(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、
機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、
前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関燃料噴射量を検出し、前記判定手段は、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態がアイドル運転であるときに前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、
機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、
前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関吸入空気量を検出し、
更に、前記判定手段は前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態が減速運転かつ燃料噴射停止時であるときに前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、
機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、
前記内燃機関は、機関排気系と機関吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に配置されＥＧＲ通路を通り機関吸気系に還流する排気流量を制御するＥＧＲ弁と、機関吸入空気量が機関運転状態に応じて予め定めた値になるように前記ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段とを備え、
前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして前記ＥＧＲ弁開度を検出する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記判定手段は、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼、除去する手段を備えるとともに、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量が予め定めた量以上になっていると判定されたときには、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させ、燃焼完了後に機関運転状態と前記ＥＧＲ弁開度との関係を新たに求め、前記記憶手段に記憶した基準状態における機関運転状態とＥＧＲ弁開度との関係を前記燃焼完了後に求めた関係を用いて更新する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
機関の運転状態を予め定めた第１の運転状態から予め定めた第２の運転状態に変化させる運転状態変化手段と、
機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における前記第１の運転状態から前記第２の運転状態への変化前後の前記負荷パラメータの値の変化量を記憶する記憶手段と、
機関運転中に前記運転状態変化手段が機関運転状態を前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に変化させたときの前記負荷パラメータ検出手段の検出した変化前後での負荷パラメータの変化量と、前記記憶手段が記憶した基準状態における前記負荷パラメータの変化量とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記運転状態変化手段は機関排気流量を絞る排気絞り手段を備え、該排気絞り手段による排気絞りの度合いを予め定めた第１の状態から第２の状態に変化させることにより機関運転状態を前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に変化させ、
前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関の吸入空気量を検出する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、
前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、
機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、
前記内燃機関は、機関排気系に設けられたターボチャージャと、機関排気系と機関吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に配置されＥＧＲ通路を通り機関吸気系に還流する排気流量を制御するＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ通路に配置され、ＥＧＲ通路を通り機関吸入空気量系に還流する排気を冷却するＥＧＲクーラと、機関吸入空気量が機関運転状態に応じて予め定めた値になるように前記ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段とを備え、
前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関吸気管圧力を検出し、前記判定手段は、機関運転中に前記負荷パラメータ検出手段の検出した吸気管圧力と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における吸気管圧力の値とを比較することにより、前記ＥＧＲクーラのＥＧＲ流路の詰まりの有無に関わらず、前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には機関排気中のパティキュレート（排気微粒子）を捕集するパティキュレートフィルタを備えるとともに、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量が増大したことを正確に検出することを可能とする内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気、特にディーゼル機関の排気にはカーボンを主成分とするパティキュレートが含まれている。これらのパティキュレートの大気への放散を防止するために機関排気系にパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を設ける技術が知られている。しかし、ＤＰＦにパティキュレートが捕集されると捕集量の増大に応じてＤＰＦを通過する排気の圧力損失が増大する。このため、ＤＰＦに捕集されたパティキュレート量が過大になると、機関の排気背圧増大による機関の出力低下や燃費の悪化が無視できなくなる、いわゆるＤＰＦの詰まりが生じる。
【０００３】
このＤＰＦの詰まりの問題を解消するためには、ＤＰＦに捕集されたパティキュレート量を検出し、捕集量がある程度の量に到達した場合には排気温度を上昇させる等の方法によりＤＰＦ上のパティキュレートを燃焼、除去することによりＤＰＦの再生を行う必要がある。このため、適切なＤＰＦの再生操作を行うためにＤＰＦのパティキュレート捕集状態（パティキュレート捕集量）を検出する種々の方法が提案されている。
【０００４】
これらの方法には、例えばＤＰＦ上流側の排気通路に圧力センサを設け、ＤＰＦのパティキュレート捕集量増大によるＤＰＦ上流側の排気圧力（背圧）を検出し、背圧が所定値まで上昇した場合にＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大したと判断する方法（例えば特開昭６０−１５３４１５号公報参照）や、機関の累積回転数または走行距離が所定値に達する毎にＤＰＦの捕集量が増大したと判断する方法等がある。また、パティキュレートは導電性を有するカーボン粒子を主成分とするため、パティキュレートの捕集量によるＤＰＦの電気抵抗の変化によりパティキュレート捕集量を検出する方法も提案されている（特開平８−６８３１３号公報参照）。この方法では、ＤＰＦのフィルタエレメントを導電性を有する材質のメッシュを用いて形成し、運転中にＤＰＦの電気抵抗を監視する。ＤＰＦにパティキュレートが捕集され、詰まりが生じると、メッシュの空隙に捕集されたパティキュレートを通って電流が流れるようになり、メッシュ全体の電気抵抗が低下するようになる。このため、ＤＰＦの電気抵抗を計測することによりＤＰＦのパティキュレート捕集量を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のＤＰＦのパティキュレート捕集状態の判定、もしくはＤＰＦの詰まりの判定方法にはいずれも問題がある。
例えば、上記特開昭６０−１５３４１５号公報のように、排気背圧を検出する方法では、パティキュレート捕集状態検出のためだけにＤＰＦ上流側の排気通路に新たな圧力センサを設置する必要があり装置全体の製造コストが増大する問題が生じる。また、排気背圧は機関運転状態により、或いは排気圧の脈動により大きく変動するため、直接排気背圧を検出する方法ではＤＰＦのパティキュレート捕集状態を正確に判定することは困難である。
【０００６】
また、パティキュレートの排出量は機関の運転状態により大きく変化するため、機関累積回転数や走行距離に基づいてＤＰＦのパティキュレート捕集状態を判定する方法では大きな誤差が生じるおそれがある。
更に、上記特開平８−６８３１３号公報のように、ＤＰＦ電気抵抗に基づいてパティキュレート捕集状態を判定する方法では、捕集状態判定のためだけにＤＰＦの材質と構造を変更するとともに、電気抵抗検出用の手段を別途設ける必要が生じ、装置全体のコストが大幅に上昇する問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑み、ＤＰＦのパティキュレート捕集状態判定のためだけに特別な装置を設ける必要がなく、簡易かつ正確にパティキュレート捕集状態を判定可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関燃料噴射量を検出し、前記判定手段は、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態がアイドル運転であるときに前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明では記憶手段は、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態（例えばパティキュレートの捕集量がゼロの無捕集状態）における機関運転状態と負荷パラメータの値との関係とを記憶している。判定手段は、記憶手段の記憶した負荷パラメータの値を用いて、現在の機関運転状態に対応する基準状態における負荷パラメータの値を求め、この基準状態における負荷パラメータの値と、実際に検出した負荷パラメータの値とを比較することによりパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する。
【００１０】
パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が増大するにつれて、機関の排気背圧は上昇するため、パティキュレート捕集量の増大につれて機関出力は低下する。このため、機関負荷に関連する負荷パラメータの値は他の運転状態が同一であってもパティキュレート捕集量が増大するにつれて大きく変化するようになる。本発明では、判定手段は現在の運転状態に対応する基準状態における負荷パラメータの値、すなわちパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値であった場合の現在の運転状態における負荷パラメータの値と、実際の負荷パラメータの値とを比較することによりパティキュレートの捕集状態を判定する。
【００１１】
例えば、現在の運転状態での実際の負荷パラメータの値が基準状態における負荷パラメータの値から大きく変化しているような場合には、現在のパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量は基準状態における所定の捕集量と大きく相違すると判定することができる。したがって、例えば基準状態における所定のパティキュレート捕集量をゼロ（無捕集状態）に設定すれば、現在の負荷パラメータの値が基準状態におけるものから大きく変化している場合には、パティキュレートの捕集量が大きく増大していることが判定できる。なお、記憶手段は、基準状態における機関の各運転状態における負荷パラメータの値をすべて記憶するようにしても良いし、或いは、基準状態での特定の運転状態における負荷パラメータのみを記憶するようにして、実際の運転で運転状態がこの特定の運転状態に一致したときに捕集量の判定を行うようにしても良い。
【００１２】
本発明によれば、負荷パラメータとしては、例えば機関吸入空気量、燃料噴射量等の通常の制御に使用するパラメータを用いることができるため、負荷パラメータ計測用に新たにセンサを設ける必要がない。しかも、負荷パラメータの値は、排気圧力の脈動等の影響を受けることがないので、捕集状態を正確に判定することが可能となる。
【００１３】
また、本発明では負荷パラメータとして機関燃料噴射量が使用される。パティキュレートフィルタの捕集量が増大して機関排気系の背圧が上昇すると、排気背圧上昇により機関出力が低下するため、機関運転状態が同一（例えば機関回転数と機関吸入空気量が同一）であっても燃料噴射量は増大する。従って現在の運転状態における燃料噴射量を基準状態での同一の運転状態における燃料噴射量と比較することにより、現在のパティキュレートフィルタの捕集量と基準状態における捕集量との差、すなわちパティキュレートの捕集状態を判定することができる。また、燃料噴射量は通常の機関制御で常時算出されているため、パティキュレートフィルタの捕集量判定のために別途センサ等を設ける必要がない。
【００１４】
更に、特に機関アイドル回転数を一定値に制御するアイドルスピードコントロール装置を備えた機関では、アイドル回転数がパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態に関わらず一定に制御されるため、基準状態と同一の運転状態を容易に再現することができ、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態の判定が容易になる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関吸入空気量を検出し、更に、前記判定手段は前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態が減速運転かつ燃料噴射停止時であるときに前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１６】
すなわち請求項２の発明では、負荷パラメータとして機関の吸入空気量（流量）が使用される。パティキュレートフィルタの捕集量が増大して機関排気系の背圧が上昇すると、機関運転状態が同一（例えば機関回転数と燃料噴射量が同一）であっても機関吸入空気量は低下する。従って現在の運転状態における機関吸入空気量を基準状態での同一の運転状態における機関吸入空気量と比較することにより、現在のパティキュレートフィルタの捕集量と基準状態における捕集量との差、すなわちパティキュレートの捕集状態を判定することができる。また、機関吸入空気量は通常の機関制御に用いられるため、本発明においてはパティキュレートフィルタの捕集量判定のために別途センサ等を設ける必要がない。
【００１７】
また、本発明では、パティキュレート捕集状態の判定は機関減速運転かつ燃料噴射停止時（例えば機関アクセル開度がゼロ、かつ燃料噴射量がゼロのとき）に行われる。機関吸入空気量を負荷パラメータとして用いてパティキュレートの捕集状態の判定を行う場合には、例えば排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ装置を備えた機関では、ＥＧＲガス量の影響により機関吸入空気量が変化する場合がある。しかし、減速時には通常排気の還流は行わずＥＧＲ量はゼロにされる。このため、本発明では減速時にパティキュレート捕集状態の判定を行うことにより、更に正確にパティキュレートの捕集状態を判定することが可能となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、前記内燃機関は、機関排気系と機関吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に配置されＥＧＲ通路を通り機関吸気系に還流する排気流量を制御するＥＧＲ弁と、機関吸入空気量が機関運転状態に応じて予め定めた値になるように前記ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段とを備え、前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして前記ＥＧＲ弁開度を検出する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項３の発明では機関は吸入空気量が機関運転状態に応じて定まる量になるようにＥＧＲガス量をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段を備えている。このようなＥＧＲ制御手段を備えた機関では、排気背圧が増大して吸入空気量が減少したような場合には、排気系から吸気系に還流されるＥＧＲガス量がＥＧＲ制御手段により低減され、機関吸入空気量は運転状態に応じて定まる量に維持される。このため、ＥＧＲ制御手段を備えた機関ではパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態判定のための負荷パラメータとして機関吸入空気量を使用することはできない。
【００２２】
一方、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が増大した場合には、ＥＧＲ制御手段は機関吸入空気量を予め定めた値に維持するためにＥＧＲ弁の開度を低減してＥＧＲガス量を低下させる。このため、他の運転状態（例えば機関回転数と燃料噴射量）が同一の条件では、ＥＧＲ弁開度はパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量が増大するにつれて小さくなる。従って現在の運転状態におけるＥＧＲ弁開度（またはＥＧＲ流量）を基準状態での同一の運転状態におけるＥＧＲ弁開度（または流量）と比較することにより、現在のパティキュレートフィルタの捕集量と基準状態における捕集量との差、すなわちパティキュレートの捕集状態を判定することができる。また、ＥＧＲガス量をフィードバック制御する機関ではＥＧＲ弁開度を常時検出しているため、本発明においてもパティキュレートフィルタの捕集量判定のために別途センサ等を設ける必要がない。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、前記判定手段は、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼、除去する手段を備えるとともに、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量が予め定めた量以上になっていると判定されたときには、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させ、燃焼完了後に機関運転状態と前記ＥＧＲ弁開度との関係を新たに求め、前記記憶手段に記憶した基準状態における機関運転状態とＥＧＲ弁開度との関係を前記燃焼完了後に求めた関係を用いて更新する請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項４の発明では、判定手段によりパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が増大し、所定値に到達したと判定された場合には、例えば機関の燃料噴射量を増大させて排気温度を上昇させる等の手段によりパティキュレートフィルタ上のパティキュレートを燃焼させる。これにより、本来パティキュレートフィルタはパティキュレートの捕集量がゼロの状態（無捕集状態）に復帰する。ところが、機関排気にはカーボンを主成分とするパティキュレートのほかに、潤滑油の燃焼により生じる硫酸カルシウム等の無機質成分を主成分とする微粒子（アッシュ）が含まれている。このアッシュもパティキュレートと同様にパティキュレートフィルタに捕集されるが、カーボンを主成分とするパティキュレートとは異なりアッシュは燃焼しないため、一旦パティキュレートフィルタに捕集されるとパティキュレートと同様な方法では除去することはできない。このため、パティキュレートフィルタに捕集されたアッシュの量は運転時間とともに徐々に増大するようになる。このように、パティキュレートフィルタに捕集されたアッシュの量が運転時間とともに徐々に増大するため、パティキュレートを燃焼、除去した後のパティキュレートフィルタの圧損も機関の累積運転時間とともに徐々に増大するようになる。従って、実際には堆積したアッシュの量が異なると、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が同一であってもパティキュレートフィルタの圧損が異なる値になり、単純に基準状態（パティキュレートフィルタに予め定めた量のパティキュレートが捕集された状態）での負荷パラメータの値と現在の負荷パラメータの値とを比較したのでは正確にパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態（捕集量）を判定することができなくなる場合がある。
【００２５】
本発明では、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを燃焼させる毎に、燃焼後の状態、すなわちアッシュのみがパティキュレートフィルタに堆積しておりパティキュレートが捕集されていない状態を新たな基準状態として、運転状態とＥＧＲ弁開度との関係を求めて、この新たな基準状態における関係を記憶手段に記憶する。すなわち、本発明ではパティキュレート燃焼を行う毎に基準状態における運転状態とＥＧＲ弁開度との関係を学習、記憶する。この、新たな基準状態における関係は現状のアッシュ堆積量に対応したパティキュレートフィルタの圧損に基づいた関係となっている。本発明では、この新たな基準状態におけるＥＧＲ弁開度と実際のＥＧＲ弁開度とを比較することにより、正確にパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定することが可能となっている。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、機関の運転状態を予め定めた第１の運転状態から予め定めた第２の運転状態に変化させる運転状態変化手段と、機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における前記第１の運転状態から前記第２の運転状態への変化前後の前記負荷パラメータの値の変化量を記憶する記憶手段と、機関運転中に前記運転状態変化手段が機関運転状態を前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に変化させたときの前記負荷パラメータ検出手段の検出した変化前後での負荷パラメータの変化量と、前記記憶手段が記憶した基準状態における前記負荷パラメータの変化量とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２７】
すなわち、請求項５の発明では、基準状態で機関の運転状態に所定の変化を与えたときの変化前後における負荷パラメータの変化量と実際の条件下で運転状態に所定の変化を与えたときの変化前後における負荷パラメータの変化量とを比較することによりパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する。パティキュレートフィルタの圧損が異なると運転状態の変化前後における負荷パラメータの変化量も異なってくる。本発明では、運転状態に所定の変化を与えたときの負荷パラメータの変化量を基準状態における変化量と比較することにより、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を正確に判定することを可能としている。
【００２８】
請求項６に記載の発明によれば、前記運転状態変化手段は機関排気流量を絞る排気絞り手段を備え、該排気絞り手段による排気絞りの度合いを予め定めた第１の状態から第２の状態に変化させることにより機関運転状態を前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に変化させ、前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関の吸入空気量を検出する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００２９】
すなわち、請求項６の発明では排気絞り手段を用いて一定の排気絞りを行うことにより運転状態を第１の状態から第２の状態に変化させる。この排気絞り手段としては、例えば機関排気通路に設けた排気絞り弁等を使用することができる。排気絞り手段により機関排気を絞ると、排気通路の抵抗が増大し排気背圧は上昇する。しかし、パティキュレートフィルタにパティキュレートが捕集された状態では、もともと排気背圧が高くなっているため排気絞りを行っても、パティキュレートが捕集されていない場合に較べて背圧の上昇幅は小さくなる。また、排気絞りを行うと排気背圧の上昇に伴って機関吸入空気量も変化（減少）するが、この変化幅もパティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量が大きい程小さくなる。特に、ターボチャージャ等の排気過給機を備えた機関では、パティキュレートフィルタにパティキュレートが捕集されていない状態で排気絞り弁を閉じること等により排気絞りを行うと、排気背圧の上昇に加えて過給機の仕事が減少するため吸入空気量の減少が大きくなる。これに対して、パティキュレートフィルタにパティキュレートが捕集された状態では、排気絞りを行わない状態でも背圧の上昇と過給機の仕事量の低下のために吸入空気量が低下しているので、排気絞りを行っても吸入空気量の減少幅は比較的小さくなる。このため、排気絞り前後の吸入空気量の変化幅を基準状態の変化幅と比較することにより正確にパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、機関の現在の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
機関の負荷状態に関連する負荷パラメータを検出する負荷パラメータ検出手段と、前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が予め定めた値である基準状態における機関運転状態と前記負荷パラメータとの関係を記憶する記憶手段と、機関運転中に、前記負荷パラメータ検出手段の検出した負荷パラメータの値と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における負荷パラメータの値とを比較することにより前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する判定手段と、を備え、前記内燃機関は、機関排気系に設けられたターボチャージャと、機関排気系と機関吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に配置されＥＧＲ通路を通り機関吸気系に還流する排気流量を制御するＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ通路に配置され、ＥＧＲ通路を通り機関吸入空気量系に還流する排気を冷却するＥＧＲクーラと、機関吸入空気量が機関運転状態に応じて予め定めた値になるように前記ＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段とを備え、前記負荷パラメータ検出手段は、前記負荷パラメータとして機関吸気管圧力を検出し、前記判定手段は、機関運転中に前記負荷パラメータ検出手段の検出した吸気管圧力と、前記運転状態検出手段の検出した現在の運転状態に対応する、前記記憶手段の記憶した基準状態における吸気管圧力の値とを比較することにより、前記ＥＧＲクーラのＥＧＲ流路の詰まりの有無に関わらず、前記パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００３１】
すなわち、請求項７の発明では、ＥＧＲ通路にはＥＧＲクーラが備えられている。ＥＧＲクーラは排気が通過するものであるためパティキュレートフィルタと同様に、排気中のパティキュレートの堆積により詰まりを生じることがある。
ところが、機関吸入空気量が運転状態に応じて予め定めた値になるようにＥＧＲ弁開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段を備えた機関では、機関吸入空気量が所定量になるようにＥＧＲガス量がフィードバック制御されるためＥＧＲクーラやパティキュレートフィルタに詰まりを生じても吸入空気量は変化せず吸入空気量に基づいて上記詰まりを判定することは困難である。また、ＥＧＲクーラに詰まりを生じると、吸気系に還流するＥＧＲガス量が減少し機関吸入空気量が増大するため、ＥＧＲ制御手段はＥＧＲ弁開度を増大して吸入空気量を所定値に維持しようとする。また、パティキュレートフィルタのパティキュレート堆積量が増大すると排気背圧の増大により機関吸入空気量は減少するため、ＥＧＲ制御手段はＥＧＲ弁開度を低減して吸入空気量を所定値に維持使用とする。すなわち、ＥＧＲ弁開度はＥＧＲクーラの詰まりとパティキュレートフィルタの詰まりとでは反対の影響を受ける。このため、ＥＧＲ弁とＥＧＲクーラとの両方を備える機関ではＥＧＲ弁開度に基づいてパティキュレートフィルタまたはＥＧＲクーラの詰まりを正確に判定することはできない。
【００３２】
一方、機関吸気管圧力はパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態のみに影響を受け、ＥＧＲクーラの詰まりには影響を受けない。すなわち、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量が増大すると排気過給機の背圧が増大するため過給機回転数が低下して過給機吐出圧力（過給圧、すなわち吸気管圧力）は低下する。これに対してＥＧＲクーラに詰まりを生じた場合には、機関吸入空気量はＥＧＲ制御手段により所定量に維持されるため、過給機の背圧が増大していなければ過給機回転数は低下せず、吸気管圧力も低下することはない。本発明では、機関吸気管圧力を負荷パラメータとして使用し、実際の運転における吸気管圧力を基準状態での同一運転状態に対応した吸気管圧力と比較することにより、ＥＧＲクーラの詰まりの有無に影響を受けずに正確にパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定する。
【００３３】
なお、このようにパティキュレートフィルタの捕集状態を正確に判定することにより、ＥＧＲクーラの詰まりの有無をも正確に判定することが可能となる。例えば、上記の手法によりパティキュレートフィルタの捕集量が増大していると判定された場合、ＥＧＲ弁開度が基準状態に較べてあまり低下していないような場合にはＥＧＲクーラにも詰まりを生じていると判定できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用ディーゼルエンジンに適用した実施形態の概略構成を説明する図である。
図１において、１はディーゼルエンジン本体、２はエンジン１の吸気通路、２０は吸気通路２に設けられたサージタンク、２１はサージタンク２０と各気筒の吸気ポートとを接続する吸気枝管である。本実施形態では、吸気通路２には吸気通路２を流れる吸入空気の流量を絞る吸気絞り弁２７、および吸気を冷却するインタクーラ２６が設けられている。吸気絞り弁２７はソレノイド、バキュームアクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータ２７ａを備え、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０からの制御信号に応じた開度をとる。本実施形態では、吸気絞り弁２７は、例えば機関低回転時等に吸気圧力を低下させて後述するＥＧＲ通路３３を通ってサージタンク２０に還流する排気（ＥＧＲガス）量を増大させるために用いられる他、パティキュレートフィルタ４３に捕集されたパティキュレートを燃焼（パティキュレートフィルタ４３を再生）させる際に吸気を絞り排気温度を上昇させるために用いられる。
【００３５】
図１に２５で示すのは、吸気通路２の吸気入口近傍に設けられたエアフローメータである。本実施形態では、エアフローメータ２５は熱線式流量計等のように、吸気通路２を流れる吸入空気の重量流量を直接測定可能な形式のものが使用されている。吸気通路２に流入した大気は、エアフローメータ２５を通過した後、排気過給機（ターボチャージャ）３５の圧縮機により昇圧され、吸気通路２に設けたインタクーラ２６により冷却された後サージタンク２０、枝管２１を経て各気筒に吸入される。
【００３６】
図１に１１１で示すのは、各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射弁１１１は、高圧燃料を貯留する共通の蓄圧室（コモンレール）１１５に接続されている。機関１の燃料は高圧燃料ポンプ１１３により昇圧されてコモンレール１１５に供給され、コモンレール１１５から各燃料噴射弁１１１を介して直接各気筒内に噴射される。
また、図１に３１で示すのは各気筒の排気ポートと排気通路３とを接続する排気マニホルド、３５で示すのはターボチャージャである。ターボチャージャ３５は排気通路３の排気により駆動される排気タービンと、この排気タービンにより駆動される吸気圧縮機とを備えている。また、本実施形態では、排気タービンの排気入口には可変ノズル３５ａが設けられている。可変ノズル３５ａは、開口面積を変更可能なノズルであり、例えばエンジンの排気流量が低い低負荷時等にノズル開口面積を絞ることにより排気タービンに流入する排気の流速を増大させるためのものである。機関低負荷運転時に可変ノズル３５ａを絞ることにより、排気タービンの回転数は高く維持されるため、圧縮機吐出圧力（過給圧）の低下が防止される。なお、可変ノズル３５ａを絞ると排気流路抵抗は増大し、エンジン１の排気背圧は増大する。
【００３７】
また、本実施形態ではターボチャージャ３５下流側の排気通路３上には、排気通路３を流れる排気流量を絞るための排気絞り弁３７が配置されている。排気絞り弁３７は、吸気絞り弁２７と同様なアクチュエータ３７ａを備え、ＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとる。本実施形態では排気絞り弁３７は、吸気絞り弁２７と同様にＥＧＲガス量の調整とパティキュレートフィルタ４３の再生のために排気温度を上昇させる際に用いられる。なお、排気絞り弁３７は、後述する実施形態で説明するように、パティキュレートフィルタ４３のパティキュレート捕集状態を判定するために排気を絞る際に使用することができる。
【００３８】
更に、本実施形態ではエンジン排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気マニホルド３１と吸気サージタンク２０とを連通するＥＧＲ通路３３、およびＥＧＲ通路３３上に配置されたＥＧＲ弁２３、およびＥＧＲ弁２３上流側のＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラ４５を備えている。ＥＧＲ弁２３は図示しないアクチュエータを備え、ＥＣＵ３０からの制御信号に応じた開度をとり、ＥＧＲ通路３３を通って吸気サージタンク２０に還流するＥＧＲガス流量を制御する。本実施形態では、低負荷領域から高負荷領域までの広い運転領域で比較的多量のＥＧＲガスを還流させるようにＥＧＲ弁２３が制御される。このため、本実施形態では各気筒に吸入される吸気には比較的多量のＥＧＲガスが含まれるようになる。ＥＧＲガスは気筒から排出された高温の排気であるため、多量のＥＧＲガスを吸気に還流させると吸気温度が上昇してしまい、エンジンの吸気体積効率が低下することになる。本実施形態では、これを防止するために、ＥＧＲ弁２３上流側のＥＧＲ通路３３には水冷または空冷のＥＧＲクーラ４５が設けられている。本実施形態では、ＥＧＲクーラ４５を用いて吸気系に還流するＥＧＲガス温度を低下させることにより、エンジンの吸気体積効率を低下させることなく多量のＥＧＲガスを還流させることが可能となっている。
【００３９】
図１に３０で示すのは、エンジン１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態のＥＣＵ３０は、公知の構成のマイクロコンピュータとして構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポート、出力ポートを双方向性バスで相互に接続した構成とされている。ＥＣＵ３０はエンジン１の燃料噴射制御、回転数制御等の基本制御を行うほか、本実施形態ではＤＰＦ４３の捕集状態を判定する判定手段として機能している。
【００４０】
これらの制御を行うため、ＥＣＵ３０の入力ポートには、エンジン１のクランク軸近傍に配置された回転数センサ５５からエンジン回転数ＮＥに対応する信号が入力されている他、エアフローメータ２５からエンジン吸入空気量Ｇｎに相当する信号が、また、エンジンアクセルペダル近傍に配置されたアクセル開度センサ５７から運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）ＡＣＣＰに対応する信号とＥＧＲ弁２３に配置されたＥＧＲ弁開度センサ５１からＥＧＲ弁開度を表す信号ＶＥＧ、及び吸気サージタンク２０に配置された吸気圧センサ５９から吸気管圧力ＰＭを表す信号が、それぞれ入力されている。
【００４１】
また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、図示しない燃料噴射回路を介してエンジン１の燃料噴射弁１１１に接続され、燃料噴射弁１１１からの燃料噴射量と燃料噴射時期を制御している。また、ＥＣＵ３０の出力ポートは図示しない駆動回路を介してＥＧＲ弁２３、吸気絞り弁２７および排気絞り弁３７のアクチュエータとターボチャージャ３５の可変ノズル３５ａに接続され、それぞれの弁開度を制御している。
【００４２】
また、本実施形態では、排気通路３の排気絞り弁下流側には、三元触媒等の公知の形式の排気浄化触媒４１およびパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４３が配置されている。
ＤＰＦ４３は、例えば金属メッシュ、セラミック多孔質フィルタからなり、排気中のパティキュレートを捕集する。本実施形態では、ＤＰＦ４３としては、適宜な形式の公知のパティキュレートフィルタを使用可能である。
【００４３】
前述したように、ＤＰＦ４３にはエンジン運転中排気中のパティキュレートが捕集され、徐々にＤＰＦ４３を流れる排気の圧損が増大する。このため、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大すると排気マニホルド３１内の排気圧力が増大し、背圧の増大によりエンジンの出力低下、燃料消費量の増大等が生じる。このため、ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を監視して、パティキュレート捕集量が増大してエンジンの排気背圧が許容値を越えて増大する前にＤＰＦ４３に捕集されたパティキュレートを燃焼、除去する必要がある。ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量増大による背圧の上昇は、理論的には排気マニホルド３１内の排気圧力を検出することにより判定可能である。しかし、前述したように排気圧力は機関運転状態に応じて変動するだけでなく、排気の脈動によっても常時変動している。このため、実際には排気圧力に基づいてＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を正確に判定することは困難である。また、エンジンの排気圧力は通常のエンジン制御には使用されない。このため、排気圧力に基づいてＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を検出するためには、パティキュレート捕集状態判定のためだけに使用する排気圧力センサを排気マニホルド３１に配置する必要が生じ、エンジン全体として製造コストの増大を生じる。
【００４４】
しかし、パティキュレート捕集量が増大しエンジンの排気背圧が増大すると、エンジン出力の低下が生じる。このため、パティキュレート捕集量が増大するとエンジンの運転状態を表すパラメータのうち、他の運転パラメータの値が同一に維持されていても負荷に関連するパラメータの値は変化するようになる。しかも、負荷に関連する運転パラメータは通常のエンジン制御に使用されているため、特別にセンサ等を追加することなく検出可能である。そこで、例えば、予めエンジンの運転状態を代表する運転パラメータと、エンジンの負荷に関連する負荷パラメータとを選定しておき、ＤＰＦ４３に全くパティキュレートが捕集されていない新品の状態でエンジンを運転してこの運転パラメータと負荷パラメータとの値を計測し、これらの運転パラメータの値を基準状態の運転パラメータの値として記憶しておく。そして、実際の運転時に計測した上記運転パラメータの値から基準状態における負荷パラメータの値を求め、実際の運転時に計測した負荷パラメータの値が、上記基準状態の負荷パラメータの値から大きく変化しているような場合には、エンジン背圧の上昇、すなわちＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量増大が生じたと判定することができる。エンジンの負荷に関連する運転パラメータの代表的なものとしては、例えばエンジン吸入空気量、燃料噴射量、ＥＧＲ量等が用いられる。
【００４５】
以下に説明する本発明の実施形態では、上記のようにエンジンの負荷パラメータをＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態の判定に用いることにより、捕集状態判定のためだけに使用するセンサ等を設けることなく、簡易な方法で正確にＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定している。
以下、本発明のパティキュレート捕集状態判定操作のいくつかの実施形態について説明する。
【００４６】
（１）第１の実施形態
本実施形態では、負荷パラメータのうちエンジン吸入空気量（重量流量）Ｇｎを用いてＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定する。
ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が増大すると排気背圧が増大するため、排気行程時に気筒内に残留する既燃ガス量が増大する。このため、気筒に吸入される空気量は減少するようになる。本実施形態では、例えば機関の運転状態を表す運転パラメータとして機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  （または運転者によるアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）ＡＣＣＰ）を使用する。通常、ディーゼルエンジンでは、機関回転数ＮＥとアクセル開度ＡＣＣＰとを検出し、これらの値に基づいて予め定めた関係から燃料噴射量Ｑｆｉｎ  を算出する。すなわち、ＮＥ、ＡＣＣＰ、Ｑｆｉｎ  は通常のエンジン制御に用いられるパラメータである。また、本実施形態では後述するように、エンジン吸入空気量Ｇｎがエンジン運転状態に応じて定まる値になるようにＥＧＲガス量をフィードバック制御するＥＧＲ制御を行う。このため、エンジン吸入空気量を検出するエアフローメータ２５が設けられている。従って、ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定するために別途センサ等を設ける必要はない。
【００４７】
本実施形態では、予めＤＰＦ４３が全くパティキュレートを捕集していない基準状態でエンジン１を運転状態を変えて運転し、各運転状態におけるＮＥ、Ｑｆｉｎ  とＧｎとの関係を求め、ＥＣＵ３０のＲＯＭにこれらの関係を格納してある。そして、実際の運転中に回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆｉｎ  、吸入空気量Ｇｎの値を検出し、更に検出したＮＥ、Ｑｆｉｎ  の値を用いてＥＣＵ３０に記憶した関係からこれらの値に対応する基準状態における吸入空気量の値Ｇｎｂを算出する。そして、実際の吸入空気量Ｇｎと基準状態における吸入空気量Ｇｎｂとを比較することによりＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定する。すなわち、ＮＥ、Ｑｆｉｎ  が同一に維持されていれば、エンジンの排気背圧はＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が増大するにつれて増大し、吸入空気量Ｇｎは捕集量が増大するにつれて低下する。従って、実際の吸入空気量Ｇｎの値が基準状態における吸入空気量Ｇｎｂに較べて所定値ΔＧｎ以上低下した場合にはＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が所定量以上になったと判定することができる。
【００４８】
図２は、本実施形態のＤＰＦ捕集量判定操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。図２において、操作がスタートするとステップ２０１では、回転数センサ５５およびエアフローメータ２５からエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｇｎが、そして別途ＥＣＵ３０により実行される燃料噴射量演算操作（図示せず）により算出されたエンジン燃料噴射量Ｑｆｉｎ  が、それぞれ読み込まれる。
【００４９】
また、ステップ２０３では現在ＥＧＲガスの還流が停止（カット）されているか否かが判定される。そして、ステップ２０３でＥＧＲカットが行われていない場合には、ステップ２０５以下を実行することなくそのまま今回の操作を終了する。すなわちこの場合にはＤＰＦの捕集量判定を行わない。本実施形態では、後述するように、エンジン吸入空気量Ｇｎが運転状態に応じて定まる量になるようにＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ制御が行われる。このため、ＥＧＲ制御実行中はＤＰＦ４３の捕集量にかかわらず吸入空気量Ｇｎは運転状態に応じて定まる値に制御されるため、Ｇｎの値からはＤＰＦの捕集量を判定することはできない。このため、本実施形態では、高負荷運転時等のようにＥＧＲが停止（カット）される条件下でＤＰＦの捕集量判定を行うようにしている。なお、ＥＧＲカット中か否かは、ＥＧＲ弁の開度がゼロか否かに基づいて判断する。
【００５０】
ステップ２０３で現在ＥＧＲカット中であった場合には、次いでステップ２０５で現在エンジンが定常運転されているか否かを判定する。エンジンが定常運転されているか否かは、例えば、ステップ２０１で読み込んだ機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  との値の、前回本操作を実行したときの値からの変化が所定値以内であるか否かに基づいて判定する。現在エンジンが定常運転されていない場合には、Ｇｎ、ＮＥ、Ｑｆｉｎ  の値が安定せず誤判定を生じる可能性がある。このため、この場合もステップ２０７以下の判定を実行することなく直ちに今回の操作を終了する。
【００５１】
ステップ２０５で、現在の運転状態が定常運転であった場合には、次にステップ２０７では、ステップ２０１で読み込んだＮＥ、Ｑｆｉｎ  の値を用いてＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶した基準状態におけるＮＥ、Ｑｆｉｎ  とＧｎとの関係に基づいて基準状態における吸入空気量Ｇｎｂを算出する。そして、ステップ２０９では、算出した基準状態における吸入空気量Ｇｎｂと実際の吸入空気量Ｇｎとの差（Ｇｎｂ−Ｇｎ）の値が予め定めた値ΔＧｎより大きくなっているか否かを判定する。ここで、ΔＧｎはＤＰＦのパティキュレート捕集量が最大許容量まで増大したときのＧｎｂとＧｎとの差であり、使用するＤＰＦの種類により異なるため予め実際のＤＰＦを用いた実験に基づいて設定される値である。
【００５２】
ステップ２０９でＧｎｂ−Ｇｎ＞ΔＧｎであった場合には、すなわちＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大して最大許容量に到達していると考えられる。そこで、この場合には、ステップ２１１に進み、捕集量アラームフラグＸＤＰＦの値を１にセットするとともに、ＤＰＦ再生操作実行フラグＸＲの値を１にセットして操作を終了する。また、ステップ２０９でＧｎｂ−Ｇｎ≦ΔＧｎであった場合には、すなわちＤＰＦのパティキュレート捕集量は許容範囲にあるため、フラグＸＤＰＦ、ＸＲの値は変更しないで今回の操作を終了する。
【００５３】
本実施形態では、アラームフラグＸＤＰＦの値が１にセットされると別途ＥＣＵ３０により実行される図示しないルーチンにより運転席近傍に配置した警告灯が点灯され、運転者にＤＰＦの捕集量が増大していることを報知する。また、再生フラグＸＲの値が１にセットされると、ＥＣＵ３０により別途実行される図示しない再生操作が開始される。再生操作では、吸気絞り弁２７と排気絞り弁３７のうち一方もしくは両方が所定開度まで閉弁され、エンジン１の吸入空気量が低減されるとともに、燃料噴射弁１１１からの燃料噴射量が増量される。
【００５４】
これにより、エンジンの排気温度が上昇し、ＤＰＦ４３に捕集されたパティキュレートが燃焼するようになる。なお、再生操作開始後所定時間が経過して、ＤＰＦ４３に捕集されたパティキュレートの全量が燃焼したと判断されると再生操作は停止され、吸気絞り弁２７と排気絞り弁３７とは通常の開度に復帰するとともに、エンジンの燃料噴射量の増量は停止される。なお、アラームフラグＸＤＰＦと再生操作実行フラグＸＲとの値は、再生操作が終了するとゼロにリセットされる。
【００５５】
また、本実施形態ではエンジン１がＥＧＲを停止する条件で運転されるのを待ってＤＰＦのパティキュレート捕集状態の判定を行っているため、運転の状況によっては捕集量判定が行われる頻度が低下する可能性がある。そこで、エンジン１がＥＧＲを停止する条件で運転されるのを待つ代わりに、一定時間毎、もしくは一定走行距離毎に強制的にＥＧＲを停止して上記の捕集量判定操作を行うようにして捕集量判定操作実行頻度の低下を防止するようにすることも可能である。
【００５６】
（２）第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
本実施形態では、負荷パラメータとして吸入空気量Ｇｎの代わりに燃料噴射量Ｑｆｉｎ  を使用して捕集量の判定を行う。また、捕集量判定操作はエンジンがアイドル運転されている場合にのみ実行する。
【００５７】
ＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大すると、エンジンの排気背圧が増大する。このため、排気抵抗の増大によりエンジンの出力トルクは低下し、他の運転状態が同一であればエンジン回転数は低下する。このため、捕集量増大時のエンジン回転数を捕集量が少ないとき（無捕集時）と同一に維持するためには、エンジンは無捕集時に較べてより多くの仕事をする必要がある。従って、回転数を同一に維持した場合、ＤＰＦの捕集量増大時には無捕集時に較べて捕集量が大きいほどエンジンの燃料噴射量は増大するようになる。
【００５８】
また、本実施形態ではＥＣＵ３０はエンジンのアイドル運転時にはエンジン回転数が所定のアイドル回転数になるように燃料噴射量を制御するアイドル回転数制御（ＩＳＣ）を行っている。このため、アイドル運転時にはエンジン回転数が一定値に固定されるので、燃料噴射量はアイドル運転における機関負荷の変化、すなわちＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態に応じて定まる値に制御されるようになる。従って、予め基準状態におけるアイドル運転時の燃料噴射量を計測しておけば、実際のアイドル運転時の燃料噴射量からＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定することが可能となる。また、アイドル回転数制御実行中は、機関回転数がアイドル回転数に制御されて回転数の変動が小さくなるため燃料噴射量のばらつきが少なくなり、燃料噴射量に基づいて捕集状態の判定を行う際の判定精度が向上する。このため、本実施形態ではエンジンのアイドル運転時に燃料噴射量に基づく捕集量判定を行うようにしている。
【００５９】
図３は、本実施形態の捕集状態判定操作を説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図３において操作がスタートすると、ステップ３０１では、現在アイドルスピード制御（ＩＳＣ）が実施されているか否かが判定される。本実施形態では、現在アイドル制御が実施されていない場合には、直ちに今回の操作を終了する。また、現在ＩＳＣ実施中であった場合には、次にステップ３０３に進み、別途算出した燃料噴射量Ｑｆｉｎ  の値を読み込むとともに、ステップ３０５で、Ｑｆｉｎ  の値が予め記憶した基準状態におけるアイドル運転時の燃料噴射量Ｑｆｉｎｂに対して所定量ΔＱｆｉｎ  以上増大しているか否かを判定する。
【００６０】
ステップ３０５でＱｆｉｎ  がＱｆｉｎｂに対してΔＱｆｉｎ  より大きく増大している場合（Ｑｆｉｎ  −Ｑｆｉｎｂ＞ΔＱｆｉｎ  ）には、ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が最大許容値を越えていると判断し、ステップ３０７と３０９でそれぞれ捕集量アラームフラグＸＤＰＦとＤＰＦ再生操作実行フラグＸＲとの値を１にセットして今回の操作を終了する。また、ステップ３０５でＱｆｉｎ  −Ｑｆｉｎｂ≦ΔＱｆｉｎ  であった場合には、捕集量は許容範囲内であるためフラグＸＤＰＦとＸＲとの値は変更せずに今回の操作を終了する。
【００６１】
上記燃料噴射量増大の判定値ΔＱｆｉｎ  は、ＤＰＦ４３の捕集量が最大許容量に到達した時のアイドル運転時における燃料噴射量と基準状態における燃料噴射量との差である。また、フラグＸＤＰＦとＸＲとの機能は第１の実施形態のものと同一である。
【００６２】
（３）第３の実施形態
本実施形態では、負荷パラメータとしてエンジン吸入空気量Ｇｎを用いて捕集量判定を行う。また、捕集量判定操作はエンジン減速時、すなわちアクセル開度がゼロのとき（燃料噴射停止時）にのみ実行する。
前述したように、負荷パラメータとして吸入空気量Ｇｎを用いて捕集量判定を行う場合には、吸入空気量のＥＧＲフィードバック制御が実施されていると正確な判定を行うことができない。しかし、一般にエンジン減速時にはＥＧＲは停止されるため、吸入空気量ＧｎはＤＰＦのパティキュレート捕集状態に対応した値になる。また、減速時にはエンジンの燃料噴射は停止（燃料噴射カット）されるため、吸入空気量Ｇｎはエンジン回転数ＮＥのみの関数となる。このため、減速時に捕集量を判定する場合には、運転状態パラメータとしての燃料噴射量は常に一定値（ゼロ）となり、使用する運転状態パラメータはエンジン回転数ＮＥのみとなる。すなわち、減速時に捕集状態の判定を行うことにより、予め記憶しておく運転状態パラメータと負荷パラメータとの関係は、回転数ＮＥのみと吸入空気量Ｇｎとの１次元数値マップとなる。このため、予め記憶する基準状態における運転状態パラメータと負荷パラメータとの関係が簡素化されるとともに、捕集量判定時の基準状態における負荷パラメータの値の算出が容易になる利点がある。
【００６３】
図４は、本実施形態の捕集量判定操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図４において操作がスタートすると、ステップ４０１ではエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｇｎがそれぞれエンジン回転数センサ５５とエアフローメータ２５とから読み込まれる。ステップ４０３では、別途ＥＣＵ３０により実行される燃料噴射量演算操作で算出された燃料噴射量Ｑｆｉｎ  の現在の値が０になっているか否かが判定される。ステップ４０３でＱｆｉｎ  ＝０であった場合には、すなわちエンジン１は現在燃料噴射がカットされた減速運転状態にあるため、ステップ４０５以下の捕集量判定操作を行う。
【００６４】
ステップ４０５では、別途予め実験等により求めておいた基準状態（ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量がゼロの状態）におけるエンジン減速運転時のエンジン回転数ＮＥと吸入空気量Ｇｎｂとの関係に基づいて、ステップ４０１で読み込んだ現在の回転数ＮＥに相当する基準状態における吸入空気量Ｇｎｂを算出する。そして、ステップ４０７から４１１では、Ｇｎｂ−Ｇｎの値が所定値ΔＧｎより大きいか否かに基づいてＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定するとともに、捕集量が最大許容量より大きいと判定された場合には、捕集量アラームフラグＸＤＰＦとＤＰＦ再生操作実行フラグＸＲとの値を１にセットして今回の操作を終了する。ステップ４０７から４１１の操作は、図２のステップ２０９から２１３の操作と同様の操作である。
【００６５】
（４）第４の実施形態
次に本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、負荷パラメータとしてＥＧＲ弁２３の開度を使用する。また、捕集量の判定はＥＧＲフィードバック制御実行中に行う。本実施形態では、エンジンの吸入空気量Ｇｎが運転状態に応じて定まる値になるようにＥＧＲガス量をフィードバック制御するＥＧＲフィードバック制御が行われている。このため、ＥＧＲガス量はエンジン負荷状態に応じて変化することになり、本来エンジン負荷状態が一定であればＥＧＲガス量も同一となり、ＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁の開度も同一となる。
【００６６】
しかし、ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が増大すると同一の運転状態であってもＥＧＲ弁２３の開度は変化する。ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が増大すると排気マニホルド３１内の排気背圧が上昇する。このため、排気抵抗が増大しエンジン吸入空気量は減少する。従って、ＥＧＲフィードバック制御を実施している場合には吸入空気量を所定の値に調節するためＥＧＲガスが減少されＥＧＲ弁開度は低減される。また、排気マニホルド３１内の排気圧力が上昇すると、同一のＥＧＲ弁開度であってもＥＧＲ弁を通る排気流量は増大するためＥＧＲ弁開度は更に低減されることになる。このため、他の運転条件が同一であっても、ＥＧＲフィードバック制御実施時には、ＥＧＲ弁開度はＤＰＦ４３の捕集量が増大するにつれて減少するようになる。本実施形態では、この点に着目してＥＧＲフィードバック制御実施中にＥＧＲ弁２３開度に基づいてＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定するようにしている。このように、ＥＧＲ弁２３の開度に基づいてＤＰＦ４３の捕集状態の判定を行うようにしたことにより、ＥＧＲフィードバック制御実施中に正確に捕集状態の判定を行うことが可能となるため、捕集状態の判定の実行頻度を大幅に増大させることができる。
【００６７】
図５は、本実施形態におけるＥＧＲフィードバック制御操作を説明するフローチャート、図６はＥＧＲフィードバック制御実行中に行うＥＧＲ弁開度に基づくＤＰＦ捕集量判定操作を説明するフローチャートである。図５、図６の操作は、ＥＣＵ３０によりそれぞれ一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
まず、ＥＧＲフィードバック制御操作について説明する。
【００６８】
図５のＥＧＲフィードバック制御操作では、まずステップ５０１で回転数センサ５５とエアフローメータ２５とからエンジン回転数ＮＥと吸入空気量Ｇｎとが読み込まれるとともに、別途ＥＣＵ３０により実行される燃料噴射量演算操作により算出されたエンジン燃料噴射量Ｑｆｉｎ  の値が読み込まれる。
次いで、ステップ５０３では、上記により読み込んだ回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とに基づいて目標吸入空気量Ｇｎｔの値が算出される。
【００６９】
目標吸入空気量Ｇｎｔが、ＥＧＲ率（エンジンに吸入される吸気のうちに占めるＥＧＲガスの割合、すなわち（ＥＧＲガス量）／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量Ｇｎ））をエンジン運転状態に応じて定まる所定の値になるように予め各運転状態に対して設定された吸入空気量である。すなわち、エンジンの燃焼温度を低下させてエンジンのＮＯＸ  （窒素酸化物）を低減するためには不活性ガスとしてのＥＧＲガスを多量にエンジン燃焼室に供給することが好ましい。しかし、燃焼室に供給するＥＧＲガス量が過大になるとエンジン燃焼状態の悪化や出力の低下が生じる。そこで、本実施形態では予めエンジン運転状態に応じて最適なＥＧＲ率を実験的に設定しておき、吸入空気量ＧｎとＥＧＲガス量との割合がこの最適ＥＧＲ率になる各運転状態における吸入空気量を目標吸入空気量Ｇｎｔとして設定してある。すなわち、エンジンの回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆｉｎ  等のエンジン運転状態が定まると、エンジン燃焼室に吸入される合計吸気量（  ＥＧＲガス量＋吸入空気量Ｇｎ）  は一義的に定まる。このため、ＮＥ、Ｑｆｉｎ  等の運転状態に応じて予め最適なＥＧＲ率を設定しておけば、そのＥＧＲ率を得るために必要な吸入空気量Ｇｎｔも一義的に決定できる。本実施形態では、予め各ＮＥ、Ｑｆｉｎ  から定まるエンジン運転状態に対して最適なＥＧＲ率を得るための目標吸入空気量Ｇｎｔを算出しておき、エンジン運転中、実際の吸入空気量Ｇｎがこの目標吸入空気量Ｇｎｔに一致するようにＥＧＲ弁２３をフィードバック制御して実際のＥＧＲ量を調節するＥＧＲフィードバック制御を行う。これにより、エンジンは常に最適なＥＧＲ率で運転されることになり、燃焼の悪化や出力の低下を生じることなくＮＯＸ  の発生量を低減することが可能となっている。
【００７０】
本実施形態では、目標吸入空気量Ｇｎｔの値はＮＥ、Ｑｆｉｎ  をパラメータとして用いた数値テーブルの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してあり、図５ステップ５０３ではステップ５０１で読み込んだ現在の回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とに基づいてこの数値テーブルから目標吸入空気量Ｇｎｔを求める操作を行う。
次いで、ステップ５０５から５１３では、実際の吸入空気量Ｇｎが上記により算出した目標吸入空気量Ｇｎｔに一致するようにＥＧＲ弁２３の開度がフィードバック制御される。
【００７１】
すなわち、ステップ５０５では、まず実際の吸入空気量Ｇｎが目標空気量Ｇｎｔより予め定めた正の一定値α以上大きいか否かが判定され、α以上大きい場合にはステップ５０７でＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＥＧ０  を一定量ΔＶだけ増大設定するとともに、ステップ５１３で実際のＥＧＲ弁２３開度ＶＥＧが目標開度ＶＥＧ０  になるように調整する。これにより、吸気系に還流するＥＧＲガス量が増大し、相対的にエンジンに吸入される新気の量Ｇｎが減少する。一方、ステップ５０５で、Ｇｎ−Ｇｎｔ≦αであった場合には、次にステップ５０９で実際の吸入空気量Ｇｎが目標空気量Ｇｎｔよりα以上少ないか否か（Ｇｎ−Ｇｎｔ＜−αか否か）が判定され、α以上小さい場合にはステップ５１１でＥＧＲ弁２３の目標開度ＶＥＧ０  を一定量ΔＶだけ減少させるとともに、ステップ５１３で実際のＥＧＲ弁２３開度ＶＥＧが目標開度ＶＥＧ０  になるように調整する。これにより、吸気系に還流するＥＧＲガス量は減少し、相対的にエンジンに吸入される新気の量Ｇｎが増大するようになる。ステップ５０５から５１３を実行することにより、実際の吸入空気量Ｇｎは目標吸入空気量Ｇｎｔに対して±αの範囲に制御される。
【００７２】
図６は、図５のＥＧＲフィードバック制御実行中に行うＤＰＦ捕集状態判定操作である。図６において、操作がスタートするとステップ６０１では現在図５のＥＧＲフィードバック制御が実施されているか否かが判定され、現在ＥＧＲフィードバック制御が実行されていない場合には、捕集状態の判定を行うことなくそのまま今回の操作を終了する。
【００７３】
ステップ６０１で現在ＥＧＲフィードバック制御実行中であった場合には、次にステップ６０３で現在のエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とともに、ＥＧＲ弁開度センサ５１から現在のＥＧＲ弁２３の開度ＶＥＧを読み込む。そして、ステップ６０５では、現在のエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とに対応する基準状態（ＤＰＦ４３の無捕集状態）におけるＥＧＲ弁開度ＶＥＧｂを算出する。ＶＥＧｂは、基準状態において現在の回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とでエンジンを運転した場合のＥＧＲ弁開度であり、予め実験により求め、ＮＥとＱｆｉｎ  とを用いた数値テーブルの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。
【００７４】
次いで、ステップ６０７では基準状態におけるＥＧＲ弁開度ＶＥＧｂと実際のＥＧＲ弁開度ＶＥＧとの差が所定値ΔＶＥＧ（ΔＶＥＧは正の値）より大きいか否かが判定される。ＶＥＧｂ−ＶＥＧ＞ΔＶＥＧである場合には、すなわちＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が増大したためにＥＧＲフィードバック制御によりＥＧＲ弁開度が基準状態に較べて低減されたと考えられるため、ステップ６０９、６１１で捕集量アラームフラグＸＤＰＦとＤＰＦ再生操作実行フラグＸＲとの値を１にセットして今回の操作を終了する。ΔＶＥＧは、ＤＰＦが最大許容量までパティキュレートを捕集した時のＶＥＧｂとＶＥＧとの差であり、予め実験により設定される。フラグＸＤＰＦとＸＲとの機能は第１の実施形態におけるものと同様である。また、ステップ６０７でＶＥＧｂ−ＶＥＧ≦ΔＶＥＧであった場合には、現在ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量は許容範囲内であるためフラグＸＤＰＦとＸＲとの値は変更せずにそのまま今回の操作を終了する。
【００７５】
なお、本実施形態では、ＥＧＲ弁２３開度を検出するセンサを設け実際に検出したＥＧＲ弁開度に基づいて捕集量の判定を行っているが、例えばソレノイドアクチュエータを有するＥＧＲ弁等では、ソレノイドアクチュエータの駆動パルス信号のデューティ比（駆動パルスの１サイクルの時間に占める駆動パルスがオンになっている期間の割合）はＥＧＲ弁開度に対応した値となる。このため、このようなＥＧＲ弁を用いる場合には、ＥＧＲ弁開度センサを設けずにＥＧＲ弁開度の代わりにＥＧＲ弁駆動パルスのデューティ比を用いて捕集量の判定を行うようにしても良い。
【００７６】
（５）第５の実施形態
本実施形態では、上述の第４の実施形態において、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大していると判定され、ＤＰＦの再生操作が行われた場合に再生直後の運転時を新たな基準状態として、新たに基準状態におけるＮＥ、Ｑｆｉｎ  とＥＧＲ弁開度ＶＥＧとの関係を求める操作を行う。
【００７７】
ＤＰＦの再生が行われ、ＤＰＦに捕集されたパティキュレートの全量が燃焼、除去された後は、本来であればＮＥ、Ｑｆｉｎ  とＶＥＧとの関係は当初記憶していた基準状態のものに戻るため、新たにこれらの関係を求める必要はない。しかし、実際の運転では、排気中に含まれる不燃性のアッシュ成分がパティキュレートとともにＤＰＦに捕集され、ＤＰＦ再生後もＤＰＦ上に残留する。このため、ＤＰＦには徐々にアッシュ成分が堆積し、再生操作実行後のＤＰＦ圧損が増大していくようになる。このため、ＤＰＦが新品の状態で作成された基準状態の関係を用いてパティキュレートの捕集状態を判定していると正確な判定ができなくなる可能性がある。そこで、本実施形態ではＤＰＦの再生操作が終了した場合には、再生終了後所定の運転期間中ＥＧＲフィードバック制御実施時にエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  及びＥＧＲ弁開度ＶＥＧの値を記憶し、新たな基準状態の数値テーブルを作成する。これにより、アッシュの堆積によりＤＰＦのパティキュレート捕集量判定に誤差が生じることが防止される。また、アッシュ堆積量が増大するとＤＰＦ再生操作終了後のＥＧＲ弁開度ＶＥＧの値は徐々に減少するようになる。このため、再生操作終了後に作成する新たな基準状態におけるＥＧＲ弁開度ＶＥＧの変化からアッシュの堆積状態を判定することも可能となる。
【００７８】
（６）第６の実施形態
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
本実施形態では、エンジン１の運転状態を予め定めた第１の状態から第２の状態に変化させ、変化前後の負荷パラメータ変化量に基づいてＤＰＦのパティキュレート捕集状態を判定する。また、本実施形態では上記第１の運転状態から第２の運転状態への変化は、エンジン排気通路３に配置した排気絞り弁３７を全開の状態から所定の開度まで絞ることにより行い、負荷パラメータとしてはエンジンの吸入空気量を使用する。
【００７９】
排気絞り弁３７を絞ると排気の背圧が増大するため、吸気管圧力と排気マニホルド圧力との差が大きくなる。このため、ＥＧＲ弁開度が一定に維持されていても吸気系に還流するＥＧＲガス量は増大する。また、排気マニホルド圧力の増大により各気筒の排気抵抗が増大するため、気筒に吸入される吸気量は更に減少する。特に、本実施形態ではターボチャージャ３５を備えたエンジンが使用されているため、排気絞り弁３７による排気絞りが行われるとタービン背圧が上昇してターボチャージャ回転数が低下する。このため、過給圧の低下による影響が上記に加算されて吸入空気量は更に低下するようになる。
【００８０】
一方、ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が増大した状態では、ＤＰＦ４３の圧損増大のために既にある程度の背圧上昇が生じている。このため、同一の運転状態で排気絞り弁３７によって同一の排気絞りを与えた場合にはＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が大きいほど相対的に排気絞り弁３７による排気絞りの影響が小さくなり、吸入空気量の低下幅は少なくなる。
本実施形態では、予めＤＰＦ４３のパティキュレート無捕集状態（基準状態）で、エンジンの各運転状態（回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆｉｎ  ）で排気絞り弁３７を全開の状態から予め定めた開度に絞った場合のエンジン吸入空気量Ｇｎの変化量ΔＧｎｂを計測し、ＥＣＵ３０のＲＯＭにＮＥとＱｆｉｎ  とを用いた数値テーブルの形で格納しておく。そして、実際のエンジン運転中に所定の条件が成立したときに排気絞り弁３７を全開の状態から上記予め定めた開度に絞り、そのときの吸入空気量変化量ΔＧｎを、同一回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆｉｎ  における基準状態の変化量ΔＧｎｂと比較することによりＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態を判定する。
【００８１】
図７は、本実施形態のＤＰＦ捕集状態判定操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
図７の操作がスタートすると、ステップ７０１では、現在ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集状態の判定を実行する条件が成立しているか否かが判定される。ステップ７０１の判定実行条件は、現在ＥＧＲフィードバック制御が実行されていないこと、前回の捕集状態判定実行後所定時間が経過したこと（または前回捕集状態判定実行後のエンジン回転数積算値もしくは車両走行距離が所定値以上になったこと）、エンジンが定常状態の所定の負荷条件（例えば低負荷）で定常運転されていること、等である。ＥＧＲフィードバック制御実行中に捕集判定を行わないのは、フィードバック制御実施中はエンジン吸入空気量が所定値になるようにＥＧＲ量が制御されているため、正確な判定ができないおそれがあるからである。また、前回捕集判定実行後所定の時間が経過したことを条件とするのは、捕集状態判定のために吸気絞り弁３７を閉弁するとエンジンの出力低下等を生じる場合があるため、運転上あまり頻繁に判定を実行することは好ましくないからである。
【００８２】
ステップ７０１で上記条件のいずれかが成立しない場合には、ステップ７０３以下の判定を実行することなく今回の操作は直ちに終了する。また、ステップ７０１で上記判定操作条件がすべて成立した場合には、次にステップ７０３で判定操作実行フラグＸＦの値が１にセットされているか否かを判定する。ＸＦは、現在判定操作が実行されているか否かを表すフラグであり、ＸＦの値が１（実行）にセットされると別途ＥＣＵ３０により実行されるルーチンにより、排気絞り弁３７が予め定めた開度まで閉弁され、０にセットされると排気絞り弁３７は開弁される。また、フラグＸＦは上記の他に後述するステップ７０５から７１１を判定条件成立時に１回だけ実行させる機能を有する。
【００８３】
ステップ７０３で現在捕集状態判定操作が実行されていない（ＸＦ≠１）場合には、次にステップ７０５に進み、回転数センサ５５、エアフローメータ２５から現在の回転数ＮＥと吸入空気量Ｇｎとを読み込むとともに、別途ＥＣＵ３０により実行される燃料噴射量演算操作により算出された現在の燃料噴射量Ｑｆｉｎ  を読み込む。また、ステップ７０７では、ステップ７０５で読み込んだ吸入空気量Ｇｎの値を運転状態変化前（排気を絞る前）の値Ｇｎ１  として記憶するとともに、ステップ７０９では、ステップ７０５で読み込んだ運転状態変化前のＮＥ、Ｑｆｉｎ  の値に基づいて、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納した数値テーブルから基準状態における吸入空気量の変化量基準値ΔＧｎｂを求める。そして、上記操作終了後、ステップ７１１で判定操作実行フラグＸＦの値を１にセットして今回の操作を終了する。
【００８４】
次に操作が実行されると、ステップ７０３では、ＸＦ＝１になっているため、ステップ７０３の次にステップ７１３が実行されるようになる。すなわち、ステップ７０５から７０９は捕集状態判定操作開始時に１回のみ実行される。
ステップ７１３では、現在捕集状態判定操作が開始されてから、すなわちステップ７０３でＸＦ＝１が成立してからの経過時間が予め定めた所定時間に到達したか否かが判定される。この所定時間は、吸気絞り弁３７が所定開度まで閉弁し、吸入空気量が絞り弁３７開度に対応する値に変化し終わるまでに必要な時間であり、詳細には実験等により決定される。
【００８５】
ステップ７１３で所定の時間が経過していない場合には、今回の本操作実行は直ちに終了する。一方、ステップ７１３で所定の時間が経過していた場合には、ステップ７１５で現在の吸入空気量Ｇｎの値をエアフローメータ２５から読み込み、このＧｎの値を運転状態変化後（排気絞り後）の吸入空気量Ｇｎ２  として記憶する。そして、ステップ７１９では、ステップ７０７で記憶した運転状態変化前の吸入空気量Ｇｎ１  と運転状態変化後の吸入空気量Ｇｎ２  との差（すなわち、吸入空気量の変化量ΔＧｎ）が基準状態における変化量ΔＧｎｂより所定値β以上小さくなっているか否かを判定する。
【００８６】
（Ｇｎ１  −Ｇｎ  ２）≦ΔＧｎｂ−β、すなわち変化量（Ｇｎ１  −Ｇｎ  ２）が基準状態の変化量ΔＧｎｂより所定値β以上小さい場合には、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大して最大許容値に到達していると考えられるため、ステップ７２１、７２３で捕集量アラームＸＤＰＦとＤＰＦ再生操作実行フラグＸＲとの値を１にセットした後、ステップ７２５で捕集判定操作実行フラグＸＦの値を１にセットして本操作を終了する。なお、上記吸入空気変化量の判定値βは、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が最大許容値に到達した時の排気絞り前後の吸入空気量の変化量であり、予め実験等に基づいて設定される。また、フラグＸＤＰとフラグＸＦの値が０にリセットされると、排気絞り弁３７は開弁され、捕集操作は終了する。
【００８７】
ステップ７７２１、７２３におけるフラグＸＤＰＦとＸＲとの機能は第１の実施形態のものと同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
ステップ７１９でＧｎ１  −Ｇｎ２  ＞Ｇｎ−βであった場合には、吸入空気量の変化量が基準状態の変化量からあまり変化しておらず、ＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量は増大していないため、フラグＸＤＰＦとＸＲとの値は変更せずに、ステップ７２５で捕集判定操作実行フラグＸＦの値のみを０にリセットして操作を終了する。
【００８８】
なお、本実施形態では排気絞りにより運転状態を変化させているが、排気絞りの代わりに、ターボチャージャのウエィストゲートバルブ（以下「ＷＧＶ」と称する）を開くことによって運転状態を変化させたときの吸入空気量の変化に基づいてＤＰＦのパティキュレート捕集状態を判定することも可能である。
通常、ターボチャージャには吐出圧力が過度に上昇することを防止するためのＷＧＶが設けられている。ＷＧＶは、タービン入口と出口とを連通し排気の一部をタービンをバイパスして下流側の排気通路に導くものである。ＷＧＶが開弁すると、タービンに流入する排気流量が低下するため、ターボチャージャ回転数が低下し、過給圧が減少する。このため、ＷＧＶを開弁するとエンジンの吸入空気量は減少する。ところが、この場合もＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大していると、背圧増大のためターボチャージャはＷＧＶ開弁前の状態でも既に回転数が低下しているため、吸入空気量の低下幅は、基準状態に較べて相対的に小さくなる。従って、ＷＧＶ開弁時の吸入空気量の変化（低下）量ΔＧｎを基準状態における変化量ΔＧｎｂと比較することによっても図７と同様なＤＰＦの捕集量判定が可能となる。
【００８９】
（７）第７の実施形態
次に本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態では、負荷パラメータとして、エンジン吸気管圧力を用いてＤＰＦ４３の捕集状態の判定を行う。吸気管圧力を用いて捕集状態の判定を行うことは、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを備えたエンジンでは特に有効である。
【００９０】
ＥＧＲフィードバック制御を行うエンジンでは、ＥＧＲクーラの排気流路にパティキュレートの堆積等が生じてクーラの圧損が増大すると、ＥＧＲ弁開度が増大する方向にＥＧＲフィードバック制御が行われる。一方、前述したように、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大するとＥＧＲフィードバック制御ではＥＧＲ弁開度を低減する方向に制御が行われる。このため、ＥＧＲクーラを備えたエンジンでは、ＥＧＲクーラへのパティキュレート堆積量増大とＤＰＦのパティキュレート捕集量増大との影響が互いに打ち消しあってしまい、ＥＧＲフィードバック制御中のＥＧＲ弁開度からは正確なＤＰＦの捕集量判定ができない。
【００９１】
ところが、吸気管圧力はＥＧＲクーラのパティキュレート堆積状況とは無関係にＤＰＦのパティキュレート捕集量のみに応じて変化する。すなわち、ＤＰＦのパティキュレート捕集量が増大すると、ターボチャージャの背圧が増大するためターボチャージャ回転数が低下して過給圧は低下する。一方、ＥＧＲクーラのパティキュレート堆積量が増大しても、ターボチャージャの背圧は増大しないため、過給圧に変化は生じない。このため、吸気管圧力（過給圧）を負荷パラメータとして用いることによりＥＧＲクーラの影響を受けずにＤＰＦのみのパティキュレート捕集状態を判定することが可能となる。
【００９２】
図８は、本実施形態のＤＰＦ捕集状態判定操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
図８の操作では、まずステップ８０１で現在エンジン１が定常運転中か否かが判定される。吸気管圧力ＰＭに基づくＤＰＦ捕集量判定は、吸気管圧力ＰＭの変動が小さい定常運転中であればＥＧＲフィードバック制御実施中か否かに関わらず実行可能である。
【００９３】
ステップ８０１で現在定常運転中であった場合には、次にステップ８０３で現在の機関回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とが読み込まれ、更に吸気圧センサ５９から現在の吸気管圧力ＰＭが読み込まれる。
そして、ステップ８０５では上記により読み込んだ回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とから、基準状態における同一の回転数と燃料噴射量での吸気管圧力ＰＭｂが算出される。本実施形態では、予め基準状態（ＤＰＦ４３のパティキュレート無捕集状態）でエンジン１を回転数と燃料噴射量とを変えて運転し、実測した吸気管圧力ＰＭの値を基準状態における吸気管圧力ＰＭｂとして回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑｆｉｎ  とを用いた数値テーブルの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。ステップ８０５では、ステップ８０３で読み込んだＮＥ、Ｑｆｉｎ  とを用いて、この数値テーブルから基準状態における吸気管圧力ＰＭｂを読み出す。
【００９４】
上記によりＰＭｂ算出後、ステップ８０７では基準状態における吸気管圧力ＰＭｂと現在の吸気管圧力ＰＭとの差が判定値ΔＰＭより大きくなっているか否かが判定される。ここで、ΔＰＭはＤＰＦ４３のパティキュレート捕集量が最大許容量まで増大したときの、基準状態に対する吸気管圧力の低下量に相当し、実際のエンジンとＤＰＦとを用いた実験により設定される。
【００９５】
ステップ８０７でＰＭｂ−ＰＭ＞ΔＰＭであった場合には、ＤＰＦ４３には最大許容量を越えてパティキュレートが捕集されているため、ステップ８０９と８１１とでは捕集量アラームＸＤＰＦとＤＰＦ再生操作実行アラームＸＲとの値が１にセットされる。フラグＸＤＰＦとＸＲとの機能は第１の実施形態のものと同様である。
【００９６】
本実施形態では、図８の判定操作によりＥＧＲクーラの詰まりの影響を受けることなく、正確にＤＰＦのパティキュレート捕集状態の判定が可能となる。
また、本実施形態では図８の判定操作によりＤＰＦのパティキュレート捕集状態が正確に判定されるため、図８の操作に続いてＥＧＲクーラの詰まりの有無をも容易に判定することが可能となる。すなわち、例えば図８の操作でＤＰＦの捕集量が少ないと判定された場合には、ＥＧＲフィードバック制御中にＥＧＲ弁開度が基準状態に較べて増大しているときにはＥＧＲクーラに詰まりが生じていると判断することが可能である。このため、図８の操作でＤＰＦのパティキュレート捕集量が少ない場合（もしくはＤＰＦの再生操作実行直後）に、例えば第４の実施形態で説明した操作（図６）を行い、実際のＥＧＲ弁開度ＶＥＧが基準状態におけるＥＧＲ弁開度ＶＥＧｂより所定値以上大きくなっている場合にはＥＧＲクーラに詰まりが生じたと判定することができる。
【００９７】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態判定のためだけに特別な検出装置を設けることなく、簡易かつ正確にパティキュレートフィルタのパティキュレート捕集状態を判定することが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車用ディーゼルエンジンに適用した実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明のパティキュレートフィルタ捕集量判定操作の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図３】本発明のパティキュレートフィルタ捕集量判定操作の第２の実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】本発明のパティキュレートフィルタ捕集量判定操作の第３の実施形態を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第４の実施形態におけるＥＧＲフィードバック制御操作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明のパティキュレートフィルタ捕集量判定操作の第４の実施形態を説明するフローチャートである。
【図７】本発明のパティキュレートフィルタ捕集量判定操作の第６の実施形態を説明するフローチャートである。
【図８】本発明のパティキュレートフィルタ捕集量判定操作の第７の実施形態を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン本体
２…吸気通路
３…排気通路
２３…ＥＧＲ弁
３５…ターボチャージャ
３７…排気絞り弁
４３…パティキュレートフィルタ
４５…ＥＧＲクーラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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