(57)【要約】【課題】ＰＭ除去フィルタのＰＭ堆積量の推定に用いられる燃料噴射量を精度高く推定する。【解決手段】制御装置は、ＰＭ堆積量を推定するステップ（Ｓ１０２）と、ＰＭ堆積量が再生判定値以上であると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、再生処理を実行するステップ（Ｓ１０６）と、ＰＭ堆積量が再生判定値よりも小さく（Ｓ１０４にてＮＯ）、かつ、予め定められた運転状態であると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、排気温度を取得するステップ（Ｓ１１０）と、ΔＱを算出するステップ（Ｓ１１２）と、ΔＱがしきい値以上である場合に（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、マップを更新するステップ（Ｓ１１６）と、ＰＭ堆積量を再推定するステップ（Ｓ１１８）とを含む、制御処理を実行する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタを有するエンジンの排気通路を流通する排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記インジェクタからの燃料噴射量を用いて前記フィルタに捕集された前記粒子状物質の堆積量を算出するとともに、算出された前記堆積量が第１しきい値よりも大きい場合に、前記フィルタに捕集された前記粒子状物質を燃焼させる再生処理を実行する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記エンジンの運転状態が予め定められた状態である場合に、前記エンジンにおいて発生する熱エネルギーのうちの排気損失の割合の基準値からの増加分を用いて前記燃料噴射量の変動分を算出し、算出された前記変動分が第２しきい値よりも大きい場合に前記変動分を用いて前記堆積量および前記第１しきい値のうちのいずれかを補正する、排気処理装置。
【請求項２】
前記排気処理装置は、前記排気通路内の排気温度を検出する検出装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記エンジンの運転状態が前記予め定められた状態である場合に、前記検出装置によって検出された前記排気温度の基準値からの増加分を用いて前記排気損失の割合の基準値からの増加分を算出する、請求項１に記載の排気処理装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記エンジンの運転状態が前記予め定められた状態である場合における等容度と理想仕事量とから算出される前記エンジンの第１実仕事量と、前記エンジンの運転状態が前記予め定められた状態になるように制御される場合に推定される前記エンジンの第２実仕事量との差分を用いて前記排気損失の割合の基準値からの増加分を算出する、請求項１に記載の排気処理装置。
【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に含まれる粒子状物質の排気処理装置における堆積量の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate  Matter）を浄化するために、排気管には排気処理装置が設けられる。排気処理装置は、たとえば、粒子状物質を捕集するＰＭ除去フィルタと、ＰＭ除去フィルタよりも排気の流れの上流側に配置された酸化触媒(ＤＯＣ：Diesel  Oxidation  Catalyst)とによって構成される。ＰＭ除去フィルタにおける粒子状物質の堆積量（以下、ＰＭ堆積量と記載する）が多くなると、フィルタが目詰まりを起こして排気の浄化機能が低下する。そのため、ＰＭ除去フィルタを昇温させることによって捕集した粒子状物質を燃焼させてフィルタから除去するＰＭ除去フィルタの再生が行なわれる。ＰＭ堆積量は、たとえば、エンジンの回転数および燃料噴射量から推定することができる。
【０００３】
たとえば、特開２００２−８９３４４号公報（特許文献１）には、回転状態に基づいて燃料噴射量を推定する技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８９３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような構成を有する排気処理装置においては、ＰＭ除去フィルタに想定以上のＰＭが堆積していると、再生時にＰＭ除去フィルタが過熱状態になる場合がある。そのため、ＰＭ堆積量を精度高く推定することが求められる。したがって、ＰＭ堆積量をエンジンの回転数および燃料噴射量から推定する場合には、より精度高く燃料噴射量を推定することが求められるため、燃料噴射量の推定精度についてはさらなる改善が求められる。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＰＭ除去フィルタのＰＭ堆積量の推定に用いられる燃料噴射量を精度高く推定する排気処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のある局面に係る排気処理装置は、インジェクタを有するエンジンの排気通路を流通する排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、インジェクタからの燃料噴射量を用いてフィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を算出するとともに、算出された堆積量が第１しきい値よりも大きい場合に、フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させる再生処理を実行する制御装置とを備える。制御装置は、エンジンの運転状態が予め定められた状態である場合に、エンジンにおいて発生する熱エネルギーのうちの排気損失の割合の基準値からの増加分を用いて燃料噴射量の変動分を算出する。制御装置は、算出された変動分が第２しきい値よりも大きい場合に変動分を用いて堆積量および第１しきい値のうちのいずれかを補正する。
【０００８】
このようにすると、燃料噴射量の変動分を用いて堆積量または第１しきい値が補正されることによって、フィルタの再生タイミングを適切に設定することができる。
【０００９】
好ましくは、排気処理装置は、排気通路内の排気温度を検出する検出装置をさらに備える。制御装置は、エンジンの運転状態が予め定められた状態である場合に、検出装置によって検出された排気温度の基準値からの増加分を用いて排気損失の割合の基準値からの増加分を算出する。
【００１０】
このようにすると、エンジンの運転状態が予め定められた状態である場合に、排気温度の増加分を用いて排気損失の割合の増加分を算出することができるため、燃料噴射量の変動分を精度高く算出することができる。
【００１１】
さらに好ましくは、制御装置は、エンジンの運転状態が予め定められた状態である場合における等容度と理想仕事量とから算出されるエンジンの第１実仕事量と、エンジンの運転状態が予め定められた状態になるように制御される場合に推定されるエンジンの第２実仕事量との差分を用いて排気損失の割合の基準値からの増加分を算出する。
【００１２】
このようにすると、第１実仕事量と第２実仕事量との差分を用いて排気損失の割合の増加分を算出することができるため、燃料噴射量の変動分を精度高く算出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によると、ＰＭ除去フィルタのＰＭ堆積量の推定に用いられる燃料噴射量を精度高く推定する排気処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態におけるエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】ＰＭ除去フィルタの再生タイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【図３】噴射された燃料が燃焼することによって生じ得る熱エネルギーの消費の内訳を割合で示す図である。
【図４】排気損失の経時変化とΔＱの経時変化とを示すタイミングチャートである。
【図５】制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図６】ＰＭ堆積量の推定に用いられる所定のマップの一例を説明するための図である。
【図７】制御装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】変形例において制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１６】
図１は、本実施の形態におけるエンジン１の概略構成を示す図である。本実施の形態において、エンジン１は、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンを一例として説明する。しかしながら、エンジン１としては、その他の形式のエンジン（たとえば、ガソリンエンジン等）であってもよい。また、エンジン１は、たとえば、車両の駆動源として搭載される。
【００１７】
エンジン１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、過給機３０と、排気マニホールド５０と、排気処理装置５６と、第１排気再循環装置（以下、第１ＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）装置と記載する）６０と、第２排気再循環装置（以下、第２ＥＧＲ装置と記載する）７０と、制御装置２００と、エンジン回転数センサ２０２と、エアフローメータ２０８と、燃料ポンプ２１０と、燃料フィルタ２１２と、燃料タンク２１４とを備える。
【００１８】
エンジン本体１０は、複数の気筒１２と、コモンレール１４と、複数のインジェクタ１６とを含む。本実施の形態においては、エンジン１は、直列４気筒エンジンを一例として説明するが、その他の気筒レイアウト（たとえば、Ｖ型あるいは水平型）のエンジンであってもよい。
【００１９】
複数のインジェクタ１６は、複数の気筒１２の各々に設けられ、その各々がコモンレール１４に接続されている燃料噴射装置である。燃料タンク２１４に貯留された燃料は、燃料フィルタ２１２を経由して燃料ポンプ２１０によって所定圧まで加圧されてコモンレール１４へ供給される。コモンレール１４に供給された燃料は複数のインジェクタ１６の各々から所定のタイミングで噴射される。複数のインジェクタ１６は、制御装置２００からの制御信号ＩＪ１〜ＩＪ４に基づいて動作する。
【００２０】
エアクリーナ２０は、エンジン１の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ２０には、第１吸気管２２の一方端が接続される。
【００２１】
第１吸気管２２の他方端には、過給機３０のコンプレッサ３２の入口に接続される。コンプレッサ３２の出口には、第２吸気管２４の一方端が接続される。コンプレッサ３２は、第１吸気管２２から流通する空気を過給して第２吸気管２４に供給する。コンプレッサ３２の詳細な動作については後述する。
【００２２】
第２吸気管２４の他方端には、インタークーラ２６の一方端が接続される。インタークーラ２６は、第２吸気管２４を流通する空気を冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。
【００２３】
インタークーラ２６の他方端には、第３吸気管２７の一方端が接続される。第３吸気管２７の他方端には、吸気マニホールド２８が接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の吸気ポートに連結される。なお、吸気マニホールド２８の上流には、たとえば、排気マニホールド５０から第１ＥＧＲ装置６０を経由して還流する排気（以下、吸気通路に還流される排気をＥＧＲガスとも記載する）を吸気マニホールドに流通させるための吸気絞り弁が設けられていてもよい。
【００２４】
排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の複数の気筒１２の各々の排気ポートに連結される。排気マニホールド５０には、第１排気管５２の一方端が接続される。第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気は、排気マニホールド５０に集められた後、第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。
【００２５】
タービン３６には、第２排気管５４の一方端が接続される。第２排気管５４の他方端は、排気処理装置５６の入口部分に接続される。排気処理装置５６は、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel  Oxidation  Catalyst）５６ａと、ＰＭ除去フィルタ５６ｂと、燃料添加装置５６ｃと、排気温度センサ５６ｄとを含む。
【００２６】
ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、酸化触媒５６ａよりも排気の流路（排気通路）における下流側に設けられる。燃料添加装置５６ｃは、酸化触媒５６ａよりも排気の流路における上流側に設けられる。排気温度センサ５６ｄは、酸化触媒５６ａとＰＭ除去フィルタ５６ｂとの間の排気の流路に設けられる。
【００２７】
ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、流通する排気に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭ（Particulate  Matter）と記載する。）を捕集する。ＰＭ除去フィルタ５６ｂは、たとえば、セラミックやステンレス等によって形成される。捕集されたＰＭは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内に堆積する。
【００２８】
酸化触媒５６ａと燃料添加装置５６ｃとは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに堆積したＰＭを燃焼させ、除去する（再生する）再生機構として機能する。酸化触媒５６ａは、排気が流通する場合に、流通する排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）および炭素酸化物（ＣＯｘ）などを酸化するとともに、排気中に燃料添加装置５６ｃから添加された燃料が含まれる場合には燃料を酸化する。燃料の酸化によって生じる反応熱により酸化触媒５６ａを通過する排気の温度が上昇する。高温の排気がＰＭ除去フィルタ５６ｂを通過することによってＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が上昇し、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内に堆積したＰＭが酸化除去される（燃焼させられる）。これにより、ＰＭ除去フィルタ５６ｂが再生される。
【００２９】
排気処理装置５６の出口部分には、第３排気管５８の一方端が接続される。第３排気管５８の他方端には、触媒などの排気から特定の成分を除去する追加の排気処理装置やマフラー等が接続される。そのため、タービン３６から排出された排気は、第２排気管５４、排気処理装置５６、第３排気管５８、各種触媒およびマフラー等を経由して車外に排出される。
【００３０】
第３吸気管２７と排気マニホールド５０とは、エンジン本体１０を経由せずに第１ＥＧＲ装置６０によって接続される。第１ＥＧＲ装置６０は、第１ＥＧＲバルブ６２と、第１ＥＧＲクーラ６４と、第１ＥＧＲ通路６６とを含む。第１ＥＧＲ通路６６は、第３吸気管２７と排気マニホールド５０とを接続する。第１ＥＧＲバルブ６２と、第１ＥＧＲクーラ６４とは、第１ＥＧＲ通路６６の途中に設けられる。
【００３１】
第１ＥＧＲバルブ６２は、制御装置２００からの制御信号に応じて、第１ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。第１ＥＧＲクーラ６４は、たとえば、第１ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式あるいは空冷式の熱交換器である。排気マニホールド５０内の排気が第１ＥＧＲ装置６０を経由してＥＧＲガスとして吸気側に戻されることによって気筒内の燃焼温度が低下され、ＮＯｘの生成量が低減される。
【００３２】
第１吸気管２２と第３排気管５８とは、エンジン本体１０を経由せずに第２ＥＧＲ装置７０によって接続される。第２ＥＧＲ装置７０は、第２ＥＧＲバルブ７２と、第２ＥＧＲクーラ７４と、第２ＥＧＲ通路７６とを含む。第２ＥＧＲ通路７６は、第１吸気管２２と第３排気管５８とを接続する。第２ＥＧＲバルブ７２と、第２ＥＧＲクーラ７４とは、第２ＥＧＲ通路７６の途中に設けられる。
【００３３】
第２ＥＧＲバルブ７２は、制御装置２００からの制御信号に応じて、第２ＥＧＲ通路７６を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。第２ＥＧＲクーラ７４は、たとえば、第２ＥＧＲ通路７６を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式または空冷式の熱交換器である。第３排気管５８内の排気が第２ＥＧＲ装置７０を経由してＥＧＲガスとして吸気側に戻されることによって気筒内の燃焼温度が低下され、ＮＯｘの生成量が低減される。
【００３４】
過給機３０は、コンプレッサ３２と、タービン３６とを含む。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が収納され、タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が収納される。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気の排気エネルギーによって回転駆動される。
【００３５】
エンジン１の動作は、制御装置２００によって制御される。制御装置２００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random  Access  Memory）等を含むメモリと、外部との情報のやり取りを行なうための入・出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。入力ポートには、上述したセンサ類（たとえば、排気温度センサ５６ｄ、エンジン回転数センサ２０２、エアフローメータ２０８等）が接続される。出力ポートには、制御対象となる機器（たとえば、複数のインジェクタ１６、燃料添加装置５６ｃおよび燃料ポンプ２１０等）が接続される。
【００３６】
制御装置２００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。また、制御装置２００には、時間の計測を行うためのタイマー回路（図示せず）が内蔵されている。
【００３７】
排気温度センサ５６ｄは、酸化触媒５６ａから流出する排気の温度、すなわち、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに流入する排気の温度（以下、排気温度と記載する）Ｔｅｘを検出する。排気温度センサ５６ｄは、検出した排気温度Ｔｅｘを示す信号を制御装置２００に送信する。なお、排気温度Ｔｅｘは、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ近傍に設置した温度センサで直接検出する以外に、エンジン１の運転状態や別の場所に設けられた温度センサから推定によって求めてもよい。
【００３８】
エンジン回転数センサ２０２は、エンジン１のクランクシャフトの回転数をエンジン回転数ＮＥとして検出する。エンジン回転数センサ２０２は、検出したエンジン回転数ＮＥを示す信号を制御装置２００に送信する。
【００３９】
エアフローメータ２０８は、第１吸気管２２に導入される新気の流量（吸入空気量）Ｑｉｎを検出する。エアフローメータ２０８は、検出した吸入空気量Ｑｉｎを示す信号を制御装置２００に送信する。
【００４０】
燃料タンク２１４は、複数のインジェクタ１６および燃料添加装置５６ｃに供給するための燃料を貯留する。燃料ポンプ２１０は、制御装置２００からの制御信号に応じて動作し、燃料タンク２１４に貯留される燃料をコモンレール１４に圧送したり、燃料添加装置５６ｃに供給したりする。燃料ポンプ２１０と燃料タンク２１４との間の燃料が流通する通路には燃料フィルタ２１２が設けられる。燃料フィルタ２１２は、流通する燃料に含まれる異物を捕集する。
【００４１】
以上のような構成を有するエンジン１においては、ＰＭ除去フィルタ５６ｂにおけるＰＭの堆積量が多くなると、ＰＭ除去フィルタ５６ｂのフィルタ部分が目詰まりを起こして機能が低下する場合がある。そのため、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂを再生するための再生処理を実行する。
【００４２】
より具体的には、制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内のＰＭの堆積量を取得する。制御装置２００は、たとえば、所定の制御周期（たとえば、数秒）におけるエンジン１の運転条件（たとえば、エンジン回転数ＮＥの平均値や燃料噴射量の指令値の平均値）から複数の気筒１２からの所定の制御周期におけるＰＭの排出量の推定値を算出する。制御装置２００は、算出された推定値を積算することによってＰＭ堆積量を取得する。制御装置２００は、取得したＰＭ堆積量が再生判定値を超えると再生処理を実行する。
【００４３】
制御装置２００は、再生処理の実行とともに、燃料添加装置５６ｃから燃料添加を開始する。制御装置２００は、たとえば、排気温度Ｔｅｘを、目標温度に昇温するための指令添加量を設定し、設定された指令添加量に従って燃料添加装置５６ｃを制御する。ここで、排気の目標温度は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度をＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度まで昇温することができる排気温度として設定される。
【００４４】
上述のような再生処理により、排気処理装置５６では、燃料添加装置５６ｃから排気に燃料が添加され、添加された燃料が酸化触媒５６ａで反応し、その反応熱によって排気が昇温する。そして、高温となった排気がＰＭ除去フィルタ５６ｂに流れることによって、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度が、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度範囲内の温度まで昇温し、ＰＭ除去フィルタ５６ｂ内のＰＭが燃焼される。制御装置２００は、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの温度がＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が可能な温度範囲内の温度になった状態の経過時間をカウントし、カウントした経過時間の合計が所定の再生終了時間を超えた場合に、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生が完了したと判定する。
【００４５】
上述のような構成を有する排気処理装置５６においては、ＰＭ除去フィルタ５６ｂに想定以上のＰＭが堆積していると、再生時にＰＭ除去フィルタ５６ｂが過熱状態になる場合がある。
【００４６】
図２は、ＰＭ除去フィルタの再生タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図２の縦軸は、ＰＭ堆積量を示す。図２の横軸は、時間を示す。たとえば、エンジン１を予め定められた運転状態（たとえば、予め定められたエンジン回転数であって、かつ、予め定められた燃料噴射量となる運転状態）になるように制御される場合を想定する。このとき、ＰＭの堆積量は、一定の傾きで増加することとなる。制御装置２００が、燃料噴射量の指令値とエンジン回転数ＮＥとを用いてＰＭ堆積量を推定する場合には、推定されたＰＭ堆積量は、図２の破線に示すように変化する。制御装置２００は、時間Ｔ（０）の時点で推定されたＰＭ堆積量が再生ラインであるＰＭ（０）に到達すると、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生処理を実行する。ＰＭの堆積が解消して再生が完了すると、ＰＭの堆積量は、再び一定の傾きで増加することとなる。そして、時間Ｔ（１）の時点で再び推定されたＰＭ堆積量がＰＭ（０）に到達すると、制御装置２００は、再生処理を再度実行し、ＰＭの堆積を解消する。
【００４７】
しかしながら、たとえば、インジェクタ１６の先端の噴孔部分が腐食等によって拡大するような場合には、燃料噴射量の指令値に対する実燃料噴射量が使用初期における同じ指令値に対する実燃料噴射量よりも増加する場合がある。その結果、実際のＰＭ堆積量が、図２の破線で示したＰＭ堆積量よりも増加する場合がある。たとえば、実際のＰＭ堆積量が図２の一点鎖線に示すように実際のＰＭ堆積量が図２の破線に示すＰＭ堆積量よりも大きい場合には、時間Ｔ（０）にて、制御装置２００がＰＭ堆積量が再生ラインであるＰＭ（０）に到達したと判定した場合に、実際のＰＭ堆積量が過熱状態となり得るＰＭ（１）（過熱ライン）を超えた状態になるため、再生処理が実行されると、ＰＭ除去フィルタ５６ｂが過熱状態になる可能性がある。このように、ＰＭ堆積量をエンジン回転数および燃料噴射量から推定する場合には、使用初期からの変動分を算出してより燃料噴射量を精度高く推定することが求められる。
【００４８】
そこで、本実施の形態においては、制御装置２００は、エンジン１の運転状態が予め定められた状態である場合に、エンジン１において発生する熱エネルギーのうちの排気損失の割合の基準値からの増加分を用いて燃料噴射量の変動分を算出し、算出された変動分が第２しきい値よりも大きい場合に変動分を用いてＰＭ堆積量を補正するものとする。
【００４９】
このようにすると、燃料噴射量の変動分を用いてＰＭ堆積量が補正されるため、フィルタの再生タイミングを適切に設定することができる。
【００５０】
噴射された燃料が燃焼することによってエンジン１において発生し得る熱エネルギー（投入熱量）は、各種損失、あるいは、仕事に変換され消費される。図３は、噴射された燃料が燃焼することによって生じ得る熱エネルギーの消費の内訳を割合で示す図（ヒートバランス図）である。このとき、エンジン１は、予め定められた運転状態で制御されているものとする。図３に示すように、噴射された燃料が燃料することによってエンジン１において発生し得る熱エネルギーは、排気損失と、冷却損失と、仕事と、ポンプ損失と、機械損失とによって消費される。「排気損失」は、気筒１２から排出される燃焼後の排気のエネルギーを示す。「冷却損失」は、エンジン１の各部品（シリンダ、シリンダヘッドおよびピストン）に放熱されるエネルギーを示す。「仕事」は、ピストンを動作させるエネルギーを示す。「ポンプ損失」は、ガスが気筒１２内を流通する際の通気抵抗により消費されるエネルギーを示す。「機械損失」は、エンジン１の各作動部品が作動する際の摩擦抵抗により消費されるエネルギーを示す。
【００５１】
図３の紙面に向かって左側には、使用初期のエンジン１における熱エネルギーの消費の内訳が示される。図３の紙面に向かって右側には、経時劣化後のエンジン１における熱エネルギーの消費の内訳が示される。上述したとおり、たとえば、インジェクタ１６の先端の噴孔部分が腐食等によって拡大する場合には、燃料噴射量の指令値に対する実燃料噴射量が使用初期における同じ指令値に対する実燃料噴射量よりも増加する。その結果、使用初期の実燃料噴射量を基準値とした燃料の増加分だけ排気損失が増加し、排気損失の割合が増加することになる。
【００５２】
図４は、排気損失の経時変化と、実燃料噴射量から指令値に相当する燃料噴射量（指令噴射量）を減算した値（以下、ΔＱと記載する）の経時変化とを示すタイミングチャートである。なお、図４に示す排気損失の変化およびΔＱの変化は、いずれもエンジン１を予め定められた運転状態で制御する場合を前提としている。
【００５３】
図４の上段のグラフの縦軸は、排気損失の割合を示し、図４の上段のグラフの横軸は、時間を示す。図４の下段のグラフの縦軸は、ΔＱを示し、図４の下段のグラフの横軸は、時間を示す。
【００５４】
図４に示すように、たとえば、時間Ｔ（２）にて、噴孔の腐食が生じる場合を想定する。噴孔が腐食によって時間の経過とともに拡大していくと、指令噴射量に対する実燃料噴射量が使用初期の実燃料噴射量よりも増加するため、ΔＱの値も使用初期の値ΔＱ（０）に対して増加することになる。時間Ｔ（２）にて、ΔＱの値の増加が始まると、時間Ｔ（２）以降において、余分に噴射される燃料が増加していくことになり、使用初期の排気損失の割合を基準値した場合に排気損失の割合が増加するように変化する。
【００５５】
このように、排気損失の割合の増加分と、実燃料噴射量の増加分とは相関しており、排気損失の割合の増加分を用いて実燃料噴射量の変動分を算出することができる。また、この排気損失の割合の増加分は、排気温度の上昇分に相関している。そのため、本実施の形態においては、制御装置２００は、排気温度Ｔｅｘの基準値からの増加分を用いて排気損失の割合の基準値からの増加分に相当する実燃料噴射量の変動を算出するものとする。本実施の形態において、排気温度の基準値は、使用初期においてエンジン１を予め定められた運転状態で制御した場合の排気温度Ｔｅｘを示す。
【００５６】
以下に、図５を参照して、本実施の形態おける制御装置２００で実行される制御処理について説明する。図５は、制御装置２００で実行される制御処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、所定の制御周期（たとえば、数秒）毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。
【００５７】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置２００は、エンジン回転数および燃料噴射量を取得する。制御装置２００は、たとえば、所定の制御周期において、エンジン回転数センサ２０２から複数のエンジン回転数ＮＥが検出される場合には、それらの平均値をエンジン回転数として取得する。同様に、制御装置２００は、たとえば、所定の制御周期において複数の指令燃料噴射量が設定される場合には、それらの平均値を燃料噴射量として取得する。なお、制御装置２００は、たとえば、少なくとも前回の再生処理が完了した時点からのエンジン回転数および燃料噴射量をメモリ等に記憶させる。
【００５８】
Ｓ１０２にて、制御装置２００は、ＰＭ堆積量を推定する。制御装置２００は、前回算出されたＰＭ堆積量の前回値に所定の制御周期におけるＰＭ排出量を加算することによってＰＭ堆積量の今回値を算出する。制御装置２００は、Ｓ１００にて取得したエンジン回転数と燃料噴射量と所定のマップとを用いて所定の制御周期におけるＰＭ排出量を算出する。
【００５９】
図６は、ＰＭ排出量の推定に用いられる所定のマップの一例を説明するための図である。図６に示すように、エンジン回転数は、１０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍまでの間を５００ｒｐｍ毎に区分される。また、１ストローク当りの燃料噴射量は、１０ｍｍ３／ｓｔから７０ｍｍ３／ｓｔの間を１０ｍｍ３／ｓｔ毎に区分される。そして、区分されたエンジン回転数の各々と燃料噴射量の各々との各組み合わせに対応する、所定の制御周期におけるＰＭ排出量（ｍｇ）ａ１〜ａ７、ｂ１〜ｂ７、ｃ１〜ｃ７、ｄ１〜ｄ７、ｅ１〜ｅ７、ｆ１〜ｆ７およびｇ１〜ｇ７が予め実験等による適合によって設定される。
【００６０】
制御装置２００は、Ｓ１００にて取得されたエンジン回転数および燃料噴射量を用いて対応するＰＭ排出量を図６に示されるマップから取得し、取得したＰＭ排出量をＰＭ堆積量の前回値に加算することによってＰＭ堆積量の今回値を算出する。
【００６１】
Ｓ１０４にて、制御装置２００は、算出されたＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭ（０）以上であるか否かを判定する。ＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭ（０）以上であると判定される場合（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。
【００６２】
Ｓ１０６にて、制御装置２００は、再生処理を実行する。なお、再生処理については、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００６３】
Ｓ１０４にて、算出されたＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭ（０）よりも小さいと判定される場合（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ１０８に移される。
【００６４】
Ｓ１０８にて、制御装置２００は、エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態であるか否かを判定する。制御装置２００は、Ｓ１００にて取得されたエンジン回転数および燃料噴射量がそれぞれ予め定められた運転状態に対応するエンジン回転数範囲内であって、かつ、燃料噴射量範囲内である場合に、エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態であると判定する。エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態であると判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。
【００６５】
Ｓ１１０にて、制御装置２００は、排気温度Ｔｅｘを取得する。制御装置２００は、所定の制御周期において、排気温度センサ５６ｄから複数の排気温度Ｔｅｘが検出される場合には、それらの平均値を排気温度Ｔｅｘとして取得する。
【００６６】
Ｓ１１２にて、制御装置２００は、排気温度Ｔｅｘの増加分に相当するΔＱを算出する。制御装置２００は、たとえば、取得された排気温度Ｔｅｘから使用初期の排気温度Ｔｅｘを減算することによって排気温度Ｔｅｘの増加分を算出する。使用初期の排気温度Ｔｅｘは、使用初期においてエンジン１の運転状態が予め定められた運転状態である場合の排気温度Ｔｅｘであって、実験等によって予め取得され、メモリ等に記憶される。制御装置２００は、排気温度Ｔｅｘの増加分を排気損失の割合の増加分として算出し、算出された排気温度Ｔｅｘの増加分を用いてΔＱを算出する。
【００６７】
具体的には、制御装置２００は、たとえば、算出された排気温度Ｔｅｘの増加分と、排気温度Ｔｅｘの増加分とΔＱとの関係を示すマップとを用いてΔＱを算出する。当該マップは、たとえば、排気温度Ｔｅｘの増加分と、排気損失の割合の増加分と、ΔＱとの相関を考慮して予め実験等によって設定される。
【００６８】
Ｓ１１４にて、制御装置２００は、算出されたΔＱがしきい値Ａ以上であるか否かを判定する。しきい値Ａは、たとえば、推定されたＰＭ堆積量が再生ラインに到達したときに実際のＰＭ堆積量が過熱ラインを超える可能性があるか否かの観点で設定される値である。算出されたΔＱがしきい値Ａ以上であると判定される場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。
【００６９】
Ｓ１１６にて、制御装置２００は、エンジン回転数と燃料噴射量とＰＭ排出量との関係を示すマップを更新する。具体的には、制御装置２００は、図６に示される各エンジン回転数と各燃料噴射量とに対応するＰＭ排出量ａ１〜ａ７、ｂ１〜ｂ７、ｃ１〜ｃ７、ｄ１〜ｄ７、ｅ１〜ｅ７、ｆ１〜ｆ７およびｇ１〜ｇ７の各々に補正係数を乗算することによって当該マップを更新する。
【００７０】
Ｓ１１８にて、制御装置２００は、ＰＭ堆積量を再推定する。制御装置２００は、前回の再生が完了した時点からのエンジン回転数と燃料噴射量との履歴と更新したマップとを用いて現時点までのＰＭ堆積量を再計算する。
【００７１】
Ｓ１２０にて、制御装置２００は、再推定されたＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭ（０）以上であるか否かを判定する。再推定されたＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭ（０）以上であると判定される場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１０６に移される。
【００７２】
なお、Ｓ１０８にて、エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態でないと判定される場合や（Ｓ１０８にてＮＯ）、ΔＱがしきい値Ａよりも小さいと判定される場合や（Ｓ１１４にてＮＯ）、再推定されたＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭ（０）よりも小さいと判定される場合（Ｓ１２０にてＮＯ）、この処理は終了する。
【００７３】
以上のような構造およびフローチャートに基づく制御装置２００の動作について図７を参照しつつ説明する。図７は、制御装置２００の動作を説明するための図である。たとえば、エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態である場合を想定する。
【００７４】
エンジン１の作動時において、所定の制御周期におけるエンジン回転数および燃料噴射量が取得され（Ｓ１００）、取得されたエンジン回転数および燃料噴射量を用いてＰＭ堆積量が推定される（Ｓ１０２）。このとき、推定されたＰＭ堆積量は、たとえば、図７の破線に沿って変化する。時間Ｔ（４）よりも以前において、推定されたＰＭ堆積量は、再生判定値ＰＭ（０）よりも小さいため（Ｓ１０４にてＮＯ）、エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態であるか否かが判定される（Ｓ１０８）。
【００７５】
エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態であると判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、所定の制御周期における排気温度Ｔｅｘが取得される（Ｓ１１０）。取得された排気温度の増加分に相当するΔＱが算出され（Ｓ１１２）、算出されたΔＱがしきい値Ａ以上である場合には（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、図６で示されるマップが更新され（Ｓ１１６）、更新されたマップを用いてＰＭ堆積量が再推定される（Ｓ１１８）。再推定されたＰＭ堆積量は、図７の実線に沿って変化するため、実ＰＭ堆積量の変化と一致する。
【００７６】
そのため、時間Ｔ（４）にて、ＰＭ堆積量が再生判定値ＰＭ（０）以上であると判定されることにより（Ｓ１０４にてＹＥＳあるいはＳ１２０にてＹＥＳ）、再生処理が実行されると（Ｓ１０６）、過熱状態になることなくＰＭ除去フィルタ５６ｂに堆積したＰＭが燃焼される。その結果、ＰＭ除去フィルタ５６ｂにおけるＰＭの堆積が解消される。再生処理の完了後においては、再びＰＭ堆積量が増加し、時間Ｔ（５）にて、ＰＭ堆積量が再び再生判定値ＰＭ（０）以上になると判定されると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、再生処理が実行されることとなる（Ｓ１０６）。
【００７７】
このように、ＰＭ堆積量が再推定されない場合（図３の一点鎖線）と比較して短い再生インターバル（ＰＭ堆積量がピークとなる時点から次のピークとなる時点までの間隔）で早期に再生処理が実行されることによってＰＭ除去フィルタ５６ｂが過熱状態になることが抑制される。
【００７８】
以上のようにして、本実施の形態に係る排気処理装置によると、エンジンの運転状態が予め定められた状態である場合に、エンジンにおいて発生する熱エネルギーのうちの排気損失の割合の基準値からの増加分に相当する排気温度の基準値からの増加分を用いて燃料噴射量の変動分（すなわち、ΔＱ）を算出することができる。そのため、算出された燃料噴射量の変動分を用いて堆積量を補正することによって、ＰＭ除去フィルタ５６ｂの再生タイミングを適切に設定することができる。したがって、ＰＭ除去フィルタのＰＭ堆積量の推定に用いられる燃料噴射量を精度高く推定する排気処理装置を提供することができる。
【００７９】
以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態では、図６に示されるマップの更新方法として、各エンジン回転数と各燃料噴射量とに対応するＰＭ排出量ａ１〜ａ７、ｂ１〜ｂ７、ｃ１〜ｃ７、ｄ１〜ｄ７、ｅ１〜ｅ７、ｆ１〜ｆ７およびｇ１〜ｇ７の各々に補正係数を乗算する方法を一例として説明したが、たとえば、ＰＭ排出量ａ１〜ａ７、ｂ１〜ｂ７、ｃ１〜ｃ７、ｄ１〜ｄ７、ｅ１〜ｅ７、ｆ１〜ｆ７およびｇ１〜ｇ７の各々に所定値を加算する方法であってもよいし、当該エンジン回転数毎あるいは燃料噴射量毎に設定された補正係数を乗算あるいは補正値を加算する方法であってもよい。
【００８０】
さらに上述の実施の形態では、排気温度の基準値からの増加分を排気損失の割合の増加分に相当するものとして算出し、増加分を用いてΔＱを算出する場合を一例として説明したが、たとえば、排気損失の割合の増加分を算出し、排気損失の割合の増加分を用いて燃料噴射量の変動分を算出してもよい。
【００８１】
以下、図８を参照して、上述の変形例を適用した制御処理について説明する。図８は、変形例において制御装置２００で実行される制御処理を示すフローチャートである。なお、図８のフローチャートの処理のうち、図５のフローチャートの処理と同じ処理については同じステップ番号が付与されている。そのため、それらの処理についてその詳細な説明は繰り返さない。図８のフローチャートの処理は、図５のフローチャートの処理と比較して図５のＳ１１０の処理とＳ１１２の処理とがＳ２００の処理とＳ２０２の処理とに置き換わっている点が異なる。
【００８２】
Ｓ２００にて、制御装置２００は、排気損失の割合の増加分を算出する。具体的には、制御装置２００は、エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態である場合における、等容度と理想の仕事量と実際の仕事量との予め定められた関係から実際の仕事量を第１実仕事量として算出する。等容度は、理想の仕事量に対する実際の仕事量の割合を示し、予め定められた値である。理想の仕事量とは、損失等が発生しない場合を想定した場合に噴射された燃料が燃焼することにより生じ得る熱エネルギーによって生じる仕事量を示す。エンジン１の運転状態が予め定められた運転状態である場合には、理想の仕事量としては一定の値となる。そのため、制御装置２００は、等容度に理想の仕事量を乗算することによって第１実仕事量を算出することができる。
【００８３】
制御装置２００は、エンジン１の運転状態が予め定められた状態になるように制御される場合に推定されるエンジンの第２実仕事量を算出する。たとえば、エンジン１が車両に搭載される場合には、制御装置２００は、たとえば、エンジン１の運転状態が予め定められた状態になるように制御される場合の所定の制御周期における車両の速度、加速度および車両の重量等に基づいて第２実仕事量を算出する。
【００８４】
制御装置２００は、第２実仕事量から第１実仕事量を減算した差分値を排気損失の増加分として算出する。制御装置２００は、算出された排気損失の増加分を用いて排気損失の割合の増加分を算出する。制御装置２００は、たとえば、エンジン１の運転状態が予め定められた状態である場合の所定の制御周期において噴射される燃料が燃焼することにより生じ得る熱エネルギーに上述の差分値を加算した値に対する差分値の割合を排気損失の割合の増加分として算出する。
【００８５】
Ｓ２０２にて、制御装置２００は、排気損失の割合の増加分に相当するΔＱを算出する。具体的には、制御装置２００は、算出された排気損失の割合の増加分と、予め実験等によって設定された排気損失の割合の増加分とΔＱとの関係を示すマップとを用いてΔＱを算出する。
【００８６】
このようにすると、第１実仕事量と第２実仕事量との差分値を用いて排気損失の割合の増加分を算出することができるため、燃料噴射量の変動分（すなわち、ΔＱ）を精度高く算出することができる。そのため、ＰＭ堆積量を精度高く推定することができる。
【００８７】
さらに上述の実施の形態では、排気温度の基準値からの増加分を排気損失の割合の増加分としてΔＱを算出するものとして説明したが、以下のようにして排気損失の割合の増加分を算出してもよい。たとえば、制御装置２００は、エンジン１の運転状態が予め定められた状態である場合に、所定の制御周期において噴射された燃料により生じ得る熱エネルギーと、仕事量と、冷却損失と、機械損失と、ポンプ損失とを推定する。制御装置２００は、当該熱エネルギーから仕事量と冷却損失と機械損失とポンプ損失とを減算することによって排気損失を算出する。制御装置２００は、使用初期における排気損失の割合を基準値としたときの増加分を用いてΔＱを算出してもよい。制御装置２００は、たとえば、燃料噴射量から当該熱エネルギーを算出する。制御装置２００は、たとえば、エンジン１が搭載される車両の速度、加速度および車両の重量等に基づいて仕事量を算出する。制御装置２００は、たとえば、気筒１２における冷却損失分と、ピストンにおける冷却損失分と、シリンダヘッドにおける冷却損失分との各々の合計を冷却損失として算出する。各冷却損失分は、たとえば、ニュートンの冷却法則により算出されるが、冷却損失の算出には周知の技術を用いればよく特にその詳細な説明は行なわない。
【００８８】
制御装置２００は、たとえば、シリンダの中に入るガス量、過給圧、排気圧力からポンプ損失を算出する。制御装置２００は、幾何学上の図面値、ピストン速度、筒内圧、油温、水温等に基づいて、機械損失を算出する。
【００８９】
このようにすると、排気損失の割合の増加分を精度高く算出することができるため、燃料噴射量の変動分（すなわち、ΔＱ）を精度高く算出することができる。そのため、ＰＭ堆積量を精度高く推定することができる。
【００９０】
上述の実施の形態においては、ΔＱを用いてＰＭ堆積量を補正する場合を一例として説明したが、たとえば、ΔＱを用いて再生判定値ＰＭ（０）を補正してもよい。
【００９１】
なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９２】
１  エンジン、１０  エンジン本体、１２  気筒、１４  コモンレール、１６  インジェクタ、２０  エアクリーナ、２２，２４，２７  吸気管、２６  インタークーラ、２８  吸気マニホールド、３０  過給機、３２  コンプレッサ、３４  コンプレッサホイール、３６  タービン、３８  タービンホイール、４２  連結軸、５０  排気マニホールド、５２，５４，５８  排気管、５６  排気処理装置、５６ａ  酸化触媒、５６ｂ  ＰＭ除去フィルタ、５６ｃ  燃料添加装置、５６ｄ  排気温度センサ、６０，７０  ＥＧＲ装置、６２，７２  ＥＧＲバルブ、６４，７４  ＥＧＲクーラ、６６，７６  ＥＧＲ通路、２００  制御装置、２０２  エンジン回転数センサ、２０８  エアフローメータ、２１０  燃料ポンプ、２１２  燃料フィルタ、２１４  燃料タンク。
【図１】
2019120220.tif 000003
【図２】
2019120220.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019120220.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019120220.tif 000008
【図７】
2019120220.tif 000009
【図８】
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