JP5645418B2

JP5645418B2 - ディーゼルエンジンのｐｍ排出量推定装置

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Publication number: JP5645418B2
Application number: JP2010030025A
Authority: JP
Inventors: 芳克井川; 三橋　真人; 真人三橋; 和成井手
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: WO2011018918A1; EP2444607A4; EP2444607B1; US8869606B2; JP2011058487A; KR20120025557A; US20120174653A1; EP2444607A1

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のＰＭ（パティキュレート・
マター；粒子状物質）量を推定する推定装置に関する。

ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ量を推定する推定装置として、特許文献１（特開２００７−２３９５９号公報）の技術が知られている。
特許文献１には、図１４に示すように、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとの運転状態に応じてＰＭ排出量の基本値を算出するＰＭ排出量マップ０１と、第１パラメータＰ_Ａを目標空気過剰率ｔλとし、第２パラメータＰ_Ｂを実空気過剰率ｒλとし、実空気過剰率ｒλと目標空気過剰率ｔλとの差（ｒλ−ｔλ）または比（ｒλ／ｔλ）を用いて、補正係数を算出するＰＭ排出量補正係数マップ０３とを備え、ＰＭ排出量マップ０１によって算出したＰＭ排出量の基本値に対して、乗算器０５でＰＭ排出量補正係数マップ０３によって算出された補正係数を乗算してＰＭ排出量を算出する構成が開示されている。

さらに、補正係数によって補正した後のＰＭ排出量を積算部０７で積算し、ディーゼルエンジンの排気通路に設置されて排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）に堆積されるＰＭ堆積量を推定する構成が示されている。

特開２００７−２３９５９号公報

前述のように、特許文献１に開示されたＰＭ堆積量推定手段では、エンジンが過渡状態であるか定常状態であるかを問わず、空気過剰率から求められる補正係数を常に基本ＰＭ排出量に乗算してＰＭ排出量を算出している。
従って、定常状態も含めた全運転状態に対する補正係数であることから、過渡時を正確に捉えて適切な補正が得られ難いという問題がある。

さらに、特許文献１においては、実空気過剰率ｒλを、実空気量と実燃料噴射量とに基づいて計算し（学習値で補正）、又は空燃比センサによって取得しているが、ＰＭ排出量の基本値を補正する補正係数算出用として用いることができる程度まで正確な実空気過剰率ｒλを取得できるかどうか疑問である。

本発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、ＰＭ排出量マップからのＰＭ排出量の基本値に対して行う補正の精度を高め、特に過渡状態時のＰＭ排出量を正確に算出可能にして、過渡状態及び定常状態を含む全体のＰＭ排出量及び堆積量が高精度に推定できるディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するため、本発明は、エンジンの排気通路から排出されるＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（黒煙除去装置）が配置された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ＰＭの基本排出量を算出する基本ＰＭ排出量マップと、該基本ＰＭ排出量マップによって算出される基本ＰＭ排出量を過渡状態に応じて補正する補正係数を算出するＰＭ排出量補正手段と、エンジンの空気過剰率の変化から過渡状態を判定する過渡状態判定手段と、該過渡状態判定手段によって過渡状態と判定された場合のみ前記ＰＭ排出量補正手段で算出される補正係数によって前記基本ＰＭ排出量を補正し、定常状態の場合には前記基本ＰＭ排出量マップによって算出される前記基本ＰＭ排出量をそのまま出力せしめるＰＭ排出量算出手段と、を備え、前記過渡状態判定手段は、（空気過剰率の今回値−同前回値）を測定時間間隔で除した計算値を設定された閾値と比較して該閾値より小さい場合に過渡状態と判定するとともに、前記閾値は、前記ＰＭ排出量算出手段で算出されるＰＭ排出量推定値の積算量とＰＭ排出量実績値の積算量との乖離量の所定時間に亘る積算量が最小となるように設定されることを特徴とする。

本発明装置によれば、空気過剰率の変化から運転状態が過渡状態か、又は定常状態かを判定し、過渡状態にあるときにのみ、基本ＰＭ排出量マップで算出された基本ＰＭ排出量を補正係数によって補正する。定常時には基本ＰＭ排出量をそのまま用いてＰＭ排出量として算出する。これによって、特に過渡状態におけるＰＭ排出量を精度よく算出できるようになる。即ち、補正係数を定常状態も含めて広い運転状態に対応させる必要がないので、過渡状態を詳しく再現したパラメータを用いて精度良い補正係数の設定が可能になり、過渡状態のＰＭ排出量を精度よく算出できるようになる。

また、空気過剰率そのものではなく、空気過剰率の変化、つまり（空気過剰率の今回値−同前回値）を測定時間間隔で除した計算値に基づいて過渡状態であるか否かを判定するので、空気過剰率の測定値又は算出値そのものの精度に大きく影響されることなく、過渡状態か否かを判定できる。また、前記計算値は、空気過剰率の前回値と今回値のみで算出できるので、過渡状態判定手段の情報記憶量を小さく抑えることができる。

また、本発明装置において、好ましくは、前記過渡状態判定手段は、前記計算値を一次遅れローパスフィルタでノイズ除去し、該ノイズ除去された計算値を前記閾値と比較して過渡状態か定常状態かを判定するものであるとよい。これによって、前記計算値を一次遅れローパスフィルタでノイズ除去するので、ノイズ信号による空気過剰率の変化を除去した正確な過渡状態の判定が可能となる。

また、本発明装置において、好ましくは、前記ＰＭ排出量補正手段は、少なくとも燃焼室に供給される吸気の空気過剰率に基づいて設定されているＰＭ排出量補正マップであるとよい。さらには、空気過剰率に加えて、エンジン回転数および燃料噴射量に基づく関数として設定するとよい。

ＰＭ排出量補正マップは、空気過剰率に基づいて、図２に示すように、実験データの実測値を平均的に表す関数として設定してもよく、さらに、空気過剰率λに加えて、エンジン回転数及び燃料噴射量の関数として設定してもよい。
予め、実験によって、これらパラメータに基づく関数を回帰分析手法によって設定して、マップとして表すことで、過渡運転時に応じた最適の補正係数を精度よく算出できるようになる。

また、ＰＭ排出量補正マップは、前記パラメータに加えて、燃焼室に吸入される吸気の酸素濃度に基づいてその関数として設定してもよい。ＰＭは燃料と吸気の酸素濃度との酸化反応で生成されるものであるため、ＰＭの発生量は、吸気の酸素濃度と密接な関係にある。そのため、パラメータとして酸素濃度を加え、ＰＭ排出量補正マップを酸素濃度の関数として設定することにより、過渡運転時に応じた最適の補正係数を精度よく算出できるようになる。

図１３に示すように、過渡時にＰＭ排出量にピークが立ち、その後、緩やかに定常の基本ＰＭ排出量に戻ることが実験で分かっている。本発明装置において、好ましくは、前記ＰＭ排出量補正手段で算出された補正係数による基本ＰＭ排出量の補正における補正係数の基本ＰＭ排出量への乗算に、一次遅れ要素が設けられ、該一次遅れ要素が、過渡ＰＭ排出量が正方向に変化する場合は、その変化値を出力し、負方向への変化に対して一次遅れが作用するとよい。

これによって、この過渡時のＰＭ排出量特性に対応させた補正係数を算出して乗算を行うことで、実際の過渡運転時のＰＭ排出時の現象を高精度に再現可能となり、精度良いＰＭ排出量の算出が可能となる。

さらに、前記一次遅れの時定数をＰＭ排出量補正手段で算出される補正係数が大きくなるに従って小さくするとよい。これによって、実際の過渡運転時のＰＭ排出時の現象を一層高精度で再現可能となるため、精度良いＰＭ排出量の推定が可能となる。

即ち、図１３に示すように、ＰＭ排出量のピークの大きい場合（Ｘ部分）には、定常ＰＭ排出量への収束が、ピークが小さい場合（Ｙ部分）に比べて短時間で収束する傾向にあり、この傾向に対応した制御とするために、ピークが大きく補正係数を大きく取り必要があるときには、時定数Ｔｓを小さくして急速に定常ＰＭ排出量に収束させ、ピークが小さく補正係数が小さくよいときには、時定数Ｔｓを大きくしてなだらかに収束するように変更することで、より一層実際の過渡運転時のＰＭ排出時の現象に対応した補正係数が算出できる。

本発明装置によれば、エンジンの運転状態に応じてＰＭの基本排出量を算出する基本ＰＭ排出量マップと、該基本ＰＭ排出量マップによって算出される基本ＰＭ排出量を過渡状態に応じて補正する補正係数を算出するＰＭ排出量補正手段と、エンジンの空気過剰率の変化から過渡状態を判定する過渡状態判定手段と、該過渡状態判定手段によって過渡状態と判定された場合のみ前記ＰＭ排出量補正手段からの補正係数によって前記基本ＰＭ排出量を補正し、定常状態の場合には前記基本ＰＭ排出量マップによって算出される前記基本ＰＭ排出量をそのまま出力せしめるＰＭ排出量算出手段と、を備え、前記過渡状態判定手段は、（空気過剰率の今回値−同前回値）を測定時間間隔で除した計算値を設定された閾値と比較して該閾値より小さい場合に過渡状態と判定するとともに、前記閾値は、前記ＰＭ排出量算出手段で算出されるＰＭ排出量推定値の積算量とＰＭ排出量実績値の積算量との乖離量の所定時間に亘る積算量が最小となるように設定されているので、空気過剰率の変化を基に過渡状態が否かを判定し、閾値より小さい場合の過渡状態時においてのみ、ＰＭ排出量マップからのＰＭ排出量の基本値に対して補正を実施することにより、過渡状態時のＰＭ排出量を正確に算出可能になる。従って、過渡状態および定常状態を含む全体のＰＭ排出量及び堆積量を高精度に推定できるＰＭ排出量推定装置を実現できる。

本発明装置の第１実施形態の全体構成図である。補正係数の実測値を示す線図である。第１実施形態のＰＭ排出量補正マップの一例を示す線図である。第１実施形態のＰＭ排出量補正マップの別の例を示す線図である。判定閾値の設定手順を示す線図であり、（Ａ）は判定閾値が小さい場合を示し、（Ｂ）は判定閾値が大きい場合を示し、（Ｃ）は判定閾値が最適な場合を示す。第１実施形態における推定手順を示すフローチャートである。本発明装置の第２実施形態の全体構成図である。第２実施形態のＰＭ排出量補正マップの一例を示す線図である。第２実施形態のＰＭ排出量補正マップの別の例を示す線図である。本発明装置の第３実施形態の全体構成図である。本発明装置の第４実施形態一部構成図である。第４実施形態の一次遅れ要素のブロック線図である。過渡状態時のＰＭ排出量の特性を示す説明図である。従来のＰＭ排出量推定装置を示す全体構成図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（第１実施形態）
本発明装置の第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１において、図示しないディーゼルエンジンの排気通路には、排ガス中の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）が設けられており、このＤＰＦに堆積されるＰＭ堆積量を推定するために、ＰＭ排出量推定装置１が設けられている。

このＰＭ排出量推定装置１は、エンジンの定常状態のＰＭの基本排出量を算出する基本ＰＭ排出量マップ３と、基本ＰＭ排出量マップ３によって算出される基本ＰＭ排出量を過渡運転状態に応じて補正する補正係数を算出するＰＭ排出量補正マップ５と、エンジンの空気過剰率の変化から過渡運転を判定する過渡状態判定手段７と、過渡状態判定手段７によって過渡運転と判定された場合のみＰＭ排出量補正マップ５で算出した補正係数を基本ＰＭ排出量に乗算して補正し、過渡運転でない場合、即ち定常状態の場合には基本ＰＭ排出量をそのまま出力するＰＭ排出量算出手段９と、さらに、ＰＭ排出量算出手段９によって算出されたＰＭ排出量を積算し、ＤＰＦに堆積されるＰＭ堆積量を推定するＰＭ堆積量推定手段１１とを備えて構成されている。

まず、定常運転状態におけるエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆとに応じたＰＭ排出量を予め実験によって求めておく。この実験結果から基本ＰＭ排出量マップ３を作成しておく。この基本ＰＭ排出量マップ３から、サンプリング時間毎にエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆに基づいて、基本ＰＭ排出量が算出される。

ＰＭ排出量補正マップ５は、前記補正係数を算出するためのマップである。例えば、図２に示すように、予め実験によって空気過剰率λに応じた適切な補正係数を求める。これらを実測値データとして、横軸に空気過剰率λを取り、縦軸に補正係数を取った座標にプロットする。この実測値データを基に回帰分析処理によって、空気過剰率λに対する補正係数の近似関数を求める。ＰＭ排出量補正マップ５は、この近似関数をマップとして設定したものである。こうして作成したＰＭ排出量補正マップの一例を、図３にＰＭ排出量補正マップ５ａとして示す。このように、空気過剰率λのみから補正係数を設定してもよい。

さらに、ＰＭ排出量補正マップ５を、空気過剰率λだけではなく、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆをパラメータとした多変数関数によって表し、過渡状態におけるエンジンの運転状態に適した補正係数を設定することが可能である。
この場合にも、予め実験によって、空気過剰率λ、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆに対して適切な補正係数を求める。これらの実測値データを基に重回帰分析処理によって、前記パラメータに対する補正係数の近似関数を求める。

例えば、補正係数α１を、α１＝ａ_１＋ａ_２Ｎｅ（ｒｐｍ）＋ａ_３Ｑｆ（ｇ／ｓｅｃ）＋ａ_４λのような近似関数によって設定する。こうして作成したＰＭ排出量補正マップ５の一例を、図４にＰＭ排出量補正マップ５ｂとして示す。ＰＭ排出量補正マップ５ｂは、空気過剰率λの値（λ１〜λ３）毎に複数の補正マップを作成する。そして、該当する空気過剰率の値に対応した補正マップを選択し、選択された補正マップに基づいて補正係数を設定する。

過渡状態判定手段７は、（空気過剰率の今回値−前回値）／ｄｔ（データのサンプリング周期）を計算する演算部１３と、この計算値のノイズ除去を行なう一次遅れローパスフィルタ１５と、ノイズ除去された計算値が判定閾値より大きいか否かを判定する判定部１７とからなっている。

演算部１３では、例えば、２０ｍ秒のサンプリング周期において、吸入空気量Ｑａと燃料噴射量Ｑｆとを基に、λ＝吸入空気量Ｑａ／（燃料噴射量Ｑｆ×１４．４）の計算式によって、空気過剰率λを算出する。そして、これら計算値の時系列データを作成する。また、空気過剰率λは、前記計算式によらず空燃比センサによって検出してもよい。

一次遅れローパスフィルタ１５では、演算部１３で算出した計算値の時系列データからノイズを除去する。これによって、空気過剰率λの算出において、吸入空気量Ｑａや燃料噴射量Ｑｆのノイズ的な信号による誤差の影響を排除できる。

判定部１７では、前記計算値が、判定閾値より大きいか否かを判定する。前記計算値が、判定閾値より小さい場合には過渡状態と判定し、判定閾値以上の場合には定常状態と判定する。この判定閾値は、図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のうち、（Ｃ）に示すように、実測値ラインＬ０に算出ラインＬ３が重なるように判定閾値を選定する。

図５（Ａ）は、判定閾値を小さく設定した場合である。この場合、運転状態が常に定常状態と判定され、そのため、ＰＭ排出量補正マップ５による補正をせずに、基本ＰＭ排出量マップ３だけによってＰＭ排出量が算出される。このＰＭ排出量に基づいて、ＰＭ堆積量推定手段１１で得られたＰＭ積算値は、曲線Ｌ１となり、実測値ラインＬ０と乖離する。

図５（Ｂ）は、判定閾値を大きく設定した場合である。この場合、運転状態が常に過度状態と判定され、そのため、ＰＭ排出量補正マップ５による補正を行い、ＰＭ排出量が算出される。このＰＭ排出量に基づいて、ＰＭ堆積量推定手段１１で得られたＰＭ積算値は、曲線Ｌ２となり、実測値ラインＬ０と乖離する。

そのため、図５（Ｃ）に示すように、算出ラインＬ１とＬ２の間に位置する実際に計測された実測値ラインＬ０と最も重なるような算出ラインＬ３が得られるように、判定閾値をグラフ上で見出す。具体的には、例えば、判定閾値を十分大きな値から減らしていき、ＰＭ排出積算量推定値が実測より小さい状態から、実測値より大きい状態になったら、判定閾値を増やす。こうして、判定閾値を絞り込んでいき、最適値を見い出すようにする。

ＰＭ排出量算出手段９は、過渡状態判定手段７によって過渡状態と判定された場合、ＰＭ排出量補正マップ５から補正係数（１より大きい係数）を乗算器１９に出力する。そして、基本ＰＭ排出量マップ３から算出した基本ＰＭ排出量に補正係数を乗算してＰＭ排出量として出力する。定常時と判定された場合は、補正係数として１を乗算器１９に出力して基本ＰＭ排出量をそのままＰＭ排出量として出力する。

ＰＭ排出量算出手段９によって算出されたＰＭ排出量は、ＰＭ堆積量推定手段１１によって積算され、ここで、ＤＰＦに堆積されるＰＭ堆積量が推定される。この推定結果に基づいて、ＤＰＦの再生処理が実施される。

次に、ＰＭ排出量推定装置１によるＰＭ堆積量の推定手順について、図６のフローチャートを参照して説明する。
まず、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆをサンプリング時間（２０ｍ秒）毎に読み込み（ステップＳ１）、基本ＰＭ排出量マップ３を用いて、検出したエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆに対応する定常運転時のＰＭ排出量を算出する（ステップＳ２）。

次に、エンジンへの吸入空気量Ｑａ、燃料噴射量Ｑｆよりサンプリング時間毎に空気過剰率λを算出する（ステップＳ３）。そして、演算部１３で、算式Ａ＝（空気過剰率の今回値−同前回値）／ｄｔ（データのサンプリング周期）を計算する（ステップＳ４）。
次に、一次遅れローパスフィルタ１５で、算式Ａで算出した計算値Ｂのノイズ除去を行なう（ステップＳ５）。

そして、該計算値Ｂが判定閾値より大きいか否かを判定し（ステップ６）、小さい場合には過渡時と判定し、ＰＭ排出量補正マップ５に基づいて補正係数を算出する（ステップＳ７）。この補正係数をＰＭ排出量補正マップ５によって算出するとき、ＰＭ排出量補正マップ５が空気過剰率λをパラメータとする関数で設定されているマップであれば、ステップＳ３で算出した空気過剰率λを用いて補正係数を求める。あるいは、ＰＭ排出量補正マップ５が空気過剰率λと、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆとをパラメータとする関数で設定されているマップであれば、ステップＳ１及びＳ３で算出したそれぞれの検出値を用いて、補正係数を求める。

計算値Ｂが判定閾値以上の場合には定常時と判定し、補正係数を１に設定する（ステップＳ８）。ステップＳ７又はＳ８で、過渡状態又は定常状態の補正係数を求めたら、基本ＰＭ排出量マップ３による基本ＰＭ排出量に補正係数を乗算してＰＭ排出量を算出する（ステップＳ９）。そして、算出したＰＭ排出量を積算してＰＭ堆積量を算出し（ステップ１０）、これで終了する。

第１実施形態によれば、空気過剰率λの変化から過渡状態か、定常状態かを判定して、過渡状態にあるときにのみ補正係数によって補正し、定常時には基本ＰＭ排出量をそのまま用いてＰＭ排出量を算出するので、特に過渡状態におけるＰＭ排出量を精度よく算出できるようになる。即ち、補正係数を定常状態も含めて広い運転状態に対応させる必要がないので、過渡状態を詳しく再現したパラメータを用いて精度良い補正係数の設定が可能になり、過渡状態のＰＭ排出量を精度良く算出できる。

また、空気過剰率の変化状態、即ち、算式Ａに基づいて過渡状態であるか否かを判定するので、空気過剰率の測定値又は算出値そのものの精度に大きく影響されることなく、過渡状態であるかどうかを判定できる。

また、ＰＭ排出量補正マップ５は、図２に示すように、空気過剰率に基づいた実験データの実測値を基に、回帰分析手法を用いて実測結果を平均的に表す関数として設定され、さらにエンジン回転数及び燃料噴射量のパラメータをも含めた関数として設定されるので、過渡運転時に適した補正係数を精度良く算出できるようになる。

さらに、過渡状態判定手段１３で、計算値Ｂを一次遅れローパスフィルタ１５でノイズ除去するので、ノイズ信号による空気過剰率の変化を除去した正確な過渡状態の判定が可能となる。また、計算値Ｂは、空気過剰率λの前回値と今回値のみで算出できるので、過渡状態判定手段１３の情報記憶量を小さく抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、図７乃至図９を参照して、第２実施形態を説明する。図７に示すように、本実施形態は、ＰＭ排出量補正マップ５を作成するためのパラメータとして、空気過剰率λ、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆに加えて、燃焼室に吸入される酸素濃度Ｄｏを用いたものである。酸素濃度Ｄｏは、例えば、燃焼室直前の吸気管に設けられた酸素濃度センサ等によって検出することができる。

図８は、空気過剰率λと酸素濃度Ｄｏとで、ＰＭ排出量補正マップ５ｃを作成する場合の例である。ＰＭ発生量は、該酸素濃度と密接な関係がある。酸素濃度が高ければ、ＰＭ量は少なくなり、酸素濃度が低ければ、ＰＭ量は多くなる。そのため、酸素濃度をパラメータとして加えることにより、ＰＭ排出積算量の実測値に合った推定値を算出でき、推定精度を向上できる。

さらに、ＰＭ排出量補正マップ５を、空気過剰率λ、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ及び酸素濃度Ｄｏをパラメータとした多変数関数によって表し、過渡状態におけるエンジンの運転状態に適した補正係数を設定することが可能である。
この場合にも、予め実験によって、空気過剰率λ、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ及び酸素濃度Ｄｏに対して適切な補正係数を求める。これらの実測値データを基に重回帰分析処理によって、前記パラメータに対する補正係数の近似関数を求める。

例えば、補正係数α２を、α２＝ａ_１＋ａ_２Ｎｅ（ｒｐｍ）＋ａ_３Ｑｆ（ｇ／ｓｅｃ）＋ａ_４λ＋ａ_５Ｄｏのような近似関数によって設定する。こうして作成したＰＭ排出量補正マップ５の一例を、図９にＰＭ排出量補正マップ５ｄとして示す。このＰＭ排出量補正マップ５ｄは、エンジン回転数Ｎｅ又は燃料噴射量Ｑｆの領域の違いによって、複数のマップＣ_１〜ｎを作成する。各マップＣ１〜ｎでは、空気過剰率λを横軸に、補正係数を縦軸に取り、酸素濃度Ｄｏの値に応じて複数の酸素濃度曲線が設けられ、空気過剰率λ及び酸素濃度曲線から補正係数が設定される。

このように、空気過剰率λ、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆ及び酸素濃度Ｄｏをパラメータとして、ＰＭ排出量補正マップ５ｄを作成するので、ＰＭ排出積算量をさらに精度良く推定できる。

（第３実施形態）
次に、本発明装置の第３実施形態を図１０により説明する。本実施形態は、過度時にＰＭ排出量を補正する補正係数を、第１実施形態又は第２実施形態のように、ＰＭ排出量補正マップ５から求めるのではなく、空気過剰率λから導き出される過度ゲイン算式から求めるようにしたものである。図１０において、空気過剰率λから過渡状態判定手段７で過度状態と判定され、かつλ＜２のとき、過度ゲイン算式Ｅ＝ｋ_λ／（λ―１）で補正係数を算出する。ここで、ｋ_λとは補正係数算出乗数である。なお、過渡状態判定手段７で定常状態と判定されたときは、第１及び第２実施形態と同様に、補正係数＝１とする。

本実施形態によれば、過度状態と判定され、かつλ＜２にとき、過度ゲイン算式Ｅを用いて補正係数を設定するので、第１実施形態又は第２実施形態のように、ＰＭ排出量補正マップ５を作成する作業が不要になる。そのため、ＰＭ堆積量の推定作業が容易になる。

（第４実施形態）
次に、図１１〜図１３により、本発明装置の第４実施形態を説明する。本実施形態は、図１１のように、ＰＭ排出量算出手段２１の乗算器１９に入力する信号に対して、一次遅れを作用させる一次遅れ要素２３を付加したものである。第１実施形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。

図１３に示すように、過渡時にＰＭ排出量にピークが立ち、その後緩やかに定常の基本ＰＭ排出量に戻ることが実験で分かっている。この過渡時のＰＭ排出量特性に対応させた補正係数の乗算を行うことで、実際の過渡運転時のＰＭ排出時の現象を高精度で再現可能になり、精度良いＰＭ排出量の推定が可能になる。

この過渡時にピークに立ち上がり、その後、緩やかに減少させるように出力信号を制御するために、一次遅れ要素２３を設ける。図１２で示すように、一次遅れ要素２３は、信号判定部２５と、時定数算出部２７と、加減算器２９とを有して構成され、過渡ＰＭ排出量が正方向に変化する場合は、その値を出力し、負方向の変化に対しては前の出力値を基に一次遅れが作用するように制御される。

信号判定部２５では入力信号ＩＮと出力信号ＯＵＴとの大小を判定して、ＩＮ＞ＯＵＴの場合、即ち、正方向に出力する場合には、Ｆ（ｔ）＝ＩＮとすることでＦが新たな入力信号ＩＮに更新される。そして、Ｆの値が更新されると、時定数算出部２７がリセットされて更新後のＦに対する時定数を算出して変更を行う。そして、加減算器２９では、Ｆの値に定数１を加算して出力（ＯＵＴ＝Ｆ＋１）を得る。

また、信号判定部２５で、ＩＮ≦ＯＵＴの場合すなわち負方向に出力信号が変化する場合には、Ｆ（ｔ）＝Ｆ（ｔ−Δｔ）として、Ｆの値は前回の値と同じで更新されず、また、Ａの値が更新されないため、時定数算出部２７で時定数の変更は行われない。そして、加減算器２９では、Ｆの値（Ｆを前の値と同じ）に対して時定数の減算と、定数１を加算して出力を得る。
加減算器２９での定数１の加算は、一次遅れ要素２３の出力後に乗算器１９によって、基本ＰＭ排出量マップ３による基本ＰＭ排出量に乗算する際に係数がゼロになることを防止するための処理上の定数である。

また、時定数Ｔｓの算出値を、入力信号ＩＮの値Ｆによって、または、空気過剰率の大きさに応じて変化させるとよい。例えば、空気過剰率が小さくなるに従って時定数Ｔｓを小さくするとよい。即ち、図１３に示すようにピークの大きい場合（Ｘ部分）には定常ＰＭ排出量への収束が、ピークが小さい場合（Ｙ部分）に比べて短時間で定常排出量へ収束する傾向に対応した制御とすることができる。

空気過剰率の大きさと補正係数との関係は、第１実施形態（図２）で説明したように、空気過剰率λが小さくなるに従って補正係数が大きくなる傾向にある。このため、時定数Ｔｓの算出値を、補正係数の大きさに応じて変化してもよく。例えば、補正係数が大きくなるに従って、時定数Ｔｓを小さくしてもよい。

そのため、図１３に示すように、ピークの大きいときには補正係数は大きく、急速に定常ＰＭ排出量に収束させ、ピークが小さいときには補正係数は小さく、なだらかに収束するように時定数Ｔｓが変更されるので、より一層実際の過渡運転時のＰＭ排出時の現象に対応した補正係数の算出ができ、基本ＰＭ排出量マップ３によって算出された基本ＰＭ排出量の補正精度を高めることができる。

以上のように、第４実施形態によれば、過渡時のＰＭ排出量特性に対応させた補正係数の乗算を行うことで、実際の過渡運転時のＰＭ排出時の現象を高精度で再現可能となり、精度良いＰＭ排出量および堆積量の推定が可能になる。

本発明によれば、空気過剰率の変化を基に過渡状態を判定して過渡状態時においてのみ、ＰＭ排出量マップからのＰＭ排出量の基本値に対して補正を実施して過渡状態時のＰＭ排出量を正確に算出可能にするため、過渡状態及び定常状態を含む全体のＰＭ排出量及び堆積量が高精度に推定できるようになるので、排気通路にＤＰＦを備えたディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置へ用いるのに適している。

１ＰＭ排出量推定装置
３基本ＰＭ排出量マップ
５ＰＭ排出量補正マップ
７過渡状態判定手段
９、２１ＰＭ排出量算出手段
１１ＰＭ堆積量推定手段
１３偏差算出部
１５移動平均算出部
１７閾値判定部
１９乗算器
２３一次遅れ要素
２５信号判定部
２７時定数算出部
２９加減算器

Claims

エンジンの排気通路から排出されるＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（黒煙除去装置）が配置された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ＰＭの基本排出量を算出する基本ＰＭ排出量マップと、
該基本ＰＭ排出量マップによって算出される基本ＰＭ排出量を過渡状態に応じて補正する補正係数を算出するＰＭ排出量補正手段と、
エンジンの空気過剰率の変化から過渡状態を判定する過渡状態判定手段と、
該過渡状態判定手段によって過渡状態と判定された場合のみ前記ＰＭ排出量補正手段で算出される補正係数によって前記基本ＰＭ排出量を補正し、定常状態の場合には前記基本ＰＭ排出量マップによって算出される前記基本ＰＭ排出量をそのまま出力せしめるＰＭ排出量算出手段と、を備え、
前記過渡状態判定手段は、（空気過剰率の今回値−同前回値）を測定時間間隔で除した計算値を設定された閾値と比較して該閾値より小さい場合に過渡状態と判定するとともに、
前記閾値は、前記ＰＭ排出量算出手段で算出されるＰＭ排出量推定値の積算量とＰＭ排出量実績値の積算量との乖離量の所定時間に亘る積算量が最小となるように設定され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。
前記過渡状態判定手段は、前記計算値を一次遅れローパスフィルタでノイズ除去し、該ノイズ除去された計算値を前記閾値と比較して過渡状態か定常状態かを判定するものであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
前記ＰＭ排出量補正手段は、少なくとも空気過剰率の関数として設定されているＰＭ排出量補正マップであることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
前記ＰＭ排出量補正マップは、さらに、前記空気過剰率に加えてエンジン回転数および燃料噴射量の関数として設定されていることを特徴とする請求項３記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
前記ＰＭ排出量補正マップは、さらに、燃焼室に吸入される吸気の酸素濃度の関数として設定されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
前記ＰＭ排出量補正手段は、空気過剰率から導き出される過度ゲイン算式から補正係数を算出するものであることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
前記ＰＭ排出量補正手段で算出される補正係数による前記基本ＰＭ排出量の補正における補正係数の基本ＰＭ排出量への乗算に、一次遅れ要素が設けられ、該一次遅れ要素が、過渡ＰＭ排出量が正方向に変化する場合は、その変化値を出力し、負方向への変化に対して一次遅れが作用することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。
前記一次遅れの時定数を前記ＰＭ排出量補正手段で算出される補正係数が大きくなるに従って小さくすることを特徴とする請求項７記載のディーゼルエンジンのＰＭ排出量推定装置。