JP5652255B2

JP5652255B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Description

本発明は、排気を浄化する機能を有する排気処理装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路には一般に排気を浄化する機能を有する排気処理装置が設けられる。排気処理装置としては、所謂、酸化触媒、ＨＣ吸着触媒、パティキュレートフィルタ、ＮＯｘ触媒が例示することができる。

そして、このような排気処理装置よりも上流側に燃料添加弁およびグロープラグが設けられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。この場合、燃料添加弁から燃料が添加され、添加燃料にはグロープラグにより熱が加えられることができる。このような燃料添加弁およびグロープラグは、排気処理装置を加熱するために利用され得る。

特開２０１０−１６３９６７号公報

ところで、上記したように、排気通路に設けた燃料添加弁により添加された燃料をグロープラグにより加熱することで、煤等の粒子状物質（ＰＭ、パティキュレート）が生成し得る。このような粒子状物質は排気処理装置に流れ込む。したがって、排気の浄化に際しては、そのような粒子状物質の存在をも考慮することが望まれる。

そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、排気通路の排気処理装置よりも上流側に燃料添加弁のような燃料添加手段およびグロープラグのような加熱手段を設けた場合、これらの作動により生じた粒子状物質も考慮して排気浄化を行うことにある。

本発明の一の態様によれば、排気通路に設けられた粒子状物質を捕集する機能を有する排気処理装置と、該排気処理装置よりも上流側に設けられた燃料添加手段と、該燃料添加手段と前記排気処理装置との間に設けられた加熱手段と、前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる粒子状物質量見積手段と、該粒子状物質量見積手段により見積もられた粒子状物質の量に基づいて前記排気処理装置における粒子状物質の総量を見積もる総量見積手段と、該総量見積手段により見積もられた粒子状物質の総量に基づいて前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動を制御する制御手段とを備えた、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

前記粒子状物質量見積手段は、前記燃料添加手段により添加された燃料を含む流体の状態に基づいて、前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もるとよい。

前記排気処理装置上流側の火炎生成領域よりも上流側の流体の温度を検出するための温度検出装置がさらに備えられ、前記粒子状物質量見積手段は、前記温度検出装置により検出された流体の温度に基づいて前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もるとよい。

前記燃料添加手段により添加された燃料を含む流体における空燃比を検出する空燃比検出装置がさらに備えられ、前記粒子状物質量見積手段は、前記空燃比検出装置により検出された空燃比に基づいて前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もるとよい。

前記粒子状物質量見積手段は、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動時間に基づいて、前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もるとよい。

図１は、本発明の一実施形態の内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関の概略構成図である。図２は、図１における排気浄化装置の燃料添加弁およびグロープラグの制御の一例を説明するためのフローチャートである。図３は、火炎温度と排気空燃比との関係を概念的に表したグラフである。図４は、排気空燃比、上流側排気温度、および粒子状物質の生成量との関係を概念的に表したグラフである。図５は、図２のフローチャートにしたがう排気浄化装置の燃料添加弁およびグロープラグの作動により生成した粒子状物質の量の見積演算の一例を説明するためのフローチャートである。図６は、図５の演算で用いるデータの一例を概念的に表した図表である。図７は、図５の演算で用いるデータの一例を概念的に表した別の図表である。図８は、図６、７のデータの代替的なデータ例を概念的に表した図表である。

本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。

図１は実施形態における内燃機関の排気浄化装置１を備えた内燃機関（以下、エンジンという）５の概略構成を示す。エンジン本体１０は、車載の４サイクルディーゼルエンジンをなす。エンジン本体１０には、吸気管１２および排気管１４が接続されている。これら吸気管１２および排気管１４によって吸気通路１６および排気通路１８がそれぞれ区画形成される。

吸気管１２の途中には、吸気管１２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。このエアフローメータ２０の出力信号に基づき、エンジン本体１０に単位時間当たりに流入する吸入空気量（すなわち吸気流量）が検出される。また、電子制御式の吸気スロットルバルブ２１が吸気通路１６に設けられている。ただし、エンジン本体１０は直列４気筒を有し、各気筒には筒内燃料噴射弁２２が設けられているが、図１では単一の筒内燃料噴射弁２２のみが示されている。

排気管１４の終端は、図示しない消音器に接続され、消音器の出口で大気に開放されている。そして、排気通路１８の排気を浄化するために、排気浄化装置１が設けられている。

排気浄化装置１は、複数の排気処理装置を備える。排気管１４の途中には、上流側から順に、第１触媒コンバータ２４と、第２触媒コンバータ２６とが直列的に配置されている。そして、第１触媒コンバータ２４内には、第１排気処理装置（以下、第１処理装置）２８が収容されている。第１処理装置２８は、ここでは主に酸化触媒を含み、単に酸化触媒と称されることができる。また、第２触媒コンバータ２６内には、第２排気処理装置（以下、第２処理装置）３０が収容されている。第２処理装置３０はパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）である。

酸化触媒を含む第１処理装置２８は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ_２と反応させてＣＯ，ＣＯ_２，Ｈ_２Ｏ等とする。酸化触媒の触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ_２、Ｍｎ／ＣｅＯ_２、Ｆｅ／ＣｅＯ_２、Ｎｉ／ＣｅＯ_２、Ｃｕ／ＣｅＯ_２等を用いることができる。

ＤＰＦである第２処理装置３０は、本発明の排気処理装置に実質的に相当し、排気中の煤等の粒子状物質（ＰＭ、パティキュレート）を捕集する機能を有する。ここでは、ＤＰＦである第２処理装置３０は、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した粒子状物質を連続的に酸化燃焼可能な連続再生式のものである。ただし、第２処理装置３０には、そのような触媒が担持されていなくてもよい。

第２処理装置３０は、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コージライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気が通過するときに粒子状物質が捕捉される。

なお、第１処理装置２８、以下に説明される第３処理装置および第４処理装置が、それぞれ本発明における排気処理装置に該当してもよい。本発明における排気処理装置は、第２処理装３０にように、粒子状物質を捕集する機能を備えるフィルタ構造体であるとよい。

これら第１処理装置２８および第２処理装置３０に加え、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためにＮＯｘ触媒を含む第３排気処理装置（以下、第３処理装置）が設けられるのが好ましい。なお、第３処理装置は、単にＮＯｘ触媒と称されることができる。好ましくは第３処理装置のＮＯｘ触媒は、第２処理装置３０の下流側に配置される。なお、火花点火式内燃機関（例えばガソリンエンジン）の場合、排気通路に三元触媒と称され得る排気処理装置（以下、第４処理装置）が設けられるのが好ましい。

なお第３処理装置つまりＮＯｘ触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）であることができる。この場合、ＮＯｘ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元成分（例えばＨＣ等）が存在するときに吸蔵ＮＯｘを還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒は、アルミナＡｌ_２Ｏ_３等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成される。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。代替的に、ＮＯｘ触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。選択還元型ＮＯｘ触媒は、例えば、アンモニアとＮＯｘとの化学反応（還元反応）を促進させるＮＯｘ浄化用の触媒を含む。この場合には、アンモニア供給用に例えば尿素水添加装置がＮＯｘ触媒の上流側に設けられ得る。

さらに、排気浄化装置１は、昇温装置４０を備え、該昇温装置４０は排気通路１８における排気処理装置２８、３０の上流側に適用される。昇温装置４０は、燃料添加手段としての燃料添加弁４２と、加熱手段としてのグロープラグ４４とを含む。なお、昇温装置４０は、後述するように火炎を生じて全体としてバーナーの如く作用し得るので、バーナー装置と称されてもよい。

昇温装置４０は、エンジン本体１０に接続された排気マニホールド（不図示）の集合部よりも下流側に実質的に配置されている。排気マニホールドの集合部の下流側にターボチャージャが設けられてもよく、この場合、昇温装置４０は、ターボチャージャの下流側で且つ第１処理装置２８の上流側に設けられるとよい。

燃料添加弁４２は、排気通路１８に燃料を添加或いは噴射することができる。ここでは、燃料添加弁４２から添加される燃料は軽油である。燃料添加弁４２は単一の噴孔を有しているが、噴孔は複数であってもよい。エンジン５の燃料タンク４８は燃料吸引管５０を介して、燃料ポンプ５２に接続されている。燃料ポンプ５２は電気式でもよいがここでは機械式であり、エンジン５の図示しない出力軸（クランクシャフト）の駆動力を利用して作動する。燃料ポンプ５２は、更に燃料供給管５４を介して燃料添加弁４２に接続されている。上記構成では、燃料ポンプ５２が燃料吸入管５０を介して燃料タンク４８に貯留されている燃料を吸入し、燃料供給管５４へと吐出することで、燃料添加弁４２に燃料が供給される。

グロープラグ４４は、その先端部の発熱部４４ａが、燃料添加弁４２よりも下流側で且つ排気処理装置２８、３０よりも上流側の排気通路に位置するように設置されている。グロープラグ４４は、昇圧回路５６を経て車載直流電源５８に接続されており、通電された際に発熱部４４ａが発熱する。発熱部４４ａで発生した熱により、燃料添加弁４２から添加された燃料に着火して火炎を生じさせることができる。添加燃料の一部が、発熱部４４ａに直接接触して着火させられ得る。なお加熱手段としては、セラミックヒータやスパークプラグなどの他の装置、とくに電熱式または火花着火式の装置を用いることができる。

燃料添加弁４２は、グロープラグ４４の発熱部４４ａに向けて燃料を噴射する。噴射された燃料の燃料経路の途中に位置するように発熱部４４ａが配置されている。グロープラグ４４の発熱部４４ａによる加熱により、燃料添加弁４２により添加された燃料は燃焼し得る。

こうして、昇温装置４０は、火炎を含む、高温の加熱用ガスを生成することができる。この加熱用ガスは、エンジン本体１０から排気通路１８に供給される排気と混合して排気温度を昇温させる。昇温された排気は、第１処理装置２８および第２処理装置３０に供給され、これらの暖機および活性化を促進する。

上記昇温装置４０を備えたエンジン５は、各種制御手段としての機能を備える電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）７０を備える。図１に示すように、エンジン本体１０には、エンジン本体１０の運転状態や運転者の要求等に応じて各種デバイスを制御するためのＥＣＵ７０が併設されている。このＥＣＵ７０は、エンジン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を記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶する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る。

ＥＣＵ７０には、上述したエアフローメータ２０の他、吸気スロットルバルブ２１の開度（スロットル開度）に応じた電気信号を出力するスロットル開度センサ７２、エンジン本体１０のクランク角を検出するクランク角センサ７４、アクセルペダル７５の開度（アクセル開度）に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ７６、排気の温度を検出するための第１温度センサ７８、処理装置２８、３０の温度を検出するための第２温度センサ８０、排気空燃比を検出するための空燃比センサ８２を含む各種センサ類が、電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ７０に入力される。したがって、ＥＣＵ７０は、例えば、エアフローメータ２０の出力値に基づいて吸入空気量を検出し、クランク角センサ７４の出力値に基づいてエンジン回転速度を検出し、アクセル開度センサ７６の出力値に基づいてエンジン本体１０の要求負荷を検出することができる。なお、第１温度センサ７８は、上記燃料添加弁４２により添加された燃料がグロープラグ４４による加熱により燃焼し得る排気処理装置上流側の領域（火炎生成領域）１８ａよりも上流側の排気の温度（上流側排気温度）を検出するように配設されている。火炎生成領域１８ａは、火炎が発生する部分であり、グロープラグ４４を含むグロープラグ４４よりも下流側の排気通路に定められることができる。なお、図１には、火炎生成領域１８ａが模式的に表されているに過ぎない。また、第２温度センサ８０はここでは第１処理装置２８と第２処理装置３０との間に配設されていて、第１処理装置２８の温度と第２処理装置３０の温度とをそれぞれ検出するために用いられる。しかし、第２温度センサ８０は、第１処理装置２８の温度を直接的に検出するように位置付けられてもよく、第２処理装置３０の温度を直接的に検出するように位置付けられてもよい。

そして、ＥＣＵ７０には、スロットルバルブ２１のアクチュエータ２１ａ、燃料噴射弁２２、燃料添加弁４２、グロープラグ４４を含む各種デバイスが電気配線を介して接続されている。これらの作動はＥＣＵ７０によって制御される。

このようなＥＣＵ７０はエンジン５全般の制御機能を有し、昇温装置４０における制御手段（制御装置）の機能を有する。具体的には、燃料添加手段である燃料添加弁４２の作動を制御する燃料添加制御手段、加熱手段であるグロープラグ４４の作動を制御する加熱制御手段の各々としての機能をＥＣＵ７０は備える。したがって、燃料添加手段である燃料添加弁４２とＥＣＵ７０の一部とを含んで燃料添加装置は構成され、加熱手段であるグロープラグ４４とＥＣＵ７０の一部とを含んで加熱装置は構成される。また、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる粒子状物質量見積手段としての機能をＥＣＵ７０は有する。また、第２処理装置３０における粒子状物質の総量を見積もる総量見積手段としての機能をＥＣＵ７０は有する。さらに、第１温度センサ７８とＥＣＵ７０の一部とを含んで火炎生成領域１８ａよりも上流側の流体である排気の温度を検出するための温度検出装置が構成される。そして、ＥＣＵ７０の一部を含んで、燃料添加弁４２により添加された燃料を含む流体における空燃比を検出する空燃比検出装置が構成される。また、第２温度センサ８０とＥＣＵ７０の一部とを含んで処理装置３０の温度を検出する第２温度検出装置が構成される。

エンジン５では、吸入空気量、エンジン回転速度など、すなわちエンジン負荷およびエンジン回転速度で表される運転状態に基づいて、所望の出力を得るように、燃料噴射量および／または燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量および／または燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁２２からの燃料の噴射が実行される。

そして、排気処理装置の加熱や昇温を行うときには、ＥＣＵ７０が燃料添加弁４２、グロープラグ４４を適宜作動させる。すなわち、ＥＣＵ７０は、燃料添加弁４２を適宜開弁駆動（オン）し、燃料添加弁４２から適宜燃料を噴射させる。またＥＣＵ７０は、グロープラグ４４を適宜通電（オン）して十分な高温とする。以下、本実施形態における、昇温装置４０の制御を説明する。

昇温装置４０では、例えば、エンジン始動時、排気処理装置の温度が所定温度以上に早期に上がるように、特にここでは第１処理装置２８の温度が該第１処理装置２８の所定活性温度域内に早期に達するように、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４が作動させられる。つまり、グロープラグ４４は通電され、その先端部４４ａに向けて燃料添加弁４２から燃料が噴射される。この燃料を含むまたはこの燃料に起因して生じたガスは排気処理装置に至る。このようなエンジン始動時の排気処理装置へのガスの供給は、エンジン始動開始時から行われ、第１処理装置２８の温度がその所定活性温度域内の所定温度以上になるまで実行される。なお、ここでは第１処理装置の所定活性温度域内の所定温度は、例えば２００℃に設定されている。ただし、このようなエンジン始動時の排気処理装置への加熱用ガスの供給は、排気処理装置の温度が早期に高まったとしても、エンジン暖機が完了するまで継続されるとよい。この場合、エンジン暖機完了はエンジン５の冷却水温に基づいて判断されるとよい。例えば、排気処理装置の温度が早期に高まって、その後、エンジン５の冷却水温が所定温度（例えば７０℃）以上になってエンジン暖機完了とＥＣＵ７０が判定したとき、ＥＣＵ７０は、燃料添加弁４２の作動とグロープラグ４４の作動とを共に停止する。

さらに、第１処理装置２８の温度が上記した所定活性温度域内に達した後、第１処理装置２８の温度をその所定活性温度域内に保つように、昇温装置４０が機能する。具体的には、第１処理装置２８の温度がその所定活性温度域内の下限温度域（例えば２００℃以上２５０℃以下の温度域）にあるとき、昇温装置４０が作動する。

また、昇温装置４０は、ＤＰＦである第２処理装置３０に捕集された粒子状物質を除去するべく、つまり、それを再生させるべく、作動する。ここでは、後述するように、第２処理装置３０における粒子状物質の総量（総堆積量）が所定値を超えたときに、昇温装置４０は作動する。なお、エンジン５の累積作動時間が所定時間を越えるたびに、または、第２処理装置３０の前後の差圧が所定圧以上になったときに、昇温装置４０は働くこともできるが、以下の説明ではこれらの場合は省略される。

ところで、排気通路１８に設けられたＤＰＦである第２処理装置３０に捕集される粒子状物質には、燃焼室での燃料の燃焼により生じた粒子状物質ばかりでなく、上記昇温装置４０の作動により生じた粒子状物質も含まれる。したがって、第２処理装置３０に捕集された粒子状物質を除去する時期、および、そのために必要とされる昇温装置４０の作動量をより適正化するためには、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の作動により生じた粒子状物質も考慮することが望まれる。

そこで、昇温装置４０の作動により生成する粒子状物質が第２処理装置３０で捕捉されることをも考慮して、昇温装置４０の作動が制御される。以下に、そのような昇温装置４０の作動制御について説明する。

なお、以下に説明される制御は、昇温装置４０の作動により生成した粒子状物質の量を見積もり、それを含めて見積もられた第２処理装置３０に捕集された粒子状物質の総量に基づいて、昇温装置４０を作動させる制御の一例である。

まず、昇温装置４０の上記制御が図２のフローチャートに基づいて説明される。

ＥＣＵ７０は加熱が必要か否かを判定する（ステップＳ２０１）。加熱が必要か否かは、上記各種センサからの出力および／または運転状態に基づいて判定される。加熱が必要なときには、上記したように、エンジン始動時、排気処理装置の昇温を図るとき、第２処理装置の再生を図るときが含まれる。

第２処理装置３０の再生を図るときの一例について説明する。運転を継続するとＤＰＦである第２処理装置３０には、次第に粒子状物質が堆積する。単位時間当りにＤＰＦに堆積する粒子状物質の量は、主に、エンジン回転速度と燃焼室における燃料の噴射量とを関数にするマップ化されたデータにより求めることができる。このデータにより求められる単位時間当りに堆積する粒子状物質の量を積算することにより、任意の時刻における粒子状物質の堆積量を算出することができる。他方、後述するように、昇温装置４０が作動されるとき、その作動により生じる粒子状物質の量が見積もられ、その見積もられた粒子状物質の量がそれに加算される。そうして求められた粒子状物質の総量が許容値つまり所定値を超えているか否かがＥＣＵ７０により判別される（ステップＳ２０１）。粒子状物質の総量が所定値を超えている場合にＥＣＵ７０は加熱が必要と判定する（ステップＳ２０１で肯定判定）。他方、加熱が必要でないと判定されると（ステップＳ２０１で否定判定）、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の作動が停止される（ステップＳ２０３）。なお、通常は、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４は作動停止状態にある。

加熱が必要であると判定されると（ステップＳ２０１で肯定判定）、要求昇温量が算出される（ステップＳ２０５）。要求昇温量は、第１温度センサ７８からの出力に基づいて求められる流体である排気の温度（上流側排気温度）と、第２温度センサ８０からの出力に基づいて求められる排気処理装置の温度、例えば第２処理装置３０の再生を図るときには第２処理装置３０の温度とに基づいて算出される。なお、この算出に際しては、予め定められて記憶されているデータ等が用いられる。

そして、算出された要求昇温量に基づいて、燃料添加量が算出される（ステップＳ２０７）。ここでは、算出された要求昇温量を実現するべく、予め定められたデータ等に基づいて、制御量として燃料添加弁４２による燃料添加量が算出される。なお、燃料添加弁４２による燃料添加量／回、添加間隔、回数などが算出されてもよい。また、これに加えて、スロットル制御における制御量および／または燃料噴射制御における制御量が算出されてもよい。なお、ここでは、グロープラグ４４への供給電力は一定である。しかし、グロープラグ４４への供給電力が可変である場合、ここでさらに、グロープラグ４４の作動に関する各種値が算出されるとよい。

そして、算出された燃料添加量（ステップＳ２０７）に基づいて、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４が作動される（ステップＳ２０９）。ここでは、燃料添加弁４２およびグロープラグ４４の両方が作動される。しかし、上記ステップＳ２０７でグロープラグ４４を作動させないような供給電力が算出されて、燃料添加弁４２のみを作動させることも可能である。なお、本発明は、グロープラグ４４のみを作動させることを排除しない。

他方、このように昇温装置４０が作動されるとき、その作動により生じた粒子状物質の量が見積もられる。

まず、昇温装置４０の作動により生成する粒子状物質の量を見積もるための概念について説明する。火炎温度、混合気濃度つまり排気の空燃比、上流側排気温度、および粒子状物質の生成量との間には、相関関係がある。それ故、これらの関係に着目して、昇温装置４０の作動によって生成する粒子状物質の量が見積もられる。

図３、図４にそれらの関係の一例が概念的に表されている。図３は火炎温度と排気空燃比との関係を概念的に表したグラフである。図３のグラフは、酸素濃度を一定として燃料量を変えることで、排気空燃比を変化させたときのものであり、図３には、１００℃、２００℃の線がそれぞれ表されている。図３は、燃料添加弁４２から添加された燃料を含む排気の空燃比の違いによって、その燃料の燃焼により生じる火炎の温度が変化することを表す。

また、図４は排気空燃比、上流側排気温度、および粒子状物質の生成量との関係を概念的に表したグラフである。図４のグラフでは、粒子状物質の量が濃淡で表されていて、色が濃い部分ほど粒子状物質の量が多い領域である。

これらの関係を考慮することで、燃料添加弁４２により添加された燃料を含む排気における空燃比および上流側排気温度に基づいて、昇温装置４０の作動による粒子状物質の生成量を見積もることが出来ることが導き出される。ここで、昇温装置４０の作動により生じる粒子状物質の量の見積りが図５のフローチャートに基づいて説明される。

ＥＣＵ７０は、まず、燃料添加弁４２により添加された燃料を含む排気における空燃比を算出する（ステップＳ５０１）。ここでは、ステップＳ２０７で算出された燃料添加量と、昇温装置４０の作動時の、エアフローメータ２０の出力に基づいて検出される吸入空気量と、燃料噴射弁２２からの燃料噴射量とに基づいて、排気空燃比が算出される。ただし、この排気空燃比は、空燃比検出手段としての空燃比センサ８２からの出力とステップＳ２０７で算出された燃料添加量とに基づいて算出されることも可能である。または、燃料添加弁４２から添加された燃料を含む流体である排気の空燃比を検出するための空燃比検出手段としての空燃比センサが、例えば燃料添加弁４２と第１処理装置２８との間の排気通路に配置されている場合には、ステップＳ５０１では当該空燃比センサからの出力に基づいてより直接的に空燃比が検出される（算出される）。

そして、ステップＳ５０１で算出された排気空燃比に基づいて粒子状物質の基本排出量が算出される（ステップＳ５０３）。ただし、ここで求められる基本排出量は単位時間あたりの量（ｇ／ｓ）である。粒子状物質の基本排出量は、図６に表した如きデータに基づいて、求められる。図６のデータは、排気空燃比と粒子状物質の基本排出量との関係を簡単に表したものであり、用いられる実際のデータは、任意の１つの排気空然比に対して１つの基本排出量が求められるように関係付けられたデータであり得る。例えば、燃料量に対して空気量が多い所謂リーンの空燃比のときには粒子状物質の基本排出量が少ない傾向にあり、逆に燃料量に対して空気量が少ない所謂リッチの空燃比のときには粒子状物質の基本排出量が多い傾向にある。そして、ステップＳ５０３で算出される基本排出量は、ここでは所定の基準温度ｔ１（図４参照）での値であり得る。なお、この所定温度は、例えば１００℃であるが、１００℃以外であってもよい。

そして、さらに、補正値、ここでは補正係数が算出される（ステップＳ５０５）。補正係数は、図７に表した如きデータに基づいて、求められる。図７のデータは、温度検出手段としての第１温度センサ７８からの出力に基づいて求められる上流側排気温度と、補正係数との関係を簡単に表したものであり、用いられる実際のデータは、任意の１つの上流側排気温度に対して１つの補正係数が求められるように関係付けられたデータであり得る。例えば、上流側排気温度が温度ｔ２（図４参照）であるとき、それに適合した補正係数が求められる。なお、ステップＳ５０５での算出に用いられる上流側排気温度は燃料添加弁４２により添加された燃料を含む流体である排気の温度に対応する。

そして、粒子状物質の基本排出量（ステップＳ５０３）と補正係数（ステップＳ５０５）とに基づいて、今回の昇温装置４０の作動による粒子状物質の排出量が算出される（ステップＳ５０７）。具体的には、粒子状物質の基本排出量と、補正係数と、昇温装置４０の作動時間との積として今回の昇温装置４０の作動による粒子状物質の排出量が算出される。例えば、図４に矢印で示すように、ステップＳ５０３で求められた温度ｔ１での基本排出量に基づいて上流側排気温度ｔ２に対応した単位時間あたりの排出量（ｇ／ｓ）が求められ、さらに昇温装置４０の作動時間に基づくことで昇温装置４０の作動により生じた粒子状物質の量が見積もられる。なお、昇温装置４０の作動時間は、燃料添加弁４２またはグロープラグ４４の作動時間であり得るが、ここでは燃料添加弁４２の作動時間である。そして、それが上記したように求められるエンジン５そのものの運転により生じる粒子状物質の量に加算される。これにより、ＥＣＵ７０は、ＤＰＦである第２処理装置３０に捕集された粒子状物質の総量をより正確に求めることができる。

ただし、図６および図７のデータは、図３および図４のグラフに表したような上記関係に基づいて定められている。

なお、ステップＳ５０３〜ステップＳ５０７の大部分はまとめられることができる。この場合、図６および図７のデータをまとめた図８のデータが用いられるとよい。つまり、ステップＳ５０１で算出された排気空燃比と第１温度センサ７８からの出力に基づいて求められる上流側排気温度とに基づいて図８のデータを検索することで、単位時間あたりの粒子状物質の排出量が求められることができる。

なお、単位時間あたりの粒子状物質の排出量が昇温装置４０による生成量としてステップＳ５０７で求められてもよい。この場合、適宜、これを積算することで、第２処理装置３０における粒子状物質の総量が見積もられてもよい。

以上、本発明を実施形態およびその変形例に基づいて説明したが、本発明はそれらに限定されず、他の実施形態を許容する。

上記実施形態では、燃料添加弁４２により添加された燃料を含む排気の空燃比および上流側排気温度に基づいて、昇温装置４０の作動による粒子状物質の生成量を見積もった。しかし、そのような空燃比および上流側排気温度のいずれか一方に基づいて、昇温装置４０の作動による粒子状物質の生成量が見積もられてもよい。要するに、本発明は、燃料添加手段により添加された燃料を含む流体の状態に基づいて、換言するとその状態に関する空燃比および／または温度のような種々の値または量に基づいて、燃料添加手段および加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる種々の構成を許容する。

また、例えば、上記実施形態では、燃料添加手段として燃料添加弁を用いて、該燃料添加弁からエンジンの燃料と同じ燃料を添加した。しかし、他の燃料を用いることができ、例えば、添加剤として、エタノール、メタノール等のアルコールを用いることができる。

また、排気通路に設けられる排気処理装置の数、種類、構成および配列順序は、上記実施形態に限定されない。排気処理装置の数は１つでも、２つでも、４つ以上でもよい。排気処理装置として、種々の触媒、フィルタ等が用いられ得る。例えば、排気処理装置として排気通路に上記第２処理装置３０のみが設けられ、該第２処理装置３０のみに対して上記昇温装置４０が適用されることが可能である。また、上記昇温装置４０は排気処理装置と燃料添加弁との間、好ましくは、グロープラグと排気処理装置との間に酸化機能を有する酸化装置を備えることができる。この場合、例えば、酸化装置は、酸化触媒を含み得る。

また、上記実施形態では、本発明はディーゼルエンジンに適用されたが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリンエンジン、筒内噴射形式のガソリンエンジン等の各種のエンジンに適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でもよい。また、本発明が適用されるエンジンの気筒数、気筒配列形式などは如何なるものであってもよい。

以上、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。本発明の実施態様は上述の態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含む。

１排気浄化装置
１８排気通路
２８第１排気処理装置
３０第２排気処理装置
４２燃料添加弁
４４グロープラグ

Claims

排気通路に設けられた粒子状物質を捕集する機能を有する排気処理装置と、
該排気処理装置よりも上流側に設けられた燃料添加手段と、
該燃料添加手段と前記排気処理装置との間に設けられた加熱手段と、
前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる粒子状物質量見積手段と、
該粒子状物質量見積手段により見積もられた粒子状物質の量に基づいて前記排気処理装置における粒子状物質の総量を見積もる総量見積手段と、
該総量見積手段により見積もられた粒子状物質の総量に基づいて前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動を制御する制御手段と
を備えた、内燃機関の排気浄化装置。
前記粒子状物質量見積手段は、前記燃料添加手段により添加された燃料を含む流体の状態に基づいて、前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気処理装置上流側の火炎生成領域よりも上流側の流体の温度を検出するための温度検出装置をさらに備え、
前記粒子状物質量見積手段は、前記温度検出装置により検出された流体の温度に基づいて前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記燃料添加手段により添加された燃料を含む流体における空燃比を検出する空燃比検出装置をさらに備え、
前記粒子状物質量見積手段は、前記空燃比検出装置により検出された空燃比に基づいて前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる、請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記粒子状物質量見積手段は、前記燃料添加手段および前記加熱手段の少なくとも一方の作動時間に基づいて、前記燃料添加手段および前記加熱手段の作動により生成した粒子状物質の量を見積もる、請求項２から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。