(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの温度上昇によってフィルタが劣化してしまうことなくフィルタ再生処理を実行可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】機関排気通路上に設けられたパティキュレートフィルタ２３と、該パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに捕集された微粒子中の各構成成分の比率を推定する成分推定手段をさらに具備し、該成分推定手段によって推定された各構成成分の比率に応じてフィルタ再生手段による微粒子の燃焼を開始させるタイミングを設定する。【選択図】      図３
2004225616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路上に設けられたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタに捕集された微粒子中の少なくとも一つの構成成分の比率を推定する成分推定手段をさらに具備し、該成分推定手段によって推定された構成成分の比率に応じて上記フィルタ再生手段による微粒子の燃焼を開始させるタイミングを設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の捕集量を推定する捕集量推定手段をさらに具備し、上記フィルタ再生手段によって微粒子を燃焼させるタイミングは、上記微粒子中の構成成分の比率に加えて、該捕集量推定手段によって推定された捕集量に応じて設定される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記フィルタ再生手段によって微粒子を燃焼させるタイミングは、上記捕集量推定手段によって推定された捕集量が所定量以上となったときであり、上記所定量は成分推定手段によって推定された微粒子中の構成成分の比率に応じて変更せしめられる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子中の煤成分の比率が高いときには上記所定量を少なくする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記成分推定手段は、上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に基づいて微粒子中の少なくとも一つの構成成分の比率を推定する請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記成分推定手段は、内燃機関の潤滑油消費量に基づいて微粒子中の少なくとも一つの構成成分の比率を推定する請求項１〜４のいずれか１項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】
内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子（粒子状物質）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）が知られている。このようなフィルタでは、微粒子捕集量の増加に伴ってフィルタに起因する圧損が大きくなるので、微粒子を酸化・燃焼させて除去する必要がある。ところが、フィルタに捕集された微粒子は比較的高温にならないと酸化・燃焼しないので、そのためにフィルタを昇温するフィルタ再生処理が行われる。
【０００３】
このようなフィルタ再生処理ではエネルギを消費するため、その実行回数は少ない方が好ましい。一方で、フィルタ再生処理の実行間隔が開くとフィルタに起因する圧損が大きくなってしまう。このため、フィルタ再生処理を適切なタイミングで実行することができる排気浄化装置の要求があった。このような要求を満たすものとして、フィルタに起因する圧損を検出し、検出した圧損値が予め定められた値以上である場合にフィルタ再生処理を実行することで、適切なタイミングでフィルタ再生処理を行うようにした排気浄化装置が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８９２３４号公報
【特許文献２】
特開平０７−１８９６５６号公報
【特許文献３】
特開昭５７−１７９３４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタ再生処理中、捕集されている微粒子が酸化・燃焼されるので、フィルタは非常に高温になる。このとき、フィルタの温度が一定温度を超えて高温になってしまうと、フィルタは劣化してしまい、フィルタの微粒子捕集能力や微粒子酸化能力が低下してしまう。この場合のフィルタの到達温度は、微粒子の捕集量や捕集されている微粒子の種類等に依存する。このため、捕集された微粒子による圧損の上昇の他に、捕集された微粒子を酸化・燃焼させたときの到達温度を考慮に入れて、フィルタの再生時期を決定する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、パティキュレートフィルタの温度上昇によってフィルタが劣化してしまうことなくフィルタ再生処理を実行可能な内燃機関の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、機関排気通路上に設けられたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、上記パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子中の少なくとも一つの構成成分の比率を推定する成分推定手段をさらに具備し、該成分推定手段によって推定された構成成分の比率に応じて上記フィルタ再生手段による微粒子の燃焼を開始させるタイミングを設定する。
【０００８】
フィルタ再生手段によってフィルタ再生処理を実行した時にパティキュレートフィルタが到達する温度は、パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の構成成分に応じて異なる。すなわち、微粒子の各構成成分の比率によってはフィルタ再生処理を実行するとパティキュレートフィルタが高温になり、一方、微粒子の各構成成分の比率によってはフィルタ再生処理を実行してもパティキュレートフィルタは比較的低温のままである。したがって第１の発明によれば、微粒子中の少なくとも一つの構成成分の比率に応じてフィルタ再生処理を開始するタイミングを設定し、例えば、フィルタ再生処理を実行するとパティキュレートフィルタが高温になるような場合にはタイミングを早くし、一方、フィルタ再生処理を実行してもパティキュレートフィルタは比較的低温のままとなるような場合にはタイミングを遅くすることで、フィルタ再生制御の実行タイミングを最適にすることができる。また、上記成分推定手段は比率を推定しているが、微粒子の各構成成分の比率でなく、微粒子の各構成成分の量を推定するようにしてもよい。
【０００９】
第２の発明では、第１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ている微粒子の捕集量を推定する捕集量推定手段をさらに具備し、上記フィルタ再生手段によって微粒子を燃焼させるタイミングは、上記微粒子中の構成成分の比率に加えて、該捕集量推定手段によって推定された捕集量に応じて設定される。
すなわち、第２の発明によれば、フィルタ再生手段によって微粒子を燃焼させるタイミングは、成分推定手段によって推定された微粒子中の構成成分の比率と捕集量推定手段によって推定された微粒子捕集量とに基づいて決定される。
【００１０】
第３の発明では、第２の発明において、上記フィルタ再生手段によって微粒子を燃焼させるタイミングは、上記捕集量推定手段によって推定された捕集量が所定量以上となったときであり、上記所定量は成分推定手段によって推定された微粒子中の構成成分の比率に応じて変更せしめられる。
【００１１】
第４の発明では、第３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ている微粒子中の煤成分の比率が高いときには上記所定量を少なくする。
【００１２】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記成分推定手段は、上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に基づいて微粒子中の少なくとも一つの構成成分の比率を推定する。
パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの温度によって排気ガス中の微粒子の各構成成分の比率は異なる。第５の発明では、このことを利用してフィルタに捕集されている微粒子の構成成分の比率を推定する。
【００１３】
第６の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、上記成分推定手段は、内燃機関の潤滑油消費量に基づいて微粒子中の少なくとも一つの構成成分の比率を推定する。
微粒子の構成成分の一つであるＳＯＦ成分の発生量は、内燃機関の潤滑油消費量に応じて変化すると考えられる。そこで、第６の発明では、このことを利用してフィルタに捕集されている微粒子の構成成分の比率を推定する。
【００１４】
【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。
【００１５】
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を介して可変容量式ターボチャージャー１４のコンプレッサ１５に連結される。
【００１６】
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を介して可変容量式ターボチャージャー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を介してパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と称す）２３を収容するケーシング２４に連結される。
【００１７】
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２５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２５内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２６が配置される。またＥＧＲ通路２５周りにはＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２７が配置される。図１に示した内燃機関では冷却装置２７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。
【００１８】
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２８に連結される。このコモンレール２８内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２９から燃料が供給され、コモンレール２８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２８にはコモンレール２８内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３０が取り付けられ、燃料圧センサ３０の出力信号に基づいてコモンレール２８内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２９の吐出量が制御される。
【００１９】
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３０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。また、可変容量式ターボチャージャー１４の吸気上流の吸気管には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ４９が設けられ、フィルタ２３の排気上流にはフィルタ２３に流入する排気ガスの温度を検出するための排気温センサ５０が設けられる。さらに、フィルタ２３の排気上流に上流側圧力センサ５１が、フィルタ２３の排気下流に下流側圧力センサ５２が配置される。これらエアフロメータ４９およびセンサ５０、５１、５２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。
【００２０】
アクセルペダル５３にはアクセルペダル５３の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５４が接続され、負荷センサ５４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５５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２６、および燃料ポンプ２９に接続される。
【００２１】
ところで、フィルタ２３は流入する排気ガスに含まれるの微粒子を捕集することができ、これによりフィルタ２３を通った排気ガスから微粒子が除去される。ところが、フィルタ２３に捕集された微粒子の量（以下、「微粒子捕集量」と称す）が増大すると、フィルタ２３の詰まり度合いが高くなる。このようにフィルタ２３の詰まり度合いが高くなるとフィルタ２３を排気ガスが通過しにくくなり、フィルタ２３に起因する圧力損失（以下、「圧損」と称す）が大きくなってしまう。フィルタ２３に起因する圧損が大きくなると、内燃機関の燃焼室５から排気ガスが流出しにくくなり、内燃機関が最適に運転されなくなってしまう。
【００２２】
そこで、フィルタ２３の微粒子捕集量を検出するための捕集量検出手段を設け、捕集量検出手段によって検出されたフィルタ２３の微粒子捕集量が基準捕集量以上となったら、フィルタ２３を昇温してフィルタ２３に捕集された微粒子を酸化・燃焼させるフィルタ再生処理を実行する。このように、フィルタ２３の微粒子捕集量が基準捕集量以上となったときにフィルタ再生処理を実行することで、フィルタ２３の微粒子捕集量が基準捕集量以上になるのが防止され、これに伴いフィルタ２３に起因する圧損も所定圧損値以下に維持される。なお、基準捕集量とは、フィルタ２３に捕集されても、フィルタ２３に起因する圧損が所定圧損値よりも高くならず、よって内燃機関の運転状態がひどく悪化してしまうことのないような微粒子の量である。
【００２３】
ここで、フィルタ再生処理では、通常、フィルタ２３に捕集された微粒子が酸化・燃焼されるようにフィルタ２３が昇温せしめられる。この場合、内燃機関の燃焼室５に燃料を噴射するタイミングを遅らせたり、内燃機関の燃焼室５に機関駆動用の燃料を噴射した後に少量の燃料を噴射したり、フィルタ２３にまたはフィルタ２３上流に電気ヒータ（図示せず）を設け、この電気ヒータを作動させたり、フィルタ２３上流において排気ガスに燃料を添加するための装置（図示せず）を設け、この装置から排気ガスに燃料を添加したりすることによって、フィルタ２３が昇温される。また、燃焼室５内に燃料を点火するための点火栓が設けられている場合には、この点火栓による燃料の点火タイミングを遅らせることによっても、排気ガスの温度を上昇させ、フィルタ２３を昇温させることができる。
【００２４】
このように、フィルタ再生処理では、電気ヒータ等を用いる場合には電気エネルギを消費し、フィルタ２３を昇温するために燃料を添加する場合には燃料を消費してしまうため、フィルタ再生処理の実行回数は少ない方が好ましい。したがって、フィルタ再生処理は、フィルタ２３に起因する圧損を一定値以下に維持しつつ実行回数が最も少ないのが好ましい。
【００２５】
また、本実施形態では、捕集量検出手段は、フィルタ２３に捕集されている微粒子の量（微粒子捕集量）を実際に検出しているわけではなく、フィルタ２３の排気上下流間の差圧に基づいて微粒子捕集量を推定している。このことについて説明する。上述したようなフィルタ２３では、フィルタ２３の微粒子捕集量が増大すると、フィルタ２３に起因する排気ガスの圧損が大きくなる。一般に、フィルタ２３に起因する排気ガスの圧損とフィルタ２３の微粒子捕集量とはほぼ比例し、したがって、フィルタ２３に起因する圧損を求めることによりフィルタ２３の微粒子捕集量を算出することができる。また、フィルタ２３に起因する圧損は、フィルタ２３の排気上流に配置された上流側圧力センサ５１によって検出されるフィルタ上流側圧力と、フィルタ２３の排気下流に配置された下流側圧力センサ５２によって検出されるフィルタ下流側圧力との間の差圧Ｐｄから算出され、この差圧Ｐｄが大きい場合にはフィルタ２３に起因する圧損が大きく、逆に差圧Ｐｄが小さい場合にはフィルタ２３に起因する圧損が小さい。
【００２６】
したがって、本実施形態の捕集量算出手段では、上流側圧力センサ５１と下流側圧力センサ５２との間の差圧Ｐｄからフィルタ２３の微粒子捕集量が算出される。具体的には、まず、フィルタ２３の微粒子捕集量がほぼ零であるとき、あるいはフィルタ２３がほぼ未使用状態であるときの両圧力センサ５１、５２間の差圧（以下、「初期差圧Ｐｄａ」と称す）を予め算出する。その後、機関運転時において、両圧力センサ５１、５２によって差圧Ｐｄを検出する。そして、これら差圧Ｐｄと初期差圧Ｐｄａとの差（以下、「差圧差」と称す）ΔＰｄはフィルタ２３の微粒子補流量にほぼ比例する。
【００２７】
したがって、微粒子捕集量が基準捕集量よりも少なくなるようにするためには、差圧差ΔＰｄが基準捕集量に対応する基準差圧差ΔＰｄａよりも少なくなるようにすればよい。よって、本発明の排気浄化装置では、両圧力センサ５１、５２によって検出された差圧差ΔＰｄが基準差圧差ΔＰｄａ以上となった場合に、フィルタ再生処理を実行するようにしている。
【００２８】
なお、フィルタ２３に起因する圧損は、フィルタ２３に流入する排気ガスの流量（内燃機関の回転数も同様）に応じて変化するため、実際には、上記差圧センサによって検出された差圧差ΔＰｄはフィルタ２３に流入する排気ガスの流量に基づいて補正される。
【００２９】
また、二つの圧力センサ５１、５２から差圧を求めているが、二つの圧力センサ５１、５２の替わりに、フィルタ２３の排気上流側の圧力とフィルタ２３の排気下流側の圧力との差圧を検出する差圧センサ（図示せず）を用いて差圧を検出してもよい。あるいは、一般にフィルタ２３の排気下流側の圧力は大きく変動しないので、フィルタ２３の排気上流側の圧力を検出するための上流側圧力センサ５１のみを設け、この上流側圧力センサ５１の出力が所定圧力以上となった場合にフィルタ再生処理を実行するようにしてもよい。
【００３０】
ところで、フィルタ２３に捕集される微粒子は、大別すると煤（ＳＯＯＴ）と可溶性有機物質（ＳＯＦ）とから構成される。煤は元素状の炭素からなり、ＳＯＦは燃焼時の高温で蒸発した燃料中および潤滑油中の炭化水素が膨張行程の低温下で析出し、粒子状になったものである。
【００３１】
これら微粒子の各構成成分は、フィルタ再生処理を実行した場合における挙動が異なる。例えば、煤はフィルタ２３が比較的高温（例えば、５５０℃〜６００℃。酸化触媒（Ｐｔ等）が存在する条件では４５０℃程度）でないと着火せず、また一旦着火すると煤が酸化・燃焼することでフィルタ２３の温度はさらに上昇するため、煤の燃焼・酸化時にはフィルタ２３の温度は着火時の温度よりもよりも高い温度になる。場合によっては、フィルタ２３の温度が高くなり過ぎて、フィルタ２３の担体が溶損したり、フィルタ２３に担持されている触媒成分が劣化してしまったりする。
【００３２】
一方、ＳＯＦはフィルタ２３が比較的低温（例えば、３００℃程度）であっても着火し、また酸化・燃焼しても極端に温度が上昇することはない。よって、フィルタ２３上でＳＯＦのみを酸化・燃焼させた場合には、フィルタ２３の温度が高くなり過ぎてフィルタ２３の担体が溶損してしまったり触媒成分が劣化してしまったりすることは無い。
【００３３】
したがって、フィルタ２３に捕集された全微粒子（煤成分およびＳＯＦ成分等）に対する煤成分の比率が大きいと、すなわち全微粒子中のＳＯＦ成分の比率が小さいと、フィルタ再生時のフィルタ２３の温度が比較的高くなり、一方、フィルタ２３に捕集された全微粒子中のＳＯＦ成分の比率が大きいと、すなわち全微粒子中の煤成分の比率が小さいと、フィルタ再生時のフィルタ２３の温度が比較的低くなる。
【００３４】
したがって、上述したように全微粒子中の煤成分の比率が大きい場合、微粒子捕集量が上記基準捕集量に達してからフィルタ再生処理を行うと、捕集されている微粒子が全て酸化・燃焼する頃にはフィルタ２３の温度が高くなり過ぎてしまう。一方、全微粒子中のＳＯＦ成分の比率が大きい場合、微粒子捕集量が上記基準捕集量に達してからフィルタ再生処理を行っても、フィルタ２３の温度が高くなり過ぎてしまうことはない。
【００３５】
そこで、本発明の第一実施形態では、フィルタ２３に捕集されている微粒子の各構成成分（例えば煤成分やＳＯＦ成分）の比率（以下、「成分比率」と称す）を推定するための成分比率推定手段によって成分比率を推定し、推定された成分比率に応じて上記基準捕集量Ｑｐａを変更する。より詳細には、図２に示したように、フィルタ２３に捕集されている全微粒子中の煤成分の比率（以下、「煤成分比率」と称す）Ｒｓｏｏｔが大きい場合には、上記基準捕集量Ｑｐａを小さくし、フィルタ２３の微粒子捕集量Ｑｐが比較的少ないときからフィルタ再生処理を実行する。逆に、煤成分比率Ｒｓｏｏｔが小さい場合には、上記基準捕集量Ｑｐａを大きくし、フィルタ２３の微粒子捕集量Ｑｐが比較的多くなってからフィルタ再生処理を実行する。
【００３６】
このように、煤成分比率Ｒｓｏｏｔが大きい場合にはフィルタ２３の微粒子捕集量が少ないうちからフィルタ再生処理が行われることで、フィルタ再生処理中にフィルタ２３の温度が高くなり過ぎて、フィルタ２３が劣化してしまうことが防止される。一方、煤成分比率Ｒｓｏｏｔが小さい場合にはフィルタ２３の微粒子捕集量が多くなってからフィルタ再生処理が行われることで、フィルタ再生処理の実行回数を不必要に増大させてしまうことによるエネルギや燃料の不要な消費を抑制することができる。したがって、本実施形態によれば、エネルギや燃料の消費を抑制しつつ、フィルタ２３が劣化してしまうことが無いように、フィルタ再生処理を適切なタイミングで実行することができる。
【００３７】
以上のことから、本発明の排気浄化装置では、成分比率推定手段によって推定された成分比率に応じて、フィルタ再生手段によってフィルタ再生処理を開始するタイミング、すなわちフィルタ２３に捕集されている微粒子の燃焼を開始させるタイミングを、フィルタ再生処理を実行してもフィルタが高温になってフィルタ２３が劣化してしまうことのないようなタイミングに設定することができることが分かる。そして、フィルタ再生手段によってフィルタ再生処理を開始するタイミングは、成分比率推定手段によって推定された成分比率に加えて、捕集量推定手段によって推定されたフィルタ２３の微粒子捕集量に応じて設定されることが分かる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、成分比率として煤成分比率Ｒｓｏｏｔを求めるとしたが、換わりにフィルタ２３に捕集されている全微粒子中のＳＯＦ成分の比率（以下、「ＳＯＦ成分比率」と称す）Ｒｓｏｆを求めるようにしてもよく、この場合、ＳＯＦ成分比率Ｒｓｏｆが大きい場合には基準捕集量Ｑｐａも多くされ、ＳＯＦ成分比率Ｒｓｏｆが小さい場合には基準捕集量Ｑｐａも少なくされる。
【００３９】
上述したように、本実施形態では微粒子捕集量を直接検出しているのではなく、差圧差から推定している。したがって、本実施形態では、基準捕集量に対応する基準差圧差ΔＰｄａを煤成分比率Ｒｓｏｏｔに応じて変更する。例えば、図３に示したように、煤成分比率Ｒｓｏｏｔが大きくなった場合には、基準捕集量が少なくなるように基準差圧差ΔＰｄａを小さくし、逆に、煤成分比率Ｒｓｏｏｔが小さくなった場合には、基準捕集量が多くなるように基準差圧差ΔＰｄａを大きくする。そして、フィルタ２３の微粒子捕集量に対応する二つの圧力センサ５１、５２間の差圧差ΔＰｄを検出し、検出した差圧差ΔＰｄが上記基準差圧差ΔＰｄａ以上である場合には、フィルタ再生処理を実行する。
【００４０】
次に、図４を参照して本発明のフィルタ再生処理を実行するタイミング設定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、成分比率推定手段によって煤成分比率Ｒｓｏｏｔが推定される。次いで、ステップ１０２において、ステップ１０１で推定された煤成分比率Ｒｓｏｏｔと、図２に示したようなマップとから、基準差圧差ΔＰｄａが算出される。次いで、ステップ１０３では、上流側圧力センサ５１と下流側圧力センサ５２とによって検出された差圧Ｐｄから、初期差圧Ｐｄａを減算することで、現在の差圧差ΔＰｄ（＝Ｐｄ−Ｐｄａ）が算出される。次いで、ステップ１０４において、差圧差ΔＰｄが基準差圧差ΔＰｄａ以上であるか否かが判定され、差圧差ΔＰｄが基準差圧差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、ステップ１０４において、差圧差ΔＰｄが基準差圧差ΔＰｄａ以上であると判定された場合には、ステップ１０５へと進む。ステップ１０５では、フィルタ再生処理が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、基準差圧差ΔＰｄａを煤成分比率Ｒｓｏｏｔに応じて変えるとしているが、基準差圧差ΔＰｄａを一定値とし、この基準差圧差ΔＰｄａに煤成分比率Ｒｓｏｏｔに応じて変わる補正係数ｋを乗算し、その値（ｋ×ΔＰｄａ）と現在の差圧差Ｐｄとを比較してフィルタ再生処理の実行を判断してもよいし、或いは基準差圧差ΔＰｄａを一定値とし、この基準差圧差ΔＰｄａに煤成分比率Ｒｓｏｏｔに応じて変わる補正差圧差ΔＰｄｂを加算、または減算し、その値（ΔＰｄａ±ΔＰｄｂ）と現在の差圧差Ｐｄとを比較してフィルタ再生処理の実行を判断してもよい。
【００４２】
次に、フィルタ２３に捕集されている微粒子の構成成分の比率を推定するための成分比率推定手段について説明する。ところで、フィルタ２３に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」と称す）中に含まれる全微粒子中の該微粒子の各構成成分の割合（例えば流入排気ガスに含まれる全微粒子中の煤成分の割合またはＳＯＦ成分の割合）は、フィルタ２３への流入排気ガスの温度に応じて変化する。具体的には、フィルタ２３への流入排気ガスの温度が高くなると、流入排気ガスに含まれる微粒子中の煤成分の割合（以下、「煤成分割合」と称す）が増大して流入排気ガスに含まれる微粒子中のＳＯＦ成分の割合（以下、「ＳＯＦ成分割合」と称す）が減少し、逆に、流入排気ガスの温度が低くなると、煤成分割合が減少してＳＯＦ成分割合が増大する。この様子を図５（ａ）に示す。なお、図５（ａ）では、横軸がフィルタ２３への流入排気ガスの温度を示しており、縦軸がフィルタ２３への流入排気ガス中に含まれる微粒子中の煤成分の割合を示している。
【００４３】
そこで、本発明の排気浄化装置では上述したようにフィルタ２３の排気上流に排気温センサ５０が設けられ、この排気温センサ５０によってフィルタ２３への流入排気ガスの温度Ｔｅが検出される。そして、検出された流入排気ガスの温度Ｔｅから上記図５（ａ）に基づいて流入排気ガス中の煤成分割合が算出され、次いで流入排気ガス中の煤成分割合を時間積分することによって、フィルタ２３上に捕集されている全微粒子中の煤成分の比率を推定することができる。すなわち、本実施形態の成分比率推定手段では、フィルタ２３への流入排気ガスの温度Ｔｅからフィルタ２３に捕集されている全微粒子に対する成分比率が推定される。
【００４４】
なお、上記説明では、フィルタ２３に捕集されている全微粒子に対する成分比率は、流入排気ガスの温度に応じて変化するとしたが、実際には機関回転数に応じても変化する。したがって、例えば流入排気ガス中の煤成分割合を機関回転数で補正し、それを積分することで成分比率を算出する等によって、成分比率を機関回転数および温度に基づいて算出してもよい。また、成分比率は機関負荷率等に応じても変化するため、成分比率をより正確に求める場合には機関負荷率を考慮して成分比率を算出してもよい。
【００４５】
また、上記成分比率推定手段では、流入排気ガス中の煤成分割合を時間積分することで成分比率を算出したが、フィルタ２３への流入排気ガスの温度に基づいて流入排気ガスに含まれる全微粒子の量と煤成分の量とを例えば図５（ｂ）に示したようなマップからそれぞれ算出し、算出された全微粒子の量と煤成分の量とを時間積分し、積分された全微粒子の量と煤成分の量とからフィルタ２３に捕集されている微粒子における成分比率を算出してもよい。なお、図５（ｂ）は、横軸がフィルタ２３への流入排気ガスの温度を示しており、縦軸がフィルタ２３への流入排気ガス中に含まれる微粒子の量（図中の実線）と煤成分の量（図中の破線）とを示している。したがって、図中の実線と破線との間は流入排気ガス中に含まれるＳＯＦの量を示している。
【００４６】
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。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と同様であるが、第二実施形態の捕集量推定手段および成分比率推定手段は第一実施形態におけるこれら手段とは異なる。
【００４７】
第二実施形態の排気浄化装置では、捕集量推定手段は、エアフロメータ４９によって測定される吸入空気量からフィルタ２３に起因する圧損を推定し、推定された圧損からフィルタ２３の微粒子捕集量を推定する。より詳細には、フィルタ２３の微粒子捕集量が多くなるとフィルタ２３に起因する圧損が高くなり、これにより排気通路（排気マニホルド１９および排気管２０、２２）内の圧力が高くなって内燃機関の燃焼室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４９によって測定される吸入空気量が減少する。逆に、フィルタ２３の微粒子捕集量が少なくなるとフィルタ２３に起因する圧損が低くなり、これにより排気通路内の圧力が低くなって内燃機関の燃焼室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、よってエアフロメータ４９によって測定される吸入空気量が増加する。したがって、本発明の第二実施形態の捕集量推定手段によれば、エアフロメータ４９からフィルタ２３の微粒子捕集量が推定される。
【００４８】
ただし、吸入吸気量によるフィルタ２３の微粒子捕集量の推定は、車両の減速時（あるいは燃料噴射弁６からの燃料噴射を中止している時）であって、スロットル弁１７およびＥＧＲ制御弁２６を全開にし、可変容量式ターボチャージャー１４の可変ノズル（図示せず）を全開にしたときに行われる。また、フィルタ２３に起因する圧損はフィルタ２３に流入する排気ガスの流量、または機関回転数に応じて変化するため、エアフロメータ４９から推定された圧損の値をフィルタ２３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。
【００４９】
上述したような状態で吸入吸気量によるフィルタ２３の微粒子捕集量の推定を行う理由を簡単に説明する。まず、減速（燃料噴射中止）時にエアフロメータ４９によって吸入空気量を測定し、フィルタ２３の微粒子捕集量を推定することで、フィルタ２３の微粒子捕集量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。また、圧損の推定時にはスロットル弁１７を全開にすることで、フィルタ２３の微粒子捕集量の検出精度を高めることができる。
【００５０】
また、可変容量式ターボチャージャー１４は可変ノズルを備えたターボであり、低速域では可変ノズルを絞ってタービン効率を高め、高速域では可変ノズルを開いてタービン容量を拡大させ、低速から高速までの幅広い領域で高い過給効果を得ることができる。このような可変容量式ターボチャージャー１４では、可変ノズルを絞ると、排気抵抗が高くなってしまって吸入空気量からフィルタ２３の微粒子捕集量を正確に測定することができなくなってしまうので、吸入空気量を測定するときには可変ノズルを全開にし、これによりフィルタ２３の微粒子捕集量の検出精度が高められる。
【００５１】
ＥＧＲ制御弁２６に関しては、ＥＧＲ制御弁２６が全開である場合、排気通路内の排気ガスの圧力が変化すると排気通路からＥＧＲ通路２５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内の排気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。すなわち、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制御弁２６を全開にすることによっても、排気通路内の排気ガスの圧力が高くなると吸入空気量が減少し、排気通路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制御弁２６を全開にすることで、エアフロメータ４９によって測定された吸入空気量からフィルタ２３の微粒子捕集量をより正確に測定することができるようになる。
【００５２】
また、第二実施形態では、成分比率推定手段が第一実施形態の成分比率推定手段とは異なる。一般に、潤滑油の漏れ等が発生していない場合には、内燃機関の潤滑油は燃焼室５内で蒸発することで消費され、減少していく。燃焼室５内で蒸発した潤滑油の一部は燃料燃焼時に燃焼されずに残り、内燃機関の膨張行程等において燃焼ガスが低温になることによって粒子状になってＳＯＦとして析出する。したがって、潤滑油の消費量とＳＯＦの発生量とは互いに関係があり、潤滑油の消費量が多くなるとＳＯＦの発生量が多くなり、よってフィルタ２３に捕集されるＳＯＦの量も多くなる。逆に、潤滑油の消費量が少なくなるとＳＯＦの発生量が少なくなり、よってフィルタ２３に捕集されるＳＯＦ成分の量も少なくなる。
【００５３】
そこで、機関本体に潤滑油量を検出するためのオイルレベルゲージセンサ（図示せず）を設け、このオイルレベルゲージセンサによって前回のフィルタ再生処理を実行してからの潤滑油の減少量を検出し、検出された潤滑油の減少量からフィルタ２３に捕集されているＳＯＦ成分の量を推定する。上述したように捕集量推定手段によってフィルタ２３に捕集されている微粒子捕集量が推定されるため、この微粒子捕集量からＳＯＦ成分の量を減算することでフィルタ２３に捕集されている煤成分の量も算出することもできる。また、これら推定または算出された量から、成分比率を算出することもできる。したがって、オイルレベルゲージセンサの出力と、捕集量推定手段である圧力センサ５１、５２の出力とによっても、成分比率を推定することができ、且つ、フィルタ２３に捕集されている微粒子中のＳＯＦ成分および煤成分の量を推定することができる。
【００５４】
なお、第二実施形態の排気浄化装置は第一実施形態の排気浄化装置と組み合わせることができる。例えば、第二実施形態の捕集量推定手段と第一実施形態の成分比率推定手段を組み合わせてもよいし、その逆に、第二実施形態の成分比率推定手段と第一実施形態の捕集量推定手段を組み合わせてもよい。
【００５５】
次に、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態では、第一および第二実施形態と成分比率推定手段が異なる。第三実施形態の成分比率推定手段では、第一実施形態における成分比率手段によって流入排気ガスの温度に基づいて推定された成分比率が、潤滑油消費量に基づいて補正される。例えば、流入排気ガスの温度に基づいて推定された煤成分比率が小さいにも関わらず潤滑油消費量が多い場合には、上記煤成分比率が大きくなるように補正され、逆に、流入排気ガスの温度に基づいて推定された煤成分比率が大きいにも関わらず潤滑油消費量が少ない場合には、上記煤成分比率が小さくなるように補正される。このように補正することにより、フィルタに捕集されている微粒子中の各構成成分の比率をより正確に算出することができる。
【００５６】
なお、本明細書中において、微粒子の「酸化・燃焼」または「燃焼」という用語は、輝炎を発しながら微粒子が酸化されることのみならず、輝炎を発せずに微粒子が酸化されることも含む。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、フィルタ再生制御の実行タイミングを最適にされ、これによりフィルタ再生処理を実行する回数を最小限にしつつ、パティキュレートフィルタの温度上昇によってフィルタが劣化してしまうことが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を搭載した内燃機関の全体を示す図である。
【図２】煤成分比率と基準捕集量との関係を示す図である。
【図３】煤成分比率と基準差圧差との関係を示す図である。
【図４】フィルタ再生処理を実行するタイミング設定制御のフローチャートである。
【図５】フィルタに流入する排気ガスの温度と微粒子の構成成分との関係を示した図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
２３…パティキュレートフィルタ（フィルタ）
５０…排気温センサ
４９…エアフロメータ
５１、５２…圧力センサ
【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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