｐａを出力する大気圧センサ２８とが接続される。ここでクランク角情報ΔθはエンジンＥＣＵ１２においてエンジン回転数Ｎｅの導出に用いられると共に後述の燃料噴射時期制御に使用される。
【００２４】
エンジンＥＣＵ１２はその入出力回路に多数のポートを有し、車速センサ７、アクセルペダル開度センサ２４、クランク角センサ２５、排気温度センサ２６、水温センサ２７、大気圧センサ２８等よりの検出信号を採り込む。エンジンＥＣＵ１２は燃圧制御部１２１、噴射制御部１２２や周知のエンジン制御処理機能を備え、特に、再生促進制御機能を成す発進検出手段Ａ１（図２参照）、堆積量演算手段Ａ２、強制再生制御手段Ａ３の制御機能を備える。
【００２５】
ここで発進検出手段Ａ１はエンジン２が搭載された車両の停車状態（例えば、車速値が４ｋｍ／ｈ以下の状態）から所定車両速度、例えば、４０ｋｍ／ｈ以上に達する発進加速回数（以後単に発進回数と記す）ＳＧを検出する。
堆積量演算手段Ａ２は発進検出手段Ａ１により検出された発進回数ＳＧに基づきフィルタ２２ヘのパティキュレート堆積量（以後ＰＭ堆積量と記す）Ｍａを演算する。強制再生制御手段Ａ３はＰＭ堆積量Ｍａに応じて強制再生が必要と判定された際に燃料噴射モードを通常噴射モードよりポスト噴射モード（後述の図５参照）に切換え制御する。
【００２６】
このような内燃機関の排気浄化装置１を装備したエンジン２の駆動時において、エンジンＥＣＵ１２は図示しないメインルーチンにおいて、複数の制御系、即ち、燃料供給部９、燃料噴射部１１及び排気後処理装置６で用いる車速Ｖｃと、アクセルペダル開度θａと、クランク角情報Δθと、エンジン回転数Ｎｅと、排気温度（ここではフィルタ温度と見做す）ｇｔと、燃料噴射量Ｑｆ、水温ｗｔ、大気圧ｐａその他のデータを取込み、これら各値が適正値か否かの判断をし、正常でないと図示しない故障表示灯を駆動する。
【００２７】
次いで、エンジンＥＣＵ１２の燃料供給部９、燃料噴射部１１は上述の各センサの入力値に応じて制御作動する。即ち、燃料供給部９では燃圧制御部１２１に制御される燃圧調整部１４が高圧燃料を定圧化した上でコモンレール１５に供給する。燃料噴射部１１では噴射制御部１２２から燃料噴射量Ｑｆ、噴射時期θｒ信号をインジェクタドライバ１０に入力することで、ドライバ１０が燃料噴射量Ｑｆ、噴射時期θｒに応じた出力Ｄｊ信号で電磁バルブ１７を駆動し、インジェクタ８を噴射制御する。
【００２８】
このような運転時において、酸化触媒２１を担持する触媒担持体２１１では多数の排ガス通路ｒ１に排ガスが分散して流入し、上述の（１）式に沿って排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）が生成され、下流側のフィルタ２２に流出される。フィルタ２２では各排ガス通路ｒ２−１に流入した排ガスが通路対向壁ｂを透過して各排ガス通路ｒ２−２の下流側出口に達し、大気中に排出される。この際、通路対向壁ｂを流通する排ガスが含有するＰＭがフィルタ２２に捕捉される。
このような状況下においてメインルーチンの途中で図６に示すような再生促進制御処理に達する。
【００２９】
この再生促進制御処理ではステップｓ１で最新のフィルタ温度ｇｔを取り込み、これが設定温度である２５０℃（酸化触媒２１の活性温度）以下であるとステップｓ２の発進回数ＳＧ演算処理に進み、そうでないと、メインルーチンにリターンする。
最新のフィルタ温度ｇｔが２５０℃を上回る運転状態の場合、酸化触媒２１も昇温されて活性化しており、又、フィルタ２２も高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）の雰囲気下で燃焼可能な温度に達しているので、捕捉されたＰＭは容易に焼却除去される。このときのフィルタ２２でのＰＭ燃焼量Ｍｂはエンジン１からのＰＭ排出量Ｍｅを上回ることから、結果としてフィルタ２２に堆積しているＰＭは次第に減少することになり、連続的にＰＭが焼却されてフィルタ２２が再生され、再生促進制御は不要と見做している。
【００３０】
一方、例えば市街地走行等のようにフィルタ温度ｇｔが２５０℃を下回る運転状態では、酸化触媒２１及びフィルタ２２の温度も低下してパティキュレートの焼却が中断されるため、フィルタ２２の連続再生は成されず、フィルタ２２のＰＭ堆積量Ｍａが次第に増加することになる。そこで、ステップｓ２で発進回数ＳＧを演算し、ステップｓ３では、ＰＭ排出量の演算処理を行い、ステップｓ４では、燃焼補正値βの演算処理を行い、更に、ステップｓ５でＰＭ堆積量Ｍａを演算し、ステップｓ６でＰＭ堆積量Ｍａｐｍが所定値（Ｍａα）に達したのを判定した時点でステップｓ７に進み、フィルタ２２を強制的に昇温させるための再生促進制御（例えば、ポスト噴射制御を所定時間行う）を実行する。
【００３１】
ステップｓ２の発進回数演算処理は図７に示す処理を実行する。
ここで、ステップａ１に達すると、発進回数カウントフラグであるＳＦＬＧが１か否か判断し、ステップａ２に達すると、車両が停止か否かを判断し、車速Ｖｃ≦４ｋｍ／ｈ以下ではステップａ３に、走行に入ると再生促進制御ルーチンのステップｓ２に戻る。
ステップａ３では車両が停止状態であることより発進回数カウントフラグＳＦＬＧをセット（＝１）し、ステップａ４に進む。
【００３２】
ステップａ４にステップａ１或いはａ３より達すると、車速Ｖｃが４０ｋｍ／ｈ以上に達するのを待ち、達すると車両が停車時よりの発進を完了したとしてステップａ５で発進回数カウンタＣＵＴＳＧを１加算処理すると共に発進回数カウントフラグＳＦＬＧをリセット（＝０）し、再生促進制御ルーチンのステップｓ３に戻る。
ステップｓ３のＰＭ排出量Ｍｅの演算では、図２に示すような処理を実行する。
【００３３】
まず、ＰＭ排出量演算部ａ１で発進回数カウンタＣＵＴの値を取り込み、図４（ｂ）に示すＰＭ排出量Ｍｅマップｍ２を用い、発進回数カウンタＣＵＴＳＧ値相当のＰＭ排出量Ｍｅを導出する。なお、ＰＭ排出量Ｍｅマップは発進回数ＳＧに比例してＰＭ排出量Ｍｅを増す特性を備え、同特性はＣ１、Ｃ２の定数を用い（ａ）式で表わされる。
【００３４】
Ｍｅ＝（Ｃ１×ＳＧ＋Ｃ２）×ｔ・・・（ａ）
区間ＰＭ排出量演算部ａ２では、図３に示すような区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅを順次積算し、区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを区間ｍｔ毎に順次演算する。再生促進制御ルーチンのステップｓ４では燃焼補正値演算部ｂ０において、フィルタ２２上のパティキュレートの燃焼量を考慮するための燃焼補正値β（０＜β＜１．０の値）を求める。ここでは、フィルタ温度ｇｔαを取り込み、重み係数ｆ（例えば０、５）を用いて（ｂ）式で平均フィルタ温度ｇｔαを算出し、順次更新する。
【００３５】
ｇｔα（＝ｇｔ（ｎ−１）×ｆ＋ｇｔ（ｎ）×（１−ｆ））・・・（ｂ）
次いで、ステップｓ４では平均フィルタ温度ｇｔα相当の燃焼補正値βを、図４（ａ）に示す燃焼補正値βマップｍ１を用い、０＜β＜１．０の範囲で、ｇｔαの増加に応じて小さな値となるように導出する。
この後、再生促進制御ルーチンのステップｓ５では堆積量演算部ａ３において、区間ＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを順次積算し、平均フィルタ温度ｇｔα相当の燃焼補正値βを取り込み、区間ＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを燃焼補正値βで補正する。更に、補正済みの区間ＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを順次積算してＰＭ堆積量Ｍａｐｍを求める。
【００３６】
ＰＭ堆積量Ｍａｐｍの演算の後、ステップｓ６に達すると、ここでは積算堆積量Ｍａｐｍが所定値Ｍａαを上回るか判断し、上回るまではステップｓ１からｓ６を繰返す。所定値Ｍａαの設定では、フィルタ２２にパティキュレートが過度に堆積した場合、その燃焼熱でフィルタ２２自体が過熱により劣化することが無いように、その堆積量を抑えるべく所定値Ｍａαが適宜設定される。
更に、積算堆積量Ｍａｐｍが所定値（Ｍａα）を上回るとしてステップｓ７に達すると、ここではフィルタ２２を強制的に昇温させるための再生促進制御として、ポスト噴射制御を所定時間行う。即ち、ステップｓ７のポスト噴射モードでは、図５に示すように、現在の運転情報に応じた主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ（噴射期間Ｂｍ）、噴射時期ｔ１を導出し、更に、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ（噴射期間Ｂｓ）を予め設定された一定量として設定し、噴射時期ｔ２を主噴射後の一定時期として設定する。
【００３７】
これにより主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ及び噴射時期ｔ１相当の情報を含む出力Ｄｉｎｊと、これに加え、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ及び噴射時期ｔ２相当の情報を含む出力Ｄ’ｉｎｊを燃料噴射用ドライバ１０にセットし、メインルーチンにリターンする。これにより燃料噴射用ドライバ１０は所定噴射時期θｒをカウントし、主噴射Ｊ１及び後噴射Ｊ２を実行し、その後、排ガス温度が上昇し、酸化触媒ａ上のＨＣが一挙に燃焼し、更に、フィルタ２２上のフィルタ温度ｇｔが２５０℃を速やかに上回り、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この再生促進制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
【００３８】
このように、発進回数ＳＧを検出しこの発進回数ＳＧに基づき、区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔ及び積算値のＰＭ堆積量Ｍａｐｍを求め、このＰＭ堆積量Ｍａｐｍが過剰なレベル（所定値Ｍａα）に達していると精度良く、強制再生時期に達していることを判定できる。
ここでの再生促進制御処理では排気後処理装置６を用いてのポスト噴射制御を所定時間行うように構成されていたが、これに代えて、フィルタ２２の排気路Ｅ上流側対向位置に図１に２点鎖線で示すように軽油バーナもしくは軽油添加ノズルＮを配設し、同軽油バーナもしくは軽油添加ノズルＮに燃料系からの燃料を開閉弁を介し再生促進制御時に供給するような構成を採用しても良い。なお、場合により、軽油バーナに代えて、図示しない電気ヒータを強制再生手段として用いることもできる。
【００３９】
上述した図１の排気浄化装置１の再生促進制御では堆積量演算手段Ａ２として、ステップｓ３で発進回数ＳＧ相当のＰＭ排出量Ｍｅを算出し、ＰＭ排出量Ｍｅを燃焼補正値βで補正した上でＰＭ堆積量Ｍａｐｍを算出する。その上で、ＰＭ堆積量Ｍａｐｍが所定値（Ｍａα）に達したのを判定した時点でステップｓ７に進み、強制再生制御手段Ａ３により、フィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御（ポスト噴射制御を所定時間行う）を実行している。
【００４０】
ここでは、このような再生促進制御処理に代えた他の実施形態を、図８、図９に沿って説明する。
ここでは、図１の排気浄化装置１のハード構成をそのまま用い、図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ３からｓ６の処理に代えてステップｓ３’からｓ５’の処理（図９参照）を実行するもので、その他の制御処理機能は同一であり、重複する説明を略す。なお、ここでの堆積量演算手段Ａ２は、予め温度頻度β１毎に所定値である上限の発進回数ＳＧｔを設定しておき、発進検出手段により検出された発進回数ＳＧが温度頻度毎の上限ＳＧｔを超えたとき強制再生が必要と判定する判定手段Ａ２−１を含む。
【００４１】
ここでは、図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ１、２と同様の処理により、発進検出手段Ａ１が停止より車速が４０ｋｍ／ｈに達する発進の回数ＳＧを算出し、その後、ステップｓ３’に達する。
ステップｓ３’の温度頻度演算手段Ａ２−２では、頻度演算部ｂ１（図９参照）においてフィルタ温度ｇｔを取り込み、これが特定温度（例えば、２５０℃）以下で判定値ｘ（＝１）を、上回ると判定値ｘ（＝０）を算出し、これら判定値ｘが１の場合を所定期間ｍｔ毎に集計して、例えば、０が７回、１が３回では温度頻度β１が３/１０として演算される。
【００４２】
ステップｓ４’の上限発進回数演算部ｂ２では図１０に示す上限発進回数マップｍ３で現在の温度頻度β１相当の上限の発進回数ＳＧｔを導出する。上限発進回数マップｍ３は温度頻度β１が増加するほど、即ち、低温運転域でパティキュレートの焼却が進まない運転域ほど、上限発進回数ＳＧｔを低くして、再生促進の判定を早めるようにしている。
ステップｓ５’に達すると、判定手段Ａ２−１において、今回の発進回数ＳＧが温度頻度β１相当の上限発進回数ＳＧｔ（所定値）を上回るのを待ち、上回るとステップｓ７に進む。
【００４３】
ステップｓ７では上述したと同様に、フィルタ２２を強制的に昇温させるためのポスト噴射制御を所定時間行う。これにより主噴射Ｊ１及び後噴射Ｊ２が実行され、排ガス温度が上昇し、フィルタ温度ｇｔが上昇し、フィルタ２２のパティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この再生促進制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
この場合、フィルタ温度ｇｔが設定温度（例えば、２５０℃）以下という一定の条件下での発進回数ＳＧを検出するので、各発進時のＰＭ堆積量のばらつきが比較的少なくなり、ＰＭ堆積量の推定精度が向上し、フィルタ２２の強制再生時期をより精度良く判定できる。
【００４４】
次に、図２、図６の再生促進制御処理に代えて採用できる、他の再生促進制御処理を図１１、図１２に沿って説明する。なお、本実施形態では図１の排気浄化装置１のハード構成をそのまま用い、図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ３からｓ６の処理に代えてステップｓ３”からｓ６”の処理を実行するもので、その他の制御処理機能は同一であり、重複説明を略す。ここでの排気浄化装置１の制御処理機能部は、特に、図１２に示すように、排出量演算手段Ａａ、燃焼量演算手段Ａｂ、堆積量演算手段Ａｃの機能を有する。
図１１に示す再生促進制御処理では図６の再生促進制御処理と同様に発進検出手段Ａ１がステップｓ１、ｓ２を同様に実行し、停止より４０ｋｍ／ｈヘの発進回数ＳＧを求め、ステップｓ３”に達する。
ステップｓ３”のＰＭ排出量演算では、図１２に示すような処理を実行する。
【００４５】
まず、排出量演算手段ＡａのＰＭ排出量演算部ａ１において、発進回数カウンタＣＵＴの値を取り込み、図６の再生促進制御処理と同様に図４（ｂ）に示すＰＭ排出量Ｍｅマップを用い、発進回数カウンタＣＵＴＳＧ値相当のＰＭ排出量Ｍｅを導出する。同じく、区間ＰＭ排出量演算部ａ２では、図３に示すような区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅを順次積算し、区間ｍｔのＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔを区間ｍｔ毎に順次演算する。
次いで、ステップｓ４”のＰＭ燃焼量Ｍｂの演算では、図１２に示すような処理を実行する。
【００４６】
まず、燃焼量演算手段Ａｂの頻度演算部ｂ１’ではフィルタ温度（触媒温度と見做す）ｇｔを取り込み、フィルタ温度ｇｔが特定温度である２５０℃以上で判定値１を、下回ると判定値０を算出し、これら値の内、１の頻度を単位時間ｔ毎に集計して、例えば、０が７回、１が３回では温度頻度β２が３/１０として演算される。なお、ここでの温度頻度β２は単位時間ｔ毎のフィルタ温度ｇｔの平均値ｇｔｆ｛＝（ｇｔ（ｎ−ｔ＋１）＋ｇｔ（ｎ−ｔ＋２）＋・・・＋ｇｔ（ｎ））／ｔ｝を求め、ｇｔｆ／２５０℃で代用することもできる。
【００４７】
次に、頻度補正部ｂ２’で頻度β２をＮＯｘ／Ｓｏｏｔで補正する。即ち、ＮＯｘ量が少ない場合にはＮＯ２の生成量も低下してしまうことから、２５０℃程度の温度状況では安定したＰＭ燃焼を得難くなる。このため頻度補正部ｂ２’ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆ（トルク相当値）に応じて、図１４（ａ）に示すＮＯｘ／Ｓｏｏｔマップｍ６を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔを設定し、図１４（ｂ）に示す補正係数Ｋａマップｍ７を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数Ｋを算出する。ここで、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔが例えば２５以上の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの増加に応じて１から次第に増加設定される一方、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔが２５未満の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの減少に応じて１から減少されて、例えば１６未満の領域では一定値（＜１）に設定される。更に、頻度補正部ｂ２では補正係数Ｋを温度頻度β２に乗算して補正する。
【００４８】
燃焼速度係数演算部ｂ３’では補正済みの温度頻度β２相当の燃焼速度係数αを図１３（ａ）の燃焼速度係数マップｍ４で算出する。この燃焼速度係数マップｍ４は温度頻度β２増に応じて増加度合を増す曲線特性を有する。
次にＰＭ燃焼量Ｍｂ演算部ｂ４’では前回のＰＭ堆積量ＰＭ＝Ｍａ（ｎ−１）に燃焼速度係数α及び単位時間ｍｔ（例えば１０制御周期）を乗算して、今回のＰＭ燃焼量Ｍｂを図１３（ｂ）のＰＭ燃焼量Ｍｂマップｍ５で算出する。このＰＭ燃焼量Ｍｂマップｍ５は燃焼速度係数α増に比例して増加する直線特性を有し、同直線を演算式とした場合、式（ｃ）で算出可能である。
【００４９】
Ｍｂ＝α×ＰＭ×ｍｔ・・・（ｃ）
ステップｓ５”のＰＭ堆積量演算処理では、図１２に示すような処理を実行する。
堆積量演算手段Ａｃでは、式（ｄ）に示すように、単位時間ｍｔ毎のＰＭ排出量Ｍｅｐｍｔより単位時間ｍｔ毎のＰＭ燃焼量Ｍｂｐｍｔを減算して単位時間ｍｔ毎のＰＭ堆積量Ｍａｐｍｔを算出する。
Ｍａｐｍｔ＝Ｍｅｐｍｔ−Ｍｂｐｍｔ・・・（ｄ）
このＰＭ堆積量Ｍａｐｍｔは単位時間ｍｔ（１０制御周期）に，ＰＭ堆積量Ｍａｐｔとして算出される。
【００５０】
更に、ステップｓ６”に達すると、ここではＰＭ積算堆積量Ｍａｐｔが所定値Ｍａαを上回るか判断し、上回るまではステップｓ１からｓ６”を繰返す。所定値Ｍａαはフィルタ２２に堆積するパティキュレートが連続燃焼した場合に、その燃焼熱でフィルタ２２自体が過熱により劣化することを避けるべく、その所定値Ｍａαが適宜設定される。
【００５１】
更に、ステップｓ７に達すると、ここでは図６に示す再生促進制御処理におけるステップｓ７と同様に図５に示すようなポスト噴射制御を所定時間行う。これにより主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ及び噴射時期ｔ１相当の情報を含む出力Ｄｉｎｊと、これに加え、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ及び噴射時期ｔ２相当の情報を含む出力Ｄ’ｉｎｊを燃料噴射用ドライバ１０にセットし、メインルーチンにリターンする。これにより排ガス温度が上昇し、フィルタ２２上のフィルタ温度ｇｔが速やかに上昇し、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この再生促進制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
【００５２】
このように、ＰＭ燃焼量Ｍｂをフィルタ温度ｇｔの温度頻度βで求め、ＰＭ排出量Ｍｅを発進回数ＳＧに基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる。更に、ここでは図４（ｂ）に示すＰＭ排出量Ｍｅマップｍ２を用い、即ち、発進回数ＳＧとＰＭ排出量との相関を求めておき、発進回数ＳＧ相当のＰＭ排出量Ｍｅを導出するので、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【００５３】
図１１、図１２に示した再生促進制御処理では、再生促進制御処理で推定されたパティキュレート堆積量Ｍａが所定値Ｍａαを超えフィルタが強制再生時期に達すると、ポスト噴射を行い、これにより排気ガス昇温を行い、フィルタの再生を行っていたが、このような追加燃料による強制再生手段に代えて、軽油バーナ、電気ヒータを強制再生手段として用いることもでき、この場合、ポスト噴射の場合と同様の作用効果が得られ、特に、制御系の簡素化を図れる。
上述の実施形態では、フィルタをハニカム構造体として形成されたものに基づいて、説明したが、これに限定されるものではなく、ワイヤメッシュや三次元構造体であってもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明では、発進加速回数を検出しこの発進加速回数に基づき、例えば、上限の発進加速回数を上回るとフィルタのパティキュレート堆積量が過剰なレベルに達し、強制再生時期に達していると精度良く判定でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
特に、排気ガス温度又はフィルタ温度が設定温度以下での発進加速回数を検出するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定できる。
【００５５】
請求項２の発明は、フィルタ温度が特定温度以上となる頻度を求め、温度頻度毎に上限の発進加速回数を設定しておき、検出された発進加速回数が温度頻度毎の上限を超えたとき強制再生が必要と判定するので、パティキュレート堆積量の推定精度が向上し、フィルタの強制再生時期をより精度良く判定でき、装置の簡素化を図れる。
【００５６】
請求項３の発明は、パティキュレート排出量を発進加速回数に基づき求め、パティキュレート燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度の温度頻度と同頻度相当の燃焼速度係数と前に演算のパティキュレート堆積量とに基づき求めることにより、パティキュレート堆積量を精度良く判定でき、吸入空気量検出手段を必要とせず、装置の簡素化を図れる内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【００５７】
請求項４の発明は、予め発進加速回数とパテイキュレート排出量との相関を求め、即ち、発進加速回数でパティキュレート排出量を推定又は演算するマップを用いる場合も、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例としての内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理における制御機能ブロック図である。
【図３】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で行われるパティキュレート堆積量の区間ｍｔでの積算処理の説明図である。
【図４】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で用いるマップ説明図で、（ａ）は排ガス温度−燃焼補正値の特性を、（ｂ）は発進回数−ＰＭ堆積量の特性を示す。
【図５】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で行うポスト噴射の説明図である。図１の排気浄化装置で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図６】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図７】図１の排気浄化装置の再生促進制御処理で用いる発進回数演算ルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理における制御機能ブロック図である。
【図１０】図８、９に示した実施形態における再生促進制御処理で用いる温度頻度より上限発進回数を推定するためのマップの特性線図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理で用いる再生促進制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１２】本発明の他の実施形態における再生促進制御処理における制御機能ブロック図である。
【図１３】図１１、１２に示した実施形態における再生促進制御処理で用いるマップ説明図で、（ａ）は温度頻度より燃焼速度係数を推定するための特性を、（ｂ）は燃焼速度係数よりＰＭ堆積量を推定するための特性を示す。
【図１４】図１１、１２に示した実施形態における再生促進制御処理で用いるマップ説明図で、（ａ）はエンジン回転数及び燃料噴射量よりＮＯｘ／Ｓｏｏｔを推定する特性を、（ｂ）はＮＯｘ／Ｓｏｏｔより補正係数Ｋを推定するための特性を示す。
【符号の説明】
１ 内燃機関の排気浄化装置
２ エンジン
６ 排気後処理装置
８ インジェクタ
１２ エンジンＥＣＵ
２１ 酸化触媒
２２ フィルタ
ｇｔ 排気温度（フィルタ温度）
Ａ１ 発進検出手段
Ａ２ 堆積量演算手段
Ａａ 排出量演算手段
Ａｂ 燃焼量演算手段
Ａｃ 堆積量演算手段
Ｍａ ＰＭ堆積量
Ｍｂ ＰＭ燃焼量
Ｍｅ ＰＭ排出量
Ｖｃ 車両速度
ＳＧ 発進回数
Claims (4)
- 内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能を有する排気後処理装置、
前記内燃機関が搭載された車両の停車状態もしくは所定の車両速度以下の極低速走行状態から所定車両速度に達する発進加速回数を検出する発進検出手段、
前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタの温度を検出する温度検出手段、
前記温度検出手段により検出された排気ガス温度又はフィルタ温度がパティキュレートの焼却が中断される設定温度以下における前記発進検出手段により検出された発進加速回数に基づき前記フィルタヘのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記堆積量演算手段は、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が特定温度以上となる頻度を求める温度頻度演算手段と、予め前記温度頻度毎に上限の発進加速回数を設定しておき、前記発進検出手段により検出された発進加速回数が温度頻度毎の上限を超えたとき強制再生が必要と判定する判定手段とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタの上流に設けられＮＯ２を生成する機能を有する排気後処理装置、
前記内燃機関が搭載された車両の停車状態もしくは所定の車両速度以下の極低速走行状態から所定車両速度に達する発進加速回数を検出する発進検出手段、
前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタの温度を検出する温度検出手段、
前記温度検出手段により検出された排気ガス温度又はフィルタ温度がパティキュレートの焼却が中断される設定温度以下における前記発進検出手段により検出された発進加速回数に基づきパティキュレート排出量を演算する排出量演算手段、
前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が特定温度以上である頻度を求め、同頻度相当の燃焼速度係数と前に演算のパティキュレート堆積量とに基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、
前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへの新たなパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排出量演算手段は、予め発進加速回数とパティキュレート排出量との相関を求め、前記発進検出手段により検出された発進加速回数でパティキュレート排出量を推定又は演算することを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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