(57)【要約】【課題】フィルタの再生処理中において、フィルタ内に堆積された粒子状物質の残量を正確に検出することができる技術を提供する。【解決手段】フィルタの再生処理中に、内燃機関の運転状態が、内燃機関への燃料供給が停止されて減速する減速運転状態になった場合に（Ｓ１０２）、内燃機関の運転状態が減速運転状態になる前後における、吸入空気量の変化及びフィルタの温度の変化から、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する（Ｓ１０６）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関の排気中の粒子状物質を補集するフィルタと、
前記内燃機関の排気の温度を上昇させ、前記フィルタに捕集された粒子状物質を酸化することにより、該フィルタの捕集能力の再生処理を行うフィルタ再生手段と、
前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
前記フィルタ再生手段による再生処理中に、前記内燃機関の運転状態が、該内燃機関への燃料供給が停止されるとともに吸入空気量が絞られて減速する減速運転状態になった場合に、前記内燃機関の運転状態が前記減速運転状態になる前後における、前記吸入空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量の変化及び、前記フィルタ温度検出手段によって検出される前記フィルタの温度の変化から、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積量推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記減速運転状態になる直前の前記内燃機関の運転状態が、所定の低負荷低回転数範囲に属していた場合は、前記ＰＭ堆積量推定手段による粒子状物質の堆積量の推定を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記ＰＭ堆積量推定手段によって推定された、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量に基づき、前記フィルタ再生手段による再生処理時間を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記内燃機関の排気の一部を該内燃機関の吸気系に再循環させるとともに、ＥＧＲ弁の開度を増減させることによって、前記再循環させる排気の量を増減させるＥＧＲ装置をさらに備え、
前記ＰＭ堆積量推定手段による粒子状物質の堆積量の推定の前に、前記ＥＧＲ弁の開度を全開状態として前記再循環させる排気の量を増加させるＥＧＲ全開制御を実行することを特徴とする請求項１、２または３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記減速運転状態になる直前の前記内燃機関の運転状態が、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していた場合にのみ、前記ＥＧＲ全開制御が許可されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記ＥＧＲ全開制御が実行される前に、前記フィルタに堆積された粒子状物質の量を仮に推定するＰＭ堆積量仮推定手段を備え、
前記ＰＭ堆積量仮推定手段によって仮に推定された粒子状物質の堆積量が所定量以下である場合、前記所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲を、より高負荷側および／またはより高回転数側に拡大することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする粒子状物質が含まれている。これらの粒子状物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。
【０００３】
かかるフィルタにおいては、捕集された粒子状物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気圧力が上昇し機関性能が低下する。そこで、捕集された粒子状物質のフィルタにおける堆積量を推定し、推定された粒子状物質の堆積量が所定量を越えた場合に、堆積した粒子状物質を酸化除去することでフィルタの排気浄化性能の再生を図るようにしている（以下、「フィルタの再生処理」という。）。
【０００４】
また、上記のフィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する方法としては、内燃機関に吸入された吸入空気量の積算値により推定する方法、フィルタの排気上流側及び排気下流側に排気圧センサを設け、両方のセンサにより検出される排気圧の差圧からフィルタの圧損を検出する方法、目標フィルタ温度と、実際のフィルタ温度との偏差により推定する方法などが例示できる。
【０００５】
しかし、上記の吸入空気量の積算値により推定する方法においては、吸入空気量のセンサであるエアフローメータの性能や、ＥＧＲクーラ等のつまりといった内燃機関の状態の影響を受ける。また、上記のフィルタの圧損を検出する方法においては、前記差圧の値がフィルタの温度による影響を受ける。さらに、上記の目標フィルタ温度と、実際のフィルタ温度との偏差により推定する方法においては、内燃機関における燃焼状態などの影響を受ける。
【０００６】
また、フィルタの再生処理中において、フィルタにおける温度７００℃付近の温度上昇率から粒子状物質の堆積量を推定する技術なども提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この従来技術においても、再生処理中の機関運転状態、吸入空気量による影響を受けてしまう。
【特許文献１】特開平０８−６１０４４号公報
【特許文献２】特開２００２−８９２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術においては、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を充分に精度良く検出することが困難な場合があった。結果として、フィルタの再生処理における再生時間を正確に決定することが困難な場合があった。ここで、フィルタの再生処理中に、フィルタにおける粒子状物質の残量を精度良く検出できれば、それ以降のフィルタの再生時間を精度良く決定することができる。
【０００８】
上記に鑑み、本発明の目的とするところは、フィルタの再生処理中において、フィルタ内に堆積された粒子状物質の残量を正確に検出することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、フィルタの再生処理中に、内燃機関の運転状態が、内燃機関への燃料供給が停止されるとともに吸入空気量が絞られて減速する減速運転状態（以下、単に「減速運転状態」という。）になった場合に、内燃機関の運転状態が減速運転状態になる前後における、吸入空気量の変化及びフィルタの温度の変化に基いて、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定することを最大の特徴とする。
【００１０】
より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関の排気中の粒子状物質を補集するフィルタと、
前記内燃機関の排気の温度を上昇させ、前記フィルタに捕集された粒子状物質を酸化することにより、該フィルタの捕集能力の再生処理を行うフィルタ再生手段と、
前記内燃機関に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記フィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
前記フィルタ再生手段による再生処理中に、前記内燃機関の運転状態が、該内燃機関への燃料供給が停止されるとともに吸入空気量が絞られて減速する減速運転状態になった場合に、前記内燃機関の運転状態が前記減速運転状態になる前後における、前記吸入空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量の変化及び、前記フィルタ温度検出手段によって検出される前記フィルタの温度の変化から、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積量推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、フィルタの再生処理中においては、主に、フィルタに堆積した粒子状物質が酸化されることによる発熱量と、フィルタを通過する排気がフィルタから持ち去る熱量とのバランスによって、フィルタの温度が左右される。そして、フィルタの再生処理中に、内燃機関の運転状態が減速運転状態になった場合、吸入空気量が急激に減少し、フィルタを通過する排気によるフィルタからの持ち去り熱量が減少するため、フィルタの温度は一時的に上昇する。
【００１２】
このときのフィルタの温度上昇は、フィルタに堆積した粒子状物質の量が多い程大きく、また吸入空気量の減少量が多い程大きくなる。逆に考えると、このときのフィルタの温度上昇と、吸入空気量の減少量を検出すれば、フィルタに堆積した粒子状物質の量を推定することが可能である。
【００１３】
本発明は、この原理を利用し、フィルタの再生処理中に内燃機関の運転状態が、減速運転状態になった場合の、フィルタにおける温度の変化量及び、吸入空気量の変化量からフィルタに堆積した粒子状物質の量を推定するものである。
【００１４】
これによれば、フィルタの温度や吸入空気量についての、センサによる検出値そのものではなく、フィルタの温度及び吸入空気量の変化量によって、フィルタに堆積した粒子状物質の量を推定するので、内燃機関の状態や、センサ類の性能の影響を受け難くすることができ、より正確に、フィルタに堆積した粒子状物質の量を推定することができる。
【００１５】
なお、具体的には、フィルタの温度変化及び、吸入空気量の変化と、フィルタに堆積した粒子状物質の量との関係を予め実験的に調査した上でマップ化し、そのマップから、検出されたフィルタの温度変化及び、吸入空気量の変化に対応する粒子状物質の堆積量の値を読み出すようにするとよい。このことにより、より簡単に、フィルタに堆積した粒子状物質の量を推定することができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記減速運転状態になる直前の前記内燃機関の運転状態が、所定の低負荷低回転数範囲に属していた場合は、前記ＰＭ堆積量推定手段による粒子状物質の堆積量の推定を禁止するようにするとよい。
【００１７】
すなわち、もともとの内燃機関の運転状態が、いわゆる低負荷低回転数の状態であるときは、内燃機関が減速運転状態になった場合の吸入空気量の変化が顕著でないため、フィルタからの持ち去り熱量の減少によるフィルタの温度上昇が明確に現れない。従って、この場合には、フィルタに堆積した粒子状物質の量を正確に推定することが比較的困難になる。
【００１８】
そこで、減速運転状態になる直前の内燃機関の運転状態が中負荷中回転数の状態並びにその状態より高負荷および／または高回転数側の範囲に属していた場合に限って、本発明におけるフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量の推定を行うことにより、より正確にフィルタに堆積した粒子状物質の量を推定することができる。
【００１９】
また、本発明においては、前記ＰＭ堆積量推定手段によって推定された、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量に基づき、その後の前記フィルタ再生手段による再生処理時間を決定するとよい。
【００２０】
すなわち、本発明が適用されるのは、フィルタの再生処理中に、内燃機関の運転状態が減速運転状態になった場合である。この場合は通常、内燃機関の運転状態が減速運転状態になっている期間中、フィルタの再生処理が中断される。そして、内燃機関の運転状態が減速運転状態から、それ以外の状態に移行した場合には、フィルタの再生処理を再開する必要がある。
【００２１】
そこで、フィルタの再生処理中に、内燃機関の運転状態が減速運転状態になった際に、本発明によってフィルタの粒子状物質の堆積量を新たに推定し、内燃機関の運転状態が減速運転状態から、それ以外の状態に移行してからのフィルタの再生処理時間を、本発明によって推定された粒子状物質の堆積量に基づいて決定する。こうすることで、フィルタの再生処理時間をより正確に決定することができ、フィルタの再生処理時間が無駄に長くなり、内燃機関の燃費の悪化を引き起こしたり、フィルタの再生処理時間が短く、フィルタの再生処理が完全に行われないなどの不具合を抑制できる。
【００２２】
また、本発明においては、前記内燃機関の排気の一部を該内燃機関の吸気系に再循環させるとともに、ＥＧＲ弁の開度を増減させることによって、前記再循環させる排気の量を増減させるＥＧＲ装置をさらに備え、
前記ＰＭ堆積量推定手段による粒子状物質の堆積量の推定の前に、前記ＥＧＲ弁の開度を全開状態として前記再循環させる排気の量を増加させるＥＧＲ全開制御を行うようにするとよい。
【００２３】
ここで、内燃機関の運転状態が減速運転状態になった場合に、ＥＧＲ弁を全開にすることにより、内燃機関の運転状態が減速運転状態になった場合の吸入空気量の変化を大きくすることができ、さらに、フィルタを通過する排気の温度低下を抑制することができる。そして、それに伴うフィルタの温度変化の幅を大きくすることができる。結果として、本発明における推定の精度を向上させることができる。
【００２４】
また、この場合は、減速運転状態になる直前の内燃機関の運転状態が、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していた場合にのみ、前記ＥＧＲ全開制御が許可されるようにするのがよい。すなわち、減速運転状態になる直前の内燃機関の運転状態が、高負荷または高回転数範囲である場合は、もともとの排気温度が高く、フィルタ２０における粒子状物質の酸化反応が活発である。また、これに加え、内燃機関の運転状態が減速運転状態になったときの吸入空気量の変化が大きく、持ち去り熱量の減少が過剰となり易い。従って、このような場合にＥＧＲ全開制御が実行されるとフィルタが過昇温してしまうおそれが
ある。そのため、減速運転状態になる直前の前記内燃機関の運転状態が、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していた場合にのみ、前記ＥＧＲ全開制御が許可されるようにすれば、フィルタが過昇温することを抑制できる。なお、ＥＧＲ全開制御が許可される中負荷中回転数範囲以下の運転状態範囲は、予め実験的に求められるものである。
【００２５】
また、本発明においては、前記ＥＧＲ全開制御が実行される前に、前記フィルタに堆積された粒子状物質の量を仮に推定するＰＭ堆積量仮推定手段を備え、前記ＰＭ堆積量仮推定手段によって仮に推定された粒子状物質の堆積量が所定量以下である場合、前記所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲を、より高負荷高回転数側に拡大するとよい。
【００２６】
ここで、フィルタに堆積された粒子状物質の量が少ない場合には、吸入空気量が減少することによりフィルタからの持ち去り熱量が減少した場合でも、粒子状物質の酸化により発生する発熱量そのものが少ないため、フィルタが過昇温する可能性が少ない。従って、フィルタに堆積された粒子状物質の量が少ない場合には、フィルタに堆積された粒子状物質の量が多い場合に比べて、減速運転状態になる直前の内燃機関の運転状態範囲の中で、ＥＧＲ全開制御を実施してもフィルタの過昇温を引き起こさない範囲は、より高負荷高回転数側の範囲まで拡大される。
【００２７】
そこで、前記ＥＧＲ全開制御が実行される前に、前記フィルタに堆積された粒子状物質の量を仮に推定するＰＭ堆積量仮推定手段を備え、前記ＰＭ堆積量仮推定手段によって仮に推定された粒子状物質の堆積量が所定量以下である場合、前記所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲を、より高負荷側および／またはより高回転数側に拡大する。このことにより、前記フィルタに堆積された粒子状物質の量に応じて、ＥＧＲ全開制御が実施される運転状態の範囲を拡大することができる。結果として、本発明における、ＰＭ堆積量推定手段による粒子状物質の堆積量の推定精度を全体として向上させることができる。
【００２８】
ここで、前記ＰＭ堆積量仮推定手段は、フィルタの上流側及び下流側の排気圧の差圧などから、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する従来技術によるものであってもよいし、本発明におけるＰＭ堆積量推定手段によって以前に推定されたフィルタにおける粒子状物質の堆積量をそのまま利用するものでもよい。あるいは、本発明におけるＰＭ堆積量推定手段によって以前に推定されたフィルタにおける粒子状物質の堆積量に対し、それ以降のフィルタ再生処理時間に応じた減算を行うものでもよい。
【００２９】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明にあっては、フィルタの再生処理中において、フィルタ内に堆積された粒子状物質の残量を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその排気浄化システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する多気筒ディーゼル機関である。
【００３３】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている
。そして、コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。
【００３４】
また、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、この吸気枝管８の上流側は、さらに吸気通路９と接続されている。この吸気通路９には、吸気通路９を通過して内燃機関１に流入する吸入空気量を制御する吸気絞り弁１０が備えられている。前記吸気絞り弁１０には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３５】
また、吸気通路９のさらに上流側には、遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａと、該コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６とが取り付けられている。また、吸気通路９のさらに上流には、吸気通路９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ３７が備えられている。
【００３６】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、この排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。また、該タービンハウジング１５ｂは、排気通路１９と接続されている。この排気通路１９には、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００３７】
また、排気通路１９の途中には、排気ガス中の粒子状物質（例えば、煤）を捕集するフィルタ２０が配置されている。
【００３８】
このフィルタ２０としては、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する多孔質の基材からなるウォールフロー型のフィルタや、白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒を担持したフィルタ、酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤とが担持されたフィルタを例示することができる。
【００３９】
フィルタ２０より上流の排気管１９には、フィルタ２０に対する上流を流れる排気の圧力に対応した電気信号を出力する上流側排気圧センサ２８が取り付けられている。また、フィルタ２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気ガスの温度に対応した電気信号を出力する排気温センサ２３及び、フィルタ２０に対する下流を流れる排気の圧力に対応した電気信号を出力する下流側排気圧センサ２９が取り付けられている。
【００４０】
また、内燃機関１には、該内燃機関１の排気系を流れる排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる排気再循環装置４０が設けられている。排気再循環装置４０は、排気枝管１８から吸気枝管８の集合部に至るよう形成されたＥＧＲ通路２５と、電磁弁等からなり印加電圧の大きさに応じてＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁２６と、ＥＧＲ弁２６より上流のＥＧＲ通路２５に設けられ該ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７とを備えている。
【００４１】
このように構成された排気再循環装置４０では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部が、前記ＥＧＲ通路２５を通り、ＥＧＲクーラ２７によって冷却され、吸気支管８の集合部へ流入する。吸気支管８へ流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ分配される。
【００４２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００４３】
ＥＣＵ３５には、前述の上流側排気圧センサ２８、下流側排気圧センサ２９、排気温センサ２３、エアフローメータ３７等の他、アクセルポジションセンサ３３が電気配線を介して接続され出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。このアクセルポジションセンサ３３は、運転者が操作するアクセルぺダル３２の動きと連動するアクセル開度に対応した信号を出力する。一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３の他、吸気絞り弁１０、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００４４】
また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。後述する、本発明における粒子状物質堆積量推定ルーチンも、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。
【００４５】
次に、図２を用いて、本実施例において、粒子状物質の堆積量を推定する原理について説明する。図２は、内燃機関１が減速運転状態になったときに、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量が多い場合と少ない場合のそれぞれについて、吸入空気量の変化量及び、フィルタ温度の変化量の関係を示した図である。
【００４６】
図２において、（ａ）及び（ｂ）に示すのは、粒子状物質の堆積量が比較的多い堆積量Ｐａである場合における吸入空気量の変化と、それに伴うフィルタ２０の温度変化である。一方、（ｃ）及び（ｄ）に示すのは、粒子状物質の堆積量が比較的少ない堆積量Ｐｂである場合における吸入空気量の変化と、それに伴うフィルタ２０の温度変化である。
【００４７】
ここで、フィルタ２０の再生処理中に、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合は、例えば（ａ）に示すように吸入空気量が減少する。すると、フィルタ２０を通過する排気が、フィルタ２０から持ち去る熱量、いわゆる持ち去り熱量が減少するために、（ｂ）に示すようにフィルタ２０の温度が一旦上昇する。ここで、フィルタ２０の再生処理中に、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合、減速運転状態の継続中は再生処理を中断する。そのため、一旦上昇したフィルタ２０の温度は、その後下降する。
【００４８】
一般的には、粒子状物質のフィルタ２０における堆積量が比較的多い場合には、フィルタ２０において粒子状物質の酸化により発生する熱量も多いため、吸入空気量の減少量が少ない場合、換言するとフィルタ２０からの持ち去り熱量があまり減少しない場合でも、フィルタ２０の温度上昇は多くなる筈である。逆に、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量が少ない場合には、フィルタ２０において粒子状物質の酸化により発生する熱量も少ないため、フィルタ２０の温度上昇は少なくなる筈である。
【００４９】
そこで、本発明においては、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になったときの、吸入空気量の変化及び、フィルタ温度の変化に着目した。例えば、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になったときの、吸入空気量の変化及び、フィルタ温度の変化が図２中の（ａ）及び（ｂ）のようになった場合と、（ｃ）及び（ｄ）のようになった場合と、を比較した場合、フィルタ温度の変化量はどちらの場合も同等であるが、図２中の（ａ）と（ｃ）とを比較すると、（ａ）に示す吸入空気量の変化が（ｃ）に示す吸入空気量の変化より少なくなっている。このような場合には、前者における粒子状物質の堆積量Ｐａが、後者における粒子状物質の堆積量Ｐｂよりも多いと推定できる。
【００５０】
また、同様に、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になったときの、吸入空気量の変化及び、フィルタ温度の変化に着目したときに、吸入空気量の変化が同等であるにも拘らず、ある場合はフィルタ２０の温度上昇が大きく、他の場合はフィルタ２０の温度上昇が小さかったとすると、当然、前者の場合における粒子状物質の堆積量が、後者の場合にお
ける粒子状物質の堆積量よりも多いと推定できる。
【００５１】
図３には、上記の原理を利用した、本実施例における粒子状物質堆積量推定ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されたルーチンであり、内燃機関１におけるフィルタ２０の再生処理中、所定期間毎に実行されるルーチンである。
【００５２】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、フィルタ２０の温度が４００℃より高いかどうかが判定される。具体的には、排気温センサ２３からの出力信号をＥＣＵ３５に取り込むことにより、フィルタ２０の温度を推定し、推定された温度が４００℃と比較される。ここで、フィルタ２０の温度が４００℃以下であれば、粒子状物質がフィルタ２０において酸化反応を起しづらいので、本発明における粒子状物質の堆積量の推定が困難となる。従って、Ｓ１０１においてフィルタ２０の温度が４００℃以下と判定された場合には、本ルーチンを終了する。一方、４００℃より高いと判定された場合には、Ｓ１０２に進む。
【００５３】
Ｓ１０２においては、内燃機関１の運転状態が減速運転状態かどうかについて判定される。具体的にはアクセルポジションセンサ３３の出力信号がＥＣＵ３５に読み込まれ、その出力値が所定値より小さいかどうかで判定される。また、この判定には、補助的に、図示しないクランクポジションセンサからの信号から得られる機関回転数を用いてもよい。ここで減速運転状態でないと判定された場合には、本実施例における粒子状物質の堆積量推定を実施することができないので、一旦本ルーチンを終了する。
【００５４】
一方、Ｓ１０２において、内燃機関１の減速運転状態であると判定された場合には、Ｓ１０３に進む。Ｓ１０３においては、内燃機関１が減速運転状態になる直前の運転状態が所定の低負荷低回転数範囲に属していたかどうかが判定される。
【００５５】
ここで、上述の所定の低負荷低回転数範囲について図４を用いて説明する。図４は、横軸に機関回転数、縦軸にトルクをとったグラフであり、内燃機関１の運転状態を示している。その中における低負荷低回転数側の範囲においては、前述のように、減速運転状態になるときの、吸入空気量の変化が少ないため、フィルタ２０の温度上昇も顕著に起こらない。従って、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前にこの範囲に属していた場合には、本実施例における、粒子状物質堆積量の検出精度を確保するのが困難となる。
【００５６】
一方、図４における高負荷または高回転数側の範囲においては、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる際の吸入空気量の変化が過度に大きく、フィルタ２０における持ち去り熱量が一気に減少してしまい、フィルタ２０の過昇温を引き起こすおそれがある。従って、内燃機関１の運転状態が、減速運転状態になる直前に、この範囲に属していた場合には、減速運転状態への移行そのものが禁止される。この場合は例えば、運転者からの減速要求があったときにも、いきなり減速運転状態に移行するのではなく、代りに、内燃機関への燃料供給が停止されるが吸入空気量は絞らない制御等が行われる。結果として、本実施例における粒子状物質の堆積量の推定が行われるのは、内燃機関１の運転状態が、減速運転状態になる直前に、図４における斜線が施された範囲に属している場合である。
【００５７】
次に図３の説明に戻る。図３におけるＳ１０３で、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前の運転状態が、図４で説明した低負荷低回転数範囲に属していると判定された場合には、前述のように、本実施例における粒子状物質堆積量の推定は困難と判断されるので、本ルーチンを一旦終了する。一方、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前の運転状態が、前述の低負荷低回転数範囲に属していなかったと判定された場合には、本実施例における粒子状物質の堆積量の推定を行うべく、Ｓ１０４に進む。
【００５８】
Ｓ１０４においては、ＥＧＲ弁２６の開度を全開状態にすることにより前記再循環させる排気の量を増加させるＥＧＲ全開制御を実施する。この制御によって、フィルタ２０を通過する排気を減少させるとともに、排気温度の低下を抑制できるので、フィルタ２０の温度変化をより顕著にすることができる。
【００５９】
次にＳ１０５に進み、吸入空気量の変化ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴが取得される。具体的には、エアフローメータ３７の出力信号及び、排気温センサ２３の出力信号がＥＣＵ３５に取り込まれることによって取得される。特に、本実施例においては、エアフローメータ３７の出力信号及び、排気温センサ２３の出力信号を微小なサンプリングタイム毎に取得し、両方の信号の変化が略０（微分値が０）になったときの、それぞれの出力信号の値と、今回の本ルーチンの実行以前に本ルーチンが実行された際に、最後にＳ１０２において内燃機関１の運転状態が減速運転状態ではないと判断された場合におけるそれぞれの出力信号の値との差から、ΔＧａ及び、ΔＴが求められる。
【００６０】
換言すると、Ｓ１０５においては、吸入空気量の変化及び、フィルタ２０の温度の変化が収束するまで待ち、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる前の値との差を検出することによって、ΔＧａ及び、ΔＴが求められる。
【００６１】
次に、Ｓ１０６に進み、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量が推定される。ここで、吸入空気量の変化ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴの値と、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量との関係が、予め実験的に調査されマップ化されている。そして、Ｓ１０６においては、Ｓ１０５において取得した吸入空気量の変化ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴに対応する、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量の値が、当該マップから読み出される。
【００６２】
さらに本ルーチンでは、Ｓ１０７に進み、本ルーチン終了以降にフィルタ２０の再生処理が行われた場合の、フィルタ再生時間が決定される。すなわち、本ルーチンが実行されているのは、フィルタ２０の再生処理中に、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合であり、本ルーチンが実行されている間はフィルタ２０の再生処理は中断されている。従ってこれ以降、内燃機関１の運転状態が減速運転状態でなくなった場合には、フィルタ２０の再生処理が再開される。
【００６３】
そこでＳ１０６において、フィルタ２０の再生処理を再開させた場合の、残りのフィルタ再生時間が、推定された粒子状物質の堆積量に基いて決定される。具体的には、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量の値と、フィルタ再生時間との関係を格納したマップより、フィルタ再生時間の値を読み出すことにより決定される。Ｓ１０６の処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。
【００６４】
以上、説明したとおり、本実施例においては、フィルタ２０の再生処理中に内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合に、そのことによる吸入空気量の変化及び、フィルタ２０の温度変化の値を取得し、それらの値に基いて、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量を推定する。これによれば、フィルタ２０の温度や、吸入空気量の検出値そのものではなく、フィルタ２０の温度及び、吸入空気量の変化量によって、フィルタ２０に堆積した粒子状物質の量を推定するので、内燃機関１の状態や、センサ類の性能の影響を抑制でき、より正確に、フィルタ２０に堆積した粒子状物質の量を推定することができる。
【００６５】
また、本実施例においては、減速運転状態になる直前の内燃機関１の運転状態が、所定の低負荷低回転数範囲に属する場合は、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量の推定
を禁止している。従って、粒子状物質の堆積量を精度良く推定できる場合にのみ上記の推定を実施するため、推定の精度を向上させることができる。
【００６６】
また、本実施例においては、Ｓ１０６で推定された粒子状物質の堆積量の値を用いて、フィルタ２０の再生処理における残りの再生時間を決定している。従って、フィルタ２０の再生処理時間をより正確に決定することができる。結果として、フィルタ２０の再生処理時間が無駄に長くることにより燃費の悪化を引き起こしたり、フィルタ２０の再生処理時間が短か過ぎることによりフィルタ２０の再生処理が完全に行われないなどの不具合を抑制できる。
【００６７】
また、本実施例においては、吸入空気量の変化ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴを検出する前に、ＥＧＲ弁の開度を全開にすることによりＥＧＲガスの量を増加させるＥＧＲ全開制御を行っている。
【００６８】
この制御により、フィルタ２０に導入される吸入空気量を大幅に減少させることができ、さらにフィルタ２０に導入される排気の温度低下を抑制できる。このことにより、内燃機関の運転状態が減速運転状態になった場合のフィルタの温度変化の幅を大きくすることができる。結果として、本発明における推定の精度を向上させることができる。
【００６９】
なお、本実施例において、吸入空気量検出手段は、エアフローメータ３７及び、その信号が取り込まれるＥＣＵ３５を含んで構成される。また、フィルタ温度検出手段は、排気温センサ２３及び、ＥＣＵ３５を含んで構成される。また、ＰＭ堆積量推定手段は、上述の粒子状物質堆積量推定ルーチンを実行するＥＣＵ３５を含んで構成される。
【実施例２】
【００７０】
次に実施例２について説明する。本実施例における内燃機関１のハード構成については、実施例１において説明したものと同じであるので説明は省略する。
【００７１】
本実施例においては、フィルタ２０の再生処理中に、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合に、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量を、単なる吸入空気量の変化量ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴから推定するのではなく、吸入空気量及び、フィルタ２０の温度が変化している期間の途中経過にも注目し、吸入空気量の変化を積算した値である積算ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴによって、フィルタ２０における粒子状物質の積算量を推定する場合について説明する。
【００７２】
図５を用いて、本実施例において、粒子状物質の堆積量を推定する原理について説明する。図５は、内燃機関１が減速運転状態になったときに、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量が多い場合と少ない場合のそれぞれについて、吸入空気量の変化量及び、フィルタ温度の変化量の関係を示した図である。この図は、図２において吸入空気量が変化する時点における吸入空気量の変化をより詳細に捉えた図である。
【００７３】
図５において、（ａ）及び（ｂ）に示すのは、粒子状物質の堆積量が比較的多い堆積量Ｐａである場合における吸入空気量の変化と、それに伴うフィルタ２０の温度変化である。一方、（ｃ）及び（ｄ）に示すのは、粒子状物質の堆積量が比較的少ない堆積量Ｐｂである場合における吸入空気量の変化と、それに伴うフィルタ２０の温度変化である。
【００７４】
ここで、フィルタ２０の再生処理中に、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合は、例えば（ａ）に示すように吸入空気量が減少する。ここで詳しくは、吸入空気量は、一瞬にして減少するのではなく、所定期間の間に連続的に減少する。そして、吸入空気量が減少している期間は、吸入空気量が減少した量に対応する温度だけフィルタ２０の
温度が上昇する。そして、吸入空気量の変化期間が終了した後は、実施例１で説明したのと同様の理由により、一旦上昇したフィルタ２０の温度は、その後下降する。
【００７５】
すなわち、厳密には、フィルタ２０の温度上昇の幅は、吸入空気量の変化量ΔＧａよりも、むしろ、吸入空気量の変化期間における、吸入空気量の変化の積算値と密接に関連している。なお、図５には、この吸入空気量の変化の積算値を斜線を施した領域で示す。
【００７６】
従って、本実施例のように、吸入空気量の変化期間における、吸入空気量の変化の積算値である積算ΔＧａを検出ことで、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量の推定精度を向上させることができる。
【００７７】
図６には、本実施例における粒子状物質堆積量推定ルーチンを示す。本ルーチンにおける、図３との相違点は、Ｓ１０５の処理に代って、積算ΔＧａ及び、ΔＴを取得するＳ２０１の処理が実行されることである。他の処理については、図３に示した実施例１と同様であるのでここでは説明を割愛する。
【００７８】
Ｓ２０１においては、実施例１におけるＳ１０５と同様、エアフローメータ３７の出力信号の変化を微小なサンプリングタイム毎に取得し、前記微小なサンプリングタイム毎におけるエアフローメータ３７の出力信号の値と、今回の本ルーチンの実施以前に本ルーチンが実行された際に、Ｓ１０２において内燃機関１の運転状態が減速運転状態ではないと最後に判断された場合におけるエアフローメータ３７の出力信号の値との差を検出する。
【００７９】
さらに、本実施例においては本ルーチンの実行の度に、上記検出値を前回の本ルーチンの実行時において検出された同検出値に加算することにより積算する。そして、エアフローメータ３７の出力信号の変化が略０（微分値が０）になったときの、前記積算値を、積算ΔＧａとする。なお、ΔＴの取得方法はＳ１０５と同様である。積算ΔＧａ及び、ΔＴの値が確定したところで、Ｓ２０１の処理を終了し、Ｓ２０２に進む。
【００８０】
Ｓ２０２においては、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量が推定される。ここでは、吸入空気量変化の積算値である積算ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴの値と、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量との関係が、予め実験的に調査されマップ化されている。そして、Ｓ２０２においては、Ｓ２０１において取得した吸入空気量変化の積算値である積算ΔＧａ及び、フィルタ２０の温度変化ΔＴに対応する、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量の値が、当該マップから読み出される。
【００８１】
以上説明したように、本実施例においては、吸入空気量の変化期間における、吸入空気量の変化の積算値である積算ΔＧａを取得するので、フィルタ２０の温度上昇の幅がより密接に関連しているパラメータを利用して粒子状物室の堆積量を推定できる。その結果、Ｓ２０２において粒子状物質の堆積量の値を読み出すマップの精度自体を向上させることができ、粒子状物質の堆積量の推定精度を向上させることができる。
【実施例３】
【００８２】
次に実施例３について説明する。本実施例における内燃機関１のハード構成については、実施例１において説明したものと同じであるので説明は省略する。
【００８３】
本実施例においては、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前に、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していた場合にのみ、ＥＧＲ弁２６の開度を全開状態とすることによりＥＧＲガスの量を増加させるＥＧＲ全開制御を許可する例について説明する。
【００８４】
図７には、本実施例における粒子状物質堆積量推定ルーチンを示す。本ルーチンと、図３に示した実施例１との相違点は、Ｓ３０１において、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前に、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していたかどうかを判定し、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していなかった場合、換言すると高負荷高回転数範囲に属していた場合には、Ｓ１０４をスキップすることにより、ＥＧＲ全開制御を実施せずに、ΔＧａ及び、ΔＴを取得する処理に進むことである。
【００８５】
すなわち、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前に、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していなかった場合は、例えその運転状態が、図４における粒子状物質堆積量推定可能範囲に属していたとしても、ＥＧＲ全開制御を行うと、フィルタ２０が過昇温してしまうおそれがある。これは、そのような高負荷高回転数の範囲では、もともとの排気温度が高く、フィルタ２０における粒子状物質の酸化反応が活発であること及び、吸入空気量の減少量が大きいことによる。
【００８６】
従って、本実施例では、Ｓ３０１において、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前に、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していなかったと判定された場合には、Ｓ１０４の処理をスキップしてＳ１０５の処理を実行する。こうすることにより、前記ＥＧＲ全開制御を実施するした際のフィルタ２０の過昇温を抑制することができる。
【００８７】
ここで、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲は、図８におけるＥＧＲ全開制御許可範囲１及び、図８における低負荷低回転数範囲からなる範囲を意味する。しかし、図７に示す粒子状物質堆積量推定ルーチンにおいては、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前に、図８における、低負荷低回転数範囲に属していた場合は、Ｓ１０３の処理の後、Ｓ３０１を実行せずに、本ルーチンを終了するようになっている。よって、実質的には、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲は、図８におけるＥＧＲ全開制御許可範囲１を意味すると考えられる。
【実施例４】
【００８８】
次に実施例４について説明する。本実施例における内燃機関１のハード構成については、実施例１において説明したものと同じであるので説明は省略する。
【００８９】
本実施例においては、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前に、所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲に属していた場合のみに、ＥＧＲ弁２６の開度を全開状態とすることによりＥＧＲガスの量を増加させるＥＧＲ全開制御を実施する例であって、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量によって、上記の所定の中負荷中回転数範囲以下の範囲を変更する例について説明する。
【００９０】
図９には、本実施例における粒子状物質堆積量推定ルーチンを示す。本ルーチンの実施例３との相違点は、Ｓ３０１の処理の代わりに、Ｓ４０１〜Ｓ４０３の処理が実施される点である。
【００９１】
本ルーチンにおけるＳ４０１においては、粒子状物質堆積量の仮推定を行う。具体的には、前回の本ルーチンの実行時に、本ルーチンのＳ１０６の処理において推定されたフィルタ２０における粒子状物質の堆積量を、ＥＣＵ３５内のＲＡＭから読み出すことにより、仮推定を行う。ここで、この処理を行うＥＣＵ３５は、本実施例におけるＰＭ堆積量仮推定手段を構成する。
【００９２】
そして、Ｓ４０２に進み、ＥＧＲ全開制御許可範囲を決定する。具体的には、Ｓ４０１において仮推定されたフィルタ２０における粒子状物質の堆積量が所定量より多ければ、ＥＧＲ全開制御許可範囲は、図８におけるＥＧＲ全開制御許可領域１に設定される。仮推
定されたフィルタ２０における粒子状物質の堆積量が所定量以下であれば、ＥＧＲ全開制御許可範囲は、図８におけるＥＧＲ全開制御許可範囲２に設定される。
【００９３】
ここで、仮推定されたフィルタ２０における粒子状物質の堆積量と比較される所定量は、粒子状物質の堆積量がそれ以下である場合には、内燃機関１が減速運転状態になる直前に、ＥＧＲ全開制御許可範囲２に属していれば、ＥＧＲ全開制御許可範囲１に属していなくても、Ｓ１０４においてＥＧＲ全開制御を行った場合に、フィルタ２０は過昇温しないと判断される堆積量である。
【００９４】
Ｓ４０２において、ＥＧＲ全開制御許可範囲が決定された後に、Ｓ４０３に進み、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になる直前に、Ｓ４０２において決定されたＥＧＲ全開制御許可範囲に属していたかどうかが判定される。ここで、ＥＧＲ全開制御許可範囲に属していなかったと判定された場合には、ＥＧＲ全開制御を実施するとフィルタ２０が過昇温すると判断できるので、Ｓ１０４の処理をスキップして、Ｓ１０５に進む。一方、Ｓ４０３においてＥＧＲ全開制御許可領域に属していたと判定された場合には、ＥＧＲ全開制御を実施してもフィルタ２０は過昇温しないと判断されるので、Ｓ１０４において、ＥＧＲ全開制御を実施した後、Ｓ１０５に進む。
【００９５】
以上、説明したように、本実施例によれば、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量を仮推定し、その結果によって、ＥＧＲ全開制御を実施するかどうかを判定する基準となるＥＧＲ全開制御許可範囲を変更する。従って、ＥＧＲ全開制御を実施するかどうかの判断の精度を向上することができる。結果として、ＥＧＲ全開制御を行うことによってフィルタ２０が過昇温してしまう不具合や、ＥＧＲ全開制御を行うことによってフィルタ２０における粒子状物質の堆積量の推定精度を向上できるところを、ＥＧＲ全開制御を行わず、無駄に推定精度を悪化させる不具合等を抑制できる。
【００９６】
なお、本実施例においては、Ｓ４０１における、フィルタ２０における粒子状物質の堆積量の仮推定の方法として、前回の本ルーチンの実行時に、本ルーチンのＳ１０６の処理において推定されたフィルタ２０における粒子状物質の堆積量を、ＥＣＵ３５内のＲＡＭから読み出す方法を用いたが、この方法に限定されるものではない。例えば、上流側排気圧センサ２８及び下流側排気圧センサ２９の出力信号の差から、フィルタ２０における排圧の変化を検出する方法、あるいは、前回の本ルーチンの実行時に、本ルーチンのＳ１０６の処理において推定されたフィルタ２０における粒子状物質の堆積量に対し、それ以降のフィルタ再生処理時間に応じた減算を行うことで、仮推定の精度を高めた方法でもよい。
【００９７】
ここで、上記の実施例においては、本発明を多気筒ディーゼル機関に適用した例について説明したが、本発明をガソリン機関に対して適用しても良いことはもちろんである。
【００９８】
また、上記の実施例においては、フィルタ２０の再生処理中に、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合には、フィルタ２０の再生処理を中断することを前提に説明をした。しかし、本発明は、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合に、フィルタ２０の再生処理を中断しない排気浄化システムについても適用が可能である。
【００９９】
例えば、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合には、フィルタ２０の再生処理におけるフィルタ２０の温度を低下させるようなシステムや、内燃機関１の運転状態が減速運転状態になった場合にも、それまでと同様のフィルタ２０の再生処理を継続するシステムに適用した場合には、図２及び、図５において説明したフィルタ温度の変化の様子等は変化すると考えられるが基本的には上記した実施例と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明に係る内燃機関とその排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関が減速運転状態になったときに、フィルタにおける粒子状物質の堆積量が多い場合と少ない場合のそれぞれについて、吸入空気量の変化量及び、フィルタ温度の変化量の関係を示した図である。
【図３】本発明の実施例１における粒子状物質堆積量推定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１における低負荷低回転数範囲を説明する図ある。
【図５】内燃機関が減速運転状態になったときに、フィルタにおける粒子状物質の堆積量が多い場合と少ない場合のそれぞれについて、吸入空気量の変化量及び、フィルタ温度の変化量の関係を示した第２の図である。
【図６】本発明の実施例２における粒子状物質堆積量推定ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３における粒子状物質堆積量推定ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例３及び４におけるＥＧＲ全開制御許可範囲を説明する図である。
【図９】本発明の実施例４における粒子状物質堆積量推定ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０１】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・コモンレール
５・・・燃料供給管
６・・・燃料ポンプ
８・・・吸気枝管
９・・・吸気通路
１０・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り用アクチュエータ
１５・・・遠心過給機
１５ａ・・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・・タービンハウジング
１６・・・インタークーラ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気通路
２０・・・フィルタ
２３・・・排気温センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・上流側排気圧センサ
２９・・・下流側排気圧センサ
３２・・・アクセルペダル
３３・・・アクセルポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３７・・・エアフローメータ
４０・・・排気再循環装置
【図１】
2005194974.tif 000003
【図２】
2005194974.tif 000004
【図３】
2005194974.tif 000005
【図４】
2005194974.tif 000006
【図５】
2005194974.tif 000007
【図６】
2005194974.tif 000008
【図７】
2005194974.tif 000009
【図８】
2005194974.tif 000010
【図９】
2005194974.tif 000011