(57)【要約】【課題】差圧センサを用いることなくフィルタのパティキュレート堆積量の推定を可能とする。【解決手段】目標充填効率と実際の充填効率との差を演算する充填効率差演算手段と、この演算された充填効率差から充填効率差の時間変化率を演算する時間変化率演算手段と、前記演算された充填効率差が第１の所定値以上の場合または前記演算された充填効率差の時間変化率が第２の所定値以上の場合に、前記フィルタの再生要求を出す再生要求出力手段とをエンジンコントロールユニット（４２）が備える。【選択図】図１
2008111394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、
目標充填効率を演算する目標充填効率演算手段と、
実際の充填効率を検出する充填効率検出手段と、
これら目標充填効率と実際の充填効率との差を演算する充填効率差演算手段と、
この演算された充填効率差から充填効率差の時間変化率を演算する時間変化率演算手段と、
前記演算された充填効率差が第１の所定値以上の場合または前記演算された充填効率差の時間変化率が第２の所定値以上の場合に、前記フィルタの再生要求を出す再生要求出力手段と
を備えることを特徴とするフィルタ再生処理装置。
【請求項２】
前記フィルタの再生要求を出した後に前記充填効率差が減少傾向にある場合において、前記充填効率差が第３の所定値以下でかつ前記充填効率差の時間変化率が第４の所定値以下である状態が連続して所定時間以上経過した場合に、前記フィルタの再生が完了したと判定することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ再生処理装置。
【請求項３】
前記充填効率差が減少傾向にある場合において、前記充填効率差の時間変化率が第４の所定値以下である状態が所定時間以上経過した場合に、前記フィルタの再生が完了したと判定することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ再生処理装置。
【請求項４】
前記実際の充填効率が前記目標充填効率と一致するように制御する手段を備え、
前記フィルタの再生が完了したと判定したタイミングで前記充填効率差がゼロでない場合に、そのゼロでない充填効率差を誤差とし、この誤差分だけ前記目標充填効率を補正することを特徴とする請求項３に記載のフィルタ再生処理装置。
【請求項５】
排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ装置を備え、
前記目標充填効率演算手段が、前記ＥＧＲ装置の非作動状態での目標充填効率を目標充填効率基本値として演算する目標充填効率基本値演算手段と、目標ＥＧＲ率を演算する目標ＥＧＲ率演算手段と、この演算された目標ＥＲＧ率で前記目標充填効率基本値を補正して前記ＥＧＲ装置の作動状態での目標充填効率を演算する手段とからなると共に、
前記充填効率検出手段が、前記ＥＧＲ装置の非作動状態での実際の充填効率を検出する充填効率検出手段と、実際のＥＧＲ率を演算する実ＥＧＲ率演算手段と、この演算された実際のＥＲＧ率で前記ＥＧＲ装置の非作動状態での実際の充填効率を補正して前記ＥＧＲ装置の作動状態での実際の充填効率を演算する手段とからなることを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載のフィルタ再生処理装置。
【請求項６】
排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、
目標充填効率を演算する目標充填効率演算手段と、
実際の充填効率を検出する充填効率検出手段と、
これら目標充填効率と実際の充填効率との差を演算する充填効率差演算手段と、
この演算された充填効率差に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と、
前記演算された充填効率差から充填効率差の時間変化率を演算する時間変化率演算手段と、
前記推定されたパティキュレート堆積量が第１の所定値以上の場合または前記演算された充填効率差の時間変化率が第２の所定値以上の場合に、前記フィルタの再生要求を出す再生要求出力手段と
を備えることを特徴とするフィルタ再生処理装置。
【請求項７】
排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、
目標充填効率を演算する目標充填効率演算手段と、
実際の充填効率を検出する充填効率検出手段と、
前記目標充填効率演算手段によって演算された目標充填効率と前記充填効率検出手段によって検出された実際の充填効率との差を演算する充填効率差演算手段と、
この演算された充填効率差に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定するパティキュレート堆積量推定手段と
を備えることを特徴とするパティキュレート堆積量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はパティキュレート堆積量の推定装置及びフィルタ再生処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、フィルタのパティキュレート堆積量が多くなると、フィルタの前後差圧が大きくなるので、フィルタの圧力損失（フィルタの上流と下流の圧力差）を検出するためにフィルタをバイパスする差圧検出通路に差圧センサを設けておき、この差圧センサにより検出される差圧に基づいてフィルタのパテキューレート堆積量を推定するものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１３２３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術のように、差圧センサに基づいてフィルタのパティキュレート堆積量を推定する方法では、特に低負荷条件でパテキューレート堆積量の推定精度が低下する、という問題がある。
【０００４】
そこで発明は、差圧センサを用いることなくフィルタのパティキュレート堆積量の推定を可能とする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】
【０００５】
本発明は、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、目標充填効率（ｔη）を演算し、実際の充填効率（ｒη）を検出し、前記目標充填効率演算手段によって演算された目標充填効率（ｔη）と前記充填効率検出手段によって検出された実際の充填効率（ｒη）との差（ｄη）を演算し、この演算された充填効率差（ｄη）に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定するように構成する。
【０００６】
また、本発明は、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、目標充填効率（ｔη）を演算し、実際の充填効率（ｒη）を検出し、これら目標充填効率（ｔη）と実際の充填効率（ｒη）との差（ｄη）を演算し、この演算された充填効率差（ｄη）に基づいて前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定し、前記演算された充填効率差から充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）を演算し、前記推定されたパティキュレート堆積量が第１の所定値（ｍ１’）以上の場合または前記演算された充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）が第２の所定値（ｍ２）以上の場合に、前記フィルタの再生要求を出すように構成する。
【０００７】
また、本発明は、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、目標充填効率（ｔη）を演算し、実際の充填効率（ｒη）を検出し、これら目標充填効率（ｔη）と実際の充填効率（ｒη）との差（ｄη）を演算し、この演算された充填効率差から充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）を演算し、前記演算された充填効率差（ｄη）が第１の所定値（ｍ１）以上の場合または前記演算された充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）が第２の所定値（ｍ２）以上の場合に、前記フィルタの再生要求を出すように構成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタ４２を備えるディーゼルエンジンにおいて、目標充填効率（ｔη）と実際の充填効率（ｒη）との差（ｄη）を演算し、この演算された充填効率差（ｄη）に基づいてフィルタのパティキュレート堆積量を推定するので、差圧センサを用いることなくフィルタへのパティキュレート堆積量を推定することが可能となった。
【０００９】
また、本発明によれば、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、目標充填効率（ｔη）と実際の充填効率（ｒη）との差（ｄη）を演算し、この演算された充填効率差（ｄη）に基づいてフィルタのパティキュレート堆積量を推定し、この演算された充填効率差から充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）を演算し、パティキュレート堆積量が第１の所定値（ｍ１’）以上の場合または充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）が第２の所定値（ｍ２）以上の場合に、フィルタの再生要求を出すように構成するので、差圧センサを用いることなくフィルタの再生要求時期の判定が可能となった。
【００１０】
また、本発明によれば、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタを備えるディーゼルエンジンにおいて、目標充填効率（ｔη）と実際の充填効率（ｒη）との差（ｄη）を演算し、この演算された充填効率差から充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）を演算し、充填効率差（ｄη）が第１の所定値（ｍ１）以上の場合または充填効率差の時間変化率（ｄ（ｄη）／ｄｔ）が第２の所定値（ｍ２）以上の場合に、フィルタの再生要求を出すように構成するので、差圧センサを用いることなくフィルタの再生要求時期の判定が可能となった。
【００１１】
このように、本発明はフィルタへのパティキュレート堆積量の相違によって充填効率が大きく変化することに着目したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、フィルタ再生処理装置をディーゼルエンジンに適用した場合の概略構成を示している。
【００１４】
このエンジンでは、熱発生のパターンが単段燃焼となる、いわゆる低温予混合燃焼が行われる。ＮＯｘの生成は燃焼温度に大きく依存し、その低減には燃焼温度の低温化が有効である。低温予混合燃焼では、ＥＧＲによる酸素濃度の低減で、低温燃焼を実現するため、排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、ステップモータ６ａにより駆動されるＥＧＲ弁６を備えている。ステップモータ６ａは、エンジンコントロールユニット４１からの制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定の目標ＥＧＲ率を得るようにしている。たとえば、低回転速度低負荷域で目標ＥＧＲ率を最大の１００％とし、回転速度、負荷が高くなるに従い、目標ＥＧＲ率を減少させる。高負荷側では排気温度が上昇するため、多量のＥＧＲガスを還流すると、吸気温度の上昇によってＮＯｘ低減の効果が減少したり、噴射燃料の着火遅れ期間が短くなって予混合燃焼が実現できなくなる等のため、目標ＥＧＲ率を段階的に減少させている。
【００１５】
ＥＧＲ通路４の途中には、ＥＧＲクーラ７（ＥＧＲガスの冷却装置）を備える。これは、ＥＧＲ通路４の周りに形成されエンジン冷却水の一部が循環されるウォータジャケット８と、冷却水の導入口に設けられ冷却水の循環量を調整可能な流量制御弁とからなり、エンジンコントロールユニット４１からの指令により、流量制御弁を介して循環量を増やすほどＥＧＲガスの冷却度が増す。
【００１６】
燃焼促進のため吸気ポート近傍の吸気通路に所定の切欠を有するスワールコントロールバルブ（図示しない）を備える。エンジンコントロールユニット４１により、このスワールコントロールバルブが低回転速度低負荷域で閉じられると、燃焼室に吸入される吸気の流速が高まり燃焼室にスワールが生成される。
【００１７】
燃焼室は大径トロイダル燃焼室（図示しない）である。これは、ピストンキャビティを、入口を絞らずピストンの冠面から底部まで円筒状に形成したもので、その底部中央には、圧縮行程後期にピストンキャビティの外部から旋回しながら流れ込むスワールに抵抗を与えないように、さらに空気と燃料の混合を良好にするため、円錐部が形成されている。この入口を絞らない円筒状のピストンキャビティにより、前述のスワールバルブ等によって生成されたスワールは、燃焼過程でピストンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内からキャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが持続される。
【００１８】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク、燃料供給通路、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路を介してコモンレール１６にいったん蓄えられたあと、コモンレール１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。ノズル１７内に設けられる三方弁１８のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、コモンレール１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００１９】
この燃料噴射装置１０にはさらに、コモンレール圧力を調整するため、サプライポンプ１４から吐出された燃料を戻す通路に圧力調整弁を備える。この調整弁は通路の流路を開閉するもので、コモンレール１６への燃料吐出量を調整することによりコモンレール圧力を調整する。コモンレール１６の燃料圧力（噴射圧）によって燃料噴射率が変化し、コモンレール１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射率が高くなる。
【００２０】
アクセル開度センサ３３、エンジン回転速度とクランク角度を検出するセンサ３４、気筒判別のためのセンサ３５、水温センサ３６からの信号が入力されるエンジンコントロールユニット４１では、エンジン回転速度とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量とコモンレール１６の目標圧力を演算し、圧力センサにより検出されるコモンレール圧力がこの目標圧力と一致するように上記の圧力調整弁を介してコモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御する。
【００２１】
また、演算した目標燃料噴射量に対応して三方弁１８のＯＮ時間を制御するほか、三方弁１８のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期を得るようにしている。たとえば、高ＥＧＲ率の低回転速度低負荷側で噴射燃料の着火遅れ期間が長くなるように燃料の噴射時期（噴射開始時期）をピストン上死点（ＴＤＣ）にまで遅延している。この遅延により、着火時期の燃焼室内の温度を低温状態にし、予混合燃焼比率を増大させることにより、高ＥＧＲ率域でのスモークの発生を抑える。これに対して、回転速度、負荷が高くなるにしたがい、噴射時期を進めている。これは、着火遅れの時間が一定であっても、着火遅れクランク角度（着火遅れの時間をクランク角度に換算した値）がエンジン回転速度の増加に比例して大きくなり、低ＥＧＲ率時に所定の着火時期を得るために、噴射時期を進めるのである。
【００２２】
ただし、本発明は低温予混合燃焼を行わせる場合に限定されるものでなく、通常のディゼル燃焼を行わせる場合にも適用がある。
【００２３】
図１に戻り、排気タービン２２と吸気コンプレッサ２３とを同軸で直結した可変容量ターボ過給機２１を備える。ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に位置する排気タービン２２のスクロール入口に、アクチュエータ２５により駆動される可変ノズル２４が設けられ、エンジンコントロールユニット４１により、可変ノズル２４は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン２３に導入される排気の流速を高めるノズル開度（傾動状態）に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン２３に導入させるノズル開度（全開状態）に制御される。上記のアクチュエータ２５はステップモータであり、可変ノズル２４の実開度（実開口割合）が、目標開度（目標開口割合）となるように、制御信号（制御指令値）が作られ、この制御信号がステップモータに出力される。２６はインタークーラである。
【００２４】
排気タービン２２下流の排気通路２には排気中のパティキュレートを捕集するフィルタ４２を備える。フィルタ４２のパティキュレートの捕集量（堆積量）が所定値に達すると、排気温度を上昇させて、フィルタ４２に堆積しているパティキュレートを燃焼除去しなければならない。このフィルタ４２に堆積しているパティキュレートを燃焼除去する処理のことを再生処理というが、エンジンを運転し続けるには、フィルタ４２の再生処理を一定の周期で繰り返す必要がある（フィルタの再生要求を出す頻度は、走行パターンやフィルタ容量にもよるが、１５０〜３００ｋｍに１回程度である）。フィルタ４２の上流に設けられている酸化触媒４３は、排気中のＨＣ及びＣＯを浄化するためのものである。
【００２５】
さて、フィルタ４２のパティキュレート堆積量が多くなると、フィルタ４２の前後差圧が大きくなるので、フィルタ４２の圧力損失（フィルタの上流と下流の圧力差）を検出するためにフィルタ４２をバイパスする差圧検出通路に差圧センサを設けておき、この差圧センサにより検出される差圧に基づいてパテキューレート堆積量を推定する方法がある。
【００２６】
しかしながら、こうした方法では、特に低負荷条件でパテキューレート堆積量を推定するに際して、差圧センサにより推定されるパテキューレート堆積量があてにならない（パテキューレート堆積量の推定精度が落ちる）、という問題がある。
【００２７】
そこで本実施形態では、目標充填効率と実際の充填効率との差を演算し、この充填効率差に基づいてフィルタ４２のパティキュレート堆積量を推定し、充填効率差から充填効率差の時間変化率を演算し、フィルタ４２のパティキュレート堆積量が第１の所定値以上の場合または充填効率差の時間変化率が第２の所定値以上の場合に、フィルタ４２の再生要求を出すように構成する。
【００２８】
また本実施形態では、フィルタ４２の再生要求を出した後に充填効率差が減少傾向にある場合において、充填効率差がゼロでかつ充填効率差の時間変化率がゼロである状態が所定時間以上経過した場合に、フィルタ４２の再生が完了したと判定する。
【００２９】
さらに本実施形態では、実際の充填効率が目標充填効率と一致するように制御する手段を備え、フィルタ４２の再生が完了したと判定したタイミングで充填効率差がゼロでない場合に、そのゼロでない充填効率差を部品劣化・熱膨張に起因する誤差とし、この誤差分だけ目標充填効率を補正する。
【００３０】
これについて詳述すると、図２は図１に示した構成のエンジンを搭載した車両を車速一定で運転しつつ、一定の周期でフィルタ４２の再生処理を繰り返したときに充填効率差ｄη（＝ｔη−ｒη）がどのように変化するのかを示した実験結果である。
【００３１】
目標充填効率ｔηは運転条件に応じて予め与えられている値であり、車速一定の条件では目標充填効率ｔηは一定値である。フィルタ４２にパティキュレートが全く堆積していない初期状態（Ａ点）では、目標充填効率ｔηと、実際の充填効率である充填効率検出値ｒηとが一致するため、充填効率差ｄηはゼロである。この初期状態より車両の走行（エンジンの運転）を開始すると、フィルタ４２のパティキュレート堆積量が増えてゆき、充填効率検出値ｒηが目標充填効率ｔηより離れてゆくため、充填効率差ｄηがパティキュレート堆積量が増えるほど大きくなってゆく。そして、充填効率差ｄηが所定値に達したとき（Ｂ点）、再生要求を出してフィルタ４２の再生処理を行わせると、フィルタ４２のパティキュレートが燃焼してパティキュレート堆積量が減っていくため、充填効率検出値ｒηが大きくなり、充填効率差ｄηは小さくなってゆく。フィルタ４２に堆積しているパティキュレートの全てが燃焼除去されたとき（Ｃ点）、充填効率差ｄηはゼロとなるので（ただし、部品劣化・熱膨張がないものとする）、フィルタ４２の再生を完了する。その後は、再びフィルタ４２のパティキュレート堆積量が増えてゆくため、充填効率差の動きは上記を繰り返すこととなる。
【００３２】
エンジン制御上は、車速一定の条件では、フィルタ４２にパティキュレートが堆積していくと、フィルタ４２の圧力損失の分だけ排気圧力が上昇し、ＥＧＲ制御中であればＥＧＲガス量が増えて新気が減るため充填効率が下がる方向にフィードバックされることとなる。また、フィルタ４２の再生完了の場合には、この逆に排気圧力が低下し、充填効率は増加する。
【００３３】
次に、デバイス（部品）の劣化でも充填効率は減少していく。例えば、ＥＧＲクーラ７が劣化すると、冷却性能が低下し実際のＥＧＲガス量が減少していく。図２にはデバイスの劣化に対する充填効率差ｄηの変化をも記載しており、デバイス（ＥＧＲクーラ７）に劣化があるときには再生完了の時点でも充填効率差ｄηがゼロとならずに所定値（正の値）だけ残ることを示している。すなわち、図２において実線はフィルタ４２のパティキュレート堆積状況に対する充填効率差ｄηの変化を、これに対して破線はデバイス（ＥＧＲクーラ７）の劣化に対する充填効率差ｄηの変化を示す。
【００３４】
両者を経過時間で比べると、デバイスの劣化に対する充填効率差ｄηの周期は、フィルタ４２のパティキュレート堆積状況に対する充填効率差ｄηの周期に比べて非常に長い。従って、充填効率差ｄηの変化を周期としてみたとき、フィルタ４２のパティキュレート堆積量の変化が推定できることがわかる。すなわち、部品劣化（たとえばＥＧＲクーラ７の劣化）による充填効率差の時間変化率（単位時間あたりの変化量）と、フィルタ４２にパティキュレートが堆積することによる充填効率差の時間変化率とを比較すると、部品劣化による時間変化率のぼうが圧倒的に小さいことから、実際の充填効率を検出または予測できる手段をもつことを前提とし、充填効率差の時間変化率が所定値以上ならフィルタ４２のパティキュレート堆積量が原因で時間変化率が大きくなっていると判定できる。
【００３５】
図３は図２の一部詳細図である。ただし、縦軸は充填効率差ｄηであり、下にゆくほど充填効率差ｄηが大きくなる。
【００３６】
〈１〉の枠内に示したように、充填効率差ｄηがパティキュレートの堆積の進行と共に大きくなることに加えて、パティキュレートの堆積開始初期では充填効率差の傾き（＝充填効率差の時間変化率）ｄ（ｄη）／ｄｔは小さいが、再生要求を出すタイミングの近傍ではパティキュレートの堆積が相当進行しているので、充填効率差の傾きｄ（ｄη）／ｄｔが大きくなっている。従って、充填効率差ｄηが第１の所定値ｍ１以上のときまたは充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第２の所定値ｍ２以上のときに再生要求を出す時期（再生要求時期）になったと判定できる。この場合に、充填効率差ｄηとパティキュレート堆積量の相関を実測しておけば、充填効率差より推定されるこのパティキュレート堆積量が第１の所定値（ｍ１’）以上のときに再生要求を出す時期（再生要求時期）になったと判定できる。
【００３７】
〈２〉の枠内に示したように、再生要求を出した後に、部品劣化や熱膨張の影響（熱劣化）がほとんどない場合、フィルタ４２の再生が完了する時期（再生完了時期）に一定時間以上、ｄη＝０かつｄ（ｄη）／ｄｔ＝０となっている。このことからフィルタ４２の再生完了時期を知ることができる。
【００３８】
〈３〉の枠内に示したように、完全に再生完了してもフィルタ４２の熱膨張や部品（ＥＧＲクーラ７、インタークーラ２６など）の劣化があると、充填効率差ｄηはゼロとなっていない。従って、このとき残る充填効率差ｄηを部品劣化・熱膨張に起因する誤差ｅｍとして、目標充填効率ｔηを補正した補正後目標充填効率ｔη’（＝ｔη＋ｅｍ）を導入することで、充填効率検出値ｒηが補正後目標充填効率ｔη’と一致するように制御することができる。
【００３９】
ただし、〈２〉の状態からいきなり〈３〉の状態へ移行することはなく、〈２〉の状態からかなり時間が経過して部品劣化が生じた後に、〈３〉の状態へと移行することとなる。図３もモデル図である。
【００４０】
エンジンコントロールユニット４１で実行されるこの制御を以下のブロック図に基づいて詳述する。
【００４１】
図４はエンジンの目標充填効率ｔηを演算するためのものである。
【００４２】
目標充填効率基本値演算部５１では、エンジン回転速度と圧力比（＝吸気圧／大気圧）とから図５を内容とするマップを検索することにより、目標充填効率基本値ｔη０を演算する。目標充填効率基本値ｔη０はＥＧＲ弁６の非作動状態での目標充填効率である。図５のように目標充填効率基本値ｔη０はエンジン回転速度が同一の条件のとき、圧力比が大きくなるほど大きくなる値である。
【００４３】
ここで、圧力比の演算に必要となる吸気圧と大気圧とはそれぞれ吸気圧センサと大気圧センサにより検出すればよい。
【００４４】
減算部５２では、１から目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ［％］に０．０１を掛けた値を差し引いた値を計算し、乗算部５３で次の式により目標充填効率ｔηを演算する。
【００４５】
ｔη＝ｔη０×（１−０．０１Ｍｅｇｒ）                  …（１）
目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒは最大で１００％であるから、（１）式右辺の１−０．０１Ｍｅｇｒは、１．０以下の正の値、つまり減量補正係数である。この減量補正係数は、ＥＧＲガスが入ればその分新気が減って充填効率が減少するので、目標充填効率を減量側に補正するためのものである。すなわち、（１）式左辺の目標充填効率ｔηは、ＥＧＲ弁６の作動状態での目標充填効率を表している。もちろん、ＥＧＲ弁６の非作動状態では目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒ＝０であり、このとき目標充填効率ｔηは目標充填効率基本値ｔη０と一致するので、（１）式左辺の目標充填効率は、ＥＧＲ弁６の非作動状態での目標充填効率をも表している。
【００４６】
図６はフィルタ４２の再生要求信号と再生完了信号とを出力させるためのものである。なお、充填効率差演算部６１での充填効率差の演算、微分演算部６４での微分演算を含めてここでの演算は常時行うものとする。図４の演算も常時行う。
【００４７】
充填効率差演算部６１では、目標充填効率ｔη（図４で既に得ている）から実際の充填効率ｒηを差し引いた値を充填効率差ｄη（＝ｔη−ｒη）として演算する。
【００４８】
ここで、実際の充填効率ｒηは、エアフローメータ３１（図１参照）の出力に基づいて図示しない充填効率検出手段が検出している。充填効率検出手段としては、例えば特開２００４−１３２３５８号公報に記載の充填効率検出手段を用いればよい。
【００４９】
ただし、特開２００４−１３２３５８号公報で検出している実際の充填効率は、ＥＧＲ弁６の非作動状態での値であるので、ＥＧＲ弁６の作動状態での実際の充填効率を求めるには図４に倣って次のようにする。すなわち、ＥＧＲ弁６の作動状態での実際の充填効率ｒηを次の式により演算させる。
【００５０】
ｒη＝ｒη０×（１−０．０１・ｒＥＧＲ）                …（２）
ただし、ｒη０  ：ＥＧＲ弁６の非作動状態での実際の充填効率、
ｒＥＧＲ：実ＥＧＲ率［％］、
（２）式右辺の１−０．０１ｒＥＧＲは、１．０以下の正の値、つまり減量補正係数である。この減量補正係数は、ＥＧＲガスが入ればその分新気が減って充填効率が減少するので、ＥＧＲ弁６の非作動状態での実際の充填効率を減量側に補正して、ＥＧＲ弁６の作動状態での実際の充填効率を求めるためのものである。
【００５１】
ここで、（２）式右辺の実ＥＧＲ率ｒＥＧＲは、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒに対して一次遅れ処理を行うことによって、つまり次式により算出させればよい。
【００５２】
ｒＥＧＲ＝Ｍｅｇｒ×加重平均係数＋（１−加重平均係数）×ｒＥＧＲn-1
…（３）
ただし、加重平均係数：一定値、
ｒＥＧＲn-1：ｒＥＧＲの前回値、
このようにして、（２）式の実際の充填効率ｒηは、ＥＧＲ弁６の非作動状態を含めて、ＥＧＲ弁６の作動状態での実際の充填効率を表すこととなる。
【００５３】
パティキュレート堆積量演算部６２では、充填効率差演算部６１で演算されたこの充填効率差ｄηから図７を内容とするテーブルを検索することにより、フィルタ４２のパティキュレート堆積量を演算する。図７のように、パティキュレート堆積量は充填効率差ｄηが増えるほど大きくなる値である。図７の特性は、あらかじめ台上実験で求めておけばよい。
【００５４】
比較部６３ではこのパティキュレート堆積量と第１の所定値ｍ１’を比較する。第１の所定値ｍ１’は図７に示したように、パティキュレート堆積量の許容上限値に相当する値である。すなわち、第１の所定値ｍ１’は再生要求時期になったか否かを判定するための値で、予め適合しておく。比較部６３では、パティキュレート堆積量が第１の所定値ｍ１’未満であれば再生要求時期になっていないと判断してローレベルの信号を出し、パティキュレート堆積量が第１の所定値ｍ１’以上になると再生要求時期になったと判断しハイレベルの信号を出す。
【００５５】
微分演算部６４では充填効率差ｄηを微分して、充填効率差の単位時間当たりの変化量である充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔを演算する。
【００５６】
比較部６５ではこの充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔと第２の所定値ｍ２を比較する。第２の所定値ｍ２も再生要求時期になったか否かを判定するための値で、予め適合しておく。比較部６５では、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第２の所定値ｍ２未満であれば再生要求時期になっていないと判断してローレベルの信号を出し、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第２の所定値ｍ２以上になると再生要求時期になったと判断しハイレベルの信号を出す。
【００５７】
比較部６３からの出力と比較部６５からの出力を入力するＯＲ回路６６では、比較部６３からの出力がハイレベルのときと、比較部６５からの出力がハイレベルのときと、比較部６３、６５からの出力が共にハイレベルのときにハイレベルの信号（再生要求信号）を出す。比較部６３、６５からの出力が共にローレベルのときにはローレベルの信号（再生非要求の信号）を出す。
【００５８】
再生要求信号が出ると、図示しないが排気を昇温させる処理を含んだフィルタ４２の再生処理が実行される。
【００５９】
一方、比較部６７では充填効率差ｄηとゼロを比較し、充填効率差ｄηがゼロであるときにフィルタ４２の再生が完了したと判断してハイレベルの信号を出し、それ以外ではフィルタ４２の再生がまだ完了していないと判断しローレベルの信号を出す。同様にして比較部６８では充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔとゼロを比較し、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロであるときにフィルタ４２の再生が完了したと判断してハイレベルの信号を出し、それ以外ではフィルタ４２の再生がまだ完了していないと判断しローレベルの信号を出す。
【００６０】
なお、充填効率差ｄηが第３の所定値（ゼロより少し大きな値）以下であるときにフィルタ４２の再生が完了したと判断し、また充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第４の所定値（ゼロより少し大きな値）以下であるときにフィルタ４２の再生が完了したと判断させるようにしてもかまわない。
【００６１】
比較部６７からの出力と比較部６８からの出力を入力するＡＮＤ回路６９では、比較部６３、６５からの出力が共にハイレベルのときにハイレベルの信号（再生完了信号）を出す。ここで、比較部６３、６５からの出力が共にハイレベルのときにハイレベルの信号を出すようにしているのは、フィルタ４２の再生が完了したか否かの判定を確実にするためである。
【００６２】
一方、比較部６３からの出力だけがハイレベルのときと、比較部６５からの出力だけがハイレベルのときと、比較部６３、６５からの出力が共にローレベルのときにはローレベルの信号を出す。
【００６３】
時間計測部７０では、ＡＮＤ回路６９からの出力が連続してハイレベルにあるとき、その時間つまり連続してハイレベルの信号が出ている時間を計測する。
【００６４】
比較部７１では、時間計測部７０で計測される時間と所定の時間ｔ１を比較し、時間計測部７０で計測される時間が所定の時間ｔ１未満であるときにはローレベルの信号（再生未完了の信号）を出力し、時間計測部７０で計測される時間が所定の時間ｔ１以上になったとき、ハイレベルの信号（再生完了信号）を出力する。
【００６５】
再生完了信号が出ると、図示しないがフィルタ４２の再生処理が中止され、通常時の運転を再開する。
【００６６】
ここで本実施形態の作用効果を説明する。
【００６７】
本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタ４２を備えるディーゼルエンジンにおいて、図６に示したように、目標充填効率ｔηと実際の充填効率ｒηとの差ｄη（＝ｔη−ｒη）を演算し、この演算された充填効率差ｄηに基づいてフィルタ４２のパティキュレート堆積量を推定するので、差圧センサを用いることなくフィルタ４２のパティキュレート堆積量を推定することが可能となった。
【００６８】
また、本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタ４２を備えるディーゼルエンジンにおいて、図６に示したように、目標充填効率ｔηと実際の充填効率ｒηとの差ｄηを演算し、この演算された充填効率差ｄηに基づいてフィルタ４２のパティキュレート堆積量を演算（推定）し、この演算された充填効率差ｄηから充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔを演算し、パティキュレート堆積量が第１の所定値ｍ１’以上の場合または充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第２の所定値ｍ２以上の場合に、フィルタ４２の再生要求を出すように構成しているので、差圧センサを用いることなくフィルタ４２の再生要求時期の判定が可能となった。
【００６９】
また、本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、フィルタ４２の再生要求を出した後に充填効率差ｄηが減少傾向にある場合において、図６に示したように、充填効率差ｄηがゼロ（第３の所定値以下）でかつ充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロ（第４の所定値以下）である状態が連続して所定時間ｔ１以上経過した場合に、フィルタ４２の再生が完了したと判定するので、差圧センサを用いることなくフィルタ４２の再生が完了する時期の判定が可能となった。
【００７０】
本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、目標充填効率演算手段が、図４に示したように、ＥＧＲ弁６（ＥＧＲ装置）の非作動状態での目標充填効率を目標充填効率基本値ｔη０として演算する目標充填効率基本値演算手段（５１）と、目標ＥＧＲ率Ｍｅｇｒを演算する目標ＥＧＲ率演算手段と、この演算された目標ＥＲＧ率Ｍｅｇｒで目標充填効率基本値ｔη０を補正してＥＧＲ弁６の作動状態での目標充填効率ｔηを演算する手段（５２、５３）とからなると共に、充填効率検出手段が、ＥＧＲ弁６の非作動状態での実際の充填効率ｒη０を検出する充填効率検出手段と、実際のＥＧＲ率ｒＥＧＲを演算する実ＥＧＲ率演算手段（上記（３）式参照）と、この演算された実際のＥＲＧ率ｒＥＧＲでＥＧＲ弁６の非作動状態での実際の充填効率ｒη０を補正してＥＧＲ弁６の作動状態での実際の充填効率ｒηを演算する手段（上記（２）式参照）とからなるので、ＥＧＲ弁６の作動状態にあっても目標充填効率ｔηと実際の充填効率ｒηとを精度良く求めることができる。
【００７１】
次に、図８のフローチャートは第２実施形態の部品劣化・熱膨張に起因する誤差を演算するためのものである。図８のフローチャートも、後述する図９のブロック図による演算と共に常時実行する。
【００７２】
ステップ８１では、車両の走行開始後（エンジン運転開始後）に初めて再生要求があった場合であるか否かをみる。エンジン運転開始後に初めて再生要求があった場合であれば、ステップ８２、８３、８４に進み、第１実施形態と同様に、目標充填効率ｔηと実際の充填効率ｒηとを読み込み、これらの値ｔη、ｒηに基づいて充填効率差ｄη（＝ｔη−ｒη）を演算すると共に、この充填効率差を微分して充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔを演算する。
【００７３】
ステップ８５では、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔとゼロを比較する。充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロでない間はステップ８２に戻り、ステップ８２〜８４の操作を繰り返す。やがて、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロとなればステップ８６に進み、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロとなった状態で連続して所定時間ｔ１が経過したか否かをみる。充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロとなった状態で連続して所定時間ｔ１が経過していなければそのまま待機し、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロとなった状態で連続して所定時間ｔ１が経過したとき、フィルタ４２の再生が完了したと判断してステップ８７に進む。
【００７４】
なお、ステップ８５、８６に代え、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第４の所定値（例えばゼロより少し大きい値）以下である状態が連続して所定時間ｔ１以上経過した場合に、フィルタ４２の再生が完了したと判断してステップ８７に進ませるようにしてもかまわない。
【００７５】
ステップ８７では充填効率差ｄηとゼロを比較する。部品劣化や熱膨張の影響（熱劣化）がほとんどない場合には充填効率差ｄη＝０であるため、ステップ８９に進んで誤差ｅｍ＝０とする。
【００７６】
これに対して、部品劣化や熱膨張の影響（熱劣化）があると、フィルタ４２の再生が完了しているにも拘わらず充填効率差ｄηはゼロとならないので、このときにはステップ８７よりステップ８８に進み、そのときの充填効率差ｄηの値を部品劣化・熱膨張に起因する誤差ｅｍに移す。
【００７７】
図９のブロック図は図８で得た部品劣化・熱膨張に起因する誤差ｅｍに基づいて目標充填効率ｔηを補正するためのものである。
【００７８】
加算部９１では、目標充填効率ｔηに部品劣化・熱膨張に起因する誤差ｅｍ（図８で既に得ている）を加算して、補正後目標充填効率ｔη’（＝ｔη＋ｅｍ）を演算する。
【００７９】
比較部９２では充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔとゼロを比較し、充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロであるときにはフィルタ４２の再生が完了していると判断しハイレベルの信号を出す。充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔがゼロないときには再生が完了していないと判断しローレベルの信号を出す。
【００８０】
比較部９３では充填効率差ｄηと誤差ｅｍを比較し、充填効率差ｄηが誤差ｅｍ以上あるときにハイレベルの信号を出し、充填効率差ｄηが誤差ｅｍ未満であるときにはローレベルの信号を出す。
【００８１】
比較部９２、９３からの信号の入力されるＡＮＤ回路９４では、比較部９２、９３からの信号が共にハイレベルのとき、フィルタ４２の再生が完了しているにも拘わらず、部品劣化や熱膨張が生じていると判断してハイレベルの信号を出し、比較部９２からの信号のみがハイレベルのとき、比較部８３からの信号のみがハイレベルのとき、比較部９２、９３からの信号が共にローレベルのとき、ローレベルの信号を出す。
【００８２】
選択部９５ではこのＡＮＤ回路９４からの信号に基づき補正後目標充填効率ｔη’と目標充填効率ｔηのいずれかを選択する。すなわち、ＡＮＤ回路９４からの信号がローレベルであるとき、つまり部品劣化や熱膨張が生じていないときには目標充填効率ｔηをそのまま出力する。これに対してＡＮＤ回路９４からの信号がハイレベルであるとき、つまりフィルタ４２の再生が完了しているにも拘わらず部品劣化や熱膨張が生じているときには、補正後目標充填効率ｔη’を改めて目標充填効率ｔηとして出力する。
【００８３】
フィードバック制御部９６では、実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηと一致するようにフィーバック制御信号をＥＧＲ率制御手段や過給圧制御手段に出力する。
【００８４】
フィーバック制御信号を受けるＥＧＲ率制御手段では、実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηより小さいとき、目標ＥＧＲ率を減らす側に、これに対して実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηより大きいとき目標ＥＧＲ率を増やす側に制御し、これによって実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηと一致するようにする。フィーバック制御信号を受ける過給圧制御手段では、実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηより小さいとき、可変ノズル２４の開度を減らして過給圧が高くなる側に、これに対して実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηより大きいとき可変ノズル２４の開度を増やして過給圧が低下する側に制御し、これによって実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηと一致するようにする。
【００８５】
ここで、第２実施形態の作用効果を説明する。
【００８６】
第２実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、充填効率差ｄηが減少傾向にある場合において、充填効率差ｄηがゼロ（第３の所定値以下）である状態が所定時間ｔ１以上経過した場合に、フィルタ４２の再生が完了したと判定するので（図８のステップ８５、８６参照）、差圧センサを用いることなくフィルタ４２の再生が完了する時期の判定が可能となった。
【００８７】
フィルタ４２へのパティキュレートの堆積以外に起因する圧力損失は、部品劣化に起因するものが大部分である。部品が劣化したときには当初の状態に回復しないので、実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηと一致するように制御しようとしても、部品劣化後であれば実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηに一致しない、つまり目標充填効率ｔηを達成できないままになる。第２実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、図８、図９に示したように、実際の充填効率ｒηが目標充填効率ｔηと一致するように制御する手段（図９のフィードバック制御部９６）を備え、フィルタ４２の再生が完了したと判定したタイミングで充填効率差ｄηがゼロでない場合に、そのゼロでない充填効率差を部品劣化・熱膨張に起因する誤差ｅｍとし、この誤差分ｅｍだけ目標充填効率ｔηを補正するので（図８のステップ８７、８８、図９の９１、９５）、部品劣化後や熱膨張が生じている場合においても実際の充填効率ｒηを目標充填効率ｔη（＝ｔη’）に一致させる、つまり達成したい目標充填効率ｔη（＝ｔη’）を実現することができる。
【００８８】
次に、図１０は第３実施形態のフィルタ４２の再生要求信号と再生完了信号とを出力させるためのものである。第１実施形態の図６と同一部分には同一の番号を付けている。
【００８９】
図１０を図６と比較すれば分かるように、第３実施形態の図１０にはパティキューレート堆積量演算部６２がない。つまり、第３実施形態は、充填効率差ｄηが第１の所定値ｍ１以上の場合または充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第２の所定値ｍ２以上の場合に、フィルタ４２の再生要求を出すように構成したものである。言い替えると、第３実施形態は図３の〈１〉に示した場合をブロック図としたものである。
【００９０】
ここで、第１の所定値ｍ１は、図７に示したように、パティキュレート堆積量の許容上限値に対応する充填効率差に相当する値である。すなわち、第１の所定値ｍ１は再生要求時期になったか否かを判定するための値で、予め適合しておく。
【００９１】
このように、第３実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、排気中のパーティキュレートを捕集するフィルタ４２を備えるディーゼルエンジンにおいて、図１０に示したように、目標充填効率ｔηと実際の充填効率ｒηとの差ｄηを演算し、この演算された充填効率差ｄηから充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔを演算し、充填効率差ｄηが第１の所定値ｍ１以上の場合または充填効率差の時間変化率ｄ（ｄη）／ｄｔが第２の所定値ｍ２以上の場合に、フィルタ４２の再生要求を出すように構成するので、第１実施形態と同様に、差圧センサを用いることなくフィルタ４２の再生要求時期の判定が可能となっている。
【００９２】
実施形態では充填効率で説明したが、充填効率に代えて体積効率を用いることができる。ここで、充填効率、体積効率の定義式は次の通りである。
【００９３】
充填効率＝１サイクル当たりのシリンダ吸入新気の質量
／標準状態で総行程容積を満たしたときの新気の質量
…（４）
体積効率＝１サイクル当たりのシリンダ吸入新気の質量
／大気状態で総行程容積を満たしたときの新気の質量
…（５）
請求項７に記載の目標充填効率演算手段の機能は図４により、充填効率差演算手段の機能は図６の充填効率差演算部６１により、パティキュレート堆積量推定手段の機能は図６のパティキュレート堆積量演算部６２によりそれぞれ果たされている。
【００９４】
請求項６に記載の目標充填効率演算手段の機能は図４により、充填効率差演算手段の機能は図６の充填効率差演算部６１により、パティキュレート堆積量推定手段の機能は図６のパティキュレート堆積量演算部６２により、時間変化率演算手段の機能は図６の微分演算部６４により、再生要求出力手段の機能は図６の比較部６３、６５、ＯＲ回路６６によりそれぞれ果たされている。
【００９５】
請求項１に記載の目標充填効率演算手段の機能は図４により、充填効率差演算手段の機能は図１０の充填効率差演算部６１により、時間変化率演算手段の機能は図１０の微分演算部６４により、再生要求出力手段の機能は図１０の比較部６３、６５、ＯＲ回路６６によりそれぞれ果たされている。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１実施形態のフィルタ再生処理装置の概略構成図。
【図２】フィルタの堆積状況に対する充填効率差の変化と、デバイスの劣化に対する充填効率差の変化とを示す特性図。
【図３】図２の一部詳細図。
【図４】目標充填効率を演算するためのブロック図。
【図５】目標充填効率基本値の特性図。
【図６】フィルタの再生要求信号と再生完了信号とを出力させるためのブロック図。
【図７】充填効率差に対するパティキュレート堆積量の特性図。
【図８】第２実施形態の部品劣化・熱膨張に起因する誤差の演算を説明するためのフローチャート。
【図９】第２実施形態の目標充填効率を補正するためのブロック図。
【図１０】第３実施形態のフィルタの再生要求信号と再生完了信号とを出力させるためのブロック図。
【符号の説明】
【００９７】
６  ＥＧＲ弁（ＥＧＲ装置）
２１  ターボ過給機
４１  エンジンコントロールユニット
４２  フィルタ
【図１】
2008111394.tif 000003
【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】
2008111394.tif 000010
【図９】
2008111394.tif 000011
【図１０】
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