JP4192617B2

JP4192617B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4192617B2
Application number: JP2003034727A
Authority: JP
Inventors: 伸一朗奥川; 司窪島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP2004245109A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気後処理装置を備える内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、後処理装置の温度を推定して、その推定値を基に排気後処理装置を良好な状態に保持することのできる内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、環境対策として、内燃機関から排出される大気汚染物質を削減する排気後処理装置が種々提案されており、酸化触媒やＮＯｘ触媒、三元触媒といった触媒システムの導入が進められている。また、ディーゼルエンジンでは、排出ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質）が問題となっており、パティキュレートを捕集して定期的に燃焼除去するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと称する）や、これに触媒を担持させた触媒付ＤＰＦを搭載することが検討されている。ＤＰＦは、捕集したパティキュレートを定期的に燃焼除去することで再生され、触媒を担持させると再生温度が低下してより安定した燃焼が可能になる。ＤＰＦの再生は、リタードや、ポスト噴射等による未燃ＨＣの供給により、ＤＰＦを例えば６００℃以上に昇温することによって行われる。
【０００３】
ここで、排気後処理装置を効率よく作動させ、適正な状態に維持するには、装置の温度管理が重要となる。特に、触媒を用いた場合には、十分な触媒活性が得られる温度を維持しつつ、過昇温による損傷等を防止して排気後処理装置の信頼性や寿命を確保するために、所定の温度範囲内 (例えば２００〜７００℃）で使用する必要がある。また、ＤＰＦのようにＰＭの捕集を目的とするものでは、ＰＭを燃焼除去するＤＰＦの再生時の温度管理は重要である。
【０００４】
また、ＤＰＦの再生のタイミングは、ＰＭの堆積がエンジンの運転状態で異なることに鑑み、望ましくはＰＭの堆積量を演算して、演算されたＰＭの堆積量に基づいて行うのが望ましい。ＰＭの堆積量は、例えば、堆積によりＤＰＦにおける圧力損失が増大することを利用して、前後差圧や、排気体積流量に基づいて演算され、排気体積流量はエアーフローメータ等の吸気量センサにより検出された吸気量、ＤＰＦ内の温度としてのＤＰＦの温度等から換算される。ここで、ＤＰＦ温度が用いられるのは、気体の体積が温度によって異なるからである。
【０００５】
このように、排気後処理装置の状態を適正な状態に維持しようとする場合、排気後処理装置の温度を簡易に得られることが重要となるが、ＮＯｘ還元触媒を備えた排気後処理装置の下流で排気温度を検出する温度検出手段を設け、検出温度を排気後処理装置の温度とみなして、これに応じて空気過剰率を増減して、触媒温度を所定温度範囲内に制御することが提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−２２４２２１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
排気後処理装置からの出ガス温度は排気後処理装置における触媒反応等による温度変化を反映するので、特許文献１の技術は注目すべき技術であるが、次の問題がある。図１１はＤＰＦ温度および出ガス温度の経時変化を示すもので、例えばエンジン回転数一定で燃料噴射量をステップ変化（増量）させたときのものである。ＤＰＦ温度の変化に対して、ＤＰＦ温度とみなされる出ガス温度の変化が大きく遅れており、この応答の不十分さから、ＤＰＦ温度を、適正な範囲に維持できないという問題がある。例えば、ＤＰＦの再生中に、検出されたＤＰＦ温度が所定範囲の上限に達し、再生を中断しても、実際のＤＰＦ温度が所定範囲の上限を遙に越えてしまっているという事態が生じる、この場合には、結局、ＤＰＦの信頼性や寿命が低下、および酸化触媒の劣化という結果を招く。
【０００８】
また、図１２はＤＰＦの再生開始時にＰＭ堆積量と、燃費およびＰＭ急速燃焼発生時のＤＰＦ温度を示すものである。再生のための処理である前記リタードは燃焼熱のうち、エンジンの出力トルクにならない廃熱を増大するものであり、ポスト噴射は燃焼行程における燃焼に寄与しない燃料噴射であるから、さほどＰＭが堆積していない段階で再生を行うと、PMの燃焼速度が低下する等の理由から再生時間が増えて燃料消費が増え、燃費が悪化する。一方、再生を行うのが多量のＰＭが堆積してからでは、多量の燃焼熱でＤＰＦ温度が高くなり、ＤＰＦの基材の破損や触媒の劣化のおそれが増大する。ＰＭ堆積量の演算では温度検出の応答性は必ずしも必要ないが、ＤＰＦ温度が十分正確に知られないことで、ＰＭ堆積量を高精度に得ることができず、燃費の悪化やＤＰＦの基材の破損や触媒の劣化のおそれがある。
【０００９】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、排気後処理装置の状態を適正に維持するための制御において、適切な排気後処理装置の温度の情報を得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を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、内燃機関の排気通路に設置される排気後処理装置を有し、排気後処理装置で排気ガスを浄化する排気浄化装置であって、前記排気後処理装置の下流側に設けられて排気温度を検出する出ガス温度検出手段を設けて、該出ガス温度検出手段により検出された前記排気後処理装置の出ガス温度から前記排気後処理装置の温度を含む前記排気後処理装置の状態量を演算し、該状態量に基づいて前記排気後処理装置の状態を適正な状態に維持するようにした内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気後処理装置の温度を前記出ガス温度から推定する温度推定手段を具備せしめ、
該温度推定手段として、前記排気後処理装置の温度推定値を、上記排気後処理装置の温度変化に対する出ガス温度変化の逆伝達関数を用いて算出し、算出値を第１の温度推定値とする第１の温度推定手段と、直近の複数の出ガス温度に基づいて現在から所定の時間先の出ガス温度の予測値を算出するとともに、該出ガス温度の予測値に基づいて、前記排気後処理装置の温度変化に対する出ガス温度変化の逆伝達関数を用いて前記排気後処理装置の温度推定値を算出し、該算出値を第２の温度推定値とする第２の温度推定手段とを具備せしめるとともに、前記所定の時間を前記逆伝達関数におけるムダ時間に設定し、
前記第１の温度推定値は、前記排気後処理装置の状態量の演算のうち、精度が主に要求される状態量の演算用に出力し、前記第２の温度推定値は、応答性が主に要求される状態量の演算用に出力する。
【００１１】
本発明では、排気後処理装置の出ガス温度を排気後処理装置の温度とみなすのではなく、出ガス温度から排気後処理装置の温度、すなわち、排気後処理装置内の温度を推定する。第１の温度推定手段からは、前記排気後処理装置の温度変化に対する出ガス温度変化の逆伝達関数を用いることで、ムダ時間分の過去の温度情報であるが、比較的容易に、かつ精度よい温度推定が可能になる。したがって、排気後処理装置の状態量のうち、精度が要求される状態量については第１の温度推定値を用いることで、精度が要求される状態量が高精度に得られる。一方、第２の温度推定手段は、現時点から所定の時間先の出ガス温度を予測し、この予測値に対して逆伝達関数が用いられるから、結局、現在の排気後処理装置の温度の推定値となる。したがって、排気後処理装置の状態量のうち、応答性が要求される状態量については第２の温度推定値を用いることで、排気後処理装置の急な温度変化に基因して応答性が要求される状態量が変化しても、これを応答性よく得られる。
【００１２】
このように、排気後処理装置の状態を適正に維持するための制御において、適切な排気後処理装置の温度の情報を得ることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記逆伝達関数は一次遅れとムダ時間で表現される。排気後処理装置の温度変化に対する出ガス温度変化を実験的に調べたところ、一次遅れとムダ時間という簡単な系で近似できることが判明し、その逆伝達関数を用いて排気後処理装置の中心温度を推定することで、簡易で高精度な検出が可能になる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項２の発明の構成において、前記温度推定手段はそれぞれ、前記逆伝達関数における一次遅れの時定数とムダ時間とをそれぞれ排気流量に応じて変更する。これにより、排気流量の影響を排除することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項２または３の発明の構成において、前記温度推定手段は、前記逆伝達関数における一次遅れの時定数とムダ時間Ｌをそれぞれ排気流量が大であるほど小さくなるように変更する。前記時定数およびムダ時間は、排気流量が大であるほど小さくなる傾向を有するので、かかる傾向に逆伝達関数を適合せしめることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記排気後処理装置の状態量はＰＭの堆積量であり、該ＰＭの堆積量に基づいて前記排気後処理装置の再生処理を制御する再生処理制御手段を具備してなり、
かつ、前記第１の温度推定値を前記ＰＭの堆積量の演算用とする。
【００１７】
ＰＭの堆積量は精度が要求されるので、第１の温度推定値を、ＰＭの堆積量の演算に用いられる排気後処理装置の温度とすることで、ＰＭの堆積量がＤＰＦを再生するのに適正な量になったのを正確に知ることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記排気後処理装置の状態量は前記排気後処理装置の温度であり、該排気後処理装置の温度に基づいて前記排気後処理装置の過昇温防止処理を制御する過昇温防止処理制御手段を具備してなり、
かつ、前記第２の温度推定値を前記排気後処理装置の温度とする。
【００１９】
排気後処理装置の温度を適正な範囲に維持するには、排気後処理装置の温度の変化をいち早く知る必要があり、第１の温度推定値を排気後処理装置の温度とすることで、排気後処理装置の過昇温を防止するための処理が適切な時期になされるようにすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に本発明の排気浄化装置を付設した内燃機関であるディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す。排気浄化装置Ｃが付設されるエンジン１はＥＧＲ方式のもので、吸気通路２１と排気通路２２とがＥＧＲ通路２３により接続され、排気ガスの一部が吸気通路２１へと還流するようになっている。排気ガスの還流量はＥＧＲ通路２３に設けられたＥＧＲ弁３２により調量される。
【００２１】
エンジン１の排気通路２２には、排気後処理装置としての酸化触媒付きのディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、酸化触媒付ＤＰＦと称する）４１が設置されている。酸化触媒付ＤＰＦ４１は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形し、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じして基体となし、セル壁表面には、Ｐｔ等の酸化触媒が塗布されている。エンジン１から排出された排気ガスは、酸化触媒付ＤＰＦ４１の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート（以下、適宜、ＰＭと称する）が捕集されて次第に堆積する。
【００２２】
酸化触媒付ＤＰＦ４１よりも下流側で排気通路２２には、酸化触媒付ＤＰＦ４１の温度を知るために、出ガス温度検出手段として排気温センサ５２が設置されている。排気温センサ５２は酸化触媒付ＤＰＦ４１の出ガス温度を検出して、ＥＣＵ６１に出力するようになっている。
【００２３】
酸化触媒付ＤＰＦ４１にて捕集されて堆積したパティキュレートの量（以下、適宜、ＰＭ堆積量と称する）を知るために、酸化触媒付ＤＰＦ４１の前後差圧を検出する差圧センサ５３が設けられている。差圧センサ５３は、酸化触媒付ＤＰＦ４１よりも上流側で排気通路２２と連通する圧力導入管２４１と、酸化触媒付ＤＰＦ４１よりも下流側で排気通路２２と連通する圧力導入管２４２との間に介設され、酸化触媒付ＤＰＦ４１の前後差圧に応じた信号をＥＣＵ６１に出力する。
【００２４】
また、吸気通路２１には、エアフローメータ（吸気量センサ）５１が設置してあり、吸気量を検出して、ＥＣＵ６１に出力するようになっている。エアフローメータ５１は一般的なもので、吸気量が質量流量として与えられる。また吸気通路２１には吸気絞り弁３１が設置してあり、弁の開度を操作することで吸気量を変化させることができる。
【００２５】
ＥＣＵ６１には、さらに、一般的なエンジンと同様に、アクセル開度やエンジン１の回転数（以下、適宜、エンジン回転数と称する）が知られるようになっている。ＥＣＵ６１は、運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン１のフィードバック制御を行う。
【００２６】
ＥＣＵ６１は、排気温センサ５２およびエアフローメータ５１の出力値に基づき、ＤＰＦ温度を推定する（温度推定手段）。また、ＤＰＦ温度と、差圧センサ５３、エアフローメータ５１の出力値に基づき、ＰＭ堆積量を算出して、酸化触媒付ＤＰＦ４１の再生を制御する（再生制御手段）、ＤＰＦ温度から酸化触媒付ＤＰＦ４１の過昇温防止制御を行う（過昇温防止制御手段）、温度推定手段によるＤＰＦ温度の推定方法について説明する。
【００２７】
前記のごとく、酸化触媒付ＤＰＦ４１の出ガス温度は、排気ガスが酸化触媒付ＤＰＦ４１を通過時に授受する分が反映されるため、ＤＰＦ温度の指標として基本的には望ましいが、過渡状態においては、前掲図１１から知られるように、出ガス温度はＤＰＦ温度とあまり一致しない。そこで、ＤＰＦ温度との関係を簡単な伝達関数で表すことによって、出ガス温度からＤＰＦ温度を精度よく推定することを可能にする。出ガス温度は、ＤＰＦ温度の上昇開始からしばらく変化せず、ＤＰＦ温度より温度上昇速度が小さくなっていることから、この関係を簡単な「一次遅れ＋ムダ時間」で表現できる。すなわち、Ｔを一次遅れの時定数、Ｌをムダ時間として、ＤＰＦ温度変化に対する出ガス温度変化の伝達関数がｅｘｐ（−Ｌｓ）／（１＋Ｔｓ）となる。そして、この関係から、図２に示すように、ＤＰＦ温度変化に対する出ガス温度変化の逆伝達関数を用いて、酸化触媒付ＤＰＦ温度の推定値を求めることができる。
【００２８】
時定数Ｔとムダ時間Ｌは、予め実験的に得たＤＰＦ温度および出ガス温度の経時プロファイルを基に算出することができるが、経時プロファイルは排気流量によって変化する。これを考慮して、本排気浄化装置が適用されるエンジンでとり得る排気流量の範囲内で、排気流量を違えて時定数Ｔとムダ時間Ｌを求めておくのがよい。図３、図４はその結果の一例を示すもので、排気流量が多いほど、時定数Ｔおよびムダ時間Ｌは小さくなる。これは、排気流量が多いほど排気と酸化触媒付ＤＰＦ４１との間の単位時間あたりの熱伝達が多くなることによるもので、排気流量が所定値以上の範囲では時定数Ｔおよびムダ時間Ｌはほぼ一定となる。このため、ＥＣＵ６１では後述するように、まず、排気流量を算出し、排気流量に応じて一次遅れの時定数Ｔとムダ時間Ｌを設定変更するとともに、これら設定値と前記図２の逆伝達関数を用いて、ＤＰＦ温度を推定する。
【００２９】
図５にＥＣＵ６１を構成するマイクロコンピュータで実行される制御ルーチンを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ６１においてタイマ割り込みにより所定の周期で実行されるもので、まず、ステップＳ１０１でエアフローメータ５１の出力から吸気量ＧＡを、排気温センサ５２の出力から酸化触媒付ＤＰＦ４１の出ガス温度ＴＯＵＴを、差圧センサ５３の出力から酸化触媒付ＤＰＦ４１の前後差圧ＰＤＰＦを読み込む。次いで、ステップＳ１０２で吸気量ＧＡから排気質量流量ＭＥＸを算出する。算出では燃料噴射による増分等が加算される。
【００３０】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で算出される排気質量流量ＭＥＸにおける一次遅れの時定数Ｔとムダ時間Ｌを算出する。ＥＣＵ６１は、前記図３、図４に示した排気流量と時定数Ｔ、ムダ時間Ｌとの関係を、予めマップとして記憶しており、これを基に時定数Ｔ、ムダ時間Ｌを算出する。
【００３１】
続くステップＳ１０４は第１の温度推定手段としての処理で、ステップＳ１０３で算出した時定数Ｔ、ムダ時間Ｌを用い、図２に示した逆伝達関数を用いて、出ガス温度ＴＯＵＴをもとに酸化触媒付ＤＰＦ温度を算出し、これを第１温度推定値ＴＨＤＰＦとする。図６に、検出された出ガス温度をもとにＤＰＦ温度の推定値ＴＨＤＰＦを算出した時の、出ガス温度と第１温度推定値ＴＨＤＰＦとを時系列的に示している。
【００３２】
ステップＳ１０５では、排気質量流量ＭＥＸを、式（１）により、第１温度推定値ＴＨＤＰＦと前後差圧ＰＤＰＦとから体積換算して、加算値を排気体積流量ＶＥＸとする。
ＶＥＸ(l/min) ＝Ｋ×ＭＥＸ×ＫＰ（ＰＤＰＦ）×ＫＴＨ（ＴＨＤＰＦ）
・・・（１）
【００３３】
式中、Ｋは標準状態で排気ガスの質量を体積に換算する係数であり、ＫＰ（ＰＤＰＦ）は圧力による体積変化の補正係数であり、ＫＴＨ（ＴＨＤＰＦ）は温度による体積変化の補正係数である。
【００３４】
なお、逆伝達関数を用いて得られた第１温度推定値ＴＨＤＰＦは、前掲図６に示すように、ムダ時間Ｌ過去の推定値であり、排気質量流量ＭＥＸおよび前後差圧ＰＤＰＦも実質的にムダ時間Ｌ過去に読み込まれた値が用いられる。したがって、ＥＣＵ６１は、通常のエンジンでとり得る排気質量流量ＭＥＸの範囲に対応するムダ時間Ｌの範囲内で、排気質量流量ＭＥＸおよび前後差圧ＰＤＰＦのデータを記憶しておき、算出されたムダ時間Ｌ過去になるものが読み込まれることになる。なお、算出される排気体積流量ＶＥＸもムダ時間Ｌ過去のものであるのは勿論である。
【００３５】
ステップＳ１０６では、前後差圧ＰＤＰＦおよび排気体積流量ＶＥＸからＰＭ堆積量ＭＰＭを求める。ＰＭ堆積量ＭＰＭは予めＥＣＵ６１のメモリに記憶されているマップに基づいて算出される。図７に示すように、酸化触媒付ＤＰＦ４１に堆積するパティキュレートの量が増加するのに伴い、差圧センサ５３で検出される差圧ＰＤＰＦが増加し、また、ＰＭ堆積量ＭＰＭが同じでも排気体積流量ＶＥＸに応じて差圧ＰＤＰＦの検出値が変動することから、これらの関係を予め実験等により求めておくことで、前後差圧ＰＤＰＦおよび排気体積流量ＶＥＸに対して１つのＰＭ堆積量ＭＰＭが対応する二次元マップをつくることができる。なお、前記のごとく排気体積流量ＶＥＸがムダ時間Ｌ過去のものであるから、本ステップにおける前後差圧ＰＤＰＦはステップＳ１０５と同様にムダ時間Ｌ過去のものであり、算出されるＰＭ堆積量ＭＰＭもムダ時間Ｌ過去のものである。
【００３６】
ステップＳ１０７は第２の温度推定手段としての処理で、現在から、ステップＳ１０３で設定されたムダ時間Ｌと同じ時間先の出ガス温度を式（２）にしたがって算出し、算出値を出ガス温度予測値ＴＯＵＴＦＣとする。式中、ＴＯＵＴ(i-1) は前回読み込まれた出ガス温度であり、ＴＯＵＴ(i) は今回読み込まれた出ガス温度である。したがって、本処理の実行のために、本処理の実行の後、ＴＯＵＴ(i) が新たに前回読み込まれた出ガス温度ＴＯＵＴ(i-1) として、更新、記憶されることになる。
ＴＯＵＴＦＣ＝ＴＯＵＴ(i) ＋Ｌ×（ＴＯＵＴ(i) −ＴＯＵＴ(i-1) ）・・・（２）
【００３７】
これは、今回読み込まれた出ガス温度ＴＯＵＴ(i) と、前回読み込まれた出ガス温度ＴＯＵＴ(i-1) とから外挿によりムダ時間Ｌ先の出ガス温度を求める演算である。なお、ムダ時間Ｌは、式中では、出ガス温度ＴＯＵＴの読み込み周期すなわち図５の制御ルーチンの起動周期で規格化された値である。
【００３８】
なお、本実施形態では直近の２つの時点の出ガス温度から温度を予測しているが、３つ以上の時点の出ガス温度から予測をするものでもよい。この場合、直近の複数の出ガス温度から求める回帰線は直線に限られるものではない。
【００３９】
ステップＳ１０８では、前記時定数Ｔ、ムダ時間Ｌを用い、出ガス温度予測値ＴＯＵＴＦＣから、図２に示す逆伝達関数を用いて、ＤＰＦ温度を算出し、これを第２温度推定値ＴＨＤＰＦＲＴとする。図８に、検出された出ガス温度をもとにＤＰＦ温度の推定値ＴＨＤＰＦＲＴを算出した時の、出ガス温度と第２温度推定値ＴＨＤＰＦＲＴとを時系列的に示している。図中、検出された出ガス温度をもとに予測されたムダ時間先の予測値を示す。
【００４０】
このように、直近の２つの出ガス温度ＴＯＵＴ(i-1) ，ＴＯＵＴ(i) における出ガス温度の変化に対してムダ時間Ｌ先の出ガス温度を予測し、該予測値に基づいて現在のＤＰＦ温度が推定されるから、ＤＰＦ温度に急激な変化があっても、第２温度推定値ＴＨＤＰＦＲＴはこれに応答性よく追随する。
【００４１】
ステップＳ１０９，Ｓ１１０は再生制御手段としての処理で、ステップＳ１０６で算出したＰＭ堆積量ＭＰＭが予め設定した所定値１よりも大きいか否かを判定し、肯定判断されるとＳ１１０に進み、否定判断されるとステップＳ１１３に進む。
【００４２】
ＰＭ堆積量が所定値１を越えてステップ１０９が肯定判断されると、ステップＳ１１０で、ポスト噴射を実行する。
【００４３】
Ｓ１１０に続くＳ１１１〜Ｓ１１４は過昇温防止処理制御手段としての処理で、ステップＳ１１１で第２温度推定値ＴＨＤＰＦＲＴが所定値２よりも高いか否かを判定する。本処理は、酸化触媒付ＤＰＦ４１の温度が目標値に対して過剰に昇温していないかどうかを監視するもので、例えば、目標値６５０°Ｃに対して所定値２を目標値よりもやや高い６６０°Ｃとする。否定判断されるとステップＳ１１３に進む。
【００４４】
第２温度推定値ＴＨＤＰＦＲＴが所定値２を越えてステップＳ１１１が肯定判断されると、ステップＳ１１２でポスト噴射を中断しステップＳ１１３に進む。
【００４５】
ステップＳ１１３では、第２温度推定値ＴＨＤＰＦＲＴが所定値３よりも高いか否かを判定する。所定値３は例えば８００°Ｃとする。否定判断されるとリターンに抜ける。肯定判断されると、ステップＳ１１４で、酸化触媒付ＤＰＦ４１の基体の破損や、基材に担持された触媒の劣化を防止すべく、吸気絞り弁３１を全開、ＥＧＲカットにより、排気流量を増量し、酸化触媒付ＤＰＦ４１の全体の温度を下げる。
【００４６】
さて、前掲図１２に示すように、再生開始時のＰＭ堆積量が高精度に知られないと、燃費の悪化や、ＰＭ急速燃焼によるＤＰＦ４１の破損等のおそれがある。本発明によれば、ＰＭ堆積量ＭＰＭを求める際には、第１温度推定値ＴＨＤＰＦが用いられて、正確なＰＭ堆積量ＭＰＭが得られる。一方、ポスト噴射の中断（ステップＳ１１２）や、排気流量の増大（ステップＳ１１４）の実施時期の判断（ステップＳ１１１，Ｓ１１４）では、第２温度推定値ＴＨＤＰＦＲＴが用いられて、応答性よく、ＤＰＦ３の温度変化を知ることができ、ポスト噴射の中断（ステップＳ１１２）や、排気流量の増大（ステップＳ１１４）が実施すべきタイミングよりも遅れて実施されてしまうのを防止することができる。
【００４７】
図９は、本実施の形態の装置を自動車に用いて、ＥＣＵ６１にて酸化触媒付ＤＰＦ４１の出ガス温度から第１温度推定値を算出した時の、第１温度推定値とＤＰＦ温度の実測値とを比較して示したものである。図のように車速を変化させた時、これに伴ってＤＰＦ温度の実測値が大きく変化するが、第１温度推定値が実測値から大きくずれることはなく、本発明の温度推定手段による温度推定精度が極めて高いことが確認された。
【００４８】
このように、本発明によれば、簡単な伝達関数を用いてＤＰＦ温度を高い精度で推定できるので、ＰＭ体積量も正確に知られることになり、燃費の向上と、ＰＭ急速燃焼の回避とを両立することができる。
【００４９】
また、図１０は、本実施の形態の装置を用いて、ＥＣＵ６１にて酸化触媒付ＤＰＦ４１の出ガス温度から第２温度推定値を算出した時の、第２温度推定値とＤＰＦ温度の実測値とを比較して示したものである。また、出ガス温度を併せて示しており、これは前記特許文献１の技術でＤＰＦ温度を推定するものに対応する。ＤＰＦ温度が上昇していくと、出ガス温度はこの変化に追随できないが、第２温度推定値は良好にＤＰＦ温度の実測値に追随しており、本発明の温度推定手段による応答性が極めて高いことが確認された。
【００５０】
本実施の形態では、排気後処理装置として、酸化触媒付ＤＰＦを用いたが、酸化触媒以外の触媒を担持したＤＰＦや触媒を担持していないＤＰＦを用いた場合も、同様の方法で出ガス温度からＤＰＦ温度を推定することができる。そして、推定された温度を基に過昇温防止制御や再生制御のそれぞれの目的に合致した温度推定値を選択して過昇温防止制御や再生制御を行うことで、触媒やＤＰＦを保護しつつ、高い排気浄化性能を実現できる。排気後処理装置として、ＤＰＦ以外にも、例えば、酸化触媒、ＮＯｘ触媒、三元触媒等の触媒を用いることができる。制御に用いられる排気後処理装置の状態量のうち、精度を主に要求される状態量は、第１の温度推定値に基づいて演算し、応答性を主に要求される状態量は、第２の温度推定値に基づいて演算することで、各状態量を用いた制御を適正に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を付設した内燃機関の全体概略構成図である。
【図２】前記排気浄化装置を構成する酸化触媒付ＤＰＦの温度の算出方法を説明するための図である。
【図３】前記酸化触媒付ＤＰＦの温度変化に対する出ガス温度変化の時定数Ｔと排気流量の関係を示すグラフである。
【図４】前記酸化触媒付ＤＰＦの温度変化に対する出ガス温度変化のムダ時間Ｌと排気流量の関係を示すグラフである。
【図５】前記排気浄化装置を構成するＥＣＵの再生制御および過昇温防止の内容を示すフローチャートである。
【図６】前記酸化触媒付ＤＰＦの出ガス温度から第１の温度推定値を算出する方法を説明する図である。
【図７】前記酸化触媒付ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量の算出方法を示すグラフである。
【図８】前記酸化触媒付ＤＰＦの出ガス温度から第２の温度推定値を算出する方法を説明する図である。
【図９】前記第１の温度推定値と前記酸化触媒付ＤＰＦの実測値とを比較して示す図である。
【図１０】前記第２の温度推定値と前記酸化触媒付ＤＰＦの実測値とを比較して示す図である。
【図１１】酸化触媒付ＤＰＦの入ガス温度変化時のＤＰＦ温度および出ガス温度変化の様子を示す図である。
【図１２】酸化触媒付ＤＰＦの再生開始時のＰＭ堆積量を変えたときに、ＰＭ急速燃焼発生時のＤＰＦ温度および燃料消費量を示す図である。
【符号の説明】
１エンジン（内燃機関）
２１吸気通路
２２排気通路
３１吸気絞り弁
３２ＥＧＲ弁
４１酸化触媒付ＤＰＦ（排気後処理装置）
５１エアフローメータ
５２排気温センサ（出ガス温度検出手段）
５３差圧センサ
６１ＥＣＵ（第１の温度推定手段、第２の温度推定手段、再生処理制御手段、過昇温防止制御手段）

Claims

内燃機関の排気通路に設置される排気後処理装置を有し、排気後処理装置で排気ガスを浄化する排気浄化装置であって、前記排気後処理装置の下流側に設けられて排気温度を検出する出ガス温度検出手段を設けて、該出ガス温度検出手段により検出された前記排気後処理装置の出ガス温度から前記排気後処理装置の温度を含む前記排気後処理装置の状態量を演算し、該状態量に基づいて前記排気後処理装置の状態を適正な状態に維持するようにした内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気後処理装置の温度を前記出ガス温度から推定する温度推定手段を具備せしめ、
該温度推定手段として、前記排気後処理装置の温度推定値を、上記排気後処理装置の温度変化に対する出ガス温度変化の逆伝達関数を用いて算出し、算出値を第１の温度推定値とする第１の温度推定手段と、直近の複数の出ガス温度に基づいて現在から所定の時間先の出ガス温度の予測値を算出するとともに、該出ガス温度の予測値に基づいて、前記排気後処理装置の温度変化に対する出ガス温度変化の逆伝達関数を用いて前記排気後処理装置の温度推定値を算出し、該算出値を第２の温度推定値とする第２の温度推定手段とを具備せしめるとともに、前記所定の時間を前記逆伝達関数におけるムダ時間に設定し、
前記第１の温度推定値は、前記排気後処理装置の状態量の演算のうち、精度が主に要求される状態量の演算用に出力し、前記第２の温度推定値は、応答性が主に要求される状態量の演算用に出力することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記逆伝達関数は一次遅れとムダ時間で表現される内燃機関の排気浄化装置。
請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度推定手段はそれぞれ、前記逆伝達関数における一次遅れの時定数とムダ時間とをそれぞれ排気流量に応じて変更する内燃機関の排気浄化装置。
請求項２または３いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度推定手段は、前記逆伝達関数における一次遅れの時定数とムダ時間Ｌをそれぞれ排気流量が大であるほど小さくなるように変更する内燃機関の排気浄化装置。
請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気後処理装置の状態量はＰＭの堆積量であり、該ＰＭの堆積量に基づいて前記排気後処理装置の再生処理を制御する再生処理制御手段を具備してなり、
かつ、前記第１の温度推定値を前記ＰＭの堆積量の演算用とした内燃機関の排気浄化装置。
請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気後処理装置の状態量は前記排気後処理装置の温度であり、該排気後処理装置の温度に基づいて前記排気後処理装置の過昇温防止処理を制御する過昇温防止処理制御手段を具備してなり、
かつ、前記第２の温度推定値を前記排気後処理装置の温度とした内燃機関の排気浄化装置。