(57)【要約】【課題】  フィルタの再生完了を精度よく判定して、フィルタの再生不良や過剰な再生を防止できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  パティキュレートの堆積量に基づき、フィルタ（２８）の目標再生率を設定する目標再生率設定手段（４２）と、予め設定されたフィルタ再生率とフィルタ（２８）に供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、目標再生率に対応する目標酸素流量積算値を設定する目標積算値設定手段（４４）と、フィルタ再生時に、検出された酸素流量の積算値が目標酸素流量積算値に達すると、再生が完了したと判定する再生終了判定手段（４８）とを備える。【選択図】      図３
2006242072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配設され、内燃機関から排出される排気中のパティキュレートを捕捉する一方、堆積したパティキュレートを焼却して再生を行うフィルタと、
前記フィルタにおける前記パティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段によって検出された前記堆積量に基づき、前記フィルタの目標再生率を設定する目標再生率設定手段と、
予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、前記目標再生率に対応する目標酸素流量積算値を設定する目標積算値設定手段と、
前記フィルタに供給される酸素流量を検出する酸素流量検出手段と、
前記フィルタの再生時に、前記酸素流量検出手段によって検出された酸素流量の積算値が前記目標積算値設定手段によって設定された目標酸素流量積算値に達すると、前記フィルタの再生が完了したと判定する再生終了判定手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段を更に備え、
前記目標積算値設定手段は、予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき前記目標再生率に対応して求めた酸素流量の積算値を、前記フィルタ温度検出手段によって検出されたフィルタ温度に基づき補正して目標酸素流量積算値を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記目標積算値設定手段は、前記フィルタ温度が高いほど前記目標酸素積算値が小さくなるように補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記フィルタに流入する排気流量を検出する排気流量検出手段を更に備え、
前記目標積算値設定手段は、予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、前記目標再生率に対応して求めた酸素流量の積算値を、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量とに基づき補正して目標酸素流量積算値を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記目標積算値設定手段は、前記排気流量が少ないほど前記目標酸素積算値が小さくなるように補正することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
前記フィルタに流入する排気流量を検出する排気流量検出手段とを更に備え、
前記目標積算値設定手段は、予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、前記目標再生率に対応して求めた酸素流量の積算値を、前記フィルタ温度検出手段によって検出されたフィルタ温度と、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量とに基づき補正して目標酸素流量積算値を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記目標積算値設定手段は、前記フィルタ温度が高いほど前記目標酸素積算値が小さくなるように補正すると共に、前記排気流量が少ないほど前記目標酸素積算値が小さくなるように補正することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特にディーゼルエンジンなどの排気中からパティキュレートを除去するのに好適な排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンの排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）を設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをフィルタで捕捉し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなフィルタでは、捕捉したパティキュレートがフィルタ内に堆積することにより、次第に排気抵抗が増大するため、適宜堆積したパティキュレートを焼却してフィルタを再生する必要がある。
【０００３】
このため、例えばフィルタの上流側の排気通路に酸化触媒を設け、この酸化触媒において排気中のＮＯを酸化させてＮＯ2を生成し、ＮＯ２を酸化剤としてフィルタに堆積しているパティキュレートとを燃焼させてフィルタの連続再生を行うことが知られている。
ところが、エンジンの運転状態によっては、排気温度が酸化触媒の活性化温度まで上昇せず、連続再生が行われない場合があり、このような場合には酸化触媒を用いた連続再生によらず、強制的にフィルタを再生する必要がある。
【０００４】
フィルタの強制再生の方法としては、フィルタに設けた電気ヒータなどの熱源によってパティキュレートを焼却するものや、ＨＣを酸化触媒に供給し、ＨＣの酸化反応によって生じる熱でフィルタを昇温させてパティキュレートを焼却するものが知られている。
このような強制再生では、パティキュレートの焼却が完了したことを的確に判断して、必要以上に電気ヒータへの通電や、フィルタの昇温を行わないようにする必要がある。このため、強制再生の実施時間などでフィルタの再生完了を推定しているが、車両の走行条件やエンジンの運転状態によって実際にフィルタの再生に要する時間が変動するため、必ずしも的確な再生終了時期を判定することはできなかった。
【０００５】
そこで、特定の条件下において、フィルタに供給された酸素供給量の積算値とパティキュレートの燃焼量との間に相関関係があることに着目し、フィルタに供給された酸素の質量流量の積算値を求め、この積算値が所定値に達したら再生が完了したと判定するものが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２９３３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の排気浄化装置では、再生開始時のパティキュレート堆積量が一定と仮定するとの条件の下で、フィルタへの酸素供給量の積算値とパティキュレートの燃焼量との間に相関関係があることに基づいて、フィルタの再生終了を判定するものであり、任意のパティキュレート堆積量で再生を開始したときには、再生完了を的確に判定することができない。このため、フィルタの再生が十分に行われなくなったり、再生が完了しているにもかかわらず、過剰に強制再生が継続したりするといった問題が生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィルタの再生完了を精度よく判定して、フィルタの再生不良や過剰な再生を防止できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配設され、内燃機関から排出される排気中のパティキュレートを捕捉する一方、堆積したパティキュレートを焼却して再生を行うフィルタと、前記フィルタにおける前記パティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出手段と、前記堆積量検出手段によって検出された前記堆積量に基づき、前記フィルタの目標再生率を設定する目標再生率設定手段と、予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、前記目標再生率に対応する目標酸素流量積算値を設定する目標積算値設定手段と、前記フィルタに供給される酸素流量を検出する酸素流量検出手段と、前記フィルタの再生時に、前記酸素流量検出手段によって検出された酸素流量の積算値が、前記目標積算値設定手段によって設定された目標酸素流量積算値に達すると、前記フィルタの再生が完了したと判定する再生終了判定手段とを備えていることを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
このように構成した内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタに供給される酸素流量の積算値がフィルタの目標再生率に応じた目標酸素流量積算値に達するとフィルタの再生が完了したと判定する。
また、請求項１の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段を更に備え、前記目標積算値設定手段は、予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、前記目標再生率に対応して求めた酸素流量の積算値を、前記フィルタ温度検出手段によって検出されたフィルタ温度に基づき補正して目標酸素流量積算値を設定することを特徴とする（請求項２）。
【００１０】
より具体的には、前記目標積算値設定手段は、前記フィルタ温度が高いほど前記目標酸素積算値がより小さくなるように補正することを特徴とする（請求項３）。
また、請求項１の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに流入する排気流量を検出する排気流量検出手段を更に備え、前記目標積算値設定手段は、予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、前記目標再生率に対応して求めた酸素流量の積算値を、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量とに基づき補正して目標酸素流量積算値を設定することを特徴とする（請求項４）。
【００１１】
より具体的には、前記目標積算値設定手段は、前記排気流量が少ないほど前記目標酸素積算値が小さくなるように補正することを特徴とする（請求項５）。
また、請求項１の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、前記フィルタに流入する排気流量を検出する排気流量検出手段とを更に備え、前記目標積算値設定手段は、予め設定された前記フィルタの再生率と前記フィルタに供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、前記目標再生率に対応して求めた酸素流量の積算値を、前記フィルタ温度検出手段によって検出されたフィルタ温度と、前記排気流量検出手段によって検出された排気流量とに基づき補正して目標酸素流量積算値を設定することを特徴とする（請求項６）。
【００１２】
より具体的には、前記目標積算値設定手段は、前記フィルタ温度が高いほど前記目標酸素積算値が小さくなるように補正すると共に、前記排気流量が少ないほど前記目標酸素積算値が小さくなるように補正することを特徴とする（請求項７）。
請求項２乃至７の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタ温度と排気流量との少なくとも一方に基づき補正された目標酸素流量積算値が、フィルタの再生完了を判定する際に用いられる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタに供給される酸素流量の積算値がフィルタの目標再生率に応じた目標酸素流量積算値に達するとフィルタの再生が完了したと判定するようにしたので、再生開始時のパティキュレート堆積量を一定と仮定するような制限がなくなり、任意のパティキュレート堆積量から再生を開始しても、常に的確にフィルタの再生完了を判定することが可能となる。
【００１４】
また、再生時のパティキュレートの燃焼量は再生中の排気温度や排気流量の変動によって変化するが、請求項２乃至７の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタ温度と排気流量との少なくとも一方に基づき補正された目標酸素流量積算値を用いて再生完了の判定を行うので、上記変動が生じても常に的確な再生終了判定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、コモンレール２に蓄えられた高圧の軽油を各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
【００１６】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁５２を介して吸気マニホールド１２に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気の質量流量を検出するための吸気流量センサ１４が設けられている。
【００１７】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１６を介して排気管（排気通路）１８に接続されている。なお、排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２との間には、ＥＧＲ弁２０を介して排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２とを連通するＥＧＲ通路２２が設けられている。
排気管１８はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁５４を介して排気後処理装置２４に接続されている。タービン８ｂはコンプレッサ８ａと連結されており、排気管１８内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。
【００１８】
また、排気後処理装置２４は、ケーシング内の上流側に酸化触媒２６が収容されると共に、この酸化触媒２６の下流側には、排気中のパティキュレートを捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）２８が収容されている。
この酸化触媒２６は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ2を生成し、このＮＯ2を酸化剤としてフィルタ２８に供給するものである。フィルタ２８では、堆積しているパティキュレートが酸化触媒２６から供給されたＮＯ2と反応して燃焼し、フィルタ２８の連続再生が行われる。
【００１９】
酸化触媒２６とフィルタ２８との間には、酸化触媒２６の出口側の排気温度を酸化触媒２６の温度として検出する触媒温度センサ３０と、フィルタ２８上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ３２とが設けられている。また、フィルタ２８の下流側には、フィルタ２８の出口側の排気温度をフィルタ２８の温度として検出するフィルタ温度センサ３４と、フィルタ２８下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ３６とが設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ３８は、エンジン１を含め、本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ３８の入力側には、各種制御を行うのに必要な情報を収集するため、吸気流量センサ１４、触媒温度センサ３０、上流圧力センサ３２、フィルタ温度センサ３４、及び下流圧力センサ３６などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、ＥＧＲ弁２０、吸気制御弁５２、及び排気絞り弁５４などの各種デバイス類が接続されている。
【００２１】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ３８によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）の演算は、図示しないエンジン回転数センサとアクセル開度センサとによって検出されたエンジン回転数とアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動される。
【００２２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒２６を用いた連続再生により、フィルタ２８に堆積したパティキュレートの焼却除去が行われるが、エンジン１の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒２６の活性化温度まで上昇せず、排気中のＮＯが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。そして、このような状態が継続すると、フィルタ２８内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ２８が目詰まりを起こすおそれがある。このため、フィルタ２８におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。
【００２３】
この強制再生の制御は、図２に示すフローチャートに従い、所定の制御周期でＥＣＵ３８によって実行される。
まず、図２のステップＳ１０２において、強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１は強制再生を実行中であるか否かを示すものであり、値が１であると強制再生を実行中であり、値が０であると強制再生を実行していないことを示す。強制再生フラグＦ１の初期設定値は０となっており、最初の制御周期ではステップＳ１０２からステップＳ１０４へと進む。
【００２４】
ステップＳ１０４ではフィルタ２８の強制再生が必要であるか否かの判断がなされる。具体的には、上流圧力センサ３２の検出値と下流圧力センサ６の検出値との差、即ちフィルタ２８の入口と出口との差圧を求め、この差圧に基づき推定したパティキュレートの堆積量が所定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。この場合にはステップＳ１０６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１とし、強制再生フラグＦ１が強制再生実行中であることを示すように変更する。一方、フィルタ２８の差圧が所定値より少なく、現時点での強制再生が不要であると判定すると、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップＳ１０２から処理を行う。
【００２５】
ステップＳ１０４で強制再生が必要であると判断してステップＳ１０６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１とした後、ステップＳ１０８に進むと、触媒温度センサ３０の検出値に基づき、酸化触媒２６の温度Ｔｃが活性化温度（例えば２５０℃）以上となって、酸化触媒２６が活性化したか否かを判定する。
触媒温度Ｔｃが２５０℃未満である場合には、ステップＳ１１０に進み、酸化触媒２６の昇温制御が行われる。この昇温制御は、酸化触媒２６に高温の排気を供給することにより、酸化触媒２６の温度を活性化温度の２５０℃まで昇温するものであり、吸気制御弁５２及び排気絞り弁５４を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程において第１の追加燃料噴射を行う。第１の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド１６内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒２６に供給されて、酸化触媒２６の温度が上昇する。
【００２６】
このようにしてステップＳ１１０で酸化触媒２６の昇温制御を行い、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップＳ１０２から制御を行う。この場合、既に強制再生フラグＦ１の値は１となっているので、ステップＳ１０２からステップＳ１０８へと進み、触媒温度Ｔｃが２５０℃未満である間は、ステップＳ１０８からステップＳ１１０に進んで第１追加燃料の噴射による酸化触媒２６の昇温制御が行われる。
【００２７】
このようにして第１追加燃料の噴射が繰り返され、酸化触媒２６の温度Ｔｃが２５０℃以上になると、ステップＳ１０８からステップＳ１１２へ進む。ステップＳ１１２では、触媒温度センサ３０の検出値に基づき、酸化触媒２６の温度Ｔｃが所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ２８でパティキュレートが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では６００℃を所定温度としている。
【００２８】
ステップＳ１１２で触媒温度Ｔｃが６００℃以上であると判定するとステップＳ１１４に進み、触媒温度Ｔｃが６００℃未満であると判定するとステップＳ１１６に進む。
ステップＳ１１４及びＳ１１６は、フィルタ２８に供給される排気の温度を６００℃に維持するように、第２の追加燃料を各気筒に噴射するものであって、第２の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで第２の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第２の追加燃料は気筒内や排気マニホールド１６内で燃焼することなく酸化触媒２６に達し、活性化温度にある酸化触媒２６及びフィルタ２８で燃焼する。この燃焼により排気温度が６００℃まで上昇し、フィルタ２８に堆積したパティキュレートが焼却される。
【００２９】
第２の追加燃料はエンジン回転数と主噴射量（負荷）とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第２の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの２種類が用意されている。そして、ステップＳ１１４では触媒温度Ｔｃが６００℃以上あるため、減量マップを用いて第２の追加燃料を噴射し、ステップＳ１１６では触媒温度Ｔｃが６００℃未満であるため、増量マップを用いて第２の追加燃料を噴射する。これによって酸化触媒２６から排出されてフィルタ２８に供給される排気の温度が６００℃に維持される。
【００３０】
ステップＳ１１４又はＳ１１６で第２の追加燃料を噴射すると、ステップＳ１１８に進み、強制再生終了フラグＦ２の値が０であるか否かの判定を行う。
強制再生終了フラグＦ２は、強制再生フラグＦ１の値が１となったことを受けて別途実行される強制再生終了判定制御（後述）において、強制再生の終了が判断されると値が０となり、強制再生の終了が判断されていないときには値が１となるものである。従って、強制再生終了判定制御において強制再生の終了が判定されるまでは、強制再生終了フラグＦ２の値が１であるため、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップＳ１０２から制御を行う。また、強制再生終了判定制御において強制再生の終了が判定されると、強制再生終了フラグＦ２の値が０であるため、ステップＳ１２０に進む。
【００３１】
ステップＳ１２０に進むと、強制再生の終了が判定されているので、強制再生フラグＦ１の値を０とし、この制御周期での制御を終了する。このようにして強制再生フラグＦ１の値が０になると、次の制御周期ではステップＳ１０２からステップＳ１０４へと進むので、再びフィルタ２８の強制再生が必要となるまでは、ステップＳ１０２とステップＳ１０４の処理が繰り返される。
【００３２】
次に、強制再生終了判定制御について、以下に説明する。
強制再生終了判定制御は、図３に示すようにＥＣＵ３８に設けられた制御ブロックにより、図４のフローチャートに従って所定の制御周期で実行される。
即ち、強制再生終了判定制御は、フィルタ２８におけるパティキュレートの堆積量を検出する堆積量検出部（堆積量検出手段）４０と、堆積量検出部４０によって検出された堆積量に基づき、フィルタ２８の目標再生率ηｔを設定する目標再生率設定部（目標再生率設定手段）４２と、予め設定されたフィルタ２８の再生率とフィルタ２８に供給される酸素流量の積算値との関係に基づき、目標再生率ηｔに対応する目標酸素流量積算値Ｄｔを設定する目標積算値設定部（目標積算値設定手段）４４と、フィルタ２８に供給される酸素流量を検出する酸素流量検出部（酸素流量検出手段）４６と、フィルタ２８の再生時に、酸素流量検出部によって検出された酸素流量の積算値が目標酸素流量積算値ηｔに達すると、フィルタ２８の再生が完了したと判定する再生終了判定部（再生終了判定手段）４８と、フィルタ２８に流入する排気流量を検出する排気流量検出部（排気流量検出手段）５０とによって行われる。
【００３３】
より具体的には、図４のフローチャートに従って制御が開始されると、まずステップＳ２０２で強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かが判定される。強制再生フラグＦ１の値は、強制再生が行われていないときは０であり、前述した図２に示すフローチャートに従って行われる強制再生の制御において、強制再生が必要であると判断されると１に設定される（図２のステップＳ１０６）。従って、強制再生制御が実行されているときはステップＳ２０２からステップＳ２０４に進み、強制再生制御が実行されていないときは今回の制御周期での処理を終える。
【００３４】
ステップＳ２０４では、強制再生終了フラグＦ２の値が０であるか否かを判定する。強制再生終了フラグＦ２は、強制再生の完了が判断されると値が０となり、強制再生中に強制再生の完了が判断されていないときには値が１となるものであって、その初期値は０である。従って、強制再生フラグＦ１の値が１となってから最初にステップＳ２０２からステップＳ２０４に進んだ場合にはステップＳ２０６に進み、ステップＳ２０６で強制再生終了フラグＦ２の値を１とする。また、次の制御周期以降で引き続き強制再生フラグＦ１の値が１である場合には、すでに強制再生終了フラグＦ２の値が１となっているので、ステップＳ２０４からステップＳ２１２に直接進んで、ステップＳ２０６乃至Ｓ２１０の処理を省略する。
【００３５】
初回の制御周期でステップＳ２０４からステップＳ２０６に進んで強制再生終了フラグＦ２の値を１とした後、ステップＳ２０８に進むと、堆積量検出部４０により、フィルタ２８に堆積しているパティキュレートの量ＰＭｗを検出する。
堆積量検出部４０は、上流圧力センサ３２と下流圧力センサ３６とから検出信号を受け取り、上流圧力センサ３２によって検出されたフィルタ２８上流側の排気圧力と、下流圧力センサ３６によって検出されたフィルタ２８下流側の排気圧力との差圧に基づき、フィルタ２８に堆積しているパティキュレートの量ＰＭｗを演算して検出する。そして、このパティキュレート堆積量ＰＭｗは目標再生率設定部４２に送られる。
【００３６】
フィルタ２８に堆積しているパティキュレートは、強制再生時に全て焼却されるわけではなく、一部がフィルタ２８内に残留する。そこで、目標再生率設定部４２は、この残留許容パティキュレート量ＰＭｒを予め記憶しており、堆積量検出部４０で検出された堆積パティキュレート量ＰＭｗと残留許容パティキュレート量ＰＭｒとの差が強制再生で焼却すべきパティキュレート量ＰＭｂであることから、下式（１）により目標再生率ηｔを設定する（ステップＳ２１０）。
【００３７】
ηｔ＝ＰＭｂ／ＰＭｗ＝１−（ＰＭｒ／ＰＭｗ）  …  （１）
強制再生終了判定制御の初回の制御周期において目標再生率ηｔが設定されると、次回の制御周期以降は、強制再生の完了を判定するまでの間、再度目標再生率を設定する必要がないので、前述したようにステップＳ２０６乃至Ｓ２１０の処理が省略されるようになっている。
【００３８】
ステップＳ２１０からステップＳ２１２に進むと、目標積算値設定部４４が、目標再生率設定部４２で設定された目標再生率ηｔに対応する目標酸素流量積算値Ｄｔを、予め設定されたフィルタ２８の再生率とフィルタ２８に供給される酸素流量の積算値との関係に基づき設定する。
ここで、フィルタ２８の再生率とフィルタ２８に供給される酸素流量の積算値との関係について、より詳細に説明する。
【００３９】
パティキュレートの燃焼速度ΔＰＭは、下式（２）によって示されることが知られている。
ΔＰＭ＝Ａ・Ｄα・ＰＭ・ｅｘｐ｛−Ｅ／（Ｒ・Ｔ）｝  …  （２）
なお、Ａは実験により求められる定数（頻度因子）、Ｄは酸素濃度、αは酸素の寄与度に応じた定数、ＰＭはそのときのパティキュレート堆積量、Ｅは酸化触媒２６の有無などのハードウエアの構成によって決定される活性化エネルギ定数、Ｒはガス定数、Ｔはフィルタ２８の温度である。
【００４０】
ここで、フィルタ温度Ｔが一定とすると、再生開始後の任意のタイミングｋにおけるパティキュレートの燃焼速度ΔＰＭkは下式（３）で表される。
ΔＰＭk＝Ｂ・Ｄkα・ＰＭk  …  （３）
ただしＢは下式（４）で表される。
Ｂ＝Ａ・ｅｘｐ｛−Ｅ／（Ｒ・Ｔ）｝  …  （４）
従って、タイミングｋ＝０，１，２における燃焼速度ΔＰＭkは、それぞれ下式（５）乃至（７）で表される。
【００４１】
ΔＰＭ0＝Ｂ・Ｄ0α・ＰＭ0  …  （５）
ΔＰＭ1＝Ｂ・Ｄ1α・ＰＭ1  …  （６）
ΔＰＭ2＝Ｂ・Ｄ2α・ＰＭ2  …  （７）
上記式（６）において、ＰＭ1はＰＭ0−ΔＰＭ0であるので、上記式（５）の関係を代入して整理すると以下のようになる。
【００４２】
ΔＰＭ1＝Ｂ・Ｄ1α・ＰＭ0・（１−Ｂ・Ｄ0α）  …  （８）
また、上記式（７）において、ＰＭ2＝ＰＭ0−ΔＰＭ0−ΔＰＭ1であるので、上記式（５）及び（８）の関係を代入して整理すると以下のようになる。
ΔＰＭ2＝Ｂ・Ｄ2α・ＰＭ0・（１−Ｂ・Ｄ0α）・（１−Ｂ・Ｄ1α）  …  （９）
従って、任意のタイミングｋにおけるパティキュレートの燃焼時間ΔＰＭkは下式（１０）で表される。
【００４３】
ΔＰＭk＝Ｂ・Ｄkα・ＰＭ0・ｆ（Ｂ，Ｄ0〜k-1α）  …  （１０）
フィルタ２８の再生開始時（ｋ＝０）からタイミングｋ＝ｎまでのパティキュレートの総燃焼量は、上記式（１０）で表される燃焼速度ΔＰＭの積算値を求めることで算出することができる。
ΣΔＰＭ＝Ｂ・ＰＭ0・Σ｛Ｄiα・ｆ（Ｂ，Ｄ0〜n-1α）｝  …  （１１）
フィルタ２８の再生率ηは、パティキュレートの総燃焼量ΣΔＰＭを、再生開始時のパティキュレート堆積量ＰＭ0で除したものであるから、上記式（１１）に基づき以下のように表されることになる。
【００４４】
η＝Ｂ・Σ｛Ｄiα・ｆ（Ｂ，Ｄ0〜n-1α）｝  …  （１２）
上記式（１２）から、フィルタ２８の再生率ηは、酸素濃度積算値と密接な関係があると共に、酸素濃度の履歴が再生率ηに影響を及ぼすことがわかる。
このような分析結果に基づき、フィルタ２８の再生率ηと酸素濃度積算値との関係を求めることができる。なお、実際のエンジンでは排気流速や酸素濃度の変動を考慮してフィルタ２８を通過する酸素分子数に着目する必要があるため、酸素濃度積算値に代えて酸素質量流量の積算値を用いる。また、酸素濃度の履歴を示すｆ（Ｂ，Ｄ0〜n-1α）を割愛しても、再生率ηと酸素質量流量積算値との相関関係が良好に保たれることが、実験により確認された。
【００４５】
このようにして求められた再生率ηと酸素質量流量積算値との関係を図５に示す。
目標積算値設定部４４は、図５に示す再生率ηと酸素質量流量積算値との関係を再生率−酸素質量流量積算値マップに予め記憶しており、目標再生率設定部４２で設定された目標再生率ηｔに対応する暫定目標酸素流量積算値Ｓｔｏを、再生率−酸素質量流量積算値マップから読み出して設定する。
【００４６】
目標積算値設定部４４で設定された暫定目標酸素流量積算値Ｓｔｏは予め設定された標準状態におけるものであり、フィルタ２８における実際のパティキュレートの燃焼量は、再生中の排気温度や排気流量の変動によって変化する。このため、目標積算値設定部４４では、再生率−酸素質量流量積算値マップから読み出した暫定目標酸素流量積算値Ｓｔｏを、フィルタ温度と排気流量とに基づき補正して最終的な目標酸素流量積算値Ｓｔを設定する。そして、補正に用いるフィルタ２８の温度についてはフィルタ２８下流側の排気温度をそのまま使用し、排気流量については、排気流量検出部５０で検出した排気体積流量Ｑｅを使用する。即ち、排気流量検出部５０は、吸気流量センサ１４によって検出された吸気質量流量Ｑｉｗに、各気筒へ供給された燃料量を加算し、フィルタ温度センサ３４が検出したフィルタ温度及び下流圧力センサ３６が検出したフィルタ下流側の排気圧力を用いて演算を行うことにより排気流量Ｑｅを検出する。
【００４７】
目標積算値設定部４４は、図６に示すように、フィルタ温度と排気流量に対応して補正係数Ｒが設定された補正係数マップを予め記憶しており、この補正係数マップから、フィルタ温度センサ３４が検出したフィルタ温度、及び上記式（１３）により排気流量検出部５０が検出した排気流量Ｑｅに対応する補正係数Ｒを読み出す。そして、目標再生率ηｔに対応して設定した暫定目標酸素流量積算値Ｓｔｏに上記補正係数Ｒを乗ずることによって、最終的な目標酸素流量積算値Ｓｔを決定する。
【００４８】
この補正係数マップは、フィルタ温度が一体であれば排気流量Ｑｅが増加するほど大きな値となり、排気流量Ｑｅが一定であればフィルタ温度が上昇するほど小さな値になるように補正係数Ｒが設定されている。従って、目標酸素流量積算値Ｓｔは、排気流量Ｑｅが増加するほど、或いはフィルタ温度が低下するほど大きな値に補正されるようになっている。
【００４９】
また、目標積算値設定部４４で設定された目標酸素流量積算値Ｓｔは、上述したように目標再生率ηｔを達成するために必要な酸素質量流量の積算値を示しており、強制再生後の実際の酸素質量流量の積算値が目標再生率設定部４２で設定された目標酸素流量積算値Ｓｔとなることは、フィルタ２８の再生率が目標再生率ηｔに達した、即ち、強制再生前にフィルタ２８に堆積していたパティキュレートが残留許容パティキュレート量まで減少したことを示すことになる。
【００５０】
このようにして目標積算値設定部４４で設定された目標酸素流量積算値Ｓｔは、再生終了判定部４８に送られる。
一方、酸素流量検出部４６が、吸気流量センサ１４で検出された吸入空気質量流量Ｑｉｗに基づく演算を行うことにより、フィルタ２８に供給される酸素の質量流量Ｑｏｗを検出しており、例えば下式（１３）により、酸素質量流量Ｑｏｗが算出される。
【００５１】
Ｑｏｗ＝（Ｑｉｗ−ｑ・ａ）・ｂ  …  （１３）
なお、ｑは燃料噴射量、ａは当量比（例えば１４．７）、ｂは酸素質量比である。
このようにして酸素流量検出手段４６によって検出された酸素質量流量Ｑｏｗが再生終了判定部４８に送られる。
再生終了判定部４８では、酸素流量検出手段４６によって検出された酸素質量流量Ｑｏｗを制御周期毎に積算し（ステップＳ２１４）、強制再生開始後の実際の酸素流量積算値Ｓａを求める。そして、この実際の酸素流量積算値Ｓａと目標積算値設定部で設定された目標酸素流量積算値Ｓｔとを比較する（ステップＳ２１６）。実際の酸素流量積算値Ｓａが目標酸素流量積算値Ｓｔに達していない場合には、未だ強制再生が十分に行われていないとして今回の制御周期における処理を終了し、次の制御周期において再びステップＳ２０２からの処理を実行する。そして、実際の酸素流量積算値Ｓａが目標酸素流量積算値Ｓｔ以上になると、強制再生によりフィルタ２８に堆積したパティキュレートの焼却が完了したと判定し、ステップＳ２１８に進んで強制再生終了フラグＦ２の値を０とする。
【００５２】
強制再生終了フラグＦ２の値が１から０に変更されることにより、前述したように、強制再生制御は図２のフローチャートのステップＳ１１８からステップＳ１２０に進み、ステップＳ１２０で強制再生フラグＦ１の値が０とされる。これにより、強制再生制御が終了すると共に、強制再生終了判定制御も、ステップＳ２０２で強制再生フラグＦ１の値が１ではないと判定されてステップＳ２０４乃至Ｓ２１８の処理が行われなくなる。
【００５３】
以上のように、フィルタ２８の強制再生の終了判定は、フィルタ２８の目標再生率に基づき設定された目標酸素流量積算値を用いて行われるので、任意のパティキュレート堆積量においてフィルタ２８の強制終了を開始したとしても、精度よく強制再生の終了を判定することができる。
また、再生中のフィルタ２８におけるパティキュレートの燃焼反応は、排気流量が多いほど、即ち排気流動速度が速いほど、或いは排気温度が低いほど緩慢になる。しかし、前述したとおり、目標積算値設定部４４は、目標酸素流量積算値Ｓｔを、排気流量Ｑｅが増加するほど、或いはフィルタ温度が低下するほど大きな値に補正しており、これによりパティキュレートの燃焼反応が緩慢になるような条件下では強制再生の終了判定が遅めになる一方、燃焼反応が急速に行われるような環境下では強制再生の終了判定が早めになる。従って、排気流動速度や排気温度によってパティキュレートの燃焼反応の速度が変動しても、常に精度よく強制再生の終了を判定することができる。
【００５４】
以上で本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、目標積算値設定部４４における目標酸素流量積算値の補正は、フィルタ温度と排気流量の両方に基づき行うようにしたが、いずれか一方のみに基づき行うようにしてもよい。
【００５５】
即ち、フィルタ温度に対応して補正係数Ｒが設定された補正係数マップを予め記憶しておき、この補正係数マップから、フィルタ温度センサ３４が検出したフィルタ温度に対応する補正係数Ｒを読み出し、暫定目標酸素流量積算値Ｓｔｏに上記補正係数Ｒを乗ずることにより、最終的な目標酸素流量積算値Ｓｔを決定するようにしてもよい。なお、この場合に補正係数マップは、フィルタ温度が上昇するほど小さな値になるように補正係数Ｒが設定されている。
【００５６】
或いは、排気流量に対応して補正係数Ｒが設定された補正係数マップを予め記憶しておき、この補正係数マップから、前記式（１３）により排気流量検出部５０が検出した排気流量Ｑｅに対応する補正係数Ｒを読み出し、暫定目標酸素流量積算値Ｓｔｏに上記補正係数Ｒを乗ずることによって、最終的な目標酸素流量積算値Ｓｔを決定するようにしてもよい。なお、この場合に補正係数マップは、排気流量Ｑｅが増加するほど大きな値となるように補正係数Ｒが設定されている。
【００５７】
この場合には、排気流動速度と排気温度とのいずれか一方に起因するパティキュレートの燃焼反応の速度の変動があっても、精度よく強制再生の完了を判定することができることになる。
また、堆積量検出部４０において、フィルタ２８に堆積しているパティキュレート量の検出は、上流圧力センサ３２によって検出されたフィルタ２８上流側の排気圧力と、下流圧力センサ３６によって検出されたフィルタ２８下流側の排気圧力との差圧に基づき行うようにしたが、これに限定されるものではなく、種々知られている方法でパティキュレート量を検出するようにしてもよい。
【００５８】
更に、排気流量については、吸気流量センサ１４によって検出された吸気質量流量Ｑｉｗに、各気筒へ供給された燃料量を加算し、フィルタ温度及びフィルタ下流側の排気圧力に基づき排気流量Ｑｅを検出するようにしたが、これに限られるものではなく、例えば燃料量を無視して吸気流量センサ１４によって検出された吸気質量流量Ｑｉｗを用いて排気流量Ｑｅを演算してもよいし、排気管１８或いは排気後処理装置２４内に排気流量センサを設けて、直接排気流量を検出するようにしてもよい。
【００５９】
また、フィルタ２８に供給される酸素の流量も、吸気流量センサ１４によって検出された吸気質量流量Ｑｉｗに基づき、演算によって検出するようにしたが、これに限られるものではなく、例えば排気管１８或いは排気後処理装置２４内に酸素センサを設け、この酸素センサの検出結果に基づきフィルタ２８に供給される酸素の流量を検出するようにしてもよい。
【００６０】
フィルタ２８の強制再生については、第１の追加燃料噴射により酸化触媒２６を活性化した後、第２の追加燃料噴射によって排気温度を上昇させてフィルタ２８のパティキュレートを焼却するようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば排気管１８或いは排気後処理装置２４に燃料添加装置を設け、排気中に直接燃料を噴射するようにしてもよいし、排気管１８或いは排気後処理装置２４に設けた電気ヒータや軽油バーナ等によって排気を昇温するようにしてもよい。
【００６１】
最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、フィルタを用いてパティキュレートの除去を行い、パティキュレートの焼却によりフィルタの再生を行うエンジンであればどのようなものでも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成図である。
【図２】図１の排気浄化装置における強制再生制御のフローチャートである。
【図３】図１の排気浄化装置における強制再生終了判定制御の制御ブロック図である。
【図４】図１の排気浄化装置における強制再生終了判定制御のフローチャートである。
【図５】図１の排気浄化装置における強制再生終了判定制御で用いる再生率−酸素質量流量積算値マップの特性図である。
【図６】図１の排気浄化装置における強制再生終了判定制御で用いる補正係数マップの特性図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  エンジン
１８  排気管（排気通路）
２８  フィルタ
３４  フィルタ温度センサ（フィルタ温度検出手段）
４０  堆積量検出部（堆積量検出手段）
４２  目標再生率設定部（目標再生率設定手段）
４４  目標積算値設定部（目標積算値設定手段）
４６  酸素流量検出部（酸素流量検出手段）
４８  再生終了判定部（再生終了判定手段）
５０  排気流量検出部（排気流量検出手段）
【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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