JP4957431B2 - 内燃機関のｐｍ排出量推定システム及び内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出されるＰＭの量を推定するシステム及び内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質（パティキュレート・マター、以下「ＰＭ」と称する）の大気への放出量を抑制するために、排気中のＰＭを捕集するフィルタを内燃機関の排気通路に設ける技術が知られている。フィルタにおけるＰＭの堆積量が許容量を越えると内燃機関の機関性能を悪化させる虞がある。また、フィルタに過剰に堆積したＰＭが急激に酸化反応することによってフィルタの溶損や亀裂を生じる虞もある。そこで、フィルタを備えた内燃機関において、フィルタに堆積しているＰＭを強制的に酸化させてフィルタから除去する処理（以下、フィルタ再生処理）を適宜行うことによってフィルタに過剰な量のＰＭが堆積することを抑制する技術が開発されている。

フィルタ再生処理を実行するタイミングは、例えば、フィルタにおけるＰＭの堆積量が所定の基準値以上となったか否かに基づいて判定される。フィルタにおけるＰＭ堆積量は、内燃機関の運転履歴や燃料噴射量の積算値等に基づいて推定することができる。フィルタ再生処理の実行タイミングが遅過ぎる場合、フィルタに許容量を越える量のＰＭが堆積してしまい、上述したような不具合が発生する虞がある。逆にフィルタ再生処理の実行タイミングが早過ぎる場合、フィルタ再生処理の実行頻度が過剰に多くなり、燃費が悪化する虞がある。従って、フィルタ再生処理を実行するシステムでは、フィルタ再生処理の実行タイミングを適切に判定することが重要である。フィルタにおけるＰＭ堆積量の推定値に基づいてフィルタ再生処理の実行タイミングを判定するシステムでは、フィルタ再生処理を適切なタイミング且つ適切な頻度で実行できるか否かは、フィルタにおけるＰＭ堆積量の推定精度に依存することになる。そこで、フィルタにおけるＰＭ堆積量の推定精度を向上させる種々の技術が提案されている。

例えば、フィルタにおいて自然に酸化反応するＰＭの量に基づいてＰＭ堆積量の推定値を補正したり、排気通路に取り付けたＡ／Ｆセンサによる検出値やフィルタの前後差圧を検出する差圧センサによる検出値に基づいてＰＭ堆積量の推定値を補正したりする技術が提案されている。また、内燃機関からのＰＭの排出量の積算値を用いて、フィルタにおけるＰＭ堆積量を推定することもできる。このようなシステムの場合、フィルタにおけるＰＭ堆積量の推定精度を向上させるために、内燃機関からのＰＭ排出量の推定精度を向上させることが有効である。例えば、内燃機関からのＰＭ排出量の推定値を、内燃機関の劣化に起因する内燃機関からのＰＭ排出量の変動に基づいて補正することで、内燃機関からのＰＭ排出量の推定精度を向上させる技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００５−５４６３２号公報 特開平９−１７７５８７号公報 特開２００３−３０７１１０号公報 特開２００３−２５４０３９号公報

ところで、内燃機関からのＰＭの排出量は、気筒へ噴射供給される燃料量に影響される。例えば、排気後処理システムを搭載した内燃機関において、ＮＯｘの発生量を低減させるために標準的な燃焼条件を高ＥＧＲ率側で適合している場合、標準的な状態において筒内の不活性ガスの割合が高いため、燃料噴射量が目標噴射量からずれてＡ／Ｆがリッチ側
へずれると、内燃機関からのＰＭ排出量が大幅に増大する可能性がある。このような燃料噴射量のばらつきや変動に起因するＰＭ排出量の変動によって、ＰＭ排出量の推定精度が悪化する虞がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関からのＰＭ排出量の推定精度を向上させることが可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のＰＭ排出量推定システムは、
複数の気筒を備えた内燃機関と、
前記各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射手段と、
前記燃料噴射手段による燃料噴射量の前記各気筒間でのばらつきを検出するばらつき検出手段と、
前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出するＰＭ排出量算出手段と、
を備えることを特徴とする。

多気筒内燃機関では、燃料噴射弁の製造上のばらつきや経時変化の程度のばらつき等に起因して、各気筒間で燃料噴射量がばらつく場合がある。上述のように、内燃機関からのＰＭ排出量は燃料噴射量のばらつきや変動に起因して変動するため、このような各気筒間での燃料噴射量のばらつきを考慮しないで内燃機関からのＰＭ排出量を推定した場合、ＰＭ排出量の推定精度が悪化する虞がある。

これに対し、本発明によれば、ばらつき検出手段によって各気筒間での燃料噴射量のばらつきを検出することができ、そのばらつきの度合に基づいて内燃機関からのＰＭ排出量が算出されるので、各気筒間で燃料噴射量がばらついている場合であっても、そのばらつきに起因する内燃機関からのＰＭ排出量の変動を反映させてＰＭ排出量を推定することができる。よって、本発明によれば、より精度良く内燃機関からのＰＭ排出量を推定することができる。

本発明において、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて予め想定される前記内燃機関からのＰＭの排出量である基本ＰＭ排出量を、前記運転状態検出手段によって検出される運転状態に基づいて算出する基本ＰＭ排出量算出手段と、
を更に備え、
前記ＰＭ排出量算出手段は、前記基本ＰＭ排出量を所定の補正係数を用いて補正することによって前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出する手段であって、
前記補正係数は、前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて算出されるようにしても良い。

ここで、基本ＰＭ排出量とは、内燃機関がある運転状態で運転されている場合に当該内燃機関から排出されると想定されるＰＭの量であって、予め実験や適合作業などによって求められる。もし、各気筒間での燃料噴射手段の製造上のばらつきや経時劣化等が存在せず、また、環境条件や燃料性状等の外的要因が全て適合時と同一条件であれば、実際に運転されている内燃機関から排出されるＰＭの量はこの基本ＰＭ排出量と等しくなる。しかしながら、実際には各気筒それぞれにおける燃料噴射量のばらつきや、各気筒間での燃料噴射量のばらつきや、種々の外的条件の適合時との相違に起因して、実際のＰＭ排出量が基本ＰＭ排出量と一致するとは限らない。特に、内燃機関からのＰＭ排出量は、上述のように燃料噴射量のばらつきに起因して変動し易い。すなわち、基本ＰＭ排出量からずれ易
い。

これに対して、上記発明によれば、前記ばらつき検出手段によって検出されるばらつきの度合に基づいて補正係数が算出され、該補正係数を用いて基本ＰＭ排出量を補正することによって、内燃機関からのＰＭ排出量が算出される。これにより、内燃機関からのＰＭ排出量の推定値に補正係数を通して各気筒間での燃料噴射量のばらつきを反映させることができ、各気筒間で燃料噴射量にばらつきがある場合であっても精度良く内燃機関からのＰＭ排出量を推定することができる。

ばらつきの度合に基づいて補正係数を算出する方法としては、例えば、各気筒間の燃料噴射量のばらつき度合と、各気筒間の燃料噴射量が該ばらつき度合である場合に内燃機関から排出されるＰＭの量を基本ＰＭ排出量との積によって算出することが可能な補正係数と、の関係を実験や適合作業等によって求め、ばらつき検出手段によって検出されるばらつきの度合から補正係数を算出可能なマップ又は関数の形にする方法を用いることができる。

また、補正係数は、前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合と所定の基準値との大小関係に応じて、予め定められる２種類の補正係数のうちのいずれか一方が選択されることによって算出されるようにしても良い。

ここで、「所定の基準値」は、例えば、各気筒間での燃料噴射量のばらつきが略均一化されているとみなすことができるか否かを判断可能な基準値として定めることができる。また、「予め定められる２種類の補正係数」とは、定数であっても良いし、内燃機関の運転状態を代表する一又は複数のパラメータを引数とするマップ又は関数であっても良く、予め実験や適合作業等により定められる。「所定の基準値」を上記のように定めた場合は、ばらつきの度合が該基準値より小さければ各気筒間での燃料噴射量のばらつきが略均一化されているとみなして、補正係数として比較的小さい方の値を選択するようにし、また、ばらつきの度合が該基準値以上であれば各気筒間での燃料噴射量のばらつきが大きいとみなして、補正係数として比較的大きい方の値を選択するようにしても良い。

各気筒間での燃料噴射量にばらつきが存在する場合、各気筒における燃料の燃焼による機関回転数の変動にばらつきが生じることになるため、特にアイドル運転時等の低負荷運転時に乗員が不快に感じる振動が発生する原因となる。これを抑制するために、従来より各気筒間での燃料噴射量のばらつきを解消して各気筒間での燃料噴射量を均一化する技術が開発されている。本発明において、ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を補正して各気筒間での燃料噴射量を均一化するばらつき補正手段を備えている場合には、以下のようにして補正係数を算出するようにしても良い。

すなわち、
前記気筒間の燃料噴射量のばらつきの状態として特定の状態を複数定め、
前記各特定の状態毎に、前記各特定の状態におけるばらつきの度合と、前記各特定の状態において前記内燃機関から排出されるＰＭの量を前記基本ＰＭ排出量から算出する場合に適合する補正係数と、の組み合わせを求め、
前記各組み合わせに基づく補間計算によって、現時点でのばらつきの状態に対応する補正係数を算出し、
前記基本ＰＭ排出量を該補正係数を用いて補正することによって前記内燃機関から排出されるＰＭの量を算出するようにしても良い。

これにより、ばらつき補正手段を備えた内燃機関において、現時点での各気筒間での燃
料噴射量のばらつきの度合を反映させたＰＭ排出量の推定値を得ることができる。

ここで、補間計算の方法としては、線形補間その他ばらつき度合と補正係数との相関関係を要求される精度で近似可能な補間計算方法であればどのような計算方法を用いることもできる。また、「特定の状態」は、当該状態におけるばらつきの度合と、当該状態において内燃機関から排出されるＰＭの量を基本ＰＭ排出量との積によって算出可能な補正係数と、を予め求めることが可能なばらつきの状態であれば、どのような状態であっても良い。

例えば、特定の状態として、前記ばらつき補正手段によって前記各気筒間での燃料噴射量を最大限均一化した状態（以下、「第１の状態」とという）と、前記燃料噴射手段による燃料噴射量の前記各気筒間でのばらつきの度合が想定し得る最大値である状態（以下、「第２の状態」という）と、を設定した場合について説明する。

第１の状態は、換言すると、ばらつき補正手段による燃料噴射量の均一化処理の精度限界まで各気筒間の燃料噴射量を均一化した状態である。第１の状態における各気筒間での燃料噴射量のばらつきの度合を「下限ばらつき度合」として予め求める。そして、第１の状態において内燃機関から排出されるＰＭの量を基本ＰＭ排出量との積によって算出することが可能なように計算された補正係数を「下限補正係数」とする。

また、第２の状態における各気筒間での燃料噴射量のばらつきの度合を「上限ばらつき度合」として予め求める。そして、第２の状態において内燃機関から排出されるＰＭの量を基本ＰＭ排出量との積によって算出することが可能なように計算された補正係数を「上限補正係数」とする。

そして、「下限ばらつき度合」と「下限補正係数」との組み合わせと、「上限ばらつき度合」と「上限補正係数」との組み合わせと、の２点のばらつき度合と補正係数との組み合わせに基づく補間計算によって、現時点でのばらつき度合から該ばらつき度合に対応する補正係数を算出する。

また、上記のようなばらつき補正手段を備えた内燃機関の場合は、ばらつき補正手段によって補正された燃料噴射量に基づいて内燃機関からのＰＭ排出量を算出するようにしても良い。この算出方法に依れば、ＰＭ排出量を補正後の燃料噴射量に基づいて直接的に算出することができるので、基本ＰＭ排出量を補正係数によって補正する方法よりも精度良くＰＭ排出量を推定することが可能になる。

本発明は、
前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
前記内燃機関からのＰＭの排出量に少なくとも基づいて前記フィルタにおけるＰＭの堆積量を算出するＰＭ堆積量算出手段と、
前記フィルタに堆積したＰＭを強制的に酸化させて該フィルタから除去するフィルタ再生処理を実行する手段と、
を備え、
前記ＰＭ堆積量算出手段によって算出されるＰＭの堆積量が所定量以上となった場合に前記フィルタ再生処理を実行するようにした内燃機関の排気浄化システムに適用することができる。

すなわち、前記ＰＭ堆積量算出手段がフィルタにおけるＰＭ堆積量を算出する際の基礎となる内燃機関からのＰＭ排出量として、本発明に係るＰＭ排出量推定システムによる推定値を用いるようにすれば、ＰＭ堆積量推定手段によるＰＭ堆積量の推定精度を向上させ
ることが可能になる。これにより、より適切なタイミングでフィルタ再生処理を実行することが可能になるため、フィルタに過剰にＰＭが堆積してしまうことを抑制できるとともに、フィルタ再生処理の実行頻度を抑制することが可能となり、燃費を向上させることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明により、内燃機関からのＰＭ排出量を精度良く推定することが可能になる。また、フィルタ再生処理を適切なタイミング且つ適切な頻度で実行することが可能になり、以て燃費を向上させることが可能になる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の一実施例である内燃機関のＰＭ排出量推定システムを適用した内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。内燃機関１は４個の気筒１０（＃１、＃２、＃３、＃４）を有する４気筒ディーゼルエンジンである。各気筒１０には、燃料を直接気筒内に噴射供給する燃料噴射弁１１が設けられている。この燃料噴射弁１１は、入力信号に応じて開弁時間を調整することによって燃料噴射量を増減可能な構成を有するものである。各燃料噴射弁１１は電気配線を介してＥＣＵ１６と接続され、ＥＣＵ１６からの制御信号が入力されるようになっている。ＥＣＵ１６は内燃機関１の運転を制御する電子制御コンピュータである。各燃料噴射弁１１には高圧燃料を蓄圧するコモンレール１２がが接続され、コモンレール１２から各燃料噴射弁１１に高圧燃料が供給されるようになっている。コモンレール１２には、図示しない燃料タンクから図示しない燃料ポンプによって燃料が加圧供給される。なお、燃料噴射系は上記のシステムに限らず、燃料噴射量が調整可能なものであればどのようなシステムであっても良い。

各気筒１０は図示しない吸気ポートを介して吸気マニホールド２と連通している。吸気マニホールド２は吸気管８に接続している。吸気管８にはインタークーラ４、ターボチャージャ５のコンプレッサ６、エアクリーナ１５が設けられている。また、各気筒１０は図示しない排気ポートを介して排気マニホールド３と連通している。排気マニホールド３は排気管９に接続している。排気管９にはターボチャージャ５のタービン７、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ１７（以下単に「フィルタ」という）が設けられている。また、排気管９と吸気管８とを接続するＥＧＲ通路１８が設けられている。ＥＧＲ通路１８を介して排気の一部が吸気管８に流入し、空気とともに再度気筒１０に吸入される。ＥＧＲ通路１８を介して吸気管８に流入する排気を本実施例ではＥＧＲガスと称する。また、全吸入ガス中のＥＧＲガスの割合をＥＧＲ率と称する。ＥＧＲ率が高くなると、筒内の不活性ガスの割合が高くなるので、燃料の燃焼に伴って発生するＮＯｘの量が減少する。このように、本実施例では、ディーゼルエンジンから排出される主たる有害物質のうち、ＰＭをフィルタ１７による後処理によって低減し、ＮＯｘを吸気のＥＧＲ率を高ＥＧＲ率側で適合することによって低減するようにしている。

内燃機関１には、機関回転数を検出する回転速度センサ１３及びアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１４が設けられている。回転速度センサ１３及びアクセル開度センサ１４は電気配線を介してＥＣＵ１６に接続されており、それぞれの検出信号がＥＣＵ１６に入力されるようになっている。ＥＣＵ１６は回転速度センサ１３から
入力される検出信号に基づいて機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１４から入力される検出信号に基づいて機関負荷を算出する。

フィルタ１７におけるＰＭの堆積量が過剰に多くなると、機関性能の低下やフィルタ１７の破損等の不具合が生じる場合があるため、本実施例では、フィルタ１７におけるＰＭの堆積量が許容量以上になったと判断された場合に、フィルタ１７に堆積しているＰＭを酸化させてフィルタ１７から除去する処理（以下、フィルタ再生処理）を行うようにしている。具体的には、燃料噴射弁１１に副噴射を行わせたり、或いは、フィルタ１７より上流に酸化能を有する触媒を設け、該触媒より上流から燃料を添加したりすることによってフィルタ１７に堆積したＰＭの酸化反応を促進させる公知の技術を用いることができる。

本実施例では、内燃機関１からのＰＭの排出量を推定し、このＰＭ排出量を積算することでフィルタ１７におけるＰＭ堆積量を推定し、この推定されたＰＭ堆積量が所定の許容量以上である場合にフィルタ再生処理を行うようにしている。

内燃機関１からのＰＭ排出量は、基本的には内燃機関１の運転状態に応じて予め実験や適合作業などによって求められ、運転状態を代表するパラメータ（例えば機関回転数と機関負荷）を引数とするマップ又は関数としてＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶される。そして、回転速度センサ１３やアクセル開度センサ１４等による検出値に基づいて取得される内燃機関１の運転状態に応じたＰＭ排出量の基本値（以下「基本ＰＭ排出量」と称する）がこのマップ又は関数に基づいて算出される。

ところが、内燃機関１からのＰＭ排出量は、気筒１０へ噴射供給される燃料噴射量に影響される。例えば、本実施例のように、ＮＯｘの排出量を低減させるべく高ＥＧＲ率側に内燃機関１の運転を適合させているシステムでは、筒内の不活性ガスの割合が高いため、燃料噴射量が目標噴射量からずれてＡ／Ｆがリッチ側にずれると、内燃機関１からのＰＭ排出量が大幅に増大する可能性がある。本実施例に係る内燃機関１のように、複数の気筒を有する内燃機関の場合、各気筒１０に設けられる燃料噴射弁１１の製造上のばらつきや劣化度合の相違等に起因する個体差によって、気筒間で燃料噴射量にばらつきが生じる場合がある。従って、このようなばらつきに起因して燃料噴射量が目標噴射量からずれた場合に、内燃機関１からのＰＭ排出量は上記のようにして算出された基本ＰＭ排出量からずれる可能性がある。

ところで、上記のように気筒間で燃料噴射量にばらつきが生じると、気筒間での爆発行程毎の回転速度変動によって内燃機関に振動が発生し、特にアイドル運転等の低負荷運転時にその振動や騒音が車両の乗員に不快感を与えるという問題が従来より知られている。これに対し、本実施例では、このような気筒間での回転速度変動を低減することを目的として、各気筒における爆発行程毎の回転速度変動を検出し、気筒間の回転速度変動を均一化するように、各気筒への燃料噴射量を補正する制御（ＦＣＣＢ制御）を行う。これは、内燃機関の各気筒の爆発行程毎の回転速度変動を検出した後に、全気筒の回転速度変動の平均値と各気筒毎の回転速度変動の検出値とを比較し、その差を補償するように各気筒の燃料噴射量を補正する制御である。

本実施例では、このＦＣＣＢ制御によって検出された気筒間の燃料噴射量のばらつきの度合に基づいて基本ＰＭ排出量を補正することによって、内燃機関１からのＰＭ排出量の推定精度を高めるようにした。具体的には、ＦＣＣＢ制御によって図２のような気筒間の相対的な燃料噴射量のばらつきを検出し、検出された気筒間の燃料噴射量の相対的なばらつきの大きさ（絶対値）の全気筒での平均値を算出する（以下、この平均値を「収束指標」と称する）。そして、この収束指標に基づいて基本ＰＭ排出量を補正する補正係数を算出し、該補正係数と基本ＰＭ排出量との積として内燃機関１からのＰＭ排出量の推定値を
算出する。ここで、補正係数は定数でも良いし、内燃機関１の運転状態を代表するパラメータ（例えば機関回転数、機関負荷、Ａ／Ｆ等）を引数とするマップ又は関数であっても良い。収束指標と補正係数との関係は予め実験や適合作業によって求めておくことができる。例えば、収束指標がある値である場合に内燃機関１から排出されるＰＭの量を、基本ＰＭ排出量との積によって算出可能であるような係数として、補正係数を求めておくことができる。このようにして各収束指標と補正係数との関係をマップ又は関数化してＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶させておく。こうすることで、ＦＣＣＢ制御によって算出された燃料噴射量のばらつきの収束指標から補正係数を求めることができる。

本実施例では、収束指標と補正係数との関数関係として、二値関数を用いるようにした。具体的には、収束指標が所定の基準値より小さい場合には第１の補正係数を選択して基本ＰＭ排出量を補正し、収束指標が該基準値以上の場合には第２の補正係数を選択して基本ＰＭ排出量を補正するようにした。ここで、「所定の基準値」とは、各気筒間での燃料噴射量のばらつきが略均一化されているとみなすことができるか否かを判断可能な収束指標の基準値であり、予め実験や適合作業によって定められる。収束指標がこの基準値より小さい場合には、各気筒間で燃料噴射量のばらつきが略均一化されているとみなすことができる。一方、収束指標がこの基準値以上である場合には、各気筒間での燃料噴射量のばらつきが大きいとみなすことができる。従って、第１の補正係数は第２の補正係数より小さい値に設定する。ここで、上述の説明のように、第１の補正係数及び第２の補正係数は、それぞれ定数であっても良いし、運転状態に相関する値であっても良い。

本実施例におけるＰＭ排出量の算出方法によれば、気筒間の燃料噴射量のばらつきを反映させたＰＭ排出量の推定値を得ることができるため、内燃機関１からのＰＭ排出量の推定精度を向上させることができる。従って、フィルタ再生処理をより適切なタイミングで実行することが可能になり、フィルタ１７に不具合が発生することを好適に抑制するとともに、燃費の悪化を抑制することができる。

ここで、図３を参照して本実施例のＰＭ排出量推定ルーチンについて説明する。図３は本実施例のＰＭ排出量推定ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中ＥＣＵ１６によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１６は内燃機関１の運転状態を検出する。例えば、回転速度センサ１３から入力される検出信号に基づいて機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１４から入力される検出信号に基づいて機関負荷を算出する。その他、機関冷却水温、Ａ／Ｆ、ＥＧＲ率等を取得する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１６は基本ＰＭ排出量を算出する。具体的には、ステップＳ１０１で検出した内燃機関１の運転状態に応じて、ＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されたマップから基本ＰＭ排出量を算出する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１６は収束指標を算出する。具体的には、ＦＣＣＢ制御によって気筒間の相対的な燃料噴射量のばらつきを検出し、検出した相対的なばらつきの絶対値の全気筒での平均値を算出して収束指標とする。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１６はステップＳ１０３で算出した収束指標が上述した基準値より小さいか否かを判定する。ステップＳ１０４で肯定（Ｙｅｓ）判定された場合、ＥＣＵ１６はステップＳ１０５に進む。一方、ステップＳ１０４で否定（Ｎｏ）判定された場合、ＥＣＵ１６はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１６は補正係数として上述した第１の補正係数を設
定する。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１６は補正係数として上述した第２の補正係数を設定する。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１６は内燃機関１からのＰＭ排出量を算出する。具体的には、ステップＳ１０２で算出した基本ＰＭ排出量を、ステップＳ１０５又はステップＳ１０６で算出した補正係数を用いて補正する。

本実施例においては、ＦＣＣＢ制御及び上記ステップＳ１０３を実行するＥＣＵ１６が本発明におけるばらつき検出手段に相当する。また、上記ステップＳ１０７を実行するＥＣＵ１６が本発明におけるＰＭ排出量算出手段に相当する。また、上記ステップＳ１０２を実行するＥＣＵ１６が本発明における基本ＰＭ排出量算出手段に相当する。また、本実施例における収束指標が本発明で言うところのばらつきの度合に相当する。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例は補正係数の算出方法が実施例１と異なる。その他の構成及び制御は実施例１と同じであるから詳しい説明を省略する。

本実施例における補正係数の算出方法は、気筒間の燃料噴射量のばらつきの状態として特定のばらつきの状態を定め、気筒間の燃料噴射量が当該特定のばらつきの状態である場合の収束指標と、当該特定のばらつきの状態である時に内燃機関１から排出されるＰＭの量を前述の基本ＰＭ排出量との積によって算出可能であるように計算された補正係数と、の組み合わせを求める。そして、このような特定のばらつきの状態に対応する収束指標と補正係数との組み合わせを複数設定し、収束指標と補正係数とのこれら複数の組み合わせに基づく補間計算によって、任意の収束指標に対応する補正係数を算出する。

本実施例で用いる具体的な補間計算の方法について、図４を参照して説明する。図４は横軸が収束指標を表し、縦軸が補正係数を表す。図４の点Ａ及び点Ｂは、上述の「特定のばらつきの状態」として設定された２つのばらつきの状態を表す。点Ａは、実施例１で説明したＦＣＣＢ制御によって当該ＦＣＣＢ制御の限界精度まで気筒間の燃料噴射量を均一化できた状態を表す。点Ｂは、気筒間の燃料噴射量のばらつきが想定し得る最大のばらつきである場合の状態を表す。点Ａの状態に対応して、点Ａの状態において算出される収束指標（「下限収束指標」）と、点Ａの状態である場合の内燃機関１から排出されるＰＭの量を基本ＰＭ排出量との積によって算出可能であるように計算された補正係数（「下限補正係数」）と、の組み合わせが求められる。また、点Ｂの状態に対応して、点Ｂの状態において算出される収束指標（「上限収束指標」）と、点Ｂの状態である場合の内燃機関１から排出されるＰＭの量を基本ＰＭ排出量との積によって算出可能であるように計算された補正係数（「上限補正係数」）と、の組み合わせが求められる。そして、本実施例の場合は、現時点での収束指標に対応する補正係数を、図４に示すように、下限収束指標及び下限補正係数の組み合わせと、上限収束指標及び上限補正係数との組み合わせと、に基づく線形補間計算によって算出するようにしている。

本実施例におけるＰＭ排出量の算出方法に依れば、気筒間の燃料噴射量のばらつきをより精度良く反映させた補正係数を用いてＰＭ排出量の推定値を得ることができるため、内燃機関１からのＰＭ排出量の推定精度をより一層向上させることができる。従って、本実施例によって推定されたＰＭ排出量に基づいてフィルタ１７におけるＰＭ堆積量を推定し、フィルタ再生処理の実行タイミングを決定するようにすることにより、より適切なタイミングフィルタ再生処理を実行することが可能になる。

ここで、図５を参照して本実施例のＰＭ排出量推定ルーチンについて説明する。図５は本実施例のＰＭ排出量推定ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中ＥＣＵ１６によって繰り返し実行される。上述のように、本実施例のＰＭ排出量推定ルーチンは補正係数の計算方法だけが実施例１のＰＭ排出量推定ルーチンと異なる。図５において、ステップＳ１０１乃至ステップＳ１０３、及びステップＳ１０７は実施例１で説明したＰＭ排出量推定ルーチン（図３を参照）と同一であるので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ１６は、ステップＳ１０３で算出された収束指標に対応する補正係数を、上記説明したような補間計算によって算出する（図４を参照）。そして、ステップＳ１０７において、ステップＳ２０４で算出された補正係数と、ステップＳ１０２で算出された基本ＰＭ排出量と、から内燃機関１からのＰＭ排出量を算出する。

本実施例においては、図４において点Ａ及び点Ｂで表される燃料噴射量のばらつきの状態が、本発明における「特定の状態」に相当する。

次に、本発明の実施例３について説明する。実施例１及び実施例２では基本ＰＭ排出量を補正係数を用いて補正することによって内燃機関１からのＰＭ排出量を算出するようにしたのに対し、本実施例では、燃料噴射量とＰＭ排出量との相関関係に基づいて、ＦＣＣＢ制御によって補正された各気筒毎の燃料噴射量から直接ＰＭ排出量を算出するようにした。この算出方法によれば、各気筒毎の燃料噴射量のばらつきに起因するＰＭ排出量の変動を各気筒毎に反映させたＰＭ排出量を算出することができるため、気筒間のばらつきの状態を収束指標として代表させてＰＭ排出量を補正する算出方法と比較してより精度良くＰＭ排出量を推定することが可能になる。

ここで、図６を参照して本実施例のＰＭ排出量推定ルーチンについて説明する。図６は本実施例のＰＭ排出量推定ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンは内燃機関１の稼働中ＥＣＵ１６によって繰り返し実行される。図６において、内燃機関１の運転状態を検出するステップＳ１０１は実施例１と同一であるので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３０２において、ＥＣＵ１６はステップＳ１０１で検出した内燃機関１の運転状態に適合する基本燃料噴射量を算出する。基本燃料噴射量は運転状態（機関回転数及び機関負荷）に応じたマップとして予めＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されている。

ステップＳ３０３において、ＥＣＵ１６はＦＣＣＢ制御によって検出された気筒間の燃料噴射量のばらつきに基づいて気筒間の燃料噴射量の相対的な誤差を算出する。

ステップＳ３０４において、ＥＣＵ１６はステップＳ３０３で算出された相対的な噴射量の誤差に基づいて、ＦＣＣＢ制御によって補正された後の各気筒毎の実際の燃料噴射量を算出する。

ステップＳ３０５において、ＥＣＵ１６はステップＳ３０４で算出された各気筒毎の実際の燃料噴射量に基づいて、各気筒毎の燃料の燃焼に伴って排出されるＰＭの量を算出する。燃料噴射量とＰＭ排出量との関係は予め実験や適合作業によって求められ、ＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されている。

本実施例においては、上記ルーチンにおいてステップＳ３０５を実行するＥＣＵ１６が、本発明において「ばらつき補正手段によって補正された燃料噴射量に基づいて内燃機関
からのＰＭの排出量を算出するＰＭ排出量算出手段」に相当する。

なお、以上述べた各実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。また、上記各実施例は可能な範囲で組み合わせて本発明の実施の形態とすることができる。

実施例１における内燃機関の概略構成を示す図である。 実施例１におけるＦＣＣＢ制御によって検出される気筒間の燃料噴射量の相対ばらつき量の例を示す図である。 実施例１におけるＰＭ排出量推定ルーチンを表すフローチャートである。 実施例２における収束指標から補正係数を算出する補間計算の例を示す図である。 実施例２におけるＰＭ排出量推定ルーチンを表すフローチャートである。 実施例３におけるＰＭ排出量推定ルーチンを表すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気マニホールド
３ 排気マニホールド
４ インタークーラ
５ ターボチャージャ
６ コンプレッサ
７ タービン
８ 吸気管
９ 排気管
１０ 気筒
１１ 燃料噴射弁
１２ コモンレール
１３ 回転速度センサ
１４ アクセル開度センサ
１５ エアクリーナ
１６ ＥＣＵ
１７ フィルタ
１８ ＥＧＲ通路

Claims (5)

1. 複数の気筒を備えた内燃機関と、
   前記各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射手段と、
   前記燃料噴射手段による燃料噴射量の前記各気筒間でのばらつきを検出するばらつき検出手段と、
   前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出するＰＭ排出量算出手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて予め想定される前記内燃機関からのＰＭの排出量である基本ＰＭ排出量を、前記運転状態検出手段によって検出される運転状態に基づいて算出する基本ＰＭ排出量算出手段と、
   を備え、
   前記ＰＭ排出量算出手段は、前記基本ＰＭ排出量を所定の補正係数を用いて補正することによって前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出する手段であって、
   前記補正係数は、前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合と所定の基準値との大小関係に応じて、予め定められる２種類の補正係数のうちのいずれか一方が選択されることによって算出されることを特徴とする内燃機関のＰＭ排出量推定システム。
2. 複数の気筒を備えた内燃機関と、
   前記各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射手段と、
   前記燃料噴射手段による燃料噴射量の前記各気筒間でのばらつきを検出するばらつき検出手段と、
   前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出するＰＭ排出量算出手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて予め想定される前記内燃機関からのＰＭの排出量である基本ＰＭ排出量を、前記運転状態検出手段によって検出される運転状態に基づいて算出する基本ＰＭ排出量算出手段と、
   を備え、
   前記ＰＭ排出量算出手段は、前記基本ＰＭ排出量を所定の補正係数を用いて補正するこ
   とによって前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出する手段であって、
   前記補正係数は、前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて算出され、
   前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を補正して前記各気筒間での燃料噴射量を均一化するばらつき補正手段を更に備え、
   前記ＰＭ排出量算出手段は、
   前記気筒間の燃料噴射量のばらつきの状態として特定の状態を複数定め、
   前記各特定の状態毎に、前記各特定の状態におけるばらつきの度合と、前記各特定の状態において前記内燃機関から排出されるＰＭの量を前記基本ＰＭ排出量から算出する場合に適合する補正係数と、の組み合わせを求め、
   前記各組み合わせに基づく補間計算によって、現時点でのばらつきの状態に対応する補正係数を算出し、
   前記基本ＰＭ排出量を該補正係数を用いて補正することによって前記内燃機関から排出されるＰＭの量を算出することを特徴とする内燃機関のＰＭ排出量推定システム。
3. 請求項２において、
   前記特定の状態とは、
   前記ばらつき補正手段によって前記各気筒間での燃料噴射量を最大限均一化した状態と、
   前記燃料噴射手段による燃料噴射量の前記各気筒間でのばらつきの度合が想定し得る最大値である状態と、
   であることを特徴とする内燃機関のＰＭ排出量推定システム。
4. 複数の気筒を備えた内燃機関と、
   前記各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射手段と、
   前記燃料噴射手段による燃料噴射量の前記各気筒間でのばらつきを検出するばらつき検出手段と、
   前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出するＰＭ排出量算出手段と、
   前記ばらつき検出手段によって検出される前記ばらつきの度合に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を補正して前記各気筒間での燃料噴射量を均一化するばらつき補正手段と、
   を備え、
   前記ＰＭ排出量算出手段は、前記ばらつき補正手段によって補正された燃料噴射量に基づいて前記内燃機関からのＰＭの排出量を算出することを特徴とする内燃機関のＰＭ排出量推定システム。
5. 前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関のＰＭ排出量推定システムによって算出される前記内燃機関からのＰＭの排出量に少なくとも基づいて前記フィルタにおけるＰＭの堆積量を算出するＰＭ堆積量算出手段と、
   前記フィルタに堆積したＰＭを強制的に酸化させて該フィルタから除去するフィルタ再生処理を実行する手段と、
   を備え、
   前記ＰＭ堆積量算出手段によって算出されるＰＭの堆積量が所定量以上となった場合に前記フィルタ再生処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。

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