JP3918649B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関し、特にパティキュレートフィルタを再生する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼルエンジンでは、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯx に加え、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子を除去することが必要になる。このため、排気通路にパティキュレートフィルタを配置し、ここで排気ガス中の排気微粒子を捕集している。
【０００３】
パティキュレートフィルタは、流入した排気ガスに多孔質の隔壁を透過させ、その際に、隔壁の表面や細孔で排気ガス中の排気微粒子を捕集する。捕集量が過剰に増えると、パティキュレートフィルタにおける流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し出力の低下等をもたらす。このため、パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子を適宜、除去して、パティキュレートフィルタの排気微粒子捕集能力を回復させる必要がある。
【０００４】
パティキュレートフィルタの再生を内燃機関の運転中に可能としたものとして、パティキュレートフィルタに白金等の酸化触媒を設けて、酸化触媒の酸化作用を利用したものがある。このものでは、所定の時期になると、例えば膨張行程中に燃料を噴射するポスト噴射により燃料をパティキュレートフィルタに供給し、その燃焼熱を利用して酸化触媒の温度を上げ、捕集排気微粒子を除去する。また、通常の燃料噴射の時期をリタードして機関の効率を減じ、動力に変換されない廃熱を増やすことで、この熱を利用して酸化触媒の温度を上げる。これにより、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を燃焼し、除去する。
【０００５】
特開平１１−１３４５５号には、エンジンの回転速度、燃料流量を検出して、これに基づいて内燃機関本体における排気微粒子の発生量を求め、これを積算することで排気微粒子の捕集量を見積もるようにしたものがある。この技術では、エンジンの回転速度および燃料流量と排気微粒子の発生量との対応関係を示すマップが用いられるが、そのデータは、ベンチ試験等で、各回転速度および燃料流量について排気微粒子の発生量を求めることで得る（第１従来例）。
【０００６】
また、特開平７−３３２０６５号には、排気微粒子の捕集量の増大による前記流通抵抗の増大で、パティキュレートフィルタの入口と出口との間の差圧が増大することを利用して、この差圧を検出し、検出差圧が所定値を越えると再生すべき時期と判じるものが開示されている（第２従来例）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１従来例では、捕集量を高精度に検出しようとすれば、エンジンの回転速度および燃料流量を細かく区画してマップの精度を高めることが必要になる。また、マップは定常運転の状態でマップ用のデータが取られるから、過渡状態では誤差を含むが、パティキュレートフィルタに再生が必要なほどに排気微粒子が捕集されるまでには過渡状態を何度も履歴し、この誤差の積算で、パティキュレートフィルタの再生時期を大きく誤るおそれがある。
【０００８】
また、前記第２従来例では、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの流量が少ないと前記差圧も小さくなり、必ずしも十分な精度で排気微粒子の捕集量を得ることができない。また、過渡状態においても安定して差圧が得られず、捕集量の検出精度が低下する。
【０００９】
このため、前記いずれの従来例も、必ずしも実用的な技術とはいえない。
【００１０】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、パティキュレートフィルタを再生すべき時期を適正に判定することができる実用的な内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、内燃機関本体の気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路の途中に、前記排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、所定の時期にパティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子を除去してパティキュレートフィルタを再生する内燃機関の排気ガス浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態を検出する流通状態検出手段と、
前記パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態に基づいて排気微粒子の捕集量を演算する第１の捕集量演算手段と、
前記内燃機関本体の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関本体の運転状態に基づいて内燃機関本体からの単位時間当たりの排気微粒子の排出量を演算し、該排出量から単位時間当たりの捕集量増分を得る捕集量増分演算手段と、
前記第１の捕集量演算手段による捕集量の検出精度の指標となる検出精度判定値を前記運転状態または前記排気ガス流通状態に基づいて演算する検出精度判定値演算手段と、
前記検出精度判定値を予め設定した所定値と比較して、捕集量の検出精度が高いか否かを判定する検出精度判定手段と、
該検出精度判定手段で否定判断されると、直近の肯定判断時に前記第１の捕集量演算手段により演算した捕集量に、前記捕集量増分演算手段により演算した捕集量増分を積算して捕集量を更新し、これを現在の捕集量とする第２の捕集量演算手段と、
第１の捕集量演算手段または第２の捕集量演算手段により得られた捕集量をそのしきい値と比較することにより、前記パティキュレートフィルタを再生するか否かを決定する再生決定手段とを具備する構成とする。
【００１２】
運転状態が定常状態等で前記検出精度が高いときには、排気微粒子の捕集量は、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態に基づいて得られる。そして、運転状態が過渡状態に移行して検出精度が低くなると、検出精度が高かったときの排気ガスの流通状態に基づく捕集量をベースとして、これに、内燃機関本体の運転状態から推定される排気微粒子の排出量に基づいて得られた捕集量増分が積算されていき、その時点での捕集量とされる。したがって、捕集量の検出誤差は、殆どが、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態に基づいて直近に捕集量が求められた以後において捕集量増分に含まれる誤差である。したがって、内燃機関本体の運転状態から推定される排気微粒子の排出量に基づいて得られた捕集量増分を新品状態（再生した場合は再生直後の状態）から積算して現在の捕集量を得る前記第１従来例のように、新品状態等から現在までの各捕集量増分の誤差がすべて積算してしまうことがない。
【００１３】
また、捕集量のベースになっているのは、運転状態が定常状態等で検出精度が高いときに、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態に基づいて演算された捕集量であるから、その時々でのパティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態に基づいて現在の捕集量を演算する前記第２従来例のように、そのときの運転状態等によっては大きな誤差を含むということがない。
【００１４】
さらに、検出精度が低いときは、内燃機関の運転状態が過渡状態にあるときや排気ガス流量が少なくパティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態が正確には捉えられない状態にあるときであるが、これらの状態は加減速時やアイドリング時であり、通常、長時間続くことはない。したがって、実際の捕集量に対する演算された捕集量の誤差の割合は小さい。
【００１５】
これにより、実用的な検出精度を確保することができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記捕集量増分演算手段を、前記捕集量増分演算手段を、前記単位時間当たりの排気微粒子の排出量に所定の捕集効率を乗じて、これを前記捕集量増分とするように設定する。
【００１７】
内燃機関本体から排出される排気微粒子の排出量のうち、パティキュレートフィルタにはその仕様に応じた割合（捕集効率）で捕集されていくことになるから、排出量に所定の捕集効率を乗じることで簡単に捕集量増分が得られる。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記捕集量増分演算手段を、内燃機関本体から排出される排気ガス中の排気微粒子の濃度と運転状態との対応関係に基づいて排気微粒子濃度を求め、該排気微粒子濃度に内燃機関本体から排出される排気ガスの流量を乗じて、内燃機関本体からの単位時間当たりの排気微粒子の排出量を得るように設定する。
【００１９】
排気微粒子濃度は、混合気の燃焼が行われる内燃機関本体の運転状態によって変化し、また、排気微粒子濃度が同じであっても排気ガスの流量が多いほど、排気微粒子の排出量は多くなる。なお、発明者らの得た知見によれば、内燃機関本体から排出される排気ガス中の排気微粒子のうち、除去するのに高温下での燃焼を要するためにパティキュレートフィルタに堆積しやすく、真に捕集量として検出すべき成分はＳＯＯＴ（黒煙）であり、その濃度はスモーク濃度に依存する。したがって、スモーク濃度を規定する運転状態と排気ガス微粒子の濃度との対応関係に基づいて、パティキュレートフィルタにおける圧力損失の要因となる成分のみの排気微粒子濃度を得ることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、請求項３の発明の構成において、前記排気微粒子濃度と運転状態との対応関係は、排気微粒子の濃度が複数段階の離散値をとるようにする。
【００２１】
単位時間当たりの排気微粒子の排出量を簡易に算出することができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４の発明の構成において、前記検出精度判定値には、運転状態を示す状態量の時間に対する変化率を含める。
【００２３】
運転状態が過渡状態では、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態が安定しないので、該排気ガス流通状態に基づく捕集量の検出精度が低くなるが、過渡状態か否かを前記状態量の時間に対する変化率から判断することができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記捕集量演算手段を、前記捕集量演算手段を、前記流通状態を示す状態量としての、排気微粒子の捕集量に応じて前記パティキュレートフィルタの流通抵抗が変化すると、これに伴って変化する排気ガスの圧力と、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの排気流量とに基づいて捕集量を演算するように設定し、
前記検出精度判定値には、パティキュレートフィルタにおける排気流量を含める。
【００２５】
パティキュレートフィルタにおける排気流量が少なければ、パティキュレートフィルタの入口と出口との間の差圧のように、捕集量に応じてパティキュレートフィルタで発生する排気ガス圧力が小さくなり、捕集量の検出誤差が大きくなる。したがって、かかる排気ガス圧力に基づいて捕集量を演算するものにおいては、排気流量に基づいて捕集量の検出精度を好適に判断することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明を適用した第１実施形態になるディーゼルエンジンの構成を示す。ディーゼルエンジンは、エンジン本体１に、吸入空気が流通する吸気通路２と、エンジン本体１の気筒からの排気ガスが流通する排気通路３とが接続され、排気通路３の途中にはパティキュレートフィルタ４が設けてある。パティキュレートフィルタ４は、コーディエライトや炭化珪素等の多孔質セラミック製のハニカム体の流路を目封じしてフィルタ本体を形成したもので、入口４ａから流入したエンジン本体１の各気筒からの排気ガスが、多孔質の隔壁を透り、出口４ｂから下流へと流れる。このとき、パティキュレートフィルタ４には、排気ガスに含まれる排気微粒子が捕集され、運転時間を経るとともに堆積していく。また、パティキュレートフィルタ４のフィルタ本体の表面には、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とする酸化触媒が担持されており、所定の温度条件下で排気微粒子を酸化、燃焼し、除去する。
【００２７】
エンジン本体１のインジェクタ等、エンジン各部を制御するＥＣＵ５１が設けられている。
【００２８】
ＥＣＵ５１には、運転状態を示す種々の信号が入力している。すなわち、排気通路３には管壁を貫通して運転状態検出手段である温度センサ５２ａ，５２ｂが設けてあり、排気温度を検出するようになっている。温度センサ５２ａ，５２ｂはパティキュレートフィルタ４の直上流と直下流とのそれぞれに設けられる。上流側の温度センサ５２ａの検出温度はパティキュレートフィルタ４の入口４ａにおける、流通する排気ガスの温度であり、ＤＰＦ入口温度という。下流側の温度センサ５２ｂの検出温度はパティキュレートフィルタ４の出口４ｂにおける、流通する排気ガスの温度であり、ＤＰＦ出口温度という。
【００２９】
ＥＣＵ５１では、このＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度とからＤＰＦ温度Ｔが求められる。ＤＰＦ温度Ｔはパティキュレートフィルタ４を代表する温度であり、フィルタ本体やこれに担持された酸化触媒との間に相関を有する温度である。ＤＰＦ温度Ｔは、ＤＰＦ入口温度に一次遅れフィルタ演算を作用させた出力と、ＤＰＦ出口温度との平均値をとって得る。ＤＰＦ入口温度に一次遅れフィルタ演算を作用させるのは、ＤＰＦ入口温度はエンジン本体１からの排気ガスの排出状況で大きく変動し、その影響を排除するためである。要求される仕様によっては、単に、ＤＰＦ入口温度とＤＰＦ出口温度との平均でもよいし、加重平均でもよい。パティキュレートフィルタ４を代表する温度であればよい。
【００３０】
また、排気通路３には、パティキュレートフィルタ４の直上流側で分岐する第１の分岐通路３１ａと、パティキュレートフィルタ４の直下流側で分岐する第２の分岐通路３１ｂとが接続され、両分岐通路３１ａ，３１ｂに介設された運転状態検出手段である差圧センサ５３が、パティキュレートフィルタ４の入口４ａと出口４ｂとの間の差圧を検出するようになっている。差圧は、パティキュレートフィルタ４における排気微粒子の捕集量（以下、適宜、ＰＭ捕集量という）に応じて圧力損失が大きくなることで増大する排気ガス圧力である。
【００３１】
また、吸気通路２には運転状態検出手段であるエアフローメータ５４が設けられ、吸入空気の流量（以下、適宜、吸気量という）を検出する。また、運転状態検出手段であるアクセル開度センサ５５の出力信号からアクセル開度が、運転状態検出手段であるクランク角センサ５６の出力信号からエンジン回転数が知られるようになっている。
【００３２】
ＥＣＵ５１はマイクロコンピュータを中心に構成された一般的なものである。
【００３３】
図２に、パティキュレートフィルタ４の再生処理に関し、ＥＣＵ５１で実行される制御内容を示す。これは、タイマ割り込みにて所定周期で立ち上がるプログラムである。先ずステップＳ１０１では、吸気量ＧＡ、ＤＰＦ温度Ｔ、差圧Ｐ、アクセル開度αを読み込む。吸気量ＧＡは本実施形態では質量流量として読み込まれる。
【００３４】
ステップＳ１０２では、吸気量ＧＡ、ＤＰＦ温度Ｔおよび差圧Ｐに基づいて、排気流量Ｖexを算出する。これは、質量流量の吸気量ＧＡを、ＤＰＦ温度Ｔおよび差圧Ｐに基づいて体積流量に換算する演算である。また、アクセル開度αの時間に対する変化率（以下、適宜、アクセル開度変化率という）α’を算出する。アクセル開度変化率α’は、例えば、前回値との差分により求めることができる。加速時か減速時かでアクセル開度変化率は正負いずれかの値をとるが、本フローの中ではアクセル開度変化率α’は大きさのみの量として扱う。
【００３５】
ステップＳ１０３，Ｓ１０４は検出精度判定手段としての処理であり、ステップＳ１０３では、排気流量Ｖexを予め設定した所定値Ｖex0 と比較し、排気流量Ｖexが所定値Ｖex0 よりも大きいか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、アクセル開度変化率α’を予め設定した所定値α’0 と比較し、アクセル開度変化率α’が所定値α’0 よりも小さいか否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ１０５に進む。
【００３６】
ステップＳ１０５は第１の捕集量演算手段としての手順で、排気流量Ｖexおよび差圧Ｐに基づいてＰＭ捕集量ｍを算出し、ステップＳ１１１に進む。ＰＭ捕集量ｍの演算はＥＣＵ５１のＲＯＭに格納されたマップに基づいてなされる。図３にこのマップの内容を示す。図中の曲線群は、それぞれの曲線が同じＰＭ捕集量ｍをとる排気流量Ｖexおよび差圧Ｐを示しており、同じＰＭ捕集量ｍであっても、排気流量Ｖexが少なければ、差圧Ｐが低く現れる。マップ化するデータは予め実験等により求めておく。
【００３７】
ステップＳ１０３またはステップＳ１０４が否定判断されると、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０を実行して、ステップＳ１１１に進むようになっている。すなわち、排気流量Ｖexが所定値Ｖex0 よりも大きく、かつ、アクセル開度変化率α’が所定値α’0 よりも小さいときのみ、ステップＳ１０５が実行される。
【００３８】
排気流量Ｖexが少ないとパティキュレートフィルタ４に十分な差圧が生じないので、ステップＳ１０５のようにＰＭ捕集量ｍを差圧Ｐと排気流量Ｖexとにより演算するものでは、ＰＭ捕集量ｍの検出誤差は増大する。また、アクセル開度αが大きく変化する過渡状態では、排気流量Ｖexおよび差圧Ｐが安定せず、アクセル開度変化率α’が大きいほど、ステップＳ１０５のようにＰＭ捕集量ｍを差圧Ｐと排気流量Ｖexとにより演算するものでは、ＰＭ捕集量ｍの検出誤差は増大する。したがって、ステップＳ１０３およびステップＳ１０４のいずれもが肯定判断される場合は、ＰＭ捕集量ｍの検出精度が十分な状態であり、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４の少なくともいずれかが否定判断される場合は、ＰＭ捕集量ｍの検出精度が十分ではない、と判ずることができる。したがって、ＰＭ捕集量ｍの検出精度が十分なときにのみステップＳ１０５が実行されることになる。
【００３９】
一方、ステップＳ１０６〜Ｓ１１０は、排気流量Ｖexが少ないか、または、アクセル開度変化率α’が大きく、ステップＳ１０５の演算ではＰＭ捕集量ｍの検出精度が十分ではないときに捕集量を得るための処理である。ステップＳ１０６〜Ｓ１０９は捕集量増分演算手段としての処理である。ステップＳ１０６では、運転状態を示す状態量としての燃料の噴射量Ｑがスモークガード噴射量に達しているか否かを判定する。スモークガード噴射量はエンジン本体１から排出されるスモークの濃度を所定の濃度（ガード値）に抑制するために、燃料噴射量として許容される最大噴射量であり、各運転状態、例えばエンジン回転数および出力トルクごとに予め決められる。ステップＳ１０６が肯定判断されるとステップＳ１０７で、本フローの起動周期の長さを単位時間とする単位時間当たりの、エンジン本体１からの排気微粒子の排出量ｍe を演算し、ステップＳ１０９に進む。否定判断されるとステップＳ１０８で、エンジン本体１からの排気微粒子の排出量ｍe を演算し、ステップＳ１０９に進む。
【００４０】
排気微粒子の排出量ｍe の演算（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）は次のように実行される。演算には、エンジン本体１から排出される排気ガス中の排気微粒子の濃度（以下、適宜、ＰＭ濃度という）Ｄ1 ，Ｄ2 が用いられる。ＰＭ濃度Ｄ1 ，Ｄ2 はＥＣＵ５１のＲＯＭに予め記憶された固定値であり、イグニッションオン時等に読み込まれる。
【００４１】
ＰＭ濃度Ｄ1 ，Ｄ2 は次のように与えられる。ディーゼルエンジンから排出される排気微粒子にはＳＯＯＴ（黒煙）とＳＯＦ（有機溶剤に可溶なＨＣを中心とした半透明の成分）が含まれ、一般的に排気ガス中のスモーク濃度とＰＭ排出量とは対応しない。これは、ＳＯＦは排気微粒子としては検出されても、スモークとしては殆ど検出されないからである。しかしながら、発明者らはパティキュレートフィルタが２００°Ｃ以上になるとパティキュレートフィルタに捕集されたＳＯＦの多くは焼失しており、ＳＯＦをパティキュレートフィルタにおける圧力損失の要因としては考慮する必要がないことが明らかになった。したがって、パティキュレートフィルタの流通抵抗の増大に寄与するＰＭ排出量としては、エンジン本体１から排出されるスモークの濃度に応じた値をとるＳＯＯＴの濃度に基づいて算出すればよいことになる。
【００４２】
図４は、スモークの濃度と、パティキュレートフィルタ４における圧力損失に寄与するＰＭ濃度との対応関係を示すものである。ここでガード値は、燃料噴射量がスモークガード噴射量のときのスモーク濃度であり、スモーク濃度の最大値ということになる。第１のＰＭ濃度Ｄ1 はこのガード値に対応するＰＭ濃度に設定され、第２のＰＭ濃度Ｄ2 は第１のＰＭ濃度Ｄ1 より低いＰＭ濃度に設定される。本実施形態では、燃料噴射量Ｑがスモークガード噴射量に達していれば、エンジン本体１から排出される排気ガス中のＰＭ濃度を第１のＰＭ濃度Ｄ1 とし、スモークガード噴射量に達していなければエンジン本体１から排出される排気ガス中のＰＭ濃度を第２のＰＭ濃度Ｄ2 とする。このように、燃料噴射量Ｑに対してＰＭ濃度に離散値を与える。
【００４３】
そして、ステップＳ１０７，Ｓ１０８では前記排気流量Ｖexを、エンジン本体１から排出される排気ガスの流量とみなし、ステップＳ１０７では第１のＰＭ濃度Ｄ1 を使って排出量ｍe がＤ1 ×Ｖexにより算出される。一方、ステップＳ１０８では第２のＰＭ濃度Ｄ2 を使って排出量ｍe がＤ2 ×Ｖexにより算出される。なお、排気流量Ｖexは、本フローの起動周期の長さの時間を単位時間とする流量に規格化される。
【００４４】
燃料噴射量Ｑがスモークガード噴射量か否かは燃料噴射制御の中で知られるからこの情報を受けてステップＳ１０６を実行することができる。詳細なマップ等によることなく簡易にＰＭ排出量が得られることになる。
【００４５】
ここで、ＰＭ濃度を２段階に設定することで制御を簡素化しているが、ＰＭ濃度が離散値をとることによる誤差が小さくなるように、その値のとり方は予め実験等で最適化するのがよい。勿論、燃料噴射量等に対して３段階以上の離散値をとるようにしてもよいし、連続した関数により燃料噴射量等からＰＭ濃度が与えられるようにしでもよい。
【００４６】
ステップＳ１０９では、排出量ｍe に予め設定した捕集効率ηを乗じて、捕集量増分Δｍとする。捕集量増分Δｍは本フローの起動周期の長さの時間を単位時間とする排気微粒子の捕集量である。捕集効率ηは、エンジン本体１から排出された排気微粒子のうち、パティキュレートフィルタ４で捕集される排気微粒子の割合であり、パティキュレートフィルタ４の仕様によって決まる定数である。
【００４７】
ステップＳ１１０は第２の捕集量演算手段としての処理であり、ＰＭ捕集量ｍに捕集量増分Δｍを加算することにより、ＰＭ捕集量ｍを更新する。そして、ステップＳ１１１に進む。
【００４８】
ステップＳ１１１は再生決定手段としての処理で、ＰＭ捕集量ｍをしきい値である再生開始ＰＭ捕集量ｍthと比較し、ＰＭ捕集量ｍが再生開始ＰＭ捕集量ｍthよりも大きいか否かを判定する。再生開始ＰＭ捕集量ｍthはイグニッションスイッチのオン時などに、ＲＯＭから読み込まれる。再生開始ＰＭ捕集量ｍthは、パティキュレートフィルタ４の再生を開始すべきＰＭ捕集量であり、パティキュレートフィルタ４の再生が頻繁になされるのを回避すべく、許容範囲内でできるだけ大きな値に設定される。ステップＳ１１１が肯定判断されると、ステップＳ１１２で、パティキュレートフィルタ４の昇温を実行し、パティキュレートフィルタ４を再生処理する。パティキュレートフィルタ４の昇温は、ポスト噴射や燃料噴射時期のリタードによりなされる。ステップＳ１１１が否定判断されると、再生が必要なほどにはパティキュレートフィルタ４に排気微粒子が捕集されていないものとしてステップＳ１１２を非実行とする。
【００４９】
さて、差圧Ｐおよび排気流量Ｖexに基づくＰＭ捕集量ｍの検出精度が十分であれば、ステップＳ１０３，Ｓ１０４が肯定判断されるので、ステップＳ１１１でパティキュレートフィルタ４を再生するか否かの判定に用いられるＰＭ捕集量ｍは、差圧Ｐおよび排気流量Ｖexに基づいて演算されたものである（ステップＳ１０５）。そして、運転状態が過渡状態に移行して前記検出精度が低下すると、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４が否定判断されて、ＰＭ捕集量ｍは、本制御フローが起動するごとに捕集量増分Δｍが順次、積算されたものであるが、そのベースとなるのは、ステップＳ１０５で差圧Ｐおよび排気流量Ｖexに基づいて演算されたＰＭ捕集量ｍである。このベースとなるＰＭ捕集量ｍが演算された時点では検出精度が十分である。
【００５０】
したがって、ＰＭ捕集量ｍの検出誤差は、殆どが捕集量増分Δｍに含まれる誤差ということになる。これは差圧Ｐおよび排気流量Ｖexに基づいて前記ベースとなるＰＭ捕集量ｍが演算された以後に積算されたもののみである。したがって、前記ベースとなるＰＭ捕集量ｍが演算された以前に、加減速等、検出精度が低い状態を何度も履歴していても、その間の検出誤差が捕集量ｍに含まれることはない。
【００５１】
また、通常、アクセル開度が変化する加減速状態や、排気流量がごく小さいアイドリング状態が長時間続くということはないから、誤差の捕集量全体に対する割合は比較的小さい。
【００５２】
これにより、ＰＭ捕集量ｍが再生開始ＰＭ捕集量ｍthを越えたときに、実際の捕集量が再生開始捕集量ｍthと大きな差を生じないので、適正な時期に再生を行い得る。すなわち、エンジン本体からの排気微粒子の排出量をパティキュレートフィルタ４が新品状態（再生した場合は再生直後の状態）から積算して得る前記第１従来例のように、新品状態から現在までの排出量に含まれる誤差がすべて積算していかないし、また、その時点でのパティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態に基づいて演算する前記第２従来例のように、運転状態や排気ガスの流通状態によって大きな誤差を生じるということがなく、これらの従来例に比して実用的な検出精度を確保することができる。
【００５３】
図５は、アクセルを緩めたり踏み込んだりしながら走行しているときの、本ディーゼルエンジンの各部の作動状態の一例を示すものである。図中、ＰＭ算出方法切替えフラグとは、「１」がステップＳ１０５によりＰＭ捕集量ｍが演算される場合で、「０」がステップＳ１１０によりＰＭ捕集量ｍが演算される場合である。Ａ時点までは排気流量Ｖexが所定値Ｖex0 よりも小さいので低検出精度域と判断され（ステップＳ１０３）、ＰＭ算出方法切替えフラグは「０」である。途中、アクセル開度の変化で、一瞬、排気流量Ｖexが所定値Ｖex0 を越えるが、アクセルの戻しでアクセル開度変化率α’が所定値α’0 を越えてしまうので低検出精度域と判断され（ステップＳ１０４）、ＰＭ算出方法切替えフラグは「０」のままである。
【００５４】
そしてＡ時点から再びアクセル開度αが上昇し、排気流量Ｖexが所定値Ｖex0 を越えるが、アクセルの踏み込みが強くアクセル開度変化率α’が所定値α’0 を越え、また、アクセルをやや戻したときにもアクセル開度変化率α’が所定値α’0 を越えているので、ＰＭ算出方法切替えフラグは「０」のままである。
【００５５】
そして、アクセル開度αがやや高めで一定すると、アクセル開度変化率α’がごく小さくなるとともに、排気流量Ｖexが高めで推移するので、高検出精度域と判断され（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）、ＰＭ算出方法切替えフラグは「１」に切り換わる。この後は、差圧Ｐと排気流量Ｖexとに基づいてＰＭ捕集量ｍが演算され、高精度でＰＭ捕集量が知られる。したがって、この間に、実際のＰＭ捕集量が再生開始ＰＭ捕集量ｍthに達しても、そのことを正確に知ることができる。
【００５６】
そして、再び緩やかにアクセル開度αが上昇し、Ｃ時点でアクセルを戻すことによりアクセル開度変化率α’が所定値α’0 を越えると、ＰＭ算出方法切替えフラグは「０」に切り換わる。これにより、ＰＭ捕集量ｍは、ＰＭ算出方法切替えフラグが「０」に切り換わる直前に差圧Ｐと排気流量Ｖexとに基づいて演算されたＰＭ捕集量ｍに、ＰＭ捕集量増分Δｍが順次加算されて、その時点のＰＭ捕集量ｍとされる。前記のごとくＰＭ捕集量ｍにおける検出誤差は略、ＰＭ捕集量増分Δｍに含まれる誤差のみであるから、この間に、実際のＰＭ捕集量が再生開始ＰＭ捕集量ｍthに達しても、そのタイミングとはあまり乖離しない時点でそのことを知ることができる。
【００５７】
そして、アクセル開度αがやや高めで一定すると、Ｄ時点でＰＭ算出方法切替えフラグが「１」に戻る。これにより、それまでのＰＭ捕集量増分Δｍに含まれる誤差は消失し、検出誤差が積算されていくことはない。
【００５８】
そして、Ｅ時点でアクセルが急に戻されて、排気流量Ｖexが急減し、一気に所定値Ｖex0 を下回ると、ＰＭ算出方法切替えフラグは「０」に切り換わる。そして、Ｆ時点で車両が停止し、アイドリング状態に移行する。Ｅ時点以降、ＰＭ捕集量ｍは、Ｅ時点でＰＭ算出方法切替えフラグが「０」に切り換わる直前に差圧Ｐと排気流量Ｖexとに基づいて演算されたＰＭ捕集量ｍに、ＰＭ捕集量増分Δｍが順次加算されて、その時点のＰＭ捕集量ｍとされる。ＰＭ捕集量の検出誤差は、略、ＰＭ捕集量増分Δｍに含まれる誤差のみであるから、この間に、実際のＰＭ捕集量が再生開始ＰＭ捕集量ｍthに達しても、そのタイミングとはあまり乖離しない時点でそのことを知ることができる。
【００５９】
（第２実施形態）
図６に本発明の第２実施形態になる内燃機関を示す。第１実施形態において、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態の検出を別の手段で行うようにしたものである。第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６０】
パティキュレートフィルタ４の直上流に圧力センサ５３Ａが設けてあり、この位置で排気通路３を流通する排気ガスの圧力を検出するようになっている。第１実施形態では差圧および排気流量とＰＭ捕集量とのマップに基づいてＰＭ捕集量を演算しているが、ＥＣＵ５１Ａには、パティキュレートフィルタ４の直上流における排気ガス圧力とＰＭ捕集量とのマップが記憶されており、圧力センサ５３Ａによる検出圧力に対してＰＭ捕集量が与えられるようになっている。ＥＣＵ５１Ａでは、この、高検出精度のときに圧力センサ５３Ａによる検出圧力に基づいてＰＭ捕集量を演算する点を除き、第１実施形態と同じ制御が実行される。
【００６１】
パティキュレートフィルタ４の直下流における圧力は、パティキュレートフィルタ４の下流の触媒やマフラーにおける圧力損失に大気圧を加えたものであり、要求される精度によっては一定値とみなすことができ、この圧力損失を予め求めておけば、本実施形態の前記マップは第１実施形態のマップから簡単に換算して流用することができる。あるいは、簡単にパティキュレートフィルタ４の直下流の排気ガス圧力を大気圧とするのもよい。また、前記圧力損失の変動量について予め求めておけば、さらに高精度化を図ることができる。
【００６２】
また、検出精度判定値は、アクセル開度変化率α’に限らず、ＰＭ捕集量ｍの検出精度に応じた大きさをとる運転状態の変化量であればよい。エンジン回転数や車速の変化率でもよい。
【００６３】
また、エンジン本体１からの排気微粒子の排出量をエンジン本体１の運転状態の状態量である燃料噴射量とスモークガード噴射量とに基づいて得ているが、エンジン本体１の運転状態を示す他の状態量に基づいて推定するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置を適用した第１の実施形態になる内燃機関の構成図である。
【図２】前記内燃機関の各部を制御するＥＣＵで実行される制御内容を示すフローチャートである。
【図３】前記制御内容を説明する第１の図である。
【図４】前記制御内容を説明する第２の図である。
【図５】前記制御内容を説明する第３の図である。
【図６】本発明の排気ガス浄化装置を適用した第２の実施形態になる内燃機関の構成図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体（内燃機関本体）
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ パティキュレートフィルタ
４ａ 入口
４ｂ 出口
５１ ＥＣＵ（第１の捕集量演算手段、運転状態検出手段、捕集量増分演算手段、検出精度判定値演算手段、検出精度判定手段、第２の捕集量演算手段、再生決定手段）
５２ａ，５２ｂ 温度センサ（流通状態検出手段）
５３ 差圧センサ（流通状態検出手段）
５３Ａ 圧力センサ（流通状態検出手段）
５４ エアフローメータ（流通状態検出手段）
５５ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
５６ クランク角センサ（運転状態検出手段）

Claims (6)

1. 内燃機関本体の気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路の途中に、前記排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、所定の時期に前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子を除去して前記パティキュレートフィルタを再生する内燃機関の排気ガス浄化装置において、
   前記パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態を検出する流通状態検出手段と、
   前記パティキュレートフィルタにおける排気ガスの流通状態に基づいて排気微粒子の捕集量を演算する第１の捕集量演算手段と、
   前記内燃機関本体の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記内燃機関本体の運転状態に基づいて内燃機関本体からの単位時間当たりの排気微粒子の排出量を演算し、該排出量から単位時間当たりの捕集量増分を得る捕集量増分演算手段と、
   前記第１の捕集量演算手段による捕集量の検出精度の指標となる検出精度判定値を前記運転状態または前記排気ガス流通状態に基づいて演算する検出精度判定値演算手段と、
   前記検出精度判定値を予め設定した所定値と比較して、捕集量の検出精度が高いか否かを判定する検出精度判定手段と、
   該検出精度判定手段で否定判断されると、直近の肯定判断時に前記第１の捕集量演算手段により演算した捕集量に、前記捕集量増分演算手段により演算した捕集量増分を積算して捕集量を更新し、これを現在の捕集量とする第２の捕集量演算手段と、
   第１の捕集量演算手段または第２の捕集量演算手段により得られた捕集量をそのしきい値と比較することにより、前記パティキュレートフィルタを再生するか否かを決定する再生決定手段とを具備することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記捕集量増分演算手段を、前記単位時間当たりの排気微粒子の排出量に所定の捕集効率を乗じて、これを前記捕集量増分とするように設定した内燃機関の排気ガス浄化装置。
3. 請求項２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記捕集量増分演算手段を、内燃機関本体から排出される排気ガス中の排気微粒子の濃度と運転状態との対応関係に基づいて排気微粒子濃度を求め、該排気微粒子濃度に排気流量を乗じて、内燃機関本体からの単位時間当たりの排気微粒子の排出量を得るように設定した内燃機関の排気ガス浄化装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記排気微粒子濃度と運転状態との対応関係は、排気微粒子の濃度が複数段階の離散値をとるようにした内燃機関の排気ガス浄化装置。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記検出精度判定値には、運転状態を示す状態量の時間に対する変化率を含む内燃機関の排気ガス浄化装置。
6. 請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記捕集量演算手段を、前記流通状態を示す状態量としての、排気微粒子の捕集量に応じて前記パティキュレートフィルタの流通抵抗が変化すると、これに伴って変化する排気ガスの圧力と、パティキュレートフィルタにおける排気ガスの排気流量とに基づいて捕集量を演算するように設定し、
   前記検出精度判定値には、パティキュレートフィルタにおける排気流量を含む内燃機関の排気ガス浄化装置。

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