JP5157150B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置に関する。

従来、自動車用ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気浄化装置には、その排気通路に配置されてＰＭ（粒子状物質）を捕集するフィルタを備えたものがある。フィルタに捕集されたＰＭの堆積量が増加すると、これに伴って排気通路の圧力が上昇するため、燃費の悪化などを招くといった問題が生じる。そこで、例えば特許文献１の排気浄化装置では、フィルタが目詰まりをしていると推定される時期に、ポスト噴射などの追加的な燃料噴射を行ってフィルタに流入する排気の温度を上昇させることによりフィルタに捕集されたＰＭを酸化（燃焼）させて除去する、いわゆるフィルタの再生を行うようにしている。

また、特許文献１に記載の排気浄化装置では、フィルタの再生中に運転状態の変化によって再生を中断した場合、次回の再生時期の推定誤差を補正するために、再生の中断によって処理しきれずに残ったＰＭの量、すなわちＰＭ残量を算出するようにしている。このＰＭ残量は、ＰＭの酸化速度（フィルタの再生速度）と再生時間とから算出される累積ＰＭ処理量を再生開始時のＰＭ堆積量から減算することにより求められる。そして、ＰＭの酸化速度は、再生中のフィルタの温度と排気流量とのマップから導出される。具体的に、ＰＭの酸化速度は、フィルタの温度が高いほどＰＭが酸化されやすくなるため高く設定され、排気流量が小さいほど排気によるフィルタの冷却が低減されるため高くなるように設定されている。
特開２００５−９０３９１号公報

ところで、フィルタの温度をＰＭの酸化可能な温度に早期に上昇させるために、フィルタの下流に排気絞り弁を設けることがある。この排気絞り弁を閉じると排気抵抗が大きくなり内燃機関の負荷が増大するため、その負荷増加分だけ燃料噴射量が増加される。その結果、排気温度が上昇することとなるため、フィルタの温度上昇を促進させることができる。また、排気絞り弁が閉じられた場合には排気圧力が上昇し、ＰＭの酸化速度は排気圧力の影響を受ける。しかしながら、特許文献１に記載の排気浄化装置は、こうした排気圧力の上昇がＰＭの酸化速度に与える影響が考慮されておらず、このＰＭの酸化速度の導出おいては、未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路に排気絞り弁が設けられた構成においても、フィルタに捕集されたＰＭの酸化速度を正確に導出することのできる排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、排気浄化装置であって、内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、予め導出された前記排気絞り弁の全開時及び全閉時それぞれの排気圧力の値に対する粒子状物質の酸化速度の値に基づいて求められる排気圧力と酸化速度との線形関係に前記圧力検出手段によって検出される排気圧力の値を適用することにより前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度を導出する酸化速度導出手段とを備えていることを要旨としている。

上述したように、従来の排気浄化装置では、粒子状物質の酸化速度を導出するにあたり、排気絞り弁の動作による排気圧力の変化が酸化速度に及ぼす影響は何ら考慮されていなかった。そのため、排気通路に排気絞り弁が設けられている構成で従来のように酸化速度を導出すると、この酸化速度を実際よりも高く導出してフィルタが完全に再生されていないのにフィルタの再生制御を終了したり、この酸化速度を実際よりも低く導出してフィルタが完全に再生されているのにフィルタの再生制御をさらに継続して行ったりするおそれがある。

この点、上記構成によれば、前記排気絞り弁の動作によって排気圧力は変化するものの、この排気圧力を圧力検出手段により検出することができるため、酸化速度導出手段が、この検出された排気圧力に基づいて、粒子状物質の酸化速度を正確に導出することができる。すなわち、排気絞り弁の動作に伴う排気圧力の変化が酸化速度に及ぼす影響を考慮した上で粒子状物質の酸化速度を導出することができる。これにより、フィルタの再生時間が不必要に長くなったり、フィルタが完全に再生していないにも拘わらずフィルタの再生制御を終了したりすることを抑制することができる。
また、上記構成では、例えば、排気絞り弁の全開時及び全閉時それぞれの排気圧力に対する粒子状物質の酸化速度が予め理論的な計算式や実験などにより導出される。このように、排気絞り弁の全開時及び全閉時の２つのデータを用いて酸化速度を導出することにより、酸化速度を正確に導出することができる。
請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、予め導出された前記排気絞り弁の全閉時の排気圧力の値を含む複数の排気圧力の値に対する粒子状物質の酸化速度の値に基づいて求められる排気圧力と酸化速度との線形関係に前記圧力検出手段によって検出される排気圧力の値を適用することにより前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度を導出する酸化速度導出手段とを備えていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記酸化速度導出手段は、前記排気圧力が高いほど前記粒子状物質の酸化速度が高いように同酸化速度を導出することを要旨としている。

排気絞り弁の開度を絞って排気圧力が上昇すると、フィルタにおける酸素の量が増加するため、粒子状物質の酸化速度が高くなる。そこで、前記酸化速度導出手段が、前記圧力検出手段で検出された排気圧力が高いほど前記粒子状物質の酸化速度が高いように同酸化速度を導出することにより、排気圧力に応じて適切に酸化速度を導出することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記酸化速度導出手段は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量に基づいて粒子状物質の酸化速度を補正する酸化速度補正手段を備えていることを要旨としている。

フィルタにおける粒子状物質の堆積量が多いほど、粒子状物質の酸化による熱量が大きくなるため、酸化速度が高くなる。そこで、同構成によれば、前記酸化速度補正手段によって、この粒子状物質の堆積量が多いほど、酸化速度が高くなるように補正することにより、さらに正確に粒子状物質の酸化速度を導出することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記圧力検出手段は検出値の誤差範囲が予め設定されており、前記酸化速度導出手段は、前記圧力検出手段によって検出された排気圧力に対応する前記誤差範囲の最小値に基づいて前記粒子状物質の酸化速
度を導出することを要旨としている。

同構成によれば、圧力検出手段の検出誤差が生じている場合であっても、粒子状物質の酸化速度の下限値を導出することができるため、このようにして導出された酸化速度の下限値に基づいてフィルタの再生を終了させるタイミングを決定すれば、フィルタが完全に再生していないにも拘わらずフィルタの再生を終了することがない。つまり、フィルタの再生を確実に行うことができる。

以下、図１〜５を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を具体化した実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置を搭載した車載内燃機関の模式図である。内燃機関１０は、各気筒１１に形成される燃焼室１２と、燃焼室１２に吸入空気を送り込む吸気通路１３と、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が排出される排気通路１４とを備えている。

吸気通路１３には、その通路面積を可変とする吸気絞り弁１５が設けられ、吸気絞り弁１５はアクチュエータ１７によって駆動される。そして、吸気絞り弁１５の開度が制御されることにより燃焼室１２に吸入される空気量が調整される。吸気通路１３に吸入された空気は、燃焼室１２に設けられた燃料噴射弁１６より噴射された燃料と混合して混合気となり、燃焼室１２で燃焼する。また、吸気通路１３には、燃焼室１２に吸入される空気量を検出するためのエアフローメータ３１が設けられている。

排気通路１４には、排気中に含まれる有害なＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）を酸化して浄化するＣＣＯ（酸化触媒コンバータ）２３とＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２４とが順に配置され、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が送り込まれる。ＤＰＦ２４は、多孔質材料によって形成されており、これにより排気中のＰＭを捕集するようにしている。なお、本実施形態では、ＤＰＦ２４にも排気中のＨＣやＣＯを酸化する酸化触媒が担持されている。さらに、排気通路１４におけるＣＣＯ２３の上流側には、ＣＣＯ２３とは別の酸化触媒コンバータ（図示略）が設けられている。そして、これらの酸化触媒によって触発される反応により、ＤＰＦ２４に捕集されたＰＭを酸化（燃焼）させて除去する、いわゆるＤＰＦ２４の再生が行われる。

また、排気通路１４におけるＣＣＯ２３とＤＰＦ２４との間には、温度センサ３２と圧力センサ３３とが順に設けられている。この圧力センサ３３は、検出値としてゲージ圧、すなわち大気圧を「０」としたときの圧力を検出するように構成されている。

排気通路１４におけるＤＰＦ２４の下流側には、排気絞り弁１８が設けられている。この排気絞り弁１８は、アクチュエータ１９によって全開状態と全閉状態との２つの状態の間で切換えられる切換弁である。

また、排気通路１４には、排気絞り弁１８の上流側と下流側とを連通するウエイストゲート２０が設けられている。ウエイストゲート２０には、ウエイストゲート弁２１が設けられており、このウエイストゲート弁２１の開度を調節することで、排気絞り弁１８が閉弁状態となったときに排気絞り弁１８の上流側の圧力を調整するようにしている。

こうした内燃機関１０の各種制御は、電子制御装置４０により実施されている。電子制御装置４０は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。そして、電子制御装置４０は、その機能として、後述するＤＰＦ２４の再生制御中に圧力センサ３３によって検出される排気圧力に基づいてＤＰＦ２４に捕集されたＰＭの酸化速度を導出する酸化速度導出手段を備えている。また、この酸化速度導出手段は、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積量に基づいてＰＭの酸化速度を補正する酸化速度補正手段を備えている。すなわち、本実施形態の排気浄化装置は、ＤＰＦ２４と排気絞り弁１８と圧力センサ３３とこの電子制御装置４０とを備えている。

電子制御装置４０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ３５、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ３６、吸気絞り弁１５の開度を検出する吸気絞りセンサ３７等が接続されている。また電子制御装置４０の出力ポートには、吸気絞り弁１５、燃料噴射弁１６、排気絞り弁１８、及びウエイストゲート弁２１等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置４０は、上記各センサから入力される検出信号により把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。このようにして吸気絞り弁１５の開度制御、燃料噴射弁１６からの燃料噴射制御、排気絞り弁１８の開閉制御、及びウエイストゲート弁２１の開度制御等の各種制御が電子制御装置４０により実施される。

このように構成された内燃機関１０の排気浄化装置では、内燃機関１０の運転によりＤＰＦ２４で捕集されたＰＭを除去するために、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭを酸化（燃焼）させて浄化するＤＰＦ２４の再生制御が実施される。こうした再生制御は、排気絞り弁１８の作動により排気温度及び排気圧力を上昇させるとともに、ＣＣＯ２３の酸化触媒やＤＰＦ２４に担持された酸化触媒に未燃燃料成分を供給することにより行われ、これにより未燃燃料成分の排気中や触媒上での酸化に伴う発熱により触媒を活性化させるとともに触媒周りのＰＭを燃焼させる。なお、この再生制御における触媒への未燃燃料成分の供給は、内燃機関１０の駆動に寄与する燃料噴射弁１６からの燃料噴射の後、例えば排気行程中での燃料噴射であるポスト噴射等によって行われる。以下に、電子制御装置４０が実施するＤＰＦ２４の再生制御について説明する。

図２は内燃機関１０の運転時間に対するＰＭの堆積量を示したものである。同図に示すように、時間Ｔ０から内燃機関１０の運転が開始されると、運転時間の経過に伴ってＤＰＦ２４で捕集されるＰＭの堆積量が増加する。電子制御装置４０は、内燃機関１０を搭載した車両の走行距離が所定距離に達した場合、又は圧力センサ３３によって検出される排気圧力が所定値を超えた場合、又は圧力センサ３３によって検出される排気圧力とＤＰＦ２４の下流側の圧力との差圧が所定値を超えた場合などにＰＭの堆積量が過多であると判断し、ＤＰＦ２４の再生制御を開始する。そして、時間Ｔ１においてＤＰＦ２４の再生制御が開始されると、ＰＭの堆積量は減少し始め、時間Ｔ２において堆積量がほぼ０になる。電子制御装置４０は、このような制御を繰り返し行うことで、外部へ排出されるＰＭの量を低減する。

なお、ＤＰＦ２４の再生制御が実行される期間Ｘでは、例えば以下のような制御が行われる。すなわち、車両が加速状態にあるときには、電子制御装置４０が駆動信号「ＯＦＦ」を出力し、アクチュエータ１９によって排気絞り弁１８が全開状態とされる。一方、車両が加速状態以外の定速走行状態、減速状態、アイドル状態等にあるときには、電子制御装置４０が駆動信号「ＯＮ」を出力し、アクチュエータ１９によって排気絞り弁１８が全閉状態とされる。つまり、車両が加速状態にあるときは、燃焼室１２に吸入される空気量が増加するため、排気絞り弁１８を開くことで車両の加速性能が損なわれることを抑制している。このように、期間Ｘでは、排気絞り弁１８が車両の運転状態に応じて適宜開閉制御されることによりＤＰＦ２４の再生制御が行われる。

そして、電子制御装置４０が駆動信号「ＯＮ」を出力する際は、排気絞り弁１８が閉じられることによって排気圧力が上昇するため、空気量の増量によりＤＰＦ２４における酸素の量が増加し、これにより、ＰＭの酸化速度が高くなる。また、排気絞り弁１８の開度を絞ることによって排気抵抗が増大するため、燃料噴射量が増加して排気温度も上昇し、これにより、ＣＣＯ２３やＤＰＦ２４の酸化触媒がより活性化されるため、ＰＭの酸化速度が高くなる。このようにして、排気絞り弁１８を絞ると、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭの酸化が促進されるため、ＤＰＦ２４の再生制御が実行される期間Ｘを短縮し、燃料噴射弁１６からの未燃燃料成分の供給量を抑制することにより燃費の悪化を抑制することができる。そして、電子制御装置４０の酸化速度導出手段は、例えば同電子制御装置４０が排気絞り弁１８の駆動信号「ＯＮ」を出力している際にＰＭの酸化速度を導出する。これにより、電子制御装置４０は、例えばこの導出された酸化速度とＤＰＦ２４の再生時間とから算出されるＰＭの累積処理量が再生制御の開始時のＰＭ堆積量とほぼ同量となるとＤＰＦ２４の再生が完了したと判断してＤＰＦ２４の再生制御を終了する。以下に、電子制御装置４０の酸化速度導出手段が実行するＰＭの酸化速度の導出制御について説明する。

図３は、所定温度及び所定の吸入空気量における排気圧力に対するＰＭの酸化速度を示した酸化速度マップである。この図３において、排気圧力Ｐ１（例えば０〔ｋＰａ〕）及びＰ２（例えば１５０〔ｋＰａ〕）のそれぞれは、排気絞り弁１８が全開時及び全閉時それぞれの排気圧力を示している。そして、排気圧力Ｐ１及びＰ２においては、ＰＭの酸化速度は、それぞれ酸化速度Ｓ１及びＳ２となる。この酸化速度Ｓ１及びＳ２は、具体的には以下のように求めることができる。

図４は、所定の吸入空気量における排気温度とＰＭの酸化速度との関係を示したグラフである。この図４において、線Ｐ１は排気絞り弁１８の全開時、すなわち排気圧力Ｐ１における排気温度とＰＭの酸化速度との関係を示し、線Ｐ２は排気絞り弁１８の全閉時、すなわち排気圧力Ｐ２における排気温度とＰＭの酸化速度との関係を示している。なお、これら線Ｐ１，Ｐ２は、理論的な計算式や実験などから予め求めることができる。この図４に示すように、排気圧力が一定であると、排気温度が高いほど酸化触媒が活性化されるために、ＰＭの酸化速度は高くなる。そして、図４に示すように、例えば排気温度が６５０〔℃〕においては、排気絞り弁１８の全開時に対応する排気圧力Ｐ１では酸化速度Ａ１（例えば３８〔ｇ／ｈ〕）となり、排気絞り弁１８の全閉時に対応する排気圧力Ｐ２では酸化速度Ａ２（例えば８９〔ｇ／ｈ〕）となる。また、例えば排気温度が６００〔℃〕においては、排気圧力Ｐ１では酸化速度Ｂ１（例えば１５〔ｇ／ｈ〕）となり、排気圧力Ｐ２では酸化速度Ｂ２（例えば３７〔ｇ／ｈ〕）となる。

そして、図４のグラフに示すこれらの値に基づいて図３の酸化速度マップが作成される。つまり、排気温度６５０〔℃〕における酸化速度マップは、排気圧力とＰＭの酸化速度とを座標軸とするグラフに、排気圧力Ｐ１におけるＰＭの酸化速度Ｓ１が酸化速度Ａ１となり、排気圧力Ｐ２におけるＰＭの酸化速度Ｓ２が酸化速度Ａ２となるようにプロットされ、この２点を通る直線Ａを引くことにより作成される。同様に、排気温度６００〔℃〕における酸化速度マップは、排気圧力Ｐ１におけるＰＭの酸化速度Ｓ１が酸化速度Ｂ１となり、排気圧力Ｐ２におけるＰＭの酸化速度Ｓ２が酸化速度Ｂ２となるようにプロットされて直線Ａを引くことにより作成される。なお、図示は省略するが、吸入空気量とＰＭの酸化速度との関係についても、排気圧力が一定である場合、吸入空気量が多いほどＤＰＦ２４における酸素量が多くなるためにＰＭの酸化速度は高いという関係があり、排気絞り弁１８の全開時及び全閉時における吸入空気量とＰＭの酸化速度との関係が予め理論的な計算式や実験などにより求められる。

このようにして、図３に示すような酸化速度マップが、任意の排気温度及び任意の吸入空気量に対応して作成される。すなわち、本実施形態では、吸入空気量及び排気温度がそれぞれエアフローメータ３１及び温度センサ３２で検出されるため、ＰＭの酸化速度の導出においては、これらの検出値に対応した酸化速度マップが作成される。そして、この酸化速度マップは、図３に示すように、排気圧力が高いほどＰＭの酸化速度が高い態様で作成される。これは、上述したように、排気圧力が高くなるとＤＰＦ２４における酸素の量が増加するとともに、燃料噴射量の増加により排気温度も上昇するためである。また、本実施形態の酸化速度マップは、排気絞り弁１８の全開時及び全閉時の２つのデータを用いて作成しているため、原点（絶対圧０〔ｋＰａ〕に対してＰＭの酸化速度０〔ｇ／ｈ〕）と１つの排気圧力に対する酸化速度とが線形関係となるように作成する酸化速度マップよりも現状に即したものとなる。すなわち、このようにして作成された酸化速度マップを用いることにより、ＰＭの酸化速度をより正確に導出することができる。そして、ＤＰＦ２４に堆積したＰＭの酸化速度は、この酸化速度マップに圧力センサ３３で検出された排気圧力を適用することにより導出される。以下に、ＰＭの酸化速度の導出手順について説明する。

図５は、電子制御装置４０が実行するＤＰＦ２４におけるＰＭの酸化速度の導出制御ルーチンを示すフローチャートであり、ＰＭの酸化速度は、このフローチャートに示す手順に従って導出される。

図５に示すように、ＰＭの酸化速度の導出制御ルーチンが開始されると、ステップＳＴ１において、圧力センサ３３によって排気圧力が検出され、ステップＳＴ２に移る。ここで、例えば電子制御装置４０が駆動信号「ＯＮ」を出力している状態では、理論的には排気絞り弁１８が全閉状態となり圧力センサ３３によって検出される検出値は排気圧力Ｐ２となるが、排気絞り弁１８が全開状態から全閉状態に推移する途中の状態である場合や排気絞り弁１８の経年変化によって完全に全閉状態とならない場合がある。そのような場合であっても、圧力センサ３３によって排気圧力が検出されるため、実際の排気圧力に基づいたＰＭの酸化速度が導出される。

ステップＳＴ２以降は、電子制御装置４０の酸化速度導出手段によって行われる。先ずステップＳＴ２においては、圧力センサ３３によって検出された排気圧力の誤差補正が行われる。具体的に、図３に示すように、圧力センサ３３は予めその検出値の誤差範囲±Δｐが設定されており、ステップ１において圧力センサ３３で検出された排気圧力がＰ３であるとすると、この排気圧力Ｐ３の誤算範囲の最小値（Ｐ３−Δｐ）、すなわち図３のＰ４がＰＭの酸化速度を導出するための排気圧力として用いられるように補正される。

そして、ステップＳＴ２からステップＳＴ３に移り、図３の酸化速度マップに排気圧力Ｐ４を適用することにより、この排気圧力Ｐ４に対応するＰＭの酸化速度Ｓ４が仮の酸化速度として導出される。なお、酸化速度Ｓ４を仮の酸化速度とするのは、ＰＭの酸化速度は、最終的には、後述するようにＰＭの堆積量に基づいて補正されることにより導出されるからである。ここで、仮に圧力センサ３３に検出誤差が生じて排気圧力が実際よりも高い値に検出される場合、圧力センサ３３によって検出された排気圧力Ｐ３を酸化速度マップに適用してＰＭの仮の酸化速度Ｓ３を導出すると、実際の酸化速度より高い酸化速度を導出することとなる。そのため、このようにして導出された実際より高い酸化速度に基づいてＤＰＦ２４の再生制御の終了タイミングを決定すると、ＤＰＦ２４の再生が完了していないにも拘わらず、ＤＰＦ２４の再生制御を終了するおそれがある。しかし、本実施形態では、ステップＳＴ２において上述した誤差補正が行われるため、ＰＭの酸化速度の下限値が導出されてこの下限値に基づいてＤＰＦ２４の再生制御の終了タイミングが決定されることから、圧力センサ３３の検出誤差が生じている場合であっても、ＤＰＦ２４が完全に再生してからＤＰＦ２４の再生制御を終了することができる。つまり、ＤＰＦ２４の再生を確実に行うことができる。

なお、本実施形態では、便宜上、図３の酸化速度マップを示して説明を行っているが、ステップＳＴ３においては、上述した概念に基づいて、図３のマップに代わり以下の式１及び式２によりＰＭの酸化速度Ｓ４を導出するようにしてもよい。

（Ｐ４−Ｐ１）：（Ｐ２−Ｐ４）＝Ｍ：１−Ｍ … 式１
Ｓ４＝（１−Ｍ）×Ｓ１＋Ｍ×Ｓ２ … 式２
すなわち、電子制御装置４０の酸化速度導出手段は、先ず式１において、排気圧力Ｐ４が排気圧力Ｐ１と排気圧力Ｐ２とを結ぶ線分を分ける比Ｍを算出し、この式１で算出した比Ｍと予め導出された酸化速度Ｓ１及びＳ２とを式２に代入して排気圧力Ｐ４に対応するＰＭの仮の酸化速度Ｓ４を算出する。ここで、排気圧力Ｐ４が通常想定される排気圧力Ｐ１以上で排気圧力Ｐ２以下の範囲内にあれば、比Ｍは０以上１以下の範囲内で算出される。また、排気圧力Ｐ４が排気圧力Ｐ２より大きい場合、比Ｍは１より大きい値に算出され、排気圧力Ｐ４が排気圧力Ｐ１より小さい場合、比Ｍは０より小さい値に算出される。このように、排気圧力Ｐ４が通常想定される範囲内から外れて幅広く変化する場合であっても、比Ｍは式１により適宜算出されるため、ＰＭの仮の酸化速度Ｓ４を確実に導出することができる。

そして、ステップＳＴ４において、酸化速度補正手段が、酸化速度マップ又は先の式１及び式２により導出されたＰＭの仮の酸化速度Ｓ４を以下の式３により補正してＰＭの酸化速度Ｓ５を算出する。

Ｓ５＝Ｋ×Ｓ４ … 式３
この式３において、係数ＫはＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積量に基づいた補正係数であり、予めＰＭの堆積量が多いほど大きい値に設定されている。すなわち、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積量が多いほどＰＭの酸化によって発生する熱量が大きくなるためにＰＭの酸化速度は高くなることから、ステップＳＴ４では、酸化速度補正手段が、この式３を用いてＰＭの堆積量が多いほどＰＭの酸化速度が高くなるように補正する。このような補正を行うことにより、ＰＭの酸化速度Ｓ５をさらに正確に導出することができる。そして、ステップＳＴ４からＥＮＤに移り、酸化速度の導出制御ルーチンを終了する。

そして、電子制御装置４０は、この導出されたＰＭの酸化速度Ｓ５とＤＰＦ２４の再生時間とからＰＭの累積処理量を算出し、ＤＰＦ２４の再生制御開始時におけるＰＭ堆積量とこの累積ＰＭ処理量とがほぼ同じとなったら、ＤＰＦ２４の再生が完了したと判断し、ＤＰＦ２４の再生制御を終了する。

上記実施形態の内燃機関の排気浄化装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の排気浄化装置では、電子制御装置４０の酸化速度導出手段により、圧力センサ３３によって検出される排気圧力に基づいて、ＤＰＦ２４に捕集されたＰＭの酸化速度Ｓ５を導出すようにしている。これにより、排気絞り弁１８の動作に伴う排気圧力の変化がＰＭの酸化速度に及ぼす影響を考慮した上でＰＭの酸化速度を導出することができる。したがって、ＰＭの酸化速度を実際よりも高く導出してＤＰＦ２４が完全に再生されていないのにＤＰＦ２４の再生制御を終了したり、この酸化速度を実際よりも低く導出してＤＰＦ２４が完全に再生されているのにＤＰＦ２４の再生制御をさらに継続して行ったりすることを抑制することができる。すなわち、ＤＰＦ２４の再生制御を適切に行うことができる。

（２）本実施形態の排気浄化装置では、排気絞り弁１８の全開時及び全閉時それぞれの排気圧力に対するＰＭの酸化速度が線形関係となるように作成された酸化速度マップに圧力センサ３３によって検出された排気圧力を適用してＰＭの酸化速度Ｓ５を導出するようにしている。このように、排気絞り弁の全開時及び全閉時の２つのデータを用いて酸化速度を導出することにより、原点と１つの排気圧力に対する酸化速度とを用いて酸化速度を導出する場合と比較して、ＰＭの酸化速度を正確に導出することができる。そして、酸化速度マップは、図３に示すように、排気圧力が高いほどＰＭの酸化速度が高い態様で作成される。これにより、排気絞り弁１８の開度を絞って排気圧力が上昇するとＤＰＦ２４における酸素の量が増加するためＰＭの酸化速度が高くなるという排気圧力とＰＭの酸化速度との関係に適合したマップに基づいてＰＭの酸化速度を適切に導出することができる。

（３）本実施形態の排気浄化装置では、圧力センサ３３の誤差範囲±Δｐが予め設定されており、電子制御装置４０の酸化速度導出手段は、圧力センサ３３によって検出された排気圧力Ｐ３に対応する誤差範囲内の最小値Ｐ４に基づいてＰＭの酸化速度を導出するようにしている。これにより、圧力センサ３３の検出において検出値の誤差が生じている場合であっても、ＰＭの酸化速度の下限値に基づいてＤＰＦ２４の再生を終了させるタイミングを決定することができるため、ＤＰＦ２４が完全に再生していないにも拘わらずＤＰＦ２４の再生制御を終了することがない。つまり、ＤＰＦ２４の再生を確実に行うことができる。

なお、圧力センサ３３による検出に誤差が生じていない場合や誤差が生じていても実際の排気圧力より低い値に検出される場合は、厳密にはＤＰＦ２４の再生が不必要に行われる場合もある。しかしながら、このようなセンサの検出値の誤差は非常に小さい値であるため、この程度の再生時間の延長は無視することができる。すなわち、このようなセンサ誤差の補正を行っても、実質的には、（１）に記載したように、排気圧力の変化が酸化速度に及ぼす影響を考慮せずにＰＭの酸化速度を導出している従来の場合と比較してＤＰＦ２４の再生時間が不必要に長くなることを確実に抑制することができるといえる。

（４）本実施形態の排気浄化装置では、（１）に記載したように、ＤＰＦ２４の再生時間が不必要に長くなることを抑制することができるため、ＤＰＦ２４の再生のためのポスト噴射が不必要に行われることを抑制することができる。これにより、従来と比較して排気の汚染度合いとエンジンオイルに燃料が混入することによって生じるオイル希釈とを抑制することができるとともに、燃費が向上するといった派生的な効果をも奏することができる。

（５）本実施形態の排気浄化装置では、酸化速度補正手段によって、排気圧力から導出されるＰＭの仮の酸化速度Ｓ４に、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積量に基づく補正係数Ｋを乗算することにより、ＰＭの酸化速度Ｓ５を導出するようにしている。これにより、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積量が多いとＰＭの酸化による熱量が大きくなるため酸化速度が高いというＰＭの堆積量とＰＭの酸化速度との関係を考慮した上で、さらに正確にＰＭの酸化速度を導出することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、排気絞り弁１８は、開弁状態と閉弁状態との切換えにより排気通路１４の流路断面積を変更するようにしているが、排気絞り弁１８を開度が任意に設定自在な弁で構成するようにしてもよい。そして、このような場合には、排気絞り弁１８がどの程度閉弁しているかによって排気圧力が幅広く変動するが、圧力センサ３３によって排気圧力を検出することができるため、ＰＭの酸化速度を適切に導出することができる。また、このように排気絞り弁１８の開度調整を自在とすることにより、ウエイストゲート２０を省略してもよい。

・上記実施形態では、燃料噴射弁１６からのポスト噴射等により、未燃燃料成分の供給を行うようにしているが、排気通路１４におけるＤＰＦ２４の上流に添加弁を設け、その添加弁から未燃燃料成分を供給するように構成してもよい。

・上記実施形態では、電子制御装置４０の駆動信号に基づいて開閉を行う電磁式のウエイストゲート弁２１を用いたが、排気絞り弁１８の上流側と下流側との圧力が所定の圧力値を超えると自動的に開いて圧力調整を行う自己調圧式のウエイストゲート弁を用いるようにしてもよい。

・上記実施形態では、圧力検出手段が、大気圧を「０」としたときの圧力であるゲージ圧を検出する圧力センサ３３であったが、真空を「０」としたときの圧力である絶対圧を検出する圧力センサを用いるようにしてもよい。さらに、圧力検出手段としてＤＰＦ２４の上流側と下流側との差圧を測定する差圧センサを用いてもよい。すなわち、例えばＤＰＦ２４に堆積したＰＭの堆積量を判定するためにＤＰＦ２４の上流側と下流側との差圧を測定する差圧センサを用いる場合、排気圧力を検出するための圧力センサを別途設けることなく、この差圧センサの検出値、ＤＰＦ２４より下流側の排気圧力の低下及び大気圧などから排気圧力を検出するようにしてもよい。そして、このようにして検出された排気圧力に基づいてＰＭの酸化速度を導出するようにしてもよい。

・上記実施形態では、排気温度を検出する温度センサ３２と排気圧力を検出する圧力センサ３３とをＣＣＯ２３とＤＰＦ２４との間に順に設けるようにしたが、これらのセンサ３２，３３を設ける位置は特に限定されず、例えば、ＣＣＯ２３の上流側やＤＰＦ２４の下流側に設けるようにしてもよい。

・上記実施形態では、圧力センサ３３によって検出された排気圧力Ｐ３の誤差補正を行い、ＰＭの酸化速度を導出する際に、この誤差補正によって求められた排気圧力Ｐ４を用いるようにしたが、ＰＭの酸化速度を導出する際に、誤差補正をすることなく排気圧力Ｐ３を直接用いても良い。また、圧力センサ３３で検出された排気圧力を誤差補正する場合は、その誤差範囲±Δｐが一定値に設定されていてもよいし、圧力センサ33が、その検出値によって信頼性（誤差範囲）が異なるというセンサ特性を有する場合は、各検出値に対応して固有の誤差範囲が設定されるようにしてもよい。

・上記実施形態では、ＤＰＦ２４に酸化触媒を担持させるようにしたが、排気通路において、酸化触媒を担持せず単にＰＭを捕集するのみのフィルタの上流側にＣＣＯ２３を設けてもいし、ＣＣＯ２３を設けることなく、酸化触媒を担持したＤＰＦ２４のみを設けるようにしてもよい。また図示を省略したＣＣＯ２３のさらに上流に設けられる触媒コンバータを省略するようにしてもよい。

・上記実施形態では、排気絞り弁１８の全開時及び全閉時の２つの状態における排気圧力に対するＰＭの酸化速度を予め実験などから導出し、これに基づいて酸化速度マップを作成するようにしたが、酸化速度マップを作成するための２点は、排気絞り弁１８の全開時と全閉時とは別の２点であってもよい。さらに、排気圧力に対するＰＭの酸化速度を予め１点だけ導出し、原点とこの１点を直線で結ぶことにより酸化速度マップを作成してもよいし、２点より多い複数点を予め導出し、これら複数の点に基づいて酸化速度マップを作成するようにしてもよい。また、酸化速度マップの作成において、このように予め導出された点を直線ではなく曲線で結ぶようにしてもよい。

・上記実施形態では、予め酸化速度マップで排気圧力Ｐ４に対応するＰＭの仮の酸化速度Ｓ４を導出した後に、この酸化速度Ｓ４にＰＭの堆積量に基づいた補正係数Ｋを乗算してＰＭの酸化速度Ｓ５を導出するようにしたが、この補正を予め行うようにしてもよい。すなわち、図４に示した排気温度とＰＭの酸化速度との関係のように、各排気圧力においてＰＭの堆積量とＰＭの酸化速度との関係を設定すれば、予めこのＰＭの堆積量とＰＭの酸化速度との関係をも考慮された酸化速度マップを作成することができるため、このようにして作成された酸化速度マップから直接ＰＭの酸化速度Ｓ５を導出することができる。

・上記実施形態では、酸化速度導出手段がＤＰＦ２４の再生制御における排気絞り弁１８の駆動信号「ＯＮ」が出力されている際にＰＭの酸化速度を導出するようにしているが、駆動信号の出力状態に拘わらず実際に排気絞り弁１８が閉じている際にＰＭの酸化速度を導出するようにしてもよい。また、ＤＰＦ２４の再生制御中は、排気絞り弁１８が開いている際にもＰＭが酸化されることがあるため、その際にもＰＭの酸化速度を導出するようにしてもよい。さらに、ＤＰＦ２４の再生制御を行っていない状態においても、ＰＭが酸化されることがあるため、ＰＭの酸化速度を導出するようにしてもよい。

本発明に係る排気浄化装置を搭載した車載内燃機関の構成を示す模式図。 内燃機関の運転時間に対するＰＭの堆積量を示すタイムチャート。 排気圧力とＰＭの酸化速度との関係を示すグラフ。 排気温度とＰＭの酸化速度との関係を示すグラフ。 ＰＭの酸化速度の導出制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気通路、１５…吸気絞り弁、１６…燃料噴射弁、１７，１９…アクチュエータ、１８…排気絞り弁、２０…ウエイストゲート、２１…ウエイストゲート弁、２３…ＣＣＯ、２４…ＤＰＦ、３１…エアフローメータ、３２…温度センサ、３３…圧力センサ、３５…ＮＥセンサ、３６…アクセルセンサ、３７…吸気絞りセンサ、４０…電子制御装置。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、
   前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、
   予め導出された前記排気絞り弁の全開時及び全閉時それぞれの排気圧力の値に対する粒子状物質の酸化速度の値に基づいて求められる排気圧力と酸化速度との線形関係に前記圧力検出手段によって検出される排気圧力の値を適用することにより前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度を導出する酸化速度導出手段とを備えている
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 内燃機関の排気通路に配置されて前記内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、
   前記排気通路における前記フィルタよりも下流側に配置されて前記排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、
   前記排気通路における前記排気絞り弁の上流側の排気圧力を検出する圧力検出手段と、
   予め導出された前記排気絞り弁の全閉時の排気圧力の値を含む複数の排気圧力の値に対する粒子状物質の酸化速度の値に基づいて求められる排気圧力と酸化速度との線形関係に前記圧力検出手段によって検出される排気圧力の値を適用することにより前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度を導出する酸化速度導出手段とを備えている
   ことを特徴とする排気浄化装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記酸化速度導出手段は、前記排気圧力が高いほど前記粒子状物質の酸化速度が高いように同酸化速度を導出する
   ことを特徴とする排気浄化装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項において、
   前記酸化速度導出手段は、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量に基づいて粒子状物質の酸化速度を補正する酸化速度補正手段を備えている
   ことを特徴とする排気浄化装置。
5. 請求項３において、
   前記圧力検出手段は検出値の誤差範囲が予め設定されており、前記酸化速度導出手段は、前記圧力検出手段によって検出された排気圧力に対応する前記誤差範囲の最小値に基づいて前記粒子状物質の酸化速度を導出する
   ことを特徴とする排気浄化装置。

Images