WO2020066931A1 - 推定装置、及び車両 - Google Patents

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WO2020066931A1
WO2020066931A1 PCT/JP2019/037071 JP2019037071W WO2020066931A1 WO 2020066931 A1 WO2020066931 A1 WO 2020066931A1 JP 2019037071 W JP2019037071 W JP 2019037071W WO 2020066931 A1 WO2020066931 A1 WO 2020066931A1
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WO
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amount
filter
ash
estimating unit
particulate matter
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PCT/JP2019/037071
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English (en)
French (fr)
Inventor
直人 村澤
彰朗 西方
Original Assignee
いすゞ自動車株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles

Definitions

  • the present disclosure relates to an estimation device and a vehicle.
  • an exhaust passage of an internal combustion engine includes an exhaust gas such as a particulate filter (hereinafter, referred to as a “PM filter”) that collects particulate matter (Particulate @Matter: hereinafter, referred to as “PM”) contained in exhaust gas.
  • a purifying device is provided.
  • this type of PM filter has an upper limit on the amount of PM that can be collected, regeneration that burns and removes PM in the PM filter is performed (for example, see Patent Document 1).
  • the operating state of the internal combustion engine is changed to raise the temperature of the exhaust gas (for example, about 600 ° C.), thereby heating the PM filter and reducing the PM in the PM filter. Then, it is burned and removed using O 2 in the exhaust gas (hereinafter, referred to as “forced regeneration”).
  • forced regeneration As a method of raising the temperature of the exhaust gas, for example, the injection amount of HC as fuel injected from the injector is increased, and the HC is oxidized by an oxidation catalyst provided before the PM filter or carried by the PM filter. A method utilizing HC heat of oxidation generated by the oxidation catalyst is used.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an estimating apparatus and a vehicle that can easily and accurately estimate the amount of ash deposited in a PM filter.
  • An estimating device for estimating an ash amount that accumulates on a filter disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine A first particulate matter amount estimating unit that estimates a deposited amount of particulate matter deposited on the filter based on a detection value of a differential pressure sensor that detects a differential pressure across the filter; A second particulate matter amount estimating unit for estimating the amount of particulate matter deposited on the filter based on a change in the operating state of the internal combustion engine; Based on a difference value between the amount of particulate matter deposited by the first particulate matter amount estimating unit and the amount of particulate matter deposited by the second particulate matter amount estimating unit.
  • the estimation device it is possible to easily and accurately estimate the amount of ash deposited in the PM filter.
  • the figure which shows the structure of the vehicle which concerns on one Embodiment. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an ECU according to an embodiment.
  • the figure which shows the transition of the PM accumulation amount estimated by each of the 1st PM amount estimation part and 2nd PM amount estimation part which concern on one Embodiment. 4 is a flowchart showing the operation of the ECU according to one embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle 1 according to the present embodiment.
  • the vehicle 1 includes the engine 10, the intake passage 20, the exhaust passage 30, the air cleaner 21, the turbocharger 22, the intake throttle valve 23, the EGR device 31, the exhaust gas purification device 40, and the like.
  • the engine 10 includes a combustion chamber, an injector (not shown), and the like.
  • the engine 10 generates power for the vehicle 1 by repeatedly performing an air intake stroke, an air compression stroke, a combustion gas expansion stroke, and a combustion gas exhaust stroke in a combustion chamber.
  • the engine 10 changes the fuel injection mode and the like of the injector into a low fuel consumption / low exhaust gas operation mode (hereinafter, referred to as “normal operation”) in which fuel efficiency is prioritized, a forced regeneration operation mode in which the PM filter 42 is forcibly regenerated, and the like. It is configured to be switchable.
  • normal operation a low fuel consumption / low exhaust gas operation mode
  • forced regeneration operation mode in which the PM filter 42 is forcibly regenerated
  • the engine 10 is a four-cylinder engine, which branches from an intake passage 20 into four combustion chambers via an intake manifold, and joins the four combustion chambers into an exhaust passage 30 via an exhaust manifold. Configuration.
  • the intake passage 20 is an intake pipe that draws fresh air (air) from the upstream intake port 20 a and supplies the fresh air to the engine 10.
  • the intake passage 20 is provided with an air cleaner 21, a compressor of a turbocharger 22, an intake throttle valve 23, and the like in order from the intake port 20a on the upstream side to the combustion chamber.
  • the exhaust passage 30 is an exhaust pipe for discharging the exhaust gas after combustion discharged from the engine 10 to the outside of the vehicle 1.
  • an EGR device 31 a turbine of the turbocharger 22, an exhaust gas purification device 40, and the like are provided in this order from the engine 10 toward the downstream side.
  • the exhaust gas purification device 40 includes an oxidation catalyst 41, a PM filter 42, a differential pressure sensor 43, an oxygen concentration sensor 44, a temperature sensor 45, and an ECU (Electronic Control Unit) 46.
  • the oxidation catalyst 41 oxidizes and removes unburned fuel hydrocarbons and carbon monoxide contained in the exhaust gas.
  • the oxidation catalyst 41 may be any known oxidation catalyst such as platinum or cerium oxide.
  • a porous ceramic such as cordierite or silicon carbide is used, and formed by supporting a catalyst component on these. .
  • the oxidation catalyst 41 is disposed adjacent to the exhaust passage 30 on the upstream side of the PM filter 42.
  • the oxidation catalyst 41 oxidizes hydrocarbons (HC) of the unburned fuel discharged from the engine 10 and raises the temperature of the exhaust gas by the oxidation heat. Function.
  • the PM filter 42 (corresponding to the “filter” of the present invention) captures PM contained in the exhaust gas.
  • a cordierite or a porous ceramic of silicon carbide is typically used as a material.
  • the PM filter 42 has, for example, a honeycomb structure in which an inlet and an outlet are alternately plugged so that exhaust gas passes through a collection wall formed of the porous ceramic.
  • the differential pressure sensor 43 detects a differential pressure across the PM filter 42.
  • the oxygen concentration sensor 44 detects the oxygen concentration of the exhaust gas at the inlet side of the oxidation catalyst 41.
  • the temperature sensor 45 detects the temperature of the exhaust gas at the inlet side of the oxidation catalyst 41.
  • the differential pressure sensor 43, the oxygen concentration sensor 44, and the temperature sensor 45 each transmit sensor information (hereinafter, abbreviated as “sensor information”) relating to a sensor value detected by itself to the ECU 46.
  • the ECU 46 includes an electronic control unit that performs regeneration control and the like of PM filter 42.
  • the ECU 46 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input port, an output port, and the like.
  • the ECU 46 communicates with various parts of the vehicle 1 to control them and receive data from them. Further, the ECU 46 acquires sensor information from various sensors (in the present embodiment, the differential pressure sensor 43, the oxygen concentration sensor 44, and the temperature sensor 45) provided in the vehicle 1, and obtains the exhaust gas purification device 40 and the vehicle 1 The state of each part is detected. Dotted arrows in FIG. 1 indicate signal paths.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the ECU 46 according to the present embodiment.
  • the ECU 46 includes a first PM amount estimating unit 46a, a second PM amount estimating unit 46b, a filter regeneration control unit 46c, and an ash amount estimating unit 46d. Note that arrows in FIG. 2 indicate signal paths.
  • the first PM amount estimating unit 46 a (corresponding to the “first particulate matter amount estimating unit” of the present invention) accumulates in the PM filter 42 based on the differential pressure across the PM filter 42 indicated by the differential pressure sensor 43. The pressure loss due to PM is calculated, and the amount of PM accumulated in the PM filter 42 is estimated based on the pressure loss.
  • the first PM amount estimating unit 46a determines the PM filter 42 from the differential pressure across the PM filter 42 based on the correlation between the differential pressure across the PM filter 42 and the amount of PM deposited on the PM filter 42. Is estimated. Note that the correspondence between the differential pressure across the PM filter 42 and the amount of PM deposited on the PM filter 42 is, for example, obtained in advance by experiments or the like, and is stored in a storage unit (for example, ROM) of the ECU 46 or the like.
  • the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimation unit 46a is the ash This includes an error component caused by the above.
  • the second PM amount estimating unit 46 b (corresponding to the “second particulate matter amount estimating unit” of the present invention) estimates the amount of PM accumulated on the PM filter 42 based on the transition of the operating state of the engine 10. I do.
  • the second PM amount estimating unit 46b normally operates (represents cases other than the time of filter regeneration; the same applies hereinafter), and the operating state of the engine 10 (for example, fuel injection amount, engine speed, engine load, and EGR) Rate, etc.), the amount of PM discharged from the engine 10 per unit time is calculated.
  • the second PM amount estimating unit 46b calculates the amount of PM accumulated on the PM filter 42 at the present time by integrating the amount of PM discharged from the engine 10 per unit time.
  • the second PM amount estimating unit 46b is burned and removed from the PM filter 42 per unit time based on the operating state of the engine 10 (for example, the temperature of the exhaust gas and the oxygen concentration of the exhaust gas) during the filter regeneration. Calculate the PM amount. Then, the second PM amount estimating unit 46b subtracts the amount of PM burned and removed per unit time from the amount of PM accumulated on the PM filter 42 at the time of starting the filter regeneration, thereby obtaining the current PM amount. The amount of PM accumulated on the filter 42 is calculated.
  • the amount of PM discharged from the engine 10 per unit time and the amount of PM burned and removed from the PM filter 42 per unit time are determined in advance by experiments, for example, and are associated with the operating state of the engine 10.
  • the information is stored in a storage unit (for example, a ROM) of the ECU 46.
  • the filter regeneration control unit 46c executes forced regeneration of the PM filter 42 when the amount of accumulated PM in the PM filter 42 exceeds a predetermined threshold.
  • the filter regeneration control unit 46c outputs a control signal to the engine 10 to operate the engine 10 in the forced regeneration operation mode, thereby forcibly regenerating the PM filter 42. Perform playback.
  • the engine 10 increases the amount of HC (hydrocarbon) in the exhaust gas by increasing the fuel injection amount injected from the injector or executing multi-injection.
  • HC hydrocarbon
  • the HC is oxidized by the oxidation catalyst 41, and the exhaust gas is heated to about 600 ° C. using the heat of HC oxidation in the oxidation catalyst 41.
  • heating the PM filter 42, PM in the PM filter 42, the combustion is removed by the O 2 in the exhaust gas.
  • the filter regeneration control unit 46c supplies the additional fuel with the exhaust pipe injector instead of or together with injecting the additional fuel using the engine 10. You may inject.
  • the filter regeneration control unit 46c determines whether the PM deposition amount in the PM filter 42 estimated by the first PM amount estimation unit 46a or not when determining whether to forcibly regenerate the PM filter 42. Any value of the PM accumulation amount in the PM filter 42 estimated by the second PM amount estimation unit 46b may be used. However, in consideration of the respective characteristics of the method of estimating the amount of accumulated PM by the first PM amount estimating unit 46a and the method of estimating the amount of accumulated PM by the second PM amount estimating unit 46b, the filter regeneration control unit 46c sets the PM filter 42 Depending on the timing of grasping the PM accumulation amount inside, either the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimation unit 46a or the PM accumulation amount estimated by the second PM amount estimation unit 46b is selectively determined. Either value may be used.
  • the ash amount estimating unit 46d performs a PM filter based on a difference value between the PM accumulated amount estimated by the first PM amount estimating unit 46a and the PM accumulated amount estimated by the second PM amount estimating unit 46b. The amount of ash that accumulates at 42 is estimated. Then, the ash amount estimating unit 46d notifies the vehicle ECU (not shown) or the like when the ash amount accumulated on the PM filter 42 becomes excessive.
  • the ash amount estimating unit 46d typically uses the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimating unit 46a and the second PM amount estimating unit 46b when the regeneration of the PM filter 42 is completed. Thus, the amount of ash deposited on the PM filter 42 is estimated.
  • FIG. 3 is a diagram showing a change in the PM accumulation amount estimated by each of the first PM amount estimation unit 46a and the second PM amount estimation unit 46b. Note that T1 in FIG. 3 represents a time point when the regeneration of the PM filter 42 is completed.
  • the PM accumulation amount (dotted line L1) estimated by the first PM amount estimation unit 46a is a value that takes into account the ash accumulated on the PM filter 42.
  • the value is larger than the PM accumulation amount (solid line L2) estimated at 46b. Therefore, based on a value obtained by subtracting the PM accumulation amount estimated by the second PM amount estimation unit 46b from the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimation unit 46a, the ash amount accumulated on the PM filter 42 is determined. Can be estimated.
  • the ash amount estimating unit 46d includes, for example, a PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimating unit 46a and a second PM amount estimating unit stored in a storage unit (for example, a ROM) of the ECU 46 in advance.
  • the ash amount is estimated based on data stored in association with the difference value between the PM accumulation amount estimated by 46b and the ash amount deposited on the PM filter 42.
  • the storage unit of the ECU 46 may store only a reference value for determining that the ash amount is excessive.
  • the estimation accuracy of the first PM amount estimating unit 46a and the estimation accuracy of the second PM amount estimating unit 46b depend on the operating state of the engine 10 or the PM accumulated on the PM filter 42, respectively. It differs depending on the amount of sedimentation. At this point, when the regeneration of the PM filter 42 is completed, the amount of accumulated PM in the PM filter 42 is normally zero. Therefore, either the first PM amount estimating unit 46a or the second PM amount estimating unit 46b is used. Is also in the highest estimation accuracy.
  • the ash amount estimating unit 46d based on the PM accumulation amounts estimated by the first PM amount estimating unit 46a and the second PM amount estimating unit 46b at the time when the regeneration of the PM filter 42 is completed, , The amount of ash deposited on the PM filter 42 is estimated.
  • the above-described functions of the ECU 46 are realized by, for example, the CPU referring to control programs and various data stored in a ROM, a RAM, or the like. However, it is needless to say that the function is not limited to the processing by software but can also be realized by a dedicated hardware circuit.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the ECU 46 according to the present embodiment.
  • the flowchart shown in FIG. 4 is executed by the ECU 46 at predetermined intervals (for example, every 100 ms) according to a computer program.
  • step S1 the ECU 46 determines whether or not the forced regeneration of the PM filter 42 has just been completed.
  • S1: YES when it is immediately after the forced regeneration of the PM filter 42 is completed, the ECU 46 advances the process to step S2.
  • S1: NO when it is not immediately after the forced regeneration of the PM filter 42 is completed, the ECU 46 ends the processing of the series of flows in FIG.
  • step S2 the ECU 46 estimates the amount of PM accumulated in the PM filter 42 by the first PM amount estimating unit 46a.
  • step S3 the ECU 46 estimates the amount of accumulated PM in the PM filter 42 by the second PM amount estimating unit 46b.
  • step S4 the ECU 46 calculates a difference value between the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimation unit 46a and the PM accumulation amount estimated by the second PM amount estimation unit 46b, and calculates the difference value. Is greater than or equal to a threshold. If the difference value is equal to or larger than the threshold value (S4: YES), the ECU 46 proceeds to step S5. On the other hand, when the difference value is smaller than the threshold value (S4: NO), the ECU 46 ends the series of processing in FIG.
  • step S5 the ECU 46 notifies, for example, the vehicle ECU that the amount of ash deposited on the PM filter 42 is excessive.
  • the vehicle ECU displays the notification on an instrument panel or the like of the vehicle 1 and notifies the passenger.
  • the ECU 46 suppresses ash from being excessively accumulated in the PM filter 42 by the above-described processing.
  • the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimating unit 46a and the second PM amount estimating unit The case where the difference value between the PM accumulation amount estimated by 46b and the threshold value is equal to or larger than the threshold value is shown.
  • the ECU 46 (ash amount estimating unit 46d) calculates the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimating unit 46a and the PM accumulation amount estimated by the second PM amount estimating unit.
  • the configuration may be such that the PM filter 42 is once manually regenerated.
  • the ECU 46 calculates the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimating unit 46a and the PM accumulation amount estimated by the second PM amount estimating unit 46b.
  • the difference value is equal to or larger than the threshold value (Step S4 in FIG. 4: YES)
  • the manual regeneration lamp arranged on the instrument panel of the vehicle 1 is turned on.
  • the PM accumulation amount estimated by the first PM amount estimation unit 46a and the PM accumulation amount estimated by the second PM amount estimation unit 46b again.
  • a difference value between the calculated amount and the calculated amount may be calculated, and if the difference value at that time is equal to or larger than the threshold, the passenger may be notified that the ash amount is excessive. This can suppress erroneous notification due to unburned PM remaining in the PM filter 42.
  • the ECU 46 calculates the PM accumulation amount estimated from the detection value of the differential pressure sensor 43 and the PM accumulation amount estimated from the transition of the operating state of the engine 10. Based on the difference value, the amount of ash deposited on the PM filter 42 is estimated.
  • the amount of ash deposited on the PM filter 42 can be estimated by a simple method. Further, this makes it possible to accurately detect a state where the amount of ash deposited on the PM filter 42 is excessive. Thus, it is possible to accurately notify the occupant of the vehicle of the time of replacement of the PM filter 42 or the time of ash cleaning.
  • the logic for estimating the ash amount is created. This is preferable in that it contributes to a reduction in the number of development man-hours for performing the calculation and a reduction in the calculation load on the ECU 46.
  • the ECU 46 when estimating the ash amount, uses the PM accumulation amount estimated immediately after the regeneration of the PM filter 42 is completed, so that the ash amount can be more accurately estimated. Become.
  • the functions of the first PM amount estimating unit 46a, the second PM amount estimating unit 46b, the filter regeneration control unit 46c, and the ash amount estimating unit 46d are realized by one computer.
  • the present invention may be realized by a plurality of computers.
  • the function of the ash amount estimation unit 46d and the function of the filter regeneration control unit 46c may be mounted on separate ECUs.
  • the exhaust gas purification device 40 for an internal combustion engine is described as an example of the exhaust gas purification device 40 for an internal combustion engine.
  • the exhaust gas purification device 40 according to the present invention is not limited to a vehicle, but can be applied to a device including an internal combustion engine, such as a ship or an aircraft.
  • the estimating device for an exhaust purification device it is possible to easily and accurately estimate the amount of ash deposited in the PM filter.

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Abstract

内燃機関（１０）の排気通路（３０）内に配設されたＰＭフィルタ（４２）に堆積するアッシュ量を推定する推定装置（４６）であって、ＰＭフィルタ（４２）の前後差圧を検出する差圧センサ（４３）の検出値に基づいて、ＰＭフィルタ（４２）に堆積するＰＭ堆積量を推定する第１のＰＭ量推定部（４６ａ）と、内燃機関（１０）の運転状態の推移に基づいて、ＰＭフィルタ（４２）に堆積するＰＭ堆積量を推定する第２のＰＭ量推定部（４６ｂ）と、第１のＰＭ量推定部（４６ａ）により推定されるＰＭ堆積量と、第２のＰＭ量推定部（４６ｂ）により推定されるＰＭ堆積量と、の差分値に基づいて、ＰＭフィルタ（４２）に堆積するアッシュ量を推定するアッシュ量推定部（４６ｄ）と、を備える。

Description

推定装置、及び車両
　本開示は、推定装置、及び車両に関する。
　一般に、内燃機関の排気通路には、排気ガスに含まれる微粒子状物質（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」と称する）を捕集するパーティキュレートフィルタ（以下、「ＰＭフィルタ」と称する）等の排気浄化装置が設けられている。
　この種のＰＭフィルタは、捕集できるＰＭ量に上限があるため、ＰＭフィルタ中のＰＭを燃焼除去する再生が行われている（例えば、特許文献１を参照）。
　ＰＭフィルタを再生する際には、一般に、内燃機関の運転状態を変更して、排気ガスを高温化し（例えば、約６００℃）、これにより、ＰＭフィルタを加熱し、当該ＰＭフィルタ中のＰＭを、排気ガス中のＯ２を用いて燃焼除去する（以下、「強制再生」と称する）。排気ガスを高温化する手法としては、例えば、インジェクタから噴射する燃料たるＨＣの噴射量を増加させ、ＰＭフィルタの前段に配設され又はＰＭフィルタに担持された酸化触媒にて当該ＨＣを酸化し、酸化触媒で発生するＨＣ酸化熱を利用する方法等が用いられる。
日本国特開２０１５－１７２３４１号公報
　ところで、この種のＰＭフィルタには、車両の走行距離や走行時間が長くなるにつれて、煤成分のＰＭの堆積だけでなく、排気ガスに含まれるエンジンオイルの成分（例えば、ＣａＳＯ４）に起因するアッシュ（灰状物質）が堆積することが知られている。
　かかるアッシュは、ＰＭを強制再生する際にも除去されず、ＰＭフィルタ中に堆積し続ける。ＰＭフィルタ中に堆積するアッシュは、ＰＭと同様に、圧力損失を生じさせるため、堆積量が増加するにつれてＰＭフィルタにおける圧力損失の増大を引き起こし、燃費の悪化を引き起こすという問題がある。
　そのため、通常、アッシュが堆積した場合には、車両の搭乗者にＰＭフィルタの交換時期又はアッシュ洗浄時期を、報知することが行われている。かかる観点から、ＰＭフィルタに堆積するアッシュ量を推定する要請がある。
　本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、ＰＭフィルタ中に堆積するアッシュ量を簡易に、且つ、正確に推定することを可能とする推定装置、及び車両を提供することを目的とする。
　前述した課題を解決する主たる本開示は、
　内燃機関の排気通路内に配設されたフィルタに堆積するアッシュ量を推定する推定装置であって、
　前記フィルタの前後差圧を検出する差圧センサの検出値に基づいて、前記フィルタに堆積する粒子状物質の堆積量を推定する第１の粒子状物質量推定部と、
　前記内燃機関の運転状態の推移に基づいて、前記フィルタに堆積する粒子状物質の堆積量を推定する第２の粒子状物質量推定部と、
　前記第１の粒子状物質量推定部により推定される粒子状物質の堆積量と、前記第２の粒子状物質量推定部により推定される粒子状物質の堆積量と、の差分値に基づいて、前記フィルタに堆積するアッシュ量を推定するアッシュ量推定部と、
　を備える推定装置である。
　又、他の局面では、
　上記の推定装置を備える車両である。
　本開示に係る推定装置によれば、ＰＭフィルタ中に堆積するアッシュ量を簡易に、且つ、正確に推定することが可能である。
一実施形態に係る車両の構成を示す図 一実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図 一実施形態に係る第１のＰＭ量推定部及び第２のＰＭ量推定部それぞれにより推定されるＰＭ堆積量の推移を示す図 一実施形態に係るＥＣＵの動作を示すフローチャート
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
［車両の構成］
　以下、図１を参照して、一実施形態に係る推定装置の構成について説明する。本実施形態では、本発明の推定装置を、ディーゼルエンジン車両に適用した態様ついて説明する。
　図１は、本実施形態に係る車両１の構成を示す図である。
　本実施形態に係る車両１は、エンジン１０、吸気通路２０、排気通路３０、エアクリーナ２１、ターボチャージャ２２、吸気スロットルバルブ２３、ＥＧＲ装置３１、及び、排気浄化装置４０等を含んで構成される。
　エンジン１０は、燃焼室及びインジェクタ（図示せず）等を含んで構成される。エンジン１０は、燃焼室内で、空気の吸気行程、空気の圧縮行程、燃焼ガスの膨張行程、及び燃焼ガスの排気行程が繰り返し行われることよって、車両１の動力を生成する。
　エンジン１０は、インジェクタにおける燃料噴射態様等を、燃費を優先した低燃費・低排ガス運転モード（以下、「通常運転時」と称する）、又は、ＰＭフィルタ４２を強制再生する強制再生運転モード等に切り替え可能に構成されている。
　尚、本実施形態に係るエンジン１０は、４気筒エンジンであり、吸気通路２０から吸気マニホルドを介して四つの燃焼室に分岐し、当該四つの燃焼室から排気マニホルドを介して排気通路３０に合流する構成となっている。
　吸気通路２０は、上流側の吸気口２０ａから新気（空気）を吸入し、エンジン１０に当該新気を供給する吸気管である。吸気通路２０には、上流側の吸気口２０ａから燃焼室にかけて、順に、エアクリ－ナ２１、ターボチャージャ２２のコンプレッサ、及び吸気スロットルバルブ２３等が設けられている。
　排気通路３０は、エンジン１０から排出される燃焼後の排気ガスを、車両１の外部に排出する排気管である。排気通路３０には、エンジン１０から下流側に向かって、順に、ＥＧＲ装置３１、ターボチャージャ２２のタービン、及び排気浄化装置４０等が設けられている。
　排気浄化装置４０は、酸化触媒４１、ＰＭフィルタ４２、差圧センサ４３、酸素濃度センサ４４、温度センサ４５、及び、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４６を含んで構成される。
　酸化触媒４１は、排気ガス中に含まれる未燃焼燃料の炭化水素や一酸化窒炭素を酸化して除去する。酸化触媒４１は、白金や酸化セリウム等の公知の任意の酸化触媒であってよく、例えば、コージェライトや炭化ケイ素等の多孔質セラミックが用いられ、これらに触媒成分を担持して形成されている。
　酸化触媒４１は、排気通路３０のＰＭフィルタ４２の上流側に隣接して配設されている。そして、酸化触媒４１は、ＰＭフィルタ４２の強制再生時には、エンジン１０側から排出される未燃焼燃料の炭化水素（ＨＣ）を酸化して、当該酸化熱により、排気ガスを高温化するようにも機能する。
　ＰＭフィルタ４２（本発明の「フィルタ」に相当）は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕捉する。ＰＭフィルタ４２としては、典型的には、コージェライトや炭化ケイ素の多孔質セラミックが素材として用いられる。ＰＭフィルタ４２は、例えば、当該多孔質セラミックで形成した捕集壁中を排気ガスが通過するように入口と出口を交互に目封じしたハニカム構造を呈している。
　差圧センサ４３は、ＰＭフィルタ４２の前後差圧を検出する。酸素濃度センサ４４は、酸化触媒４１の入口側にて、排気ガスの酸素濃度を検出する。温度センサ４５は、酸化触媒４１の入口側にて、排気ガスの温度を検出する。これらのセンサは、公知の任意のセンサで実現され得る。
　差圧センサ４３、酸素濃度センサ４４、及び、温度センサ４５は、それぞれ、自身が検出したセンサ値に係るセンサ情報（以下、「センサ情報」と略称する）をＥＣＵ４６に送信する。
　ＥＣＵ４６は、ＰＭフィルタ４２の再生制御等を行う電子制御ユニットを含む。ＥＣＵ４６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。尚、ＥＣＵ４６は、車両１の各部と通信することで、これらを制御したり、これらからデータを受信したりする。又、ＥＣＵ４６は、車両１に設けられた各種センサ（本実施形態では、差圧センサ４３、酸素濃度センサ４４、及び、温度センサ４５）からセンサ情報を取得して、排気浄化装置４０や車両１の各部の状態を検出している。図１中の点線矢印は、信号経路を示す。
［ＥＣＵの構成］
　ここで、図２、図３を参照して、本実施形態に係る排気浄化装置４０のＥＣＵ４６（本発明の「推定装置」に相当する）の構成の一例について、説明する。
　図２は、本実施形態に係るＥＣＵ４６の構成を示すブロック図である。
　ＥＣＵ４６は、第１のＰＭ量推定部４６ａ、第２のＰＭ量推定部４６ｂ、フィルタ再生制御部４６ｃ、及び、アッシュ量推定部４６ｄを備えている。尚、図２中の矢印は、信号経路を示す。
　第１のＰＭ量推定部４６ａ（本発明の「第１の粒子状物質量推定部」に相当）は、差圧センサ４３が示すＰＭフィルタ４２の前後差圧から、ＰＭフィルタ４２中に堆積するＰＭに起因する圧力損失を算出し、これによって、ＰＭフィルタ４２中に堆積するＰＭ堆積量を推定する。
　ＰＭフィルタ４２に堆積したＰＭは、排気ガスの流れを妨げるため、ＰＭフィルタ４２にＰＭが堆積につれて、ＰＭフィルタ４２の前後差圧も大きくなる。一方、ＰＭフィルタ４２のフィルタ再生を実行した際には、ＰＭフィルタ４２に堆積したＰＭが、燃焼除去されるため、ＰＭフィルタ４２の前後差圧は小さくなる。
　第１のＰＭ量推定部４６ａは、このようにＰＭフィルタ４２の前後差圧とＰＭフィルタ４２に堆積したＰＭ堆積量との間の相関に基づいて、ＰＭフィルタ４２の前後差圧からＰＭフィルタ４２のＰＭ堆積量を推定する。尚、ＰＭフィルタ４２の前後差圧とＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ堆積量との対応関係は、例えば、予め実験等によって求められ、ＥＣＵ４６等の記憶部（例えば、ＲＯＭ）に記憶されている。
　但し、差圧センサ４３が示すＰＭフィルタ４２の前後差圧は、ＰＭフィルタ４２に堆積したアッシュに起因した圧力損失も含むため、第１のＰＭ量推定部４６ａが推定するＰＭ堆積量は、アッシュに起因した誤差成分を含むものとなっている。
　第２のＰＭ量推定部４６ｂ（本発明の「第２の粒子状物質量推定部」に相当）は、エンジン１０の運転状態の推移に基づいて、ＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ堆積量を推定する。
　第２のＰＭ量推定部４６ｂは、通常時（フィルタ再生時以外の場合を表す。以下同じ）には、エンジン１０の運転状態（例えば、燃料噴射量、エンジン回転数、エンジン負荷、及び、ＥＧＲ率等）に基づいて、単位時間当たりにエンジン１０から排出されるＰＭ量を算出する。そして、第２のＰＭ量推定部４６ｂは、単位時間当たりにエンジン１０から排出されるＰＭ量を積算することにより、現時点におけるＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ堆積量を算出する。
　又、第２のＰＭ量推定部４６ｂは、フィルタ再生時には、エンジン１０の運転状態に基づいて（例えば、排気ガスの温度、排気ガスの酸素濃度）、単位時間当たりにＰＭフィルタ４２から燃焼除去されるＰＭ量を算出する。そして、第２のＰＭ量推定部４６ｂは、フィルタ再生開始時にＰＭフィルタ４２に堆積していたＰＭ堆積量から、単位時間当たりに燃焼除去されるＰＭ量を減算していくことにより、現時点におけるＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ堆積量を算出する。
　ここで、単位時間当たりにエンジン１０から排出されるＰＭ量、及び、単位時間当たりにＰＭフィルタ４２から燃焼除去されるＰＭ量は、例えば、予め実験等により求められ、エンジン１０の運転状態と関連付けて、ＥＣＵ４６の記憶部（例えば、ＲＯＭ）等に記憶されている。
　フィルタ再生制御部４６ｃは、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量が所定の閾値を超えた場合に、ＰＭフィルタ４２の強制再生を実行する。フィルタ再生制御部４６ｃは、ＰＭフィルタ４２を強制再生する際には、例えば、エンジン１０に対して制御信号を出力して、エンジン１０を強制再生運転モードで運転させることによって、ＰＭフィルタ４２の強制再生を行う。
　強制再生運転モードにおいては、例えば、エンジン１０は、インジェクタから噴射する燃料噴射量を増加したり、マルチ噴射を実行したりして、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）量を増加させる。これによって、酸化触媒４１で当該ＨＣを酸化させ、酸化触媒４１でのＨＣ酸化熱を利用して、排気ガスを６００℃程度まで昇温させる。これにより、ＰＭフィルタ４２を加熱し、当該ＰＭフィルタ４２中のＰＭを、排気ガス中のＯ２を用いて燃焼除去する。
　但し、強制再生の手法としては、従来公知の種々の手法を適用することが可能である。例えば、車両１が排気管インジェクタを搭載している場合には、フィルタ再生制御部４６ｃは、エンジン１０にて追加燃料を噴射させる代わりに、又は、これと共に、当該排気管インジェクタにて追加燃料を噴射させてもよい。
　尚、ここでは、フィルタ再生制御部４６ｃは、ＰＭフィルタ４２を強制再生するか否かを判断する際には、第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されたＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量又は第２のＰＭ量推定部４６ｂにより推定されたＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量のいずれの値を用いてもよい。但し、第１のＰＭ量推定部４６ａによるＰＭ堆積量の推定方法及び第２のＰＭ量推定部４６ｂによるＰＭ堆積量の推定方法それぞれの特性に鑑みて、フィルタ再生制御部４６ｃは、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を把握するタイミングに応じて、選択的に、第１のＰＭ量推定部４６ａに推定されたＰＭ堆積量又は第２のＰＭ量推定部４６ｂに推定されたＰＭ堆積量のいずれか一方の値を用いてもよい。
　アッシュ量推定部４６ｄは、第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されるＰＭ堆積量と、　第２のＰＭ量推定部４６ｂにより推定されるＰＭ堆積量と、の差分値に基づいて、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量を推定する。そして、アッシュ量推定部４６ｄは、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量が過剰となった場合には、車両ＥＣＵ（図示せず）等に報知する。
　アッシュ量推定部４６ｄは、典型的には、ＰＭフィルタ４２の再生が完了した時点において、第１のＰＭ量推定部４６ａ及び第２のＰＭ量推定部４６ｂそれぞれにより推定されるＰＭ堆積量に基づいて、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量を推定する。
　図３は、第１のＰＭ量推定部４６ａ及び第２のＰＭ量推定部４６ｂそれぞれにより推定されるＰＭ堆積量の推移を示す図である。尚、図３のＴ１は、ＰＭフィルタ４２の再生が完了した時点を表している。
　図３に示すように、第１のＰＭ量推定部４６ａに推定されるＰＭ堆積量（点線Ｌ１）は、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュを加味した値となるため、第２のＰＭ量推定部４６ｂに推定されるＰＭ堆積量（実線Ｌ２）よりも大きい値となる。従って、第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されるＰＭ堆積量から第２のＰＭ量推定部４６ｂにより推定されるＰＭ堆積量を減算した値に基づいて、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量を推定することができる。
　この際、アッシュ量推定部４６ｄは、例えば、ＥＣＵ４６の記憶部（例えば、ＲＯＭ）等に予め記憶された第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されるＰＭ堆積量と第２のＰＭ量推定部４６ｂにより推定されるＰＭ堆積量との差分値とＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量とが関連付けて記憶されたデータに基づいて、アッシュ量を推定する。尚、ＥＣＵ４６の記憶部には、アッシュ量が過多であると判定するための基準値のみが記憶されていてもよい。
　但し、図３に示すように、第１のＰＭ量推定部４６ａの推定精度、及び第２のＰＭ量推定部４６ｂの推定精度は、それぞれ、エンジン１０の運転状態又はＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ堆積量等に依拠して異なっている。この点、ＰＭフィルタ４２の再生が完了した時点においては、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量は、通常、ゼロとなるため、第１のＰＭ量推定部４６ａ及び第２のＰＭ量推定部４６ｂいずれの推定精度も最も高い状態となる。かかる観点から、アッシュ量推定部４６ｄは、ＰＭフィルタ４２の再生が完了した時点において、第１のＰＭ量推定部４６ａ及び第２のＰＭ量推定部４６ｂそれぞれにより推定されたＰＭ堆積量に基づいて、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量を推定する。
　尚、ＥＣＵ４６の上記した各機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。
［ＥＣＵの動作］
　次に、図４を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ４６の動作の一例について説明する。尚、ここでは、ＰＭフィルタ４２を強制再生するためのＥＣＵ４６の動作についてのみ説明する。
　図４は、本実施形態に係るＥＣＵ４６の動作を示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、例えば、ＥＣＵ４６がコンピュータプログラムに従って、所定間隔（例えば、１００ｍｓ毎）で実行するものである。
　ステップＳ１において、ＥＣＵ４６は、ＰＭフィルタ４２の強制再生が完了した直後か否かを判定する。ここで、ＰＭフィルタ４２の強制再生が完了した直後である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４６は、ステップＳ２に処理を進める。一方、ＰＭフィルタ４２の強制再生が完了した直後でない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ＥＣＵ４６は、図４の一連のフローの処理を終了する。
　ステップＳ２において、ＥＣＵ４６は、第１のＰＭ量推定部４６ａによって、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する。
　ステップＳ３において、ＥＣＵ４６は、第２のＰＭ量推定部４６ｂによって、ＰＭフィルタ４２中のＰＭ堆積量を推定する。
　ステップＳ４において、ＥＣＵ４６は、第１のＰＭ量推定部４６ａによって推定されたＰＭ堆積量と、第２のＰＭ量推定部４６ｂによって推定されたＰＭ堆積量との差分値を算出し、当該差分値が閾値以上であるか否かを判定する。そして、当該差分値が閾値以上である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４６は、ステップＳ５に処理を進める。一方、当該差分値が閾値未満である場合（Ｓ４：ＮＯ）、ＥＣＵ４６は、図４の一連のフローの処理を終了する。
　ステップＳ５において、ＥＣＵ４６は、例えば、車両ＥＣＵに、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量が過多である旨を報知する。尚、車両ＥＣＵは、ＥＣＵ４６から当該報知を受けた場合、車両１のインストルメントパネル等にその旨を表示し、搭乗者に対して報知する。
　本実施形態に係るＥＣＵ４６は、以上のような処理によって、ＰＭフィルタ４２中に過剰にアッシュが堆積することを抑制する。
　尚、上記では、ＥＣＵ４６（アッシュ量推定部４６ｄ）の報知タイミングの一例として、強制再生完了後において、第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されたＰＭ堆積量と、第２のＰＭ量推定部４６ｂにより推定されたＰＭ堆積量と、の差分値が閾値以上である際を示した。但し、より正確を期するため、ＥＣＵ４６（アッシュ量推定部４６ｄ）は、第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されたＰＭ堆積量と、第２のＰＭ量推定部により推定されたＰＭ堆積量４６ｂと、の差分値が閾値以上であると判定した場合、一旦、ＰＭフィルタ４２の手動再生を実行させる構成としてもよい。
　具体的には、ＥＣＵ４６（アッシュ量推定部４６ｄ）は、第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されたＰＭ堆積量と、第２のＰＭ量推定部４６ｂにより推定されたＰＭ堆積量と、の差分値が閾値以上である場合（図４のステップＳ４：ＹＥＳ）、車両１のインストルメントパネルに配設された手動再生ランプを点灯させる。そして、運転者が、ＰＭフィルタ４２の手動再生を実行した後に、再度、第１のＰＭ量推定部４６ａにより推定されたＰＭ堆積量と、第２のＰＭ量推定部４６ｂにより推定されたＰＭ堆積量と、の差分値を算出し、その際の差分値が閾値以上である場合には、搭乗者に対してアッシュ量が過多である旨を報知する態様とすればよい。これによって、ＰＭフィルタ４２に残存する燃え残りのＰＭに起因して、誤報知してしまうことを抑制することができる。
［効果］
　以上のように、本実施形態に係るＥＣＵ４６（推定装置）は、差圧センサ４３の検出値から推定されるＰＭ堆積量と、エンジン１０の運転状態の推移から推定されるＰＭ堆積量と、の差分値に基づいて、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量を推定する。
　従って、本実施形態に係るＥＣＵ４６によれば、簡易な手法で、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量を推定することができる。又、これによって、ＰＭフィルタ４２に堆積するアッシュ量が過多となった状態を正確に検出することが可能である。これによって、車両の搭乗者にＰＭフィルタ４２の交換時期又はアッシュ洗浄時期を、正確に報知することが可能である。
　尚、本実施形態に係るＥＣＵ４６によれば、特に、ＰＭフィルタ４２に堆積するＰＭ堆積量を推定するロジックのみを用いて、アッシュ量を推定することができるため、アッシュ量を推定するロジックを作成するための開発工数の削減、及びＥＣＵ４６における演算負荷の軽減に資する点で、好適である。
　又、本実施形態に係るＥＣＵ４６は、アッシュ量を推定する際、ＰＭフィルタ４２の再生が完了した直後に推定されたＰＭ堆積量を用いるため、より高精度にアッシュ量を推定することが可能となる。
（その他の実施形態）
　本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。
　上記実施形態では、ＥＣＵ４６の構成の一例として、第１のＰＭ量推定部４６ａ、第２のＰＭ量推定部４６ｂ、フィルタ再生制御部４６ｃ、及びアッシュ量推定部４６ｄの機能が一のコンピュータによって実現されるものとして記載したが、複数のコンピュータによって実現されてもよいのは勿論である。例えば、アッシュ量推定部４６ｄの機能とフィルタ再生制御部４６ｃの機能は、それぞれ別個のＥＣＵに搭載されてもよい。
　又、上記実施形態では、排気浄化装置４０を適用する車両１の一例として、ディーゼルエンジン車両に適用した態様ついて説明する。但し、本発明に係る排気浄化装置４０は、ガソリンンジン車両にも適用し得る。
　又、上記実施形態では、内燃機関の排気浄化装置４０の一例として、車両に適用する態様を示した。しかしながら、本発明に係る排気浄化装置４０は、車両に限らず、船舶や航空機等、その他の内燃機関を備える装置にも適用し得るのは勿論である。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
　本出願は、２０１８年９月２８日付で出願された日本国特許出願（特願２０１８－１８３４０５）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示に係る排気浄化装置の推定装置によれば、ＰＭフィルタ中に堆積するアッシュ量を簡易に、且つ、正確に推定することが可能である。
　１　車両
　１０　エンジン
　２０　吸気通路
　２１　エアクリーナ
　２２　ターボチャージャ
　２３　吸気スロットルバルブ
　３０　排気通路
　３１　ＥＧＲ装置
　４０　排気浄化装置
　４１　酸化触媒
　４２　ＰＭフィルタ
　４３　差圧センサ
　４４　酸素濃度センサ
　４５　温度センサ
　４６　ＥＣＵ（推定装置）
　４６ａ　第１のＰＭ量推定部（第１の粒子状物質量推定部）
　４６ｂ　第２のＰＭ量推定部（第２の粒子状物質量推定部）
　４６ｃ　フィルタ再生制御部
　４６ｄ　アッシュ量推定部

Claims (4)

  1. 　内燃機関の排気通路内に配設されたフィルタに堆積するアッシュ量を推定する推定装置であって、
    　前記フィルタの前後差圧を検出する差圧センサの検出値に基づいて、前記フィルタに堆積する粒子状物質の堆積量を推定する第１の粒子状物質量推定部と、
    　前記内燃機関の運転状態の推移に基づいて、前記フィルタに堆積する粒子状物質の堆積量を推定する第２の粒子状物質量推定部と、
    　前記第１の粒子状物質量推定部により推定される粒子状物質の堆積量と、前記第２の粒子状物質量推定部により推定される粒子状物質の堆積量と、の差分値に基づいて、前記フィルタに堆積するアッシュ量を推定するアッシュ量推定部と、
    　を備える推定装置。
  2. 　前記アッシュ量推定部は、前記フィルタの再生が完了した時点において、前記第１の粒子状物質量推定部及び前記第２の粒子状物質量推定部それぞれにより推定される粒子状物質の堆積量に基づいて、前記フィルタに堆積するアッシュ量を推定する
    　請求項１に記載の推定装置。
  3. 　前記アッシュ量推定部は、前記フィルタに堆積するアッシュ量が所定の閾値を超えている場合、その旨を報知する
    　請求項１に記載の推定装置。
  4. 　請求項１に記載の推定装置を備える車両。
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