JP4341460B2 - 内燃機関用排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタを備えた内燃機関用排気ガス浄化装置に関するもので、特にパティキュレート堆積量を高精度に検出して、パティキュレートフィルタの再生を最適なタイミングで実施することが可能な内燃機関用排気ガス浄化装置に係わる。

［従来の技術］
環境対策として、近年、ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（粒子状物質）を低減するための装置が種々提案されている。その代表的なものに、ディーゼルエンジンパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦと言う）があり、エンジン排気管内に設置したＤＰＦの多孔質の隔壁を排気ガスが通過する際に、パティキュレートを捕集するように構成されている。パティキュレートは、そのまま堆積すると圧力損失が増大し、排気抵抗が増大して内燃機関の性能が低下することから、適正な時期に燃焼させて、ＤＰＦを再生する必要がある。ＤＰＦの再生は、例えば、バーナやヒータ等の加熱手段を用いたり、ポスト噴射や吸気を絞って排気温度を上昇させて、ＤＰＦをパティキュレートが燃焼可能な温度まで昇温させることにより行われる。

このとき、ＤＰＦの再生時期の決定を適切に行うことが重要であり、ＤＰＦの再生時期を適正化することを目的として、内燃機関の排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するためのＤＰＦと、このＤＰＦよりも上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサとを備えた内燃機関用排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。これは、パティキュレートの堆積量が増加すると圧力損失が増大しＤＰＦ前後の差圧が増加するので、差圧センサによって検出された差圧からパティキュレートの堆積量を推定し、そのパティキュレートの堆積量に基づいてＤＰＦの再生時期を決定している。

［従来の技術の不具合］
ところが、差圧センサは、個体毎にゼロ点とセンサ感度の双方にバラツキがあり、また、経時変化による出力値の誤差（差圧センサの経時劣化）も生じる。さらに、エンジン構成部品の個体差等によるバラツキがある。これにより、差圧センサによって検出された差圧からパティキュレートの堆積量を推定する際に十分な推定精度を確保することが困難であった。

ここで、パティキュレートの堆積量の推定精度が悪いと、図７のグラフに示したように、ＤＰＦの再生頻度が少なくなり、ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積する可能性がある。ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積すると、内燃機関の性能が低下するだけでなく、パティキュレートが再生時に急激に燃焼する。パティキュレート燃焼量（ＰＭ燃焼量）が増加する程、ＤＰＦ内部温度が上昇するので、ＤＰＦ内部温度が過度に上昇してＤＰＦ基材のＯＴ限界温度（オーバーテンプラチャ限界温度：許容上限温度）以上に上昇すると、ＤＰＦ基材が機能劣化または破損（例えば亀裂が入る等）する可能性がある。

一方、ＤＰＦの過昇温を防止するために、図７のグラフに示したように、ＤＰＦの再生頻度を多くして、ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積しないようにすることもできるが、例えばＤＰＦの再生にポスト噴射を用いる場合には、ＤＰＦからパティキュレートを燃焼除去させるために燃料を噴射供給していることから、ＤＰＦの再生頻度が多くなる程、燃料消費量や電力消費量が大きくなるという問題が生じる。
特開２００２−３７１８２７号公報（第１−９頁、図１−図３） 特開２００４−６８８０６号公報（第１−１３頁、図１−図１４）

本発明は、パティキュレートの堆積量を精度良く推定することのできる内燃機関用排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。また、ＤＰＦの再生時期の適正化を図ることで、ＤＰＦ再生時におけるＤＰＦの過昇温の防止と燃料消費量または電力消費量の増加の防止との両立を図ることのできる内燃機関用排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明によれば、ＤＰＦの再生時にＤＰＦの前後排気温度差（以下ＤＰＦ前後温度差と呼ぶ）を測定し、このＤＰＦ前後温度差に基づいてＤＰＦへのパティキュレートの堆積量（以下ＰＭ堆積量と言う）を算出することにより、ＰＭ堆積量の実測値に対するＰＭ堆積量算出値の算出精度を向上することができる。これにより、ＰＭ堆積量を精度良く推定できるようになる。また、精度良く推定したＰＭ堆積量に基づいてＤＰＦの再生頻度を設定することで、ＤＰＦの再生時期の決定を適切に行い、ＤＰＦの再生時期の適正化を図ることができる。これにより、ＤＰＦ再生時におけるＤＰＦの過昇温の防止と燃料消費量または電力消費量の増加の防止との両立を図ることができる。
また、ＤＰＦの前後排気圧力差または内燃機関の運転条件に基づいて、ＤＰＦへのパティキュレートの第１堆積量（以下第１ＰＭ堆積量と言う）を算出する。また、ＤＰＦの再生時にＤＰＦ前後温度差を測定し、このＤＰＦ前後温度差に基づいて、ＤＰＦへのパティキュレートの第２堆積量（以下第２ＰＭ堆積量と言う）を推定する。
そして、第１ＰＭ堆積量が設定された再生時期に対応した値に達しているか否かにより再生実施時期を判断し、第１ＰＭ堆積量から第２ＰＭ堆積量を減算して堆積量偏差値を算出し、この堆積量偏差値に基づいて、第１ＰＭ堆積量を第２ＰＭ堆積量へ適合させるための補正係数を算出し、この補正係数により、第１ＰＭ堆積量を第２ＰＭ堆積量に合わせ、ＤＰＦの再生頻度を再設定することにより、最適タイミングでのＤＰＦの再生が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、ＤＰＦの再生頻度は、ＤＰＦの再生時に、ＤＰＦ内部温度が許容上限温度よりも下回るように設定され、且つ燃料消費量または電力消費量が所定の消費量よりも下回るように設定される。これによって、ＤＰＦの再生頻度が過少となることを防止できるので、ＤＰＦにパティキュレートが過剰に堆積しないようになり、ＤＰＦの再生時にＤＰＦ内部温度が過度に上昇することはなく、ＤＰＦ基材の機能劣化または破損を防止できる。また、ＤＰＦの再生頻度が過多となることを防止することで、ＤＰＦの再生時に、つまりパティキュレートを燃焼除去する際に消費する燃料消費量または電力消費量の増加を防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、フィルタ再生手段は、内燃機関の気筒内、あるいは排気管内に燃料を噴射供給するための燃料噴射弁を含んで構成されている。そして、燃料噴射弁より噴射供給された燃料を利用して、ＤＰＦに捕集されているパティキュレートを燃焼させてＤＰＦを再生することが可能となる。また、請求項４に記載の発明によれば、フィルタ再生手段は、内燃機関の排気管の途中で、且つＤＰＦよりも排気ガスの流れ方向の上流側に設置された酸化触媒を含んで構成されている。そして、燃料噴射弁より噴射供給された燃料を酸化触媒で酸化してパティキュレートと反応させ、この反応熱によってＤＰＦに捕集されているパティキュレートを燃焼させてＤＰＦを再生することが可能となる。あるいは燃料噴射弁より噴射供給された燃料を酸化触媒で燃焼または酸化させ、この燃焼熱または酸化反応熱によってパティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを燃焼させてＤＰＦを再生することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、フィルタ再生手段は、電源より供給される電力を利用して、ＤＰＦに捕集されているパティキュレートを昇温させる電気ヒータを含んで構成されている。これにより、電気ヒータに電源より電力を供給することで電気ヒータを発熱させ、この発熱によってパティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを燃焼させてＤＰＦを再生することが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態は、ＤＰＦ再生時にＤＰＦの過昇温の防止と燃費の悪化の防止との両立を図るという目的を、ＤＰＦの再生時にＤＰＦ前後温度差に基づいてＰＭ堆積量を算出してＰＭ堆積量の実測値に対するＰＭ堆積量算出値の精度を向上することで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図５は本発明の実施例１を示したもので、図１はエンジン制御システムの全体構成を示した図で、図２はエンジン制御システムの制御系を示した図である。

本実施例のエンジン制御システムは、例えば自動車等の車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）１の吸入空気を過給するためのターボ過給機と、エンジン１の排気ガスの一部を吸気側に還流させるための排気ガス再循環装置と、エンジン１の各気筒（シリンダ）の燃焼室２内に吸入される吸入空気量を調整するスロットル制御装置と、エンジン１の各気筒（シリンダ）の燃焼室２内に高圧燃料を噴射供給するためのコモンレール式燃料噴射装置と、エンジン１より流出する排気ガスを浄化するディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置と、排気ガス再循環装置、スロットル制御装置、蓄圧式燃料噴射装置の各アクチュエータを電子制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと言う）１０とを備えている。

エンジン１は、燃料が直接燃焼室２内に噴射供給される直接噴射式ディーゼルエンジンである。このエンジン１の各気筒（シリンダ）内には、連接棒を介してクランク軸（エンジンの出力軸：図示せず）に連結されたピストン１１が摺動自在に配設されている。また、エンジン１のシリンダヘッド１２には、エンジン１の吸気ポート１３を開閉する吸気バルブ１４、およびエンジン１の排気ポート１５を開閉する排気バルブ１６が取り付けられている。そして、エンジン１の吸気ポート１３は、インテークマニホールド（吸気多岐管）を含むエンジン吸気管３内に形成される吸気通路を経て吸入空気が供給されるように構成されている。また、エンジン１の排気ポート１５は、エキゾーストマニホールド（排気多岐管）を含むエンジン排気管４内に形成される排気通路に排気ガスを排出するように構成されている。ここで、本実施例のエンジン排気管４には、後記するターボ過給機のタービンハウジング１８よりも下流側において、排気ガス中に含まれる排気微粒子（パティキュレート：ＰＭ）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（ＤＰＦ）５、およびこのＤＰＦ５の上流側に酸化触媒コンバータ６が配置されている。

ターボ過給機は、エンジン吸気管３の途中に設けられたコンプレッサハウジング１７と、エンジン排気管４の途中に設けられたタービンハウジング１８とを備えている。そして、コンプレッサハウジング１７およびタービンハウジング１８には、図示しないロータシャフトがその中心軸線を中心に回転自在に支持されている。このロータシャフトの中心軸線方向（軸方向）の一端部には、複数のコンプレッサブレードを有するコンプレッサホイールが取り付けられている。このコンプレッサホイールは、コンプレッサハウジング１７内を流れる吸入空気を過給するように、コンプレッサハウジング１７内に回転自在に収容されている。

また、ロータシャフトの軸方向の他端部には、複数のタービンブレードを有するタービンホイールが取り付けられている。このタービンホイールは、タービンハウジング１８内を流れる排気ガスによって回転するように、タービンハウジング１８内に回転自在に収容されている。なお、コンプレッサハウジング１７内に形成される吸入空気供給経路は、コンプレッサホイールの外周を囲むように、そのコンプレッサホイールの回転方向に沿って渦巻き状に形成されている。また、タービンハウジング１８内に形成される排気ガス排出経路は、タービンホイールの外周を囲むように、そのタービンホイールの回転方向に沿って渦巻き状に形成されている。ここで、本実施例のエンジン吸気管３の途中には、ターボ過給機のコンプレッサホイールによって圧縮（過給）されて昇温した新規吸入空気（過給機）を冷却するための空冷式または水冷式のインタークーラ１９が設置されている。また、エンジン吸気管３の最上流側に設置されたエアクリーナケース２０内には、吸入空気中の異物を捕捉するための濾過エレメント（エアフィルタ）２１が収容されている。

排気ガス再循環装置は、エンジン吸気管３の排気通路内を流れる排気ガスの一部をエンジン排気管４の吸気通路内に導入するための排気ガス還流管２２と、この排気ガス還流管２２の排気ガス還流路内を流れる排気ガス（排気再循環ガス：ＥＧＲガス）を冷却するための空冷式または水冷式のＥＧＲガスクーラ２３と、排気ガス還流管２２の排気ガス還流路内を流れるＥＧＲガスの還流量（ＥＧＲ量）を調整する排気ガス還流量制御弁（以下ＥＧＲ制御弁と呼ぶ）２４とを備えている。排気ガス還流管２２は、その上流側がエンジン排気管４より分岐しており、また、その下流側がエンジン吸気管３に接続している。ＥＧＲ制御弁２４は、排気ガス還流管２２の排気ガス還流路の排気ガス流通面積を変更し、エンジン１の排気ガスの一部であるＥＧＲガスを吸入空気中に混入させるＥＧＲ量を可変とするバルブ（弁体：図示せず）と、このバルブを開弁方向に駆動する電磁式または電動式のアクチュエータ２５と、バルブを閉弁方向に付勢するスプリング等のバルブ付勢手段（図示せず）とを備えている。

スロットル制御装置は、エンジン吸気管３に一体化されたスロットルボディ２６と、このスロットルボディ２６の吸気通路内を流れる新規吸入空気量を可変とするスロットルバルブ（バタフライバルブ）２７と、スロットルバルブ２７を全開方向に付勢するデフォルトスプリング等のバルブ付勢手段（図示せず）と、このスロットルバルブ２７を全閉方向に駆動する電動式のアクチュエータとしての電動モータ（ＤＣモータ）２８とを備えている。なお、デフォルトスプリングは、ＤＣモータ２８への通電を停止した際に、スロットルバルブ２７を機械的にバルブ全開位置に相当するスロットル開度に保持する全開位置保持手段を構成する。

スロットルボディ２６は、インタークーラ１９の下流側に接続されるサージタンク２９に一体的に形成されている。そして、スロットルバルブ２７は、ＤＣモータ２８を通電することで、ＤＣモータ２８の駆動力によってバルブ全閉位置からバルブ全開位置に至るまでのバルブ作動範囲内で、スロットルバルブ２７の開度（スロットル開度）が制御される。また、排気ガス還流管２２の排気ガス還流路内を流れるＥＧＲガスの還流量（ＥＧＲ量）は、ＥＧＲ制御弁２４のバルブ開度とスロットルバルブ２７のスロットル開度とを調節することにより制御されるように構成されている。

コモンレール式燃料噴射装置は、エンジン１の各気筒の燃焼室２内に噴射供給する燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧するコモンレール８と、吸入した燃料を加圧して高圧化し、この高圧燃料をコモンレール８に圧送供給する燃料供給ポンプ（サプライポンプ：図示せず）と、コモンレール８内に蓄圧された高圧燃料を、エンジン１の各気筒の燃焼室２内に噴射供給するインジェクタ９とを備えている。サプライポンプには、図示しない燃料タンクから燃料を汲み上げる周知のフィードポンプ、および吸入した燃料を加圧する加圧室が設けられている。そして、フィードポンプから加圧室に至る燃料吸入経路の途中には、サプライポンプからコモンレール８への燃料吐出量を変更する電磁式のアクチュエータとしての吸入調量型の電磁弁（吸入調量弁）３０が取り付けられている。

インジェクタ９は、エンジン１のシリンダヘッド１２に各気筒に個別に対応して取り付けられ、内部にノズルニードルとコマンドピストン等を収容する燃料噴射ノズル３１、ノズルニードルを開弁方向に駆動する電磁式のアクチュエータとしての電磁弁３２、およびノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリング等のニードル付勢手段（図示せず）等から構成された電磁式燃料噴射弁である。
なお、インジェクタ９内部に形成される燃料供給経路には、エンジン１のクランク軸によって回転駆動されるサプライポンプからコモンレール８や燃料供給配管３３を経て高圧燃料が圧送供給されている。このインジェクタ９からエンジン１の各気筒の燃焼室２内への燃料噴射は、ノズルニードルに連結したコマンドピストンの背圧制御室内の燃料圧力を制御する電磁弁３２への通電および通電停止により実行される。つまり、インジェクタ９の電磁弁３２が開弁駆動されている間、コモンレール８内に蓄圧された高圧燃料がエンジン１の各気筒の燃焼室２内に噴射供給される。これにより、エンジン１が運転される。

ディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置は、本発明の内燃機関用排気ガス浄化装置に相当するもので、ＤＰＦ５および酸化触媒コンバータ６を内蔵する触媒コンバータケース７を備えている。
ＤＰＦ５は、エンジン排気管４の排気通路の途中に設置されている。このＤＰＦ５は、公知の構成で、例えばコーディエライトや炭化珪素等の耐熱性多孔質セラミックスをハニカム構造に造形し、多孔質の隔壁で区画された多数のセルの入口または出口を互い違いに目封じして構成されている。酸化触媒コンバータ６を通過した排気ガスは、入口側が開口しているセルからＤＰＦ５内に入り、多孔質の隔壁を通過する際に、排気ガス中に含まれるパティキュレート（以下ＰＭと言う）が捕集され、エンジン１の運転時間が経過するに従って徐々に堆積していく。

ここで、ＰＭとは、エンジン１から排出される排気ガス中に含まれる排気微粒子（主成分はカーボンスーツと未燃燃料、オイル等の高分子炭化水素（ＨＣ））のことである。なお、ＤＰＦ５として、ウォールフロータイプのもの、セラミック系のハニカムフィルタ、フォームフィルタ、ファイバーフィルタ等を用いても良い。また、金属系フィルタを用いても良い。

酸化触媒コンバータ６は、エンジン排気管４の排気通路の途中に設置されている。この酸化触媒コンバータ６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を例えばハニカム構造体の表面に担持したもので、所定の温度条件下で、エンジン１の排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を酸化して、無害な二酸化炭素（ＣＯ₂ ）および水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）に清浄化するものである。なお、酸化触媒コンバータ６は、その酸化反応に伴い反応熱を生じることから、ＤＰＦ５よりも上流側に設けて、ＤＰＦ５に対するフィルタ再生手段として用いる。

ＥＣＵ１０は、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムまたは制御ロジックやデータを保存する記憶装置（ＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭまたはスタンバイＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータと、ＥＧＲ制御弁２４のアクチュエータ２５へＥＧＲ駆動電流を印加するＥＧＲ駆動回路と、スロットルバルブ２７のＤＣモータ２８へモータ駆動電流を印加するモータ駆動回路と、サプライポンプの吸入調量弁３０へＳＣＶ駆動電流（ポンプ駆動電流）を印加するポンプ駆動回路、インジェクタ９の電磁弁３２にＩＮＪ駆動電流（インジェクタ駆動電流）を印加するインジェクタ駆動回路とを備えている。そして、ＥＣＵ１０は、イグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納されている制御プログラムまたは制御ロジックに基づいて、例えばコモンレール８内の燃料圧力（コモンレール圧力）、排気ガス還流量（ＥＧＲ量）、新規吸入空気量等が各々制御指令値となるようにフィードバック制御するように構成されている。

ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ制御弁２４のバルブのリフト量を検出するリフト量センサ４１、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度センサ４２、ドライバのアクセルペダルの踏み加減（アクセル操作量、アクセル開度：ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ４３、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ４４、サプライポンプに吸入されるポンプ吸入側の燃料温度を検出する燃料温度センサ４５、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフロメータ４６、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ４７、エンジン１の吸入空気温を検出する吸気温センサ４８、エンジン１の吸入空気圧を検出する吸気圧センサ４９等の各種センサ信号がＡ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ１０に内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。なお、クランク角度センサ４２は、エンジン１のクランク軸の回転角度を電気信号に変換するピックアップコイルよりなり、例えば３０°ＣＡ（クランク角度）毎にＮＥパルス信号が出力される。そして、ＥＣＵ１０は、クランク角度センサより出力されたＮＥパルス信号の間隔時間を計測することによってエンジン回転速度（エンジン回転数とも言う：ＮＥ）を検出するための回転速度検出手段として機能する。

本実施例のＥＣＵ１０は、エンジン回転速度（ＮＥ）とアクセル開度（ＡＣＣＰ）とに対応して設定された基本噴射量（Ｑ）に、燃料温度（ＴＨＦ）やエンジン冷却水温（ＴＨＷ）等を考慮した噴射量補正量を加味して指令噴射量（ＱＦＩＮ）を算出する機能（噴射量設定手段）と、エンジン回転速度（ＮＥ）と指令噴射量（ＱＦＩＮ）とによって指令噴射時期（ＴＦＩＮ）を算出する機能（噴射時期設定手段）と、指令噴射量（ＱＦＩＮ）とコモンレール８に設置された燃料圧力センサ（図示せず）によって検出されるコモンレール８内の燃料圧力（コモンレール圧力：ＰＣ）とによってインジェクタ９の電磁弁３２のソレノイドコイルへの通電時間に相当する噴射指令パルス長さ（＝噴射量指令値、指令噴射期間：ＴＱＦＩＮ）を算出する機能（噴射期間設定手段）とを有している。

そして、ＥＣＵ１０は、エンジンの１回の燃焼行程中（圧縮行程中および膨張行程中）に、インジェクタ９の電磁弁３２の開弁駆動を複数回実施することで、メイン噴射の前または後に１回以上の各微小噴射（以下パイロット噴射またはアフター噴射と言う）を行なうマルチ噴射を制御するマルチ噴射制御手段を有している。なお、本実施例では、ＤＰＦ５の再生時に、メイン噴射またはアフター噴射の後に１回以上の微小噴射（ポスト噴射）を行うこともできる。このポスト噴射は、エンジン１の全気筒で実施しても良いし、また、エンジン１の一部の気筒（噴射順序が隣合わない２つの気筒、あるいは１つの気筒）で実施しても良い。

ＥＣＵ１０は、エンジンの運転状態に応じた最適な燃料の噴射圧力を演算し、ポンプ駆動回路を介してサプライポンプの吸入調量弁３０を駆動する燃料圧力制御装置を有している。これは、指令噴射量（ＱＦＩＮ）とエンジン回転速度（ＮＥ）とによって目標燃料圧力（ＰＦＩＮ）を算出する機能（燃料圧力設定手段）を有し、目標燃料圧力（ＰＦＩＮ）を達成するために、吸入調量弁３０のソレノイドコイルに印加するポンプ駆動電流を調整して、サプライポンプの加圧室よりコモンレール８内に吐出される燃料吐出量をフィードバック制御するように構成されている。

ここで、本実施例の酸化触媒コンバータ６およびＤＰＦ５を内蔵する触媒コンバータケース７には、ＥＣＵ１０にてＤＰＦ５に捕集されたＰＭ堆積量を推定するために、差圧センサ５０、上流側排気温度センサ５１および下流側排気温度センサ５２が設けられている。これらの差圧センサ５０、上流側排気温度センサ５１および下流側排気温度センサ５２から出力される電気信号（センサ信号）は、他のセンサと同様に、Ａ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換された後にマイクロコンピュータに入力される。

差圧センサ５０には、ＤＰＦ５よりも上流側のエンジン排気管４の排気通路内の圧力、およびＤＰＦ５よりも下流側のエンジン排気管４の排気通路内の圧力が、圧力導入管５３、５４を介して導入されている。これにより、差圧センサ５０は、ＤＰＦ５の上流側と下流側との圧力差（ＤＰＦ前後排気圧力差：以下ＤＰＦ前後差圧と呼ぶ）を検出するための前後差圧検出手段として機能する。そのＤＰＦ前後差圧とは、ＤＰＦ５における排気微粒子（ＰＭ）の捕集量、つまりパティキュレートの堆積量（ＰＭ堆積量）の増加に対応して圧力損失が増加することで、増大する排気ガス圧力である。

上流側排気温度センサ５１は、ＤＰＦ５よりも上流側のエンジン排気管４の排気通路内を流れる排気ガスの温度（上流側排気温度）を検出するための上流側排気温度検出手段として機能する。また、下流側排気温度センサ５２は、ＤＰＦ５よりも下流側のエンジン排気管４の排気通路内を流れる排気ガスの温度（下流側排気温度）を検出するための下流側排気温度検出手段として機能する。なお、上流側排気温度センサ５１および下流側排気温度センサ５２は、触媒コンバータケース７に取り付けられる保護パイプ、この保護パイプ内の先端に取り付けたサーミスタまたはＰｔ等の金属抵抗、およびこのサーミスタまたはＰｔ等の金属抵抗からの出力を取り出す信号線より構成されている。

［実施例１の制御方法］
次に、本実施例のディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置の制御方法を図１ないし図５に基づいて簡単に説明する。ここで、図３は、ＤＰＦ５に捕集されるＰＭ堆積量の算出方法を示したフローチャートである。この図３の制御ルーチンは、イグニッションスイッチがＯＮとなった後に、所定のタイミング毎に繰り返される。

先ず、ＥＣＵ１０に内蔵されたマイクロコンピュータに、ＤＰＦ５へのＰＭ堆積量の算出に必要な各種センサ信号を入力する（ステップＳ１）。具体的には、差圧センサ５０より出力される電気信号に基づいてＤＰＦ前後差圧を算出する（前後差圧検出手段）。また、エンジン１の運転条件（例えばエンジン回転速度や指令噴射量）を読み込む。なお、車速センサ、車輪速度センサや走行距離積算計を用いて車両の走行距離を入力しても良い。

ＤＰＦ５へのＰＭ堆積量が多くなると、触媒コンバータケース７内の排気通路の圧力損失が増大し、ＤＰＦ前後差圧が増加するので、差圧センサ５０によって検出されたＤＰＦ前後差圧に基づいてＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）を推定する（第１堆積量推定手段）。これは、ＤＰＦ前後差圧とＰＭ堆積量との関係を予め実験等で測定して作成したマップを用いて、現在のＤＰＦ前後差圧に対応したＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）を算出する（ステップＳ２）。

また、ＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）を推定する方法として、エンジン１の運転条件、例えばエンジン１の運転継続時間を積算したり、車両の走行距離を積算したりして、これらの積算値とＰＭ堆積量との関係を予め実験等で測定して作成したマップを用いて、現在の積算値に対応したＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）を算出するようにしても良い。次に、上記のステップＳ２で算出されたＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）が、予め設定されたＤＰＦ５の再生時期、あるいは後述する補正方法を用いて再設定（補正）されたＤＰＦ５の再生時期に対応したＰＭ堆積量算出値に達しているか否かを判定する（ステップＳ３）。この判定結果がＮＯの場合には、図３の制御ルーチンを抜ける。

また、ステップＳ３の判定結果がＹＥＳの場合には、ＤＰＦ５の再生時期に達したと判断して、ＤＰＦ５の再生を実施する（フィルタ再生手段：ステップＳ４）。このＤＰＦ５の再生は、エンジン吸気管３のスロットルボディ２６に設けられたスロットルバルブ２７を通常運転時よりも絞ったり、インジェクタ９からの燃料噴射時期を通常運転時よりも遅らせるか、ポスト噴射を行うことにより、エンジン１よりエンジン排気管４の排気通路内に流出する排気ガスを高温とし、この排気ガスをＤＰＦ５に導入してＰＭを燃焼可能な排気ガス温度に昇温することにより行われる。なお、このとき、スロットル開度の制御と燃料噴射制御とを組み合わせても良い。

また、本実施例では、ＤＰＦ５の上流側に酸化触媒コンバータ６が設置されているので、排気ガス温度がＰＭを燃焼除去させるのに十分な温度に達していない場合には、インジェクタ９よりエンジン１の各気筒の燃焼室２内に噴射供給された燃料を酸化触媒コンバータ６で燃焼させて、その燃焼熱によってＤＰＦ５に捕集されているＰＭを燃焼させるように構成されている。なお、インジェクタ９よりエンジン１の各気筒の燃焼室２内に噴射供給された燃料を酸化触媒コンバータ６で酸化して二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を生成し、これをＰＭと反応させ、この反応熱によってＤＰＦ５に捕集されているＰＭを燃焼させてＤＰＦ５を再生するようにしても良い。

あるいはインジェクタ９よりエンジン１の各気筒の燃焼室２内に噴射供給された燃料を酸化触媒コンバータ６で酸化させ、この酸化反応熱によってＤＰＦ５に捕集されているＰＭを燃焼させてＤＰＦ５を再生するようにしても良い。また、エンジン排気管４の排気通路内に直接燃料を噴射供給することが可能なインジェクタを設置しても良い。また、フィルタ再生手段として、インジェクタ９のポスト噴射等の実施の他に、通電されると発熱する電気ヒータや、エンジン１の燃料（軽油）を燃焼するバーナ等の公知の加熱装置を用いても良い。ここで、車両の走行距離に対応してＤＰＦ５の再生時期（再生タイミング）を決めている場合には、車両の走行距離の積算値が５０００ｋｍ〜１００００ｋｍ毎に定期的にＤＰＦ５の再生を実施する。

次に、上記のＤＰＦ５の再生時にＰＭ堆積量の実測値を算出する。具体的には、ＤＰＦ５の再生時に、上流側排気温度センサ５１より出力される電気信号に基づいてＤＰＦ５よりも上流側のエンジン排気管４の排気通路内を流れる排気ガスの温度（上流側排気温度）を測定する（第１排気温度検出手段）。続いて、下流側排気温度センサ５２より出力される電気信号に基づいてＤＰＦ５よりも下流側のエンジン排気管４の排気通路内を流れる排気ガスの温度（下流側排気温度）を測定する（第２排気温度検出手段）。続いて、下流側排気温度から上流側排気温度を減算して、ＤＰＦ前後温度差を算出する（前後温度差算出手段：ステップＳ５）。次に、ＤＰＦ前後温度差と実ＰＭ堆積量との関係を予め実験等で測定して作成したマップ（図４参照）を用いて、現在のＤＰＦ前後温度差に対応した実ＰＭ堆積量、つまりＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）を算出する（第２堆積量推定手段：ステップＳ６）。

次に、ＤＰＦ５に捕集されているＰＭの燃焼除去、つまりＤＰＦ５の再生が終了（完了）したか否かを判定する（ステップＳ７）。この判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ４以下の処理を繰り返す。
また、ステップＳ７の判定結果がＹＥＳの場合には、上記のステップＳ２で求めた、差圧センサ５０の出力または運転条件に基づくＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）から、上記のステップＳ６で求めた、ＤＰＦ前後温度差に基づくＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）を減算して、堆積量偏差値を算出する（偏差値算出手段：ステップＳ８）。

次に、堆積量偏差値に基づいて、ＤＰＦ５の再生頻度を再設定する（フィルタ再生頻度設定手段）。具体的には、差圧センサ５０の出力または運転条件に基づくＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）を、ＤＰＦ前後温度差に基づくＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）へ適合させるために、ＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）に乗算する補正係数を算出する（ステップＳ９）。次に、図５の特性図に示したように、ステップＳ９で算出した補正係数により、ＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）をＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）に合わせる（ステップＳ１０）。その後に、図３の制御ルーチンを抜ける。ここで、車両の走行距離に対応してＤＰＦ５の再生時期（再生タイミング）を決めている場合には、車両の走行距離の積算値が再設定された５０００ｋｍ〜１００００ｋｍ毎に定期的にＤＰＦ５の再生を実施することになる。

［実施例１の特徴］
ここで、経時変化による差圧センサ５０の出力値の誤差（差圧センサ５０の経時劣化）や、エンジン構成部品の個体差等によるバラツキによって、差圧センサ５０の出力値であるＤＰＦ前後差圧に基づくＰＭ堆積量の推定値が、実際のＰＭ堆積量よりも過小評価している（図５の特性図の破線Ａ）場合には、実際のＰＭ堆積量に対するＤＰＦ５の再生頻度が少なく、ＤＰＦ５にＰＭが過剰に堆積し、エンジン１の性能が低下するだけでなく、ＰＭがＤＰＦ５の再生時に急激に燃焼してしまう。このＰＭ燃焼量が増加する程、ＤＰＦ内部温度が上昇するので、ＤＰＦ内部温度が過度に上昇してＤＰＦ基材のＯＴ限界温度（オーバーテンプラチャ限界温度：許容上限温度）以上に上昇し、ＤＰＦ基材が機能劣化または破損（例えば亀裂が入る等）する問題が生じる。この場合には、ＤＰＦ５の再生頻度が少ないため、経時変化による出力値の誤差（差圧センサの経時劣化）や、エンジン構成部品の個体差等によるバラツキによってＯＴ限界値まで、ＤＰＦ５の再生を実施しないことになるので、上記のＤＰＦ基材が機能劣化または破損し易くなる。

また、経時変化による出力値の誤差（差圧センサ５０の経時劣化）や、エンジン構成部品の個体差等によるバラツキによって、差圧センサ５０の出力値であるＤＰＦ前後差圧に基づくＰＭ堆積量の推定値が、実際のＰＭ堆積量よりも過大評価している（図５の特性図の破線Ｂ）場合には、実際のＰＭ堆積量に対するＤＰＦ５の再生頻度が過多となり、ＤＰＦ５にＰＭが過剰に堆積しないようにすることもできる。しかし、ＤＰＦ５の再生にポスト噴射を用いる場合には、ＤＰＦ５からＰＭを燃焼除去させるために燃料を噴射供給していることから、ＤＰＦ５の再生頻度が多くなる程、燃料消費量や電力消費量が増大し、燃費が悪化するという問題が生じる。

そこで、本実施例のディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置においては、差圧センサ５０の出力または運転条件に基づくＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）に加え、ＤＰＦ前後温度差に基づくＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）を算出し、ＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）とＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）との堆積量偏差値に基づいて、ＤＰＦ５の再生頻度を再設定するようにしている。すなわち、ＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）をＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）に合わせるように、ＰＭ堆積量の推定方法を補正している。これによって、経時変化による出力値の誤差（差圧センサ５０の経時劣化）や、エンジン構成部品の個体差等によるバラツキにより、差圧センサ５０によって検出されたＤＰＦ前後差圧に基づいてＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）の推定精度が低く、図５の特性図に実線で示した実ＰＭ堆積量（ＤＰＦ５の再生頻度と燃費条件とを両立させた適合値の中央値）よりもＰＭ堆積量算出値に対する実ＰＭ堆積量が増大側で、且つＤＰＦ５の再生頻度が過少の場合であっても、ＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）をＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）に合わせることができる。また、図５の特性図に実線で示した実ＰＭ堆積量（ＤＰＦ５の再生頻度と燃費条件とを両立させた適合値の中央値）よりもＰＭ堆積量算出値に対する実ＰＭ堆積量が減少側で、且つＤＰＦ５の再生頻度が過多の場合であっても、ＰＭ堆積量の推定値（第１堆積量）をＰＭ堆積量の実測値（第２堆積量）に合わせることができる。

したがって、本実施例のディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置においては、ＤＰＦ５に捕集されエンジン１の運転時間が経過するに従って徐々に堆積していくＰＭ堆積量を精度良く推定することができる。また、ＤＰＦ５の再生時のＤＰＦ前後温度差よりＰＭ堆積量を精度良く推定できるので、毎回の（定期的な）ＤＰＦ５の再生時のＤＰＦ前後温度差によるＰＭ堆積量の推定をＤＰＦ前後差圧に基づくＰＭ堆積量の推定値、あるいは運転条件に基づくＰＭ堆積量の推定値の算出にフィードバック（反映）することで、ＰＭ堆積量の推定精度を向上できる。つまり定期的に実施される毎回のＤＰＦ５の再生時に、ＰＭ堆積量の推定値を実測値に近づける自動補正機能を備えているので、ＤＰＦ５の再生頻度を適正化することができる。すなわち、経時変化による差圧センサ５０の経時劣化、およびＤＰＦ基材の機能劣化による従来のＤＰＦ前後差圧に基づくＰＭ堆積量算出値（推定値）の算出精度（推定精度）の悪化に対しても、ＤＰＦ前後温度差による自動補正機能により、ＰＭ堆積量の実測値に対するＰＭ堆積量算出値（推定値）の算出精度（推定精度）を向上できるので、最適な再生タイミングでのＤＰＦ５の再生が可能となる。

これによって、実際のＰＭ堆積量に対するＤＰＦ５の再生頻度が最適化されるので、補正制御後のＰＭ堆積量の推定値に対するＯＴ限界が、バラツキによるＯＴ限界から補正制御追加によるＯＴ限界に移行するため、補正制御後のＰＭ堆積量の推定値に基づいて算出されるＤＰＦ５の再生時期（ＤＰＦ５の再生頻度）でＤＰＦ５を再生しても、ＤＰＦ５の過昇温を防止することができる。また、ＤＰＦ５の再生にポスト噴射を用いる場合でも、従来のＤＰＦ前後差圧に基づくＰＭ堆積量の推定方法よりもＤＰＦ前後温度差に基づくＰＭ堆積量の補正方法の方が、再生タイミング（ＤＰＦ５の再生頻度）が長くなれば、燃費の悪化も防止することができる。これにより、ＤＰＦ再生時におけるＤＰＦの過昇温の防止と燃料消費量（燃費）の悪化の防止との両立を図ることができる。また、ＤＰＦ５の再生時にポスト噴射を行う場合には、インジェクタ９の電磁弁３２を開弁駆動するために、インジェクタ９の電磁弁３２のソレノイドコイルに電源電圧よりも高い電圧に昇圧したＩＮＪ駆動電流をポスト噴射のために印加する必要があるので、オルタネータ負荷が多くなり、電力消費量も増大するが、上述のように再生タイミング（ＤＰＦ５の再生頻度）が長くなれば、電力消費量の増加も抑えることができる。

図６は本発明の実施例２を示したもので、ディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置の主要構成を示した図である。

本実施例のエンジン排気管４には、エキゾーストマニホールドの下流側において、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集するためのＤＰＦ５、およびこのＤＰＦ５の上流側に酸化触媒コンバータ６が配置されている。そして、本実施例では、上流側排気温度センサ５１をＤＰＦ５の上流側と酸化触媒コンバータ６の下流側との間に設置して、触媒コンバータケース７の排気通路内を流れる排気ガスの温度（上流側排気温度）を検出できるようにしている。これにより、酸化触媒の燃焼熱または酸化反応熱により上昇した排気ガス温度を検知できる。このため、この上流側排気温度センサ５１によって検知した排気ガス温度に基づいて、ポスト噴射を行うことにより、酸化触媒コンバータ６からＤＰＦ５に導入される排気ガスを高温化してＰＭを燃焼可能な排気ガス温度に昇温させる場合のポスト噴射量を最適化することで、燃料消費量や電力消費量を更に低減することができる。

［変形例］
本実施例では、エンジン１の排気ガス中の有害成分を無害化する触媒コンバータとして、エンジン１の排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の酸化を行い、無害な二酸化炭素（ＣＯ₂ ）および水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）に清浄化する酸化触媒コンバータ６を使用した例を説明したが、触媒コンバータとして、エンジン１の排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排気ガス中の有害三成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ₂ ）、水蒸気（Ｈ₂ Ｏ）および窒素（Ｎ₂ ）に清浄化する三元触媒コンバータを使用しても良い。

本実施例では、ＤＰＦ５の上流側に酸化触媒コンバータ６を設けているが、ＤＰＦ５の表面に酸化触媒を担持しても良い。また、酸化触媒コンバータ６をエンジン１の排気ポート１５またはエキゾーストマニホールドに設けても良い。また、ＤＰＦ５の下流側にＮＯｘ吸蔵触媒コンバータを設けても良い。ＮＯｘ吸蔵触媒コンバータは、そのＮＯｘ吸蔵触媒内に一時的に有害物質であるＮＯｘを溜めておいて、ある程度の量になったときに濃いめの混合気や燃料等でＮＯｘを燃焼させてその間にＮＯｘを無害な成分に還元するＮＯｘ還元触媒を例えばハニカム構造体の表面に担持したものである。

本実施例では、ＤＰＦ前後温度差に基づくＰＭ堆積量の実測値を、ＤＰＦ前後差圧に基づくＰＭ堆積量の推定値、あるいは運転条件に基づくＰＭ堆積量の推定値の算出にフィードバック（反映）させて、再生タイミング（ＤＰＦ５の再生頻度）を再設定（補正）しているが、ＤＰＦ前後温度差に基づくＰＭ堆積量の実測値のみによって、再生タイミング（ＤＰＦ５の再生頻度）を設定しても良い。この場合には、差圧センサ５０を廃止できるので、部品点数を削減できる。

本実施例では、エンジン１の各気筒の燃焼室２内にメイン噴射やアフター噴射の後にポスト噴射を行ってＤＰＦ５の再生を実施しているが、エンジン１の特定気筒（１つ以上の気筒）の燃焼室２内のみにポスト噴射を行ってＤＰＦ５の再生を実施しても良い。また、エンジン１の排気ポート１５、エキゾーストマニホールドを含むエンジン排気管４内に直接燃料を噴射供給するＤＰＦ再生用燃料噴射弁を設けて、ＤＰＦ５の再生を実施しても良い。

エンジン制御システムの全体構成を示した概略図である（実施例１）。 エンジン制御システムの制御系を示した構成図である（実施例１）。 ＰＭ堆積量の算出方法を示したフローチャートである（実施例１）。 ＤＰＦ前後温度差に対する実ＰＭ堆積量を示した特性図である（実施例１）。 ＰＭ堆積量算出値に対する実ＰＭ堆積量を示した特性図である（実施例１）。 ディーゼルエンジン用排気ガス浄化装置の主要構成を示した概略図である（実施例２）。 差圧センサ出力、運転条件積算によるＰＭ堆積量算出値に対する実ＰＭ堆積量を示した特性図である（比較例１）。

符号の説明

１ エンジン（ディーゼルエンジン等の内燃機関）
２ 燃焼室
３ エンジン吸気管
４ エンジン排気管
５ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
６ 酸化触媒コンバータ（フィルタ再生手段）
８ コモンレール
９ インジェクタ（燃料噴射弁）
１０ ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）
５０ 差圧センサ（前後差圧検出手段）
５１ 上流側排気温度センサ（前後温度差検出手段）
５２ 下流側排気温度センサ（前後温度差検出手段）

Claims (5)

1. （ａ）内燃機関の気筒に連通する排気管内を流れる排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのパティキュレートフィルタと、
   （ｂ）前記パティキュレートフィルタから前記パティキュレートを燃焼除去することで、前記パティキュレートフィルタを再生するフィルタ再生手段と、
   （ｃ）このフィルタ再生手段の作動による、前記パティキュレートフィルタの再生時に、前記パティキュレートフィルタの前後排気温度差を測定し、この前後排気温度差に基づいて、前記パティキュレートフィルタへの前記パティキュレートの堆積量を算出するパティキュレート堆積量推定手段と、
   前記パティキュレートの堆積量に基づいて、前記パティキュレートフィルタの再生頻度を設定するフィルタ再生頻度設定手段とを備え、
   前記パティキュレート堆積量推定手段は、
   前記パティキュレートフィルタの前後排気圧力差または前記内燃機関の運転条件に基づいて、前記パティキュレートフィルタへの前記パティキュレートの第１堆積量を推定する第１堆積量推定手段、および、前記前後排気温度差に基づいて、前記パティキュレートフィルタへの前記パティキュレートの第２堆積量を推定する第２堆積量推定手段を有し、
   前記フィルタ再生頻度設定手段は、
   前記パティキュレートの第１堆積量から前記パティキュレートの第２堆積量を減算して堆積量偏差値を算出する偏差値算出手段を有し、
   前記パティキュレートの第１堆積量が設定された再生時期に対応した値に達しているか否かにより再生実施時期を判断し、前記フィルタ再生手段により前記パティキュレートフィルタの再生が実施され、
   前記偏差値算出手段による前記堆積量偏差値に基づき、前記パティキュレートの第１堆積量を再生時に推定される前記パティキュレートの第２堆積量へ適合させるための補正係数を算出し、
   前記補正係数により、前記パティキュレートの第１堆積量を前記パティキュレートの第２堆積量に合わせ、前記パティキュレートフィルタの再生頻度を再設定する内燃機関用排気ガス浄化装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関用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の再生頻度は、前記パティキュレートフィルタの再生時に、前記パティキュレートフィルタの内部温度が許容上限温度よりも下回るように設定され、且つ燃料消費量または電力消費量が所定の消費量よりも下回るように設定されることを特徴とする内燃機関用排気ガス浄化装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関用排気ガス浄化装置において、
   前記フィルタ再生手段は、前記内燃機関の気筒内、あるいは前記排気管内に燃料を噴射供給するための燃料噴射弁を有し、
   前記燃料噴射弁より噴射供給された燃料を利用して、前記パティキュレートフィルタに捕集されている前記パティキュレートを燃焼させることを特徴とする内燃機関用排気ガス浄化装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関用排気ガス浄化装置において、
   前記フィルタ再生手段は、前記内燃機関の排気管の途中で、且つ前記パティキュレートフィルタよりも排気ガスの流れ方向の上流側に設置された酸化触媒を有していることを特徴とする内燃機関用排気ガス浄化装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関用排気ガス浄化装置において、
   前記フィルタ再生手段は、電源より供給される電力を利用して、前記パティキュレートフィルタに捕集されている前記パティキュレートを昇温させる電気ヒータを有していることを特徴とする内燃機関用排気ガス浄化装置。