(57)【要約】【課題】車両の動力性能等に影響を与えるのを抑制しつつ、パティキュレートフィルタの過昇温を防止可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】コントロールユニットは、現在から所定時間後のパティキュレートフィルタの温度を予測し、パティキュレートフィルタの温度が許容温度以上に過昇温することが予測されるときに、パティキュレートフィルタの過昇温を抑制するために、排気温度を上昇させる後噴射を禁止する。【選択図】図２
2008106709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、該フィルタにトラップされたパティキュレートの量を検出するトラップ量検出手段と、該検出手段により検出されたパティキュレート量が所定量以上となったときに、このトラップされたパティキュレートを燃焼除去する除去手段とが備えられたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、
現在から所定時間後の前記パティキュレートフィルタの温度を予測する温度予測手段と、
該温度予測手段により前記パティキュレートフィルタの温度が許容温度以上に過昇温することが予測されるときに、該パティキュレートフィルタの過昇温を抑制する過昇温抑制手段とが備えられていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置
【請求項２】
前記請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、該フィルタに流入する排気ガスの流量を直接的または間接的に検出する排気ガス流量検出手段とが備えられており、
前記温度予測手段は、前記排気温度検出手段で検出された排気ガスの温度と、前記排気ガス流量検出手段で検出された排気ガス流量と、前記トラップ量検出手段で検出されたパティキュレート量とに基づいて、排気ガスとパティキュレートフィルタとの間の熱伝達、パティキュレート燃焼による発熱、パティキュレートフィルタ内部での熱伝導を解析して該フィルタの温度を算出する温度解析モデルにより構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記過昇温抑制手段は、排気温度を上昇させる追加噴射を禁止することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記過昇温抑制手段は、排気ガス流量の低下を抑制することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関し、ディーゼルエンジンの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガス中に含まれるカーボン等のパティキュレート（排気微粒子）を大気に放出しないよう排気通路に配設したパティキュレートフィルタ（以下、適宜フィルタという）により捕獲（トラップ）することが行われている。
【０００３】
そして、このようにパティキュレートフィルタを備えた場合、フィルタに堆積した（トラップされた）パティキュレートの量がフィルタの飽和容量（堆積可能量）に達すると、この堆積した（トラップされた）パティキュレートを燃焼させ、フィルタ機能を再生する必要がある。
【０００４】
そこで、パティキュレートフィルタに備えられたヒータを作動させたり、燃料噴射弁からの燃料噴射時期を通常時よりも遅角して後燃えを促進させ排気温度を上昇させる等行うことにより、パティキュレートを燃焼させ、フィルタを再生させることが知られている。
【０００５】
しかしながら、前述のような先行技術では、パティキュレートフィルタ再生中に例えばエンジンの運転状態が減速状態に移行した時、フィルタの温度が許容温度以上に上昇し、フィルタの耐久性が低下するという問題がある。つまり、再生中は通常パティキュレートの燃焼によってフィルタの温度が上昇するが、減速によって排気ガス流量が減少すると、フィルタ内を排気ガスが通過することによるフィルタの温度低下作用（排気ガスとフィルタとの熱交換）が減少するため、パティキュレートフィルタ温度が急上昇し、過昇温状態となる虞があるのである。なお、減速時を一例として説明したが、減速時以外においても、例えばフィルタの再生を停止することができないような場合には、フィルタが過昇温状態となる虞がある。
【０００６】
この問題に対処するため、本願出願人は、特願２００２―２０５０４５号（特開２００４−４４５２４号公報、特許文献１）において、エンジンの吸気弁を開き気味に制御したり、変速機の変速マップを切換えることにより、排気ガス流量の低下を抑制することを提案している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−４４５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記特許文献１に記載のもののようにエンジンの吸気弁の開度を変更したり、変速マップの切換を行ったりすると、車両の動力性能に影響を与える虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、車両の動力性能等に影響を与えるのを抑制しつつ、パティキュレートフィルタの過昇温を防止可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１１】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、エンジンの排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、該フィルタにトラップされたパティキュレートの量を検出するトラップ量検出手段と、該検出手段により検出されたパティキュレート量が所定量以上となったときに、このトラップされたパティキュレートを燃焼除去する除去手段とが備えられたディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、現在から所定時間後の前記パティキュレートフィルタの温度を予測する温度予測手段と、該温度予測手段により前記パティキュレートフィルタの温度が許容温度以上に過昇温することが予測されるときに、該パティキュレートフィルタの過昇温を抑制する過昇温抑制手段とが備えられていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、該フィルタに流入する排気ガスの流量を直接的または間接的に検出する排気ガス流量検出手段とが備えられており、前記温度予測手段は、前記排気温度検出手段で検出された排気ガスの温度と、前記排気ガス流量検出手段で検出された排気ガス流量と、前記トラップ量検出手段で検出されたパティキュレート量とに基づいて、排気ガスとパティキュレートフィルタとの間の熱伝達、パティキュレート燃焼による発熱、パティキュレートフィルタ内部での熱伝導を解析して該フィルタの温度を算出する温度解析モデルにより構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記過昇温抑制手段は、排気温度を上昇させる追加噴射を禁止することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記過昇温抑制手段は、排気ガス流量の低下を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１６】
まず、請求項１に記載の発明によれば、パティキュレートフィルタにトラップされたパティキュレートの量が検出され、その量が所定量以上となったときに該パティキュレートが燃焼除去される。その場合に、現在から所定時間後の前記パティキュレートフィルタの温度が温度予測手段により予測され、該温度予測手段により前記パティキュレートフィルタの温度が許容温度以上に過昇温することが予測されるときに、過昇温抑制手段により前記パティキュレートフィルタの過昇温が抑制されることとなる。したがって、許容できないような過昇温が予測されるときのみ、過昇温抑制手段が作動することとなり、該過昇温抑制手段の作動を必要最小限に抑制しつつ、過昇温を防止することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度、流量、パティキュレートのトラップ量に基づいて、パティキュレートフィルタの温度を精度よく予測することができる。
【００１８】
そして、請求項３に記載の発明によれば、過昇温抑制手段により、パティキュレートフィルタを昇温させるための追加噴射が禁止されるので、パティキュレートフィルタの昇温が抑制されることとなる。
【００１９】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、過昇温抑制手段により排気ガス流量の低下が抑制されるので、排気ガスによるパティキュレートフィルタの冷却効果が損なわれるのが抑制されることとなり、したがって、パティキュレートフィルタの過昇温が抑制されることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２１】
本発明は、図１に示すディーゼルエンジン１に適用されている。このエンジン１は、例えば４気筒エンジンであって、エンジン本体２のシリンダボア内を上下動するピストン３が４つ備えられている（図１には１つのみ図示）。エンジン本体２のシリンダヘッドには気筒毎にインジェクタ４が備えられており、このインジェクタ４は気筒内燃焼室に燃料を直接噴射する。
【００２２】
そして、図外の燃料タンクとインジェクタ４との間の燃料供給経路上に高圧燃料ポンプ５及びコモンレール６が配置されている。ポンプ５は燃料タンクからコモンレール６に燃料を圧送し、コモンレール６は圧送された燃料を蓄積する。インジェクタ４が開弁すると、コモンレール６に蓄積された燃料がインジェクタ４の噴口から高圧で噴射される。このとき、インジェクタ４の開弁時間とコモンレール６内の燃圧を制御することにより燃料噴射量が制御可能である。また、インジェクタ４の開弁時期を制御することにより燃料噴射時期が制御可能である。なお、図中、燃料供給経路上の矢印は燃料の流れを示す。
【００２３】
吸気通路１０には、上流側から順に、エアクリーナ１１、エアフローセンサ１２、過給機のコンプレッサ１３、インタークーラ１４、吸気量を調節する吸気絞り弁１５、吸気圧センサ１６、吸気温センサ１７、そして吸気弁１８が備えられている。
【００２４】
排気通路２０には、上流側から順に、排気弁２１、過給機のタービン２２、酸化触媒装置２３、排気温センサ２４、上流側排気圧力センサ２５、排気ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ２６、そして下流側排気圧力センサ２７が備えられている。排気温センサ２４は、パティキュレートフィルタ２６に流入する排気ガスの温度を検出する。また、排気通路２０の比較的上流部と吸気通路１０の比較的下流部との間にＥＧＲ通路３０が配設され、該通路３０上には排気還流量を調節するＥＧＲ弁３１が備えられている。
【００２５】
エンジン本体２のクランクケースにはエンジン回転数センサ４１と、冷却水温センサ４２とが設けられている。車室にはアクセルペダル４２の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ４３が設けられている。
【００２６】
このエンジン１のコントロールユニット５０には、吸気流量、吸気圧、吸気温、パティキュレートフィルタ２６に流入する排気ガスの温度、フィルタ２６の上流側の排気圧力及び下流側の排気圧力、エンジン回転数、並びにアクセル開度（エンジン負荷）等の上記各センサで検出される信号が入力される。
【００２７】
そして、コントロールユニット５０は、エンジン回転数センサ４１によるエンジン回転数とアクセル開度センサ４５によるエンジン負荷とに基づいて、吸気温、ＥＧＲ等を考慮した上で基本燃料噴射量を求め、この基本燃料噴射量を冷却水温、吸気流量、吸気圧、吸気温等で補正して目標燃料噴射量を算出し、この目標燃料噴射量に基づき、インジェクタ４及び高圧燃料ポンプ５を制御する。なお、後述する後噴射を行う場合は、この後噴射も考慮して、インジェクタ４及び高圧燃料ポンプ５を制御する。
【００２８】
また、コントロールユニット５０は、エンジン回転数と目標燃料噴射量とに基づいて吸気量を設定し、この吸気量となるように吸気絞り弁１５の開度を制御すると共に、同じくエンジン回転数と目標燃料噴射量とに基づいて排気ガス還流量を設定し、この排気ガス還流量となるようにＥＧＲ弁３１を制御する。
【００２９】
また、コントロールユニット５０は、パティキュレートフィルタ２６に堆積している（トラップされている）パティキュレートの量（以下、適宜、パティキュレート堆積量という）を、フィルタ２６の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧に基づいて算出する。パティキュレート堆積量が多くなるとパティキュレートフィルタ２６の上流側の排気圧力が高くなり、下流側の排気圧力との差圧が大きくなることから、この差圧に基づいてパティキュレータフィルタ堆積量を検出することが可能である。
【００３０】
また、コントロールユニット５０は、推定されたパティキュレータフィルタ堆積量が、パティキュレートフィルタ２６の飽和許容量相当の第１所定量より多くなると、該第１所定量より小さい第２所定量（ほとんどゼロ）以下となるまで、パティキュレートフィルタ２６の再生を行う。すなわち、ピストン３の圧縮行程上死点近傍での主噴射の後、膨張行程中に燃料を追加噴射（後噴射）を行って、当該後噴射で生成した未燃成分を酸化触媒装置２３で酸化反応させることにより、酸化触媒装置２３より下流側の排気ガス温度を昇温させ、パティキュレートフィルタ２６に堆積しているパティキュレートを強制的に燃焼除去させる。
【００３１】
ところで、パティキュレートフィルタ２６の再生中は、このように該フィルタ２６の温度が上昇することとなるが、例えば車両が減速状態となって排気ガスの流量が減少すると、背景技術において説明したように、パティキュレートフィルタ２６内を排気ガスが通過することによるパティキュレートフィルタ２６の温度低下作用（排気ガスとパティキュレートフィルタ２６との熱交換）が減少し、パティキュレートフィルタ２６の温度が、該フィルタ２６の溶損等を防止可能な許容温度以上に過昇温する虞がある。
【００３２】
この過昇温を防止するため、本願出願人は、特願２００２―２０５０４５号（特開２００４−４４５２４号公報、特許文献１）において、エンジンの吸気弁１５を開き気味に制御したり、変速機の変速マップを切換えることにより、減速状態における排気ガス流量の低下を抑制することを提案したところであるが、このような制御を行うと、車両の動力性能に影響を与える虞がある。一方、パティキュレートフィルタ２６の温度上昇は、その時々の運転状態等にも左右され、減速状態になったからといって必ずしも許容温度以上となるわけではない。
【００３３】
そこで、本実施の形態においては、現在から所定時間後のパティキュレートフィルタ２６の温度を予測すると共に、この予測した温度が許容温度より高いときのみ、前述の後噴射を禁止するようにしたものであり、以下、この制御の詳細について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３４】
まず、ステップＳ１で、各種センサの検出信号を読込む。
【００３５】
次いで、ステップＳ２で、圧縮行程上死点近傍で噴射される主噴射の主噴射量をエンジン回転数とアクセル開度とのマップに基づいて設定するとともに、主噴射時期をエンジン回転数と燃料噴射量とのマップに基づいて設定する。
【００３６】
次いで、ステップＳ３で、排気圧力センサ２５、２６で検出された上流側排気圧力と下流側排気圧力との差圧に基づいてパティキュレートフィルタ２６に堆積パティキュレートの量、すなわちパティキュレート堆積量を算出する。
【００３７】
次いで、ステップＳ４において、ステップＳ３で検出されたパティキュレート堆積量がパティキュレートフィルタ２６の飽和許容量相当の第１所定量より多いか否かを判定する。
【００３８】
そして、ステップＳ４でＹＥＳのとき、つまり、パティキュレート堆積量が第１所定量より多いときは、ステップＳ５で、後噴射量、後噴射時期（ここでは、いずれも一定値）を設定する。
【００３９】
次いで、ステップＳ６で、現在から所定時間後のパティキュレートフィルタ２６の温度を予測する。なお、この予測の具体方法については後述する。
【００４０】
次いで、ステップＳ７で、車両が減速状態にあるかを判定する。ここで、車両が減速状態にあるか否かは、アクセル開度が所定開度（ほとんどゼロ）以下であるか否かにより判定される。
【００４１】
そして、ステップＳ７でＹＥＳのときは、次いで、ステップＳ８において、ステップＳ６で予測された現在から所定時間後のパティキュレートフィルタ２６の温度が許容温度以上か否か、すなわち過昇温状態となるか否かを判定し、ＹＥＳのときは、ステップＳ９で、後噴射を禁止して、ステップＳ１０に進み、ＮＯのときは、後噴射を禁止することなく、ステップＳ１０に進む。
【００４２】
そして、ステップＳ１０において、燃料噴射弁４を、ステップＳ２で設定された主噴射量、主噴射時期、及びステップＳ５で設定された後噴射量、後噴射時期で燃料が噴射されるように駆動する。なお、ステップＳ９で後噴射が禁止されたときは、当然ながら主噴射のみが行われるように制御される。
【００４３】
一方、ステップＳ４でＮＯのときは、ステップＳ１１に進み、パティキュレート堆積量が第１所定量よりも小さく設定された第２所定量（略０相当の値）よりも小さいか否かを判定する。
【００４４】
そして、ステップＳ１１でＮＯのとき、すなわち、パティキュレート堆積量が依然として多いときは、ステップＳ５に進み、前述のとおり後噴射量、後噴射時期を設定する。
【００４５】
一方、ステップＳ１１でＹＥＳのとき、すなわち、パティキュレートフィルタ２６の再生が十分に行われたときは、ステップＳ５からＳ９をバイパスしてステップＳ１０に進み、燃料噴射弁４を、ステップＳ２で設定された主噴射量、主噴射時期で燃料が噴射されるように駆動する。
【００４６】
また、ステップＳ７でＮＯのとき、すなわち減速状態でないときは、ステップＳ８，Ｓ９をバイパスしてステップＳ１０に進み、燃料噴射弁４を、ステップＳ２で設定された主噴射量、主噴射時期、及びステップＳ５で設定された後噴射量、後噴射時期で燃料が噴射されるように駆動する。
【００４７】
次に、前記フローチャートのステップＳ６で行われる現在から所定時間後のパティキュレートフィルタ２６の温度の予測について詳しく説明する。
【００４８】
すなわち、本実施の形態においては、現在から所定時間後のパティキュレートフィルタ２６の温度は、図３にブロック図で示すように、（１）排気ガスとパティキュレートフィルタ２６との間の熱伝達、（２）パティキュレート燃焼による発熱、（３）パティキユレートフィルタ２６内部での熱伝導等を考慮して算出され、図４のフローチャート（サブルーチン）に従って算出される。
【００４９】
すなわち、まず、ステップＳ１０１で、時間ｔとして時間ｔに制御周期Δｔｓを加算した値を設定する。なお、右辺の時間ｔの初期値はゼロが設定されている。また、一制御周期Δｔｓは所定量であり、例えば１秒に設定されている。なお、この一制御周期Δｔｓとは、実際にこのフローチャートが繰り返される周期のことではなく、時間Δｔｓ後の温度を予測するために設定された値である。
【００５０】
次いで、ステップＳ１０２で、前記（１）に相当する、排気ガスとパティキュレートフィルタ２６（フローチャートにおいてはＤＰＦと記載している）との熱伝達による一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗを計算する。ここで、本実施の形態においては、図５に示すように、パティキュレートフィルタ２６の担体を排気ガスの流れ方向に均等に計算上ｎ個のセル１〜ｎに分割し、各セル１〜ｎについてそれぞれ担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を算出する。なお、この具体的算出方法については後述する。
【００５１】
次いで、ステップＳ１０３で、前記（２）に相当する、パティキュレートフィルタ２６の再生に伴うパティキュレート燃焼による一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を計算する。なお、この具体的算出方法については後述するが、この担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）は、ステップＳ２で算出された担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を基準として算出される（図３参照）。
【００５２】
次いで、ステップＳ１０４で、前記（３）に相当する、パティキュレートフィルタ２６を構成する前記各セル１〜ｎ間での熱伝導を計算して、一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を計算する。なお、この具体的算出方法については後述するが、この担体温度Ｔｗは、ステップＳ１０３で算出された担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を基準として算出される（図３参照）。
【００５３】
次いで、ステップＳ１０５で、時間ｔが所定時間ｔｍ（特許制御の範囲における所定時間）となったか否かを判定し、所定時間ｔｍ未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ１０１に戻り、以後の処理を繰り返す。そして、所定時間ｔｍとなったときは（ＹＥＳ、ｔ＝ｔｍ）、ステップＳ１０６において、ステップＳ１０４で算出された各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）のうち、最大の値を現在から所定時間後のパティキュレートフィルタ２６の温度として記憶した後、メインルーチンに戻り、ステップＳ７を実行する。ここで、所定時間ｔｍは、例えば３０秒に設定されている。したがって、例えば、このフローチャートが３０回繰り返し行われることにより、現在から所定時間後（３０秒後）のパティキュレートフィルタ２６の温度が予測される。
【００５４】
次に、前記ステップＳ１０２で行われる、排気ガスとパティキュレートフィルタ２６との熱伝達による一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗの具体的算出方法について説明する。
【００５５】
すなわち、本実施の形態においては、前述したように、パティキュレートフィルタ２６の担体を排気ガスの流れ方向に計算上ｎ個のセル１〜ｎに分割し、各セル１〜ｎについてそれぞれ担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を算出する。
【００５６】
その場合に、これらの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）は、上流側から、セル１、セル２、…セルｎと順番に、前セルの計算結果を利用して計算される。以下、図６のフローチャート及び図７のブロック構成図を利用して説明する。
【００５７】
まず、ステップＳ２０１で、計算対象のセル番号ｉとして１を設定する。すなわち、最上流側のセル１に設定する。
【００５８】
次いで、ステップＳ２０２で、計算対象のセルｉにおける、排気ガスとセルｉの担体との熱伝達による一制御周期Δｔｓ後の当該セルｉの担体温度Ｔｗ（ｉ）、及び当該セルｉの下流側のセルｉ＋１における、排気ガス温度Ｔｉｎ（ｉ＋１）を算出する。その場合に、この担体温度Ｔｗ（ｉ）、及び排気ガス温度Ｔｉｎ（ｉ＋１）は、図７に示す複数の入力パラメータを用いて数式１〜４により算出される。なお、数式１によりΔＴｉｎ(ｉ)が算出されて、このΔＴｉｎ(ｉ)が数式２に代入され、数式３によりΔＴｗ(ｉ)が算出されて、このΔＴｗ(ｉ)が数式４に代入される。
［ 数式１ ］
ΔＴｉｎ(ｉ)＝（Ｓ(ｉ)×Δｔｃ×α×（Ｔｉｎ(ｉ) −Ｔｗ(ｉ)）／Ｃｅｘ(ｉ)
ここで、ΔＴｉｎ(ｉ)は、排気ガスがセルｉを通過する際の排気ガスの温度変化量である。Ｓ(ｉ)は、セルｉにおけるパティキュレートフィルタ２６と排気ガスとの接触面積であり、パティキュレートフィルタ２６の形状等に基づいて定まった値である。Δｔｃは、排気ガスがセルｉを通過するのに要する時間であり、１つのセルの空間容積と排気ガス流量とから算出される。この排気ガス流量は、エアフローセンサ１４により算出された空気量とエンジン回転センサ４１により検出されたエンジン回転数とに基づいて推定されるが、排気ガス流量センサを設けて直接検出するようにしてもよい。なお、各セルは排気ガスの流れ方向に均等に分割されているので、Δｔｃは各セル同一の値となる。αは、排気ガスからセルｉの担体への熱伝達率である。Ｔｉｎ(ｉ)は、セルｉに流入する排気ガスの温度であり、ｉ＝１のとき、すなわちセル１においては、排気温センサ２４の検出値が設定され、ｉ＞１のとき、すなわちセル２以後においては、前周期に数式２で算出されたＴｉｎ(ｉ＋１)が設定される。Ｔｗ(ｉ)は、セルｉの担体温度であり、全てのセルにおいて、前周期に後述するステップＳ１０４で算出されたＴｗ(ｉ)が設定される（例えば、セル１においては、前周期にステップＳ１０４で算出されたセル１のＴｗ（１）が、セル２においては前周期にステップＳ１０４で算出されたセル２のＴｗ（２）が設定される）。ただし、制御開始後１周期目においては、全てのセルにおいてＴｗ(ｉ)としてセル担体初期温度Ｔｗ０が設定される。Ｃｅｘ(ｉ)は、セルｉを通過する排気ガスの熱容量であり、排気温センサ２４で検出された排気ガス温度と前述のように求められた排気ガス流量とから排気ガス質量を求め、この質量と比熱とから求められる。なお、図３、図７、図９における各パラメータのボックスの左上にある黒四角はセンサによる計測値であり、白四角は計算値であり、無印は所定値であることを示す。
［ 数式２ ］
Ｔｉｎ(ｉ＋１)＝Ｔｉｎ(ｉ)−ΔＴｉｎ(ｉ)
ここで、Ｔｉｎ(ｉ＋１)は、下流側のセルｉ＋１における排気ガスの温度である。なお、Ｔｉｎ(ｉ)は、数式１におけるＴｉｎ(ｉ)と同様のものであり、 ΔＴｉｎ(ｉ)は、数式１で算出された値である。
［ 数式３ ］
ΔＴｗ(ｉ)＝（Ｓ(ｉ)×Δｔｓ×α×（Ｔｉｎ(ｉ)−Ｔｗ(ｉ)）／Ｃｃ(ｉ)
ここで、ΔＴｗ(ｉ)は、排気ガスがセルｉを通過する際のセルｉの温度変化量である。Δｔｓは、前述の制御周期である。Ｃｃ(ｉ)は、セルｉの担体の熱容量である。なお、Ｓ(ｉ)、α、Ｔｉｎ(ｉ)、 Ｔｗ(ｉ)は、数式１と同様である。 
［ 数式４ ］
Ｔｗ(ｉ)＝Ｔｗ(ｉ)＋ΔＴｗ(ｉ)
ここで、左辺のＴｗ(ｉ)は、計算結果としての、すなわちこの制御周期中における排気ガスとの間での熱伝達による温度変化量ΔＴｗ(ｉ)が考慮されたセルｉの担体温度であり、右辺のＴｗ(ｉ)は、前周期において、後述するステップＳ１０４において算出されたＴｗ（ｉ）であり、制御開始後１周期目においては、全てのセルにおいてＴｗ（ｉ）としてセル担体初期温度Ｔｗ０が設定される。ΔＴｗ(ｉ)は、数式３で算出された値である。
【００５９】
そして、数式１〜４の計算後、次に、ステップＳ２０３で、計算対象のセル番号ｉに１を加算する。
【００６０】
次いで、ステップＳ２０４で、計算対象のセル番号ｉがｎよりも大きくなったか、すなわち本パティキュレートフィルタ２６の最下流側のセルｎまでステップＳ２０２の計算が完了したか否かを判定し、セル番号ｉがｎよりも大きくないときは（ＮＯ）、ステップＳ２０２に戻って次の対象セルについて計算を行い、セル番号ｉがｎよりも大きくなったときは（ＹＥＳ）、図４のフローチャートに戻り、ステップＳ１０３の処理を行う。
【００６１】
次に、このステップＳ１０３で行われる、パティキュレートフィルタ２６の再生に伴うパティキュレート燃焼による一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）の具体的算出方法について説明する。
【００６２】
すなわち、このステップＳ１０３の計算においても、ステップＳ１０２同様、パティキュレートフィルタ２６の担体を排気ガスの流れ方向に計算上ｎ個のセル１〜ｎに分割し、各セル１〜ｎについてそれぞれ担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を算出する。以下、図８のフローチャート及び図９のブロック図を利用して説明する。
【００６３】
まず、ステップＳ３０１で、計算対象のセル番号ｉとして１を設定する。すなわち、最上流側のセル１に設定する。
【００６４】
次いで、ステップＳ３０２で、計算対象のセルｉにおける、パティキュレート燃焼による一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）を算出する。その場合に、この担体温度Ｔｗ（ｉ）は、図９に示す複数の入力パラメータを用いて、以下のようにパティキュレート燃焼量等を求めた後、数式５〜８により算出される。
【００６５】
すなわち、コントロールユニット５０は、パティキュレート堆積量毎（一定の範囲毎）に、図１０に示すような複数の再生量算出テーブルを記憶している。各再生量算出テーブルにはセルの担体温度Ｔｗ（ｉ）に対応する再生量ａ１１，ａ１２…が定義されている。なお、このテーブルは各セル１〜ｎで共通して用いられる。
【００６６】
コントロールユニット５０は、まず、前周期において算出されたパティキュレート堆積量Ｐｔ（ｉ）に今周期中に新たにエンジンから排出されるパティキュレートの量Ｐｎ（ｉ）を加算した値、すなわちＰｔ（ｉ）＋Ｐｎ（ｉ）に基づいて使用すべき再生量算出テーブルを決定する。そして、この再生量算出テーブルを参照して現在のセルｉの担体温度Ｔｗ(ｉ)に対応する再生量を求める。ここで、この再生量算出テーブルでは、フィルタ２６全体が同一温度であるときの、フィルタ２６全体で再生される量が定義されており、各セルｉにおける再生量（燃焼量）Ｐｆ（ｉ）は、前記テーブルから求めた再生量に、フィルタ２６全体に対する当該セルｉの容積比率を乗算することにより算出される。なお、この容積比率は、記憶されており、またはパラメータとして入力される。
【００６７】
そして、数式５〜８により，一制御周期Δｔｓ間でのパティキュレート燃焼による熱発生量Ｑｕ（ｉ）を算出し、この熱発生量Ｑｕ（ｉ）を数式６に代入してパティキュレート燃焼による一制御周期Δｔｓ後のセルｉの温度変化量ΔＴｗ(ｉ)を算出し、この温度変化量ΔＴｗ(ｉ)を数式７に代入して、パティキュレート燃焼による一制御周期Δｔｓ後のセルｉの担体温度Ｔｗ（ｉ）を算出する。
［ 数式５ ］
Ｑｕ（ｉ）＝Ｐｆ（ｉ）×Ｑｐ
ここで、Ｑｕ（ｉ）は、セルｉにおける、一制御周期Δｔｓ間でのパティキュレート燃焼による熱発生量である。Ｐｆ（ｉ）は、前記テーブルから求められた一制御周期Δｔｓ間でのパティキュレート燃焼量（再生量）である。Ｑｐは、パティキュレートが単位量燃焼したときの発熱量である。
［ 数式６ ］
ΔＴｗ(ｉ)＝Ｑｕ（ｉ）／Ｃｃ(ｉ)
ここで、ΔＴｗ(ｉ)は、パティキュレート燃焼による一制御周期Δｔｓ後のセルｉの温度変化量である。Ｑｕ（ｉ）は、数式５により算出された、セルｉにおける一制御周期Δｔｓ間でのパティキュレート燃焼による熱発生量である。Ｃｃ(ｉ)は、セルｉの担体の熱容量である。
［ 数式７ ］
Ｔｗ(ｉ)＝Ｔｗ(ｉ)＋ΔＴｗ(ｉ)
ここで、左辺のＴｗ(ｉ)は、計算結果としての、すなわちこの制御周期中におけるパティキュレート燃焼による温度変化量ΔＴｗ(ｉ)が考慮されたセルｉの担体温度であり、右辺のＴｗ(ｉ)は、同一周期中にステップＳ１０２（数式４）で算出されたＴｗ(ｉ)である。ΔＴｗ(ｉ)は、数式６で算出された値である。
【００６８】
なお、このステップＳ３０２では、前述のようにして算出された再生量（パティキュレート燃焼量）Ｐｆ（ｉ）、エンジンから新たに排出されるパティキュレートの量（以後、パティキュレート排出量という）Ｐｎ（ｉ）、及び前周期で算出されたパティキュレート堆積量Ｐｔ(ｉ）に基づいて、このように再生された後に当該セルｉに残留するパティキュレートの残量、すなわちパティキュレート堆積量Ｐｔ（ｉ）を算出する。ここで、新たに排出されたパティキュレートはフィルタ２６内に均一に堆積するものと仮定しており、パティキュレート排出量Ｐｎ（ｉ）は、一制御周期Δｔｓ内にエンジンから新たに排出されるパティキュレートの全量に、フィルタ２６全体に対する当該セルｉの容積比率を乗算することにより算出される。
［ 数式８ ］
Ｐｔ（ｉ）＝Ｐｔ(ｉ）＋Ｐｎ（ｉ）−Ｐｆ（ｉ）
ここで、左辺のＰｔ（ｉ）は、計算結果としてのパティキュレート堆積量であり、右辺のＰｔ（ｉ）は、前制御周期において算出されたパティキュレート堆積量である。Ｐｎ（ｉ）は、この一制御周期Δｔｓ中にエンジンから新たに排出されるパティキュレート量（パティキュレート排出量）である。Ｐｆ（ｉ）は、前記テーブルから求められた再生量（パティキュレート燃焼量）である。
【００６９】
そして、数式５〜８の計算後、次に、ステップＳ３０３で、計算対象のセル番号ｉに１を加算する。
【００７０】
次いで、ステップＳ３０４で、計算対象のセル番号ｉがｎよりも大きくなったか、すなわち本パティキュレートフィルタ２６の最下流側のセルｎまでステップＳ３０２の計算が完了したか否かを判定し、セル番号ｉがｎよりも大きくないときは（ＮＯ）、ステップＳ３０２に戻って次の対象セルについて計算を行い、セル番号ｉがｎよりも大きくなったときは（ＹＥＳ）、図４のフローチャートに戻り、ステップＳ１０３の処理を行う。
【００７１】
次に、図４のフローチャートのステップＳ１０４で行われる、パティキュレートフィルタ２６を構成する前記各セル１〜ｎ間での熱伝導を解析することによる、一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）の算出方法について説明する。
【００７２】
各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）は、数式９に示す熱伝導方程式を解くことにより求められる。
［ 数式９ ］
ρ・Ｃ・ｄＴ／ｄｔ＝λ・ｄ２Ｔ／ｄｘ２
ここで、ρは、セルｉの担体密度である。Ｃは、セルｉの担体の熱容量Ｃ（前述のＣｄ）である。ｄＴ／ｄｔは、熱伝導方程式における非定常項である。なお、ｄは偏微分記号の代用である。λは、担体の熱伝導率である。ｄ２Ｔ／ｄｘ２は、熱伝導方程式における拡散項である。なお、ｄは偏微分記号の代用である。また、この方程式を解く際、なお、ステップＳ１０３で算出された一制御周期Δｔｓ後の各セル１〜ｎの担体温度Ｔｗ（１）〜Ｔｗ（ｎ）がパラメータとして利用される。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、パティキュレートフィルタ２６にトラップされたパティキュレートが第１所定量以上となったときに、該パティキュレートが燃焼除去される。その場合に、現在から所定時間後のパティキュレートフィルタ２６の温度が予測され（温度予測手段）、許容温度以上に過昇温することが予測されるときに、後噴射が禁止されることにより、図１１に実線で示すように、禁止しない場合（点線で示す）よりもパティキュレートフィルタ２６の昇温が抑制され、過昇温状態（許容温度以上の状態）となることが防止されることとなる（過昇温抑制手段）。つまり、許容できないような過昇温が予測されるときのみ、後噴射が禁止されることとなり（過昇温抑制手段が作動することとなり）、後噴射の禁止を（該過昇温抑制手段の作動を）必要最小限に抑制しつつ、過昇温を防止することができる。また、減速が生じたときに一様に後噴射を禁止する場合よりも、パティキュレートフィルタ２６の再生が中断される時間及び頻度が少なくなり、再生が迅速かつ効率的に行われることとなる。
【００７４】
また、前述したように、複数のパラメータを用いて、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度、流量、パティキュレートのトラップ量等の複数のパラメータに基づいて、パティキュレートフィルタの温度を予測するので、予測精度が良好なものとなる。
【００７５】
なお、本実施の形態においては、ステップＳ８で過昇温が予測されるときに、過昇温となるのを防止するためにステップＳ９で後噴射を禁止するようにしたが（請求項３に対応する）、ステップＳ９ではパティキュレートフィルタ１２に流入する排気ガスの流量の低下を抑制する処理を行ってもよい(請求項４に対応する)。
【００７６】
具体的には、まず一例目として、吸気絞り弁８の開度を、過昇温となる虞がないときよりも増大させるのである。これによれば、過昇温が予測されるときには、エンジンに吸入される空気量が増加することとなり、その増加分だけエンジンから排出される排気ガス流量が増加し、パティキュレートフィルタ１２の温度上昇が抑制されることとなる。
【００７７】
また二例目として、変速機のシフトパターンの変更を行ってもよい。すなわち、変速機の変速特性として、通常状態用と過昇温防止用との２つを設けておき、過昇温が予測されるときに、変速ラインを、図１２に示すように、実線で示す通常状態用ラインから点線で示す過昇温防止用ラインに切り替えて高速側に補正するのである。これによれば、過昇温が予測されるときには、自動変速機の変速比が高速側に補正されることによりエンジン回転数が上昇して、エンジンに吸入される空気量が増加することとなり、その増加分だけエンジンから排出される排気ガス流量が増加し、パティキュレートフィルタ１２の温度上昇が抑制されることとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、パティキュレートフィルタにトラップされたパティキュレートを燃焼除去するように構成されたディーゼルエンジンに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置のシステム構成図である。
【図２】コントロールユニットにより行われる主制御のフローチャートである。
【図３】パティキュレートフィルタの温度予測の構成図である。
【図４】パティキュレートフィルタの温度予測のメインフローチャートである（図２のフローチャートのステップＳ６のサブルーチンのフローチャートである）。
【図５】パティキュレートフィルタの温度予測の際の該フィルタの分割図である。
【図６】パティキュレートフィルタの温度予測のうち、熱伝達を計算するフローチャートである（図４のフローチャートのステップＳ１０２のサブルーチンのフローチャートである）。
【図７】パティキュレートフィルタの温度予測のうち、熱伝達を計算する部分の構成図である。
【図８】パティキュレートフィルタの温度予測のうち、パティキュレート燃焼による熱発生を計算するフローチャートである（図４のフローチャートのステップＳ１０３のサブルーチンのフローチャートである）。
【図９】パティキュレートフィルタの温度予測のうち、パティキュレート燃焼による熱発生を計算する部分の構成図である。
【図１０】パティキュレート燃焼量を求めるためのテーブルの構成図である。
【図１１】本制御の作用を示すタイムチャートである。
【図１２】他の例における変速パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１        ディーゼルエンジン
２４      排気温センサ（排気温度検出手段）
２５      上流側排気圧力センサ（トラップ量検出手段）
２６      パティキュレートフィルタ
２７      下流側排気圧力センサ（トラップ量検出手段）
５０      コントロールユニット（トラップ量検出手段、除去手段、温度予測手段、過昇温抑制手段、排気ガス流量検出手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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