(57)【要約】  本発明の排ガス中の微粒子を捕集するフィルタの状態を検出する微粒子捕集フィルタ状態検出装置は、そのフィルタの状態判定を精度よく行うべく、排気流通路上のフィルタの上流側に生じる第１の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、排気流通路上のフィルタの下流側に生じる第２の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、フィルタの状態を判定するフィルタ状態判定手段と、を備え、フィルタ状態判定手段は、演算部と記憶部とからなり、第１及び第２の圧力検出手段により検出された第１及び第２の圧力値を記憶部に格納し、第１及び第２の圧力検出手段により検出された第１及び第２の圧力値を記憶部から演算部に送信し、演算部にて、第１及び第２の圧力値にそれぞれフーリエ変換を施し、該フーリエ変換により得られた所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相を比較することでフィルタの状態を判定する。
2013005456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕集するフィルタの状態を検出する微粒子捕集フィルタ状態検出装置であって、
前記排気流通路上の前記フィルタの上流側に生じる第１の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
前記排気流通路上の前記フィルタの下流側に生じる第２の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記フィルタの状態を判定するフィルタ状態判定手段と、を備え、
前記フィルタ状態判定手段は、演算部と記憶部とからなり、
前記第１及び第２の圧力検出手段により検出された前記第１及び第２の圧力値を前記記憶部に格納し、
前記第１及び第２の圧力検出手段により検出された前記第１及び第２の圧力値を前記記憶部から前記演算部に送信し、
前記演算部にて、前記第１及び第２の圧力値にそれぞれフーリエ変換を施し、該フーリエ変換により得られた所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相を比較することで前記フィルタの状態を判定することを特徴とする微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項２】
排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕集するフィルタの状態を検出する微粒子捕集フィルタ状態検出装置であって、
前記排気流通路上の前記フィルタの上流側に生じる第１の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
前記排気流通路上の前記フィルタの下流側に生じる第２の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、
前記第１の圧力検出手段により検出された前記第１の圧力値にフーリエ変換を施す第１のフーリエ変換手段と、
前記第２の圧力検出手段により検出された前記第２の圧力値にフーリエ変換を施す第２のフーリエ変換手段と、
前記第１のフーリエ変換手段により得られた所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相とを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記フィルタの状態を判定するフィルタ状態判定手段と、
を備えることを特徴とする微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項３】
前記フィルタ状態判定手段は、前記第１のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相との比に基づいて、前記フィルタに捕集された前記微粒子の堆積量を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項４】
前記フィルタ状態判定手段により推定された前記堆積量が所定量に達した場合に前記フィルタの再生を指示するフィルタ再生指示手段を備えることを特徴とする請求項３に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項５】
前記フィルタ状態判定手段は、前記第１のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相との比の、該フィルタの初期状態での値から該フィルタの再生実施後での値への変化に基づいて、前記フィルタに堆積する不燃残留物量を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項６】
前記フィルタ状態判定手段は、前記第１のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相との比の変化に基づいて、前記フィルタの異常又は故障を判定又は推定することを特徴とする請求項１又は２に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項７】
前記所定周波数は、内燃機関の回転数に応じた周波数であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項８】
前記所定周波数は、内燃機関の回転数の基本周波数であることを特徴とする請求項７に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項９】
前記所定周波数は、内燃機関の回転数の基本周波数よりも高周波であることを特徴とする請求項７に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項１０】
前記第１の圧力検出手段により前記第１の圧力を検出する時間間隔及び前記第２の圧力検出手段により前記第２の圧力を検出する時間間隔はそれぞれ、内燃機関の回転数の基本周波数での周期よりも短いことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【請求項１１】
前記所定周波数は、内燃機関の回転数の基本周波数よりも低周波であることを特徴とする請求項７に記載された微粒子捕集フィルタ状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子捕集フィルタ状態検出装置に係り、排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕集するフィルタの状態をそのフィルタ前後の圧力に基づいて判定するうえで好適な微粒子捕集フィルタ状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンから排出されるＣ（炭素）を主とする微粒子（ＰＭ）を捕集するのに、多孔質セラミックにより構成される微粒子捕集フィルタ（ＤＰＦ：diesel particulate filter）を備えるシステムが知られている。ＤＰＦには、ディーゼルエンジンの継続的な使用に伴って徐々にＰＭが堆積する。ＤＰＦに堆積したＰＭは、ＤＰＦのクラック等やＤＰＦ下流側へのＰＭの漏れ出しを防止すべく、適当なタイミングで燃焼されて酸化除去される。従って、ＰＭが堆積するＤＰＦは、適当なタイミングで再生される。【０００３】
ＤＰＦへのＰＭ堆積量を測定してそのＰＭの燃焼タイミングを適切なものとするために、ＤＰＦの上流側排気流通路及び下流側排気流通路にそれぞれ圧力センサを設け、各圧力センサの出力の交流成分の大きさの比及び直流成分の差をそれぞれ算出することが考えられる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−８５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１記載の測定システムでは、ＤＰＦの状態判定に誤差が生じており、精度の高い検出装置とは言えなかった。【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、排ガス中の微粒子を捕集するフィルタの状態判定を精度よく行うことが可能な微粒子捕集フィルタ状態検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の誤差が生じる原因を鋭意研究した結果、ディーゼルエンジンの排気脈動であることを突き止めた。【０００８】
排気流通路内の圧力は、ディーゼルエンジンの排気脈動により大きく変動する。そして、その圧力には、エンジン回転数に応じた基本波が含まれると共に、その基本波に対する高調波成分が含まれる。また、ＤＰＦ下流側の圧力は、ＤＰＦ上流側の圧力に対して位相のズレ（時間のズレとして現れる）が生じる。特許文献１記載の技術では、ＤＰＦ上流側の圧力値とＤＰＦ下流側の圧力値との位相合わせ（時間のズレを合わせること）が行われていないため、両圧力値に基づくＤＰＦの状態すなわちＰＭ堆積の判定を精度よく行うことが困難であった。【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の微粒子捕集フィルタ状態検出装置は、排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕集するフィルタの状態を検出する微粒子捕集フィルタ状態検出装置であって、前記排気流通路上の前記フィルタの上流側に生じる第１の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、前記排気流通路上の前記フィルタの下流側に生じる第２の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、前記フィルタの状態を判定するフィルタ状態判定手段と、を備え、前記フィルタ状態判定手段は、演算部と記憶部とからなり、前記第１及び第２の圧力検出手段により検出された前記第１及び第２の圧力値を前記記憶部に格納し、前記第１及び第２の圧力検出手段により検出された前記第１及び第２の圧力値を前記記憶部から前記演算部に送信し、前記演算部にて、前記第１及び第２の圧力値にそれぞれフーリエ変換を施し、該フーリエ変換により得られた所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相を比較することで前記フィルタの状態を判定する。【００１０】
また、上記の目的を達成するため、本発明の微粒子捕集フィルタ状態検出装置は、排気流通路を流通する排ガス中に含まれる微粒子を捕集するフィルタの状態を検出する微粒子捕集フィルタ状態検出装置であって、前記排気流通路上の前記フィルタの上流側に生じる第１の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、前記排気流通路上の前記フィルタの下流側に生じる第２の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、前記第１の圧力検出手段により検出された前記第１の圧力値にフーリエ変換を施す第１のフーリエ変換手段と、前記第２の圧力検出手段により検出された前記第２の圧力値にフーリエ変換を施す第２のフーリエ変換手段と、前記第１のフーリエ変換手段により得られた所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相とを比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記フィルタの状態を判定するフィルタ状態判定手段と、を備える。【００１１】
尚、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記フィルタ状態判定手段は、前記第１のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相との比に基づいて、前記フィルタに捕集された前記微粒子の堆積量を推定することとしてもよい。【００１２】
また、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記フィルタ状態判定手段により推定された前記堆積量が所定量に達した場合に前記フィルタの再生を指示するフィルタ再生指示手段を備えることとしてもよい。【００１３】
また、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記フィルタ状態判定手段は、前記第１のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相との比の、該フィルタの初期状態での値から該フィルタの再生実施後での値への変化に基づいて、前記フィルタに堆積する不燃残留物量を推定することとしてもよい。【００１４】
また、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記フィルタ状態判定手段は、前記第１のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相と前記第２のフーリエ変換手段により得られた前記所定周波数でのスペクトル強度及び／又は位相との比の変化に基づいて、前記フィルタの異常又は故障を判定又は推定することとしてもよい。【００１５】
また、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記所定周波数は、内燃機関の回転数に応じた周波数であることとしてもよい。【００１６】
また、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記所定周波数は、内燃機関の回転数の基本周波数であることとしてもよい。【００１７】
また、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記所定周波数は、内燃機関の回転数の基本周波数よりも高周波であることとしてもよい。【００１８】
また、上記した微粒子捕集フィルタ状態検出装置において、前記第１の圧力検出手段により前記第１の圧力を検出する時間間隔及び前記第２の圧力検出手段により前記第２の圧力を検出する時間間隔はそれぞれ、内燃機関の回転数の基本周波数での周期よりも短いこととするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、排ガス中の微粒子を捕集するフィルタの状態判定を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態である微粒子捕集フィルタ状態検出装置を備えるシステムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態である微粒子捕集フィルタ状態検出装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態である微粒子捕集フィルタ状態検出装置においてＦＦＴ処理前後の検出圧力値の時系列データを表した波形図である。
【図４】フィルタ下流側での圧力に対するＦＦＴ処理後の波形がフィルタ上流側での圧力に対するＦＦＴ処理後の波形に対して減衰・増長することを説明するための図である。
【図５】フィルタに堆積するＰＭの堆積量に応じてフィルタ上流側でのＦＦＴ波形に対するフィルタ下流側でのＦＦＴ波形の減衰度合いが異なることを説明するための図である。
【図６】フィルタに堆積するＰＭの堆積量とフィルタ上流側での圧力についてのスペクトル強度に対するフィルタ下流側での圧力についてのスペクトル強度の比との関係の一例を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
特許文献１（特開昭６０−８５２１４号公報）に開示されている従来の内燃機関用フィルタ再生装置によるＤＰＦに堆積した微粒子の堆積量の検出方法では、ＤＰＦに堆積した微粒子の堆積量の検出精度が低くなるという問題があった。この微粒子の堆積量の検出精度が低くなる要因について考えた。排気流通路内の圧力は、ディーゼルエンジンの排気脈動により大きく変動しており、ＤＰＦ上流側の圧力値とＤＰＦ下流側の圧力値との間で位相のズレ（時間のズレとして現れる）が生じているという事実を突き止めた。しかし、上記の特許文献１記載の技術では、ＤＰＦに堆積した微粒子の堆積量を検出するのに、ＤＰＦ上流側の圧力値及びＤＰＦ下流側の圧力値そのものを用いており、位相ズレ（時間のズレとして現れる）の影響を大きく受けるため、微粒子の堆積量の検出精度が低くなるという課題を見出した。
【００２２】
これに対して、ＤＰＦ上流側の圧力値及びＤＰＦ下流側の圧力値をそれぞれフーリエ変換して周波数ごとのスペクトル強度を求めることで、位相ズレの影響を受けずに両圧力を比較することが可能である。また、排ガス中に含まれる交流成分はＤＰＦにより減衰するため、ＤＰＦ前後で同じ周波数のスペクトル強度が減衰する。このスペクトル強度の強度比は、ＤＰＦに堆積した微粒子の堆積量と相関関係があることがわかった。そこで、ＤＰＦ上流側の圧力値及びＤＰＦ下流側の圧力値をそれぞれフーリエ変換して周波数ごとのスペクトル強度を求めたうえで、特定周波数のスペクトル強度の強度比を求め、その強度比に基づいてＤＰＦに堆積した微粒子の堆積量を精度よく検出することができるという効果を発見し、本発明を完成させた。
【００２３】
以下、図面を用いて、本発明に係る微粒子捕集フィルタ状態検出装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００２４】
図１に、本発明の一実施形態である微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０を備えるシステムの全体構成図を示す。本実施形態のシステムは、内燃機関（具体的には、ディーゼルエンジン）１２から排出される排ガス中に含まれる微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する微粒子捕捉フィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）１４の状態（具体的には、ＰＭ堆積量）を検出し、その検出したＰＭ堆積量が所定量に達した場合にＤＰＦ１４の再生を図るシステムである。
【００２５】
図１に示す如く、微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０は、内燃機関１２に接続する排気流通路１６上に設けられたＤＰＦ１４を備えている。ＤＰＦ１４は、内燃機関１２から排出される排ガス中に含まれるＰＭを捕捉可能なフィルタである。また、微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０は、排気流通路１６に設けられた一対の圧力センサ２０，２２を備えている。尚、圧力センサ２０，２２は、排ガスの密度と流速とに応じて変化する動圧の影響が最小となる位置、すなわち、測定位置以前の主に圧力損失に応じて変化する静圧を測定可能な位置に配設することが望ましい。
【００２６】
圧力センサ２０は、排気流通路１６上のＤＰＦ１４の上流側に生じる圧力（上流側圧力）に応じた電気信号（電圧信号）を出力するセンサである。また、圧力センサ２２は、排気流通路１６上のＤＰＦ１４の下流側に生じる圧力（下流側圧力）に応じた電気信号（電圧信号）を出力するセンサである。以下、圧力センサ２０を上流側圧力センサ２０と、また、圧力センサ２２を下流側圧力センサ２２と、それぞれ称す。上流側圧力センサ２０及び下流側圧力センサ２２はそれぞれ、マイクロコンピュータを主体に構成される状態検出部２４に接続されている。上流側圧力センサ２０の出力信号及び下流側圧力センサ２２の出力信号はそれぞれ、状態検出部２４に供給される。
【００２７】
状態検出部２４は、上流側圧力センサ２０の出力信号に基づいてＤＰＦ１４の上流側に生じる上流側圧力Ｐ１を検出すると共に、下流側圧力センサ２２の出力信号に基づいてＤＰＦ１４の下流側に生じる下流側圧力Ｐ２を検出する。この状態検出部２４による圧力検出は、所定のサンプリング時間（例えば、５００μＳ）ごとに、すなわち、所定のサンプリング周期（例えば２ｋＨｚ）で行われる。
【００２８】
尚、上記した所定のサンプリング時間は、内燃機関１２の回転数ＮＥの基本周波数ｆ０での周期よりも短いものである。また、この基本周波数ｆ０とは、内燃機関１２の回転数ＮＥの値によって決まる周波数であって、回転数ＮＥが小さいほど低周波数となり、回転数ＮＥが大きいほど高周波数となる。例えば、内燃機関１２が直列４気筒４サイクルエンジンである場合は、その内燃機関１２から一回転当たり２回の排気があり、排気圧力には一回転当たり２回の脈動があるので、１０００ｒｐｍのときは、２０００回／minの排気脈動が発生し、エンジン回転数ＮＥに応じた脈動の振動数が３３．３Ｈｚであり、基本周波数ｆ０が３３．３Ｈｚとなる。ただ、上記した所定のサンプリング時間は、内燃機関１２の回転数ＮＥの、圧力検出を行うべき上限での基本周波数ｆ０（例えば、直列４気筒４サイクルエンジンである内燃機関１２の回転数の、圧力検出を行うべき上限が３０００ｒｐｍであるときは、１００Ｈｚ）での周期（１０ｍｓ）よりも短くするのがよい。状態検出部２４は、後に詳述の如く、上記検出した上流側圧力Ｐ１及び下流側圧力Ｐ２を演算処理して、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量Ｍを算出する。
【００２９】
状態検出部２４には、また、内燃機関１２の回転数ＮＥを示す信号、及び、内燃機関１２の排気空気量Ｑを示す信号がそれぞれ供給されている。状態検出部２４は、内燃機関１２の回転数ＮＥ及び排気空気量Ｑを検出する。尚、回転数ＮＥは、圧力波形と時間的なズレが生じるため、そのズレを補正して用いることが好ましい。
【００３０】
本実施例のシステムは、また、内燃機関１２の各種制御を行うエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと称す）３２を備えている。エンジンＥＣＵ３２には、上記した状態検出部２４が接続されている。状態検出部２４は、算出したＤＰＦ１４へのＰＭ堆積量Ｍが所定量に達しているか否かを判別すると共に、その判別の結果としてＰＭ堆積量Ｍが所定量に達している場合にエンジンＥＣＵ３２に対してＤＰＦ１４を再生するための指令を供給する。エンジンＥＣＵ３２は、状態検出部２４からＤＰＦ１４の再生指令を受けると、ＤＰＦ３２を再生する処理（例えば、内燃機関１２の燃焼を促進してＤＰＦ３２を加熱させる処理）を実行する。
【００３１】
次に、図２〜図６を参照して、本実施形態の微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０における検出処理について説明する。
【００３２】
図２は、本発明の一実施形態である微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０において状態検出部２４が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３（Ａ）は、本発明の一実施形態である微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０において状態検出部２４が検出圧力値Ｐ１，Ｐ２にＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を施す前の検出圧力値Ｐ１，Ｐ２の時系列データを表した波形図を示す。図３（Ｂ）は、本発明の一実施形態である微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０において状態検出部２４が検出圧力値Ｐ１，Ｐ２にＦＦＴ処理を施した後のスペクトル強度の周波数データを表した波形図を示す。
【００３３】
図４（Ａ）は、ＤＰＦ１４の下流側での圧力に対するＦＦＴ処理後のスペクトル強度［（ｋＰａ）２／Ｈｚ］がＤＰＦ１４の上流側での圧力に対するＦＦＴ処理後のスペクトル強度［（ｋＰａ）２／Ｈｚ］に対して減衰することを説明するための図を示す。図４（Ｂ）は、ＤＰＦ１４の下流側での圧力に対するＦＦＴ処理後の位相［ｒａｄ］がＤＰＦ１４の上流側での圧力に対するＦＦＴ処理後の位相［ｒａｄ］に対して減衰・増長することを説明するための図を示す。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量に応じてＤＰＦ１４の上流側でのＦＦＴ波形に対するＤＰＦ１４の下流側でのＦＦＴ波形の減衰度合いが異なることを説明するための図を示す。また、図６は、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量とＤＰＦ１４の上流側での圧力についてのスペクトル強度に対するＤＰＦ１４の下流側での圧力についてのスペクトル強度の比との関係の一例を表した図を示す。
【００３４】
本実施形態において、状態検出部２４は、所定のサンプリングタイムごとに、上流側圧力センサ２０の出力信号に基づいてＤＰＦ１４の上流側に生じる上流側圧力Ｐ１［ｋＰａ］を検出すると共に、下流側圧力センサ２２の出力信号に基づいてＤＰＦ１４の下流側に生じる下流側圧力Ｐ２［ｋＰａ］を検出する（ステップ１００）。そして、所定時間（例えば１０秒など）中における上流側圧力値Ｐ１及び下流側圧力Ｐ２のデータをそれぞれメモリに記憶する。
【００３５】
状態検出部２４は、上記の如く記憶した所定時間中における上流側圧力値Ｐ１に基づいて、検出した上流側圧力値Ｐ１にＦＦＴ処理を施すことで、その上流側圧力値Ｐ１を周波数ごとのスペクトル強度Ｉ１［（ｋＰａ）２／Ｈｚ］に変換すると共に、上記の如く記憶した所定時間中における下流側圧力値Ｐ２に基づいて、検出した下流側圧力値Ｐ２にＦＦＴ処理を施すことで、その下流側圧力値Ｐ２を周波数ごとのスペクトル強度Ｉ２［（ｋＰａ）２／Ｈｚ］に変換する（ステップ１０２；図３参照）。かかる変換が行われると、エンジン回転数ＮＥに応じた脈動が発生する上流側圧力値Ｐ１及び下流側圧力Ｐ２がそれぞれ、その位相と成分とに分離されることとなる。
【００３６】
状態検出部２４は、上記の如きＦＦＴ処理後のスペクトル強度から基本周波数ｆ０を検出・選択する。具体的には、ＦＦＴ処理後のスペクトル強度のうちスペクトル強度が最大値となる周波数を基本周波数ｆ０とする。尚、基本周波数ｆ０は、内燃機関１２の回転数ＮＥとその内燃機関１２の種類に応じて一義的に決定される。基本周波数ｆ０は、回転数ＮＥが小さいほど低周波数となり、回転数ＮＥが大きいほど高周波数となる。
【００３７】
また、基本周波数ｆ０を求める他の手法としては、（１）内燃機関１２が直列４気筒４サイクルエンジンであるときは、ＦＦＴ処理後のスペクトル強度のうち所定以上のスペクトル強度が現れる最も低い周波数の４倍の周波数を基本周波数ｆ０としてもよいし、また、（２）検出した内燃機関１２の回転数ＮＥに基づいて、その回転数ＮＥに応じた脈動の基本周波数ｆ０を求めることとしてもよい。この場合、内燃機関１２が直列４気筒４サイクルエンジンであって、回転数ＮＥが２０００ｒｐｍであるときは、基本周波数ｆ０は６６．６７Ｈｚに設定される。
【００３８】
状態検出部２４は、上記の如くＦＦＴ処理後の各スペクトル強度Ｉ１，Ｉ２及び基本周波数ｆ０を算出すると、次に、その基本周波数ｆ０でのスペクトル強度Ｉ１ｆ０，Ｉ２ｆ０を抽出して、それらの基本周波数ｆ０でのスペクトル強度Ｉ１ｆ０，Ｉ２ｆ０を比較する。具体的には、基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の比（以下、強度比と称す）Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を算出する（ステップ１０４）。そして、この強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいて、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量Ｍ［ｇ／ｌ］を推定する（ステップ１０６）。
【００３９】
状態検出部２４は、予め、ＤＰＦ１４へのＰＭの堆積量とスペクトル強度の比（強度比）Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０との関係を記憶している。状態検出部２４は、上記ステップ１０６において、記憶しているＰＭ堆積量と強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０との関係を参照して、上記ステップ１０４で算出した基本周波数ｆ０での強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を基に、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量Ｍを推定する。
【００４０】
尚、状態検出部２４は、ＰＭ堆積量Ｍを推定するうえで、ＤＰＦ１４の初期圧力損失ΔＰや排気空気量（尚、圧力Ｐ１，Ｐ２のデータを記憶する所定時間中の平均値であってもよい。）に応じて補正を施すこととしてもよい。例えば、同じ回転数ＮＥすなわち同じ基本周波数ｆ０であっても、強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０が圧力損失ΔＰの大きさに応じて変化するので、具体的には、圧力損失ΔＰが大きいほど小さいので、基本周波数ｆ０での強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいてＰＭ堆積量Ｍを推定するのに、例えば、圧力損失ΔＰが大きいほど強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を小さい値に補正することとしてもよい。
【００４１】
このように、本実施例の微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０においては、ＤＰＦ１４前後の上流側圧力Ｐ１及び下流側圧力Ｐ２をそれぞれ所定のサンプリング時間ごとにサンプリングし、その圧力値Ｐ１，Ｐ２のデータについてＦＦＴ処理を施し、内燃機関１２の回転数ＮＥに応じた基本周波数ｆ０でのスペクトル強度Ｉ１ｆ０，Ｉ２ｆ０を比較してそのスペクトル強度の比（強度比）Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を算出し、その算出した強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいてＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量Ｍを推定する。
【００４２】
ＤＰＦ１４の上流側と下流側とには、ＤＰＦ１４を通過する排ガスにより圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が生ずる。この圧力差ΔＰは、ＤＰＦ１４の存在による圧力損失であって、ガス流量や温度などに応じて変化する。また、排ガスの圧力は、内燃機関１２の排気脈動により大きく変動し、内燃機関１２の回転数ＮＥに応じた基本周波数ｆ０の成分と共に、その基本周波数ｆ０の高調波成分を含む。また、排ガスがＤＰＦ１４を通過する過程で、ＤＰＦ１４前後で脈動の振幅が減衰し、ＤＰＦ１４前後で同じ周波数のスペクトル強度が減衰する（図５参照）。この強度比は、ＤＰＦ１４へのＰＭの堆積量に応じて変化し、その堆積量が多いほど小さい（図６及び図７参照）。すなわち、ＤＰＦ１４の下流側でのスペクトル強度は、ＤＰＦ１４の上流側でのスペクトル強度に比べて、ＰＭ堆積量が多いほど小さくなる。
【００４３】
従って、本実施例の微粒子捕集フィルタ状態検出装置１０によれば、排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ１４のＰＭ堆積量を推定するうえで、ＤＰＦ１４前後の各圧力値Ｐ１，Ｐ２をＦＦＴ処理して得られるスペクトル強度Ｉ１，Ｉ２の強度比（具体的には、基本周波数ｆ０でのスペクトル強度Ｉ１ｆ０，Ｉ２ｆ０の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０）を用いることで、ＤＰＦ１４前後の圧力の時間のズレとして現れる位相ズレを無くすことができ、排ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ１４のＰＭ堆積量を精度よく推定することが可能である。
【００４４】
本実施例のシステムにおいて、状態検出部２４は、上記の如くＤＰＦ１４のＰＭ堆積量Ｍを推定すると、そのＰＭ堆積量Ｍが所定量に達しているか否かを判別する。尚、この所定量は、ＤＰＦ１４から下流側へのＰＭ漏れが生ずる可能性がある値の下限値であって、予め規定されている。状態検出部２４は、推定したＰＭ堆積量Ｍが所定量に達していると判別した場合、エンジンＥＣＵ３２に対してＤＰＦ１４の再生指令を行う。かかる処理が行われると、ＤＰＦ１４が加熱されるので、そのＤＰＦ１４に堆積したＰＭが燃焼除去される。従って、本実施例のシステムによれば、ＰＭが堆積したＤＰＦ１４の再生を、ＤＰＦ１４に最大捕集量（尚、この最大捕集量とは、ＰＭ燃焼時にＤＰＦ１４にクラックが生じない量のことである。）のＰＭが堆積する直前にタイミング良く実施することができ、ＤＰＦ１４の繰り返し利用を促進することが可能である。
【００４５】
また、ＤＰＦ１４の上流側圧力値Ｐ１及び下流側圧力値Ｐ２へのＦＦＴ処理後の位相波形を比較することにより、ＤＰＦ１４の微細クラックや微量のＰＭ変化などのより詳細な情報を得ることができる。図４（Ｂ）に示す如く、位相は、スペクトル強度のピーク周波数と同じ周波数にピークを持ち、ＤＰＦ１４の上流側と下流側とで変化する。ＤＰＦ１４の上流側から下流側にかけて、スペクトル強度は減衰するが、位相は増長することもあるため、位相の減衰率や増長率からＤＰＦ１４の状態を推定することができる。
【００４６】
ところで、上記の実施形態においては、ＤＰＦ１４が特許請求の範囲に記載した「フィルタ」に、状態検出部２４が上流側圧力センサ２０の出力信号に基づいてＤＰＦ１４の上流側に生じる上流側圧力Ｐ１を検出することが特許請求の範囲に記載した「第１の圧力検出手段」に、状態検出部２４が下流側圧力センサ２２の出力信号に基づいてＤＰＦ１４の下流側に生じる下流側圧力Ｐ２を検出することが特許請求の範囲に記載した「第２の圧力検出手段」に、状態検出部２４が上流側圧力値Ｐ１にＦＦＴ処理を施すことが特許請求の範囲に記載した「第１のフーリエ変換手段」に、状態検出部２４が下流側圧力値Ｐ２にＦＦＴ処理を施すことが特許請求の範囲に記載した「第２のフーリエ変換手段」に、状態検出部２４がＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を算出することが特許請求の範囲に記載した「比較手段」に、状態検出部２４が基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいてＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量Ｍを推定することが特許請求の範囲に記載した「フィルタ状態判定手段」に、また、状態検出部２４がＰＭ堆積量Ｍが所定量に達していると判別した場合にＤＰＦ１４を加熱すべくエンジンＥＣＵ３２にＤＰＦ１４の再生指令を行うことが特許請求の範囲に記載した「フィルタ再生指示手段」に、それぞれ相当している。
【００４７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形又は変更が可能である。
【００４８】
例えば、上記の実施形態においては、ＤＰＦ１４前後の圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいて、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量を推定することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤＰＦ１４前後の圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいて、ＤＰＦ１４に堆積する金属を成分とする不燃残留物の量（すなわち、Ａｓｈ堆積量）を推定することとしてもよい。
【００４９】
すなわち、ＤＰＦ１４の初期状態（製造直後など）では不燃残留物が堆積していないが、ＤＰＦ１４の使用が継続すると、徐々にそのＤＰＦ１４に不燃残留物が堆積する。この不燃残留物は、ＤＰＦ１４が加熱により再生されても除去されない。また、圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０は、ＤＰＦ１４に不燃残留物が堆積しているときと堆積していないときとで大きく変化する。従って、ＤＰＦ１４の初期状態において圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を記憶したうえで、ＤＰＦ１４の再生実施後に、圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を算出し、強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０の、ＤＰＦ１４の初期状態での値からＤＰＦ１４の再生実施後での値への変化に基づいてＤＰＦ１４に堆積する不燃残留物量を推定することができる。例えば、ＤＰＦ１４の初期状態での強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０からＤＰＦ１４の再生実施後での強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０への変化量が多いほど、ＤＰＦ１４に堆積する不燃残留物量が多いと判定することができる。
【００５０】
尚、上記のＤＰＦ１４への不燃残留物量の推定は、上記の実施形態においてＤＰＦ１４へのＰＭの堆積量Ｍが所定量に達することによりそのＤＰＦ１４が加熱再生された直後に行われるものであってもよいし、また、上記の実施形態とは異なる手法でＤＰＦ１４が再生された直後に行われるものであってもよい。
【００５１】
また、上記の実施形態においては、ＤＰＦ１４前後の圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいて、ＤＰＦ１４に堆積するＰＭの堆積量を推定することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤＰＦ１４前後の圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０に基づいて、ＤＰＦ１４の異常又は故障を判定又は推定することとしてもよい。
【００５２】
すなわち、ＤＰＦ１４が正常状態にあれば、圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０は、そのＤＰＦ１４へのＰＭや不燃残留物の堆積などに伴って所定の範囲内で変化（低下）する。一方、ＤＰＦ１４に異常又は故障が発生すると、圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０が上記の所定の範囲を外れて変化するものである。従って、圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０の変化に基づいてＤＰＦ１４の異常又は故障を判定又は推定することができる。例えば、圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０が、予め定めた所定の範囲を外れて変化するときは、ＤＰＦ１４に異常又は故障が発生していると判定又は推定することができる。尚、ＤＰＦ１４に異常又は故障が発生していると判定又は推定されたときは、その異常や故障を車両運転者や使用者，作業者に知らせるべく、アラーム、ランプの点滅，点灯等により警告を行うこととしてもよい。
【００５３】
また、上記の実施形態においては、ＤＰＦ１４を再生するのに状態検出部２４からエンジンＥＣＵ３２へＤＰＦ１４の再生指令を行うこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＤＰＦ１４の内部や周囲に加熱ヒータを設け、状態検出部２４からその加熱ヒータへの電力供給によりＤＰＦ１４の加熱再生を図ることとしてもよい。
【００５４】
更に、上記の実施形態や変形例においては、ＤＰＦ１４の状態を判定するのに、ＤＰＦ１４前後の圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の、内燃機関１２の回転数ＮＥの基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０を用いることとしているが、ＤＰＦ１４前後の圧力値Ｐ１，Ｐ２のＦＦＴ処理後の基本周波数ｆ０でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ０／Ｉ１ｆ０ではなく、その基本周波数ｆ０よりも高い高調波の特定周波数ｆ１でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ１／Ｉ１ｆ１を用いて、ＤＰＦ１４の状態判定を行うこととしてもよい。また、その基本周波数ｆ０よりも低い特定周波数ｆ２でのスペクトル強度の強度比Ｉ２ｆ２／Ｉ１ｆ２を用いて、ＤＰＦ１４の状態判定を行うこととしてもよい。尚、この場合、内燃機関１２の回転数ＮＥの基本周波数ｆ０よりも低い特定周波数ｆ２には、０Ｈｚの周波数が含まれてもよい。
【００５５】
尚、本国際出願は、２０１１年（平成２３年）７月６日に出願した日本国特許出願２０１１−１５０３７４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１１−１５０３７４号の全内容を本国際出願に援用する。
【符号の説明】
【００５６】
１０  微粒子捕集フィルタ状態検出装置
１２  内燃機関
１４  ＤＰＦ
１６  排気流通路
２０  上流側圧力センサ
２２  下流側圧力センサ
２４  状態検出部
３２  エンジンＥＣＵ
【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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【国際調査報告】
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