(57)【要約】【課題】ＰＭ堆積状態の評価指標の算出に用いられるセンサに異常が認められた場合であっても、ＰＭ堆積状態を精度よく推定し、適切なタイミングで適当な再生処理を実施することのできるエンジンの排気浄化システムを提供すること。【解決手段】ＤＰＦ３４のＰＭ堆積状態を複数の評価指標に基づいて複数の評価ステージにランク分けし、現在ステージ判断手段５２ａによる現在の評価ステージの判断と、評価ステージ判定手段５２ｂによる現在の評価ステージのランクアップの検討が繰り返し行われるように構成されたエンジン２の排気浄化システムにおいて、異常検知手段５２ｄによって各種センサの異常が検知された場合には、現在ステージ判断手段５２ａによって判断された現在の評価ステージに代えて、現在ステージ再判定手段５２ｃによって現在の評価ステージを新たに再判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排気通路に排出された排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦと、該ＤＰＦのＰＭ堆積状態を複数の評価指標に基づいて複数の評価ステージにランク分けするＰＭ堆積状態評価手段とを備え、該ＰＭ堆積状態評価手段は、現在の評価ステージを判断する現在ステージ判断手段と、前記複数の評価指標の内、所定数の評価指標が閾値を上回った場合に、現在の評価ステージを次ランクの評価ステージへとランクアップする評価ステージ判定手段とを含み、前記現在ステージ判断手段による現在の評価ステージの判断と、前記評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が繰り返し行われるように構成されたエンジンの排気浄化システムにおいて、
前記ＰＭ堆積状態評価手段は、前記複数の評価指標を算出するために用いられる各種センサの異常を検知する異常検知手段と、該異常検知手段によって異常が検知されたセンサは用いずに現在の評価ステージを再判定する現在ステージ再判定手段を有しており、
前記異常検知手段によって前記各種センサの異常が検知された場合には、前記現在ステージ判断手段によって判断された現在の評価ステージに代えて、前記現在ステージ再判定手段によって現在の評価ステージを新たに再判定することを特徴とするエンジンの排気浄化システム。
【請求項２】
前記異常検知手段によって前記各種センサの異常が検知された場合には、前記現在ステージ再判定手段により、該異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて現在の評価ステージを新たに再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システム。
【請求項３】
前記異常検知手段によって前記各種センサの内の一つである給気流量計に異常が検知された場合には、前記現在ステージ再判定手段により、該異常が検知された給気流量計にて測定された給気流量に代えて、代替手段によって算出された給気流量を基にして評価指標を算出し、該評価指標と、それ以外の評価指標とを用いて現在の評価ステージを新たに再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システム。
【請求項４】
前記異常検知手段によって前記各種センサの異常が検知された場合には、該異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて前記評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が行われ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システム。
【請求項５】
前記異常検知手段によって前記各種センサの内の一つである給気流量計に異常が検知された場合には、該異常が検知された給気流量計にて測定された給気流量に代えて、代替手段によって算出された給気流量を基にして評価指標を算出し、該評価指標と、それ以外の評価指標とを用いて前記評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が行われ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システム。
【請求項６】
前記代替手段が、前記エンジンの上流側に接続されている給気マニホールド部の圧力および温度を測定する圧力・温度測定手段と、該測定された圧力および温度から給気流量を算出する給気流量算出手段とから構成されていることを特徴とする請求項３または５に記載のエンジンの排気浄化システム。
【請求項７】
前記代替手段が、前記エンジンのエンジン回転数および燃料噴射量を算出する回転数・噴射量算出手段と、前記内燃機関のエンジン回転数および燃料噴射量と給気流量との関係からなるマップから給気流量を算出する給気流量算出手段とから構成されていることを特徴とする請求項３または５に記載のエンジン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、ＤＰＦを備えたエンジンの排気浄化システムに関し、詳しくは、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するタイミングを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれるパティキュレートマター（排気微粒子、以下ＰＭと略す）の除去に有効な技術として、ディーゼルパティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦと略す）が知られている。ＤＰＦはフィルタを用いたＰＭ捕集装置であって、エンジンの排気通路に設置され、エンジンから排出されるスス（ｓｏｏｔ）などのＰＭをフィルタで捕集し、排気ガスから除去する装置である。ＤＰＦで捕集されたＰＭの一部は、運転中のエンジンから排出される高温の排気ガスによって燃焼するが、残りのＰＭはＤＰＦのフィルタに堆積していく。しかしながら、ＤＰＦが捕集し得るＰＭ量には限界があり、ＰＭの堆積が過度に進行するとＰＭ捕集能力の低下、エンジン出力の低下などを招来する恐れがある。このため、ＤＰＦにおいては、フィルタに堆積しているＰＭを燃焼させてフィルタを再生させる再生処理を適切なタイミングで実施する必要がある。
【０００３】
再生処理を実施する適切なタイミングを把握するためには、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積状態を精度よく推定する必要がある。ＰＭ堆積状態を過少に評価した場合は、再生処理を実施するタイミングが遅くなってしまい、ＰＭの過堆積によるエンジン出力の低下等が生じるほか、再生処理時の過昇温によってＤＰＦが損傷する可能性がある。また逆に、ＰＭ堆積状態を過剰に評価した場合は、再生処理の実施頻度が高くなってしまい、燃費の悪化やオイルダイリューション等の問題が発生してしまう。
【０００４】
ＤＰＦにおけるＰＭ堆積状態を精度よく推定し、適切なタイミングで再生処理を実施するための技術が本出願人により開示されている（特許文献１）。かかる特許文献１では、ＤＰＦのＰＭ堆積状態を捕集ステージと呼ばれる概念で捉えて評価し、ＰＭ堆積状態に応じて区分された６つ捕集ステージに分類する。また、図１５に示すように、捕集ステージのランクに応じて実施される再生処理の内容が予め定められている。
【０００５】
この特許文献１において、捕集ステージは、図１６に示したフローチャートに基づき決定される。すなわち、図１６のフローチャートでは、ステップＳ５１において現在の捕集ステージを判断し、ステップＳ５２に進む。ここで、ステップＳ５１における現在の捕集ステージとは、図１６におけるフローチャートの１周期前に決定した捕集ステージを意味し、ＥＣＵに記憶されているものである。
【０００６】
現在の捕集ステージＸが１〜６のいずれかと判断されると（Ｓ５２）、ステップＳ５３において、（１）ＰＭ堆積量の推定値、（２）累積運転時間、（３）累積燃料消費量、（４）ＤＰＦ補正差圧、の４つの評価指標を夫々の閾値Ｑｘ、Ｔｘ、Ｑｆｘ、ｄＰｘと比較し、これら４つの指標のいずれか１つが閾値を上回った状態が一定時間以上継続した場合には、ステップＳ５５において捕集ステージ番号が１つ加算される。なお、ステップＳ５４において、現在ＤＰＦ再生中と判断された場合には、捕集ステージ番号の加算は行われない。
【０００７】
このような特許文献１によれば、ＰＭ堆積状態を上記（１）〜（４）の４つの評価指標によって総合的に評価しているため、１つの指標によってＰＭ堆積状態を評価する場合と比べて、ＰＭ堆積状態を精度よく推定することができる。また、分類される捕集ステージのランクに応じて、実施される再生処理の内容が予め定められているため、ＰＭ堆積状態に応じた適切なタイミングで適当な再生処理が実施されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−１６３１９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２９５２３４号公報
【特許文献３】特許第３９８５０９８号公報
【特許文献４】特許第４６０６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述した特許文献１における上記（１）〜（４）の４つの評価指標は、温度センサ、ＤＰＦ差圧センサ、エアフローメータ等の各種センサからの出力値を基に算出される。このため、これらセンサが故障した場合には、上記（１）〜（４）の４つの評価指標が誤って算出されてしまい、捕集ステージが誤って評価されてしまう恐れがある。
【００１０】
特許文献２〜４には、センサが故障した場合に、故障したセンサを使用せずにＤＰＦのＰＭ堆積状態を判定する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２〜４に開示されている技術は、そもそもＰＭ堆積状態を１つの指標によって評価する技術であり、特許文献１とは異なる技術であるため、これらを特許文献１にそのまま適用することはできない。
【００１１】
本発明は上述したような従来の課題に鑑みなされた発明であって、フィルタのＰＭ堆積状態の評価指標の算出に用いられるセンサに異常が認められた場合であっても、ＰＭ堆積状態を精度よく推定し、適切なタイミングで適当な再生処理を実施することのできるエンジンの排気浄化システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、
本発明のエンジンの排気浄化システムは、
エンジンから排気通路に排出された排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦと、該ＤＰＦのＰＭ堆積状態を複数の評価指標に基づいて複数の評価ステージにランク分けするＰＭ堆積状態評価手段とを備え、該ＰＭ堆積状態評価手段は、現在の評価ステージを判断する現在ステージ判断手段と、前記複数の評価指標の内、所定数の評価指標が閾値を上回った場合に、現在の評価ステージを次ランクの評価ステージへとランクアップする評価ステージ判定手段とを含み、前記現在ステージ判断手段による現在の評価ステージの判断と、前記評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が繰り返し行われるように構成されたエンジンの排気浄化システムにおいて、
前記ＰＭ堆積状態評価手段は、前記複数の評価指標を算出するために用いられる各種センサの異常を検知する異常検知手段と、該異常検知手段によって異常が検知されたセンサは用いずに現在の評価ステージを再判定する現在ステージ再判定手段を有しており、
前記異常検知手段によって前記各種センサの異常が検知された場合には、前記現在ステージ判断手段によって判断された現在の評価ステージに代えて、前記現在ステージ再判定手段によって現在の評価ステージを新たに再判定することを特徴とする。
【００１３】
このような本発明では、ＤＰＦのＰＭ堆積状態を複数の評価指標に基づいて複数の評価ステージにランク分けし、現在ステージ判断手段による現在の評価ステージの判断と、評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が繰り返し行われるように構成されたエンジンの排気浄化システムにおいて、異常検知手段によって各種センサの異常が検知された場合には、現在ステージ判断手段によって判断された現在の評価ステージに代えて、現在ステージ再判定手段によって現在の評価ステージを新たに再判定する。
したがって、センサが故障した場合であっても、現在ステージ再判定手段によって現在の評価ステージが再判定されるため、センサ故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度を向上させることができる。
【００１４】
上記発明において、前記異常検知手段によって前記各種センサの異常が検知された場合には、前記現在ステージ再判定手段により、該異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて現在の評価ステージを新たに再判定することが望ましい。
このような本発明によれば、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて現在の評価ステージを新たに再判定するため、センサ故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度を向上させることができる。
【００１５】
さらにこの際、上記発明において、前記異常検知手段によって前記各種センサの異常が検知された場合には、該異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて前記評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が行われることが望ましい。
このような本発明によれば、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が行われるため、センサ故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度をより一層向上させることができる。
【００１６】
また上記発明において、前記異常検知手段によって前記各種センサの内の一つである給気流量計に異常が検知された場合には、前記現在ステージ再判定手段により、該異常が検知された給気流量計にて測定された給気流量に代えて、代替手段によって算出された給気流量を基にして評価指標を算出し、該評価指標と、それ以外の評価指標を用いて現在の評価ステージを新たに再判定することが望ましい。
このような本発明によれば、給気流量計に異常が検知された場合には、該給気流量計にて測定された給気流量に代えて、代替手段によって算出された給気流量によって評価指標を算出し、該評価指標とそれ以外の評価指標とを用いて現在の評価ステージを新たに再判定するため、給気流量計故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度を向上させることができる。
【００１７】
さらにこの際、上記発明において、前記異常検知手段によって前記各種センサの内の一つである給気流量計に異常が検知された場合には、該異常が検知された給気流量計にて測定された給気流量に代えて、代替手段によって算出された給気流量を基にして評価指標を算出し、該評価指標と、それ以外の評価指標とを用いて前記評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が行われることが望ましい。
【００１８】
このような本発明によれば、給気流量計に異常が検知された場合には、該給気流量計にて測定された給気流量に代えて、代替手段によって算出された給気流量によって評価指標を算出し、該評価指標とそれ以外の評価指標とを用いて評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が行われるため、給気流量計故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度をより一層向上させることができる。
【００１９】
上記発明における代替手段は、前記エンジンの上流側に接続されている給気マニホールド部の圧力および温度を測定する圧力・温度測定手段と、該測定された圧力および温度から給気流量を算出する給気流量算出手段とから構成することができる。
また、前記エンジンのエンジン回転数および燃料噴射量を算出する回転数・噴射量算出手段と、前記内燃機関のエンジン回転数および燃料噴射量と給気流量との関係からなるマップから給気流量を算出する給気流量算出手段とから構成することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フィルタのＰＭ堆積状態の評価指標の算出に用いられるセンサに異常が認められた場合であっても、ＰＭ堆積状態を精度よく推定し、適切なタイミングで適切な再生処理を実施することのできるエンジンの排気浄化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のエンジンの排気浄化システムが適用されるディーゼルエンジンの全体構成図である。
【図２】本発明のＰＭ堆積状態推定手段の構成を示したブロック図である。
【図３】評価指標の一つであるＰＭ堆積量によって捕集ステージを６つに区分したグラフである。
【図４】第１の実施形態におけるＰＭ堆積状態推定手段の作用を説明するためのフロー図である。
【図５】第１の実施形態における現在ステージ再判定手段の作用を説明するためのフロー図である。
【図６】第１の実施形態における異常検知手段の作用を説明するためのフロー図である。
【図７】第１の実施形態における評価指標と各種センサの出力値との関係を示したブロック図である。
【図８】第２の実施形態におけるＰＭ堆積状態推定手段の作用を説明するためのフロー図である。
【図９】第２の実施形態における現在ステージ再判定手段の作用を説明するためのフロー図である。
【図１０】第２の実施形態における評価指標と各種センサの出力値との関係を示したブロック図である。
【図１１】第３の実施形態におけるＰＭ堆積状態推定手段の作用を説明するためのフロー図である。
【図１２】第３の実施形態における現在ステージ再判定手段の作用を説明するためのフロー図である。
【図１３】第３の実施形態における評価指標と各種センサの出力値との関係を示したブロック図である。
【図１４】第３の実施形態における代替手段の作用を説明するためのブロック図である。
【図１５】捕集ステージと実施される再生処理内容との関係を示した表である。
【図１６】特許文献１における捕集ステージ決定のフローを示したフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２３】
図１は、本発明のエンジンの排気浄化システムが適用されるディーゼルエンジンの全体構成図である。まず、図１を参照して、本発明の排気浄化システムをディーゼルエンジンに適用した場合の全体構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、本発明の排気浄化システムが適用されるディーゼルエンジンには、エンジン２、エンジン２に供給される給気ガス（空気）が流れる給気通路６および給気マニホールド４、エンジン２から排出された排気ガスが流れる排気通路１０および排気マニホールド８、給気通路６および排気通路１０に配置された各種センサ、およびＥＣＵ５０などが設けられている。
【００２５】
排気通路１０には、ＤＯＣ（酸化触媒）３２と、該ＤＯＣ３２の下流側にあるＤＰＦ３４とからなる排気浄化装置３０が設けられている。ＤＯＣ３２は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する機能を有する。ＤＰＦ３４は、上述したように、排気ガス中に含まれるススなどのＰＭをフィルタで捕集し、排気ガスから除去する装置である。
【００２６】
また、排気通路１０と給気通路６との間にはターボチャージャ１２が設けられている。このターボチャージャ１２は、排気通路１０に配置されている排気タービン１２ｂと、給気通路６に配置されているコンプレッサ１２ａとを有しており、該コンプレッサ１２ａは排気タービン１２ｂによって同軸駆動されるようになっている。また、給気通路６にはインタークーラ１４およびスロットルバルブ１６が設けられている。そして、コンプレッサ１２ａから吐出された給気ガスは、インタークーラ１４で大気と熱交換されて冷却された後、スロットルバルブ１６で給気ガスの流量が調節され、その後、給気マニホールド４を介してエンジン２の燃焼室に流入するようになっている。
【００２７】
また、ディーゼルエンジンには、燃料の噴射時期および噴射量を制御してエンジン２の燃焼室に噴射するコモンレール燃料噴射装置（不図示）が設けられている。そして、該コモンレール燃料噴射装置のコモンレールから燃料噴射弁に対して、所定の噴射時期に所定量の燃料が供給されるように、ＥＣＵ５０からコモンレール燃料噴射装置に制御信号が入力されるようになっている。なお、図中の符号２２は、ＥＣＵ５０からコモンレール燃料噴射装置へと入力される制御信号の入力位置を示している。
【００２８】
また、排気通路１０の排気マニホールド８の直下流位置からはＥＧＲ管２３が分岐しており、給気マニホールド４に接続している。また、ＥＧＲ管２３には、ＥＧＲバルブ２４が配置されており、ＥＧＲバルブ２４を開閉制御することにより、エンジン２から排出された排気ガスの一部が、ＥＧＲ管２３を通ってエンジン２に再循環するようになっている。
【００２９】
エンジン２から排出された排気ガスは、排気マニホールド８および排気通路１０を通って、上述した排気タービン１２ｂを駆動してコンプレッサ１２ａを同軸駆動させる。そして、排気通路１０を通った後、上述した排気浄化装置３０のＤＯＣ３２およびＤＰＦ３４へと流れるようになっている。
【００３０】
また、排気通路１０に設けられている排気浄化装置３０には、ＤＯＣ３２の入口温度を検知するＤＯＣ入口温度センサ３６、およびＤＰＦ３４の入口温度、出口温度を夫々検知するＤＰＦ入口温度センサ３８、ＤＰＦ出口温度センサ４２が設けられている。これら、ＤＯＣ入口温度センサ３６、ＤＰＦ入口温度センサ３８、ＤＰＦ出口温度センサ４２で測定された温度データは、例えば電圧信号としてＥＣＵ５０に入力されるようになっている。また、ＤＰＦ３４の出入口の差圧を検知するＤＰＦ差圧センサ４０も設けられており、該ＤＰＦ差圧センサ４０で測定された差圧も例えば電圧信号としてＥＣＵ５０に入力されるようになっている。
【００３１】
また、給気通路６のコンプレッサ１２ａよりも上流側には、給気ガスの流量を検知するエアフローメータ２６（給気流量計）、および給気ガスの温度を検知する吸気温度センサ２８が設けられている。そして、これらエアフローメータ２６および吸気温度センサ２８の測定値は、例えば電圧信号としてＥＣＵ５０に入力されるようになっている。また、給気通路６のスロットルバルブ１６よりも下流側には、給気絶対圧力を検知する給気絶対圧力センサ１８および給気温度を検知する給気温度センサ２０が設けられており、これら給気絶対圧力センサ１８および給気温度センサ２０の測定値も例えば電圧信号としてＥＣＵ５０に入力されるようになっている。
【００３２】
また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサからの入力値を基にＥＧＲバルブ２４およびスロットルバルブ１６の目標開度を演算し、ＥＧＲバルブ２４およびスロットルバルブ１６の開度を制御する。また、ＥＣＵ５０は、ケーブル４４を通じて不図示のクランクセンサ、カムセンサ、アクセルセンサ、スロットルセンサ等の各種センサからの入力信号が取り込まれ、エンジン回転数および燃料噴射量が算出されるようになっている。また、ＥＣＵ５０は、ケーブル４６を介して不図示の車体ＥＣＵなどと接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、後述する代替手段６０から、給気ガスの流量に関する信号が入力されるようになっている。
【００３３】
ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述したセンサ類からの各種信号は、Ｉ／Ｏインターフェイスを介してＣＰＵに入力される。ＣＰＵでは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って、各種制御を実行するように構成されている。そして、図１に示すように、該ＥＣＵ５０によって、本発明のＰＭ堆積状態推定手段５２が構成されている。
【００３４】
本発明のＰＭ堆積状態推定手段５２は、ＤＰＦ３４におけるＰＭ堆積状態を複数の評価指標に基づいて複数の評価ステージにランク分けする手段である。図３に示したように、本発明では、ＤＰＦ３４におけるＰＭ堆積状態をＰＭ堆積量などに応じて例えば６つの捕集ステージ（評価ステージ）に区分して評価する。図３に示すグラフは、上述したＥＣＵ５０に予め記憶されている。なお、図３のグラフは、評価指標の一つであるＰＭ堆積量によって捕集ステージを６つに区分したグラフであるが、後述する他の評価指標（累積運転時間、累積燃料噴射量、ＤＰＦ補正差圧）においても同様なグラフが作成されており、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００３５】
なお、ここでＤＰＦ補正差圧とは、ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量が同一であってもＤＰＦの前後差圧は排気ガスの体積流量によって変化するため、排気ガスの体積流量と基準ガス量との比により標準状態でのＤＰＦ前後の差圧に換算したものである。
【００３６】
図２は、本発明のＰＭ堆積状態推定手段５２の構成を示したブロック図である。図２に示したように、本発明のＰＭ堆積状態推定手段５２は、現在の捕集ステージを判断する現在ステージ判断手段５２ａと、上記複数の評価指標の内、所定数の評価指標が閾値を上回った場合に、現在の捕集ステージを次ランクの評価ステージへとランクアップする評価ステージ判定手段５２ｂとを含む。そして、後述するように、現在ステージ判断手段５２ａによる現在の捕集ステージの判断と、評価ステージ判定手段５２ｂによる現在の捕集ステージのランクアップの検討が繰り返し行われるように構成されている。
【００３７】
また、図２に示したように、本発明のＰＭ堆積状態推定手段５２は、上記複数の評価指標を算出するために用いられる各種センサの異常を検知する異常検知手段５２ｄと、異常検知手段５２ｄによって異常が検知されたセンサは用いずに現在の捕集ステージを再判定する現在ステージ再判定手段５２ｃを有している。そして、異常検知手段５２ｄによって各種センサの異常が検知された場合には、現在ステージ判断手段５２ａによって判断された現在の捕集ステージに代えて、現在ステージ再判定手段５２ｃによって現在の捕集ステージを新たに再判定するように構成されている。
【００３８】
また、異常検知手段５２ｄによって各種センサの異常が検知された場合には、現在ステージ再判定手段５２ｃにより、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて現在の捕集ステージを新たに再判定するように構成されている。また、異常検知手段５２ｄによって各種センサの異常が検知された場合には、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて評価ステージ判定手段５２ｃによる現在の捕集ステージのランクアップの検討が行われるように構成されている。
【００３９】
＜第１の実施形態＞
このように構成されている本発明のＰＭ堆積状態推定手段５２の作用について、図４〜図６に示したフローチャートに基づいて説明する。
先ず、図４に示したように、ステップＳ１１にて、上述した現在ステージ判断手段５２ａによって、現在の捕集ステージが判断される。ステップＳ１１における現在の捕集ステージとは、図２におけるフローチャートの１周期前に決定された捕集ステージを意味し、ＥＣＵ５０に記憶されているものである。
【００４０】
そして、ステップＳ１２にて、上述した異常検知手段５２ｄによって、各種センサに対する異常判定が行われる。すなわち、図６のフローチャートに示したように、ステップＳ３１にて異常判定条件を満たしているか否かが判定される。該判定は、例えばセンサから出力される信号が電圧信号である場合には、電圧の大きさが所定範囲に収まっているか否かで判定する。なお、センサから出力される信号が電流や抵抗である場合も同様に、電流や抵抗の大きさによって判定する。そして、センサから出力された信号の値が所定範囲内に収まっている場合（Ｓ３１においてＮＯ）は、センサは正常であると判断する。一方、センサから出力された信号の値が所定範囲内に収まっていない場合（Ｓ３１においてＹＥＳ）は、ステップＳ３２にてタイマをカウントし、ステップＳ３３にてカウントしたタイマが異常判定確定時間を超過したか否かを判定する。そして、異常判定確定時間を超過している場合は、センサの異常が確定したものと判断する。一方、異常判定確定時間を超過していない場合は、ステップＳ３１に戻り、上述したフローを繰り返す。
【００４１】
そして、ステップＳ１２にてセンサの異常が確定した場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）は、ステップＳ１３にて運転者などに警告を発した後、Ｓ１４にて、上述したステップＳ１１において判断した現在の捕集ステージステップを一旦クリアする。そして、ステップＳ１５にて、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標を無効化する。かかる無効化処理につき、ＤＰＦ入口温度センサ３８およびＤＰＦ出口温度センサ４２の２つのセンサに異常が検知された場合を例にして、図７を基に説明する。
【００４２】
図７に示したように、ＥＣＵ５０に入力された各種センサの出力値を基にして複数の評価指標が算出される。例えば、エンジン回転数および燃料噴射量からＰＭ排出量が演算により求められるとともに、エンジン回転数、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度、Ｏ２濃度、給気流量、燃料噴射量からＰＭ再生量が演算により求められ、これらＰＭ排出量とＰＭ再生量との差分を時々刻々積算することにより、ＰＭ堆積量の推定値が算出される。また例えば、図７に示したように、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度、ＤＰＦ差圧、給気流量、燃料噴射量から、ＤＰＦ補正差圧が算出される。なお、本実施形態では、ＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧に加えて、エンジン２の累積運転時間と累積燃料消費量の２つを加えた４つの評価指標を用いている。そして、ステップＳ２０にて、上述した現在ステージ再判定手段５２ｃによって、上記４つの評価指標の内、異常が検知されたセンサの出力値であるＤＰＦ入口温度およびＤＰＦ出口温度を基に算出されるＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧は用いずに、累積運転時間と累積燃料消費量の２つ評価指標とを用いて、現在の評価ステージを新たに再判定する。
【００４３】
すなわち、上述した無効化処理とは、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標については、以後のＰＭ堆積状態の推定においてこれを用いないようにすることを意味する。
【００４４】
なお、上述したＯ２濃度は、例えばＯ２センサなどによって測定することも可能であるが、本実施形態では、排気ガスの圧力や温度、燃料噴射量、ＥＧＲ還流率などを基にして、ＥＣＵ５０にて算出している。
【００４５】
図５は、ステップＳ２０における現在捕集ステージ再判定にかかるフローチャートである。図５に示したように、現在の捕集ステージの再判定では、先ずステップ２１にて最も低いステージである捕集ステージ１を初期値とし、ステップＳ２２にて、累積運転時間と累積燃料消費量の２つ評価指標を用いて、捕集ステージのランクアップの検討が行われる。そして、例えば、２つの評価指標の内、いずれかの指標が閾値を超過し、且つその状態が所定時間以上継続している場合（Ｓ２２においてＹＥＳ）は、ステップＳ２３においてＤＰＦ再生中でないことを確認した後、ステップＳ２４にて捕集ステージを一つランクアップする。そして、ステップＳ２２に戻り、再度、捕集ステージのランクアップの検討を繰り返す。このようにして、累積運転時間と累積燃料消費量の２つ評価指標のいずれもが閾値を下回るまで上記フローを繰り返すことで、現在の捕集ステージが再判定され、ステップＳ１６における捕集ステージへと移行する。
【００４６】
一方、ステップＳ１２において各種センサに異常が検知されなかった場合は、ステップＳ１１にて判断された現在の捕集ステージが、そのままステップＳ１６における捕集ステージとなる。
【００４７】
そして、ステップＳ１７以降において、上述した評価ステージ判定手段５２ｂによって、ステップＳ１６における捕集ステージのランクアップの検討が行われる。すなわち、ステップ１７にて、上記４つの評価指標を用いて、ステップＳ１６における捕集ステージのランクアップの検討が行われる。かかる検討は、例えば、４つの評価指標の内、少なくとも１つの評価指標が閾値を超過し、且つその状態が所定時間以上継続しているか否かで判定する。またこの際、図４に示したように、異常が検知されたセンサの出力値であるＤＰＦ入口温度およびＤＰＦ出口温度を基に算出されるＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧は用いずに、累積運転時間と累積燃料消費量の２つ評価指標を用いてランクアップの検討を行うようにすることで、センサ故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度を向上させることができる。
【００４８】
そして、図４に示したように、累積運転時間と累積燃料消費量の２つの評価指標の内、いずれかの評価指標が閾値を超過し、且つその状態が所定時間以上継続している場合（Ｓ１７においてＹＥＳ）は、ステップＳ１８においてＤＰＦ再生中でないことを確認した後、ステップＳ１９にて捕集ステージを一つランクアップし、フローを終了する。一方、ステップＳ１７において、いずれの評価指標も閾値を超過しておらず、または閾値を超過した状態の継続時間が所定時間未満の場合（Ｓ１７においてＮＯ）は、そのままフローを終了する。なお、図４〜図６に示したフローは、エンジン２が運転している間は、所定時間および／または所定のタイミング（例えば所定の走行距離）毎に繰り返されるように構成されている。
【００４９】
このように本発明のエンジンの排気浄化システムでは、ＤＰＦ３４のＰＭ堆積状態を４つの評価指標（ＰＭ堆積量推定値、ＤＰＦ補正差圧、累積運転時間、累積燃料消費量）に基づいて例えば６つの捕集ステージ（評価ステージ）にランク分けし、現在ステージ判断手段５２ａによる現在の捕集ステージの判断と、評価ステージ判定手段５２ｂによる現在の評価ステージのランクアップの検討が繰り返し行われるように構成されている。そして、異常検知手段５２ｄによって各種センサの異常が検知された場合には、現在ステージ判断手段５２ａによって判断された現在の捕集ステージに代えて、現在ステージ再判定手段５２ｃにより、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて現在の捕集ステージを新たに再判定するように構成されている。
したがって、センサが故障した場合であっても、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて現在の捕集ステージを新たに再判定するため、センサ故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度を向上させることができるようになっている。
【００５０】
また上述したように、異常検知手段５２ｄによって各種センサの異常が検知された場合には、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて評価ステージ判定手段５２ｂによる現在の評価ステージのランクアップの検討が行われるように構成されているため、センサ故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度をより一層向上させることができるようになっている。
【００５１】
なお、本実施形態の説明では、ＤＰＦ３４のＰＭ堆積状態を４つの評価指標に基づいて６つの捕集ステージ（評価ステージ）にランク分けする場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ＤＰＦ３４のＰＭ堆積状態は少なくとも複数の評価指標に基づいて分類されればよく、評価指標の数は４つに限定されない。また、分類される捕集ステージ（評価ステージ）の数も６つには限定されるものではない。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
上述した実施形態では、ＤＰＦ入口温度センサ３８およびＤＰＦ出口温度センサ４２の２つのセンサに異常が検知された場合を例にして説明したが、本実施形態では、ＤＰＦ差圧センサ４０に異常が検知された場合について、図８〜１０を基にして説明する。なお、本実施形態は、上述した実施形態と基本的には同様に構成されており、同じ構成には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
図１０に示したように、ＤＰＦ差圧センサ４０の出力値であるＤＰＦ差圧は、４つの評価指標の一つであるＤＰＦ補正差圧を算出する際の基となっている。よって、本実施形態では、図８および図９に示したように、ステップＳ２０にて、上述した現在ステージ再判定手段５２ｃによって、上記４つの評価指標の内、異常が検知されたセンサの出力値であるＤＰＦ差圧は用いずに、ＰＭ堆積量推定値、累積運転時間、および累積燃料消費量の３つ評価指標を用いて、現在の評価ステージを新たに再判定する。
【００５４】
また、本実施形態では、図８に示したように、ステップＳ１７以降において、上述した評価ステージ判定手段５２ｂによって、異常が検知されたセンサの出力値であるＤＰＦ差圧は用いずに、ＰＭ堆積量推定値、累積運転時間、および累積燃料消費量の３つ評価指標を用いて、ステップＳ１６における捕集ステージのランクアップの検討を行う。
【００５５】
このように、本発明のエンジンの排気浄化システムは、複数の評価指標を算出するために用いられる各種センサの内、少なくとも一つのセンサに異常が検知された場合において適用することができるシステムである。
【００５６】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について、図１１〜図１３を基に説明する。なお、本実施形態は、上述した実施形態と基本的には同様に構成されており、同じ構成には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
上述した実施形態では、異常検知手段５２ｄによって各種センサの異常が検知された場合には、現在ステージ再判定手段５２ｃにより、異常が検知されたセンサの出力値を基にする評価指標は用いずに、それ以外の評価指標を用いて現在の評価ステージを新たに再判定し、また、評価ステージ判定手段５２ｂによる現在の評価ステージのランクアップの検討を行っていた。
【００５８】
しかしながら本発明はこれに限定されず、図１１〜図１３に示したように、異常検知手段５２ｄによって各種センサの内の一つであるエアフローメータ２６（給気流量計）に異常が検知された場合には、現在ステージ再判定手段５２ｃにより、異常が検知されたエアフローメータ２６にて測定された給気流量に代えて、図１３に示したように、代替手段６０によって算出された給気流量を基にして評価指標（ＰＭ堆積量推定値、ＤＰＦ補正差圧）を算出し、これらＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧と、累積運転時間および累積燃料噴射量と、を用いて現在の評価ステージを新たに再判定するとともに、評価ステージ判定手段５２ｂによる現在の評価ステージのランクアップの検討が行われるように構成されていてもよい。
【００５９】
すなわち、図１１に示したように、ステップＳ１５´にて、エアフローメータ２６にて測定された給気流量に代えて代替手段６０によって給気流量の代替値を算出し、図１１および図１２に示したように、ステップＳ２０にて、上述した現在ステージ再判定手段５２ｃによって、該給気流量の代替値を基にして算出したＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧を含む４つの評価指標を用いて、現在の評価ステージを新たに再判定する。また、図１１に示したように、ステップＳ１７´以降において、上述した評価ステージ判定手段５２ｂによって、上記該給気流量の代替値を基にして算出したＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧を含む４つの評価指標を用いて、ステップＳ１６における捕集ステージのランクアップの検討を行うようになっている。
【００６０】
このような本実施形態のエンジンの排気浄化システムによれば、エアフローメータ２６（給気流量計）に異常が検知された場合には、該エアフローメータ２６にて測定された給気流量に代えて、代替手段６０によって算出された給気流量によってＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧を算出し、該ＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧と、累積運転時間および累積燃料噴射量とを用いて現在の評価ステージを新たに再判定するため、給気流量計故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度を向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態のエンジンの排気浄化システムによれば、エアフローメータ２６（給気流量計）に異常が検知された場合には、該エアフローメータ２６にて測定された給気流量に代えて、代替手段６０によって算出された給気流量によってＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧を算出し、該ＰＭ堆積量推定値およびＤＰＦ補正差圧と、累積運転時間および累積燃料噴射量とを用いて評価ステージ判定手段による現在の評価ステージのランクアップの検討が行われるため、給気流量計故障時におけるＰＭ堆積状態の推定精度をより一層向上させることができるようになっている。
【００６２】
本実施形態のエンジンの排気浄化システムにおける代替手段６０としては、上述した給気絶対圧力センサ１８および給気温度センサ２０（圧力・温度測定手段）と、該測定された圧力および温度から給気流量の代替値を算出するＥＣＵ５０（給気流量算出手段）とから構成することができる。
【００６３】
すなわち、エアフローメータ２６に異常が認められた場合には、ＥＧＲバルブ２４を全閉し、ＥＣＵ５０において、給気絶対圧力センサ１８および給気温度センサ２０にて測定された給気マニホールド４の絶対圧力および温度によって、下記式（１），（２）に基づいて、給気流量を算出することができる。
Ｇｃｙｌ＝（ρ・Ｖｓｔｒｋ・Ｎｅ／６０）・（２／Ｉｃｙｃ）・Ｎｃｙｌ・Ｅｖ  ・・・（１）
ρ＝Ｐ／ＲＴ  ・・・（２）
（ここで、Ｇｃｙｌは給気流量、ρは給気密度、Ｐは給気マニホールド部の絶対圧力、Ｔは給気マニホールド部の温度、Ｒは気体状態定数、Ｖｓｔｒｋは一気筒当りの行程容積、Ｎｅはエンジン回転数、Ｉｃｙｃはストローク、Ｎｃｙｌはシリンダ数、Ｅｖは体積効率で別途マップから算定されるものである。）
【００６４】
また、本実施形態のエンジンの排気浄化システムにおける代替手段６０としては、エンジン２のエンジン回転数および燃料噴射量を算出するのに必要な各種センサおよびＥＣＵ５０（回転数・噴射量算出手段）と、エンジン２のエンジン回転数および燃料噴射量と給気流量との関係から給気流量を算出するＥＣＵ５０（給気流量算出手段）とから構成することもできる。
【００６５】
すなわち、エアフローメータ２６に異常が認められた場合には、図１４に示したように、上述した不図示のクランクセンサ、カムセンサ、アクセルセンサ、スロットルセンサ等の各種センサからの入力信号に基づき、ＥＣＵ５０において算出されたエンジン回転数および燃料噴射量を入力データとする給気流量マップ６２によって、給気流量の代替値が算出されるようになっている。なお、給気流量マップ６２は、実験等を行うことによって作成されて、ＥＣＵ５０のＲＯＭに予め記憶されているものとする。
【００６６】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、ＤＰＦを備えたエンジンの排気浄化システム、詳しくは、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するタイミングを適切に制御することができるエンジンの排気浄化システムとして用いることができる。
【符号の説明】
【００６８】
２        エンジン
４        給気マニホールド
６        給気通路
８        排気マニホールド
１０      排気通路
１２      ターボチャージャ
１２ａ    コンプレッサ
１２ｂ    排気タービン
１４      インタークーラ
１６      スロットルバルブ
１８      給気絶対圧力センサ
２０      給気温度センサ
２３      ＥＧＲ管
２４      ＥＧＲバルブ
２６      エアフローメータ
２８      吸気温度センサ
３０      排気浄化装置
３２      ＤＯＣ
３４      ＤＰＦ
３６      ＤＯＣ入口温度センサ
３８      ＤＰＦ入口温度センサ
４０      ＤＰＦ差圧センサ
４２      ＤＰＦ出口温度センサ
５０      ＥＣＵ
６０      代替手段
６２      給気流量マップ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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