JP5517879B2 - ディーゼルエンジンのｐｍ排出量推定装置及びｐｍ排出量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンのＰＭ（粒子状物質：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）排出量推定装置及び該ＰＭ排出量推定装置を用いたディーゼルエンジンのＰＭ排出量制御装置に関するものであり、詳しくは、排気通路に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を有するディーゼルエンジンにおけるＰＭ排出量推定装置及び該ＰＭ排出量推定装置を用いたＰＭ排出量制御装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの排ガスを浄化処理する排気処理に係る技術として、エンジンの排気通路にＰＭを捕集するＤＰＦを設ける技術が知られている。
排気通路にＤＰＦを設けることで、エンジンで発生した排ガスは、ＤＰＦでＰＭを捕集されてから排出される。

例えば、建設機械や可搬式発電機等に使用される出力１００ｋＷ以下クラスの小型エンジンにおいては、ＤＰＦの強制再生を必要としない連続再生式若しくは金網式のＰＭ除去フィルター（以下メタルＤＰＦと称する）を使用することがある。

メタルＤＰＦは、通常のセラミックＤＰＦには必要な強制再生処理が不要であり、装置及び運転方法の簡略化が計れるという利点を有するものの、ＰＭ除去率が低い。そのため、メタルＤＰＦを採用する場合、ＰＭ排出量の規制値をクリアするためにはエンジンの出力の上限が低く抑えられてしまう。

さらに、将来的には、現状ではＰＭ排出量の規制が設けられていない高高度条件でもＰＭ排出量の規制が設けられ、高高度条件でもＰＭ排出量を規制値以内に抑える必要が生じることが予想される。高高度条件では空気密度が薄く排煙が増大するため、高高度条件でもＰＭ排出量を規制値以内に抑えるためには、標準条件（高度０ｍ）などの低高度条件ではＰＭ排出量に相当量のマージンを確保する必要があり、エンジンの出力の上限がさらに抑えられてしまう。

そこで、高度条件に応じて運転条件を変化させることが考えられる。特許文献１には、高度条件に応じて運転条件を変化させる技術として、用いている燃料が低セタン価燃料である又は現在地点が高地であると判別された場合、ＮＯｘ還元の際にリッチ燃焼、排気燃料添加又はポスト噴射のマップを書き換えることで失火を抑える、またはリッチ燃焼によって引き起こされるスモークの過排出を抑制することでＤＰＦ再生の燃費悪化を抑える技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、高度条件によって運転条件を変化させてはいるもののリッチ燃焼に係る技術であって、ＰＭ排出量を規制するものではない。そのため、特許文献１に係る技術を適用しても高高度でＰＭ排出量を規制値以内に抑える場合に、低高度条件においてエンジンの出力の上限が抑えられてしまうことは解消できない。

そこで、排出されるＰＭ量を規定値以内に抑えるために、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ量を推定することが考えられる。ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ量を推定することで、推定したＰＭ量が規定値以内であればそのまま運転を継続し、そうでない場合には運転の制御を行うことで排出されるＰＭ量を規定値以内に抑えることができるためである。

そこで、ＰＭ排出量を推定する技術として、例えば特許文献２には、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量ＱｆとからＰＭ排出量の基本値を算出し、第１パラメータＡとして、目標空気過剰率ｔλ、第２パラメータＢとして誤差率Δλ＝（実空気過剰率ｒλ−目標空気過剰率ｔλ）／実空気過剰率ｒλを用い、これらに応じて、ＰＭ排出量補正係数を算出し、ＰＭ排出量の基本値に補正係数を乗じて補正し、ＰＭ排出量を推定する技術が開示されている。

特開２００８−３０９０８０号公報 特開２００７−２３９５９号公報

しかしながら、特許文献２に開示された技術は、ＤＰＦに送られるＰＭ量の推測を目的とした技術であるため、ＤＰＦによって捕集されるＰＭ量について考慮されておらず、外部に排出するＰＭ量を推測することはできない。

従って、本発明においては従来技術の問題点に鑑み、エンジンの排気通路に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦを設けたディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦによってＰＭを捕集した後においてもなお外部に排出されるＰＭ量を推測することができるディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置及び該ＰＭ排出量推定装置を用いたディーゼルエンジンのＰＭ排出量制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、第１の発明においては、エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置において、エンジンの運転状態に応じてエンジンから前記排気通路に排出される基本ＰＭ排出量を推定する基本ＰＭ排出量推定手段と、前記フィルターで捕集されるＰＭの割合を推定するＰＭ浄化率算出手段と、前記基本ＰＭ排出量推定手段によって推定される基本ＰＭ排出量と、前記ＰＭ浄化率算出手段によって算出されるＰＭ浄化率を用いて、前記フィルター後のＰＭ排出量を演算するＰＭ排出量演算手段と、を備え、前記ＰＭ浄化率算出手段は、前記エンジンにおける大気圧と、エンジン回転数と、アクセル開度と、前記ＰＭ浄化率との関係を示した第１のＰＭ浄化率マップを有し、大気圧、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて、前記第１のＰＭ浄化率マップを用いて前記ＰＭ浄化率を推定することを特徴とする。

これにより、メタルＤＰＦ等の前記フィルターによって一部のＰＭが捕集された後の外部へのＰＭ排出量を推定することができる。
従って、該推定によって求めたＰＭ排出量が所定の規定値以内でない場合には、例えばアクセル開度等の運転条件を変更することによって、ＰＭ排出量を所定の規定値以内に保つことができる。

また、ＰＭ排出量は高度によって変化するが、本発明においてはＰＭ排出量そのものを推定するため、低高度において過大なマージンを取る必要はなく、その時に推定されたＰＭ排出量に応じて運転条件を変化させるだけでよい。
従って、前記フィルターとしてメタルＤＰＦのようなＰＭ除去率の低いフィルターを採用した場合であっても、低高度でＰＭ排出量に過大なマージンを取ることなく、高高度でもＰＭ排出量の規制値以内に抑える運転が可能となる。

また、前記ＰＭ浄化率算出手段は、前記エンジンにおける大気圧と、エンジン回転数と、アクセル開度と、前記ＰＭ浄化率との関係を示した第１のＰＭ浄化率マップを有し、大気圧、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて、前記第１のＰＭ浄化率マップを用いてＰＭ浄化率を推定する。

一般的に、エンジンの排気通路にＰＭを捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンには、大気圧、エンジン回転数、アクセル開度を検出する手段はそれぞれ設けられている。従って、新たなセンサ等の検出手段を追加することなく、安価に発明の実施が可能である。また、前記第１のＰＭ浄化率マップを追加するだけで発明の実施が可能であるため、装置全体に係るロジックも簡素化できる。
なお、前記第１のＰＭ浄化率マップは当該エンジン、フィルターにおいて予め実験的に作成しておく必要がある。

また、第２の発明においては、エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置において、エンジンの運転状態に応じてエンジンから前記排気通路に排出される基本ＰＭ排出量を推定する基本ＰＭ排出量推定手段と、前記フィルターで捕集されるＰＭの割合を推定するＰＭ浄化率算出手段と、前記基本ＰＭ排出量推定手段によって推定される基本ＰＭ排出量と、前記ＰＭ浄化率算出手段によって算出されるＰＭ浄化率を用いて、前記フィルター後のＰＭ排出量を演算するＰＭ排出量演算手段と、を備え、前記ＰＭ浄化率算出手段は、前記基本ＰＭ排出量と、排ガス温度と、前記ＰＭ浄化率との関係を示した第２のＰＭ浄化率マップを有し、前記基本ＰＭ排出量及び排ガス温度に基づいて、前記第２のＰＭ浄化率マップを用いて前記ＰＭ浄化率を推定し、さらに、前記ＰＭ浄化率算出手段は、エンジンの吸気質量流量と、燃料噴射量と、排ガス温度と、熱効率の関係を示した排ガス温度マップを有し、該排ガス温度マップを用いて排ガス温度を推定し、該推定した排ガス温度を前記第２のＰＭ浄化率マップに適用することを特徴とする。

これにより、過渡状態においてもＰＭ浄化率の推定が可能となり、高い推定精度でＰＭ排出量を推定することができる。

一般的に、エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンには、吸気質量流量、燃料噴射量の検出手段はそれぞれ設けられている。従って、新たなセンサ等の検出手段を追加することなく、高い推定精度でＰＭ排出量の推定が可能となる。
さらに、第２のＰＭ浄化率マップにおいてＰＭ浄化率を推定する際に入力する項目が２つと少ないため、第２のＰＭ浄化率マップの作成にかかる時間の短縮が可能である。

また、前記排ガス温度マップは、エンジンの吸気質量流量と、燃料噴射量と、排ガス温度と、熱効率の関係を示したものである。
これにより、熱効率を取り入れることでさらにさらに高精度で排ガス温度を推定することができ、該排ガス温度を用いることでさらに高精度でＰＭ浄化率を推定することができる。

また、第３の発明においては、エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置において、エンジンの運転状態に応じてエンジンから前記排気通路に排出される基本ＰＭ排出量を推定する基本ＰＭ排出量推定手段と、前記フィルターで捕集されるＰＭの割合を推定するＰＭ浄化率算出手段と、前記基本ＰＭ排出量推定手段によって推定される基本ＰＭ排出量と、前記ＰＭ浄化率算出手段によって算出されるＰＭ浄化率を用いて、前記フィルター後のＰＭ排出量を演算するＰＭ排出量演算手段と、を備え、前記ＰＭ浄化率算出手段は、排ガス中に含まれるＮＯｘ量と前記基本ＰＭ排出量の比（ＮＯｘ／ＰＭ比率）と、排ガス温度と、前記ＰＭ浄化率との関係を示した第３のＰＭ浄化率マップを有し、前記ＮＯｘ／ＰＭ比率及び排ガス温度に基づいて、前記第３のＰＭ浄化率マップを用いて前記ＰＭ浄化率を推定し、さらに、前記ＰＭ浄化率算出手段は、酸素過剰率と、エンジン回転数と、アクセル開度と排ガス中に含まれるＮＯｘ量との関係を示したＮＯｘ量マップと、排ガス中に含まれるＮＯｘ量と前記基本ＰＭ排出量から前記ＮＯｘ／ＰＭ比率を算出するＮＯｘ／ＰＭ比率算出手段とを有し、酸素過剰率と、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて、前記ＮＯｘ量マップを用いて排ガス中に含まれるＮＯｘ量を推定し、該推定したＮＯｘ量を用いて前記ＮＯｘ／ＰＭ比率算出手段により前記ＮＯｘ／ＰＭ比率を算出することを特徴とする。

前記フィルターにおけるＰＭ浄化には、ＮＯｘ量が影響する。具体的には前記フィルターにおいてＮＯｘが多いほどＰＭはよく燃える。従って、第３のＰＭ浄化率マップにＮＯｘ量を考慮したＮＯｘ／ＰＭ比率を用いることでさらに高精度でＰＭ浄化率を推定することができる。

また、前記ＰＭ浄化率算出手段は、酸素過剰率と、エンジン回転数と、アクセル開度と排ガス中に含まれるＮＯｘ量との関係を示したＮＯｘ量マップと、排ガス中に含まれるＮＯｘ量と前記基本ＰＭ排出量から前記ＮＯｘ／ＰＭ比率を算出するＮＯｘ／ＰＭ比率算出手段とを有し、酸素過剰率と、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて、前記ＮＯｘ量マップを用いて排ガス中に含まれるＮＯｘ量を推定し、該推定したＮＯｘ量を用いて前記ＮＯｘ／ＰＭ比率算出手段により前記ＮＯｘ／ＰＭ比率を算出する。

一般的に、エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンには、酸素過剰率、エンジン回転数、アクセル開度の検出手段はそれぞれ設けられている。従って、前記ＮＯｘ量マップ及びＮＯｘ／ＰＭ比率算出手段を用いることで、新たなセンサ等の検出手段を追加することなく、ＮＯｘ／ＰＭ比率を求めることができ、高い推定精度でＰＭ排出量の推定が可能となる。

また、ディーゼルエンジンのＰＭ排出量制御装置においては、請求項１〜３の何れかに記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置と、該ＰＭ排出量推定装置により推定されたＰＭ排出量が所定の規定値以上であるときにＰＭ排出量を減少するように運転指令を出す指令手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、エンジンの排気通路に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦを設けたディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦによってＰＭを捕集した後においてもなお外部に排出されるＰＭ量を推測することができるディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置及び該ＰＭ排出量推定装置を用いたディーゼルエンジンのＰＭ排出量制御装置を提供することができる。

実施形態１に係るエンジン全体の構成図である。 実施形態１におけるＰＭ排出量制御装置のフロー図である。 実施形態１におけるＰＭ浄化率マップの概略図である。 実施形態２におけるＰＭ排出量制御装置のフロー図である。 実施形態２における排ガス温度マップの概略図である。 実施形態２におけるＰＭ浄化率マップの概略図である。 実施形態３におけるＰＭ排出量制御装置のフロー図である。 実施形態３におけるＮＯｘ量マップの概略図である。 実施形態３におけるＰＭ浄化率マップの概略図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るエンジン全体の構成図である。
まず、図１を用いてエンジン全体の構成について説明する。
１６はエンジンであり、エンジン１６の回転数Ｎｅを検出する回転数計３０が設けられている。

エンジン１６の吸気側には、空気流量Ｇａを計測するエアフローメータ２２、大気圧計２４、コンプレッサ２、エアクーラ４、及び吸気マニホールド（不図示）内の温度Ｔｉｎを計測するインマニ温度計２６及び前記吸気マニホールド内の圧力Ｐｉｎを計測するインマニ圧力計２８が配置された吸気通路３が設けられている。吸気通路３は後述するＥＧＲ通路７とエアクーラ４の下流側で合流している。

また、エンジン１６の排気側は、タービン１０、酸化触媒（ＤＯＣ）１２、ＤＰＦ入口温度計３４、ＤＰＦ１４が配置された排気通路９が設けられている。なおＤＰＦ１４として、メタルＤＰＦを採用している。
排気通路９から分岐して、吸気通路３に接続されるＥＧＲ通路７が設けられており、ＥＧＲ通路７にはＥＧＲクーラ８、ＥＧＲバルブ６が設けられている。

また、エンジン１６の燃料噴射制御やＥＧＲバルブ６の弁開度を調整してＥＧＲガス量の制御等を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と称される制御装置（不図示）が設けられている。この制御装置は、その他のエンジン全般の制御をも行うものであって、そのため、エンジン回転数やアクセル開度等の各種の検出値を入力し、燃料噴射弁（不図示）やＥＧＲバルブ６等に制御信号を出力するものであり、後述する本発明のＰＭ排出量制御装置も含むものである。

次に、図１を用いてエンジン１６における吸気、排気及びＥＧＲガスの流れについて説明する。
吸気は、吸気通路３を通り、コンプレッサ２で圧縮昇圧された後、エアクーラ４で冷却され、吸気弁（不図示）で流量を調整されて、エンジン１６に供給される。この際、エアフローメータ２２、大気圧計２４、インマニ温度計２６、インマニ圧力計２８によって、それぞれ吸気流量、大気圧、インマニ温度Ｔｉｎ、インマニ圧力Ｐｉｎが検出される。

排気は、排気通路９を通り、タービン１０を駆動した後、ＤＯＣ１２で排ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を無害化されるとともに排ガス中のＮＯの酸化活性を高められ、ＤＰＦ１４でＰＭを捕集されて排出される。この際、ＤＰＦ入口温度計３４によりＤＰＦ入口温度が検出される。

また、排気の一部はＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路７を通り、ＥＧＲクーラ８で冷却されるとともに、ＥＧＲバルブ６でその量を調整されて吸気通路３に戻され、吸気と合流する。

以上のような全体構成のエンジンにおいて、ＤＰＦ１４を通過した後の外部に排出される排気中のＰＭ量の推定について説明する。
図２は、実施形態１におけるＰＭ排出量制御装置のフロー図である。

図２に示したように、５１でＰＭ浄化率マップを用いてＰＭ浄化率を求める。
５１では、まず、ＰＭ排出量制御装置に大気圧計２４で検出した大気圧、回転数計３０で検出したエンジン回転数Ｎｅ及び図示しない検出手段により検出したアクセル開度の検出値が取り込まれる。そして、取り込まれた大気圧、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度を用いてＰＭ浄化率を求める。

ＰＭ浄化率マップは、大気圧、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度及びＰＭ浄化率の関係を示したマップであって、当該エンジン及びＤＰＦにおいて予め実験的に作成しておくものである。ここでＰＭ浄化率とは、ＤＰＦに流入するＰＭのうちＤＰＦで捕集されるＰＭの割合である。

図３は、実施形態１におけるＰＭ浄化率マップの概略図である。
図３（ａ）は大気圧及びエンジン回転数Ｎｅを固定したときのＰＭ浄化率とアクセル開度の関係を示すグラフであって、縦軸はＰＭ浄化率、横軸はアクセル開度を示している。図３（ａ）に示すように、ＰＭ浄化率は、アクセル開度の増加に従って増加する。
また、図３（ｂ）は大気圧及びアクセル開度を固定したときのＰＭ浄化率とエンジン回転数の関係を示すグラフであって、縦軸はＰＭ浄化率、横軸はエンジン回転数Ｎｅを示している。図３（ｂ）に示すように、ＰＭ浄化率は、エンジン回転数の減少に従って増加する。
また、図３（ｃ）はエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度を固定したときのＰＭ浄化率と高度の関係を示すグラフであって、縦軸はＰＭ浄化率、横軸は高度を示している。図３（ｃ）に示すように、ＰＭ浄化率は、高度の上昇に従って増加する。なお高度は大気圧と比例し、高度と大気圧は互いに換算することができるため、図３（ｃ）はＰＭ浄化率と大気圧の関係を示すグラフに置き換えることも可能である。

５１でＰＭ浄化率が求められると、５２で基本ＰＭ排出量とＰＭ浄化率を用いてＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量を求める。
基本ＰＭ排出量とＰＭ浄化率を乗算することによって、ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量を算出することができる
ここで基本ＰＭ排出量とは、エンジン１６から排出されるＰＭ排出量であってＤＰＦ１４に流入されるＰＭ量である。該基本ＰＭ排出量は、従来技術によって求めることが可能であり、例えばエンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量及びＰＭ排出量の関係を示したマップを予め作成しておき、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量の検出値から該マップを利用して求めることができる。

５２でＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が求められると、５３で該ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が所定の規制値以下であるか否か判断する。
５３における判断でＹｅｓ即ちＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が規制値以下であればそのまま運転を継続する。
５３における判断でＮｏ即ちＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が規制値より大きければ５４に進んで運転調整をする指令を出す。

５４における運転調整では、ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が減少する方向に調整する。該運転調整としては、エンジン１６の出力を下げずにＰＭ量を減少する調整として、例えば、ＥＧＲバルブ６の開度を小さくしＥＧＲガス量を減少する、エンジン１６にコモンレールが設けられている場合にはコモンレール圧をあげる、ＶＧターボ開度を絞るといった調整ができる。また、アクセル開度を下げることでエンジン１６の出力を下げ、エンジン１６からのＰＭ排出量を減らし、ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量を減らすこともできる。

５４による運転調整が終了した後、再度５１、５２によりＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量の推定に戻る。

実施形態１によれば、ＤＰＦ１４によって一部のＰＭが捕集された後のＰＭ排出量を推定することができる。従って、該推定によって求めたＤＰＦ１４からのＰＭ排出量が所定の規定値以内でない場合には、前述のように運転条件を調整することによって、ＰＭ排出量を所定の規定値以内に保つことができる。前記メタルＤＰＦのようなＰＭ除去率の低いＤＰＦを採用した場合であっても、低高度でＰＭ排出量に過大なマージンと取ることなく、高高度でもＰＭ排出量の規制値以内に抑える運転が可能となる。

さらに、一般的に、エンジンの排気通路にＰＭを捕集するためのＤＰＦを有するディーゼルエンジンでは、大気圧、エンジン回転数、アクセル開度を検出する手段はそれぞれ設けられている。従って、新たなセンサ等の検出手段を追加することなく、ＰＭ浄化率マップさえ作成すれば発明の実施が可能であり、安価に課題を解決することができる。また、前記ＰＭ浄化率マップを追加するだけで発明の実施が可能であるため、装置全体に係るロジックも簡素である。

（実施形態２）
実施形態２に係るエンジン全体の構成は実施形態１と同様であるため、全体の構成図は図１を流用し、その説明を省略する。

実施形態２における、ＤＰＦ１４を通過した後の外部に排出される排気中のＰＭ量の推定について説明する。
図４は、実施形態２におけるＰＭ排出量制御装置のフロー図である。

図４に示したように、６１で排ガス温度マップを用いて排ガス温度を求める。
６１では、まずエアフローセンサ２２で検出した吸気質量流量、図示しない検出手段によって検出したエンジン１６への燃料噴射量、及びエンジン１６の熱効率が取り込まれる。そして、取り込まれた吸気質量流量、燃料噴射量及び熱効率を用いて排ガス温度を求める。

排ガス温度マップは、吸気質量流量、燃料噴射量、熱効率及び排ガス温度の関係を示したマップであって、当該エンジンにおいて予め実験的に作成しておくものである。ここで、排ガス温度とは、エンジン１６から排出される排ガスの温度である。

図５は、実施形態２における排ガス温度マップの概略図である。
図５（ａ）は燃料噴射量と吸気質量流量の関係を排ガス温度毎に示したグラフであって、縦軸は燃料噴射量、横軸は吸気質量流量を示している。図５（ａ）に示したように、排ガス温度毎に燃料噴射量と吸気質量流量は正の比例関係にある。
図５（ｂ）は排ガス温度と熱効率の関係を示したグラフであって、縦軸は排ガス温度、横軸は熱効率を示している。図５（ｂ）に示したように、排ガス温度は熱効率の上昇に従って減少する。

６１で排ガス温度が求まると、６２でＰＭ浄化率マップを用いてＰＭ浄化率を求める。
６２では、排ガス温度マップによって求めた排ガス温度と、エンジン１６からのＰＭ排出量（基本ＰＭ排出量）を用いてＰＭ浄化率を求める。

ＰＭ浄化率マップは、排ガス温度、基本ＰＭ排出量及びＰＭ浄化率の関係を示したマップであって、当該エンジン及びＤＰＦにおいて予め実験的に作成しておくものである。なお、基本ＰＭ排出量は実施形態１と同様に従来技術を利用して求めることができる。

図６は、実施形態２におけるＰＭ浄化率マップの概略図であり、ＰＭ浄化率毎に排ガス温度と基本ＰＭ排出量の関係を示したものである。図６において、縦軸は排ガス温度、横軸は基本ＰＭ排出量を示している。

６２でＰＭ浄化率が求められると、６３で基本ＰＭ排出量とＰＭ浄化率を用いてＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量を求める。
基本ＰＭ排出量とＰＭ浄化率を乗算することによって、ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量を算出することができる。

６３でＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が求められると、６４で該ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が所定の規制値以下であるか否か判断する。
６４における判断でＹｅｓ即ちＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が規制値以下であればそのまま運転を継続する。
６４における判断でＮｏ即ちＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が規制値より大きければ６５に進んで運転調整をする指令を出す。
６５における運転調整は、実施形態１における図２に示した運転調整５４と同様であるためその説明を省略する。

６５による運転調整が終了した後、再度６１〜６３によるＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量の推定に戻る。

実施形態２によれば、過渡状態においてもＰＭ浄化率の推定が可能となり、高い推定精度でＤＰＦ１４からのＰＭ排出量を推定することができる。従って、高い精度でＰＭ排出量を所定の規定値以内に保つことができる。

さらに、入力項目が吸気質量流量及び燃料噴射量の２つの検出値を用いるだけでよく、マップ作成にかかる時間の短縮が可能である。

（実施形態３）
実施形態３に係るエンジン全体の構成は実施形態１及び実施形態２と同様であり、全体の構成図は図１を流用し、その説明を省略する。

実施形態３における、ＤＰＦ１４を通過した後の外部に排出される排気中のＰＭ量の推定について説明する。
図７は、実施形態３におけるＰＭ排出量制御装置のフロー図である。

図７に示したように、７１でＮＯｘ量マップを用いてエンジン１６からの排ガス中のＮＯｘ量を求める。
７１では、まずエンジン１６における酸素過剰率の実測値、回転数計３０で検出したエンジン回転数Ｎｅ及び図示しない検出手段により検出したアクセル開度の検出値が取り込まれる。そして、取り込まれ酸素過剰率、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度を用いてＮＯｘ量を求める。

ＮＯｘ量マップは、酸素過剰率、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度及び前記ＮＯｘ量の関係を示したマップであって、当該エンジンにおいて予め実験的に作成しておくものである。

図８は、実施形態３におけるＮＯｘ量マップの概略図である。
図８（ａ）はエンジン回転数とアクセル開度を固定した場合におけるＮＯｘ量と酸素過剰率の関係を示したグラフであって、縦軸はＮＯｘ量、横軸は酸素過剰率を示している。図８（ａ）に示したように、ＮＯｘ量は酸素過剰率の増加に従って増加する。
図８（ｂ）はアクセル開度とエンジン回転数の関係をＮＯｘ量毎に示したグラフであって、縦軸はアクセル開度、横軸はエンジン回転数を示している。

７１で排ガス中のＮＯｘ量が求められると、７２でＮＯｘ量と基本ＰＭ排出量を用いてＮＯｘ／ＰＭ比率を求める。ここで、ここで基本ＰＭ排出量とは、エンジン１６から排出されるＰＭ排出量であってＤＰＦ１４に流入されるＰＭ量であり、実施形態１及び実施形態２と同様に従来技術によって求めることができる。また、ＮＯｘ／ＰＭ比率とは、排ガス中に含まれるＮＯｘ量と基本ＰＭ排出量の比である。

一方、７３で排ガス温度マップを用いて排ガス温度を求める。
７３については、実施形態２における図４に示した６１と同様であるのでその説明を省略する。

７２でＮＯｘ／ＰＭ比率、７３で排ガス温度が求まると、７４でＰＭ浄化率マップを用いてＰＭ浄化率を求める。
７４では、ＮＯｘ／ＰＭ比率と排ガス温度を用いてＰＭ浄化率を求める。

ＰＭ浄化率マップは、ＮＯｘ／ＰＭ比率、排ガス温度及びＰＭ浄化率の関係を示したマップであって、当該エンジン及びＤＰＦにおいて予め実験的に作成しておくものである。

図９は、実施形態３におけるＰＭ浄化率マップの概略図であり、ＰＭ浄化率毎に排ガス温度とＮＯｘ／ＰＭ比率の関係を示したものである。図９において、縦軸は排ガス温度、横軸はＮＯｘ／ＰＭ比率を示している。

７４でＰＭ浄化率が求められると、７５でＰＭ排出量とＰＭ浄化率を用いてＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量を求める。
ＰＭ排出量とＰＭ浄化率を乗算することによって、ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量を算出することができる。

７５でＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が求められると、７６で該ＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が所定の規制値以下であるか否か判断する。
７６における判断でＹｅｓ即ちＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が規制値以下であればそのまま運転を継続する。
７６における判断でＮｏ即ちＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量が規制値より大きければ７７に進んで運転調整をする指令を出す。
７７における運転調整は、実施形態１における図２に示した運転調整５４及び実施形態２における図４に示した運転調整６５と同様であるためその説明を省略する。

７７による運転調整が終了した後、再度７１〜７５によるＤＰＦ１４から排出されるＰＭ量の推定に戻る。

実施形態３では、ＤＰＦにおけるＰＭ浄化にはＮＯｘ量が影響する、具体的には前記フィルターにおいてＮＯｘが多いほどＰＭはよく燃えるという特徴を利用している。つまり、ＰＭ浄化率マップにＮＯｘ量を考慮したＮＯｘ／ＰＭ比率を用いることでさらに高精度でＰＭ浄化率を推定することができる。

エンジンの排気通路に排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦを設けたディーゼルエンジンにおいて、ＤＰＦによってＰＭを捕集した後においてもなお外部に排出されるＰＭ量を推測することができるディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置及び該ＰＭ排出量推定装置を用いたディーゼルエンジンの制御装置として利用することができる。

１４ ＤＰＦ（フィルター）
１６ エンジン
５１ ＰＭ浄化率マップ（第１のＰＭ浄化率マップ）
６２ ＰＭ浄化率マップ（第２のＰＭ浄化率マップ）
７４ ＰＭ浄化率マップ（第３のＰＭ浄化率マップ）
６１、７３ 排ガス温度マップ
７１ ＮＯｘ量マップ

Claims (4)

1. エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置において、
   エンジンの運転状態に応じてエンジンから前記排気通路に排出される基本ＰＭ排出量を推定する基本ＰＭ排出量推定手段と、
   前記フィルターで捕集されるＰＭの割合を推定するＰＭ浄化率算出手段と、
   前記基本ＰＭ排出量推定手段によって推定される基本ＰＭ排出量と、前記ＰＭ浄化率算出手段によって算出されるＰＭ浄化率を用いて、前記フィルター後のＰＭ排出量を演算するＰＭ排出量演算手段と、を備え、
   前記ＰＭ浄化率算出手段は、
   前記エンジンにおける大気圧と、エンジン回転数と、アクセル開度と、前記ＰＭ浄化率との関係を示した第１のＰＭ浄化率マップを有し、
   大気圧、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて、前記第１のＰＭ浄化率マップを用いて前記ＰＭ浄化率を推定することを特徴とするディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
2. エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置において、
   エンジンの運転状態に応じてエンジンから前記排気通路に排出される基本ＰＭ排出量を推定する基本ＰＭ排出量推定手段と、
   前記フィルターで捕集されるＰＭの割合を推定するＰＭ浄化率算出手段と、
   前記基本ＰＭ排出量推定手段によって推定される基本ＰＭ排出量と、前記ＰＭ浄化率算出手段によって算出されるＰＭ浄化率を用いて、前記フィルター後のＰＭ排出量を演算するＰＭ排出量演算手段と、を備え、
   前記ＰＭ浄化率算出手段は、
   前記基本ＰＭ排出量と、排ガス温度と、前記ＰＭ浄化率との関係を示した第２のＰＭ浄化率マップを有し、
   前記基本ＰＭ排出量及び排ガス温度に基づいて、前記第２のＰＭ浄化率マップを用いて前記ＰＭ浄化率を推定し、
   さらに、前記ＰＭ浄化率算出手段は、
   エンジンの吸気質量流量と、燃料噴射量と、排ガス温度と、熱効率の関係を示した排ガス温度マップを有し、該排ガス温度マップを用いて排ガス温度を推定し、該推定した排ガス温度を前記第２のＰＭ浄化率マップに適用することを特徴とするディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
3. エンジンの排気通路にＰＭ（粒子状物質）を捕集するためのフィルターを有するディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置において、
   エンジンの運転状態に応じてエンジンから前記排気通路に排出される基本ＰＭ排出量を推定する基本ＰＭ排出量推定手段と、
   前記フィルターで捕集されるＰＭの割合を推定するＰＭ浄化率算出手段と、
   前記基本ＰＭ排出量推定手段によって推定される基本ＰＭ排出量と、前記ＰＭ浄化率算出手段によって算出されるＰＭ浄化率を用いて、前記フィルター後のＰＭ排出量を演算するＰＭ排出量演算手段と、を備え、
   前記ＰＭ浄化率算出手段は、
   排ガス中に含まれるＮＯｘ量と前記基本ＰＭ排出量の比（ＮＯｘ／ＰＭ比率）と、排ガス温度と、前記ＰＭ浄化率との関係を示した第３のＰＭ浄化率マップを有し、
   前記ＮＯｘ／ＰＭ比率及び排ガス温度に基づいて、前記第３のＰＭ浄化率マップを用いて前記ＰＭ浄化率を推定し、
   さらに、前記ＰＭ浄化率算出手段は、
   酸素過剰率と、エンジン回転数と、アクセル開度と排ガス中に含まれるＮＯｘ量との関係を示したＮＯｘ量マップと、
   排ガス中に含まれるＮＯｘ量と前記基本ＰＭ排出量から前記ＮＯｘ／ＰＭ比率を算出するＮＯｘ／ＰＭ比率算出手段とを有し、
   酸素過剰率と、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて、前記ＮＯｘ量マップを用いて排ガス中に含まれるＮＯｘ量を推定し、該推定したＮＯｘ量を用いて前記ＮＯｘ／ＰＭ比率算出手段により前記ＮＯｘ／ＰＭ比率を算出することを特徴とするディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
4. 請求項１〜３何れかに記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置と、
   該ＰＭ排出量推定装置により推定されたＰＭ排出量が所定の規定値以上であるときにＰＭ排出量を減少するように運転指令を出す指令手段と、を有することを特徴とするディーゼルエンジンのＰＭ排出量制御装置。
   

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