JP6787255B2 - エンジンの排気処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、エンジンの排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するフィルタの異常の有無を判定する技術に関する。

一般に、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中に含まれるＰＭを捕集するフィルタ（Diesel Particulate Filter）を有する排気処理装置が設けられている。このような排気処理装置においては、フィルタの異常（割れ、溶損等）の有無を判定するために、ＰＭセンサが設けられるものが存在する。ＰＭセンサは、排気通路におけるフィルタよりも下流の部分に設けられたセンサ素子を有する。センサ素子は、電気を流さないセラミック素子と、セラミック素子の表面上に所定距離を隔てて配置された２つの電極とを有する。ＰＭセンサは、センサ素子上に堆積されたＰＭの量（以下「ＰＭ堆積量」ともいう）が許容値を超えて２つの電極間に電気パスが形成された場合に、電極間の電気抵抗に応じた電流信号を出力する。

特開２０１５−１３５０７８号公報（特許文献１）には、ＰＭセンサを用いてフィルタの異常判定を行なう異常判定システムが開示されている。この異常判定システムは、センサ素子に堆積しているＰＭの量を推定し、推定されたＰＭの堆積量が判定値に達した場合に、ＰＭセンサの出力に基づいてフィルタの異常の有無を判定するフィルタ異常判定を行なう。さらに、この異常判定システムは、ＰＭセンサが設置された排気通路を流れる排気の流速の変化速度（単位時間当たりの変動量）を算出し、排気流速の変化速度が基準値を超える場合には、排気流速の変動に起因してセンサ素子へのＰＭの堆積が良好に行なわれない場合があることに鑑み、それまでに推定されたＰＭ堆積量をリセットして、ＰＭセンサの出力に基づくフィルタ異常判定を行なわないようにしている。

特開２０１５−１３５０７８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された異常判定システムにおいては、排気流速の変化速度が基準値を超える過渡状態においては、推定ＰＭ堆積量がリセットされてしまう。そのため、過渡状態を多く含むようにエンジンが駆動された場合には、推定ＰＭ堆積量が頻繁にリセットされることとなり、ＰＭセンサの出力に基づくフィルタ異常判定を所望のタイミングで実行できなくなることが懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、過渡状態においてもＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量を精度よく推定することである。

（１） 本開示によるエンジンの排気処理装置は、エンジンの排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路におけるフィルタよりも下流の部分に設けられた検出素子を有し、検出素子への粒子状物質の堆積量であるＰＭ堆積量に応じた信号を出力するＰＭセンサと、制御装置とを備える。制御装置は、排気通路中の排気の流速、排気中の煤濃度、排気と検出素子との温度差の少なくとも１つを用いて検出素子への粒子状物質の堆積速度を示すＰＭ堆積速度を算出し、ＰＭ堆積速度を用いて検出素子への粒子状物質の堆積量の推定値である推定ＰＭ堆積量を算出可能に構成される。さらに、制御装置は、排気の流速の変化速度、煤濃度の変化速度、温度差の変化速度のうちの少なくとも１つのパラメータを算出し、算出されたパラメータの値が当該パラメータに対応する基準値を超える場合には、対応する基準値を超えるパラメータに対応する補正係数を算出し、算出された補正係数を用いてＰＭ堆積速度を補正する過渡補正を行ない、過渡補正によって補正されたＰＭ堆積速度を用いて推定ＰＭ堆積量を算出するように構成される。

上記構成によれば、排気の流速の変化速度、煤濃度の変化速度、温度差の変化速度の少なくとも１つのパラメータが当該パラメータに対応する基準値を超える場合（すなわち過渡状態である場合）、基準値を超えるパラメータを用いてＰＭ堆積速度を補正する過渡補正が行なわれる。これにより、過渡補正後のＰＭ堆積速度は、過渡補正を行なわない場合に比べて、実際のＰＭ堆積速度により近い値となる。そして、過渡補正後のＰＭ堆積速度を用いて、推定ＰＭ堆積量が算出される。その結果、過渡状態においてもＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量を精度よく推定することができる。

（２） ある実施の形態においては、過渡補正は、排気の流速の変化速度が対応する基準値を超える場合に、排気の流速の変化速度が対応する基準値を超えない場合よりもＰＭ堆積速度を小さい値に補正する処理を含む。

ＰＭセンサのなかには、その形状および配置等によって、排気流速の変化速度が大きいほど、ＰＭセンサ内への排気の取り込みが阻害され、ＰＭ堆積速度が小さくなるという特性を有するものが存在する。この点に鑑み、上記構成においては、排気の流速の変化速度が基準値を超える場合、過渡補正によってＰＭ堆積速度が小さい値に補正される。そのため、排気流速の変化速度が大きいほどＰＭ堆積速度が小さくなるという特性を有するＰＭセンサを採用する場合において、過渡補正後のＰＭ堆積速度を実際のＰＭ堆積速度により近づけることができる。

（３） ある実施の形態においては、制御装置は、過渡補正を行なう際に、排気の流速の変化速度、煤濃度の変化速度、温度差の変化速度のうちの２つ以上のパラメータを算出し、２つ以上のパラメータにそれぞれ対応する２つ以上の補正係数を算出し、算出された２つ以上の補正係数のうちの最小値あるいは最大値を用いてＰＭ堆積速度を補正する。

上記構成によれば、過渡補正を行なう際に、複数のパラメータのそれぞれに対応する補正係数をすべてＰＭ堆積速度の算出に反映させることによる過剰な補正を防止することができる。

（４） 本開示によるエンジンの排気処理装置は、エンジンの排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路におけるフィルタよりも下流の部分に設けられた検出素子を有し、検出素子への粒子状物質の堆積量であるＰＭ堆積量に応じた信号を出力するＰＭセンサと、制御装置とを備える。制御装置は、排気中の煤濃度、および排気と検出素子との温度差の少なくとも一方を用いて検出素子への粒子状物質の堆積量の推定値である推定ＰＭ堆積量を算出可能に構成される。制御装置は、煤濃度の変化速度、温度差の変化速度の少なくとも一方のパラメータが当該パラメータに対応する基準値を超える場合、対応する基準値を超えるパラメータを用いて推定ＰＭ堆積量を補正する。

上記構成によれば、煤濃度の変化速度、温度差の変化速度の少なくとも一方のパラメータが当該パラメータに対応する基準値を超える場合（すなわち過渡状態である場合）、基準値を超えるパラメータを用いて推定ＰＭ堆積量が補正される。その結果、過渡状態においてもＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量を精度よく推定することができる。

排気処理装置の全体構成図の一例を示す。 ＰＭセンサの概略構成およびＰＭセンサの排気通路への設置状態を示す図である。 ＰＭセンサのセンサ素子の一部を拡大した図である。 ＰＭ堆積速度と排気流速Ｖｇとの対応関係の一例を模式的に示す図である。 ＰＭ堆積速度と排気中の煤濃度Ｃｓとの対応関係の一例を模式的に示す図である。 ＰＭ堆積速度と、ＰＭセンサと排気との温度差Ｄｔとの対応関係の一例を模式的に示す図である。 従来手法で算出された推定ＰＭ堆積量Ａｅの実際のＰＭ堆積量Ａに対するずれ量の割合を、エンジンの複数の運転パターン毎に示した図である。 定常状態における、ＰＭセンサ内への排気の取り込み状態を模式的に示す図である。 過渡状態における、ＰＭセンサ内への排気の取り込み状態を模式的に示す図である。 ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。 排気流速の変化速度ΔＶｇと過渡補正係数Ｋｇとの対応関係を示す図（その１）である。 急加速が少ない運転パターンにおけるエンジン回転速度Ｎｅ、排気流速Ｖｇ、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅ、推定ＰＭ堆積量Ａｅ、およびＰＭセンサ出力Ｉの変化の一例を示す図である。 急加速が多い運転パターンにおける、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流速Ｖｇ、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅ、推定ＰＭ堆積量Ａｅ、およびＰＭセンサ出力Ｉの変化の一例を示す図である。 排気流速の変化速度ΔＶｇと過渡補正係数Ｋｇとの対応関係を示す図（その２）である。 煤濃度の変化速度ΔＣｓと過渡補正係数Ｋｃとの対応関係の一例を示す図である。 温度差の変化速度ΔＤｔと過渡補正係数Ｋｔとの対応関係の一例を示す図である。 ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態による排気処理装置の全体構成の一例を模式的に示す図である。この排気処理装置は、エンジン１０の排気を浄化する装置であって、酸化触媒１３と、フィルタ１４と、燃料添加弁３０と、ＰＭセンサ８０と、電子制御装置（Electronic Control Unit、以下「ＥＣＵ」という）１００とを含む。

エンジン１０は、一般的なディーゼルエンジンである。なお、エンジン１０はガソリンエンジンであってもよい。エンジン１０には、エンジン回転速度センサ５０が設けられている。エンジン回転速度センサ５０は、エンジン１０の回転速度（以下「エンジン回転速度Ｎｅ」という）を検出し、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。

エンジン１０の各気筒には、燃料噴射弁２０が設けられる。各燃料噴射弁２０には、図示しない燃料ポンプによって燃料タンクからの燃料が供給されている。各燃料噴射弁２０は、ＥＣＵ１００からの制御信号によって作動（開弁）し、各気筒に燃料を噴射する。

エンジン１０には、吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１には、エアフローメータ４０が設けられる。エアフローメータ４０は、吸気通路１１を流通する吸気流量Ｇａを検出し、検出結果をＥＣＵ１００へ出力する。

排気通路１２には、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１３が設けられている。また、排気通路１２における酸化触媒１３よりも下流の部分には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ１４が設けられている。フィルタ１４は、多孔質のセラミック構造体で構成されており、排気中のＰＭはこの多孔質の壁を通過する際に捕集される。

排気通路１２における酸化触媒１３よりも上流の部分には、燃料添加弁３０が設けられる。燃料添加弁３０は、図示しない燃料ポンプによって燃料タンクからの燃料が供給されている。燃料添加弁３０は、ＥＣＵ１００からの制御信号によって作動（開弁）し、排気通路１２における酸化触媒１３よりも上流の部分に燃料を噴射する。

さらに、排気通路１２には、３つの温度センサ６０，６１，６２が設けられる。温度センサ６０は、酸化触媒１３の入口付近を流れる排気の温度Ｔａを検出し、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。温度センサ６１は、フィルタ１４の入口付近を流れる排気の温度Ｔｂを検出し、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。温度センサ６２は、フィルタ１４の出口付近を流れる排気の温度Ｔｃを検出し、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。

ＰＭセンサ８０は、排気通路１２におけるフィルタ１４よりも下流の部分に設けられる。ＰＭセンサ８０の構造については後述する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、およびメモリ１０１を内蔵する。ＥＣＵ１００は、メモリ１０１に記憶された情報および各種センサからの情報などに基づいて、エンジン１０に係る各種制御を実行する。

上記のように構成されるエンジン１０においては、排気中に含まれるＰＭはフィルタ１４によって捕集され、外部への放出が抑制される。しかしながら、フィルタ１４の基材にクラック（割れ）あるいは溶損が生じると、ＰＭ捕集機能が低下し、十分なＰＭ捕集が行なえない異常状態に陥る場合がある。

そこで、ＥＣＵ１００は、フィルタ１４の下流側に配置されたＰＭセンサ８０の出力を利用して、フィルタ１４の異常の有無を判定する処理（以下「フィルタ異常判定処理」ともいう）を行なう。フィルタ異常判定処理について説明するにあたり、先ず、ＰＭセンサ８０の構造について説明する。

図２は、ＰＭセンサ８０の概略構成およびＰＭセンサ８０の排気通路１２への設置状態を示す図である。

ＰＭセンサ８０は、排気中のＰＭが付着して堆積するセンサ素子８１と、該センサ素子８１を覆う内カバー８２と、該内カバー８２を覆う外カバー８３とを有する。内カバー８２と外カバー８３との間には、両カバーの長手方向（センサ素子８１の長手方向）に沿って、排気が流れる排気流路８０ａが形成されている。この排気流路８０ａは、一方の端部８０ｂが排気通路１２に連通され、他方が内カバー８２内に形成される排気流路８０ｅと繋がっている。排気流路８０ｅの排気通路１２側の端部８０ｃは、排気通路１２に連通されている。

したがって、ＰＭセンサ８０においては、排気流路８０ａの開口部である端部８０ｂから排気が排気流路８０ａ内に取り込まれ、更に排気流路８０ｅに流れ込み、排気流路８０ｅの排気通路１２側の端部８０ｃから排気通路１２へ戻される。そして、このようにＰＭセンサ８０内に取り込まれた排気が排気流路８０ｅを流れる際にセンサ素子８１に接触するため、排気中のＰＭがセンサ素子８１に付着、堆積していくことになる。

図３は、ＰＭセンサ８０のセンサ素子８１の一部を拡大した図である。センサ素子８１は、電気を通さないセラミック素子Ｃと、セラミック素子Ｃの表面に配置される一対の電極Ｔ１，Ｔ２とを有する。一対の電極Ｔ１，Ｔ２は、互いに接触しない状態で、互いに一定の間隔を開けて配置されている。

セラミック素子Ｃは、ＰＭを付着させる機能を有する。図示しない電源回路等からの電圧が電極Ｔ１，Ｔ２間に印加されると、電極Ｔ１，Ｔ２間に電界が発生し、この電界によって排気中の帯電したＰＭが引き寄せられ、電極Ｔ１，Ｔ２間にＰＭが堆積していく。

また、セラミック素子Ｃの内部には、温度センサＵおよびヒータＨが埋め込まれている。温度センサＵは、電極Ｔ１，Ｔ２近傍の温度をＰＭセンサ温度として検出し、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。ヒータＨは、電源回路等を介して通電可能に構成される。ヒータＨは、電源回路等からの通電によって、発熱してセンサ素子８１を加熱し、電極Ｔ１，Ｔ２間に堆積したＰＭを燃焼させて除去する。以下、ヒータＨに通電して電極Ｔ１，Ｔ２間に堆積したＰＭを除去する処理を「ＰＭセンサ再生処理」ともいう。

ＰＭセンサ８０は、ＥＣＵ１００に電気的に接続されている。そして、ＰＭセンサ８０は、電極Ｔ１，Ｔ２間の電気抵抗に応じた電流ＩをＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００は、ＰＭセンサ８０が出力する電流Ｉ（以下「ＰＭセンサ出力Ｉ」ともいう）に基づいて、排気中のＰＭ量を検出することができる。具体的には、ＰＭセンサ８０によるＰＭ検出は、ＰＭセンサ再生処理を行った直後から開始される。ＰＭセンサ再生処理直後は、電極Ｔ１，Ｔ２間にＰＭが堆積していないため、電極Ｔ１，Ｔ２間は絶縁されており、ＰＭセンサ出力Ｉはゼロとなる。

そして、排気がＰＭセンサ８０内に取り込まれていくことで、電極Ｔ１，Ｔ２間に徐々にＰＭが堆積していく。ＰＭセンサ８０の電極Ｔ１，Ｔ２間に堆積するＰＭの量（以下、単に「ＰＭ堆積量Ａ」ともいう）が少ない状態では、電極Ｔ１，Ｔ２間に堆積したＰＭによる導通パスがまだ形成されず、したがって、電極Ｔ１，Ｔ２間はまだ絶縁された状態にあり、ＰＭセンサ出力Ｉはゼロのままである。その後、電極Ｔ１，Ｔ２間にＰＭが更に堆積し、ＰＭ堆積量Ａが一定量に達すると、堆積したＰＭによって電極Ｔ１，Ｔ２間に導通パスが形成される。このような導通パスが形成されると、電極Ｔ１，Ｔ２間の電気抵抗が下がり、ＰＭセンサ出力Ｉが増加し始める。そして、ＰＭ堆積量Ａが多くなるほど、導通パスが大きくなり、電極Ｔ１，Ｔ２間の電気抵抗が更に下がっていくため、ＰＭセンサ出力Ｉはより大きくなる。

上述のフィルタ異常判定処理は、ＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも大きいか否かに基づいて行なわれる。フィルタ異常判定処理を効果的に行なうためには、ＰＭセンサ８０に所定期間ＰＭを取り込み、フィルタ１４の異常状態をＰＭ堆積量に反映させる必要がある。そこで、ＥＣＵ１００は、エンジン１０から排出されフィルタ１４を通った排気の一部がＰＭセンサ８０に取り込まれ、その取り込まれた排気に含まれるＰＭがセンサ素子８１に堆積するとの前提で、センサ素子８１へのＰＭ堆積量の推定値（以下「推定ＰＭ堆積量Ａｅ」ともいう）を算出する。そして、推定ＰＭ堆積量Ａｅが、効果的な異常判定が可能となるＰＭ堆積量として設定された「判定値Ａｔｈ」に到達したタイミングで、ＰＭセンサ出力Ｉに基づいたフィルタ異常判定処理を行なう。したがって、フィルタ異常判定処理を精度よく行なうためには、推定ＰＭ堆積量Ａｅを精度よく算出することが重要である。

ここで、単位時間あたりにＰＭがセンサ素子８１に堆積する量（以下「ＰＭ堆積速度」ともいう）は、排気流速Ｖｇ、排気中の煤濃度Ｃｓ、および排気とＰＭセンサ８０（センサ素子８１）との温度差Ｄｔに応じて変化する特性があることが、従来より知られている。

図４は、ＰＭ堆積速度と排気流速Ｖｇとの対応関係の一例を模式的に示す図である。図４に示すように、排気流速Ｖｇが大きいほど、センサ素子８１に接触するＰＭ量が多くなるため、ＰＭ堆積速度は大きくなる。

図５は、ＰＭ堆積速度と排気中の煤濃度Ｃｓとの対応関係の一例を模式的に示す図である。図５に示すように、煤濃度Ｃｓが高いほど、排気中のＰＭ量が多いため、ＰＭ堆積速度は大きくなる。

図６は、ＰＭ堆積速度と、排気とＰＭセンサ８０との温度差Ｄｔとの対応関係の一例を模式的に示す図である。図６に示すように、温度差Ｄｔが大きいほど、ＰＭが熱泳動によって高温側の排気から低温側のセンサ素子８１に吸い寄せられるため、ＰＭ堆積速度は大きくなる。

従来においては、図４〜６に示される特性を踏まえ、排気流速Ｖｇ、煤濃度Ｃｓ、および温度差Ｄｔをパラメータとして推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを求め、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを積算することで推定ＰＭ堆積量Ａｅを求めるのが主流であった。

しかしながら、本願の発明者等は、上述の図４〜６に示される特性は各パラメータが安定している定常状態における特性であり、各パラメータが変動する過渡状態においては、上述の図４〜６に示される特性を示さず、従来手法で算出された推定ＰＭ堆積量Ａｅは実際のＰＭ堆積量Ａからずれる可能性があることを実験等によって見出した。

図７は、従来手法で算出された推定ＰＭ堆積量Ａｅが実測されたＰＭ堆積量Ａに対してずれている量の割合を、エンジン１０の複数の運転パターンＰ１〜Ｐ８毎に示した図である。ここで、運転パターンＰ１〜Ｐ４は加速が比較的多く過渡状態の多い（定常走行の少ない）運転パターンであり、運転パターンＰ５〜Ｐ８は加速が比較的少なく定常走行の多い（過渡状態の多い）運転パターンである。図７から明らかであるように、過渡状態を多く含む運転パターンＰ１〜Ｐ４では、定常状態を多く含む運転パターンＰ５〜Ｐ８と比べて、従来手法で算出された推定ＰＭ堆積量Ａｅが実測されたＰＭ堆積量Ａからかなりずれていることが理解できる。

図８は、排気流速Ｖｇが所定値Ｖ１で安定している定常状態における、ＰＭセンサ８０内への排気の取り込み状態を模式的に示す図である。定常状態においては、排気の取り込み量が比較的安定して確保される。

図９は、排気流速Ｖｇの増加中に一時的に所定値Ｖ１となった過渡状態（加速状態）における、ＰＭセンサ８０内への排気の取り込み状態を模式的に示す図である。過渡状態においては、排気流速Ｖｇの変動によってＰＭセンサ８０内への排気の取り込みが阻害され、その影響で、排気の取り込み量が定常状態に比べて少なくなる傾向にある。その結果、過渡状態においては、定常状態に比べて、センサ素子８１でのＰＭ堆積が良好に行なわれず、ＰＭ堆積速度が小さくなる。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇを算出し、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超える場合、排気流速の変化速度ΔＶｇを用いて推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正する「過渡補正」を行なう。これにより、過渡補正を行なわない場合に比べて、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅが実際のＰＭ堆積速度により近い値となる。その結果、過渡状態においても、推定ＰＭ堆積量Ａｅを精度よく算出することができる。

図１０は、ＥＣＵ１００がフィルタ異常判定処理を行なう際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、たとえば、エンジン１０の運転開始時に開始される。

まず、ＥＣＵ１００は、上述の「ＰＭセンサ再生処理」を実行する（ステップＳ１０）。これにより、ＰＭセンサ８０のセンサ素子８１の電極Ｔ１，Ｔ２間に堆積しているＰＭが除去される。

ＰＭセンサ再生処理が終了すると、ＥＣＵ１００は、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを算出するためのパラメータである、排気流速Ｖｇ、煤濃度Ｃｓ、および温度差Ｄｔを算出する（ステップＳ１１）。

たとえば、ＥＣＵ１００は、吸気流量Ｇａなどをパラメータとして排気流速Ｖｇを算出する。また、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射弁２０からの燃料噴射量などをパラメータとして煤濃度Ｃｓを算出する。また、ＥＣＵ１００は、排気の温度Ｔａ〜Ｔｃから推定される排気温度と、ＰＭセンサ８０内の温度センサＵによって検出されたＰＭセンサ温度との差分を、温度差Ｄｔとして算出する。

次いで、ＥＣＵ１００は、排気流速Ｖｇ、煤濃度Ｃｓ、および温度差Ｄｔをパラメータとして推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを算出する（ステップＳ１２）。たとえば、ＥＣＵ１００は、上述の図４〜６に示した特性を考慮して作成されたマップ等を参照して、排気流速Ｖｇ、煤濃度Ｃｓ、および温度差Ｄｔに対応する推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを算出する。

次いで、ＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇを算出する（ステップＳ１４）。たとえば、ＥＣＵ１００は、前回演算時の排気流速Ｖｇと今回演算時の排気流速Ｖｇとの差分から、排気流速の変化速度ΔＶｇを算出する。なお、排気流速の変化速度ΔＶｇの算出手法は、これに限定されない。たとえば、排気流速Ｖｇはエンジン回転速度Ｎｅの変化や燃料噴射量の変化によって過渡状態となる点に鑑み、エンジン回転速度Ｎｅの変化および燃料噴射量の変化から排気流速の変化速度ΔＶｇを算出するようにしてもよい。

次いで、ＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超えているか否かを判定する（ステップＳ２０）。ここで、基準値Ｖｔｈは、排気流速の変化速度ΔＶｅが大きくなることで、ＰＭセンサ８０内への排気の取り込み不良が生じ、それにより、図４に示す特性からの乖離が生じることを判定するためのしきい値である。

排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超えていない場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、ＰＭセンサ８０内への排気取り込み不良は生じておらず、図４に示す特性からの乖離は生じていないため、ＥＣＵ１００は、過渡補正処理（ステップＳ２２，Ｓ２４）をスキップして、処理をＳ２６に移行する。

一方、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超えている場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、ＰＭセンサ８０内への排気取り込み不良により図４に示す特性からの乖離が生じていることが想定されるため、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２で算出した推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを排気流速の変化速度ΔＶｇを用いて補正する（ステップＳ２２，Ｓ２４）。

具体的には、ＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇに基づいて、過渡補正係数Ｋｇを算出する（ステップＳ２２）。この過渡補正係数Ｋｇは、排気流速の変化速度ΔＶｇによる影響を、ステップＳ１２で算出した推定ＰＭ堆積量Ａｅに反映させるための係数である。

図１１は、排気流速の変化速度ΔＶｇと過渡補正係数Ｋｇとの対応関係を示す図である。排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈである場合には過渡補正係数Ｋｇは「１．０」に設定され、排気流速の変化速度ΔＶｇが大きくなるほど過渡補正係数Ｋｇは小さくなるように設定される。これは、排気流速の変化速度ΔＶｇが大きいほど、ＰＭセンサ８０内への排気の取り込みが阻害され、ＰＭ堆積速度が小さくなるという特性を反映したものである。たとえば、ＥＣＵ１００は、図１１に示した対応関係を考慮して作成されたマップ等を参照して、排気流速の変化速度ΔＶｇに対応する過渡補正係数Ｋｇを算出する。

図１０に戻って、過渡補正係数Ｋｇの算出後、ＥＣＵ１００は、過渡補正係数Ｋｇを用いて、ステップＳ１２で算出した推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正する「過渡補正」を行なう（ステップＳ２４）。具体的には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２で算出した推定ＰＭ堆積速度ＶｅにステップＳ２２で算出した過渡補正係数Ｋｇを乗じた値を、過渡補正後の推定ＰＭ堆積速度Ｖｅとする。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２２あるいはステップＳ２６において算出された推定ＰＭ堆積速度Ｖｅ、および次式（１）を用いて、推定ＰＭ堆積量Ａｅを算出する（ステップＳ２６）。

Ａｅ（ｎ）＝Ａｅ（ｎ−１）＋Ｖｅ・Δｔ …（１）
式（１）において、「Ａｅ（ｎ）」は今回の演算で算出される推定ＰＭ堆積量Ａｅであり、「Ａｅ（ｎ−１）」は前回の演算時に算出された推定ＰＭ堆積量Ａｅである。「Δｔ」は前回の演算時から今回の演算時までの経過時間である。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２６において算出された推定ＰＭ堆積量Ａｅ（ｎ）が判定値Ａｔｈに達したか否かを判定する（ステップＳ３０）。ここで、判定値Ａｔｈは、上述したように、効果的なフィルタ異常判定処理が可能となるＰＭ堆積量として設定された値である。

推定ＰＭ堆積量Ａｅ（ｎ）が判定値Ａｔｈに達していない場合（ステップＳ３０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１１に戻し、推定ＰＭ堆積量Ａｅ（ｎ）が判定値Ａｔｈに達するまでステップＳ１１〜Ｓ３０の処理を繰り返す。

推定ＰＭ堆積量Ａｅ（ｎ）が判定値Ａｔｈに達した場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、上述のフィルタ異常判定処理を行なう（ステップＳ４０〜Ｓ４４）。

具体的には、ＥＣＵ１００は、ＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ４０）。ＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも大きい場合（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、フィルタ１４が異常であると判定する（ステップＳ４２）。ＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも小さい場合（ステップＳ４０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、フィルタ１４が正常であると判定する（ステップＳ４４）。

なお、ステップＳ４０において、推定ＰＭ堆積量Ａｅ（ｎ）が判定値Ａｔｈに達したタイミングよりもＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも大きくなったタイミングのほうが早いか否かを判定するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、推定ＰＭ堆積量Ａｅ（ｎ）が判定値Ａｔｈに達したタイミングよりもＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも大きくなったタイミングが早い場合にフィルタ１４が異常であると判定し、そうでない場合にフィルタ１４が正常であると判定することができる。

図１２は、急加速が少ない運転パターンにおけるエンジン回転速度Ｎｅ、排気流速Ｖｇ、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅ、推定ＰＭ堆積量Ａｅ、およびＰＭセンサ出力Ｉの変化の一例を示す図である。急加速が少ない場合には、排気流速Ｖｇは急激には変化せず、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超え難い。そのため、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅの過渡補正はほとんど行なわれず、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅは従来どおり定常状態の特性を用いて算出される値となる。

なお、図１２に示す例では、時刻ｔ１において推定ＰＭ堆積量Ａｅが判定値Ａｔｈに達し、このタイミングでＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも大きいため、フィルタ１４が異常であると判定される。

図１３は、急加速が多い運転パターンにおける、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流速Ｖｇ、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅ、推定ＰＭ堆積量Ａｅ、およびＰＭセンサ出力Ｉの変化の一例を示す図である。急加速が多い場合には、排気流速Ｖｇが急激に変化し、この影響でＰＭセンサ８０内部への排気の取り込みが好適に行なわれず、実際のＰＭ堆積速度は低下する。

それにも関わらず、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅが従来のように定常状態の特性のみを用いて算出される（一点鎖線）と、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅが実際のＰＭ堆積速度よりも大きくなってしまう。その結果、推定ＰＭ堆積量Ａｅが早期に判定値Ａｔｈに達してしまい、フィルタ異常判定処理が適切なタイミングよりも早い時刻ｔ１１で実行されてしまう。すなわち、時刻ｔ１１においては、センサ素子８１でのＰＭ堆積が十分に行なわれない状況である。そのため、仮に時刻ｔ１１でフィルタ異常判定処理が行なわれると、実際にはフィルタ１４が異常であるにも関わらず、誤って正常であると判定されることが懸念される。

これに対し、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超える毎に、排気流速の変化速度ΔＶｇを用いた推定ＰＭ堆積量Ａｅの過渡補正を行なう。その結果、推定ＰＭ堆積量Ａｅの過渡補正を行なわない従来値（一点鎖線）に比べて、推定ＰＭ堆積量Ａｅが実際のＰＭ堆積速度に近い値となる。その結果、推定ＰＭ堆積量Ａｅが緩やかに増加することになり、実際のＰＭ堆積量により近い値となる。これにより、上述のような誤判定を回避することができる。

なお、図１３に示す例では、過渡補正後の推定ＰＭ堆積量Ａｅ（実線）が時刻ｔ１２にて判定値Ａｔｈに達し、このタイミングでＰＭセンサ出力Ｉがしきい値Ｉｔｈよりも大きいため、フィルタ１４が異常であると判定される。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超える過渡状態である場合、排気流速の変化速度ΔＶｇを用いて、推定ＰＭ堆積量Ａｅの算出に用いられる推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正する「過渡補正」を行なう。これにより、過渡補正後の推定ＰＭ堆積速度Ｖｅは、過渡補正を行なわない場合に比べて、実際のＰＭ堆積速度により近い値となる。そして、ＥＣＵ１００は、過渡補正後の推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを用いて推定ＰＭ堆積量Ａｅを算出する。その結果、過渡状態であっても、推定ＰＭ堆積量Ａｅを精度よく算出することができる。

＜変形例１＞
上述の実施の形態においては、排気流速の変化速度ΔＶｇが大きいほど過渡補正係数Ｋｇを小さくする例を示した（図１１参照）。これは、上述の実施の形態におけるＰＭセンサ８０が排気流速の変化速度ΔＶｇが大きいほどＰＭ堆積速度が小さくなるという特性を有することに鑑み、この特性を過渡補正係数Ｋｇに反映させたものである。

しかしながら、ＰＭセンサ８０の内カバー８２および外カバー８３の形状、センサ素子８１の配置等によっては、排気流速の変化速度ΔＶｇが大きいほど、ＰＭ堆積速度が大きくなるという特性になることも考えられる。このような場合には、その特性に合わせて、排気流速の変化速度ΔＶｇが大きいほど過渡補正係数Ｋｇを大きくするように設定すればよい。

図１４は、本変形例１における、排気流速の変化速度ΔＶｇと過渡補正係数Ｋｇとの対応関係を示す図である。この例では、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈである場合に過渡補正係数Ｋｇは「１．０」に設定され、排気流速の変化速度ΔＶｇが大きくなるほど過渡補正係数Ｋｇは大きくなるように設定される。

＜変形例２＞
上述の実施の形態においては、排気流速の変化速度ΔＶｇが基準値Ｖｔｈを超える場合に、排気流速の変化速度ΔＶｇに応じた過渡補正係数Ｋｇを算出し、過渡補正係数Ｋｇを用いて推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正する例を示した。しかしながら、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するパラメータは、排気流速の変化速度ΔＶｇに限定されない。

たとえば、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するパラメータを、排気流速の変化速度ΔＶｇに代えて、排気中の煤濃度の変化速度ΔＣｓとしてもよい。すなわち、煤濃度の変化速度ΔＣｓが基準値Ｃｔｈを超える場合に、煤濃度の変化速度ΔＣｓに応じた過渡補正係数Ｋｃを算出し、過渡補正係数Ｋｃを用いて推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するようにしてもよい。

図１５は、煤濃度の変化速度ΔＣｓと過渡補正係数Ｋｃとの対応関係の一例を示す図である。この例では、煤濃度の変化速度ΔＣｓが基準値Ｃｔｈである場合に過渡補正係数Ｋｃが「１．０」に設定され、煤濃度の変化速度ΔＣｓが大きくなるほど過渡補正係数Ｋｃは小さい値に設定される。

また、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するパラメータを、排気流速の変化速度ΔＶｇに代えて、排気とＰＭセンサ８０（センサ素子８１）との温度差の変化速度ΔＤｔとしてもよい。すなわち、温度差の変化速度ΔＤｔが基準値Ｄｔｈを超える場合に、温度差の変化速度ΔＤｔに応じた過渡補正係数Ｋｔを算出し、過渡補正係数Ｋｔを用いて推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するようにしてもよい。

図１６は、温度差の変化速度ΔＤｔと過渡補正係数Ｋｔとの対応関係の一例を示す図である。この例では、温度差の変化速度ΔＤｔが基準値Ｄｔｈである場合に過渡補正係数Ｋｔは「１．０」に設定され、温度差の変化速度ΔＤｔが大きくなるほど過渡補正係数Ｋｔは小さい値に設定される。

また、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するパラメータを、排気流速の変化速度ΔＶｇに代えて、排気中の煤濃度の変化速度ΔＣｓおよび温度差の変化速度ΔＤｔとしてもよい。

＜変形例３＞
また、排気流速の変化速度ΔＶｇに応じた過渡補正係数Ｋｇ（図１１あるいは図１４参照）、煤濃度の変化速度ΔＣｓに応じた過渡補正係数Ｋｃ（図１５参照）、温度差の変化速度ΔＤｔに応じた過渡補正係数Ｋｔ（図１６参照）を算出し、これらの３つの過渡補正係数のうちの最小値あるいは最大値を用いて、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するようにしてもよい。

図１７は、本変形例によるＥＣＵ１００がフィルタ異常判定処理を行なう際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、上述の図１０のフローチャートのステップＳ２０〜Ｓ２６を、ステップＳ５０〜Ｓ５２に変更したものである。その他のステップ（上述の図１０に示したステップと同じ番号を付しているステップ）については、既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。

ステップＳ１２において推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを算出した後、ＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇ、煤濃度の変化速度ΔＣｓ、温度差の変化速度ΔＤｔを算出する（ステップＳ５０）。

次いで、ＥＣＵ１００は、排気流速の変化速度ΔＶｇ、煤濃度の変化速度ΔＣｓ、温度差の変化速度ΔＤｔに基づいて、それぞれ過渡補正係数Ｋｇ，Ｋｃ，Ｋｔを算出する（ステップＳ５１）。ＥＣＵ１００は、上述の図１１（あるいは図１４）、図１５、図１６に示す対応関係から、それぞれ過渡補正係数Ｋｇ，Ｋｃ，Ｋｔを算出する。

次いで、ＥＣＵ１００は、過渡補正係数Ｋｇ，Ｋｃ，Ｋｔのうちの最大値ｍａｘ（Ｋｇ，Ｋｃ，Ｋｔ）を用いて、ステップＳ１２で算出した推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正する「過渡補正」を行なう（ステップＳ５２）。具体的には、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２で算出した推定ＰＭ堆積速度Ｖｅに、過渡補正係数Ｋｇ，Ｋｃ，Ｋｔのうちの最大値ｍａｘ（Ｋｇ，Ｋｃ，Ｋｔ）を乗じた値を、補正後の推定ＰＭ堆積速度Ｖｅとする。

なお、過渡補正係数Ｋｇ，Ｋｃ，Ｋｔのうちの最小値を用いて、推定ＰＭ堆積速度Ｖｅを補正するようにしてもよい。

＜変形例４＞
また、排気中の煤濃度の変化速度ΔＣｓおよび温度差の変化速度ΔＤｔを用いて、推定ＰＭ堆積量Ａｅの算出に用いられる推定ＰＭ堆積速度Ｖｅではなく、推定ＰＭ堆積量Ａｅを直接的に補正するようにしてもよい。

たとえば、ＥＣＵ１００は、排気中の煤濃度の変化速度ΔＣｓおよび温度差の変化速度ΔＤｔの少なくとも一方のパラメータがそれぞれに対応する基準値を超えたか否かを判定し、少なくとも一方のパラメータが対応する基準値を超えた場合、基準値を超えたパラメータを用いて推定ＰＭ堆積量Ａｅを直接的に補正するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ エンジン、１１ 吸気通路、１２ 排気通路、１３ 酸化触媒、１４ フィルタ、２０ 燃料噴射弁、３０ 燃料添加弁、４０ エアフローメータ、５０ エンジン回転速度センサ、６０，６１，６２ 温度センサ、８０ ＰＭセンサ、８０ａ，８０ｅ 排気流路、８０ｂ，８０ｃ 端部、８１ センサ素子、８２ 内カバー、８３ 外カバー、１００ ＥＣＵ、１０１ メモリ。

Claims (2)

1. エンジンの排気処理装置であって、
   前記エンジンの排気通路に設けられ、排気中の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の部分に設けられた検出素子を有し、前記検出素子への粒子状物質の堆積量であるＰＭ堆積量に応じた信号を出力するＰＭセンサと、
   前記排気通路中の排気の流速、前記排気中の煤濃度、前記排気と前記検出素子との温度差の少なくとも１つを用いて前記検出素子への粒子状物質の堆積速度を示すＰＭ堆積速度を算出し、前記ＰＭ堆積速度を用いて前記検出素子への粒子状物質の堆積量の推定値である推定ＰＭ堆積量を算出可能に構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記排気の流速の変化速度、前記煤濃度の変化速度、前記温度差の変化速度のうちの少なくとも１つのパラメータを算出し、算出された前記パラメータの値が当該パラメータに対応する基準値を超える場合には、前記対応する基準値を超えるパラメータに対応する補正係数を算出し、算出された前記補正係数を用いて前記ＰＭ堆積速度を補正する過渡補正を行ない、前記過渡補正によって補正された前記ＰＭ堆積速度を用いて前記推定ＰＭ堆積量を算出するように構成され、
   前記制御装置は、前記過渡補正を行なう際に、前記排気の流速の変化速度、前記煤濃度の変化速度、前記温度差の変化速度のうちの２つ以上のパラメータを算出し、前記２つ以上のパラメータにそれぞれ対応する２つ以上の補正係数を算出し、算出された前記２つ以上の補正係数のうちの最小値あるいは最大値を用いて前記ＰＭ堆積速度を補正する、エンジンの排気処理装置。
2. 前記過渡補正は、前記排気の流速の変化速度が前記対応する基準値を超える場合に、前記排気の流速の変化速度が前記対応する基準値を超えない場合よりも前記ＰＭ堆積速度を小さい値に補正する処理を含む、請求項１に記載のエンジンの排気処理装置。

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