(57)【要約】【課題】  第１フィルタの前段に設けられる酸化触媒コンバータの中央部に触媒機能付きの第１フィルタよりも小容量の第２フィルタを設けた場合において、第２フィルタの粒子状物質の捕集量の推定精度を高める。【解決手段】  酸化触媒コンバータの排気通路上流側の排気温度を検出するとともに、第２フィルタの周囲において酸化触媒が担持される酸化触媒コンバータの外周部と第１フィルタとの間の排気温度を検出する。そして、検出された双方の温度検出値に基づき第２フィルタの粒子状物質の捕集量を推定する。推定した第２フィルタの粒子状物質の捕集量が所定量［ｇ／ｌ］以上になったときは、フィルタ再生処理として、圧縮行程上死点付近で噴射される主噴射に続いて膨張行程で後噴射を追加させることで、第１および第２フィルタの各々に捕集された粒子状物質を燃焼させる。【選択図】  図３
2006214312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路内に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する第１フィルタと、この第１フィルタの排気通路上流に設けられる酸化触媒コンバータとを備えるエンジンの排気浄化装置であって、
前記酸化触媒コンバータの中央部に設けられ、前記第１フィルタと比較して径および長さがともに短く、粒子状物質の捕集機能および酸化触媒機能を兼ね備える第２フィルタと、
前記酸化触媒コンバータの排気通路上流側の排気温度を検出する第１温度検出手段と、
前記第２フィルタの周囲において酸化触媒が担持される前記酸化触媒コンバータの外周部と前記第１フィルタとの間の排気温度を検出する第２温度検出手段と、
エンジン気筒内燃焼室への燃料の噴射量および噴射時期を制御する噴射制御手段と、
前記第１および第２温度検出手段により検出された双方の検出値に基づき前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量を推定する第１捕集量推定手段と、
前記第１捕集量推定手段により推定された前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量が第１所定量［ｇ／ｌ］以上になったときは、フィルタ再生処理として、前記噴射制御手段に圧縮行程上死点付近で噴射される主噴射に続いて膨張行程で後噴射を追加させ、これにより前記第１および第２フィルタの各々に捕集された粒子状物質を燃焼させるフィルタ再生手段と、
を有することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
車両が定常走行状態にあることを検出する定常走行検出手段を更に備え、
前記第１捕集量推定手段は、車両が定常走行状態にあるときに動作する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第１および２フィルタ間の排気温度を検出する第３温度検出手段を更に備え、
前記第１捕集量推定手段は、前記フィルタ再生処理が繰り返し実行されている間は、前記第３温度検出手段により検出された検出値に基づき前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量を推定する
ことを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記酸化触媒コンバータの前記外周部と前記第１フィルタとの間における排気圧力と、前記第１フィルタの下流における排気圧力との差分を検出する差圧検出手段と、
前記差圧検出手段により検出された検出値に基づいて前記第１フィルタの粒子状物質の捕集量を推定する第２捕集量推定手段と、
を更に備え、
前記フィルタ再生手段は、前記第２捕集量推定手段により推定された前記第１フィルタの粒子状物質の捕集量が前記第１所定量［ｇ／ｌ］以上になったときにも、前記フィルタ再生処理を実行することを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記フィルタ再生手段は、前記第１捕集量推定手段により推定される前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量および前記第２捕集量推定手段により推定される前記第１フィルタの粒子状物質の捕集量が前記第１所定量より少ない第２所定量［ｇ／ｌ］以下になるまで前記フィルタ再生処理を繰り返すことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排気ガスに含まれるパティキュレート（粒子状物質）を捕集して排気ガスの浄化を行う排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（特に、ディーゼルエンジン）の排気ガスに含まれるパティキュレートを低減するために、一般には排気系にフィルタが装着される。このフィルタに対しては、フィルタ内で捕集され堆積したパティキュレートを除去するための再生処理を行う必要がある。この再生処理を行わないと、パティキュレートがフィルタに過剰に堆積して、フィルタの目詰まり等の弊害を引き起こすからである。
【０００３】
フィルタの再生処理は、パティキュレートの燃焼除去によるものが一般的である。しかし、パティキュレートの着火温度は６００℃程度であるため、通常の運転条件下では自然に燃焼させることはできず、強制的に着火させるメカニズムが必要になる。このメカニズムとしては、フィルタの排気上流の近接した位置に酸化触媒を配置するとともに、フィルタ自体にも酸化触媒をコーティングしておき、再生処理時にその酸化触媒に未燃燃料を供給するものが一般的である（例えば、特許文献１を参照。）。この構成によれば、酸化反応熱で排気温度がパティキュレートの着火温度にまで上昇し、これによりパティキュレートを燃焼させることができる。
【０００４】
その一方で、このような再生処理においては、フィルタの過昇温による溶損が問題になっている。この問題に対処した先行技術としては、例えば、特開平７−３３２０６５号公報（特許文献２）がある。同文献は、フィルタの排気下流側、とりわけその外周部よりも中央部が異常高温になりやすいことに着目して、そのような下流側中央部には触媒を担持させないようにしたフィルタを開示している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３２５４４号公報
【特許文献２】特開平７−３３２０６５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、上記の特許文献２に開示されたようなフィルタを採用したとしても、依然として、フィルタの下流側中央部は上流側の燃焼熱の影響を受けてフィルタの溶損を引き起こす可能性が高い。
【０００７】
フィルタの下流側中央部が特に過昇温となりやすいのは、フィルタの下流側には、酸化触媒の酸化反応熱だけでなく上流側での粒子状物質の燃焼熱が加わり、また、その中央部は外周部に比べ外部への放熱度合いが小さいためであると考えられる。これに対し、本発明者は、第１フィルタの前段に設けられる酸化触媒コンバータの中央部に触媒機能付きの第１フィルタよりも小容量の第２フィルタを設けた構成の排気浄化装置を発明した。この構成により、第１フィルタ中央部における粒子状物質の捕集量を抑制することができるため、第１フィルタの過昇温が防止され、もって第１フィルタの溶損を未然に防ぐことができる。本出願人はこれを本願と同日付けで別途、出願した。
【０００８】
ところで、特許文献１にも記載されているように、フィルタの再生時期を判断するために、フィルタの前後段それぞれにおける排気圧力に基づいてフィルタの粒子状物質の捕集量を推定することが知られている。
【０００９】
しかしながら、上記のような第１フィルタの前段に設けられる酸化触媒コンバータの中央部に触媒機能付きの第１フィルタよりも小容量の第２フィルタを設けた構成を採用した場合には、とりわけ前段の第２フィルタの粒子状物質の捕集量の推定精度に関して新たな問題が生じうることが判明した。これは、酸化触媒コンバータにおいては、その中央部に配置される第２フィルタとその外周部側の酸化触媒との間には通気抵抗の差が存在する点に起因する。具体的には、一般には、第２フィルタの通気抵抗よりもその外周側の酸化触媒の通気抵抗のほうが小さいため、排気は第２フィルタよりもその外周側の酸化触媒を多く流れる。このため、単純に第２フィルタの前後段それぞれに排気圧センサを設置して排気圧力を計測し、この計測結果から第２フィルタの粒子状物質の捕集量を推定するのでは正確さに欠けるという問題があった。この問題を放置しておけば、フィルタ再生処理が過度に実行され燃費の悪化などを引き起こす個可能性がある。
【００１０】
本発明はこのような問題に対処すべくなされたものである。すなわち本発明は、第１フィルタの前段に設けられる酸化触媒コンバータの中央部に触媒機能付きの第１フィルタよりも小容量の第２フィルタを設けた場合において、第２フィルタの粒子状物質の捕集量の推定精度を高め、もって信頼性の高い排気浄化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】
【００１１】
第１フィルタの前段に設けられる酸化触媒コンバータの中央部に触媒機能付きの第１フィルタよりも小容量の第２フィルタを設けた構成を採用した場合には、酸化触媒コンバータの中央部に配置される第２フィルタの通気抵抗よりもその外周側の酸化触媒の通気抵抗のほうが小さいため、排気は第２フィルタよりもその外周側の酸化触媒を多く流れることは先述したとおりである。ここで本発明者は、第２フィルタの粒子状物質の捕集量が多くなるほど第２フィルタの通気抵抗が増し、排気は更に外周部の酸化触媒に多く流れることに着目した。つまり、上記のとおり第２フィルタの粒子状物質の捕集量が多くなるほど、第２フィルタの通気抵抗が増し排気が更に外周部の酸化触媒に多く流れるため、その分、その酸化触媒を通過した排気の温度上昇の度合いも大きくなる。この特性を利用すれば、この外周部の酸化触媒を通過した排気の温度上昇度合いから第２フィルタの粒子状物質の捕集量を精度良く推定することが可能である。
【００１２】
本発明の一側面は以上の知見に基づくもので、エンジンの排気通路内に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する第１フィルタと、この第１フィルタの排気通路上流に設けられる酸化触媒コンバータとを備えるエンジンの排気浄化装置に係り、前記酸化触媒コンバータの中央部に設けられ、前記第１フィルタと比較して径および長さがともに短く、粒子状物質の捕集機能および酸化触媒機能を兼ね備える第２フィルタと、前記酸化触媒コンバータの排気通路上流側の排気温度を検出する第１温度検出手段と、前記第２フィルタの周囲において酸化触媒が担持される前記酸化触媒コンバータの外周部と前記第１フィルタとの間の排気温度を検出する第２温度検出手段と、エンジン気筒内燃焼室への燃料の噴射量および噴射時期を制御する噴射制御手段と、前記第１および第２温度検出手段により検出された双方の検出値に基づき前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量を推定する第１捕集量推定手段と、前記第１捕集量推定手段により推定された前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量が第１所定量［ｇ／ｌ］以上になったときは、フィルタ再生処理として、前記噴射制御手段に圧縮行程上死点付近で噴射される主噴射に続いて膨張行程で後噴射を追加させ、これにより前記第１および第２フィルタの各々に捕集された粒子状物質を燃焼させるフィルタ再生手段とを有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、第２フィルタ上流の排気温度が同じであっても、第２フィルタの粒子状物質の捕集量が多いほど、より多くの排気が外周部の酸化触媒に流れ、これにより外周部の酸化触媒を通過した排気の温度上昇度合いが高まる、という特性を利用して、第２フィルタの粒子状物質の捕集量が精度良く推定される。
【００１４】
ところで、排気温度はエンジン回転数や車速等に依存する。そのため、車両走行状態が安定していないとき（すなわち、エンジン回転数や車速が大きく変動しているとき）には第２フィルタの粒子状物質の捕集量を精度良く推定することができない。
【００１５】
そこで、本発明の好適な実施形態においては、車両が定常走行状態にあることを検出する定常走行検出手段を更に備え、前記第１捕集量推定手段は、車両が定常走行状態にあるときに動作することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の好適な実施形態によれば、前記第１および２フィルタ間の排気温度を検出する第３温度検出手段を更に備え、前記第１捕集量推定手段は、前記フィルタ再生処理が繰り返し実行されている間は、前記第３温度検出手段により検出された検出値に基づき前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量を推定することが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第２フィルタの再生非実行時の捕集量と再生実行時の燃焼量とから再生完了時期を容易に判断することができ、これにより、過度の再生処理実行による燃費悪化などを回避することができる。
【００１８】
さらに、本発明の好適な実施形態によれば、前記酸化触媒コンバータの前記外周部と前記第１フィルタとの間における排気圧力と、前記第１フィルタの下流における排気圧力との差分を検出する差圧検出手段と、前記差圧検出手段により検出された検出値に基づいて前記第１フィルタの粒子状物質の捕集量を推定する第２捕集量推定手段とを更に備え、前記フィルタ再生手段は、前記第２捕集量推定手段により推定された前記第１フィルタの粒子状物質の捕集量が前記第１所定量［ｇ／ｌ］以上になったときにも、前記フィルタ再生処理を実行することが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、第１フィルタの中央部前方に第２フィルタが設けられているから、第１フィルタの中央部前側の粒子状物質の捕集量を抑制することができ、これにより、再生処理を行っているときの第１フィルタにおける中央部前側での粒子状物質の燃焼熱の中央部後側への影響を緩和でき、第１フィルタの溶損を防止することができる。
【００２０】
さらに、本発明の好適な実施形態によれば、前記フィルタ再生手段は、前記第１捕集量推定手段により推定される前記第２フィルタの粒子状物質の捕集量および前記第２捕集量推定手段により推定される前記第１フィルタの粒子状物質の捕集量が前記第１所定量より少ない第２所定量［ｇ／ｌ］以下になるまで前記フィルタ再生処理を繰り返すことが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、第１および第２フィルタ双方の溶損を伴うことなく、確実にフィルタ再生を実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１フィルタの前段に設けられる酸化触媒コンバータの中央部に触媒機能付きの第１フィルタよりも小容量の第２フィルタを設けた場合において、第２フィルタの粒子状物質の捕集量の推定精度を高め、もって信頼性の高い排気浄化装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。したがって、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決手段として必須のものとは限らない。
【００２４】
図１は、本発明の排気浄化装置が適用されるエンジンシステムの一例を示す図である。同図において、１がエンジンで、これは例えばインタークーラ付きターボ過給式のディーゼルエンジンである。２はディーゼルエンジン１が備える気筒（シリンダ）である。なお、車両に搭載されるディーゼルエンジンは一般には複数の気筒（シリンダ）を備えているが、同図には、説明を簡単にするために一つの気筒２だけが示されていることに留意されたい。その気筒２内にはピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、このピストン３により気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の天井部にはインジェクタ（燃料噴射弁）５が配設されていて、その先端部の噴口から高圧の燃料を燃焼室４に直接、噴射するようになっている。
【００２５】
一方、インジェクタ５の基端部は分岐管６ａにより各気筒共通の燃料分配管（コモンレール）６に接続されている。このコモンレール６は、図示しない高圧供給ポンプから供給される燃料を各気筒２のインジェクタ５に任意のタイミングで供給できるように高圧の状態で蓄えるものであり、その内部の燃圧（コモンレール圧力）を検出するための燃圧センサ７が配設されている。
【００２６】
また、エンジン１の上部には、図示しないが、吸気弁及び排気弁をそれぞれ開閉させる動弁機構が配設されており、一方、エンジン１の下部には、クランク軸１０の回転角度を検出するクランク角センサ１１と、冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ１３とが設けられている。クランク角センサ１１は、例えば、クランク軸端に設けられた被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔に形成された突起部が通過する度にパルス信号を出力するものである。
【００２７】
１５は空気（新気）を濾過するエアクリーナ、１６はエアクリーナ１５で濾過された空気を気筒２の燃焼室４に供給するための吸気通路である。この吸気通路１６の下流端部にはサージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７から分岐する各通路がそれぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通している。また、このサージタンク１７の上流側には、吸気の温度を検出する吸気温度センサ１２および、吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ１８が設けられている。
【００２８】
さらに吸気通路１６には、上流側から下流側に向かって順に、外部からエンジン１に吸入される空気の流量を検出するエアフローセンサ１９と、後述のタービン２７により駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ２０と、このコンプレッサ２０により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２１と、バタフライバルブからなる吸気制御弁２２とが設けられている。この吸気制御弁２２は、その弁軸がステッピングモータ（図示省略）により回動されて、全閉から全開までの間の任意の状態とされるものであり、全閉状態でも吸気制御弁２２と吸気通路１６の周壁との間には空気が流入するだけの間隙が残るように構成されている。
【００２９】
一方、２６は気筒２の燃焼室４から燃焼ガス（排気）を排出する排気通路である。なお、排気通路２６の上流端部は排気マニホルドによって各気筒２毎に分岐されており、それぞれ排気ポートにより燃焼室４に連通している。この排気通路２６内には、排気流を受けて回転されるタービン２７が設けられている。このタービン２７はタービン軸２７ａを介して吸気通路１６のコンプレッサ２０を連結しており、基本的にはこれらによってターボ過給器３０が構成されている。すなわち、ターボ過給器３０は、排気通路２６内の排気流によるタービン２７の回転に伴いコンプレッサ２０を回転させ、このコンプレッサ２０の回転によって吸気を圧縮することにより過給を行う。
【００３０】
また、排気通路２６には、タービン２７よりも排気上流側の部位に臨んで開口するように、排気の一部を吸気側に還流させるための排気還流通路（以下「ＥＧＲ通路」という。）３４の上流端が接続されている。このＥＧＲ通路３４の下流端は吸気制御弁２２とサージタンク１７との間の吸気通路１６に接続されていて、排気通路２６から取り出された排気の一部を吸気通路１６に還流させるようになっている。この機構は基本的に、燃焼混合気中における不活性ガスの割合を増して燃焼温度を下げることでＮＯxの発生を抑制することを目的としたものである。また、ＥＧＲ通路３４の途中には、その内部を流通する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３７と、開度調節可能な排気還流量調節弁（以下「ＥＧＲ制御弁」という。）３５とが配置されている。このＥＧＲ制御弁３５は、達成目標ＮＯxのレベルとエンジンの安定度を両立させるべく、ＥＧＲ通路３４の断面積を調節して吸気通路１６に還流される排気の流量を調節するものである。なお、ＥＧＲクーラ３７はなくてもよい。
【００３１】
さらに、タービン２７の下流には、エンジンから排出される排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する排気浄化装置２８が設けられている。この排気浄化装置２８の詳細な構成は後述するが、基本的には、図１に示すように、排気ガス中の有害成分であるＣＯおよびＨＣを無害物質に転換する酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータ２８ａと、その酸化触媒コンバータ２８ａから排気通路下流の所定距離だけ離間された位置に設けられ、粒子状物質（パティキュレート）を捕集する第１フィルタ２８ｂとを備える構成である。なお、酸化触媒コンバータ２８ａではＮＯxの処理を行えない欠点があるが、前述のＥＧＲ機構の適用によってこの欠点が補償されている。
【００３２】
図３に排気浄化装置２８の具体的な構成例を示す。酸化触媒コンバータ２８ａには、多孔質のセラミック製ハニカム担体のセル表面に白金（Pt）系、パラジウム（Pd）系などの貴金属を触媒成分として担持する触媒層をコートした一般的なものを使用することができる。一方の第１フィルタ２８ｂは、多孔質のセラミックを使用したいわゆるウォールフロータイプのフィルタであり、このフィルタの再生処理を確実にするべく、そのセル表面にPtなどの貴金属を担持した触媒層をコートさせることで酸化触媒機能を持たせている。もっとも、酸化触媒コンバータ２８ａで生じる酸化反応熱によってパティキュレートの着火温度にまで熱が上昇した排気ガスを第１フィルタ２８ｂに送り込むことができるのであれば、この第１フィルタ２８ｂにはそのような触媒機能を持たせなくてもよい。したがって、酸化触媒コンバータ２８ａと第１フィルタ２８ｂとの離間距離は、第１フィルタ２８ｂに酸化触媒機能を持たせるか否かに依存した適切な距離に設定される。
【００３３】
本実施形態では、酸化触媒コンバータ２８ａの中央部が、パティキュレートを捕集する第２フィルタ２８ｃとして構成されている。この第２フィルタ２８ｃは例えば、第１フィルタ２８ｂと同様の、多孔質のセラミックを使用したいわゆるウォールフロータイプのフィルタである。ただし、図示のように、第１フィルタ２８ｂはその直径がＤ１、長さがＬ１であるのに対し、第２フィルタ２８ｃはその直径はＤ１よりも短いＤ２、長さがＬ１よりも短いＬ２である。すなわち、第２フィルタ２８ｃは第１フィルタ２８ｂと比較して、径および長さがともに短い形状である。また、この第２フィルタ２８ｃには、第１フィルタ２８ｂとは異なり、そのセル表面に白金系あるいはパラジウム系などの貴金属を担持した触媒層をコートさせるなどによって酸化触媒機能を持たせることが必須である。
【００３４】
この構成によって、第２フィルタ２８ｃによるパティキュレートの捕集量だけ、第１フィルタ２８ｂの中央部（図３のＳで示される部分）におけるパティキュレートの捕集量を抑制することができる。これにより、再生処理を行っているときの第１フィルタ２８ｂの下流側中央部に加わる上流側の燃焼熱を低く抑えることができるため、第１フィルタ２８ｂの過昇温が防止され、もって第１フィルタ２８ｂの溶損を未然に防ぐことができる。
【００３５】
説明を図１に戻す。この排気通路２６内には、排気温度を検出する複数の排気温度センサが設けられる。具体的には、酸化触媒コンバータ２８ａの上流に第１排気温度センサ４０が設けられるとともに、酸化触媒コンバータ２８ａの外周部（すなわち、図３に示したように第２フィルタ２８ｃの周囲において酸化触媒が担持される部分）と第１フィルタ２８ｂとの間に第２排気温度センサ４１が設けられる。本実施形態ではさらに、酸化触媒コンバータ２８ａの中央部（すなわち、図３に示したように第２フィルタ２８ｃが設けられる位置）と第１フィルタ２８ｂとの間に、第３排気温度センサ４２も設けられる。
【００３６】
この他、酸化触媒コンバータ２８ａの外周部と第１フィルタ２８ｂとの間に第１排気圧センサ４３が設けられるとともに、第１フィルタ２８ｂの下流に第２排気圧センサ４４が設けられる。これは、後述するフィルタ再生処理のために、酸化触媒コンバータ２８ａの外周部と第１フィルタ２８ｂとの間における排気圧力と、第１フィルタ２８ｂの下流における排気圧力との差分を検出しようとするものである。したがって、このように排気の絶対圧を検出する２つの排気圧センサを、第１フィルタ２８ｂを挟んで設けるかわりに、１つの差圧センサを用いてもよい。
【００３７】
図２に、上記したエンジンシステムにおける制御系の構成を示す。
【００３８】
ＥＣＵ５０は、エンジン全体の制御をつかさどる制御ユニットである。同図に示すように、このＥＣＵ５０には、燃圧センサ７、クランク角センサ１１、吸気温度センサ１２、エンジン水温センサ１３、吸気圧センサ１８、エアフローセンサ１９等からの出力信号をはじめ、アクセルペダルの踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４５（図１には示されていない）からの出力信号も入力される。本実施形態ではさらに、第１、第２、第３排気温度センサ４０，４１，４２、および、第１、第２排気圧センサ４３，４４、ならびに、図１には示されていない車速センサ４６の出力信号も、このＥＣＵ５０に入力されることになる。
【００３９】
そして、インジェクタ５、吸気制御弁２２、ターボ過給器３０、ＥＧＲ制御弁３５等は、いずれもＥＣＵ５０からの制御信号を受けて作動する。この構成において、ＥＣＵ５０は後述する噴射制御手段、フィルタ再生手段として機能することになる。
【００４０】
次に、本実施形態における燃料噴射制御について説明する。
【００４１】
噴射制御手段としてのＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ４５から入力された信号に基づきアクセル開度量（エンジン負荷）を算出するとともに、クランク角センサ１１から入力された信号からエンジン回転数を算出し、基本的にはこれらエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて、圧縮行程上死点付近で噴射される主噴射Ｍの制御を行い、フィルタ２８ｂの再生処理が必要なときに膨張行程で追加的に噴射される後噴射（追加噴射）Ｆの制御を行う。この後噴射Ｆによって未燃燃料が酸化触媒コンバータ２８ａに供給され、これによって生じる酸化触媒２８ａでの酸化反応熱を利用することで、上記したようなフィルタ２８ｂの再生処理が行われる。なお、フィルタ２８ｂの再生時には、ＥＧＲ制御弁３５はＥＣＵ５０により閉成され、後噴射による排気浄化制御が的確に実行されるようにしている。
【００４２】
主噴射Ｍとして噴射される燃料は、ピストン位置が上昇して燃焼室４内の圧力が極めて高圧の状態で噴射されるので、自己着火して主燃焼が行われることとなる。また、この主噴射Ｍによる噴射量は、乗員等による要求出力が得られるように、この出力に相当するトルク（要求トルク）に基づいて予め設定されている。具体的には、ＥＣＵ５０には、エンジン回転数が高回転である程、且つアクセル開度量が大きい程、主噴射量が増量されるよう設定された主噴射量マップ（図示せず）、及びエンジン回転数とアクセル開度量に基づいて主噴射Ｍの実行時期を設定した主噴射時期マップ（図示せず）が記憶されており、エンジン回転数及びアクセル開度量に基づいて、主噴射量、及び噴射時期が設定される。
【００４３】
次に、本実施形態におけるフィルタ再生処理について説明する。
【００４４】
図４は、本実施形態におけるフィルタの再生サイクルの概念を示す図である。フィルタ再生手段としてのＥＣＵ５０は、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃそれぞれのパティキュレートの捕集量を、所定時間毎に推定している（推定手法については後述する。）。なお、ここでの捕集量の単位は単位容積当たりの質量を示す［ｇ／ｌ］とする（以下同じ。）。まず、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃそれぞれのパティキュレートの捕集量が第２所定量以下である間は、フィルタ再生処理は行わない。この間、エンジンの稼働に伴い、双方のフィルタのパティキュレートの捕集量は徐々に増えていくであろう。そして、少なくともどちらかのフィルタのパティキュレートの捕集量が第１所定量を超えた時点で、そのフィルタに堆積したパティキュレートを燃焼除去すべくフィルタ再生処理を実行する。このフィルタ再生処理は、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃそれぞれのパティキュレートの捕集量が第２所定量（ただし、第２所定量＜第１所定量）以下になるまで繰り返される。
【００４５】
図５は、上記のようなフィルタの再生サイクルを実現するＥＣＵ５０の制御処理の一例を示すフローチャートである。
【００４６】
まず、第１、第２、第３排気温度センサ４０，４１，４２、第１および第２排気圧センサ４３，４４、アクセル開度センサ４５、車速センサ４６からそれぞれ入力される検出値を読み込む（ステップＳ１）。次に、第１および第２排気圧センサ４３および４４の検出値に基づいて、第１フィルタ２８ｂのパティキュレートの捕集量Ｍ１を推定する（ステップＳ２）。
【００４７】
第１フィルタ２８ｂのパティキュレートの捕集量Ｍ１の推定は例えば次のように行われる。まず、第１排気圧センサ４３の検出値と第２排気圧センサ４４の検出値との差分値を算出する。これは、第１フィルタ２８ｂの吸気口と排気口での排気の差圧に相当する。この差圧値が大きければパティキュレートの捕集量が多いであろうことは、当業者であれば容易に予想がつくであろう。ＥＣＵ５０は、この差圧のとりうる値とパティキュレートの捕集量との対応関係を記述した第１フィルタ捕集量テーブルをあらかじめ記憶しておき（図示せず）、この第１フィルタ捕集量テーブルを参照することにより、算出した差圧値に対応するパティキュレートの捕集量を特定して、これを第１フィルタ２８ｂのパティキュレートの捕集量Ｍ１と推定する。
【００４８】
続くステップＳ３〜Ｓ５は第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２を推定する処理ステップである。まず、ＥＣＵ５０によって記憶されているフィルタ再生実行フラグの値がＯＮになっているか検査する（ステップＳ３）。これは、後述する処理によって設定されるフラグで、図４の破線６１で示されるようなフィルタ非再生フェーズではＯＦＦに設定される一方、図４の実線６２で示されるようなフィルタ再生フェーズではＯＮに設定されるものである。ここで、フィルタ再生実行フラグがＯＦＦとなっていた場合はステップＳ４に進み、第１および第２排気温度センサ４０，４１の検出値に基づいて第２フィルタのパティキュレートの捕集量Ｍ２を推定する。この推定手法の具体例を説明する。
【００４９】
酸化触媒を通過した排気の温度は、酸化反応熱によって上昇する。酸化触媒に流れ込む排気の温度（第１排気温度センサ４０によって検出される）と酸化触媒を通過した排気の温度（第２排気温度センサ４１によって検出される）との関係は経験的に求めることができる。図６は、第１排気温度センサ４０の検出値と第２排気温度センサ４１の検出値との関係を示すグラフの一例で、グラフ曲線６１は、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量がゼロのときの双方のセンサの検出値の関係を示している。
【００５０】
さて、先述したように、酸化触媒コンバータ２８の中央部に配置される第２フィルタ２８ｃとその外周側の酸化触媒との間には通気抵抗の差が存在する。一般には第２フィルタ２８ｃの方が通気抵抗が大きく、排気は外周側の酸化触媒に多く流れる。さらに、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量が多くなるほど、両者の通気抵抗の差は増大して、より多くの排気が外周側の酸化触媒に流れるようになる。そうすると、図６に示すように、第１排気温度センサ４０の検出値（すなわち、触媒コンバータ２８に流れ込む排気の温度）が同じでも、第２排気温度センサ４１の検出値（すなわち、触媒コンバータ２８の外周部の酸化触媒を通過した排気の温度）は、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量がゼロのときにその酸化触媒を通過した排気の温度（以下「捕集量ゼロ時排気温度」という。）に比べ上昇する。要するに、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量の増大に応じて、その外周側の酸化触媒に流れ込む排気の量が増大し、更にこれに応じて、その酸化触媒を通過した排気の温度が上昇する、という関係がある。したがって、酸化触媒コンバータ２８の外周部の酸化触媒を通過した排気の温度の捕集量ゼロ時排気温度に対する上昇度合い（以下、単に「上昇分」という。）は第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量に依存するといえる。よって、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２は、触媒コンバータ２８の外周部の酸化触媒を通過した排気の温度の上昇分から推定できる。
【００５１】
そこで、例えば、ＥＣＵ５０は、第１排気温度センサ４０の検出値のとりうる値毎に捕集量ゼロ時排気温度を記述した捕集量ゼロ時排気温度テーブル（図示省略）を記憶しておくとともに、触媒コンバータ２８の外周部の酸化触媒を通過した排気の温度の上昇分のとりうる値毎にパティキュレートの捕集量を記述した第２フィルタ捕集量テーブル（図示省略）をあらかじめ記憶しておく。
【００５２】
そして、このステップＳ４における推定処理として次のような処理を行う。図６を参照しながら説明する。まず、ステップＳ１で読み込んだ第１排気温度センサ４０の検出値がＴ１であったとする。ここで、捕集量ゼロ時排気温度テーブルを参照することによりに、Ｔ１に対応する捕集量ゼロ時排気温度Ｔ０を特定する。
【００５３】
次に、ステップＳ１で読み込んだ第２排気温度センサ４１の検出値Ｔ２と捕集量ゼロ時排気温度Ｔ０との差分（Ｔ２−Ｔ０）をとる。これが触媒コンバータ２８の外周部の酸化触媒を通過した排気の温度の上昇分である。
【００５４】
そして、第２フィルタ捕集量テーブルを参照することにより、求めた触媒コンバータ２８の外周部の酸化触媒を通過した排気の温度の上昇分に対応するパティキュレートの捕集量を特定して、これを第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２と推定する。
【００５５】
ステップＳ４における推定処理は概ね以上のようなものである。このようにステップＳ４では、第２フィルタ２８ｃ上流の排気温度が同じであっても、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量が多いほど、より多くの排気が外周部の酸化触媒に流れ、これにより外周部の酸化触媒を通過した排気の温度上昇度合いが高まる、という特性を利用して、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量が精度良く推定される。
【００５６】
ただし、第１排気温度センサ４０の検出値が同じでもエンジン回転数が異なれば、排気流速が異なる場合があるため、推定した第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２を、エンジン回転数によって補正する処理を追加的に行うようにしてもよい。たとえば、エンジン回転数が高いほど排気流速が速くなるため、第２排気温度センサ４１の検出値は高い値を示すことになる。この場合には、推定した第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２を低下させるよう補正するとよい。また、外気温度を測定する外気温センサを設けておき、推定した第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２を、外気温に応じて補正することも可能である。
【００５７】
また、排気温度はエンジン回転数や車速等にも依存する。そのため、エンジン回転数や車速が大きく変動するような走行状況、すなわち、車両走行状態が安定していないとき、には第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２を精度良く推定することができない。
【００５８】
そこで、本実施形態では、ステップＳ１で読み込んだ車速センサ４６の検出値に基づいて車両が定常走行状態にあるかどうかの判断処理を行う。そして、車両が定常走行状態にあると判断されたときには、上記のような第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２の推定処理を行うこととし、逆に、車両が定常走行状態にないと判断されたときには、いったん本制御処理を抜けるようにすることが好ましい。こうすることで、パティキュレートの捕集量の推定誤りによって不必要なフィルタ再生処理が実行されてしまうなどの事態を回避することができる。
【００５９】
次に、ステップＳ３においてフィルタ再生実行フラグがＯＮであったときに実行されるステップＳ５での推定処理を説明する。
【００６０】
このステップＳ５では、第３排気温度センサ４２の検出値に基づいて第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２を推定する。上述したとおり、第３排気温度センサ４２は酸化触媒コンバータ２８の中央部後方、すなわち、第２フィルタ２８ｃの後方、に設けられている。この第３排気温度センサ４２の検出値から、フィルタ再生処理が繰り返し実行されるフィルタ再生フェーズにおけるパティキュレートの燃焼量（温度に応じた単位時間当たりの燃焼量×時間）を推定することができる。したがって、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２は、再生実行前の捕集量から上記燃焼量を差し引くことにより求められる。
【００６１】
このようなステップＳ５の処理によれば、第２フィルタ２８ｃの再生非実行時の捕集量と再生実行時の燃焼量とから再生完了時期を容易に判断することができる。これにより、過度の再生処理実行による燃費悪化などを回避することができる。
【００６２】
以上のような第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃそれぞれのパティキュレートの捕集量Ｍ１，Ｍ２の推定が完了すると、次に、第１フィルタ２８ｂのパティキュレートの捕集量Ｍ１が図４に示した第２所定量以下かどうかを判断する（ステップＳ６）。ここでＭ１が第２所定量以下であるときは、続いて第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２も第２所定量以下かどうかを判断する（ステップＳ７）。このとき、Ｍ２も第２所定量以下である場合には、フィルタ再生実行フラグをＯＦＦに設定し（ステップＳ８）、これによりフィルタ再生処理は実行しない（ステップＳ９）。このフィルタ非再生時は、噴射制御手段としてのＥＣＵ５０は、後噴射Ｆは実行せず通常の主噴射Ｍのみの制御を行う。
【００６３】
他方、ステップＳ６において、第１フィルタ２８ｂのパティキュレートの捕集量Ｍ１が第２所定量を超えている場合には、そのときのＭ１が図４に示した第１所定量以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ここで、Ｍ１が第１所定量以上になっている場合には、フィルタ再生実行フラグをＯＮに設定し（ステップＳ１１）、これによりフィルタ再生処理を実行する（ステップＳ１２）。すなわち、噴射制御手段としてのＥＣＵ５０は、主噴射Ｍに続いて膨張行程で後噴射Ｆを追加するよう制御する。
【００６４】
同様に、ステップＳ７において、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２が第２所定量を超えている場合には、そのときのＭ２が第１所定量以上であるか否かを判断し（ステップＳ１３）、Ｍ２が第１所定量以上となっている場合にも、フィルタ再生実行フラグをＯＮに設定し（ステップＳ１１）、これによりフィルタ再生処理を実行する（ステップＳ１２）。
【００６５】
一方、ステップＳ１３において、第２フィルタ２８ｃのパティキュレートの捕集量Ｍ２がまだ第１所定量に達していないと判断されたときは、フィルタ再生実行フラグがＯＮに設定されているかどうかを判断する（ステップＳ１４）。ここでフィルタ再生実行フラグがＯＦＦに設定されているときは、フィルタ非再生フェーズ（すなわち、図４の破線６１で示される期間）であると判断して、ステップＳ９に進み、フィルタ再生処理は実行しない。逆に、ステップＳ１４でフィルタ再生実行フラグがＯＮに設定されているときは、フィルタ再生フェーズ（すなわち、図４の実線６２で示される期間）であると判断して、ステップＳ１２に進み、フィルタ再生処理を実行する。
【００６６】
同様に、ステップＳ１０において、第１フィルタ２８ｂのパティキュレートの捕集量Ｍ１がまだ第１所定量に達していないと判断されたときも、ステップＳ１４に進み、フィルタ再生実行フラグがＯＮに設定されているかどうかを判断する。ここでフィルタ再生実行フラグがＯＦＦに設定されているときは、フィルタ非再生フェーズ（すなわち、図４の破線６１で示される期間）であると判断して、ステップＳ９に進み、フィルタ再生処理は実行しない。逆に、ステップＳ１４でフィルタ再生実行フラグがＯＮに設定されているときは、フィルタ再生フェーズ（すなわち、図４の実線６２で示される期間）であると判断して、ステップＳ１２に進み、フィルタ再生処理を実行する。
【００６７】
そして、この図５に示したフローに従う制御は、所定時間周期で繰り返される。少なくとも、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃのそれぞれのパティキュレートの捕集量が、ステップＳ３およびステップＳ４で第２所定量以下となり、ステップＳ６でフィルタ再生処理が実行されなくなるまで、この制御動作を継続することが好ましい。これにより、上述した図４のようなフィルタ再生サイクルを実現することができる。
【００６８】
以上のような制御処理によれば、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃの少なくともいずれか一方のパティキュレートの捕集量が第１所定量以上になると（ステップＳ１０，ステップＳ１３）、再生処理が実行される（ステップＳ１２）。これにより、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃの双方に堆積したパティキュレートの除去を確実に行うことができる。
【００６９】
また、図５に示したようなフロー制御を所定時間周期で繰り返すことによって、より具体的には、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃのそれぞれのパティキュレートの捕集量が、ステップＳ６およびステップＳ７で第２所定量以下となり、ステップＳ９でフィルタ再生処理が実行されなくなるまで、この制御動作を継続することによって、第１および第２フィルタ２８ｂおよび２８ｃ双方の溶損を伴うことなく、確実にフィルタ再生を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の排気浄化装置が適用されるエンジンシステムの一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態におけるエンジンシステムの制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態における排気浄化装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるフィルタの再生サイクルの概念を示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるフィルタ再生に係る制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態における第２フィルタのパティキュレートの捕集量を推定する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００７１】
１：エンジン
５：インジェクタ（燃料噴射弁）
２８ａ：酸化触媒コンバータ
２８ｂ：第１フィルタ
２８ｃ：第２フィルタ
４０：第１排気温度センサ
４１：第２排気温度センサ
４２：第３排気温度センサ
４３：第１排気圧センサ
４４：第２排気圧センサ
５０：ＥＣＵ（制御ユニット）
【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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