JP6339653B2 - Ｄｐｆのｐｍ堆積量推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれるパティキュレートマター（排気微粒子、以下ＰＭと略す）を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦと略す）に堆積したＰＭ堆積量を推定するためのＰＭ堆積量推定方法に関する。

ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれるＰＭの除去に有効な技術として、ＤＰＦが知られている。
ＤＰＦはフィルタを用いたＰＭ捕集装置であり、排気通路に設置され、エンジンから排出されるススなどのＰＭをフィルタで捕集し、排ガスから除去する装置である。ＤＰＦで捕集されたＰＭの一部は、運転中のエンジンから排出される高温の排ガスによって燃焼するが（自然再生）、残りのＰＭはＤＰＦのフィルタに堆積していく。そして、ＰＭの堆積が過度に進行すると、ＰＭ捕集能力の低下、エンジン出力の低下などを招来する。このため、ＤＰＦにおいては、フィルタに堆積しているＰＭを強制的に燃焼させてフィルタを再生させる強制再生を適切なタイミングで実施する必要がある。

強制再生を実施する適切なタイミングを把握するためには、フィルタのＰＭ堆積量を精度よく推定する必要がある。ＰＭ堆積量を過少に評価した場合は、強制再生のタイミングが遅くなり、ＰＭの過堆積によるＰＭ捕集能力の低下やエンジン出力の低下等が生じるほか、強制再生時の過昇温によってＤＰＦが損傷する可能性がある。また逆に、ＰＭ堆積量を過剰に評価した場合は、強制再生の頻度が多くなり、燃費の悪化やオイルダイリュージョン等の問題が発生してしまう。

ここで、ＤＰＦのフィルタに堆積するＰＭの堆積量の推定式は、一般に下記式（１）のとおり表される。
ＰＭ堆積量＝ＰＭ排出量−ＰＭ再生量 ・・・ （１）
（ここで、ＰＭ排出量とは、エンジンから排出された排ガス中に含まれるＰＭ量のことである。また、ここでいうＰＭ再生量とは、特に自然再生量を意味しており、強制再生時ではなく、通常運転時のエンジンから排出された高温の排ガスによって燃焼したＰＭ量を意味している。）

上述したＰＭ排出量は、エンジン回転数と燃料噴射量を入力データとするマップによって算出される。一方、ＰＭ再生量は、エンジン回転数と燃料噴射量のほか、温度センサ、圧力センサ、給気流量計（エアフローメータ）等の各種センサの計測値に基づいて算出される。このため、エアフローメータ等のセンサ類が故障した場合には、ＰＭ再生量の推定が困難となる。

特許文献１には、ＰＭ再生量の推定に必要なエアフローメータ等のセンサ類が故障した場合に、上記（１）式においてＰＭ再生量の減算は行わずに、ＰＭ堆積量≒ＰＭ排出量としてＰＭ堆積量を算出することで、ＰＭ堆積量の過少推定を防止し、フィルタにＰＭが過堆積するのを回避する技術が開示されている。

特開２００６−３１６７４６号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、ＰＭ堆積量を算出する際に、ＰＭ再生量が全く考慮されないため、ＰＭ堆積量が過大に推定されることとなる。したがって、ＤＰＦの強制再生の実施頻度が高くなり、燃費の悪化やオイルダイリュージョン等の問題が発生してしまう。また、エアフローメータ、特に熱線式のエアフローメータは、汚れなどによって不具合を起こすことがあり、他のセンサ類に比べて異常をきたすことが多いとの問題がある。

本発明はこのような従来の課題に鑑みなされた発明であって、給気流量計（エアフローメータ）に異常が認められた場合であっても、従来よりもＰＭ堆積量を精度よく推定できるＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法は、
ＥＧＲを有する内燃機関から排気通路に排出された排ガス中の排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）に堆積したＰＭ堆積量を、前記排気通路に排出されたＰＭ排出量と、前記ＤＰＦにおいて自然再生されたＰＭ再生量との差分から推定するＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法において、
前記ＰＭ再生量を、前記排ガスに含まれる酸素によるＰＭ再生量と、前記内燃機関への給気流量を用いて算出される、前記排ガスに含まれる二酸化窒素によるＰＭ再生量と、を合算し算出する自然再生量算出ステップを、備え、
前記自然再生量算出ステップは、
前記内燃機関へ空気を送給する給気通路に設置された前記給気流量を測定するための給気流量計の異常を判定する異常判定ステップと、
前記異常判定ステップにおいて前記給気流量計に異常が認められたときにはＥＧＲバルブを全閉するＥＧＲ全閉ステップと、
前記ＥＧＲ全閉ステップの実行後に、前記内燃機関の上流側に接続されている給気マニホールド部の圧力および温度を測定する圧力・温度測定ステップと、
前記圧力・温度測定ステップによって測定された前記給気マニホールド部の圧力および温度から前記給気流量を算出する給気流量算出ステップと、
前記給気流量算出ステップで算出された前記給気流量を用いて前記二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出する算出ステップと、を含み、
前記給気流量計に異常が認められたときには、前記給気流量算出ステップにより算出された前記給気流量に基づき前記二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出することで、前記ＰＭ堆積量の推定を継続する。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記異常判定ステップは、前記給気流量計の異常からの復帰を判定する復帰判定ステップを有し、前記給気流量計が異常から復帰したと判定したときには、前記二酸化窒素によるＰＭ再生量の算出を前記給気流量計に基づく算出に復帰させることで、前記ＰＭ堆積量の推定を継続する。
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記異常判定ステップは、前記給気流量計が異常であると判定した場合には異常フラグをオンにし、
前記復帰判定ステップは、前記異常フラグが前記オンの場合に実行されると共に、前記給気流量計が前記異常な状態から復帰したと判定した場合には、前記オンであった前記異常フラグをオフにする。
（４）幾つかの実施形態では、上記（２）〜（３）の構成において、
前記復帰判定ステップは、
復帰経過時間のカウントを開始する復帰経過時間カウントステップと、
前記給気流量計で測定した前記給気流量である測定流量が所定の閾値範囲に収まっているかを判定する測定流量判定ステップと、
前記測定流量判定ステップにおいて前記測定流量が前記所定の閾値範囲に収まっていると判定した場合は、前記復帰経過時間が予め設定された復帰判定時間を超えているかを判定する復帰判定時間判定ステップと、を有し、
前記復帰判定時間判定ステップにおいて前記復帰経過時間が前記復帰判定時間を超えていると判定した場合には、前記給気流量計が異常状態から復帰したと判定する。
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記復帰判定ステップは、
前記復帰判定時間判定ステップにおいて前記復帰経過時間が前記復帰判定時間を超えていないと判定した場合は、前記復帰経過時間をカウントする復帰時間カウントステップを、さらに有する。
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（５）の構成において、
前記異常判定ステップは、
異常経過時間のカウントを開始する異常経過時間カウントステップと、
前記給気流量計で測定した前記給気流量である測定流量が所定の閾値範囲に収まっているかを判定する測定流量判定ステップと、
前記測定流量判定ステップにおいて前記測定流量が前記所定の閾値範囲に収まっていないと判定した場合は、前記異常経過時間が予め設定された異常判定時間を超えているかを判定する異常判定時間判定ステップと、をさらに有し、
前記異常判定時間判定ステップにおいて前記異常経過時間が前記異常判定時間を超えていると判定した場合には、前記給気流量計が異常であると判定する。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、
前記測定流量判定ステップにおいて前記測定流量が前記所定の閾値範囲に収まっていると判定した場合は、前記給気流量計は正常と判定する正常判定ステップを、さらに有する。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の構成において、
前記自然再生量算出ステップは、前記異常判定ステップにおいて前記給気流量計に異常が認められない場合には、前記給気流量計によって前記給気流量を測定し、前記給気流量計で測定した前記給気流量である測定流量に基づいて前記二酸化窒素によるＰＭ再生量する。
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の構成において、
前記給気流量算出ステップは、Ｇ_ｃｙｌを前記給気流量、ρを給気密度、Ｐを前記給気マニホールド部の絶対圧力、Ｔを前記給気マニホールド部の温度、Ｒを気体状態定数、Ｖ_ｓｔｒｋを前記内燃機関の一気筒当りの行程容積、Ｎ_ｅを前記内燃機関のエンジン回転数、Ｉ_ｃｙｃを前記内燃機関のストローク、Ｎ_ｃｙｌを前記内燃機関のシリンダ数、Ｅ_ｖを前記内燃機関の体積効率として、
Ｇ_ｃｙｌ＝（ρ・Ｖ_ｓｔｒｋ・Ｎ_ｅ／６０）・（２／Ｉ_ｃｙｃ）・Ｎ_ｃｙｌ・Ｅ_ｖと、
ρ＝Ｐ／ＲＴとの式に基づいて、前記給気流量を算出する。
また、本発明の参考形態のＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置は、
内燃機関から排気通路に排出された排ガス中の排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）と、該ＤＰＦに堆積したＰＭ堆積量を推定するＰＭ堆積量推定手段と、を備えたＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置において、
前記排気通路に排出されたＰＭ排出量を算出する排出量算出手段と、前記ＤＰＦにおいて自然再生されたＰＭ再生量を算出する自然再生量算出手段とを有し、前記ＰＭ堆積量推定手段は、前記排出量算出手段にて算出されたＰＭ排出量と、前記自然再生量算出手段にて算出されたＰＭ再生量との差分から、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量を推定するように構成されており、
前記自然再生量算出手段は、前記排ガスに含まれる酸素によるＰＭ再生量と、前記排ガスに含まれる二酸化窒素によるＰＭ再生量とを合算して前記自然再生されたＰＭ量を算出するように構成され、該二酸化窒素によるＰＭ再生量の算出に必要なデータの少なくとも一部は、前記内燃機関へ空気を送給する給気通路に設置された給気流量計で測定された給気流量に基づいて算出されるようになっており、
前記給気流量計に異常が認められたときには、該給気流量計で測定された給気流量を用いずに前記二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出し、前記ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量を推定するように構成されていることを特徴とする。

このような本発明では、酸素によるＰＭ再生量と二酸化窒素によるＰＭ再生量とに分けて、自然再生されたＰＭ再生量を推定する。この際、二酸化窒素によるＰＭ再生量の算出に必要な排ガスの流量データは、給気流量計で測定された給気流量から算出される。一方、酸素によるＰＭ再生量の算出には、給気流量計で測定された給気流量は使用されない。そして、給気流量計で測定された給気流量に異常が認められたときには、給気流量計で測定される給気流量を用いずに、二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出する。そして、このようにして算出した二酸化窒素によるＰＭ再生量と、酸素によるＰＭ再生量とを合算することで、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量を算出（推定）する。

したがって、このように構成される本発明のＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置では、給気流量計に異常が認められた場合であっても、少なくとも酸素によるＰＭ再生量は継続して算出されるため、従来と比べて、ＰＭ堆積量を精度よく推定することができるようになっている。

上記発明において、給気流量計に異常が認められたときには、給気流量計に代わる他の代替手段によって給気流量を算出して二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出し、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量を推定することが望ましい。

この際、上記発明において、前記代替手段を、前記内燃機関の上流側に接続されている給気マニホールド部の圧力および温度を測定する圧力・温度測定手段と、該測定された圧力および温度から給気流量を算出する給気流量算出手段とから構成することができる。このように構成することで、給気流量計に異常が認められた場合であっても、従来と比べてＰＭ堆積量をより高い精度で推定することができる。また、上記圧力・温度測定手段としては、給気マニホールド部に設置されているＥＧＲ制御用の圧力センサおよび温度センサ等を好適に利用することができる。

またこの際、上記発明において、前記代替手段を、前記内燃機関のエンジン回転数および燃料噴射量を測定する回転数・噴射量測定手段と、前記内燃機関のエンジン回転数および燃料噴射量と給気流量との関係からなるマップから給気流量を算出する給気流量算出手段とから構成することができる。このように構成することで、給気流量計に異常が認められた場合であっても、従来と比べてＰＭ堆積量をより高い精度で推定することができる。また、上記回転数・噴射量測定手段としては、内燃機関を制御するために設置されている各種のセンサ類を好適に利用することができる。

また、上記発明において、他の代替手段によって給気流量を算出して二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出するのではなく、二酸化窒素によるＰＭ再生量を０として算出し、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量を推定するように構成することもできる。本発明の自然再生量算出手段は、酸素によるＰＭ再生量と二酸化窒素によるＰＭ再生量とを合算して、自然再生されるＰＭ量を算出するため、二酸化窒素によるＰＭ再生量を０として算出しても、酸素によるＰＭ再生量は算出されることから、従来よりも高い精度で自然再生されるＰＭ量が算出される。

本発明によれば、給気流量計（エアフローメータ）に異常が認められた場合であっても、従来と比べてＰＭ堆積量を精度よく推定でき、強制再生の頻度が多くなることによる燃費の悪化やオイルダイリュージョン等の問題を回避することができるＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法を提供することができる。

ＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの全体構成図である。 本発明の排出量算出手段を示したブロック図である。 本発明の自然再生量算出手段を示したブロック図である。 第１の実施形態における自然再生量算出手段の制御フローを示したフロー図である。 本発明のエアフローメータの異常判定手順を示したフロー図である。 本発明のエアフローメータの復帰判定手順を示したフロー図である。 第２の実施形態における制御フローを示したフロー図である。 第３の実施形態における制御フローを示したフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下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、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、ＤＰＦを備えるディーゼルエンジンの全体構成図である。まず、図１を参照して、本発明のＰＭ堆積量推定装置をディーゼルエンジンに適用した場合の全体構成について説明する。

図１に示すように、ディーゼルエンジンの内燃機関１の下流側には、排気マニホールド２９を介して排気通路３が接続されている。排気通路３には、ＤＯＣ（酸化触媒）５と、該ＤＯＣ５の下流側にあるＤＰＦ７とからなる排ガス後処理装置９が設けられている。ＤＯＣ５は、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ_２）を生成する機能を有する。ＤＰＦ７は、上述したように、排ガス中に含まれるススなどのＰＭをフィルタで捕集し、排ガスから除去する装置である。

また、内燃機関１の上流側には、給気マニホールド１８を介して給気通路１３が接続されている。そして、給気通路１３と排気通路３との間には、排気ターボ過給機１１が設けられている。この排気ターボ過給機１１は、排気通路３に配置されている排気タービン１１ｂと、給気通路１３に配置されているコンプレッサ１１ａとを有しており、該コンプレッサ１１ａは排気タービン１１ｂによって同軸駆動されるようになっている。また、給気通路１３にはインタークーラ１５および給気スロットルバルブ１７が設けられている。そして、コンプレッサ１１ａから吐出された空気２６は、インタークーラ１５で冷却された後、給気スロットルバルブ１７で給気流量が制御され、その後、給気マニホールド１８を介して内燃機関１の各シリンダ内の燃焼室（不図示）に流入するようになっている。

また、内燃機関１においては、燃料の噴射時期および噴射量を制御してシリンダ内の燃焼室に噴射するコモンレール燃料噴射装置（不図示）が設けられている。そして、該コモンレール燃料噴射装置のコモンレールから燃料噴射弁に対して、所定の噴射時期に所定量の燃料が供給されるように、ＥＣＵ１９からコモンレール燃料噴射装置に制御信号が入力されるようになっている。図中の符号２１は、ＥＣＵ１９からコモンレール燃料噴射装置へと入力される制御信号の入力位置を示している。

また、排気通路３の排気マニホールド２９の直下流位置からＥＧＲ管２３が分岐している。そして、ＥＧＲ管２３は、給気スロットルバルブ１７の下流側に位置している給気マニホールド１８に接続している。また、ＥＧＲ管２３には、ＥＧＲバルブ２５が配置されている。そして、ＥＧＲバルブ２５を開閉制御することにより、内燃機関１から排出された排ガス２７の一部が、ＥＧＲ管２３を通って内燃機関１を再循環するようになっている。

内燃機関１から排出された排ガス２７は、排気マニホールド２９および排気通路３を通って、上述した排気タービン１１ｂを駆動してコンプレッサ１１ａを同軸駆動させる。そして、排気通路３を通った後、上述した排ガス後処理装置９のＤＯＣ５およびＤＰＦ７へと流れるようになっている。

給気通路１３には、コンプレッサ１１ａへ流入する空気流量を検出するエアフローメータ３１（給気流量計）、吸気温度センサ３３が配置されている。そして、該エアフローメータ３１にて測定された給気流量、および該吸気温度センサ３３で測定された吸気温度に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。

また、排気通路３には、ＤＯＣ入口温度センサ３５、ＤＰＦ入口温度センサ３７、ＤＰＦ差圧センサ３８、およびＤＰＦ出口温度センサ３９が配置されている。そして、これらセンサ類で測定されたＤＯＣ入口温度、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度などに関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ１９では、不図示のクランクセンサ、カムセンサ、アクセルセンサ、スロットルセンサ等の各種センサからの入力信号を基に、エンジン回転数および燃料噴射量が算出されるようになっている。

また、給気スロットルバルブ１７の下流側には、給気マニホールド１８内の温度および圧力を測定する給気温度センサ４１および給気圧力センサ４３が配置されている。そして、該給気温度センサ４１にて測定された給気温度、および該給気圧力センサ４３で測定された給気圧力に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。そして、ＥＣＵ１９において、これら給気温度、給気圧力などに基づいて最適なＥＧＲ量を算出することで、ＥＧＲバルブ２５の開閉制御が行われるようになっている。

ＥＣＵ１９は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述したセンサ類からの各種信号は、Ｉ／Ｏインターフェイスを介してＣＰＵに入力される。ＣＰＵでは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って、各種制御を実行するように構成されている。そして、図１に示すように、該ＥＣＵ１９によって、本発明のＰＭ堆積量推定手段５０、排出量算出手段５１、および自然再生量算出手段５２が構成されている。

排出量算出手段５１では、内燃機関１から排出される排ガス中に含まれるＰＭ量（ＰＭ排出量）が算出される。排出量算出手段５１におけるＰＭ排出量の算出は、図２に示したように、エンジン回転数と燃料噴射量を入力データとするＰＭ排出量マップ５５によって行われる。このＰＭ排出量マップ５５は、実験等を行うことによって作成され、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている。

自然再生量算出手段５２では、自然再生量、すなわち、強制再生時ではなく、通常運転時の内燃機関１から排出された高温の排ガスによって燃焼したＰＭ量（ＰＭ再生量）が算出される。このＰＭ再生量は、図３に示すように、酸素（Ｏ_２）によるＰＭ再生量と、二酸化窒素（ＮＯ_２）によるＰＭ再生量とをそれぞれ算出し、これらを合算することによって算出される。

酸素によるＰＭ再生量は、ＤＰＦ入出口平均温度と酸素濃度を入力データとするＯ_２再生量マップによって算出される。この際、酸素濃度は、Ｏ_２センサなどによって測定することも可能であるが、本実施形態では、排ガスの圧力や温度、燃料噴射量、ＥＧＲ還流率などを基に、ＥＣＵ１９で算出している。

二酸化窒素によるＰＭ再生量は、ＤＰＦ入出口平均温度、給気流量（排ガス流量）、ＤＯＣ温度、エンジン回転数、燃料噴射量、ＤＰＦ入出口温度を入力データとするＮＯ_２再生量マップによって算出される。この際、排ガス流量は、上述したエアフローメータ３１で測定した給気流量から算出されるようになっている。また、後述するように、エアフローメータ３１に異常が認められたときには、エアフローメータ３１に代わる他の代替手段６０によって、給気流量が算出されるようになっている。

上述したＯ_２再生量マップおよびＮＯ_２再生量マップは、実験等を行うことによって作成され、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている。

そして、ＰＭ堆積量推定手段５０では、排出量算出手段５１で算出したＰＭ排出量と、自然再生量算出手段５２で算出したＰＭ再生量との差分から、下記式（２）に基づいて、ＰＭ堆積量を算出（推定）する。
ＰＭ堆積量＝ＰＭ排出量− ＰＭ再生量
＝ＰＭ排出量−（Ｏ_２によるＰＭ再生量＋ＮＯ_２によるＰＭ再生量）
・・・ （２）

＜第１の実施形態＞
以上の構成において、ＤＰＦ７とＰＭ堆積量推定手段５０とを備える本発明のＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置の第１の実施形態について、以下に説明する。図４は、第１の実施形態における自然再生量算出手段の制御フローを示したフロー図である。

図４に示したように、開始後、まずエアフロ−メータ（ＡＦＭ）の異常判定が行われる（Ｓ１）。そして、ＡＦＭが正常に作動していれば（Ｓ１においてＹＥＳの場合）、ＡＦＭによって給気流量を測定し（Ｓ２）、ＮＯ_２によるＰＭ再生量を算出する（Ｓ３）。そして、別途算出したＯ_２によるＰＭ再生量を合算してＰＭ再生量を算出する（Ｓ４）。

一方、上述したエアフローメータ（ＡＦＭ）の異常判定において、ＡＦＭに異常が認められた場合（Ｓ１においてＮＯの場合）は、運転者などに警告した後（Ｓ５）、ＥＧＲバルブ２５を全閉する（Ｓ６）。そして、ＥＣＵ１９において、給気温度センサ４１および給気圧力センサ４３によって測定された給気マニホールド１８内の温度および圧力によって、予めＲＯＭに記憶されている下記式（３），（４）に基づいて、給気流量を算出する（Ｓ７）。そして、この給気流量から排ガスの流量データを算出し、ＮＯ_２によるＰＭ再生量の算出を行う（Ｓ３）。
Ｇ_ｃｙｌ＝（ρ・Ｖ_ｓｔｒｋ・Ｎ_ｅ／６０）・（２／Ｉ_ｃｙｃ）・Ｎ_ｃｙｌ・Ｅ_ｖ
・・・（３）
ρ＝Ｐ／ＲＴ ・・・（４）
（ここで、Ｇ_ｃｙｌは給気流量、ρは給気密度、Ｐは給気マニホールド部の絶対圧力、Ｔは給気マニホールド部の温度、Ｒは気体状態定数、Ｖ_ｓｔｒｋは一気筒当りの行程容積、Ｎ_ｅはエンジン回転数、Ｉ_ｃｙｃはストローク、Ｎ_ｃｙｌはシリンダ数、Ｅ_ｖは体積効率で別途マップから算定される。）

すなわち、第１の実施形態では、上述した給気流量計に代わって給気流量を算出する他の代替手段６０が、給気マニホールド１８の圧力および温度を測定する給気温度センサ４１および給気圧力センサ４３（圧力・温度測定手段）と、該測定された圧力および温度から給気流量を算出するＥＣＵ１９（給気流量算出手段）とから構成されている。

次に、図４に示したＡＦＭの異常判定（Ｓ１）の詳細な判定手順について、図５および図６を基に説明する。図５は、本発明におけるエアフローメータの異常判定手順を示したフロー図、図６は、本発明におけるエアフローメータの復帰判定手順を示したフロー図である。

図５に示すように、ＡＦＭの異常判定では、先ずイグニッションスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定し（Ｓ８）、イグニッションスイッチがＯＮの場合には、異常経過時間のカウントをスタート（Ｓ９）した後、ＡＦＭで測定した給気流量が所定の閾値範囲に収まっているかを判定する（Ｓ１０）。この閾値範囲の設定は、例えば、所定のエンジン回転数に対応する通常時の給気流量の範囲を予め実験等で算出しておくことで設定することができる。そして、ＡＦＭの測定流量が所定の閾値範囲に収まっていない場合（Ｓ９においてＹＥＳの場合）は、異常経過時間が予め設定された異常判定時間を超えているかを判定し（Ｓ１１）、ＹＥＳの場合はＡＦＭが異常であると判定して異常フラグをＯＮとして（Ｓ１２）、異常経過時間をリセットする（Ｓ１３）。一方、ＡＦＭの測定流量が所定の閾値範囲に収まっている場合（Ｓ１０においてＮＯの場合）は、そのまま異常経過時間をリセットする（Ｓ１３）。また、Ｓ１１において異常経過時間が異常判定時間を超えていない場合は、異常経過時間をカウント（Ｓ１４）した後、再度Ｓ１０におけるＡＦＭの測定流量の異常判定を繰り返す。

また図６に示すように、ＡＦＭの復帰判定では、先ず異常フラグのＯＮ／ＯＦＦ状態を判定し（Ｓ１４）、異常フラグがＯＮの場合には、復帰経過時間のカウントをスタート（Ｓ１５）した後、上述したＳ１０と同様に、ＡＦＭで測定した給気流量が所定の閾値範囲に収まっているかを判定する（Ｓ１６）。そして、ＡＦＭの測定流量が所定の閾値範囲に収まっている場合（Ｓ１６においてＮＯの場合）は、復帰経過時間が予め設定された復帰判定時間を超えているかを判定し（Ｓ１７）、ＹＥＳの場合はＡＦＭが異常状態から復帰したと判定して異常フラグをＯＦＦとして（Ｓ１８）、異常経過時間をリセットする（Ｓ１９）。また、Ｓ１７において復帰経過時間が復帰判定時間を超えていない場合は、復帰経過時間をカウント（Ｓ２０）した後、再度Ｓ１６におけるＡＦＭの測定流量の異常判定を繰り返す。

このように構成される本発明のＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置では、エアフローメータ３１に異常が認められた場合であってもＰＭ再生量の算出が継続して行われるため、従来と比べてＰＭ堆積量を精度よく推定することができるようになっている。また、代替手段６０における圧力・温度測定手段として、ＥＧＲ制御用の給気温度センサ４１および給気圧力センサ４３を利用することで、新たにセンサ類を必要とすることなく、代替手段６０を構成することができるようになっている。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明のＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置の第２の実施形態について、以下に説明する。図７は、第２の実施形態における自然再生量算出手段の制御フローを示したフロー図である。なお、この図７に示した第２の実施形態の制御フローは、上述した第１の実施形態の制御フローと基本的には同様の構成からなっており、同一のステップには同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この第２の実施形態は、図７の（Ａ）に示すように、ＡＦＭが異常と判定された場合（Ｓ１においてＮＯの場合）に、給気マニホールド部の圧力・温度から給気流量を算出する（Ｓ７）代わりに、給気流量マップ６１によって給気流量データを算出する（Ｓ７´）ように構成されている点が、上述した第１の実施形態と異なっている。給気流量マップ６１は、図７の（Ｂ）に示すように、エンジン回転数および燃料噴射量を入力データとするマップになっている。エンジン回転数および燃料噴射量は、上述したように、クランクセンサ、カムセンサ、アクセルセンサ、スロットルセンサ等の各種センサからの入力信号を基に、ＥＣＵ１９にて算出される。また、給気流量マップ６１は、実験等を行うことによって作成され、ＥＣＵ１９のＲＯＭに予め記憶されている。

すなわち、第２の実施形態では、上述した給気流量計に代わって給気流量を算出する他の代替手段６０が、エンジン回転数および燃料噴射量の算出の必要な各種センサおよびＥＣＵ１９（回転数・噴射量測定手段）と、このエンジン回転数および燃料噴射量と給気流量マップ６１とから給気流量を算出するＥＣＵ１９（給気流量算出手段）とから構成されている。

このように構成される本発明のＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置では、エアフローメータ３１に異常が認められた場合であってもＰＭ再生量の算出が継続して行われるため、従来と比べてＰＭ堆積量を精度よく推定することができるようになっている。また、代替手段６０における回転数・噴射量測定手段としては、内燃機関１を制御するために設置されている各種のセンサ類を利用することができるため、新たにセンサ類を必要とすることなく、代替手段６０を構成することができるようになっている。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明のＤＰＦのＰＭ堆積量推定装置の第３の実施形態について、以下に説明する。図８は、第３の実施形態における自然再生量算出手段の制御フローを示したフロー図である。なお、この図８に示した第３の実施形態の制御フローは、上述した第１の実施形態の制御フローと基本的には同様の構成からなっており、同一のステップには同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

この第３の実施形態は、図８に示すように、ＡＦＭが異常と判定された場合（Ｓ１においてＮＯの場合）に、給気マニホールド部の圧力・温度から給気流量を算出（Ｓ７）して、ＮＯ_２によるＰＭ再生量を算出（Ｓ３）する代わりに、ＮＯ_２によるＰＭ再生量を０に設定する（Ｓ３´）ように構成されている点が、上述した第１の実施形態と異なっている。

すなわち、上述した（２）式において、ＮＯ_２によるＰＭ再生量を０とし、ＰＭ再生量≒Ｏ_２によるＰＭ再生量とした下記式（２´）に基づいて、ＰＭ堆積量を推定している。
ＰＭ堆積量＝ＰＭ排出量−ＰＭ再生量
＝ＰＭ排出量−Ｏ_２によるＰＭ再生量 ・・・ （２´）

このように、ＮＯ_２によるＰＭ再生量を０として算出しても、本発明の自然再生量算出手段は、Ｏ_２によるＰＭ再生量とＮＯ_２によるＰＭ再生量とを合算して自然再生されるＰＭ量を算出するため、ＰＭ再生量としてＯ_２によるＰＭ再生量は考慮される。よって、この場合であっても、従来よりも高い精度で自然再生されるＰＭ量が算出されるようになっている。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

本発明によれば、ＤＰＦに堆積するＰＭ堆積量を精度よく推定することのできるＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法として、ディーゼルエンジンなどに好適に用いることができる。

１ 内燃機関
３ 排気通路
５ ＤＯＣ
７ ＤＰＦ
９ 排ガス後処理装置
１１ 排気ターボ過給機
１１ａ コンプレッサ
１１ｂ 排気タービン
１３ 給気通路
１５ インタークーラ
１７ 給気スロットルバルブ
１８ 給気マニホールド
１９ ＥＣＵ
２３ ＥＧＲ管
２５ ＥＧＲバルブ
２６ 空気
２７ 排ガス
２９ 排気マニホールド
３１ エアフローメータ（給気流量計）
３３ 吸気温度センサ
３５ ＤＯＣ入口温度センサ
３７ ＤＰＦ入口温度センサ
３８ ＤＰＦ差圧センサ
３９ ＤＰＦ出口温度センサ
４１ 給気温度センサ
４３ 給気圧力センサ
５０ ＰＭ堆積量推定手段
５１ 排出量算出手段
５２ 自然再生量算出手段
５５ ＰＭ排出量マップ
６０ 代替手段
６１ 給気流量マップ

Claims (9)

1. ＥＧＲを有する内燃機関から排気通路に排出された排ガス中の排気微粒子（ＰＭ）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）に堆積したＰＭ堆積量を、前記排気通路に排出されたＰＭ排出量と、前記ＤＰＦにおいて自然再生されたＰＭ再生量との差分から推定するＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法において、
   前記ＰＭ再生量を、前記排ガスに含まれる酸素によるＰＭ再生量と、前記内燃機関への給気流量を用いて算出される、前記排ガスに含まれる二酸化窒素によるＰＭ再生量と、を合算し算出する自然再生量算出ステップを、備え、
   前記自然再生量算出ステップは、
   前記内燃機関へ空気を送給する給気通路に設置された前記給気流量を測定するための給気流量計の異常を判定する異常判定ステップと、
   前記異常判定ステップにおいて前記給気流量計に異常が認められたときにはＥＧＲバルブを全閉するＥＧＲ全閉ステップと、
   前記ＥＧＲ全閉ステップの実行後に、前記内燃機関の上流側に接続されている給気マニホールド部の圧力および温度を測定する圧力・温度測定ステップと、
   前記圧力・温度測定ステップによって測定された前記給気マニホールド部の圧力および温度から前記給気流量を算出する給気流量算出ステップと、
   前記給気流量算出ステップで算出された前記給気流量を用いて前記二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出する算出ステップと、を含み、
   前記給気流量計に異常が認められたときには、前記給気流量算出ステップにより算出された前記給気流量に基づき前記二酸化窒素によるＰＭ再生量を算出することで、前記ＰＭ堆積量の推定を継続することを特徴とするＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
2. 前記異常判定ステップは、前記給気流量計の異常からの復帰を判定する復帰判定ステップを有し、前記給気流量計が異常から復帰したと判定したときには、前記二酸化窒素によるＰＭ再生量の算出を前記給気流量計に基づく算出に復帰させることで、前記ＰＭ堆積量の推定を継続することを特徴とする請求項１に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
3. 前記異常判定ステップは、前記給気流量計が異常であると判定した場合には異常フラグをオンにし、
   前記復帰判定ステップは、前記異常フラグが前記オンの場合に実行されると共に、前記給気流量計が前記異常な状態から復帰したと判定した場合には、前記オンであった前記異常フラグをオフにすることを特徴とする請求項２に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
4. 前記復帰判定ステップは、
   復帰経過時間のカウントを開始する復帰経過時間カウントステップと、
   前記給気流量計で測定した前記給気流量である測定流量が所定の閾値範囲に収まっているかを判定する測定流量判定ステップと、
   前記測定流量判定ステップにおいて前記測定流量が前記所定の閾値範囲に収まっていると判定した場合は、前記復帰経過時間が予め設定された復帰判定時間を超えているかを判定する復帰判定時間判定ステップと、を有し、
   前記復帰判定時間判定ステップにおいて前記復帰経過時間が前記復帰判定時間を超えていると判定した場合には、前記給気流量計が異常状態から復帰したと判定することを特徴とする請求項２または３に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
5. 前記復帰判定ステップは、
   前記復帰判定時間判定ステップにおいて前記復帰経過時間が前記復帰判定時間を超えていないと判定した場合は、前記復帰経過時間をカウントする復帰時間カウントステップを、さらに有することを特徴とする請求項４に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
6. 前記異常判定ステップは、
   異常経過時間のカウントを開始する異常経過時間カウントステップと、
   前記給気流量計で測定した前記給気流量である測定流量が所定の閾値範囲に収まっているかを判定する測定流量判定ステップと、
   前記測定流量判定ステップにおいて前記測定流量が前記所定の閾値範囲に収まっていないと判定した場合は、前記異常経過時間が予め設定された異常判定時間を超えているかを判定する異常判定時間判定ステップと、をさらに有し、
   前記異常判定時間判定ステップにおいて前記異常経過時間が前記異常判定時間を超えていると判定した場合には、前記給気流量計が異常であると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
7. 前記測定流量判定ステップにおいて前記測定流量が前記所定の閾値範囲に収まっていると判定した場合は、前記給気流量計は正常と判定する正常判定ステップを、さらに有することを特徴とする請求項６に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
8. 前記自然再生量算出ステップは、前記異常判定ステップにおいて前記給気流量計に異常が認められない場合には、前記給気流量計によって前記給気流量を測定し、前記給気流量計で測定した前記給気流量である測定流量に基づいて前記二酸化窒素によるＰＭ再生量することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
9. 前記給気流量算出ステップは、Ｇ_ｃｙｌを前記給気流量、ρを給気密度、Ｐを前記給気マニホールド部の絶対圧力、Ｔを前記給気マニホールド部の温度、Ｒを気体状態定数、Ｖ_ｓｔｒｋを前記内燃機関の一気筒当りの行程容積、Ｎ_ｅを前記内燃機関のエンジン回転数、Ｉ_ｃｙｃを前記内燃機関のストローク、Ｎ_ｃｙｌを前記内燃機関のシリンダ数、Ｅ_ｖを前記内燃機関の体積効率として、
   Ｇ_ｃｙｌ＝（ρ・Ｖ_ｓｔｒｋ・Ｎ_ｅ／６０）・（２／Ｉ_ｃｙｃ）・Ｎ_ｃｙｌ・Ｅ_ｖと、
   ρ＝Ｐ／ＲＴとの式に基づいて、前記給気流量を算出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のＤＰＦのＰＭ堆積量推定方法。
   

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