JP4400356B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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た内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくはパティキュレートフィルタ再生中の過昇温防止に関する。

環境対策として、内燃機関からの排出ガスを触媒やフィルタで処理し、有害成分の放出を抑制する排気浄化装置が重要となっている。一例として、ディーゼルエンジン排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記載）を設置し、排出されるパティキュレート（以下、ＰＭと記載）を捕集する排気浄化装置が知られている。ＤＰＦは、例えば、ＤＰＦの前後差圧から推定されるＰＭ堆積量を基に、定期的に堆積したＰＭを焼却除去することで再生される。

かかる排気浄化装置については、現在、ＤＰＦの過昇温が問題点として指摘されている。これは、ＤＰＦに堆積したＰＭが急速に燃焼することによって生じ、ＤＰＦ温度が急激に上昇して、ＤＰＦの破損および担時された触媒の劣化をまねくおそれがある。この過昇温は、主に、高負荷運転によりＤＰＦへ流入する排気温度が高い場合や、ＤＰＦ再生中の昇温操作によりＤＰＦが高温となる状況で発生する。ここで、図６に示すように、ＰＭ燃焼速度は、ＤＰＦ温度が高くなるにつれて指数関数的に上昇することが知られている。従って、過昇温を回避するためには、ＤＰＦ温度をある所定値（例えば６００℃）以下に抑える必要がある。

ところが、ＤＰＦ内部の温度は温度センサ等により直接検出することができない。例えば、ＤＰＦ前後に温度センサを設置することでＤＰＦ端部の温度は検出できるが、ＤＰＦ内部ではＰＭや排気ガス中の未燃ＨＣ燃焼に伴う発熱があり、しかもＤＰＦの持つ熱容量のために内部の発熱がＤＰＦ端部の温度変化として表れるまでに大きな時間遅れがある（図３（ａ）参照）。そのため、温度センサの検出値を直ちにＤＰＦ温度とすることはできず、ＤＰＦ内部温度を精度よく推定する必要が生じている。

温度推定方法の従来技術として、特許文献１がある。この方法は、ＤＰＦを集中定数系で扱い、ＤＰＦ全体の熱収支（排気との熱伝達、ＰＭ発熱、ＨＣ発熱等）を計算することで温度を推定する手法である。
特開２００３−２５４０３８号公報

ここで、セラミックを基材とするＤＰＦには、熱伝導率が小さく、局所的に温度が上昇するヒートスポットが発生しやすいという特徴がある。例えば、ＤＰＦ中央部に堆積したＰＭ燃焼により温度が急上昇した場合を考えると、図３中の時刻Ａに示すようにＤＰＦ内部で大きな温度差が生じる。この時、ＤＰＦ中央部に比べてそれ以外の部位は低温のため、図３（ｂ）に従来技術として示すように、集中定数系として温度推定を行う特許文献１の手法では、局所的な温度上昇があっても他の低温の部位とで平均化されてしまい、精度のよい温度推定ができない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、ＤＰＦ内部の温度を精度よく推定すること、さらにその温度推定値に基づいてＤＰＦ最高温度が所定温度以下となるように制御し、ＤＰＦの過昇温を抑制することを目的とする。

本発明の課題を解決するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタに複数の温度推定点を設定し、これら複数の温度推定点における温度推定値から上記パティキュレートフィルタの最高温度を推定する最高温度推定手段と、最高温度推定手段にて推定される最高温度が所定の温度を超えないように、上記パティキュレートフィルタの温度を制御する温度制御手段を設けている。
上記最高温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタに流入する排ガス情報と、上記パティキュレートフィルタの内部情報と、上記パティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量情報とを基に各温度推定点の温度を推定するものであり、
上記排ガス情報は、上記パティキュレートフィルタへ流入するガス量と温度、または上記パティキュレートフィルタへ流入するＨＣ量、またはこれらの両方であり、
上記パティキュレートフィルタの内部情報は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点における温度推定値の前回値、または各温度推定点近傍のＨＣ量、またはこれらの両方であり、
上記パティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量情報は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点近傍のパティキュレート堆積量である。

本発明では、パティキュレートフィルタの局所的な温度上昇を検出するために、パティキュレートフィルタ内部に複数の温度推定点を設定する（図２参照）。そして温度推定点毎の温度を推定して温度分布情報を得て、パティキュレートフィルタ内部の最高温度を推定する。その最高温度が所定値以下となるように温度制御することでパティキュレートフィルタ内部全域での過昇温を防ぐことができる（図１０参照）。
各温度推定点の温度は、排気ガス情報とパティキュレートフィルタ内部情報とパティキュレート堆積量情報から推定することができる。各温度推定点の温度は、主に流入する排気による入熱・放熱、パティキュレートフィルタ内部の熱伝導およびパティキュレートフィルタ内部のＰＭ燃焼やＨＣ燃焼による発熱等によって変化する。そのため、これら情報を基に温度が推定できる。
排ガス情報、例えばパティキュレートフィルタを通過する排気の流量と温度により、パティキュレートフィルタへの入熱量および放熱量が算出できる。パティキュレートフィルタ再生中に未燃ＨＣを増量する場合は、未燃ＨＣの発熱による温度上昇が大きくなるため、排ガス情報にさらに未燃ＨＣ量が必要となる。パティキュレートフィルタ内部情報である各温度推定点の温度推定値、ＨＣ量と、ＰＭ堆積量からは、パティキュレートフィルタ内部で発生する熱量が算出される。ＨＣやＰＭの燃焼速度は温度によって変化する。そのため温度推定点の各点の推定値を基に、温度推定点でのＨＣ発熱やＰＭ発熱による温度上昇量を求める。また、ＨＣやＰＭの燃焼速度はＨＣ濃度、ＰＭ堆積密度によっても変化するため、各温度推定点のＨＣ量やＰＭ堆積量を個別に計算することで、より精密な温度推定が可能となる。

請求項２において、上記最高温度推定手段は、上記複数の温度推定点における複数の温度推定値から得られる上記パティキュレートフィルタ内部の温度分布情報を基に、上記パティキュレートフィルタの最高温度を推定する。

請求項３のように、上記パティキュレートフィルタ前後差圧情報とガス流量を基に上記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレート量を推定するパティキュレート量推定手段を備えることができる。上記最高温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量情報を、上記パティキュレート量推定手段にて得られた各温度推定点近傍のパティキュレート堆積量の前回値とする。

請求項４において、上記パティキュレート量推定手段は、上記パティキュレートフィルタ内部の温度分布情報の前回値を用いて上記ガス流量を補正するとともに、温度推定点毎のパティキュレート減少量を算出し、該パティキュレート減少量と補正されたガス流量を用いて算出されたパティキュレート量に基づいて、各温度推定点近傍のパティキュレート堆積量の今回値を算出する。

温度推定点毎にＰＭ減少量を算出し、それを基に算出したＰＭ堆積量を記録し、次回演算時にその情報を反映させた演算を行うことで、より精密な温度推定が可能となる。

請求項５において、上記最高温度推定手段は、パティキュレートフィルタの各温度推定点を含む領域におけるガスとの熱伝達と、上記領域内部のパティキュレート燃焼と、上記領域内部のＨＣ燃焼と、上記領域間の熱伝導のうち少なくとも１つによる熱収支を計算して各温度推定点の温度推定値を算出する。

各温度推定点の推定値は、例えば、パティキュレートフィルタを温度推定点１点を含む領域に分割し（図４（ａ）参照）、各領域の熱収支を計算することで算出する（図４（ｂ）参照）。熱収支は、各領域と通過ガスの熱伝達量、領域間の熱伝導量、領域内のＨＣ発熱量およびＰＭ発熱量を算出して、各熱量の総計から各領域が授受する熱量を求める。この熱量に対し、各領域の熱容量から温度上昇量を算出して温度を推定することができる。

請求項６において、上記ガスとの熱伝達は、パティキュレートフィルタ基材温度とガス温度が等しくなる熱伝達率を用いて計算する。

上記熱伝達量の計算において、熱伝達率は通過するガス温度とセル温度が等しくなる熱伝達率を与えることで計算できる。一般的には熱伝達率は流速の関数で記述される。しかしながら、パティキュレートフィルタはガスとの接触面積が大きく、一般的なエンジンの排気ガス流速の取りうる範囲内では熱伝達が十分になされ、ガス温度とセル温度が等しくなることが多い。このような場合、通過するガス温度とセル温度が等しくなるように熱伝達率を定義すると、演算が容易になる。

請求項７のように、パティキュレートフィルタは、少なくともガス流れ方向に複数の温度推定点を持つものとする。

温度推定点は、パティキュレートフィルタのガス流れ方向に複数設定し、ガスの流れ方向の温度分布が得られるようにするとよい（図２参照）。これは、円周方向の温度差は熱伝導のみで生じ比較的小さいのに対して、ガス流れ方向は排気の流れによってパティキュレートフィルタ前端から後端に向かってパティキュレートフィルタ内部の熱量が移動し、大きな温度差が生じやすいためである。

請求項８において、パティキュレートフィルタの温度推定点は、ガス流れ方向の中央部から後端部側の数よりも中央部から前端部側の数を多くする。

温度推定点をガス流れ方向に複数設定した場合、後部に比べて前部ほど推定点数を増やして密に設定すると（図２参照）、推定精度を向上できる。パティキュレートフィルタ後部に比べ、前部ほどＨＣ変化や流入するガス温度変化により温度変化が大きくなる。この時、温度推定点が粗く設定されていると温度を推定するためのモデル誤差の影響が大きくなり推定精度が低下する。そのため、温度変化の大きい前部ほど温度推定点を密に設定することで、より正確な計算を行うことができる（図５参照）。

請求項９において、上記最高温度推定手段は、パティキュレートフィルタの入ガス温度と出ガス温度の少なくとも１つの温度検出値に基づいて、複数の温度推定点の温度推定値を補正する。

最高温度推定手段の推定精度を向上させるために、実測した温度によって各温度推定点の推定値を補正する。例えば、温度センサが設置された位置に最も近い温度推定点の推定値とセンサによる実測値を比較して、その偏差の大きさに応じて、全ての温度推定点の温度を補正する（図７参照）。この時、各温度推定点の補正量はセンサ位置に近いほど大きくする。温度センサがパティキュレートフィルタ近傍の２ヶ所に設置されている場合は、２つの実測値と各センサに対応した２ヶ所の温度推定点の推定値との偏差に応じて補正を行ってもよい。

請求項１０の装置は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値を基にした代表温度算出手段と、上記代表温度算出手段にて算出される代表温度が所望の再生目標温度となるように昇温量を制御する昇温制御手段とを備える。

好適には、最高温度算出手段によって得た温度分布情報を基にした代表温度算出手段によりパティキュレートフィルタを代表する温度を算出し、再生中の温度制御をこの代表温度が所定値となる様に温度制御することで、再生の効率を維持しつつ過昇温を確実に防ぐ。前述したように、パティキュレートフィルタ内部では大きな温度差が生じるため、ある特定の部位の温度を所定値近傍に維持しても、他の部位で過剰に温度が上昇し、過昇温を起こす危険性がある。そのため、温度分布情報から、パティキュレートフィルタを代表する温度を算出してこれを所定値に制御することで、パティキュレートフィルタ全域で過昇温を抑制することができる。

請求項１１において、上記代表温度算出手段は、パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値を線形１次結合して代表温度として算出する。

上記代表温度算出手段は、具体的には、各温度推定点の推定値を温度推定点の位置に応じた重みを掛けて線形１次結合することで求める。これによりパティキュレートフィルタ全域の温度を考慮した代表温度を算出できる。この重みは過昇温の発生しやすい部位ほど大きくする。さらに具体的には、パティキュレートフィルタ後部ほど重みを大きくする。

パティキュレートフィルタ後部ほど、その上流の発熱を排気ガスを媒介として受け取るため、より高温となり（図８参照）、また温度を低下させるためにパティキュレートフィルタへ流入する熱量を減らす操作を行っても、実際に温度が低下するまでにより長い時間を要する。以上のことから後部ほど過昇温が発生しやすい。従って後部の重み大きくすることで主に後部温度を所定温度近傍に維持することで過昇温を防ぐことができる。また、ＰＭ堆積量が多いほど、ＰＭ燃焼速度が速くなり過昇温が発生しやすいため（図９参照）、パティキュレートフィルタのＰＭ堆積量が多いほどパティキュレートフィルタ後部の重みを大きくしてもよい。また、パティキュレートフィルタ内でＰＭ偏堆積が生じている場合は、各温度推定点のＰＭ堆積量が多いほど重みを大きくしてもよい。

請求項１２において 上記代表温度算出手段は、パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値の最高温度を代表温度として算出する。

代表温度は各温度推定点の推定値のうち最高温度としてもよい。これにより、比較的簡易に代表温度を算出し、これを所定温度近傍に維持することで過昇温を防ぐことができる。

請求項１３において、上記昇温制御手段は、パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値を基に、パティキュレートフィルタ後部の温度が高いほど再生目標温度を低くする。前述したように後部ほど過昇温の危険が高いため、後部温度が高い場合は、再生目標温度自体を低くして後部の温度上昇を防ぎ、より安全な温度制御を行うことができる。

以下、本発明を適用したディーゼルエンジンの排気浄化装置について図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態のシステム構成図で、ディーゼルエンジン１の排気通路２を構成する排気管２ａ、２ｂ間にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３が設置されている。ＤＰＦ３は公知の構造のセラミック製フィルタであり、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て、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なる。エンジン１から排出された排気ガスは、ＤＰＦ３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（ＰＭ）が捕集されて次第に堆積する。

ＤＰＦ３には、通常、酸化触媒が担持される。これにより、排気通路２に供給される炭化水素（ＨＣ）が触媒燃焼し、排気温度が上昇してＤＰＦ３を昇温する。触媒反応を利用すると、少ない燃料で効率の良い昇温を行なえる利点がある。なお、ＤＰＦ３に酸化触媒が担持しない構成としたり、酸化触媒を別体としてＤＰＦ３の上流に配置する構成とすることもできる。

ＤＰＦ３の上流側の排気管２ａおよび下流側の排気管２ｂには、それぞれ温度検出手段となる排気温センサ５１、５２が設置される。排気温センサ５１、５２はＥＣＵ６に接続されており、ＤＰＦ３の入ガス温度または出ガス温度を検出して、ＥＣＵ６に出力する。エンジン１の吸気管４には、エアフローメータ（新気量センサ）４１が設置されて吸気量をＥＣＵ６に出力するようになっている。エアフローメータ４１下流の吸気管４には、吸気絞り弁４２が設置されており、ＥＣＵ６の指令で吸気量を増減する。また、エンジン１の吸気管４は、ＥＧＲバルブ７を備えたＥＧＲ配管７１によって、上流側の排気管２ａと連通しており、ＥＧＲバルブ７はＥＣＵ６の指令で吸気に還流する排気量（ＥＧＲ量）を増減する。

排気管２ａ、２ｂには、ＤＰＦ３にて捕集されたパティキュレートの量（ＰＭ堆積量）を知るために、ＤＰＦ３の前後差圧を検出する差圧センサ８が接続される。差圧センサ８の一端側はＤＰＦ３上流の排気管２ａに、他端側はＤＰＦ３下流の排気管２ｂにそれぞれ圧力導入管８１、８２を介して接続されており、ＤＰＦ３の前後差圧に応じた信号をＥＣＵ６に出力する。

ＥＣＵ６には、また、アクセル開度センサや回転数センサといった図示しない各種センサが接続されている。ＥＣＵ６は、これらセンサからの検出信号を基に運転状態を検出し、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への燃料噴射を制御する。また、吸気絞り弁１２の弁開度を調節することで吸気量を、ＥＧＲバルブ７の弁開度を調節することでＥＧＲ量を制御する。

ＥＣＵ６は、さらに、ＤＰＦ３の再生制御を行なう。ＥＣＵ６は、差圧センサ８により検出されるＤＰＦ前後差圧等から推定されるＰＭ堆積量を基に、昇温手段を操作してＤＰＦ３の昇温を実施し堆積したＰＭを焼却除去する。昇温手段として、具体的には、ポスト噴射、燃料噴射時期遅角（リタード）、吸気絞り弁４２による吸気絞り、あるいは、ＥＧＲ制御弁７によるＥＧＲ増量等の操作が行なわれる。また、吸気用インタクーラを備えるエンジンにおいてインタクーラバイパスを行うこともできる。これらの操作により、排気通路２に供給される未燃ＨＣが酸化反応により発熱し、または、エンジン１から排出される排気温度が上昇して、ＤＰＦ３に高温の排気を供給する。昇温手段としては、これらのうちいずれか１つの操作を行っても、複数の操作を組み合わせてもよい。

本発明では、この際、ＤＰＦ３の過昇温が生じないように、予め、ＤＰＦ３内部の複数の部位で温度を推定し、温度分布情報を得てＤＰＦ３内部の最高温度を推定する（最高温度推定手段）。この最高温度が所定の再生目標温度以下となるように制御することで過昇温を防ぐ（温度制御手段）。

本実施形態では、図２に示すように、ＤＰＦ３内部に１０点の温度推定点を設定する。これら温度推定点は、ＤＰＦ３の排気ガス流れ方向に、上流側の前端部が後端部より密になるように配置される。これは、温度変化が大きい前端部の温度推定点を増やすことでモデル化誤差を小さくするためである。これにより、図３（ａ）に示すように、温度変化の時間遅れや内部の発熱によってガスの流れ方向で大きく異なるＤＰＦ３内部の温度分布を、図３（ｂ）に示すように、複数の温度推定値から精度よく推定することができる。

具体的には、図４（ａ）に示すように、ＤＰＦ３を温度推定点１点を含む領域（以下、セルと記載する）に分割し、図４（ｂ）に示すように各セルの熱収支を計算することで各温度推定点の推定値を算出する。熱収支は、セルと通過ガスの熱伝達量、セル間の熱伝導量、セル内のＨＣ発熱量およびＰＭ発熱量を算出し、各熱量の総計からセルが授受する熱量を求め、セルの熱容量から温度上昇量を算出し温度を推定する。この場合、図５のように、セル分割数が多いほど推定精度が向上し、実際の温度分布に近づけることができる。本実施形態では、１０点の温度推定点に対応する１０個のセルに分割する。

このようにして推定した温度分布を基に推定される最高温度が、図６に示すようなＰＭの急速燃焼を生じない温度以下となるように制御する。好適には、推定した温度分布を基にＤＰＦ３の代表温度を算出し（代表温度算出手段）、この代表温度が所望の再生目標温度となるように、昇温手段による昇温操作量を制御する（昇温制御手段）。これは、図８に示すように、ＤＰＦ３内部で発生した熱量が各部位で一定であってもＤＰＦ後端ほど高温になりやすく、また前端の温度変化が伝達されるのに時間を要することや、図９に示すように、ＰＭ堆積量が多いほど過昇温が生じやすいためで、これらを考慮した代表温度を採用して制御を行なうことで、過昇温をより確実に防止する。また、推定精度を向上させるために、図７に示すように、排気温センサ５１、５２で検出されるＤＰＦ３入ガス温度と出ガス温度の少なくとも１つに基づいて、複数の温度推定値を補正することができる。

ＰＭ堆積量は、差圧センサ８により検出されるＤＰＦ前後差圧と、エアフローメータ４１で検出される吸気量から算出される排気流量と、上記のようにして推定した温度分布を基に求められる（パティキュレート堆積量推定手段）。ここで用いられる排気流量（体積流量）は、ＤＰＦ通過時のガス温度の関数であり、内部に温度差がある場合は正確な排気体積流量を求めることができないが、ＤＰＦ３の温度分布情報を基に排気体積流量を補正することで正確な排気体積流量を算出することができる。ＤＰＦ３の再生目標温度は、安全性と燃費向上が両立するように過昇温が生じない範囲で極力高温に設定するのがよい。好ましくは、推定した温度分布を基に、ＤＰＦ３後部温度が高いほど再生目標温度が低くなるように設定する。

図１１〜１６に本実施形態によるＥＣＵ６動作のフローチャートを示す。図１１は、ＤＰＦ３の温度推定と再生制御の基本動作を示すフローチャートであり、まず、ステップ１００でＤＰＦ３内部の温度分布を推定する。図１２は、温度分布を推定するための処理の詳細を示すもので、上記図２でＤＰＦ３に設定した１０点の温度推定点に基づき、図４のように分割した１０個のセルにつき、ステップ１０１〜１１０の各ステップで各セルの熱収支を計算する。

各セルの熱収支は、図１３に示すセルの熱収支モデルを用いて計算する。図１３は上流からｉ番目のセルの熱収支モデルであり、セル内のＤＰＦ基材とガスの熱伝達量、ＨＣ発熱量、ＰＭ発熱量および隣り合うセルｉ−１とセルｉ＋１の基材温度を基に熱伝導量を算出し、セルが授受した熱量を算出する。この授受した熱量とセルの熱容量から温度上昇量を算出しセル基材温度Ｔｉを算出する。また同時にＨＣ減少量、ＰＭ減少量、Ｏ₂ 消費量を計算し、セル毎のＰＭ堆積量ＭＰＭｉを記録する。

この熱収支計算を各セル毎に行なって、セル基材温度Ｔ１〜Ｔ１０を算出する。Ｔ１がＤＰＦ３最前端の、Ｔ１０が最後端の温度推定値である。ガス流量はエアフロメータ４１の検出値から、セル１の上流ガス温度は上流側排気温センサ５１から、セル１の上流ＨＣ量は、運転条件を基に検出する。

図１１のステップ２００では、下流側排気温センサ５２により実測したＤＰＦ３の出ガス温度ＴＨＥＸにより温度推定値Ｔ１〜Ｔ１０を補正する。図１４は、温度推定値Ｔ１〜Ｔ１０を補正するための処理の詳細を示すもので、ステップ２０１でＤＰＦ最後端部の基材温度Ｔ１０とＴＨＥＸとの偏差ＴＥＲＲを算出し、これを用いてステップ２０２〜２１２の各ステップで、補正後セル基材温度ＴＨ１〜ＴＨ１０を算出する。各セルの補正値は、ＤＰＦ最後端部の基材温度Ｔ１０とＴＨＥＸとの偏差ＴＥＲＲに、各セルに対して設定されたセル基材温度補正係数Ｗｉを乗じて算出する。この時のセル基材温度補正係数Ｗｉは、例えば、図１４（ｂ）に示すように、センサ位置に近い後端部ほど係数を大きくする。

図１１のステップ３００では、ＤＰＦ３の前後差圧および排気流量からＰＭ堆積量ＭＰＭを推定する。ＤＰＦ前後差圧は差圧センサ８の検出値から、排気流量はエアフローメータ４１の検出値を基に算出される。この時、ＰＭ堆積量ＭＰＭの算出に用いる排気流量は、ステップ２００で算出したＴＨ１〜ＴＨ１０により補正されており、正確な排気体積流量を求めることができる。また、算出したＰＭ堆積量ＭＰＭに、前回算出したＰＭ堆積量ＭＰＭ１〜ＭＰＭ１０により偏堆積補正を行ってもよい。

ステップ４００では、ＰＭ堆積量ＭＰＭを再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨと比較する。ＰＭ堆積量ＭＰＭが再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨを上回っているならば、再生の必要ありと判定し、ステップ５００へ進む。ＰＭ堆積量ＭＰＭが再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨ以下ならばステップ６００へ進む。ステップ５００では、再生実施フラグＸＲＧＮをＯＮにし、ステップ７００へ進み再生を開始する。また、ステップ６００で再生実施フラグＸＲＧＮ＝ＯＮかどうかを判定し、再生実施フラグＸＲＧＮがＯＮならば、同様にステップ７００へ進み再生を開始する。ステップ６００で再生実施フラグＸＲＧＮがＯＦＦであれば再生を行わず、本処理をそのまま終了する。

ステップ７００では、代表温度Ｔｒｅｆを算出する。代表温度Ｔｒｅｆを算出する処理の詳細を図１５（ａ）に示す。図１５のステップ７０１では、ＰＭ堆積量ＭＰＭを予め設定した所定値（＞再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨ）と比較する。ＰＭ堆積量ＭＰＭが所定値を上回るならば、ステップ７０２に進み、ＰＭ堆積量が多い場合の代表温度Ｔｒｅｆを算出する。ＭＰＭが所定値以下ならば、ステップ７０３に進み、ＰＭ堆積量が少ない場合の代表温度Ｔｒｅｆを算出する。具体的には、各温度推定値に温度推定点の位置に応じた重みを乗じて線形一時結合で求めることができる。

ステップ７０２において、ＰＭ堆積量が多い場合の代表温度Ｔｒｅｆを算出する。ＰＭ堆積量ＭＰＭがある程度多い場合は、燃焼速度が速くなり過昇温の危険が高くなるので、後部の重みを大きくして後端部を優先した代表温度Ｔｒｅｆを算出するとよい。すなわち、図１５（ｂ）に示すセル温度重み係数ＫＢ１〜ＫＢ１０を用い、図１４のステップ２０２〜２１２で算出した補正後セル基材温度ＴＨ１〜ＴＨ１０にそれぞれ乗じて積算した値を代表温度Ｔｒｅｆとする。

ステップ７０３において、ＰＭ堆積量が少ない場合の代表温度Ｔｒｅｆを算出する。ＰＭ堆積量ＭＰＭが少ない場合は、ＰＭ堆積量ＭＰＭが多い場合に比べて各セルの重みの差を小さくして、ＤＰＦ３全体の温度を反映した代表温度Ｔｒｅｆを算出する。すなわち、図１５（ｂ）に示すセル温度重み係数ＫＡ１〜ＫＡ１０を用い、図１４で算出した補正後セル基材温度ＴＨ１〜ＴＨ１０にそれぞれ乗じて積算した値を代表温度Ｔｒｅｆとする。

図１１のステップ８００では、再生目標温度ＴＨＴＲＧを算出する。ここでは、ＤＰＦ３後部の温度が高いほど、再生目標温度ＴＨＴＲＧをＴＨＴＲＧを低くして、過昇温に対する安全性を高める。この処理の詳細を図１６に示す。図１６のステップ８０１では、ベース再生目標温度ＴＨＴＲＧＢＡＳＥを算出する。ステップ８０２では、補正後セル温度ＴＨ７〜ＴＨ１０の最高値を、ＤＰＦ３後部最高温度ＴＨＲＥＡＲＭＡＸとする。次いで、ステップ８０３で、ベース再生目標温度ＴＨＴＲＧＢＡＳＥとＤＰＦ３後部最高温度ＴＨＲＥＡＲＭＡＸとの偏差ΔＴＨＴＲＧを算出する。続くステップ８０４で、この偏差ΔＴＨＴＲＧを予め設定した所定値と比較し、偏差ΔＴＨＴＲＧが所定値を上回るならば、ステップ８０５に進み、再生目標温度を低くする。偏差ΔＴＨＴＲＧが所定値以下ならばステップ８０６に進む。

ステップ８０５では、再生目標温度ＴＨＴＲＧを以下の式（１）により算出する。
ＴＨＴＲＧ＝ＴＨＴＲＧＢＡＳＥ−ΔＴＨＴＲＧ・・・（１）
ステップ８０６では、再生目標温度ＴＨＴＲＧを以下の式（２）により算出する。
ＴＨＴＲＧ＝ＴＨＴＲＧＢＡＳＥ・・・（２）

図１１のステップ９００では、ステップ７００で算出した代表温度Ｔｒｅｆがステップ８００で算出した再生目標温度ＴＨＴＲＧ近傍に維持されるように、昇温操作を行う。昇温操作は、例えばポスト噴射により排気中の未燃ＨＣを増量して、ＨＣの触媒反応熱によってＤＰＦ３を昇温する。この場合は、再生目標温度ＴＨＴＲＧと代表温度Ｔｒｅｆの偏差に応じて、偏差が大きいほどポスト噴射量の補正量を増やすことで、代表温度Ｔｒｅｆを再生目標温度ＴＨＴＲＧ近傍に維持する。

ステップ１０００では、ＭＰＭを再生停止ＰＭ堆積量ＭＰＭＬと比較する。ＭＰＭが再生停止ＰＭ堆積量ＭＰＭＬを下回る場合は、ステップ１１００に進み、ＸＲＧＮをＯＦＦとして再生を停止する。

本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。 ＤＰＦ内部に複数の温度推定点を設定することを示す図である。 （ａ）は過昇温発生時のＤＰＦ温度変化タイムチャートであり、（ｂ）はＤＰＦガス流れ方向の温度分布と本発明方法による推定結果および従来の温度推定手法の推定結果を比較して示す図である。 （ａ）、（ｂ）はＤＰＦを複数のセルに分割して、セル毎に熱収支を考慮して温度を推定することを示す模式図である。 温度差が大きい場合はセル分割数が多いほど推定精度が向上することを示す模式図である。 ＤＰＦが高温になるほどＰＭの燃焼速度が指数関数的に増加することを示す図である。 排気温センサにより検出した実測温度による各温度推定点の補正方法を示す図である。 ＤＰＦ内部で発生した熱量が各部位で一定であってもＤＰＦ後端ほど高温になることを示す図である。 ＰＭ堆積量が多いほどＰＭ燃焼速度が速くなることを示す図である。 ＤＰＦ内部の複数点で温度を推定し、その最高温度を所定の目標温度に制御することで、ＤＰＦ全域で過昇温を防ぐことができることを示す図である。 本発明実施形態におけるＥＣＵの再生制御の基本動作を示すフローチャートである。 セル熱収支を計算するためのフローチャートである。 セル熱収支モデル図である。 （ａ）は温度推定値を補正するためのフローチャートであり、（ｂ）はセル基材温度を補正するための補正係数例を示す図である。 （ａ）は代表温度を算出するためのフローチャートであり、（ｂ）は代表温度の算出に用いるセル温度重み係数例を示す図である。 再生目標温度を算出するためのフローチャートである。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２ 排気通路
２ａ、２ｂ 排気管
３ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
４ 吸気管
４１ エアフローメータ
４２ 吸気絞り弁
５１、５２ 排気温センサ５１、５２
６ ＥＣＵ（最高温度推定手段、温度制御手段、代表温度算出手段、昇温制御手段、 パティキュレート堆積量推定手段）
７ ＥＧＲバルブ７
７１ ＥＧＲ配管７１
８ 差圧センサ

Claims (13)

1. 内燃機関の排気通路途中に、排ガス中の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を設置した内燃機関の排気浄化装置において、
   上記パティキュレートフィルタに複数の温度推定点を設定し、これら複数の温度推定点における温度推定値から上記パティキュレートフィルタの最高温度を推定する最高温度推定手段と、
   上記最高温度推定手段にて推定される最高温度が所定の温度を超えないように、上記パティキュレートフィルタの温度を制御する温度制御手段を設け、
   上記最高温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタに流入する排ガス情報と、上記パティキュレートフィルタの内部情報と、上記パティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量情報とを基に各温度推定点の温度を推定するものであり、
   上記排ガス情報は、上記パティキュレートフィルタへ流入するガス量と温度、または上記パティキュレートフィルタへ流入するＨＣ量、またはこれらの両方であり、
   上記パティキュレートフィルタの内部情報は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点における温度推定値の前回値、または各温度推定点近傍のＨＣ量、またはこれらの両方であり、
   上記パティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量情報は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点近傍のパティキュレート堆積量であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 上記最高温度推定手段は、上記複数の温度推定点における複数の温度推定値から得られる上記パティキュレートフィルタ内部の温度分布情報を基に、上記パティキュレートフィルタの最高温度を推定する請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記パティキュレートフィルタ前後差圧情報とガス流量を基に上記パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレート量を推定するパティキュレート量推定手段を備え、
   上記最高温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量情報を、上記パティキュレート量推定手段にて得られた各温度推定点近傍のパティキュレート堆積量の前回値とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記パティキュレート量推定手段は、上記パティキュレートフィルタ内部の温度分布情報の前回値を用いて上記ガス流量を補正するとともに、温度推定点毎のパティキュレート減少量を算出し、該パティキュレート減少量と補正されたガス流量を用いて算出されたパティキュレート量に基づいて、各温度推定点近傍のパティキュレート堆積量の今回値を算出する請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 上記最高温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点を含む領域におけるガスとの熱伝達と、上記領域内部のパティキュレート燃焼と、上記領域内部のＨＣ燃焼と、上記領域間の熱伝導のうち少なくとも１つによる熱収支を計算して各温度推定点の温度推定値を算出する請求項１ないし４のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 上記ガスとの熱伝達は、上記パティキュレートフィルタ基材温度とガス温度が等しくなる熱伝達率を用いて計算する請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 上記パティキュレートフィルタは、少なくともガス流れ方向に複数の温度推定点を持つ請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 上記パティキュレートフィルタの温度推定点は、ガス流れ方向の中央部から後端部側の数よりも中央部から前端部側の数を多くする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 上記最高温度推定手段は、上記パティキュレートフィルタの入ガス温度と出ガス温度の少なくとも１つの温度検出値に基づいて、複数の温度推定点の温度推定値を補正する請求項１ないし８のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 上記パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値を基にした代表温度算出手段と、
    上記代表温度算出手段にて算出される代表温度が所望の再生目標温度となるように、昇温量を制御する昇温制御手段とを備える請求項１ないし９のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 上記代表温度算出手段は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値を線形１次結合して代表温度として算出する請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 上記代表温度算出手段は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値の最高温度を代表温度として算出する請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 上記昇温制御手段は、上記パティキュレートフィルタの各温度推定点の温度推定値を基に、上記パティキュレートフィルタ後部の温度が高いほど再生目標温度を低くする請求項１ないし１２のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。