(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタに捕集されている排気微粒子量を精度良く推定することができるエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】酸化触媒機能を有すると共に排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタが備えられたエンジンにおいて、コントロールユニットは、パティキュレートフィルタの状態が、排気微粒子を燃焼除去する段階にあるか捕集蓄積する段階にあるかを判定し、判定された段階に応じた異なる推定方法で捕集量を推定する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒機能を有すると共にエンジンの排気通路に設けられて排気微粒子を捕集する捕集手段と、捕集手段に捕集されている排気微粒子の量を推定する捕集量推定手段とが備えられたエンジンの排気浄化装置であって、捕集手段の状態が捕集した排気微粒子を燃焼除去している段階と捕集蓄積している段階とのいずれにあるかを判定する判定手段が備えられており、捕集量推定手段は、判定手段によって判定された段階に応じた異なる推定方法で捕集量を推定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
捕集手段の温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段が備えられており、判定手段は、パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値が所定値以上のときに、捕集手段の状態が排気微粒子の燃焼除去段階にあると判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
捕集手段の上流側と下流側とのうちの少なくとも上流側に排気圧を検出する排気圧検出手段が備えられており、捕集量推定手段は、パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値に基づいて排気微粒子の燃焼量を算出する燃焼量算出手段を有し、かつ、判定手段によって捕集手段の状態が捕集蓄積段階にあると判定されたときは、排気圧検出手段によって検出された上流側排気圧と下流側排気圧との差圧または上流側排気圧に基づいて捕集量を推定し、判定手段によって捕集手段の状態が燃焼除去段階にあると判定されたときは、当該燃焼除去段階の前の捕集蓄積段階のときに推定した捕集量から、燃焼量算出手段によって算出された燃焼量を減算することにより、捕集量を推定することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
排気圧検出手段によって検出された上流側排気圧と下流側排気圧との差圧または上流側排気圧に対する捕集量が定められた基本特性を記憶する記憶手段が備えられており、捕集量推定手段は、判定手段による判定が燃焼除去段階から捕集蓄積段階に移行したときは、移行時に検出された差圧または上流側排気圧における上記基本特性に定められた捕集量と、移行時に算出した燃焼除去段階の捕集量との捕集量差をオフセット量として記憶すると共に、移行後の捕集蓄積段階の捕集量を、上記基本特性に基き定められる捕集量とオフセット量とから算出することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
捕集手段に捕集されている排気微粒子を燃焼除去させて捕集手段を再生させる再生手段が備えられており、再生手段は、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に、捕集手段の再生を開始することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス中に含まれる排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタの排気微粒子捕集量の推定に関し、エンジンの排気浄化装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、パティキュレートと称される微粒子が含まれており、これを捕集して除去するパティキュレートフィルタがエンジンの排気通路に備えられることがある。
【０００３】
このようなフィルタにおいては、エンジンの運転時間の増加と共に該フィルタ内に捕集蓄積されている排気微粒子量が増加し、これにより該フィルタが徐々に目詰まりを起こすので、一般に、所定の条件が成立したときに、該フィルタ内の排気微粒子の除去、すなわちフィルタの再生が行われる。この所定の条件が成立したか否かの判定は、例えばフィルタの上流側の圧力と下流側の圧力との差圧に基づいてフィルタに捕集されている排気微粒子量を推定し、この排気微粒子量が所定値以上となったか否かを判定することで行われる。
【０００４】
ところで、実際には、同一の差圧が検出されていても現実に捕集されている排気微粒子量が異なることがある。換言すれば、フィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧のみを検出しているだけでは、捕集されている排気微粒子量を正確に推定できないこととなる。これに対処する技術として、特許文献１には、フィルタの前後差圧の差異が運転履歴（例えば加減速運転状態の占める割合、負荷が所定値以上の運転状態の割合等）に起因することを見出して、運転履歴に応じてフィルタの再生時期を変更する発明が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−５０１３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本発明者等が、上記捕集量と差圧とが１対１の関係になく、差圧だけからでは捕集量を精度よく検出できない問題について検討したところ、差圧と捕集量とが一致しない原因は、以下のように考えられる。
【０００７】
すなわち、まず、図７に例示するように、パティキュレートフィルタ２７は、酸化触媒が担持された複数の隔壁２７ａ…２７ａを有し、吸入口２７ｂから吸入された排気ガスを矢印のように上記隔壁２７ａ…２７ａを通過させて排出口２７ｃから排出する際に、隔壁２７ａ…２７ａに排気微粒子が捕集されるものである。
【０００８】
次に、図７の符号アで示す部位を図８（ａ）に拡大して示す。隔壁２７ａ…２７ａは、その表裏間に無数の微細な気孔２７ｄ…２７ｄが貫通したものであり、その気孔２７ｄ…２７ｄは内面に微細な凹凸を有する。よって、図８（ｂ）に示したように、排気微粒子Ｘが隔壁２７ａ…２７ａに捕集される段階では、まずその初期には、排気微粒子Ｘは主として気孔２７ｄ…２７ｄ内に捕集され、その結果、気孔２７ｄ…２７ｄが目詰まり状態となって、排気ガスの流通抵抗が大きくなる。そして、気孔２７ｄ…２７ｄの排気微粒子Ｘ捕集能力がある程度限界に達した後は、図８（ｃ）に示したように、排気微粒子Ｘは主として隔壁２７ａ…２７ａの表面２７ｅに捕集されるようになる。
【０００９】
一方、排気微粒子Ｘが燃焼除去される段階では、まずその初期には、図８（ｄ）に示したように、排気微粒子Ｘと酸化触媒との接触面積が大きい気孔２７ｄ…２７ｄ内に捕集された排気微粒子Ｘが速やかに燃焼除去され、そして、排気微粒子Ｘと酸化触媒との接触面積が小さい隔壁表面２７ｅに捕集された排気微粒子Ｘが徐々に燃焼除去され、その燃焼が次第に隔壁表面２７ｅに積み重なるように捕集された排気微粒子Ｘの上層側に拡大されるようになる。このような現象は、酸化触媒との接触面積が大きい気孔２７ｄ…２７ｄに捕集された排気微粒子Ｘの方が酸化反応を利用しやすいために起こるものと考えられる。
【００１０】
この間の差圧と捕集量との関係を図９に示す。捕集蓄積段階においては、捕集量が少ない初期の段階（Ｒ１）で、気孔２７ｄ…２７ｄの目詰まりにより大きな圧損が生じて、差圧は捕集量の増加に対して急激に上昇するが、中後期（Ｒ２）においては、隔壁表面２７ｅを中心に捕集されるから、圧損の増加が緩やかになり、差圧は捕集量の増加に対して緩やかに上昇する。
【００１１】
一方、燃焼段階においては、捕集初期と比較して相対的に多い排気微粒子Ｘが残っている初期の段階（Ｒ３）で、気孔２７ｄ…２７ｄ部分の排気ガスの流通抵抗が小さくなって圧損が大きく減少し、差圧は捕集量の減少に対して急激に低下するが、中後期（Ｒ４）には隔壁表面２７ｅを中心に燃焼されるから、圧損の減少が緩やかになり、差圧は捕集量の減少に対して緩やかに低下する。
【００１２】
すなわち、排気微粒子Ｘの捕集蓄積段階と燃焼除去段階とでは、同じ差圧が検出されたとしても、捕集されている排気微粒子量は異なったものとなるのである。よって、これを考慮しない特許文献１に記載の技術においては、捕集されている排気微粒子量を精度よく推定することができないのである。
【００１３】
そこで、本発明は、パティキュレートフィルタに捕集されている排気微粒子量を精度良く推定することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明は、酸化触媒機能を有すると共にエンジンの排気通路に設けられて排気微粒子を捕集する捕集手段と、捕集手段に捕集されている排気微粒子の量を推定する捕集量推定手段とが備えられたエンジンの排気浄化装置であって、捕集手段の状態が捕集した排気微粒子を燃焼除去している段階と捕集蓄積している段階とのいずれにあるかを判定する判定手段が備えられており、捕集量推定手段は、判定手段によって判定された段階に応じた異なる推定方法で捕集量を推定することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、捕集手段の状態が捕集した排気微粒子を燃焼除去している段階と捕集蓄積している段階とのいずれにあるかに応じて、異なる推定方法で捕集手段に捕集されている排気微粒子の量（捕集量）を推定するから、該捕集量を精度よく推定することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、捕集手段の温度に関連するパラメータ値を検出するパラメータ値検出手段が備えられており、判定手段は、パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値が所定値以上のときに、捕集手段の状態が排気微粒子の燃焼除去段階にあると判定することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、捕集手段の状態が排気微粒子の燃焼除去段階にあるか捕集蓄積段階にあるかを、捕集手段の温度に基づいて、科学的・実験的に、かつ比較的簡易な手段で、精度よく判定することができる。
【００１８】
そして、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、捕集手段の上流側と下流側とのうちの少なくとも上流側に排気圧を検出する排気圧検出手段が備えられており、捕集量推定手段は、パラメータ値検出手段で検出されたパラメータ値に基づいて排気微粒子の燃焼量を算出する燃焼量算出手段を有し、かつ、判定手段によって捕集手段の状態が捕集蓄積段階にあると判定されたときは、排気圧検出手段によって検出された上流側排気圧と下流側排気圧との差圧または上流側排気圧に基づいて捕集量を推定し、判定手段によって捕集手段の状態が燃焼除去段階にあると判定されたときは、当該燃焼除去段階の前の捕集蓄積段階のときに推定した捕集量から、燃焼量算出手段によって算出された燃焼量を減算することにより、捕集量を推定することを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、捕集手段の状態が排気微粒子の捕集蓄積段階にあるときは、差圧または上流側排気圧に基づいて捕集量が推定される。一方、捕集手段の状態が排気微粒子の燃焼除去段階にあるときは、捕集手段の温度に関連するパラメータ値に基づいて排気微粒子の燃焼量が算出されると共に、捕集蓄積段階にあるときに推定した捕集量から、上記燃焼量を減算することにより、捕集量が推定される。すなわち、捕集手段の状態が燃焼除去段階にあるときと捕集蓄積段階にあるときとで異なる、排気圧（差圧）と捕集量との関係のヒステリシスに対応して捕集量の推定方法を切り換えるので、該推定の精度が向上する。
【００２０】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、排気圧検出手段によって検出された上流側排気圧と下流側排気圧との差圧または上流側排気圧に対する捕集量が定められた基本特性を記憶する記憶手段が備えられており、捕集量推定手段は、判定手段による判定が燃焼除去段階から捕集蓄積段階に移行したときは、移行時に検出された差圧または上流側排気圧における上記基本特性に定められた捕集量と、移行時に算出した燃焼除去段階の捕集量との捕集量差をオフセット量として記憶すると共に、移行後の捕集蓄積段階の捕集量を、上記基本特性に基き定められる捕集量とオフセット量とから算出することを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、捕集蓄積段階では、あくまでも、差圧または上流側排気圧に対して定められた捕集量の基本特性に従って、捕集量が推定される。そして、燃焼除去段階から捕集蓄積段階への移行時には、該移行時の状況に応じて、該移行時にフィルタに残存した捕集量がまちまちとなるが、その場合は、該残存捕集量と基本特性との偏差（オフセット量）を考慮しつつ、やはりあくまでも、その残存捕集量を起点として、基本特性に従って推定を続行する。
【００２２】
すなわち、判定手段により燃焼除去段階から捕集蓄積段階へ移行したと判定されたときには、移行時に検出された差圧または上流側排気圧における上記基本特性に定められた捕集量と、燃焼除去段階と判定されたときに算出された捕集量との捕集量差をオフセット量として記憶すると共に、移行後の捕集量、つまり判定手段によって捕集蓄積段階にあると判定されたときの捕集量を、上記基本特性から求まる捕集量とオフセット量とにより算出するのである。これにより、捕集手段の状態に応じてより一層精度よく正確に捕集量を推定することができるようになる。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、捕集手段に捕集されている排気微粒子を燃焼除去させて捕集手段を再生させる再生手段が備えられており、再生手段は、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に、捕集手段の再生を開始することを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、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に、捕集手段の再生が開始されることとなる。その場合に、請求項１から請求項４の発明により、正確にかつ精度よく推定された捕集量に基づいて再生が開始されるから、再生を効率よく行うことができ、例えば再生開始が遅れた場合に起こり得る、捕集手段の目詰まりに伴う破損や、必要以上の再生継続を行った場合に起こり得る、後噴射に起因する燃費の悪化等の不具合を抑制することができる（この燃費悪化の不具合は、例えばフィルタの再生を、主噴射以外に燃料を後噴射することによって実現する場合に発生する）。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】
この実施の形態においては、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。
【００２７】
インジェクタ４と図外の燃料タンク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。
【００２８】
吸気通路１０には、上流側から順に、エアクリーナ１１、エアフロメータ１２、過給機のコンプレッサ１３、インタークーラ１４、吸気量を調節する絞り弁１５、吸気温センサ１６、吸気圧センサ１７、そして吸気弁１８が備えられている。
【００２９】
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、第１排気温センサ２３、酸化触媒装置２４、第２排気温センサ２５、上流側圧力センサ２６、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ２７、下流側圧力センサ２８、そして第３排気温センサ２９が備えられている。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上に排気還流量を調節するＥＧＲ弁３１が備えられている。
【００３０】
ここで、パティキュレートフィルタ２７は、特許請求の範囲における捕集手段を構成し、該フィルタ２７には白金等の貴金属を含む酸化触媒物質がコーティングされている。
【００３１】
そして、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が、またシリンダブロックには水温センサ４２が設けられている。コモンレール６には燃料の蓄圧を検出するコモンレール圧センサ４３が設けられている。車室にはアクセルペダル４４の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ４５が設けられている。
【００３２】
このエンジン１のコントロールユニット５０は、上記各センサで検出される吸気量、吸気温、吸気圧、酸化触媒装置２４に流入する排気温、パティキュレートフィルタ２７に流入する排気温、フィルタ２７から出た後の排気温、フィルタ２７を挟む上流側及び下流側圧力、エンジン回転数、冷却水温、コモンレール６内の燃料蓄圧、並びにエンジン負荷等に基づいて、インジェクタ４及び高圧燃料ポンプ５に制御信号を出力する。
【００３３】
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から求められる基本燃料噴射量を冷却水温や吸気温等で補正して燃料噴射量を算出する。
【００３４】
コントロールユニット５０は、捕集量推定手段として機能し、例えば、パティキュレートフィルタ２７に捕集されている排気微粒子の量を、フィルタ２７を挟む上流側及び下流側圧力との差圧に基づいて推定する。
【００３５】
コントロールユニット５０は、また再生手段として機能し、推定された捕集量が所定量以上となったときに、ピストン３の圧縮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し（後噴射）、フィルタ２７の再生（フィルタ２７に捕集されている排気微粒子の燃焼除去）を開始する。この後噴射は、当該後噴射で生成した未燃成分を酸化触媒装置２４や酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ２７で酸化反応させることにより、パティキュレートフィルタ２７を昇温させて、該フィルタ２７に捕集されている排気微粒子を燃焼させ、該フィルタ２７を速やかに再生させることを目的としている。
【００３６】
ところで、フィルタ２７に捕集されている排気微粒子は、該フィルタ２７の温度が概ね４００℃以上になると、燃焼除去され始め、４００℃未満では捕集蓄積される傾向がある。すなわち、エンジン１の運転状態の変動に伴って、パティキュレートフィルタ２７の状態は、排気微粒子が燃焼除去される段階と捕集蓄積される段階とに切り換ることとなるが、従来技術において前述したように、燃焼除去段階と捕集蓄積段階とでは捕集量が同じでも差圧が異なる値を示し、捕集量と差圧とが１対１の関係になく、差圧だけからでは捕集量を精度よく検出できない問題がある。
【００３７】
そこで、本実施の形態においては、コントロールユニット５０は、フィルタ２７の状態が排気微粒子を燃焼除去している段階と捕集蓄積している段階とのいずれにあるかを判定し（判定手段）、判定された段階に応じた異なる推定方法で捕集量Ｗを推定する。
【００３８】
以下、この捕集量推定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。
【００３９】
まず、コントロールユニット５０は、ステップＳ１で、パティキュレートフィルタ２７の温度Ｔ（第２排気温センサ２５で検出されたもの）、フィルタ２７の上流側排気圧（上流側圧力センサ２６で検出されたもの）及び下流側排気圧（下流側圧力センサ２８で検出されたもの）、エンジン回転数等の上記各センサで検出された各種状態量を読み込み、ステップＳ２で、上流側排気圧から下流側排気圧を減じて上流側排気圧と下流側排気圧との差圧を算出する。
【００４０】
次いで、ステップＳ３で、この制御フローの初作動か否かを判定し、ＹＥＳのとき、すなわち初回であれば、ステップＳ４で、後述するオフセット量Ｄを０に設定した上で、ステップＳ５で、検出（算出）された差圧に対応する捕集量を定めた基本特性マップ（図３参照）に基づいて現在の差圧に対応する基本捕集量Ｉを算出する。ここで、この基本特性は、前述した図９のＲ１、Ｒ２の段階、すなわちパティキュレートフィルタ２７に排気微粒子が捕集蓄積されている段階に対応するものであり、差圧がＰ１以下のときは、差圧の増加に対する捕集量の増加が緩やかとなっており（換言すれば、捕集量の増加に対する差圧の増加が急激となっており）、差圧がＰ１より大きいときは、差圧の増加に対する捕集量の増加が急激となっている（換言すれば、捕集量の増加に対する差圧の増加が緩やかとなっている）。
【００４１】
次いで、ステップＳ６で、該基本捕集量Ｉと上記オフセット量Ｄとに基づいて現在の捕集量Ｗを算出し、ステップＳ１に戻る。ここで、この現捕集量Ｗは基本捕集量Ｉとオフセット量Ｄとを加算した値である。
【００４２】
一方、ステップＳ３の判定がＮＯのときは、ステップＳ７以後の処理を実行する。すなわち、ステップＳ７で、上記温度Ｔが所定値α以上か否かを判定し（判定手段）、ＹＥＳのときは、ステップＳ８に進み、また、ＮＯのときは、ステップＳ９に進み、それぞれ１制御周期前の温度Ｔが所定値α以上であったか否かを判定する。ここで、この所定値αは、パティキュレートフィルタ２７の状態が排気微粒子を捕集蓄積している段階（図４に例示するフェーズＱ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５の段階）と、燃焼除去している段階（同フェーズＱ３の段階）とのいずれにあるかを判定するための値であり、コントロールユニット５０は、温度Ｔが所定値α以上であれば、パティキュレートフィルタ２７の状態が排気微粒子を燃焼除去している段階であると判定し、温度Ｔが所定値α以上でなければ、排気微粒子を捕集蓄積している段階であると判定する。また、ステップＳ７〜Ｓ９では、現在のパティキュレートフィルタ２７の状態（段階）と１制御周期前におけるパティキュレートフィルタ２７の状態（段階）に、変化が生じたか否かを判定している。ここで、この温度Ｔの値は、例えば４００℃程度とすればよい。
【００４３】
そして、上記ステップＳ７及びステップＳ９の判定がともにＮＯのとき、すなわち、捕集蓄積段階が継続しているときは、前述したステップＳ５及びステップＳ６を実行して現捕集量Ｗを算出し、ステップＳ１に戻る。ここで、これは、図４に示すフェーズＱ１，Ｑ２の段階である。
【００４４】
一方、ステップＳ７の判定がＹＥＳで、ステップＳ８の判定がＮＯのとき、すなわち、捕集蓄積段階から燃焼除去段階への移行時には、ステップＳ１０で、１制御周期前の捕集蓄積段階のときに算出された捕集量Ｗを、移行時の捕集量Ａとして記憶し、ステップＳ１１で、後述する積算燃焼量Ｆ及び積算燃焼量を０にリセットする。ここで、この移行時とは、図４に示すフェーズＱ２からフェーズＱ３に移行した時点であり、そのときの捕集量をＡとする。
【００４５】
次いで、ステップＳ１２では、温度Ｔ等に基づいて積算燃焼量Ｆ（燃焼除去段階に移行した時点から燃焼除去された排気微粒子量の積算値）を算出し、記憶する。ここで、この積算燃焼量Ｆは、図５に示すマップから、現在温度Ｔに基づいて排気微粒子の単位時間当り燃焼量（燃焼速度）Ｆｎを読出し、該値Ｆｎを１制御周期前に算出された積算燃焼量Ｆに加算した値である。このマップにおいては、排気微粒子の単位時間当り燃焼量（燃焼速度）Ｆｎは、現在温度Ｔが高くなるほど大きな値に設定されている。また、上記単位時間は、１制御周期に対応する。
【００４６】
次いで、ステップＳ１３で、エンジン回転数及びエンジン負荷（基本的にはアクセル開度で代表されるが、ここでは燃料噴射量で代用するのが好ましい）に基づいて積算排出量Ｇ（燃焼除去段階に移行した時点から排出された（気筒内燃焼室から排出されてパティキュレートフィルタ２７に流入する）排気微粒子量の積算値）を算出し、記憶する。ここで、この積算排出量Ｇは、図６に示すマップ（このマップには、エンジン回転数及びエンジン負荷について別個に傾向を示しているが、これらの両方を加味した１つに統合した傾向であってもよい）から、積算燃焼量Ｆのときと同様に、現在のエンジン回転数及び負荷に基づいて単位時間当り排気微粒子排出量Ｇｎを読出し、該値Ｇｎを１制御周期前に算出された積算排出量Ｇに加算した値である。ここで、このマップにおいては、排気微粒子の単位時間当り排出量Ｇｎは、エンジン負荷（燃料噴射量）が大きくなるほど大きな値とされ、またエンジン回転数が小さなとき及び大きなときに大きな値とされている。ここで、上記単位時間とは、１制御周期に対応する。
【００４７】
次いで、ステップＳ１４で、上記移行時捕集量Ａから積算燃焼量Ｆを減算し、かつ積算排出量Ｇを加算して現在の捕集量Ｗを算出した後、ステップＳ１に戻る。
【００４８】
また、ステップＳ７及びステップＳ８の判定がともにＹＥＳのとき、すなわち、燃焼除去段階が継続しているときは、前述したステップＳ１２〜ステップＳ１４を実行して現捕集量Ｗを算出し、ステップＳ１に戻る。ここで、これは、図４に示すフェーズＱ３の段階である。
【００４９】
他方、ステップＳ７の判定がＮＯで、ステップＳ８の判定がＹＥＳのとき、すなわち、燃焼除去段階から捕集蓄積段階への移行時には、ステップＳ１５で、１制御周期前の燃焼除去段階のときに算出された捕集量Ｗを、移行時の捕集量Ｈとして記憶した後、ステップＳ１６で、図３に示す基本特性マップから移行時の差圧Ｐに対応する基本捕集量Ｃを求め、ステップＳ１７で、上記移行時捕集量Ｈから基本捕集量Ｃを減算して、これらの差分すなわちオフセット量Ｄを算出する。次いで、前述したステップＳ５及びステップＳ６を実行して現捕集量Ｗを算出して、ステップＳ１に戻る。ここで、この移行時とは、図４に示すフェーズＱ３からフェーズＱ４に移行した時点であり、そのときの捕集量をＨとする。すなわち、フェーズＱ４，Ｑ５は、フェーズＱ１，フェーズＱ２を、Ｘ軸方向（図４の捕集量軸方向）に上記オフセット量だけ平行移動させたものとなる。また、図４には、フェーズＱ５までしか記載していないが、以後、鎖線で示すように、燃焼除去段階と捕集蓄積段階とが繰り返される。
【００５０】
なお、図２のフローチャートには記載していないが、コントロールユニット５０は、このように推定された捕集量Ｗが所定量以上となったときに、前述したように燃料噴射タイミング等を制御して、主噴射以外に燃料噴射を追加実行（後噴射）することにより、フィルタ２７の再生を開始・実行するように構成されている。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態に係るエンジン１の排気浄化装置は、酸化触媒機能を有すると共にエンジン１の排気通路２０に設けられて排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ２７（捕集手段）と、フィルタ２７に捕集されている排気微粒子の量を推定する捕集量推定手段（コントロールユニット５０）とが備えられたエンジン１の排気浄化装置であって、フィルタ２７の状態が捕集した排気微粒子を燃焼除去している段階と捕集蓄積している段階とのいずれにあるかを判定する判定手段（コントロールユニット５０）を備え、捕集量推定手段（コントロールユニット５０）は、判定手段（コントロールユニット５０）によって判定された段階に応じた異なる推定方法で捕集量Ｗを推定する。
【００５２】
これによれば、パティキュレートフィルタ２７の状態が排気微粒子を燃焼除去している段階と捕集蓄積している段階とのいずれにあるかに応じて異なる推定方法でフィルタ２７に捕集されている排気微粒子の量（捕集量）Ｗを推定するから、該捕集量Ｗを精度よく推定することができる。
【００５３】
また、本エンジン１の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ２７の温度Ｔ（温度に関連するパラメータ値）を検出する第２排気温センサ２５（パラメータ値検出手段）を備え、判定手段（コントロールユニット５０）は、第２排気温センサ２５で検出された温度Ｔが所定値α以上のときに、フィルタ２７の状態が排気微粒子の燃焼除去段階にあると判定する。
【００５４】
これによれば、パティキュレートフィルタ２７の状態が排気微粒子を燃焼除去している段階にあるか捕集蓄積している段階にあるかを、パティキュレートフィルタ２７の温度Ｔに基づいて、科学的・実験的に、かつ比較的簡易な手段で精度よく判定することができる。
【００５５】
そして、本エンジン１の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ２７の上流側と下流側とに排気圧を検出する上流側圧力センサ２６、下流側圧力センサ２８（排気圧検出手段）を備え、捕集量推定手段（コントロールユニット５０）は、第２排気温センサ２５で検出された温度Ｔに基づいて排気微粒子の燃焼量Ｆを算出する燃焼量算出手段（コントロールユニット５０）を有し、かつ、判定手段（コントロールユニット５０）にフィルタ２７の状態が捕集蓄積段階にあると判定されたときは、上流側圧力センサ２６、下流側圧力センサ２８によって検出された上流側排気圧と下流側排気圧との差圧または上流側排気圧に基づいて捕集量Ｗを推定し、判定手段（コントロールユニット５０）によってフィルタ２７の状態が燃焼除去段階にあると判定されたときは、当該燃焼除去段階の前の捕集蓄積段階のときに推定した捕集量Ａから、燃焼量算出手段（コントロールユニット５０）によって算出された燃焼量Ｆを減算することにより、捕集量Ｗを推定する。
【００５６】
これによれば、パティキュレートフィルタ２７の状態が排気微粒子の捕集蓄積段階にあるときは、差圧または上流側排気圧に基づいて捕集量が推定される。一方、フィルタ２７の状態が排気微粒子の燃焼除去段階にあるときは、フィルタ２７の温度Ｔに基づいて排気微粒子の燃焼量Ｆが算出されると共に、捕集蓄積段階にあるときに推定した捕集量Ａから、上記燃焼量Ｆを減算することにより、捕集量Ｗが推定される。すなわち、フィルタ２７の状態が燃焼除去段階にあるときと捕集蓄積段階にあるときとで異なる、排気圧（差圧）と捕集量との関係のヒステリシス（図９でＲ１，Ｒ２の経路とＲ３，Ｒ４の経路とが相違する）に対応して捕集量の推定方法を切り換えるので、推定の精度が向上する。
【００５７】
さらに、本エンジン１の排気浄化装置は、上流側圧力センサ２６、下流側圧力センサ２８によって検出された上流側排気圧と下流側排気圧との差圧または上流側排気圧に対する捕集量が定められた基本特性を記憶する記憶手段（コントロールユニット５０）が備えられており、捕集量推定手段（コントロールユニット５０）は、判定手段（コントロールユニット５０）による判定が燃焼除去段階から捕集蓄積段階に移行したときは、移行時に検出された差圧Ｐまたは上流側排気圧における上記基本特性に定められた捕集量Ｃと、判定手段によって燃焼除去段階と判定されたときに算出された捕集量（移行時に算出した燃焼除去段階の捕集量）Ｈとの捕集量差をオフセット量Ｄとして記憶すると共に、判定手段（コントロールユニット５０）によって捕集蓄積段階にあると判定されたときの捕集量（移行後の捕集蓄積段階の捕集量）Ｗを、上記基本特性に基き定められる捕集量Ｃとオフセット量Ｄとから算出する。
【００５８】
これによれば、捕集蓄積段階Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５では、あくまでも、差圧または上流側排気圧に対して定められた捕集量の基本特性に従って、捕集量Ｗが推定される。そして、燃焼除去段階から捕集蓄積段階への移行時には、該移行時の状況に応じて、該移行時にフィルタ２７に残存した捕集量Ｈがまちまちとなるが、その場合は、該残存捕集量Ｈと基本特性から定められる捕集量Ｃとの偏差（オフセット量）Ｄを考慮しつつ、やはりあくまでも、その残存捕集量Ｈを起点として、基本特性に従って推定を続行する（Ｑ４，Ｑ５）。これにより、パティキュレートフィルタ２７の状態に応じてより一層精度よく正確に捕集量Ｗを推定することができるようになる。
【００５９】
また、本エンジン１の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタ２７に捕集されている排気微粒子を燃焼除去させて捕集手段を再生させる再生手段（コントロールユニット５０）を備え、再生手段（コントロールユニット５０）は、捕集量推定手段（コントロールユニット５０）によって推定された捕集量が所定量以上となったときに、フィルタ２７の再生を開始する。
【００６０】
これによれば、捕集量推定手段（コントロールユニット５０）によって推定された捕集量が所定量以上となったときに、パティキュレートフィルタ２７の再生が開始されることとなる。その場合、前述のように正確にかつ精度よく推定された捕集量に基づいて再生が開始されることとなるから、再生を効率よく行うことができ、例えば再生開始が遅れた場合に起こり得る、パティキュレートフィルタ２７の目詰まりに伴う破損や、必要以上の再生継続を行った場合に起こり得る、後噴射に起因する燃費の悪化等の不具合を抑制することができる。
【００６１】
なお、本実施の形態においては、差圧に対する捕集量の基本特性を、差圧が所定値Ｐ１を境に折曲してその傾きが変わるようなものとしたが、これは、一例であり、実際に用いるパティキュレートフィルタの構造等に応じて変更すればよく、例えば差圧が上昇するにつれて滑らかに曲線変化するようなものが考えられる。
【００６２】
また、上流側圧力センサ２６、下流側圧力センサ２８で検出された差圧に基づいてパティキュレートフィルタ２７に捕集されている捕集量Ｗを算出するようにしたが、上流側圧力センサ２６で検出された圧力のみに対応する基本特性マップに基づいて算出するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、パティキュレートフィルタが排気微粒子を燃焼除去している段階にあるか捕集蓄積している段階にあるかに応じて異なる推定方法で捕集量を推定するようにしたことにより、パティキュレートフィルタに捕集されている排気微粒子量を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンのシステム構成図である。
【図２】捕集量推定制御の好ましい具体的動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】捕集蓄積段階における差圧に対する捕集量の基本特性を示すマップである。
【図４】本制御によって捕集量を推定した場合における差圧と捕集量との関係の軌跡の一例である。
【図５】積算燃焼量を算出するときに用いられる単位時間当り燃焼量の温度特性を示すマップである。
【図６】エンジンから排出される排気微粒子の積算量を算出するときに用いられる単位時間当り排気微粒子排出量の燃料噴射量及びエンジン回転数特性を示すマップである。
【図７】パティキュレートフィルタの長手方向断面図である。
【図８】図７の符号アで示す部位の拡大図であって、排気微粒子の捕集蓄積及び燃焼除去の過程の説明図である。
【図９】排気微粒子の捕集蓄積及び燃焼除去の過程における差圧に対する捕集量の軌跡の説明図である。
【符号の説明】
１      エンジン
２０    排気通路
２５    第２排気温センサ（パラメータ値検出手段）
２６，２８    圧力センサ（排気圧検出手段）
２７    パティキュレートフィルタ（捕集手段）
５０    コントロールユニット（捕集量推定手段、判定手段、燃焼量算出手段、記憶手段、再生手段）
【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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