WO2004036002A1

WO2004036002A1 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: WO2004036002A1
Application number: PCT/JP2003/013221
Authority: WO
Inventors: Satoshi Hiranuma; Ritsuko Shinozaki; Yoshinori Takahashi; Takeshi Hashizume; Yoshinaka Takeda; Reiko Doumeki; Shinichi Saito; Toru Kawatani; Kenji Kawai
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck And Bus Corporation
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2004-04-29
Also published as: CN1703570A; DE10393519T5; JPWO2004036002A1; KR20050059265A; US7497078B2; CN100371563C; KR100721321B1; US20060107658A1

Abstract

この内燃機関の排気浄化装置は、精度良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制できるようにしている。この排気浄化装置は、内燃機関2に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ22及びフィルタ上又はフィルタ上流の排気系に設けられNO2を生成する機能部21を有する。排出量演算手段A1によりパティキュレート排出量Meを空気過剰率λに基づき演算する。燃焼量演算手段A2によりフィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量Mbを演算する。更に、堆積量演算手段A3によりパティキュレート排出量Me及びパティキュレート燃焼量Mbに基づきパティキュレート堆積量Maを演算している。

Description

明細書

内燃機関の排気浄化装置

技術分野

この発明は、内燃機関の排ガス中よりカーボン粒子等を捕集する内燃機関の排気浄化装置、特に、フィルタによって捕集された力一ボンを酸化触媒により生成された二酸化窒素（N O ₂ ) を利用してフィルタ上で酸化除去する内燃機関の排気浄化装置に関する。

背景技術

内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排ガス中には、カーボン微粒子等を核とするパティキュレートが混入しており、このパティキュレートを大気中に放出することなく捕集するためにディーゼルエンジンの排ガス流路上にはパティキュレートフィルタが装着される。このパティキュレートフィルタはパティキュレート堆積量が増加すると、これを焼却して再生する必要がある。

そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレート（P M) の堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレートを強制焼却すべく加熱する強制再生手段を駆動している。例えば、強制再生手段としては、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段や、電気ヒータ或いは軽油バーナーを駆動させて排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。

このように、強制再生手段はフィルタを高温に維持する必要上、燃費悪化を招き易く、これを抑制する上で精度良く強制再生時期を検知し、強制再生ィンターバルを広く保つ必要がある。

ところで、パティキュレートは 6 0 0 °C程度の高温で酸素により酸化処理可能であるが、低温の 2 5 0 °C程度でも低温燃焼を可能とし、これにより焼却可能域を拡大し、再生促進を図れるようにした連続再生式フィルタ装置が知られている。この連続再生式フィルタ装置は、パティキュレートフィノレタに対- して排気路上流側に酸化触媒を配備し、ここで下記（ 1 ) 式の反応を促進させることで排気中の一酸化窒素（NO) を酸化して二酸化窒素（N0₂) を生成する。

2 N O + O ₂ → 2 N O ₂ ( 1 )

この二酸化窒素（NO₂) は高活性であり、パティキュレートフィルタに達した際に同フィルタに捕集済みのパティキュレート（力一ボン粒子）と下記（ 2)，（ 3 ) 式で示す反応を促進させることでパティキュレートフィルタを再生している。

N O ₂ + C → NO + CO ( 2)

N0₂ + CO → NO + C O₂ ( 3)

ところが低温燃焼を可能とした連続再生式フィルタ装置であっても、車両が街中を走行し低負荷運転域が長く続くような場合には排温が上昇せず、フィルタにパティキュレートが堆積しやすく、強制焼却して再生する必要がある。

そこで、連続再生式フィルタ装置であっても、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレート（PM) の堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回ると排温を強制的に上昇させてパティキュレートを焼却する強制再生手段が採用され、例えば、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。

例えば、フィルタに堆積したパティキュレート堆積量を簡易的に排温頻度から推定する方法が本出願人により特願 2 0 0 1— 1 44 5 0 1号（特許文献 1 ) によって提案され、特開 20 0 2— 2 7 6 4 2 2公報（特許文献 2) には酸化触媒とパティキュレートフィルタ及ぴ NO X触媒を排気路上流側よりこの順に配備し再生時にリッチ運転する連続再生型 D P Fが開示されている。

ところで、パティキュレートフィルタの上流に酸化触媒を配備した連続再生式フィルタ装置、或いは単にパティキュレートフィルタのみから成るパティキュレート浄化装置の何れであっても、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレート焼却処理に入る。ところが、この堆積量が的確に判定されていないと、即ち、堆積量を過大判定すると強制再生ィンターバルが狭まり燃費悪化を招き、堆積量を過小判定すると過度にパティキュレートが堆積し、これが燃焼して温度上昇が過大となりフィルタ破損にいたる可能性が有る。したがって、精度良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。

そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレート P Mの堆積量を検知する方法が用いられてきたが、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。特に、連続再生式フィルタ装置では連続再生において部分的な燃焼が生じてパティキュレートの堆積密度の不均一が発生しゃすく、流量一圧力損失一パティキュレート堆積量の関係が大きく崩れ、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。

なお、特許文献 1で提案されている連続再生式フィルタ装置では、パティキュレート堆積量を推定するに当たり、連続再生時のパティキュレート燃焼量の推定は可能であるがパティキュレート排出量の推定が的確で無いことによりパティキュレート堆積量検知精度が比較的低く、改善が望まれている。特許文献 2で提案されている連続再生式フィルタ装置はパティキュレート堆積量により再生時を判断することなく、再生時にリツチ運転するのみであり、燃費悪化を招き易い。

本発明は、上述の課題に基づき、精度が良く、強制再生時期を検知し、強制再生ィンターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。発明の開示本発明による内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及ぴ前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられ N O ₂ を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率に基づき演算する排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする。

このように、パティキユレ一ト燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度で求め、パティキュレート排出量を空気過剰率に基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上して強制再生のィンターパルを適正にすることができる。

好ましくは、前記堆積量演算手段により推定されたパティキユレ一ト堆積量が所定値を超えたとき、主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程に噴射された追加燃料により、排気ガス昇温を行うか、又は触媒やフィルタへ H Cを供給しフィルタ上で燃焼させる強制再生手段を備えるとしても良い。この場合、強制再生手段として追加燃料噴射による強制再生処理の他に、軽油パーナ、電気ヒータでの強制再生処理を同様に行うことができる。

更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及ぴ前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられ N O ₂を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関の運転時の空気過剰率が所定過剰率以下の空気過剰率頻度を演算する空気過剰率頻度演算手段、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率頻度に基づき求める排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が所定温度以上の温度頻度を演算する温度頻度演算手段、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼量を温度頻度に基づき求める燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により求められたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により求められたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段を備えたことを特徴とする。

この場合、 P M燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度の温度頻度に対応するパティキュレート燃焼速度を用いて求めると共に、 P M排出量を空気過剰率の頻度に基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上して強制再生のィンターバルを適正にすることがで'きる。

更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記排出量演算手段は、前記空気過剰率頻度演算手段により演算された所定期間内の区間空気過剰率頻度に対応する前記所定期間内の区間パティキュレート排出量を求めると共に、前記燃焼量演算手段は、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼速度を温度頻度に基づき求める燃焼速度演算部を含み、前記燃焼速度演算部により求められた前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼速度及び前記堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレ一ト堆積量に基づき前記フィルタに堆積されたパティキュレートの前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼量を求め、更に、前記堆積量演算手段は、同堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量、前記排出量演算手段により求められた区間パティキュレート排出量、及び前記燃焼量演算手段により求められた区間パティキュレート燃焼量に基づき、今回のパティキュレート堆積量を求めることを特徴とする。

この場合、区間 P M燃焼量を区間パティキュレート燃焼速度及び前回求められたパティキュレート堆積量で求め、区間 P M排出量を区間空気過剰率の頻度に基づき求め、更に今回のパティキュレート堆積量を前回演算されたパティキュレート堆積量、区間 P M排出量及び区間 P M燃焼量に基づき求めることにより、現在の P M堆積量の検知精度をより向上して強制再生のィンターパルを適正にすることができる。

好ましくは、前記排出量演算手段は、空気過剰率が所定値以下の頻度を重み付け係数を用いて加重平均して区間空気過剰率頻度を求めても良い。この場合、例えば、重み付け係数 w f = 0 . 5とし、これより重み付け係数 w f が 1に近づくほど前回値の影響小となる特性を得ることができ、この重み付け係数で算出された区間空気過剰率頻度を用いることで、パティキュレート排出量の検出精度が向上する。

更に、前記排出量演算手段は、空気過剰率が所定値以下の区間頻度を、次式に基づき算出しても良い。

β , = ( x i + β ^ , Χ ( i - 1 ) ) / i

所定空気過剰率以下の時： X i = 1

所定空気過剰率を超える時： X i = 0

伹し、 j8 iは i番目の頻度、 i—ェは、前回の頻度、 x i は、 i番目の判定値。

温度頻度も上記と同様の方法で求めても良い。この場合もパティキュレート排出量の検出精度が向上する。

好ましくは、前記所定期間が、単位時間、所定燃料量を消費した期間、所定走行距離の何れかであるとしても良い。この場合も同様の効果が得られる。

更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記区間パティキユレ一ト排出量演算処理では、吸入空気量及び燃料噴射量を取り込むステップと、吸入空気量及び燃料噴射量から所定区間 Δ t内の空気過剰率を演算するステップと、所定区間 Δ t内の空気過剰率に従って空気過剰率頻度 γ Δ tを演算するステップと、区間パティキュレート排出量 Ma A t {= f (γ Δ t )} を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする。

この場合、区間 PM排出量演算処理を、適確に行なえ、現在の P M堆積量の検知精度をより向上して強制再生のィンターバルを適正にすることができる。

更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記区間 PM 燃焼量演算処理では、触媒温度 g tを取り込むステップと、触媒温度 g tから区間温度頻度 /3 Δ t を演算すると共に排気ガス成分がパティキュレートを焼却し易い条件を具備するか否かの指標 NO xZ S o o tに応じた補正係数を用いて区間温度頻度 Δ tを補正するステップと、区間温度頻度 Δ t を用いて区間燃焼速度係数 α Δ t {= f ( /3 Δ t )} を演算するステップと、前回 PM堆積量 PM;— 及び区間燃焼速度係数 a Δ t を用いて PM燃焼量 Mb Δ t {= a 厶 t X ΡΜ_;__Χ)} を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする。

この場合、区間 ΡΜ燃焼量演算処理を、適確に行なえ、現在の Ρ Μ堆積量の検知精度をより向上して強制再生のィンターバルを適正にすることができる。図面の簡単な説明

第 1図は本発明の一実施形態例としての内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。

第 2図は第 1図の排気浄化装置の機能プロック図である。

第 3図は第 1図の排気浄化装置の強制再生制御処理で用いるマツプ特性説明図であり、第 3図（ a ) は空気過剰率から PM排出量 S 0 0 tを推定するためのマップを、第 3図（b ) は温度頻度から P M燃焼速度を推定するためのマップを、第 3図（ c ) は簡易強制再生制御処理で用いる温度頻度から簡易燃焼速度係数を推定するためのマップを示す。

第 4図は第 1図の排気浄化装置の強制再生制御処理での空気過剰率の頻度の経時変化を説明する線図であり、第 4図（ a ) は頻度判定結果の経時変化を、第 4図（b) は空気過剰率頻度の移動荷重平均値の波形を示す。

第 5図は第 1図の排気浄化装置で用いるマップ特性説明図であり . 第 5図（ a ) は燃料噴射量及びエンジン回転速度から NO x/S o o tを推定するためのマップを、第 5図（b ) は NO xZS o o t から捕正係数 Kを設定するためのマップを示す。

第 6図は第 1図の排気浄化装置の強制再生制御処理ルーチンのフローチャートである。

第 7図は第 6図の強制再生制御処理ルーチン中のステップ s 5で行われるポスト噴射の噴射説明図であ,る。

第 8図は本発明の第 2実施形態として、第 2図に対応する排気浄化装置の機能を説明するプロック図である。

第 9図は第 8図のプロック図に対応する PM堆積量演算に基づく強制再生制御処理ルーチンのフローチャートであり、第 9図（ a ) は強制再生時期検出ルーチンを、第 9図（b ) は区間 PM排出量演算ルーチンを、第 9図（ c ) は区間 PM燃焼量演算ルーチンを示す。発明を実施するための最良の形態

本発明の第 1実施形態を第 1図乃至第 7図を用いて説明する。第 1図は第 1の実施形態として本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置 1を装着したディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す） 2である。このエンジン 2は燃焼室 3より延出する排気路 Rを備え、この排気路 Rには排気マユホールド 4、排気管 5、その途中に配備される排気後処理装置 6、その下流の図示しないマフラーを順次接続して形成される。エンジン 2は直列 4気筒エンジンであり、各気筒にはィンジェクタ 8が設けられている。各インジェクタ 8にはこれに燃料を供給する燃料供給部 9と、インジェクタ 8により燃焼室 3に燃料噴射を行う燃料噴射部 1 1を備え、これらはエンジン E C U 1 2により駆動制御される。

燃料供給部 9はエンジン駆動の高圧燃料ポンプ 1 3の高圧燃料をエンジン E C U 1 2内の燃圧制御部 1 2 1により制御される燃圧調整部 1 4で定圧化した上でコモンレール 1 5に導き、コモンレール 1 5より分岐して延出する燃料管路 1 6を介し各インジヱクタ 8に供給する。インジェクタ 8の電磁バルブ 1 7は噴射制御部 1 2 2に接続され、同噴射制御部 1 2 2は演算された燃料噴射量、噴射時期に応じた出力信号を電磁バルブ 1 7に出力し、ィンジェクタ 8を噴射制御する。

ここで噴射制御部 1 2 2はエンジン回転数 N e とァクセルペダル踏込量 0 aに応じた燃料噴射量及び燃料噴射時期を求める。その上で、演算された噴射時期及び燃料噴射量相当の出力信号をィンジクタドライノ 1 0にセットし、燃料噴射部 1 1の電磁バルブ 1 7に出力し、インジェクタ 8の燃料噴射を制御する。

排気管 5の途中の排気後処理装置 6は金属筒状のケーシング 1 8 を備え、その膨出部 1 8 1 の内側に排気路 Rに沿って酸化触媒 2 1 及ぴディーゼルパティキュレートフィルタ（以後単にフィルタと記す） 2 2を直列状に備える。なお、酸化触媒 2 1及びフィルタ 2 2 はそれぞれ膨出部 1 8 1 との間に各々を支持する支持部材 1 9、たとえば、石綿や嵩高形状の金属網状体を介装している。

酸化触媒 2 1は触媒担持体に担持され、触媒担持体 2 1 1内の各排ガス通路 r 1は両端部が開放され、排ガスを排気路 R上流より下流側に容易に通過させることができる。触媒担持体 2 1 1はセラミック製で断面がハニカム構造を成すモノリシス型であり、互いに並列配備された多数の排ガス通路 r 1を形成され、各通路の通路対向壁面に酸化触媒 2 1が触媒層を成して担持される。

N 0 ₂を生成する機能部を成す酸化触媒 2 1は、エンジン 2から排出される排気中の一酸化窒素（NO) を酸素 0₂で酸化して高活性の二酸化窒素（NO₂) に生成し、すなわち、上述の（ 1 ) 式の生成反応を促進できる触媒性能を備えるものが選択され、ここではプラチナ系酸化触媒が採用された。

フィルタ 2 2はセラミック製、例えば、 M g， A 1 ， S i を主成分とするコージェライトから成り、多数の排ガス通路 r 2 ( r 2— 1、 r 2 - 2) を排気路 Rの方向に向けて並列状に積層してなるハ二カム構造体として形成される。ここで互いに隣合う各排ガス通路 r 2は交互に排気路 R上流側と下流側のいずれか一方が端部 2 3で閉鎖されるように形成される。これにより上流側に流入した排ガスは各排ガス通路 r 2 - 1の通路対向壁 bを透過して排気路 R下流側に出口を形成された各排ガス通路 r 2— 2に達し、排出され、その際、排ガス中よりパティキュレート（PM) を濾過する。

エンジン E CU 1 2は、吸入空気量 Q aを検出するエアフローセンサ 7と、エンジン 2のアクセルペダル開度 0 aを検出するァクセルペダル開度センサ 24と、クランク角情報 Δ Θを検出するクランク角センサ 2 5 と、排気温度 g t を検出する排気温度センサ 2 6 と、水温 w t を検出する水温センサ 2 7と、大気圧！） aを出力する大気圧センサ 2 8 と、アイドル信号 I Dを出力するアイドルスィツチ 2 9が接続される。ここでクランク角情報 Δ 0はエンジン E CU 1 2 においてエンジン回転数 N eの導出に用いられると共に後述の燃料噴射時期制御に使用される。

エンジン E CU 1 2はその入出力回路に多数のポートを有し、ァクセルペダル開度センサ 2 4、クランク角センサ 2 5、排気温度センサ 2 6、水温センサ 2 7、大気圧センサ 2 8等よりの検出信号を採り込む。エンジン E CU 1 2は燃圧制御部 1 2 1、噴射制御部 1 2 2や周知のエンジン制御処理機能を備え、特に、強制再生制御を成す排出量演算手段 A 1、燃焼量演算手段 A 2、堆積量演算手段 A 3の制御機能を備える（第 2図参照）。ここで、排出量演算手段 A 1はエンジン 2から排出されるパティキュレートの排出量（以後 PM排出量と記す） M eを空気過剰率； L に基づき演算する。ここでは PM排出量 M e演算マップ m 1 (第 3 図（ a ) 参照）を用い、空気過剰率えより PM排出量 M eを積算する。

燃焼量演算手段 A 2はフィルタ 2 2上流の排気ガス温度 g t又はフィルタ 2 2のフィルタ温度（排気ガス温度と同値と見做す） g t に基づきパティキュレート燃焼量（以後 PM燃焼量と記す） Mbを演算する。

堆積量演算手段 A 3は排出量演算手段 A 1により演算されたパティキュレート排出量 M a及び燃焼量演算手段 A 2により演算されたパティキュレート燃焼量 Mbに基づきフィルタ 2 2へのパティキュレート堆積量（以後 PM堆積量と記す） Maを演算する。

このような内燃機関の排気浄化装置 1を装備したエンジン 2の駆動時において、エンジン E C U 1 2は図示しないメインルーチンにおいて、上述の各種のセンサー出力が正常値であるか否かをチェックし、正常であればエンジンが駆動される。

エンジンの運転時において、酸化触媒 2 1を担持する触媒担持体 2 1 1では多数の排ガス通路 r 1に排ガスが分散して流入し、上述の（ 1 ) 式に沿って排ガス中の一酸化窒素（NO) が酸化されて高活性の二酸化窒素（NO₂) が生成され、下流側のフィルタ 2 2に流出される。フィルタ 2 2では各排ガス通路 r 2— 1に流入した排ガスが通路対向壁 bを透過して各排ガス通路 r 2 - 2の下流側出口に達し、大気中に排出される。この際、通路対向壁 bを流通する排ガスが含有する PMがフィルタ 2 2に捕捉される。

このような状況下においてメィンルーチンの途中で第 6図に示すような強制再生制御処理に達する。

この強制再生制御処理では、ステップ s 1で PM排出量 M eをステツプ s 2で PM燃焼量 Mbをステップ s 3で PM堆積量 Maを演算し、ステップ s 4で PM堆積量 M aが所定値（M a ο に達したのを判定した時点でステップ s 5に進み、フィルタ 2 2を強制的に昇温させるための強制再生制御（例えば、ポスト噴射制御を所定時間行う）を実行する。

ステップ s 1の ΡΜ排出量 M eの演算では、第 2図に実線で示すような処理を実行する。排出量演算手段 A 1において、まず、最新の吸入空気量 Q a、燃料噴射量 Q f を取り込み、空気過剰率 {= Q a / (Q f X 1 4、 7)} を； L演算部 a 1で算出する。更に、 λ演算部 a 1では、第 3図（ a ) の PM排出量マップ m 1で空気過剰率又相当の PM排出量 M eを演算する。 PM排出量マップ m 1は前以て設定され、これは空気過剰率 λが低下すると ΡΜ排出量 M eが急増する曲線特性を有する。

ステップ s 2の PM燃焼量 Mbの演算では、フィルタ温度 g tを取り込み、次いで、第 2図に示すような簡易燃焼速度係数演算部 b 0での処理を実行する。

燃焼量演算手段 A 2の簡易燃焼速度係数演算部 b 0ではフィルタ温度 g tを取り込み、フィルタ温度 g t相当の燃焼速度係数 ο;を第 3図（ c ) の燃焼速度係数マップ m Oで算出する。この燃焼速度係数マップ m 0はフィルタ温度 g t増に応じて増加度合を増す曲線特性を有する。

次に PM燃焼量演算部 b 4では次式（b ) によって PM燃焼量 M bが算出される。

Mb = a X PMX t · · - (b)

ここで、 PMは測定時点で堆積している PM量で、前回堆積量に相当し， a X PMが燃焼速度を示し、 tが単位時間を示す。

ステップ s 3の堆積量演算手段 A 3では、第 2図に示すような処理、即ち、式（ c ) に示すように、単位時間 t毎の PM排出量 M e より PM燃焼量 Mbを減算して PM堆積量 M aを算出する。

Ma =Me -Mb · · - ( c ) この今回の P M堆積量 M aはそれ以前の所定期間 m tに算出済みの P M堆積量前回値 M aに積算され、積算堆積量 M a p m t として舁出 eれる。

更に、ステップ s 4に達すると、ここでは積算堆積量 M a p m t が所定値 M a αを上回るか判断し、上回るまではステップ s 1から s 4を繰返す。所定値 M a aはフィルタ 2 2に堆積するパティキュレートが連続燃焼した場合に、その燃焼熱でフィルタ 2 2自体が過熱により劣化することを避けるべく、その所定値 M a aが適宜設定される。

更に、積算堆積量 M a p m tが所定値（M a o を上回るとしてステップ s 5に達すると、ここではフィルタ 2 2を強制的に昇温させるための強制再生制御として、ボスト噴射制御を所定時間行う。即ち、ステップ s 5では、第 7図に示すように、現在の運転情報に応じた主噴射 J 1用の燃料噴射量 I N J n (噴射期間 B m )、噴射時期 t 1を導出し、更に、後噴射 J 2用の後噴射量 I N J p (噴射期間 B s ) を予め設定された一定量として設定し、主噴射後の適当な嘖射時期 t 2に設定する。

これにより主噴射 J 1用の燃料噴射量 I N J n及び噴射時期 t 1 相当の情報を含む出力 D i n j と、これに加え、後噴射 J 2用の後噴射量 I N J p及び噴射時期 t 2相当の情報を含む出力 D ' i n j を燃料噴射用ドライバ 1 0にセットし、メインルーチンにリターンする。これにより燃料噴射用ドライバ 1 0は所定噴射時期 Θ rを力ゥントし、主噴射 J 1及び後噴射 J 2を実行し、その後、排ガス温度が上昇し、酸化触媒 a上の H Cが燃焼し、更に、フィルタ 2 2上のフィルタ温度 g tが速やかに上回り、堆積量に相当する所定時間の間、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この強制再生制御処理によりフィルタ 2 2は確実に再生される。

このように、 P M排出量 M eを空気過剰率えに基づき求め、 P M 燃焼量 M bをフィルタ温度 g tに基づき求めることにより、 P M堆積量検知精度を向上でき、この結果、強制 S生のインターパル、即ち、前回と今回の強制再生制御処理の時間幅を適正にすることができ、燃費を適性に保持できる。

ここではフィルタ 2 2を強制的に昇温させるため、主噴射 J 1の後の膨張行程での後噴射 J 2で追加燃料を噴射するボスト噴射制御を行うので、特に強制再生用の外部熱源を特に用意することが無く、装置の簡素化を図れるが、場合により、強制再生手段として、排気路 Rの排気後処理装置 6に図示しない軽油パーナ、或いは図示しない電気ヒータを装着してステップ s 5での再生促進制御時にこれら強制再生手段を駆動し、フィルタ 2 2を再生しても良く、これらの場合、燃料制御系の制御が簡素化される。

次に、本発明の第 2の実施形態を第 8図、第 9図を用いて説明する。

この実施形態においても、第 1図の排気浄化装置 1のハード構成をそのまま用いて、第 8図のブロック図、或いは、第 9図に示すような強制再生制御処理ルーチンを行う。

第 8図では、排出量演算手段 A 1 ' によって PM排出量の演算を実行し、燃焼量演算手段 A 2 ' による PM燃焼量の演算を実行し、更に堆積量演算手段 A 3 " により PM堆積量の演算を実行する。初めに、排出量演算手段 A 1 ' は、 λ演算部 a 1 ' において、空気過剰率 {=Q a / (Q f X 1 4. 7)} を算出する。更に、区間頻度演算部 a 2 - 1 ' では、第 4図（ a ) に示すように単位時間毎に λが規定値（例えば、 1. 2) 以下で判定結果の判定値 χ(= 1 ) とし、 λが規定値を超えると判定結果の判定値 χ(= 0) とする頻度判定を行い、更にその判定結果に基づき、区間 Δ ΐ間の空気過剰率頻度 γ (λ頻度）を移動荷重平均式である式（ g) を用いて演算する。

y i = ( γ i _ J X ( i 一 1 ) 十 y i ) / i · · · - ( g )

ここで、 γ i は、 i 回目の頻度、 — は、 i 回目の前の頻度を表すもので、 i番目の λ頻度 γ iは、前回の； l頻度 γ i— に（ i 一 1 ) を掛け、 i番目の；頻度 γ i を加算して、その値を iで除算することにより求められる。

そして、第 4図（b ) に示すように区間 Δ t間の最後の； I頻度 γ i = γ Δ t とする。

この場合大きなメモリを必要とせず、また、頻度を時系列で見ることが可能となる。

更に、（h) 式を用い、前回の頻度に重み係数 w f を掛けた値と、今回の判定値 x i に（ l _w f ) を掛けた値とを加算して今回の頻度 i を算出しても良い。

y _i = 7 _i_₁ Xw f + x i X ( 1 — f ) · · · * (h) この場合、例えば、重み付け係数 w f = 0. 5とし、これより重み付け係数 w f が 1に近づくほど前回の頻度 γ i— iの影響小となる特性を得ることができ、この重み付け係数 w f で算出された空気過剰率頻度を用いることで、外乱によるデータのずれをなまし処理でき、パティキュレート排出量の検出精度が向上する。

更に、排出量演算部 a 2— 2 ' において、式（ i ) を用いて区間 Δ t間の区間 PM排出量 M a Δ tを演算する。

M a Δ t = f ( γ Δ t ) ··· ( i )

例えば、この PM排出量は、区間； L頻度 γ Δ tに所定の係数 Cを乗算して求めても良い。なお、この係数 Cは、予め実験的に求められる。なお、式（ i ) を用いた排出量演算の代わりに、予め区間； I 頻度 γ Δ tに対する PM排出量をマップ化し、該マップより PM排出量を求めても良い。

例えば、 PM排出量マップは、第 3図（ a ) 中の空気過剰率に代えてえ頻度 T/に置き換えた場合に、第 3図（a ) とは逆の傾向を表す。即ち、 λ頻度 γが大きくなると PM排出量 M e (PM排出速度 Θ ) が大となる。

次に、第 8図の燃焼量演算手段 A 2 ' について説明する。この燃焼量演算手段 A 2 ' は、温度頻度演算部 b 1で単位時間毎のフィルタ温度 _g tを取り込み、集計し、区間 Δ t間の温度頻度 |8 Δ t を求める。

なお、単位時間 t毎にフィルタ温度 g t を取り込み、集計し、温度頻度を算出した場合、大きなメモリが必要となり、コスト的に問題が生じ易いことから、上述の区間 Δ tの温度頻度を移動荷重平均式である（ j ) 式で算出しても良い。即ち、 i番目の温度頻度 i3 i は、前回の温度頻度 β i _ ^に ( i — 1 ) を掛け、 i番目の温度頻度 β iを加算して、その値を iで除算して i番目の温度頻度 β _;が求められる。

β i = ( /3 _; + |3 X ( i - 1 )) / i · · · · ( j ) この場合大きなメモリを必要とせず、また、温度頻度 /3を時系列で見ることが可能となる。

そして、温度頻度補正部 b 2で NO X / S o 0 tに応じた補正係数を用いて区間温度頻度 ]3 Δ t を補正する。

次に、頻度補正部 b 2で温度頻度 ]3を NO xZS o o tで補正する。即ち、パティキュレートを焼却可能な本来の下限温度は 6 0 0 °C 程度であるが、本装置では酸化触媒 2 1を用いることで、 N0₂との酸化反応により、燃焼可能な下限温度を 2 5 0°Cまで下げることが可能となっている。しかしながら、その NO ₂の生成は排ガス中の NO X量に左右され、 NO X量が多い場合には NO ₂も多量に生成されるので 2 5 0 °C程度で安定した燃焼が得られるが、 NO X量が少ない場合には NO ₂の生成量も低下してしまうことから、 2 5 0 ^DC程度の温度状況では安定した PM燃焼を得難くなる。つまり、 PMの焼却は排ガス中の NO X量、より詳しくは排ガス成分が PM を焼却し易い条件を具備しているか否かを表す指標として用いられる NO xZS o o t の影響を受ける。

このような理由より頻度補正部 b 2ではエンジン回転数 N e と燃料噴射量 Q f (トルク相当値）に応じて、第 5図（ a ) に示す NO 3 0 0 1;マップ1114を用ぃ、 NO x_ S o o t を設定し、第 5 図（ b ) に示す補正係数 K aマツプ m 5を用い、 NO x Z S o o t に応じた補正係数 Kを算出する。ここで、例を挙げると NO xZS o o tが 2 5以上の領域では NO / S o 0 tの増加に応じて 1から次第に増加設定される一方、 NO x/S o o tが 2 5未満の領域では NO x/S o o tの減少に応じて 1から減少されて、 1 6未満の領域では一定値（く 1 ) に設定される。更に、頻度捕正部 b 2では補正係数 Kを温度頻度 βに乗算して補正する。

次に、燃焼速度演算部 b 3において、式（k) を用いて区間 Δ t 間の区間 PM燃焼速度係数 a Δ t を演算する。

a厶 t = f ( Δ t ) · · · - (k)

なお、式（k ) を用いた PM燃焼速度演算の代わりに、第 3図（ b ) のように予め区間温度頻度 β Δ tに対する PM燃焼速度をマップ化し、該マップより PM燃焼速度係数を求めても良い。

即ち、区間温度頻度 Δ tが大きくなると区間 PM燃焼速度係数 α Δ tが大となる。

更に、燃焼量演算部 b 4" において、式（ 1 ) を用いて区間 Δ t 間の区間 PM燃焼量 Mb Δ tを演算する。

Mb A t a A t ^ PMi · · · ( 1 )

ここで、

は、後述する堆積量演算手段 A 3 " で求められた前回の PM堆積量を表すものである。

なお、式（ 1 ) を用いた PM燃焼量演算の代わりに、予め区間燃焼速度 ]3 Δ tに対する PM燃焼量をマップ化し、 PM燃焼量を求めても良い。

なお、マップは区間燃焼速度係数 α Δ tが大きくなると区間 PM 燃焼量が大となる特性を有する。

最後に、第 8図の堆積量演算手段 A 3 " について説明する。

堆積量演算手段 A 3 " では、今回（現在）の PM堆積量 PM i を、式（m) を用いて演算する。 PM i = PM;.! + (M a Δ t -Mb Δ t ) X Δ t · ■ · - (m) なお、上述の実施態様では、燃焼量演算手段 A 2 ' の燃焼量演算部 b 4" により区間 PM燃焼量を演算しているが、燃焼量演算手段 A 2 ' を燃焼速度演算部 b 3までで構成される燃焼速度演算手段 A 2" として置き換えて、堆積量演算手段 A 3 " において、今回（現在）の PM堆積量 PM i を、式（n) を用いて演算しても良い。

P M i = P M i _！ + (M a A t — " t X P M i— J X Δ t · · · · (η)

次に、第 9図（a ) 〜第 9図（ c ) に示す強制再生制御処理ルーチンに従って説明する。第 9図（ a ) は、強制再生時期検出ルーチンを示すものである。

該強制再生時期検出では、ステップ s 1 0において区間 PM排出量 M a Δ tの演算処理を行い、ステップ s 2 0において区間 PM燃焼量 M b Δ tの演算処理を行う。

ここで、第 9図（b) の区間 PM排出量演算処理ルーチンを用いて区間 PM排出量演算処理を説明する。

該区間 PM排出量演算処理では、ステップ s 1 1で吸入空気量 Q a及び燃料噴射量 Q f を取り込み、ステップ s 1 2で吸入空気量 Q a及び燃料噴射量 Q f から区間 Δ t間の空気過剰率 Lを演算し、ステツプ s 1 3で第 8図の λ頻度演算部 a 2— 1，に従って空気過剰率頻度（え頻度 γ ) を演算し、ステップ s 1 4で ΡΜ排出量 Ma Δ t {= f ( γ Δ t )} を演算して、演算処理を終了する。

さらに、第 9図（ c ) の区間 PM燃焼量演算処理ルーチンを用いて区間 PM燃焼量演算処理を説明する。

該区間 PM燃焼量演算処理では、ステップ s 2 1で触媒温度 g t を取り込み、ステップ s 2 2で触媒温度 g tから区間温度頻度 Δ t を演算すると共に NO x/S o o tに応じた補正係数を用いて区間温度頻度 0 Δ tを補正する。次に、ステップ s 2 3で区間温度頻度 i3 Δ t を用いて区間燃焼速度係数 a Δ t {= f ( Δ ΐ )} を演算し、ステップ s 24で前回 PM堆積量 P — i及び区間燃焼速度係数 a Δ tを用いて PM燃焼量 Mb Δ t {'- a A t X PMi— J} を演算して、演算処理を終了する。

そして、第 9図（ a ) において、ステップ s 1 0の区間 PM排出量 M a Δ tの演算処理、及びステップ s 2 0の区間 PM燃焼量 Mb Δ tの演算処理を終了すると、更に、ステップ s 3 0において現在の PM堆積量 PM i を、前回演算された前回 PM堆積量

区間 PM排出量 Ma Δ t、及び区間 PM燃焼量 Mb Δ tを用いて演算する。

そして、ステップ s 4 0において、 PM堆積量 PM iが所定値以上になったと判断すると、ステップ s 5 0においてフィルタ 2 2を強制的に昇温させるための強制再生制御を行う。なお、この強制再生制御は所定時間に亘つて主噴射後の適当な噴射時期に所定量のポスト噴射を行うことにより達成される。

これにより排ガス温度が上昇し、フィルタ温度 g tが速やかに上回り、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却され、この強制再生制御処理によりフィルタ 2 2は確実に再生される。

このように、区間 Δ t毎に区間 PM排出量 M a及ぴ区間 PM燃焼量 M bに基づき PM堆積量を求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、パティキュレート堆積量 PM i を精度良く検知でき、パティキュレート堆積量の精度が特に向上して強制再生のィンターバルを適正にすることができ、強制再生ィンターパルを広く保つことで燃費悪化を抑制できる。

更に、上述の燃焼量演算手段 A 2 ' 力区間 A t (所定期間）内での排気ガス温度 g tが特定温度（ 2 5 0°C) 以上の温度頻度を区間排気温度頻度として求めたり、区間 Δ t間における温度頻度 /3 の平均値として求めても良い。

この場合も第 9図（ a ) 〜第 9図（ c ) の排気浄化装置 1の強制再生制御処理の場合と同様の作用効果が得られ、特に、総パティキュレート堆積量を表す総堆積量頻度を求めるので、堆積量検知精度が向上して強制再生のィンターバルを適正にすることができる。上述の実施形態では、フィルタをハニカム構造体として形成されたものに基づいて、説明したが、これに限定されるものではなく、ワイヤメッシュや三次元構造体であっても良い。産業上の利用可能性

以上のように、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、パティキュレート堆積量を精度良く検知でき、ディーゼル車に搭載された場合に、強制再生ィンターパルを広く保つことで燃費悪化を抑制でき、その効果を十分に発揮できる。

Claims

請求の範囲

1 . 内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及ぴ前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられ N O ₂を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率に基づき演算する排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

2 . 内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられ N O ₂を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関の運転時の空気過剰率が所定過剰率以下の空気過剰率頻度を演算する空気過剰率頻度演算手段、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率頻度に基づき求める排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が所定温度以上の温度頻度を演算する温度頻度演算手段、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼量を温度頻度に基づき求める燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により求められたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により求められたパティキユレ一ト燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

3 . 前記排出量演算手段は、前記空気過剰率頻度演算手段により演算された所定期間内の区間空気過剰率頻度に対応する前記所定期間内の区間パティキュレート排出量を求めると共に、前記燃焼量演算手段は、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼速度を温度頻度に基づき求める燃焼速度演算部を含み、前記燃焼速度演算部により求められた前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼速度及び前記堆積量演算手段により前回演算されたパティキユレ一ト堆積量に基づき前記フィルタに堆積されたパティキュレートの前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼量を求め、更に、前記堆積量演算手段は、同堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量、前記排出量演算手段により求められた区間パティキュレート排出量、及び前記燃焼量演算手段により求められた区間パティキュレート燃焼量に基づき、今回のパティキユレ一ト堆積量を求めることを特徴とする請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

4 . 前記パティキュレート排出量の演算処理では、吸入空気量及び燃料噴射量を取り込むステップと、吸入空気量及び燃料噴射量から所定区間△ t内の空気過剰率を演算するステップと、所定区間△ t内の空気過剰率；に従って空気過剰率頻度 γ Δ tを演算するステップと、パティ.キュレート排出量 M a△ t { = f ( γ Δ t ) } を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

5 . 前記パティキュレート燃焼量の演算処理では、触媒温度 g t を取り込むステップと、触媒温度 g tから区間温度頻度 /3 Δ t を演算すると共に排気ガス成分がパティキュレートを焼却し易い条件を具備するか否かの指標 N O X / S o o tに応じた補正係数 Kを用いて区間温度頻度厶 t を補正するステップと、区間温度頻度 /3 Δ tを用いて区間燃焼速度係数 t { = f ( j3 Δ t ) } を演算するステップと、前回パティキュレート堆積量 P M i— i及び区間燃焼速度係数 α Δ t を用いてパティキュレート燃焼量 M b Δ t { = α Δ t X Ρ Μ を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする請求項 2に記載の内燃機関の排気浄化装置。