(57)【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、排気中に含まれる微粒子を捕集可能な捕集機構と、
前記捕集機構に捕集された微粒子を除去して前記捕集機構の捕集能力を再生させる再生手段と、
前記内燃機関から単位時間当たりに排出される微粒子量、前記捕集機構の捕集効率、及び前記捕集機構で単位時間当たりに酸化される微粒子量である酸化微粒子量を推定し、それらの推定値から前記捕集機構の微粒子捕集量を求める推定手段と、
前記推定手段により求められた微粒子捕集量が上限値以上となったときに前記再生手段による再生処理を開始し、前記推定手段により求められた微粒子捕集量が下限値以下となったときに前記再生手段による再生処理を終了する再生期間決定手段と、
前記再生手段による再生処理が実行されているときに、前記捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を取得し、取得された微粒子量に応じて前記推定手段により推定された酸化微粒子量を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記捕集機構より上流の排気通路内の圧力と前記捕集機構より下流の排気通路内の圧力との差圧を検出する差圧検出手段を更に備え、
前記補正手段は、前記再生手段による再生処理が実行されているときの差圧の変化率に基づいて、前記捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を求め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装置。
【請求項３】
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を更に備え、
前記補正手段は、前記再生手段による再生処理が実行されているときの吸入空気量の変化率に基づいて、前記捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を求め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装置。
【請求項４】
前記捕集機構より上流の排気通路内の圧力と前記捕集機構より下流の排気通路内の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段とを更に備え、
前記補正手段は、前記再生手段による再生処理が実行されているときの差圧及び吸入空気量の変化率に基づいて、前記捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を求め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装置。
【請求項５】
前記捕集機構は、酸化触媒とＮＯx吸蔵剤とが担持されたパティキュレートフィルタで
あ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、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中に含まれる微粒子を浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼル機関では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化もしくは除去することが要求されている。
【０００３】
このため、ディーゼル機関では、断面積が非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパティキュレートフィルタを排気通路に配置し、そのパティキュレートフィルタの細孔に排気を流すことにより、排気中のＰＭを捕集する方法が知られている。
【０００４】
一方、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に増加すると、パティキュレートにおける排気抵抗が高くなり、それに応じて内燃機関に作用する背圧が過剰に高くなる虞があるため、パティキュレートフィルに捕集されたＰＭを適宜浄化してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させる必要がある。
【０００５】
このような要求に対し、例えば、特開２０００−１７０５２１号公報に記載されているようなパティキュレートフィルタの再生方法が提案されている。この公報に記載されているパティキュレートフィルタの再生方法は、内燃機関から排出されるＰＭ量と内燃機関の運転状態に応じたパティキュレートフィルタのＰＭ捕集効率とを考慮してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を推定し、その推定量が所定量に達した時点でパティキュレートフィルタの再生処理を実行するとともに、再生処理実行時において単位時間当たりに燃焼されるＰＭ量を推定し、その推定値がＰＭ捕集量に達した時点で再生処理の実行を終了する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような従来の技術では、パティキュレートフィルタの再生処理実行時において単位時間当たりの燃焼量を推定しているものの、パティキュレートフィルタにおける実際の再生状況が考慮されていないため、パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭの浄化が完了する時期と、推定による再生処理実行終了時期との間に誤差が生じる場合がある。
【０００７】
パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭが浄化される時期と再生処理実行終了時期との間に誤差が生じると、パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭが浄化された時点から再生処理実行終了までの期間が不要に長くなる場合がある。
【０００８】
通常の再生処理では、膨張行程又は排気行程の気筒において副次的に燃料を燃焼させ、或いは内燃機関の負荷を故意に高める等の方法を利用して排気温度を高めることにより、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを燃焼及び除去することになるため、パティキュレートフィルタにおいて全てのＰＭが浄化された時点から再生処理実行終了までの期間が不要に長くなると、再生処理に係る燃料消費量が不要に増加する虞がある。
【０００９】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、パティキュレートフィルタを備えた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の再生処理を好適に実行することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集可能な捕集機構と、前記捕集機構に捕集された微粒子を除去して前記捕集機構の捕集能力を再生させる再生手段と、前記内燃機関から単位時間当たりに排出される微粒子量、前記捕集機構の捕集効率、及び前記捕集機構で単位時間当たりに酸化される微粒子量である酸化微粒子量を推定し、それらの推定値から前記捕集機構の微粒子捕集量を求める推定手段と、前記推定手段により求められた微粒子捕集量が上限値以上となったときに前記再生手段による再生処理を開始し、前記推定手段により求められた微粒子捕集量が下限値以下となったときに前記再生手段による再生処理を終了する再生期間決定手段と、前記再生手段による再生処理が実行されているときに、前記捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を取得し、取得された微粒子量に応じて前記推定手段により推定された酸化微粒子量を補正する補正手段と、を備えている。
【００１１】
この発明は、内燃機関の排気通路に設けられた捕集機構の微粒子捕集量を推定し、その推定量に応じて捕集機構の再生処理の実行開始時期及び実行終了時期を定める内燃機関の排気浄化装置において、再生処理実行時の捕集機構の状態に応じて再生処理実行終了時期を補正することを最大の特徴としている。
【００１２】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、推定手段は、前記内燃機関から単位時間当たりに排出される微粒子量（以下、「機関排出微粒子量」と称する）、前記捕集機構の捕集効率、及び前記捕集機構で単位時間当たりに酸化される微粒子量である酸化微粒子量を推定し、それらの推定値から捕集機構の微粒子捕集量を求める。例えば、推定手段は、機関排出微粒子量と捕集効率との乗算値から酸化微粒子量を減算した値を積算することにより、捕集機構の微粒子捕集量を求める。このようにして求められた微粒子捕集量が上限値以上になると、再生期間決定手段は再生手段による再生処理を開始する。推定手段は、再生手段による再生処理が行われているときも上記した方法により微粒子捕集量を求める。そして、推定手段により求められた微粒子捕集量が下限値（例えば、「０」）以下になると、再生期間決定手段が再生手段による再生処理を終了させる。
【００１３】
ところで、推定手段により求められる微粒子捕集量はあくまで推定値であるため、再生処理実行時における捕集機構の実際の再生状況が反映されていない。そこで、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、再生処理実行時における実際の再生状況を、推定手段により求められる微粒子捕集量に反映させるようにした。具体的には、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、再生手段による再生処理が実行されているときに、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量を取得し、取得された微粒子量に応じて推定手段により推定された酸化微粒子量を補正する補正手段を備えるようにした。
【００１４】
この場合、推定手段が微粒子捕集量を求める際に用いられる酸化微粒子量は、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量が反映された値となる。その結果、推定手段により求められる微粒子捕集量も、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量が反映された値となる。よって、捕集機構に捕集されている全ての微粒子の浄化が実際に完了する時期と再生処理の実行終了時期との誤差が減少されることとなる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、再生手段による再生処理が行われているときに捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量は、捕集機構より上流における排気圧力と捕集機構より下流における排気圧力との差圧の変化率、およびまたは、内燃機関の吸入空気量の変化率などと相関する。
【００１６】
ここで、捕集機構に捕集される微粒子量が多くなるほど捕集機構内の排気抵抗が高くなるため、捕集機構の上流と下流とにおける排気圧力の差が大きくなるとともに、内燃機関に作用する背圧が上昇して吸入空気量が減少することになる。
【００１７】
これに対し、捕集機構の再生処理が実行されているときは、捕集機構に捕集された微粒子の除去が進行するほど、言い換えれば、捕集機構に残存する微粒子量が少なくなるほど、捕集機構の上流と下流とにおける排気圧力の差が小さくなるとともに、内燃機関に作用する背圧が低下して吸入空気量が増加することになる。
【００１８】
上記の点を考慮すると、再生処理実行時において、捕集機構の上流と下流とにおける排気圧力の差が小さくなるほど、およびまたは、内燃機関の吸入空気量が増加するほど、捕集機構に残存する微粒子量が少ないと見なすことができる。
【００１９】
従って、差圧の変化率（低下率）およびまたは吸入空気量の変化率（増加率）が高くなるほど、捕集機構において単位時間当たりに実際に酸化される微粒子量が多いことになる。
【００２０】
尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構としては、パティキュレートフィルタ、或いはＮＯx触媒が担持されたパティキュレートフィルタ等を例示することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２３】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
【００２４】
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
【００２５】
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
【００２６】
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
【００２７】
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
【００２８】
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
【００２９】
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
【００３０】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
【００３１】
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５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１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
【００３２】
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
【００３３】
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
【００３４】
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁２１が設けられている。この吸気絞り弁２１には、該吸気絞り弁２１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１ａと、前記吸気絞り弁２１の開度に応じた電気信号を出力する吸気絞り弁開度センサ２１ｂとが取り付けられている。
【００３５】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないエアクリーナによって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
【００３６】
コンプレッサハウジング１９ａに流入した新気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ２０にて冷却される。
【００３７】
インタークーラ２０によって冷却された新気は、必要に応じて吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００３８】
各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
【００３９】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
【００４０】
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
【００４１】
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
【００４２】
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
【００４３】
具体的には、アクチュエータ２７ｂは、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧未満の圧力が印加されているときは弁体２７ａを閉弁位置に保持し、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧以上の圧力が印加されたときは弁体２７ａを開弁駆動する。
【００４４】
つまり、アクチュエータ２７ｂは、遠心過給機１９による吸気の過給圧が所定圧以上に達すると、弁体２７ａを開弁させてタービンバイパス通路２６を導通状態とし、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量を減少させ、以て過給圧が前記した所定圧を越えないようにする。
【００４５】
前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
【００４６】
前記排気浄化機構２９は、本発明に係る捕集機構の一実施態様であり、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）や、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される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ＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒を例示することができる。尚、以下では、排気浄化機構２９をパティキュレートフィルタ２９と称するものとする。
【００４７】
前記上流側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ３８が取り付けられている。前記上流側排気管２５ａと前記下流側排気管２５ｂには、これら上流側排気管２５ａ内の排気圧力と下流側排気管２５ｂ内の排気圧力との差圧に対応した電気信号を出力する差圧センサ３９が取り付けられている。
【００４８】
前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３が取り付けられている。この排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り付けられている。
【００４９】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
【００５０】
遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記タービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサホイールは、前記タービンホイールから伝達された回転エネルギによって新気を圧縮する。
【００５１】
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加され、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動することになる。
【００５２】
ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
【００５３】
前記タービンハウジング１９ｂから上流側排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、上流側排気管２５ａからパティキュレートフィルタ２９へ流入する。パティキュレートフィルタ２９に流入した排気は、該排気に含まれる煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中に放出される。
【００５４】
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
【００５５】
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
【００５６】
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
【００５７】
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
【００５８】
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００５９】
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
【００６０】
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００６１】
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００６２】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれている。このため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００６３】
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することがない。
【００６４】
この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の運転状態を制御するユニットである。
【００６５】
ＥＣＵ３５には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、排気温度センサ３８、差圧センサ３９に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３７が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６６】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能になっている。
【００６７】
ここで、ＥＣＵ３５は、図２に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
【００６８】
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００６９】
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、排気温度センサ３８、差圧センサ３９等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００７０】
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
【００７１】
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り制御ルーチン、排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチンなどの各種アプリケーションプログラムを記憶するとともに、種々の制御マップを記憶している。
【００７２】
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７３】
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７４】
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、燃料ポンプ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御などの周知の制御に加え、本発明の要旨となるＰＭ再生制御を実行する。
【００７５】
ＰＭ再生制御では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭの量を推定し、その推定量が所定量以上となった時点でパティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭを燃焼及び除去すべくＰＭ再生処理を実行する。
【００７６】
パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量を推定する方法としては、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭ量とパティキュレートフィルタ２９の捕集効率とを乗算して得られる値を積算する方法を例示することができる。
【００７７】
内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭの量（以下、機関排出ＰＭ量と称する）は、内燃機関１で単位時間当たりに燃焼される燃料量と相関があるため、燃料噴射量と機関回転数と機関排出ＰＭ量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくようにすればよい。
【００７８】
パティキュレートフィルタ２９の捕集効率は、パティキュレートフィルタ２９を流通する排気の流速が高くなるほど低下し、パティキュレートフィルタ２９を流通する排気の流速が低くなるほど高くなる。排気の流速は内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量に応じて定まり、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量は内燃機関１の吸入空気量と機関回転数とに応じて定まる。
【００７９】
更に、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集効率は、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量によっても変化する。すなわち、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量が増加すると該パティキュレートフィルタ２９内の排気流路の断面積が縮小するため、ＰＭ捕集効率が高くなる。
【００８０】
本実施の形態では、排気の流速に応じて変化するパティキュレートフィルタ２９の捕集効率を第１のＰＭ捕集効率と称し、その第１のＰＭ捕集効率と吸入空気量と機関回転数との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくものとする。更に、本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量に応じて変化するパティキュレートフィルタ２９の捕集効率を第２のＰＭ捕集効率と称し、その第２のＰＭ捕集効率とパティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくものとする。尚、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集効率は、パティキュレートフィルタ２９の温度又は排気温度に応じて変化する場合があるため、排気温度やパティキュレートフィルタ２９の温度をパラメータとしたＰＭ捕集効率が設定されるようにしてもよい。
【００８１】
一方、パティキュレートフィルタ２９に捕集されたＰＭは、所定のＰＭ酸化温度（例えば、６００℃）以上で酸化するため、排気温度が前記所定温度以上となるような運転状態に内燃機関１がある時や後述する再生処理によってパティキュレートフィルタ２９の雰囲気温度が前記所定温度以上とされた時には、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量が減少することになる。
【００８２】
そこで、本実施の形態では、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭ量とパティキュレートフィルタ２９の第１及び第２の捕集効率とを乗算して得られた値から、パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに減少するＰＭ量を減算し、それにより得られた値を積算してパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量を算出するようにした。
【００８３】
パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに酸化されるＰＭ量は、
パティキュレートフィルタ２９内の雰囲気温度が高くなるほど多くなり、パティキュレートフィルタ２９内の雰囲気温度は排気温度が高く且つ単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２９を流通する排気量が多くなるほど高くなる。更に単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２９を流通する排気量は、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量に相当し、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量は、前述したように吸入空気量と機関回転数に応じて定める。本実施の形態では、パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに酸化されるＰＭ量と排気温度と吸入空気量と機関回転数との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくようにした。
【００８４】
尚、以下では、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭ量をＰＭ捕集量：ＰＭt、内燃機関１から単位時間当たりに排出されるＰＭ量を機関排出ＰＭ量：ＰＭe、パティキュレートフィルタ２９の第１のＰＭ捕集効率を第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、パティキュレートフィルタ２９の第２のＰＭ捕集効率を第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、パティキュレートフィルタ２９において単位時間当たりに酸化されるＰＭ量を酸化ＰＭ量：ＰＭdと記すものとする。この場合、ＰＭ捕集量：ＰＭtは、下記の演算式によって算出されることになる。
ＰＭt＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd
上記の演算式においてＰＭtoldは、前回の演算処理により得られたＰＭ捕集量：ＰＭtであり、ＰＭ再生処理が実行されると“０”にリセットされる。
【００８５】
このようにしてＰＭ捕集量：ＰＭtが推定されると、ＣＰＵ４１は、推定されたＰＭ捕集量：ＰＭtが予め定められた上限値：ＰＭmax以上であるか否かを判別し、ＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax以上である場合に、ＰＭ再生処理を実行する。
【００８６】
ＰＭ再生処理では、ＣＰＵ４１は、排気温度を前述したＰＭ酸化温度以上まで高めるべく排気昇温制御を実行する。排気昇温制御の実行方法としては、燃料噴射量を増量させると同時に排気絞り弁３３を所定量閉弁する方法、通常の燃料噴射（主燃料噴射）に加えて各気筒２の膨張行程時に追加の燃料噴射（膨張行程噴射）を行なう方法、主燃料噴射及び膨張行程噴射の燃料量を増加させると同時に排気絞り弁３３を所定量閉弁する方法、主燃料噴射に加えて各気筒２の排気行程時に追加の燃料噴射（排気行程噴射）を行うことで未燃の燃料をパティキュレートフィルタ２９へ供給して燃焼させる方法などを例示することができる。
【００８７】
このようにしてＰＭ再生処理が実行されると、パティキュレートフィルタ２９に捕集されていたＰＭが燃焼してパティキュレートフィルタ２９から除去されることになる。ＰＭ再生処理が実行されているときにもＣＰＵ４１は前述したＰＭ捕集量推定方法に従ってＰＭ捕集量：ＰＭtを算出し、ＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”となった時点でＰＭ再生処理の実行を終了する。
【００８８】
ところで、前述したＰＭ捕集量：ＰＭtには、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の状態、言い換えればＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の再生状況が反映されていないため、パティキュレートフィルタ２９において全てのＰＭが燃焼し終わる時期と、ＰＭ捕集量推定によるＰＭ再生処理の実行終了時期との間に誤差が生じる場合がある。
【００８９】
このため、パティキュレートフィルタ２９に捕集されている全てのＰＭを燃焼及び除去する上では、実際のＰＭ燃焼完了時期に比してＰＭ再生処理実行終了時期が短くならないよう余裕を持ってＰＭ捕集量を推定する必要がある。その結果、実際のＰＭ燃焼完了時期に対してＰＭ再生処理実行終了時期が不要に遅延し、ＰＭ再生処理に係る燃料消費量が不要に増加する場合がある。
【００９０】
これに対し、本実施の形態に係るＰＭ再生制御では、ＣＰＵ４１は、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の再生状況に基づいて、ＰＭ捕集量の推定に用いられる酸化ＰＭ量：ＰＭdを補正するようにした。
【００９１】
ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の再生状況を示すパラメータとしては、単位時間当たりにおける差圧センサの出力信号値（パティキュレートフィルタ２９の上流と下流とにおける排気圧力の差、以下フィルタ前後差圧と称する）の変化量、およびまたは単位時間当たりにおける吸入空気量の変化量を例示することができる。
【００９２】
ここで、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が多くなるほど、パティキュレートフィルタ２９内の排気流路の断面積が縮小されるため、パティキュレートフィルタ２９における排気の圧力損失が大きくなると同時に内燃機関１に作用する背圧が高くなる。
【００９３】
このため、内燃機関１の運転状態が同一の運転状態となる条件下では、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量が多い時はＰＭ捕集量が少ない時に比してフィルタ前後差圧が大きくなると同時に吸入空気量が少なくなる。
【００９４】
上記の相関関係を考慮すると、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２９において実際に酸化されるＰＭ量が多くなるほど、単位時間当たりのフィルタ前後差圧の減少量が多くなるとともに、単位時間当たりの吸入空気量の増加量が多くなることになる。
【００９５】
そこで、本実施の形態に係るＰＭ再生制御では、ＣＰＵ４１は、ＰＭ再生処理実行時に単位時間当たりのフィルタ前後差圧の減少量が多くなるほど、およびまたは、単位時間当たりの吸入空気量の増加量が多くなるほど、酸化ＰＭ量：ＰＭdを増量補正し、補正後の酸化ＰＭ量：ＰＭdを用いてＰＭ捕集量を算出する。
【００９６】
このようにしてＰＭ再生処理実行時におけるＰＭ捕集量：ＰＭtが算出されると、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の再生状況がＰＭ捕集量：ＰＭtに反映されることになるため、そのようなＰＭ捕集量：ＰＭtに従ってＰＭ再生処理の実行が終了されれば、実際のＰＭ燃焼完了時期とＰＭ再生処理実行終了時期との誤差が減少する。
【００９７】
この結果、実際のＰＭ燃焼完了時期に対してＰＭ再生処理実行終了時期が不要に遅延することがなくなり、ＰＭ再生処理に係る燃料消費量が不要に増加することもなくなる。
【００９８】
以下、本実施の形態に係るＰＭ再生制御について図３に沿って説明する。
図３は、ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート図である。このＰＭ再生制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００９９】
ＰＭ再生制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ずＳ３０１においてＲＡＭ４３から燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数、排気温度、及び前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldを読み出す。
【０１００】
Ｓ３０２では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０１において読み出された各種データをパラメータとして、機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、酸化ＰＭ量：ＰＭdを算出する。
【０１０１】
具体的には、ＣＰＵ４１は、燃料噴射量と機関回転数とをパラメータとして機関排出ＰＭ量：ＰＭeを算出し、吸入空気量と機関回転数とをパラメータとして第１のＰＭ捕集効率：ｋ1を算出し、前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldをパラメータとして第２のＰＭ捕集効率：ｋ2を算出し、更に吸入空気量と機関回転数と排気温度とをパラメータとして酸化ＰＭ量：ＰＭdを算出する。
【０１０２】
Ｓ３０３では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０１で読み出された前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldと、前記Ｓ３０２で算出された機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、及び酸化ＰＭ量：ＰＭdとを用いてパティキュレートフィルタ２９の現時点におけるＰＭ捕集量：ＰＭtを算出し（ＰＭt＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd）、算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtをＲＡＭ４３に記憶させる。
【０１０３】
Ｓ３０４では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０３で算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax以上であるか否かを判別する。
【０１０４】
前記Ｓ３０４において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理を実行する必要がないとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０５】
一方、前記Ｓ３０４において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが上限値：ＰＭmax以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理を実行する必要があるとみなし、Ｓ３０５においてＰＭ再生処理の実行を開始する。
【０１０６】
Ｓ３０６では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３からＲＡＭ４３から燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数、排気温度、及び前回のＰＭ捕集量：ＰＭtold（この場合は、Ｓ３０３で算出されたＰＭ捕集量：ＰＭt）の最新のデータを読み出す。
【０１０７】
Ｓ３０７では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０６において読み出された各種データをパラメータとして、機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、第２のＰＭ捕集効率：ｋ2、酸化ＰＭ量：ＰＭdを算出する。
【０１０８】
Ｓ３０８では、ＣＰＵ４１は、差圧センサ３９とエアフローメータ１７との出力信号値を所定期間センシングして、所定期間内における前後差圧の変化量と吸入空気量の変化量とを算出する。
【０１０９】
Ｓ３０９では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０７で算出された酸化ＰＭ量：ＰＭdを前記Ｓ３０８で算出された前後差圧の変化量と吸入空気量の変化量とに基づいて補正する。その際、ＣＰＵ４１は、前後差圧の減少量が多くなるほど且つ吸入空気量の増加量が多くなるほど酸化ＰＭ量：ＰＭdが多くなるような補正を行うとともに、前後差圧の減少量が少なくなるほど且つ吸入空気量の増加量が少なくなるほど酸化ＰＭ量：ＰＭdが少なくなるような補正を行う。
【０１１０】
Ｓ３１０では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３０６で読み出された前回のＰＭ捕集量：ＰＭtoldと、前記Ｓ３０７で算出された機関排出ＰＭ量：ＰＭe、第１のＰＭ捕集効率：ｋ1、及び第２のＰＭ捕集効率：ｋ2と、前記Ｓ３０９で補正された酸化ＰＭ量：ＰＭdと、を用いてパティキュレートフィルタ２９の現時点におけるＰＭ捕集量：ＰＭtを算出し（ＰＭt＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd）、算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtをＲＡＭ４３に記憶させる。
【０１１１】
Ｓ３１１では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ３１０で算出されたＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”であるか否かを判別する。
【０１１２】
前記Ｓ３１１において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”でないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９に捕集された全てのＰＭが酸化されていないとみなし、前述したＳ３０６以降の処理を繰り返し実行する。
【０１１３】
一方、前記Ｓ３１１において前記ＰＭ捕集量：ＰＭtが“０”であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９に捕集された全てのＰＭが酸化されたとみなし、Ｓ３１２においてＰＭ酸化処理の実行を終了する。
【０１１４】
続いて、ＣＰＵ４１は、Ｓ３１３においてＲＡＭ４３に記憶されている前回のＰＭ捕集量：ＰＭtを“０”にリセットし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１５】
このようにＣＰＵ４１がＰＭ再生制御ルーチンを実行することにより、ＰＭ再生処理実行時におけるパティキュレートフィルタ２９の実際の再生状況がＰＭ捕集量：ＰＭtの推定処理に反映されることになるため、そのようなＰＭ捕集量：ＰＭtに従ってＰＭ再生処理の実行が終了されれば、実際のＰＭ燃焼完了時期とＰＭ再生処理実行終了時期との誤差を減少させることが可能となる。
【０１１６】
従って、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＰＭ再生処理の実行期間が実際のＰＭ燃焼完了時期に対して不要に長引くことがなく、ＰＭ再生処理に係る燃料消費量が不要に増加することもなくなる。
【０１１７】
【発明の効果】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた捕集機構の微粒子捕集量を推定し、その推定量に応じて捕集機構の再生処理実行期間を定める内燃機関の排気浄化装置において、再生処理実行時の捕集機構の状態に応じて再生処理実行期間を補正するため、補正後の再生処理実行期間は、再生処理実行時における捕集機構の状態が反映された期間となる。
【０１１８】
この結果、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、捕集機構に捕集されている全ての微粒子の浄化が実際に完了する時期と再生処理の実行終了時期との誤差を減少させることが可能となり、捕集機構の再生処理を好適に実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】  ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
１７・・・エアフローメータ
２１・・・吸気絞り弁
２４・・・排気枝管
２９・・・排気浄化機構
３９・・・差圧センサ
【図１】
0003911406.tif 000002
【図２】
0003911406.tif 000003
【図３】
0003911406.tif 000004