(57)【要約】【課題】フィルタの微粒子捕集量を正確に検出することができるような排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路が二つの分岐通路に分岐し、フィルタ２４が第一分岐通路内に配置され、分岐通路の分岐部に切替弁２７が配置される。切替弁は第一分岐通路に排気ガスを流入させるフィルタ流入位置と、第二分岐排気通路に排気ガスを流入させるバイパス位置との間で切り替えられる。さらに、第一分岐通路およびフィルタに起因する圧損または第二分岐通路に起因する圧損を推定することができる圧損推定手段を具備する。切替弁がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、切替弁がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分からフィルタの微粒子捕集量を推定するようにした。【選択図】　　　図１
2004132268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路が二つの分岐排気通路に分岐し、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタが第一分岐排気通路内に配置され、上記分岐排気通路の分岐部に切替弁が配置され、該切替弁は第一分岐排気通路に少なくとも大部分の排気ガスを流入させるフィルタ流入位置と、第二分岐排気通路に少なくとも大部分の排気ガスを流入させるバイパス位置との間で切り替えられ、さらに、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには第一分岐排気通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには第二分岐排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、
切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分からパティキュレートフィルタの微粒子捕集量を推定するようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路から分岐して該分岐部に再び戻る環状通路を設け、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを上記環状通路内に配置し、上記分岐部に切替弁が配置され、該切替弁は環状通路に少なくとも大部分の排気ガスが流入するフィルタ流入位置と、排気ガスの少なくとも大部分が環状通路に流入することなく上記分岐部下流へと排気通路内を流れるバイパス位置との間で切り替えられ、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには環状通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには分岐部の排気上流と排気下流との間の排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、
切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分からパティキュレートフィルタの微粒子捕集量を推定するようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記圧損推定手段は内燃機関に吸入される吸入空気量と分岐部の排気上流の圧力との少なくともいずれか一方に基づいて圧損を推定する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記分岐排気通路はパティキュレートフィルタの排気下流で合流しており、上記圧損推定手段は分岐部の排気上流における排気通路内の圧力と合流部の排気下流における排気通路内の圧力との差圧に基づいて圧損を推定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記圧損圧損推定手段は分岐部の排気上流における排気通路内の圧力と分岐部の排気下流における排気通路内の圧力との差圧に基づいて圧損を推定する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化除去するための制御を実行した後に上記捕集量を推定するようにした請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを内燃機関の排気通路上に配置し、内燃機関の吸気通路および排気通路の全体に起因する圧損に関するパラメータを推定するための圧損推定手段を具備し、該圧損推定手段によって推定される圧損に関するパラメータの値との差分からパティキュレートフィルタの微粒子捕集量を推定する内燃機関の排気浄化装置において、
上記排気通路は上記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を具備し、上記圧損に関するパラメータは、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過した場合に圧損推定手段によって推定された圧損の値と、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過せずにバイパス通路を通過した場合に圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分である内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
エアクリーナが使用された状態である場合に圧損推定手段によって推定される圧損に関するパラメータの値と、エアクリーナが未使用の状態にある場合に圧損推定手段によって推定される圧損に関するパラメータの値との差分からエアクリーナに起因する圧損を推定するようにした請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、流入する排気ガス中の微粒子を捕集することができるパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）を内燃機関の排気通路上に配置した排気浄化装置が知られている。このようなフィルタでは微粒子の捕集量が増大すると、フィルタの詰まり度合いが高くなり、これに伴ってフィルタに起因する排気ガスの圧力損失（以下、圧損と称す）が上昇して、内燃機関の運転に悪影響を及ぼしてしまう。このため、フィルタを備えた排気浄化装置では、フィルタに捕集されている微粒子捕集量が多くなると、フィルタに捕集されている微粒子を燃焼、除去するフィルタ再生処理を実行し、これによりフィルタに起因する圧損が大きくなってしまうことを防止している。
【０００３】
この場合、フィルタ再生処理を適切なタイミングで実行するためには、フィルタに捕集されている微粒子捕集量を検出しなければならない。このため、微粒子捕集量を検出することができる排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような排気浄化装置では、微粒子捕集量を検出するために内燃機関の負荷状態に関連する負荷パラメータ、例えば吸入空気量を検出している。吸入空気量はフィルタの微粒子捕集量に応じて変化するため、検出された吸入空気量から微粒子捕集量を推定している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５２８３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内燃機関の吸入空気量はフィルタの微粒子捕集量に応じてだけではなく、他の様々な要因に応じて変化する。このように検出された吸入空気量はフィルタの微粒子捕集量以外の要因の影響をも反映してしまうため、検出された吸入空気量から正確なフィルタの微粒子捕集量を推定することは困難である。このことは、吸入空気量だけではなく、上記公報に記載された内燃機関の負荷状態に関する負荷パラメータ全てに同じ事が言える。したがって、負荷パラメータに対する微粒子捕集量以外の要因の影響をできるだけ排除して、より正確にフィルタの微粒子捕集量を推定することができるような排気浄化装置が望まれている。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、フィルタの微粒子捕集量を正確に検出することができるような排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路が二つの分岐排気通路に分岐し、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタが第一分岐排気通路内に配置され、上記分岐排気通路の分岐部に切替弁が配置され、該切替弁は第一分岐排気通路に少なくとも大部分の排気ガスを流入させるフィルタ流入位置と、第二分岐排気通路に少なくとも大部分の排気ガスを流入させるバイパス位置との間で切り替えられ、さらに、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには第一分岐排気通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには第二分岐排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分からパティキュレートフィルタの微粒子捕集量を推定するようにした。
【０００８】
第１の発明によれば、少なくとも大部分の排気ガスが第一分岐排気管に流入したとき、すなわち少なくとも大部分の排気ガスがパティキュレートフィルタを通過したときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、少なくとも大部分の排気ガスが第二分岐排気管に流入したとき、すなわち少なくとも大部分の排気ガスがパティキュレートフィルタを通過しなかったときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分は、純粋にパティキュレートフィルタのみに起因する圧損の値を示す。したがって、第１の発明では、純粋にパティキュレートフィルタのみに起因する圧損の値から微粒子捕集量が推定される。
【０００９】
第２の発明では、内燃機関の排気通路から分岐して該分岐部に再び戻る環状通路を設け、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを上記環状通路内に配置し、上記分岐部に切替弁が配置され、該切替弁は環状通路に少なくとも大部分の排気ガスが流入するフィルタ流入位置と、排気ガスの少なくとも大部分が環状通路に流入することなく上記分岐部下流へと排気通路内を流れるバイパス位置との間で切り替えられ、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには環状通路およびパティキュレートフィルタに起因する圧損を推定し、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときには分岐部の排気上流と排気下流との間の排気通路に起因する圧損を推定するための圧損推定手段を具備する内燃機関の排気浄化装置において、切替弁の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、切替弁の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分からパティキュレートフィルタの微粒子捕集量を推定するようにした。
【００１０】
第３の発明では、第１または第２の発明において、上記圧損推定手段は内燃機関に吸入される吸入空気量と分岐部の排気上流の圧力との少なくともいずれか一方に基づいて圧損を推定する。
【００１１】
第４の発明では、第１の発明において、上記分岐排気通路はパティキュレートフィルタの排気下流で合流しており、上記圧損推定手段は分岐部の排気上流における排気通路内の圧力と合流部の排気下流における排気通路内の圧力との差圧に基づいて圧損を推定する。
【００１２】
第５の発明では、第２の発明において、上記圧損圧損推定手段は分岐部の排気上流における排気通路内の圧力と分岐部の排気下流における排気通路内の圧力との差圧に基づいて圧損を推定する。
【００１３】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、上記パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化除去するための制御を実行した後に上記捕集量を推定するようにした。
なお、上記第６の発明において、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子を酸化、除去するための制御（フィルタ再生制御）を実行した後とは、後述する実施形態においては、微粒子除去制御が終了せしめられたとき、または微粒子除去制御の開始または終了から所定時間以内であるとき、あるいは、微粒子除去制御終了後に一定量の微粒子がパティキュレートフィルタに捕集されるまでの間に相当する。
【００１４】
第７の発明では、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを内燃機関の排気通路上に配置し、内燃機関の吸気通路および排気通路の全体に起因する圧損に関するパラメータを推定するための圧損推定手段を具備し、該圧損推定手段によって推定される圧損に関するパラメータの値との差分からパティキュレートフィルタの微粒子捕集量を推定する内燃機関の排気浄化装置において、上記排気通路は上記パティキュレートフィルタをバイパスするためのバイパス通路を具備し、上記圧損に関するパラメータは、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過した場合に圧損推定手段によって推定された圧損の値と、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過せずにバイパス通路を通過した場合に圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分である。
【００１５】
第８の発明では、第７の発明において、エアクリーナが使用された状態である場合に圧損推定手段によって推定される圧損に関するパラメータの値と、エアクリーナが未使用の状態にある場合に圧損推定手段によって推定される圧損に関するパラメータの値との差分からエアクリーナに起因する圧損を推定するようにした。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の排気浄化装置について説明する。図１は本発明の排気浄化装置を備えた筒内噴射型の圧縮自着火式のディーゼル内燃機関を示している。なお、本発明において用いられる排気浄化装置は火花点火式内燃機関にも搭載可能である。
【００１７】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００１８】
吸気ダクト１３内にはスロットル弁駆動用ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、さらに吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は排気管２２を介して以下に詳述する排気浄化装置２３に連結される。
【００１９】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路３１を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路３１内には電気制御式ＥＧＲ制御弁３２が配置される。またＥＧＲ通路３１周りにはＥＧＲ通路３１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置３３が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置３３内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２０】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３４に連結される。このコモンレール３４内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給され、コモンレール３４内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４にはコモンレール３４内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３６が取り付けられ、燃料圧センサ３６の出力信号に基づいてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。
【００２１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ３６の出力信号は対応するＡ／Ｄ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２２】
アクセルペダル５１にはアクセルペダル５１の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５２が接続され、負荷センサ５２の出力電圧は対応するＡ／Ｄ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５３が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁３２、および燃料ポンプ３５に接続される。
【００２３】
次に、本発明の排気浄化装置２３の構成について説明する。本発明の排気浄化装置２３は流入する排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称す）２４と、排気管２５とを具備する。排気管２５は上流側排気管（排気通路）２５ａと、分岐部２５ｂと、フィルタ側分岐管（分岐排気通路）２５ｃと、バイパス側分岐管（分岐排気通路）２５ｄと、合流部２５ｅと、下流側排気管２５ｆとを具備し、フィルタ２４がフィルタ側分岐管２５ｃ上に配置されたケーシング２６内に内蔵される。
【００２４】
排気管２５についてより詳細に説明すると、排気管２５の上流に配置される排気管２２に上流側排気管２５ａが連結される。上流側排気管２５ａは分岐部２５ｂにおいてフィルタ２４が配置されたフィルタ側分岐管２５ｃとフィルタ２４をバイパスするためのバイパス側分岐管２５ｄとに分岐する。これら分岐管２５ｃ、２５ｄはフィルタ２４の排気下流の合流部２５ｅにおいて合流し、下流側排気管２５ｆへと続く。そして、分岐部２５ｂには流量調整弁２７が設けられる。流量調整弁２７は対応する駆動回路４８を介してＥＣＵ４０の出力ポート４６に接続された流量調整弁用ステップモータ２８により制御される。
【００２５】
流量調整弁２７はバイパス側分岐管２５ｄに流入する排気ガスの流量を調整することができる。特に、流量調整弁２７はその作動位置に応じてフィルタ側分岐管２５ｃに流入する排気ガスの流量とバイパス側分岐管２５ｄに流入する排気ガスの流量との割合を調整することができる。例えば、流量調整弁２７はバイパス側分岐管２５ｄを閉鎖するフィルタ流入位置（図１に実線で示した位置）とフィルタ側分岐管２５ｃを閉鎖するバイパス位置（図１に破線で示した位置）との間で揺動し、フィルタ側分岐管２５ｃを閉鎖する位置からの角度θに応じて各分岐管２５ｃ、２５ｄに流入する排気ガスの流量が定まる。なお、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあると、上流側排気管２５ａから分岐部２５ｂに流入した排気ガスのうちフィルタ側分岐管２５ｃに大部分のまたは全ての排気ガスが流入し、一方、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあると、上流側排気管２５ａから分岐部２５ｂに流入した排気ガスのうちバイパス側分岐管２５ｄに大部分のまたは全ての排気ガスが流入する。また、流量調整弁２７をこれらフィルタ流入位置とバイパス位置との間で切り替えることができる切替弁として使用することもできる。
【００２６】
さらに、上流側排気管２５ａおよび下流側排気管２５ｆにはそれぞれ圧力センサ２９、３０が設けられる。すなわち、上流側排気管２５ａがフィルタ側分岐管２５ｃとバイパス側分岐管２５ｄとに分岐する分岐部２５ｂの排気上流側に上流側圧力センサ２９が設けられ、フィルタ側分岐管２５ｃとバイパス側分岐管２５ｄとが合流する合流部２５ｅの排気下流側に下流側圧力センサ３０が設けられる。これら圧力センサ２９、３０によって、それぞれ上流側排気管２５ａ内を流れる排気ガスの圧力および下流側排気管２５ｆ内を流れる排気ガスの圧力を検出することができる。したがって、これら圧力センサ２９、３０は分岐部２５ｂの排気上流の圧力と合流部２５ｅの排気下流の圧力との差圧を検出することができる。したがって、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときにはフィルタ側分岐管２５ｃの排気上流側と排気下流側との間の差圧が検出され、流量調整弁の２７作動位置がバイパス位置にあるときにはバイパス側分岐管２５ｄの排気上流側と排気下流側との間の差圧が検出される。
【００２７】
換言すると、これら圧力センサ２９、３０は流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときにはフィルタ側分岐管２５ｃおよびフィルタ２４に起因する排気ガスの圧力損失（以下、圧損と称す）を検出することができ、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときにはバイパス側分岐管２５ｄに起因する圧損を検出することができる。このため、これら圧力センサ２９、３０はフィルタ側分岐管２５ｃおよびフィルタ２４とバイパス側分岐管２５ｄとに起因する圧損を推定するための圧損推定手段として使用される。
【００２８】
ところで、本発明の排気浄化装置２３で用いられるフィルタ２４では微粒子の捕集量が増大すると、フィルタ２４の詰まり度合いが高くなる。このようにフィルタ２４の詰まり度合いが高くなると、フィルタ２４を排気ガスが通過しにくくなり、よってフィルタ２４に起因する排気ガスの圧力損失（以下、圧損と称す）が上昇してしまう。フィルタ２４に起因する圧損が上昇すると、内燃機関の燃焼室５から排気ガスが流出しにくくなり、よって内燃機関の運転が悪化してしまう。このため、フィルタ２４を備えた排気浄化装置２３では、フィルタ２４に捕集されている微粒子捕集量が多くなると、フィルタ２４に捕集されている微粒子を酸化、除去するためのフィルタ再生処理を実行し、これによりフィルタ２４に起因する圧損が大きくなってしまうことを防止している。
【００２９】
フィルタ再生処理を実行するタイミングは、フィルタ２４に捕集されている微粒子の量である微粒子捕集量に基づいて決定される。すなわち、フィルタ２４に起因する圧損が高くなって内燃機関の運転状態が悪化してしまう程度に微粒子捕集量が増大したときにフィルタ再生処理が実行される。このため、フィルタ再生処理を実行するような排気浄化装置２３では、常にフィルタ２４の微粒子捕集量が検出されており、微粒子捕集量が所定量以上となった場合にフィルタ再生処理が実行される。
【００３０】
一般に、フィルタ２４の微粒子捕集量とフィルタ２４の圧損との間には相関関係がある。より詳細には、フィルタ２４の微粒子捕集量が多くなるとそれに伴ってフィルタ２４の圧損も大きくなる。したがって、フィルタ２４の圧損を検出すれば、フィルタ２４の圧損から微粒子捕集量を推定することができる。そこで、一般にフィルタ２４の微粒子捕集量を求めるためには、フィルタ２４の圧損が検出せしめられる。また、上述したように、本発明の第一実施形態の排気浄化装置２３では、フィルタ２４の上下流間の差圧からフィルタ２４の圧損が推定される。
【００３１】
ところが、フィルタ２４の上下流間の差圧はフィルタ２４の微粒子捕集量に応じてだけではなく、他の様々な要因、例えば分岐管２５ｃ、２５ｄ自体に起因する圧損に応じて変化する。このように検出されたフィルタ２４の上下流間の差圧はフィルタ２４の微粒子捕集量以外の要因の影響をも反映してしまうため、検出された差圧から正確にフィルタ２４の微粒子捕集量のみを推定することは困難である。したがって、このようなフィルタ２４の微粒子捕集量以外の要因の影響をできるだけ排除して、純粋なフィルタ２４の微粒子捕集量を推定するようにすることが必要とされている。
【００３２】
これに対して、本発明の排気浄化装置２３では、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分からフィルタ２４の微粒子捕集量が推定される。一般に、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定される圧損の値は、フィルタ２４に起因する圧損の値とフィルタ側分岐管２５ｃに起因する圧損の値とを合計した値である。一方、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定される圧損の値は、バイパス側分岐管２５ｄに起因する圧損の値である。したがって、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分は、フィルタ２４およびフィルタ側分岐管２５ｃに起因する圧損の値からバイパス側分岐管２５ｄに起因する圧損の値を減算したものであり、フィルタ２４のみに起因する圧損の値を示している。したがって、この差分からフィルタ２４の微粒子捕集量を推定することにより、フィルタ２４の微粒子捕集量を正確に算出することができる。
【００３３】
より詳細には、第一実施形態の排気浄化装置２３では、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときに二つの圧力センサ２９、３０によって検出された差圧と、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに二つの圧力センサ２９、３０によって検出された差圧との差分からフィルタ２４のみに起因する圧損の値が算出され、そしてフィルタ２４の微粒子捕集量が推定される。
【００３４】
なお、上記第一実施形態の排気浄化装置２３では、二つの圧力センサ２９、３０によって検出された圧力から分岐部２５ｂの排気上流側における上流側排気管２５ａ内の圧力と合流部２５ｅの排気下流側における下流側排気管２５ｆ内の圧力との間の差圧を検出していたが、圧力センサでなく、差圧センサによって分岐部２５ｂの排気上流側の圧力と合流部２５ｅの排気下流側の圧力との間の差圧を検出してもよい。
【００３５】
次に、本発明の第二実施形態の排気浄化装置について説明する。本発明の第二実施形態の排気浄化装置の構成は、基本的に第一実施形態の排気浄化装置２３の構成と同様であるが、第一実施形態では合流部２５ｅの排気下流に配置されていた圧力センサ３０が第二実施形態では配置されていない。
【００３６】
一般に、本発明の排気浄化装置の排気下流は大気中に開放されているか、または更なる排気浄化器が設けられる。大気圧は基本的に大きく変動しないため、排気浄化装置の排気下流が大気中に開放されている場合には上記合流部２５ｅの排気下流側の圧力はほぼ一定である。また、合流部２５ｅの排気下流に更なる排気浄化器が設けられていても、この排気浄化器にバイパス通路等が設けられていて排気ガスの流路を切り替えるようになっていたりしない限り、合流部２５ｅの排気下流側の圧力は大きく変動しない。このように、合流部２５ｅの排気下流側の圧力が大きく変動せず、ほぼ一定である場合、分岐部２５ｂの排気上流側の圧力のみを測定すれば、分岐部２５ｂの排気上流側の圧力と合流部２５ｅの排気下流側の圧力との差圧を推定することができ、フィルタ側排気管２５ｃおよびフィルタ２４に起因する圧損やバイパス側排気管２５ｄに起因する圧損を算出することができる。したがって、本発明の第二実施形態の排気浄化装置では、一つの圧力センサ２９でフィルタ２４の微粒子捕集量を算出することができる。
【００３７】
より詳細には、本発明の第二実施形態の排気浄化装置では、上述したように圧損推定手段として分岐部２５ｂの排気上流に設けられた一つの圧力センサ２９が用いられており、この圧力センサ２９によって検出される分岐部２５ｂの排気上流側の圧力から分岐部２５ｂの排気上流側と合流部２５ｅの排気下流側との間の圧損を推定する。したがって、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にある場合には、圧力センサ２９によってフィルタ側分岐管２５ｃの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができ、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にある場合には、圧力センサ２９によってバイパス側分岐管２５ｄの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができる。第一実施形態と同様に、このように推定された圧損の値からフィルタ２４の微粒子捕集量が算出される。
【００３８】
なお、第二実施形態の排気浄化装置では、第一実施形態の排気浄化装置２３と比べて圧力センサを一つ削減することができるため、排気浄化装置の製造コストを低くすることができる。
【００３９】
なお、フィルタ２４に起因する排気ガスの圧損や、排気管２５ｃ、２５ｄに起因する排気ガスの圧損は、排気ガスの流量に応じても変化する。このことをフィルタ２４に流入する排気ガスの流量とフィルタ２４に起因する圧損とを例にとって説明する。
【００４０】
図２に、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量と、フィルタ２４に起因する圧損との関係を示す。図２から分かるように、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量が少ないときには、フィルタ２４に起因する圧損は小さく、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量が多いときにはフィルタ２４に起因する圧損は大きい。したがって、例えば、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量が多いとフィルタ２４に微粒子がほとんど捕集されていなくてもフィルタ２４に流入する排気ガスに起因する圧損が大きくなり、逆にフィルタ２４に流入する排気ガスの流量が少ないとフィルタ２４に微粒子が多量に捕集されていてもフィルタ２４に起因する圧損が小さくなる。
【００４１】
そこで、本発明の排気浄化装置２３では、圧損推定手段によって推定された圧損の値が内燃機関から排出された排気ガスの流量に応じて補正される。すなわち、内燃機関から排出された排気ガスの流量が多いときには圧損推定手段によって推定された圧損の値が小さくなるように補正され、内燃機関から排出された排気ガスの流量が少ないときには圧損推定手段によって推定された圧損の値が大きくなるように補正される。圧損推定手段によって推定された圧損の値をこのように補正することによって推定された圧損に対する流量による影響を排除することができる。より詳細には、内燃機関から排出された排気ガスの流量が様々な値のときに圧損推定手段によって圧損の値が推定されても、上述したような補正を行うことによって内燃機関から排出された排気ガスの流量をそろえた状態における圧損の値を算出することができる。また、このことは圧損だけでなく分岐部２５ｂの排気上流の圧力と合流部２５ｅの排気下流の圧力との差圧、分岐部２５ｂの排気上流側の圧力、および後述するような大気中から内燃機関の燃焼室５への吸入空気量にも同じことが言え、よってこれらを同様に補正してもよい。なお、この場合、内燃機関から排出された排気ガスの流量は、分岐部２５ｂの排気上流に配置された流量センサ（図示せず）によって検出されてもよいし、内燃機関の回転数や内燃機関の吸気量等から算出されてもよい。
【００４２】
ところで、上述した第一および第二実施形態では排気ガスをフィルタ２４に流入させたときおよびフィルタ２４をバイパスさせたときにおける差圧または圧力を検出することによって、フィルタ２４の微粒子捕集量以外の要因の影響、特に分岐管２５ｃ、２５ｄに起因する圧損の影響を排除することで、圧力センサ２９、３０によって検出された差圧または圧力からフィルタ２４のみに起因する圧損を推定することができるようにしているが、圧力センサ２９、３０によって検出される差圧または圧力には実際には他にも様々な要因が影響する。したがってこれら要因の影響を排除して差圧または圧力を検出しなければ、フィルタ２４のみに起因する圧損を推定することができず、よってフィルタ２４の微粒子捕集量を正確に算出することができない。
【００４３】
そこで、上記様々な要因の影響を排除するために、上記実施形態において、内燃機関の燃焼室５への燃料の供給がほぼ零の場合に圧損の推定、例えば差圧の検出を実行するようにした。すなわち、上記排気浄化装置が車両に搭載されていてその車両を駆動するのに用いられる場合には、車両の減速時に圧損の推定が実行される。内燃機関の燃焼室５への燃料の供給がほぼ零の場合には内燃機関にほとんどトルクが発生せず、内燃機関の回転数が頻繁に変動してしまうことが防止される。したがって、内燃機関から排出される排気ガスの流量も頻繁に変動してしまうことが防止される。排気ガスの流量が頻繁に変動すると、上述したように圧損推定手段によって推定された圧損の値を補正したとしても検出遅れなどによりフィルタ２４のみに起因する圧損を正確に推定することができなかったが、本実施形態によればこの圧損を正確に推定することができるようになる。
【００４４】
また、例えばフィルタ２４に流入する排気ガスの流量が多いと、フィルタ２４が或る詰まり度合いにあるときに、検出される差圧または圧力も大きくなる。すなわち、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量が多いほど、フィルタ２４の詰まり度合いが変わると検出される差圧または圧力が大きく変化する。このため、フィルタ２４の詰まり度合いが同じでも、フィルタ２４に流入する排気ガスの流量が少なくて検出される差圧または圧力の変化が小さい場合には僅かな検出誤差があると、推定されるフィルタ２４に起因する圧損の値が大きく変わってしまうが、検出される差圧または圧力の変化が大きい場合には僅かな検出誤差があっても、推定されるフィルタ２４に起因する圧損の値が大きく変わってしまうことはない。
【００４５】
したがって、内燃機関から排出される排気ガスの流量を多くしたときに差圧または圧力を検出することによって、差圧または圧力の検出誤差に対する圧損の推定誤差を小さくすることができ、これによりより圧損推定手段によって正確に圧損を推定することができるようになる。このように内燃機関から排出される排気ガスの流量を多くするために、上記実施形態では差圧または圧力を検出するときにはスロットル弁１７が完全に開かれると共にＥＧＲ弁３２が完全に閉じられる。スロットル弁１７を開くことにより吸入空気量が増大するので、内燃機関から排出される排気ガスが増大し、よってフィルタ２４およびフィルタ側分岐管２５ｃまたはバイパス側分岐管２５ｄに流入する排気ガスの流量が多くなる。また、ＥＧＲ弁３２を閉じることにより、内燃機関から排出された排気ガスが吸気通路へと戻されることがなくなるので、内燃機関から排出された排気ガスは全てフィルタ２４およびフィルタ側分岐管２５ｃまたはバイパス側分岐管２５ｄに流入するため、これらに流入する排気ガスの流量は多くなり、これによりフィルタ２４に起因する圧損を推定する精度が高くなる。
【００４６】
このように上記第一および第二実施形態の排気浄化装置では、車両の減速時にスロットル弁１７を全開にし、ＥＧＲ弁３２を全閉にしてから、流量調整弁２７をバイパス位置にして差圧または圧力が検出され、その後流量調整弁２７をフィルタ流入位置にして差圧または圧力が検出される。これにより、フィルタ２４に起因する圧損を推定する精度が高くなる。
【００４７】
さらに、上記第一および第二実施形態の排気浄化装置では、検出された差圧または圧力は温度によっても影響を受ける。すなわち、フィルタ２４の微粒子捕集量が同程度でも、排気ガスまたはフィルタ２４の温度が高いと検出される差圧または圧力が大きく、排気ガスまたはフィルタ２４の温度が低いと検出される差圧または圧力が小さい。したがって、本発明では排気ガスまたはフィルタ２４の温度を検出し、検出された温度に基づいて差圧センサまたは圧力センサ２９、３０によって検出された差圧または圧力を補正するようにした。より詳細には、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときには、排気温度を検出し、検出された排気温度に基づいて上記差圧または圧力を補正し、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときには、フィルタ温度を検出し、検出されたフィルタ温度に基づいて上記差圧または圧力を補正するのが好ましい。
【００４８】
次に、図３を参照して本発明の第三実施形態の排気浄化装置６０について説明する。本発明の第三実施形態の排気浄化装置６０の構成は、基本的に第一実施形態の排気浄化装置２３の構成と同様であるが、第一実施形態において分岐部２５ｂの排気上流側および合流部２５ｅの排気下流側にそれぞれ配置されていた圧力センサ２９、３０が第三実施形態では配置さていない。また、第三実施形態の排気浄化装置６０には、排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５の吸気上流側の吸気ダクト内にエアフロメータ６１が配置され、このエアフロメータ６１により大気中から内燃機関の燃焼室５へと吸入される空気の量（以下、吸入空気量と称す）を測定することができる。また、エアフロメータ６１の吸気上流には大気中から吸入される空気中の埃等を除去し、空気を清浄するためのエアクリーナ６２が設けられる。
【００４９】
ところで、第三実施形態のような構成の排気浄化装置６０では、エアフロメータ６１によって測定される吸入空気量から排気マニホルド１９内の圧力を推定することができる。より詳細には、排気マニホルド１９内の圧力が高くなると、内燃機関の燃焼室５から排気ガスが流出しにくくなるため、燃焼室５内に吸気ガス（吸入空気およびＥＧＲガス）が流入しにくくなり、よってエアフロメータ６１によって測定される吸入空気量が減少し、逆に、排気マニホルド１９内の圧力が低くなると、内燃機関の燃焼室５から排気ガスが流出しやすくなるため、燃焼室５内に吸気ガスが流入しやすくなり、エアフロメータ６１によって測定される吸入空気量が増加する。上述したように、分岐部２５ｂの排気上流側の圧力を検出することによって、フィルタ２４等に起因する圧損を推定することができるため、第三実施形態の排気浄化装置６０によれば、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にある場合には、エアフロメータ６１によってフィルタ側分岐管２５ｃの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができ、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にある場合には、エアフロメータ６１によってバイパス側分岐管２５ｄの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができる。
【００５０】
また、ＥＧＲ弁３２が全開である場合、排気マニホルド１９内の排気ガスの圧力が変化すると、排気マニホルド１９からＥＧＲ通路３１を介して燃焼室５に流入する排気ガスの量であるＥＧＲガス量が変化する。一般に、排気マニホルド１９内の排気ガスの圧力が高くなるとＥＧＲガス量が増加し、排気マニホルド１９内の破棄ガスの圧力が低くなるとＥＧＲガス量が減少する。そして、このＥＧＲガス量に応じて吸入空気量が変化する。一般に、ＥＧＲガス量が多くなると吸入空気量は減少し、逆に、ＥＧＲガス量が少なくなると吸入空気量は増加する。したがって、ＥＧＲ弁３２を全開にすることによっても、排気マニホルド１９内の排気ガスの圧力が高くなると吸入空気量が減少し、排気マニホルド１９内の排気ガスの圧力が低くなると吸入空気量が増加するため、ＥＧＲ弁３２を全開にすることでエアフロメータ６１によって測定された吸入空気量からフィルタ２４等に起因する圧損をより正確に測定することができるようになる。
【００５１】
また、第一実施形態において説明したように、フィルタ２４等に起因する圧損はフィルタ２４等に流入する排気ガスの流量、例えば内燃機関の回転数に応じて変化するため、本実施形態でも第一実施形態と同様にエアフロメータ６１から推定された圧損の値をフィルタ２４等に流入する排気ガスの流量に基づいて補正するようにしている。また、第一実施形態と同様に、減速時にエアフロメータ６１によって吸入空気量を測定し、圧損の値を推定することで、圧損の値から排気ガスの流量の影響を良好に除去することができるようにしている。さらに、第一実施形態と同様に、圧損の推定時にはスロットル弁１７を全開にすることで、圧損の検出精度を高めるようにしている。
【００５２】
したがって、本発明の第三実施形態の排気浄化装置６０では、圧損推定手段としてエアフロメータ６１を用い、車両が減速していて且つスロットル弁１７およびＥＧＲ弁３２を全開にしたときにエアフロメータ６１によって検出される吸入空気量から分岐部２５ｂの排気上流側と合流部２５ｅの排気下流側との間の圧損を推定する。
【００５３】
より詳細には、本発明の第三実施形態の排気浄化装置６０では、上述したように圧損推定手段としてエアフロメータ６１が用いられており、車両の減速時において内燃機関の回転数が一定回転数でスロットル弁１７およびＥＧＲ弁３２を全開にしたときにエアフロメータ６１によって検出される吸入空気量から分岐部２５ｂの排気上流側と合流部２５ｅの排気下流側との間の圧損を推定する。したがって、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にある場合には、エアフロメータ６１によってフィルタ側分岐管２５ｃの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができ、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にある場合には、エアフロメータ６１によってバイパス側分岐管２５ｄの排気上流側と排気下流側との間に生じる圧損を推定することができる。
【００５４】
次に、第一実施形態の結果を利用してフィルタ再生処理を実行する場合を第四実施形態として説明する。第四実施形態の排気浄化装置の構成は第一実施形態の排気浄化装置２３の構成と同一である。第四実施形態の排気浄化装置では、フィルタ２４の微粒子捕集量が所定量以上となった場合、すなわち検出されたフィルタ２４のみに起因する圧損の値が所定値以上となった場合には、例えばフィルタ２４に捕集されている微粒子を酸化・除去するためのフィルタ再生処理が実行される。このように、フィルタ２４のみに起因する圧損の値が所定値以上となった場合にフィルタ再生処理を実行することにより、フィルタ２４の微粒子捕集量が多くなってしまうことが防止される。
【００５５】
ここで、上記所定値とは、内燃機関の運転状態を悪化させてしまうことのないような場合におけるフィルタ２４に起因する圧損の値のうち最も大きな値である。あるいは、上記所定値は別の方法で算出してもよい。例えば、フィルタ２４が未使用状態にある場合に、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値と、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときに圧損推定手段によって推定された圧損の値との差分を求める。そして上記所定値を、このフィルタ２４が未使用状態にあるときの圧損の値の差分に一定値を加えた値としてもよい。この場合、推定されたフィルタ２４のみに起因する圧損の値とフィルタ２４が未使用状態にあるときに推定されたフィルタ２４のみに起因する圧損の値との差が上記一定値以上となったときにフィルタ再生処理が実行される。なお、フィルタ２４の未使用状態とは、フィルタ２４を実際にほとんど使用していない状態であってもよいし、フィルタ２４に実際に捕集されている微粒子の量がほぼ零である状態であってもよい。
【００５６】
より詳細には、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに二つの圧力センサ２９、３０によって検出された差圧と、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときに二つの圧力センサ２９、３０によって検出された差圧との差分が所定値以上になった場合にフィルタ再生処理が実行される。
【００５７】
次に、本発明の第四実施形態の排気浄化装置におけるフィルタ２４の再生時期制御について説明する。再生時期制御では、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にあるときに二つの圧力センサ２９、３０によって差圧Ｐｄｂが検出され、また、流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にあるときに二つの圧力センサ２９、３０によって差圧Ｐｄｆが検出される。そして検出された二つの差圧から差圧の差ΔＰｄがＰｄｆ−Ｐｄｂとして算出される。この差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄｐ以上である場合には、フィルタ２４に起因する圧損の値が所定値以上であり、よってフィルタ２４の微粒子捕集量が所定量以上であるため、フィルタ２４の再生制御を実行する。一方、検出された差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄｐよりも小さい場合にはフィルタ２４に起因する圧損の値が所定値以下であり、よってフィルタの２４微粒子捕集量が所定量よりも少ないため、フィルタ２４の再生制御は実行されない。
【００５８】
次に、図４を参照して、第四実施形態の排気浄化装置におけるフィルタ再生時期制御の制御ルーチンについて説明する。まず、ステップ１０１において、フィルタの圧損推定の実施条件が成立しているか否かが判定される。実施条件が成立するのは前回のフィルタ２４の圧損推定が実行されてから所定時間が経過したときや、内燃機関が車両に搭載されている場合には前回の圧損推定が実行されてから車両が所定走行距離だけ走行されたときである。ステップ１０１で実施条件が成立していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。ステップ１０１において実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０２へと進む。ステップ１０２では車両が減速中であるか否かが判定される。車両が減速中であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ１０２において車両が減速中でないと判定された場合にはステップ１０３へと進む。ステップ１０３では、スロットル弁１７が全開にせしめられると共にＥＧＲ弁３２が全閉にせしめられる。次いで、ステップ１０４では、流量調整弁２７の作動位置をバイパス位置にするようにＥＣＵ４０から流量調整弁２７に信号が送信される。次いで、ステップ１０５では、二つの圧力センサ２９、３０の出力から二つの圧力センサ２９、３０間の差圧Ｐｄｂが算出され、ステップ１０６へと進む。
【００５９】
ステップ１０６では、流量調整弁２７の作動位置をフィルタ流入位置にするようにＥＣＵ４０から流量調整弁２７に信号が送信される。次いで、ステップ１０７では、二つの圧力センサ２９、３０の出力から二つの圧力センサ２９、３０間の差圧Ｐｄｆが算出され、ステップ１０８へと進む。ステップ１０８では上記二つの差圧Ｐｄｆ、Ｐｄｂから差圧の差ΔＰｄが算出される。次いでステップ１０９では、差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄｐ以上であるか否かが判定される。差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄｐよりも小さいと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄｐ以上であると判定された場合には、ステップ１１０へと進む。ステップ１１０では、フィルタに捕集されている微粒子を酸化・除去するためのフィルタ再生制御が実行せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６０】
次に、本発明の第五実施形態の排気浄化装置について説明する。第五実施形態の排気浄化装置の構成は、第一実施形態の排気浄化装置２３の構成と同一である。
【００６１】
ところで、上述したフィルタ再生処理を実行してフィルタ２４に捕集されている微粒子を酸化・除去させても全ての微粒子が除去されるわけではなく、例えば潤滑油の燃焼により生じる硫酸カルシウム等の無機質成分を主成分とする微粒子等、フィルタ再生処理によって除去されない微粒子（アッシュ）がフィルタ２４上に残ってしまう。このアッシュは内燃機関の運転時間と共に徐々に増大し、フィルタ２４のアッシュ捕集量が多くなるとフィルタ２４に起因する圧損が高くなってしまう。また、フィルタ２４に捕集されたアッシュは除去するのが困難であるため、フィルタ２４のアッシュ捕集量が多くなった場合にはフィルタ２４を交換するか、あるいはフィルタ２４を洗浄する必要がある。このように、フィルタ２４のアッシュ捕集量に応じてフィルタ２４を交換または洗浄するためには、フィルタ２４のアッシュ捕集量を正確に求めることができるようにする必要がある。
【００６２】
そこで、本発明の第五実施形態の排気浄化装置によれば、フィルタ再生処理を実行した後、すなわちフィルタ再生処理の終了直後にフィルタ２４に起因する圧損が推定される。あるいは、フィルタ再生処理の終了後、所定時間以内にフィルタ２４に起因する圧損が推定されるか、またはフィルタ再生処理の終了後に微粒子捕集量が所定量以下であるときにフィルタ２４に起因する圧損が推定される。
【００６３】
このように、フィルタ再生処理直後にフィルタ２４に起因する圧損を推定することにより、フィルタ再生処理によって除去されなかった微粒子捕集量が推定せしめられる。特に、フィルタ再生処理によって除去可能な微粒子が全て除去された場合には、フィルタ再生処理直後にフィルタ２４に起因する圧損を推定することによりフィルタ２４のアッシュ捕集量が推定せしめられる。
【００６４】
また、第五実施形態の排気浄化装置では、正確に求めたフィルタ２４のアッシュ捕集量が所定量以上である場合には、すなわちフィルタ再生処理直後に検出されたフィルタ２４に起因する圧損の値が所定値よりも大きい場合、フィルタ２４のアッシュ捕集量が多量であることを知らせる警告がユーザに対して通知される。この場合、所定値とは、フィルタ２４に起因する圧損が高くなって内燃機関の運転に影響を及ぼしてしまうほどフィルタ２４のアッシュ捕集量が多い場合におけるフィルタ２４に起因する圧損の値のうち最も小さい値であってもよいし、またはフィルタ２４が捕集可能な微粒子の量が少なくなった場合におけるフィルタ２４に起因する圧損の値であってもよい。
【００６５】
あるいは、上記所定値を第四実施形態に示した方法と同様な方法で算出してもよい。すなわち、フィルタ２４が未使用状態にあるときにフィルタ２４に起因する圧損の値を推定し、推定した値に一定値を加えた値を上記所定値としてもよい。この場合、推定されたフィルタ２４のみに起因する圧損の値とフィルタ２４が未使用状態にあるときに推定されたフィルタ２４のみに起因する圧損の値との差が上記一定値以上となったときにフィルタ再生処理が実行される。
【００６６】
次に、図５を参照して本発明の第五実施形態の排気浄化装置におけるアッシュ捕集量推定制御の制御ルーチンについて説明する。なお、本制御ルーチンのステップ２０１およびステップ２０３〜ステップ２０９は図４に示した制御のステップ１０１〜ステップ１０８と同様であるため、説明を省略する。ステップ２０２では、フィルタ再生制御の実行直後であるか否かが判定される。ステップ２０２において、フィルタ再生制御の実行直後でないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。ステップ２０２において、フィルタ再生制御の実行直後であると判定された場合にはステップ２０３へと進む。一方、ステップ２１０では差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄａ以上であるか否かが判定される。差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄａよりも小さいと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、差圧の差ΔＰｄが所定値ΔＰｄａ以上であると判定された場合にはステップ２１１へと進む。ステップ２１１ではフィルタのアッシュ捕集量が多量であることを知らせる警告がユーザに表示されて、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６７】
次に、図６を参照して本発明の第六実施形態の排気浄化装置７０について説明する。第六実施形態の排気浄化装置７０は第一実施形態の排気浄化装置２３と同様な構成であるが、排気管７５の構成が第一実施形態の排気管２５の構成と異なる。なお、図６（Ａ）は流量調整弁７７が第一作動位置にあるとき、図６（Ｂ）は流量調整弁７７が第二作動位置にあるとき、図６（Ｃ）は流量調整弁７７が中立作動位置にあるときをそれぞれ示す。また、これら図中の矢印は排気ガスの流れを示す。
【００６８】
図６に示したように第六実施形態では、排気管７５は、基幹排気管７５ａ、７５ｅと、基幹排気管７５ａ、７５ｅに連結された環状分岐管（環状通路）７５ｃ、７５ｄとを備えており、環状分岐管７５ｃ、７５ｄ上にはフィルタ２４を内蔵したケーシング７６が配置されている。そして、基幹排気管７５ａ、７５ｅと環状分岐管７５ｃ、７５ｄの接続部分には分岐部７５ｂが配置される。すなわち、環状分岐管７５ｃは基幹排気管７５ａ、７５ｅの分岐部７５ｂから分岐して再び分岐部７５ｂに戻る。
【００６９】
より詳細には、基幹排気管は分岐部７５ｂよりも排気上流側の上流側部分排気管７５ａと分岐部７５ｂよりも排気下流側の下流側部分排気管７５ｅとから成り、環状分岐管は分岐部７５ｂとフィルタ２４の一方の面とを連結する第一部分環状分岐管７５ｃと、分岐部７５ｂとフィルタ２４の上記一方の面とは反対側の他方の面とを連結する第二部分環状分岐管７５ｄとから成る。上流側部分排気管７５ａが分岐部７５ｂにおいて第一部分環状分岐管７５ｃと第二部分環状分岐管７５ｄと下流側部分排気管７５ｅとの三つの排気管に分岐する。上流側部分排気管７５ａおよび下流側部分排気管７５ｅにはそれぞれ圧力センサ７９、８０が設けられ、対応するＡ／Ｄ変換器４７を介してＥＣＵ４０の入力ポート４５に接続される。
【００７０】
また、分岐部７５ｂには流量調整弁７７が設けられる。流量調整弁７７の作動は、対応する駆動回路４８を介してＥＣＵ４０の出力ポート３７に接続された流量調整弁用ステップモータ７８により制御される。流量調整弁７７は分岐部７５ｂの中心周りで連続的に回動し、基幹排気管７５ａ、７５ｅの軸線に対して角度θが変化し、これにより上流側部分排気管７５ａから分岐部７５ｂに流入する排気ガスのうち第一部分環状分岐管７５ｃおよび第二部分環状分岐管７５ｄに流入する排気ガスの流量が調整される。
【００７１】
特に、第六実施形態の流量調整弁７７は大別して角度の異なる三つの作動位置間で回動する。これら三つの位置とは図６（Ａ）に示した第一作動位置と、図６（Ｂ）に示した第二作動位置と、図６（Ｃ）に示した中立作動位置とである。流量調整弁７７が図６（Ａ）に示した第一作動位置にある場合、上流側部分排気管７５ａから分岐部７５ｂに流入する排気ガスのほとんどは第一部分環状分岐管７５ｃに流入し、フィルタ２４を一方の方向に通過して第二部分環状分岐管７５ｄに流れ、再び分岐部７５ｂに戻る。第二部分環状分岐管７５ｄから分岐部７５ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管７５ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管７５ｃ、７５ｄおよびフィルタ２４をこのように流れる方向を順方向として説明する。
【００７２】
また、流量調整弁７７が図６（Ｂ）に示した第二作動位置にある場合、上流側部分排気管７５ａから分岐部７５ｂに流入する排気ガスのほとんどは第二部分環状分岐管７５ｄに流入し、フィルタ２４を上記流量調整弁７７が第一作動位置にある場合の一方の方向とは反対の方向に通過して第一部分環状分岐管７５ｃに流れ、再び分岐部７５ｂに戻る。第一部分環状分岐管７５ｃから分岐部７５ｂに再び戻った排気ガスは全て下流側部分排気管７５ｅへと流出する。なお、以下では排気ガスが環状分岐管７５ｃ、７５ｄおよびフィルタ２４をこのように流れる方向を逆方向として説明する。
【００７３】
すなわち、上述したように、流量調整弁７７の作動位置によっては上流側部分排気管７５ａから分岐部７５ｂに流入した排気ガスは、フィルタ２４が配置された環状分岐管７５ｃ、７５ｄを一方の方向へまたはそれとは逆の方向へ流れて、その後分岐部７５ｂを介して下流側部分排気管７５ｅへと流出することができる。
【００７４】
このように、第六実施形態では、フィルタ２４を通過する排気ガスの流れを順方向と逆方向との間で反転させることができるので、フィルタ２４内の位置による微粒子捕集量を緩和して、フィルタ２４を効率的に利用することができる。さらに、排気ガスの流れ方向を反転することにより、フィルタ２４の詰まりを防止する効果もある。
【００７５】
一方、流量調整弁７７が図６（Ｃ）に示した中立作動位置にある場合、上流側部分排気管７５ａから分岐部７５ｂに流入した排気ガスのほとんどは環状分岐管７５ｃ、７５ｄに流入せずに下流側部分排気管７５ｅに流入する。すなわち、流量調整弁７７が中立作動位置にあると、排気ガスはフィルタ２４を通過することなく下流側排気管７５ｅへと流出する。したがって、第六実施形態では、流量調整弁７７の中立作動位置は、上記実施形態における流量調整弁７７のバイパス位置と同様に、フィルタ２４をバイパスさせるためのバイパス位置である。
【００７６】
このように、第六実施形態の排気浄化装置７０は第一〜第五実施形態の排気浄化装置と同様に、流量調整弁７７の作動位置を第一作動位置および第二作動位置にして排気ガスをフィルタ２４に流入させたり、流量調整弁７７の作動位置を中立作動位置にして排気ガスがフィルタ２４をバイパスするようにしたりすることができる。したがって、第六実施形態の排気浄化装置７０においても、第一〜第五実施形態の排気浄化装置と同様にフィルタ２４に起因する圧損を正確に求めることができる。
【００７７】
より詳細には、本発明の第六実施形態の排気浄化装置７０では、フィルタ２４に起因する圧損は、流量調整弁７７を第一作動位置または第二作動位置にした場合に推定される上流側排気管７５ａと下流側排気管７５ｅとの間の圧損と、流量調整弁７７を中立作動位置にした場合の上記圧損との差から算出される。上流側排気管７５ａと下流側排気管７５ｅとの間の圧損は、上流側排気管７５ａに設けられた圧力センサ７９と下流側排気管７５ｅに設けられた圧力センサ８０とによって検出される上流側排気管７５ａと下流側排気管７５ｅとの間の差圧から推定される。あるいは、上流側排気管７５ａと下流側排気管７５ｅとの間の圧損は、第二実施形態の排気浄化装置と同様に上流側排気管７５ａに設けられた圧力センサ７９によって検出される上流側排気管７５ａ内の圧力から推定されてもよいし、第三実施形態の排気浄化装置６０と同様に吸気通路上に設けられたエアフロメータ６１によって検出される吸入空気量から推定されてもよい。
【００７８】
次に、本発明の第七実施形態の排気浄化装置について説明する。第七実施形態の排気浄化装置の構成は図３または図６の排気浄化装置の構成と同一であり、エアフロメータ６１を有する。
【００７９】
ところで、エアフロメータ６１によって検出される吸入空気量から、内燃機関の吸気通路および排気通路の全体に起因する圧損を推定することができる。すなわち、吸入空気量は、内燃機関の吸気通路および排気通路に設けられた各構成要素に起因する圧損に応じて変化する。このような構成要素の一つとしてフィルタ２４が挙げられ、フィルタ２４に起因する圧損が大きければ吸入空気量が減少し、フィルタ２４に起因する圧損が小さければ吸入空気量が増加する。
【００８０】
また、エアフロメータ６６によって検出される吸入空気量はフィルタ２４に起因する圧損によって変化するだけでなく、他の構成要素に起因する圧損によっても変化する。このような他の構成要素としては、例えばエアクリーナ６２が挙げられ、また、フィルタ２４以外の排気浄化器が排気通路上に設けられている場合にはその排気浄化器に起因する圧損によっても吸入空気量が変化する。このため、本実施形態でもフィルタ２４に起因する圧損を推定する場合には、上述した実施形態と同様に、微粒子捕集量を推定するために、流量調整弁２７の作動位置をバイパス位置にして排気ガスにフィルタ２４を通過させなかった場合にエアフロメータ６１によって検出された吸入空気量から推定される圧損の値と、流量調整弁２７の作動位置をフィルタ流入位置にして排気ガスにフィルタ２４を通過させた場合にエアフロメータ６１によって検出された吸入空気量から推定される圧損の値との差分を算出し、この差分からフィルタ２４のみに起因する圧損を推定する。このようにしてフィルタ２４に起因する圧損を推定することで、エアフロメータ６１によって検出された吸入空気量に対するエアクリーナ６２の影響を排除することができる。
【００８１】
図７を参照して、第七実施形態の排気浄化装置におけるフィルタ２４の微粒子捕集状態に関する制御の制御ルーチンについて説明する。図７のステップ３０１３０２、３０４、および３０６はそれぞれ図４のステップ１０１、１０２、１０４、および１０６と同様であるため説明を省略する。ステップ３０３では、スロットル弁１７およびＥＧＲ弁３２が全開にせしめられる。ステップ３０５では、エアフロメータ６１によって流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にある場合における吸入空気量ＧＮｔｂが検出される。また、ステップ３０７では、エアフロメータ６１によって流量調整弁２７の作動位置がフィルタ流入位置にある場合における吸入空気量ＧＮｔｆが検出される。次いで、ステップ３０８では吸入空気量の差ΔＧＮｔがＧＮｔｆ−ＧＮｔｂとして算出される。
【００８２】
次いで、ステップ３０９ではフィルタ再生制御の実行直後であるか否かが判定される。ステップ３０９でフィルタ再生制御の実行直後であると判定された場合にはステップ３１０へと進む。ステップ３１０では、吸入空気量の差ΔＧＮｔが第一所定値ΔＧＮｔｐ１以上であるか否かが判定され、吸入空気量の差ΔＧＮｔが第一所定値ΔＧＮｔｐ１よりも小さい場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ３１０において吸入空気量の差ΔＧＮｔが第一所定値ΔＧＮｔｐ１以上であると判定された場合にはステップ３１１へと進んでフィルタ２４のアッシュ捕集量が多量であることを示す警告がユーザに表示され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ３０９においてフィルタ再生制御の実行直後ではないと判定された場合にはステップ３１２へと進む。ステップ３１２では、吸入空気量の差ΔＧＮｔが第一所定値ΔＧＮｔｐ１よりも大きい第二所定値ΔＧＮｔｐ２以上であるか否かが判定され、吸入空気量の差ΔＧＮｔが第二所定値ΔＧＮｔｐ２よりも小さい場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ３１２において吸入空気量の差ΔＧＮｔが第二所定値ΔＧＮｔｐ２以上であると判定された場合にはステップ３１３へと進んでフィルタ再生制御が実行せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００８３】
一方、第七実施形態ではエアフロメータ６１によって吸入空気量を検出することによりエアクリーナ６２に起因する圧損を検出することができる。これは、流量調整弁２７の作動位置をバイパス位置にした場合にエアフロメータ６６によって検出される吸入空気量がエアクリーナ６２に起因する圧損に応じて変化することによる。そして、第七実施形態では、こうして算出されたエアクリーナ６２に起因する圧損に基づいて、エアクリーナ６２に起因する圧損が予め定められた所定値よりも大きい場合にはエアクリーナの詰まりまたは劣化として判定される。
【００８４】
詳細には、第七実施形態では、エアクリーナ６２が未使用状態にある場合に、流量調整弁２７の作動位置をバイパス位置にしたときの吸入空気量ＧＮｇｂをエアフロメータ６１から検出し、同様に、エアクリーナ６２が使用された状態にある場合にも、流量調整弁２７の作動位置をバイパス位置にしたときの吸入空気量ＧＮｔｂをエアフロメータ６１から検出する。そして、検出した吸入空気量の差ΔＧＮｂをＧＮｔｂ−ＧＮｇｂとして算出する。この吸入空気量の差ΔＧＮｂは、フィルタ２４に起因する圧損以外の内燃機関の吸気通路および排気通路に設けられた各構成要素に起因する圧損に対応する。特に、本実施形態では、エアクリーナ６２に起因する圧損に対応する。したがって、吸入空気量の差ΔＧＮｂが予め定められた所定値ΔＧＮｂｐ以上である場合にはエアクリーナ６２が詰まっているまたは劣化していると判定され、予め定められた所定値ΔＧＮｂｐより小さい場合にはエアクリーナ６２は詰まったり劣化したりしていないと判定される。なお、エアクリーナ６２の詰まりの判定は吸入空気量の差ΔＧＮｂに基づいてではなく、吸入空気量の比ＧＮｔｂ／ＧＮｇｂに基づいて行ってもよい。
【００８５】
図８を参照して、エアクリーナ６２の詰まりを判定するための判定制御について説明する。ステップ４０１およびステッ４０２はそれぞれ図４に示したステップ１０１および１０２と同様であるため説明を省略する。ステップ４０３においては、スロットル弁１７が全開にされると共にＥＧＲ弁３２が全閉（上述した図７の制御に合わせてＥＧＲ弁３２は全開でもよい）にせしめられる。次いで、ステップ４０４において、流量調整弁２７の作動位置がバイパス位置にせしめられ、エアフロメータ６１によって吸入空気量ＧＮｔｂが検出される。次いで、ステップ４０５において吸入空気量ＧＮｔｂからエアクリーナ６２が未使用状態であるときに予め検出した吸入空気量ＧＮｇｂが減算され、吸入空気量の差ΔＧＮｂが算出される。次いで、ステップ４０６において、算出された吸入空気量の差ΔＧＮｂが予め定められた所定値ΔＧＮｂｐ以上であるか否かが判定される。吸入空気量の差ΔＧＮｂが所定値ΔＧＮｂｐより小さい場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ４０６において、算出された吸入空気量の差ΔＧＮｂが予め定められた所定値ΔＧＮｂｐ以上である場合にはステップ４０７へと進む。ステップ４０７では、エアクリーナ６２の詰まり状態が悪化していることを知らせる警告がユーザに表示され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００８６】
なお、上記実施形態において用いられるフィルタ２４は以下に説明するメカニズムで捕集した微粒子を連続的に酸化して除去することができるように、活性酸素生成剤を備えたパティキュレートフィルタであってもよい。
【００８７】
以下、フィルタによる排気ガスの浄化メカニズム、特に排気ガス中の微粒子除去作用について説明する。図９においては、貴金属触媒として白金（Ｐｔ）を利用し、活性酸素生成剤としてカリウム（Ｋ）を利用した場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様な微粒子除去作用が行われる。
【００８８】
図９（Ａ）および（Ｂ）はフィルタの隔壁の表面上および隔壁の細孔表面上に形成された担体層の表面の拡大図を模式的に表している。図９（Ａ）および（Ｂ）において８５は白金の粒子を示しており、８６はカリウム等の活性酸素生成剤を含む担体層を示している。
【００８９】
まず、吸気通路および燃焼室５内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称すると、フィルタに流入する排気ガスの空燃比はリーンである場合、燃焼室５では、ＮＯＸ、特にＮＯおよびＮＯ２が発生するので、排気ガス中にはＮＯｘが含まれている。このように、フィルタには過剰酸素、および、ＮＯＸを含んだ排気ガスが流入する。
【００９０】
排気ガスがフィルタに流入すると、図９に示したように排気ガス中の酸素はＯ２−またはＯ２−の形で白金の表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金の表面上でＯ２−またはＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２および排気ガス中のＮＯ２の一部は白金上で酸化されつつ活性酸素生成剤８６に吸収され、Ｋと結合しながら図９に示したように硝酸イオン（ＮＯ３−）の形で活性酸素生成剤８６内に拡散し、硝酸塩（ＫＮＯ３）を生成する。すなわち、排気ガス中の酸素が硝酸イオンの形で活性酸素生成剤８６に保持される。
【００９１】
ところで、燃焼室内では主にカーボン（Ｃ）からなる微粒子が生成される。したがって、排気ガス中にはこれら微粒子が含まれる。排気ガス中の微粒子は、排気ガスがフィルタ内を流れているときに、図９（Ｂ）に示したように、活性酸素生成剤８６の表面上に接触し、付着する。
【００９２】
活性酸素生成剤８６上に微粒子８７が付着すると、活性酸素生成剤８６の表面とその内部との間に濃度差が生じる。活性酸素生成剤８６内には硝酸イオンの形で酸素が吸蔵されており、この吸蔵されている酸素が微粒子８７と活性酸素生成剤８６との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素生成剤８６内に形成されている硝酸塩（ＫＮＯ３）がＫとＯとＮＯとに分解され、Ｏが活性酸素生成剤８６の表面に向かい、その一方でＮＯが活性酸素生成剤８６から外部に離脱せしめられる。このように外部に離脱せしめられたＮＯは上述したメカニズムで下流側の白金上において酸化され、再び活性酸素生成剤８６内に硝酸イオンの形で保持される。
【００９３】
ところで微粒子８７と活性酸素生成剤８６との接触面に向かうＯは硝酸塩（ＫＮＯ３）のような化合物から分解された酸素であるので、不対電子を有し、極めて高い反応性を有する活性酸素となっている。これら活性酸素が微粒子８７に接触すると微粒子８７は短時間（数秒〜数十分）のうちに輝炎を発することなく酸化せしめられ、微粒子８７は完全に消滅する。したがって、このようにして微粒子８７が酸化・除去され、微粒子８７がフィルタ上に堆積することはほとんどない。
【００９４】
【発明の効果】
一般に、パティキュレートフィルタに起因する圧損の値からフィルタの微粒子捕集量を正確に算出することができる。したがって、本発明によれば、純粋にパティキュレートフィルタのみに起因する圧損の値から微粒子捕集量が推定されることにより、フィルタの微粒子捕集量を正確に検出することができる。
【００９５】
第６の発明によれば、微粒子を酸化除去するための制御を実行した後に微粒子捕集量が推定されため、微粒子捕集量として上記制御を実行しても除去されずにパティキュレートフィルタに捕集されたままになっている微粒子（アッシュ）の量を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の図である。
【図２】排気ガスの流量とフィルタの圧損との関係を示す図である。
【図３】本発明の第三実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関の図である。
【図４】第四実施形態におけるフィルタの再生時期制御のフローチャートである。
【図５】第五実施形態におけるアッシュ捕集量推定制御のフローチャートである。
【図６】本発明の第六実施形態の排気浄化装置の図である。
【図７】第七実施形態におけるフィルタの微粒子捕集状態に関する制御のフローチャートである。
【図８】第七実施形態における判定制御のフローチャートである。
【図９】微粒子除去作用の説明に関する図である。
【符号の説明】
２３…排気浄化装置
２４…パティキュレートフィルタ
２５…排気管
２７…流量調整弁
２９、３０…圧力センサ
４０…ＥＣＵ
【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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