(57)【要約】【課題】内燃機関の捕集装置に堆積した微粒子状物質の堆積量の推定精度を向上して、捕集装置の温度の過剰な上昇と燃料消費量の悪化とを抑制できる内燃機関及び内燃機関の捕集装置の再生方法を提供する。【解決手段】エンジン１の運転状態により変化する微粒子状物質の性状に基づいて捕集装置１２に堆積した煤の体積層の透過係数である堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘを逐次算出して、算出された複数の堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘから平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘを算出し、次いで、圧力損失Ｐ０と圧力損失Ｐｘとの差である圧力損失差ΔＰｘと平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘとに基づいて堆積量Ｖｓｏｏｔ−ｘを推定する。【選択図】図２
2016017413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒と排気ガスに含まれる微粒子状物質を捕集する捕集装置と該捕集装置の前後の差圧から前記捕集装置の圧力損失を取得する圧力損失取得手段と制御装置とを備え、前記酸化触媒が前記捕集装置の上流側に配置され、前記制御装置が前記圧力損失取得手段で取得した前記捕集装置の圧力損失に基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の量である堆積量を推定して、その推定量に基づいて前記捕集装置を再生する内燃機関において、
前記制御装置が、前記内燃機関の運転状態により変化する微粒子状物質の性状に基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の層の透過係数である堆積層透過係数を逐次算出して、算出された複数の前記堆積層透過係数から平均堆積層透過係数を算出し、
前記平均堆積層透過係数と前記圧力損失取得手段で取得した圧力損失とに基づいて前記堆積量を推定し、
推定した前記堆積量に基づいた量の未燃燃料を排気ガスに供給し、前記未燃燃料により前記酸化触媒の温度を上昇させて前記捕集装置を再生する構成にしたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置が前記内燃機関の運転状態が一定に継続した継続時間を計測し、
前記圧力損失取得手段が前記継続時間の開始時点の前記捕集装置の圧力損失と終了時点の前記捕集装置の圧力損失とを取得し、
前記制御装置が、前記継続時間における前記内燃機関の運転状態の微粒子状物質の性状に基づいて前記継続時間に堆積した微粒子状物質の層の厚さである継続時間堆積層厚を算出し、前記開始時点の前記捕集装置の圧力損失と前記終了時点の前記捕集装置の圧力損失との差である継続時間圧力損失差を算出し、算出された前記継続時間堆積層厚と前記継続時間圧力損失差とに基づいて前記堆積層透過係数を算出する構成にした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記圧力損失取得手段が、前記制御装置が最初に前記堆積層透過係数を算出した基準点における前記捕集装置の圧力損失と最後に前記堆積層透過係数を算出した補正点における前記捕集装置の圧力損失とを取得し、
前記制御装置が前記基準点の圧力損失と前記補正点の圧力損失との差である圧力損失差を算出し、算出された前記平均堆積層透過係数と前記圧力損失差とに基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の層の厚さである堆積層厚を算出し、算出された前記堆積層厚に基づいて前記堆積量を推定する構成にした請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、燃料噴射量、排気ガス流量、吸気流量、排気ガス温度のいずれか一つと機関回転数とに基づいた微粒子状物質の性状が予め設定された微粒子状物質性状マップを備え、該微粒子状物質性状マップが微粒子状物質の性状として単位時間に前記内燃機関から排出された微粒子状物質の量である単位時間排出量と単位時間に堆積した微粒子状物質の層の密度である単位時間堆積層密度とを有し、
前記制御装置が燃料噴射量、排気ガスの体積流量、吸気流量、排気ガス温度のいずれか一つと機関回転数とが一定に継続した継続時間を計測し、
前記圧力損失取得手段が前記継続時間の開始時点の前記捕集装置の圧力損失と終了時点の前記捕集装置の圧力損失とを取得し、
前記制御装置が、前記微粒子状物質性状マップを参照して前記継続時間における前記内燃機関の運転状態に応じた前記単位時間排出量と前記単位時間堆積層密度とを抽出し、抽出された前記単位時間排出量と前記単位時間堆積層密度と前記継続時間とを乗算し、その乗算した値に前記捕集装置の有効捕集面積を除算して継続時間堆積層厚を算出し、前記開始時点の前記捕集装置の圧力損失と前記終了時点の前記捕集装置の圧力損失との差である継続時間圧力損失差を算出し、算出された前記継続時間堆積層厚と前記継続時間圧力損失差とに基づいて前記堆積層透過係数を算出する構成にした請求項１〜３のいずれか１項に
記載の内燃機関。
【請求項５】
前記微粒子状物質性状マップが、微粒子状物質の性状として堆積した微粒子状物質の透過係数である単位時間堆積層透過係数を有し、
前記制御装置が、前記微粒子状物質性状マップを参照して前記平均堆積層透過係数と等しくなる前記単位時間堆積層透過係数に対応する前記単位時間堆積層密度を抽出し、前記平均堆積層透過係数に基づいて算出された堆積層厚と前記有効捕集面積とを乗算し、その乗算した値を抽出した前記単位時間堆積層密度で除算して、最後に堆積層透過係数を算出した補正点までに前記内燃機関から排出された微粒子状物質の排出量を算出し、算出した前記排出量に基づいて前記堆積量を推定する構成にした請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記圧力損失取得手段が、微粒子状物質が堆積していない状態の前記捕集装置による微粒子状物質の捕集が開始された時点から単位時間の開始時点と終了時点との圧力損失を単位時間毎に取得し、
前記制御装置が、前記捕集装置による微粒子状物質の捕集が開始された時点から単位時間の開始時点と終了時点との圧力損失差が予め定めた基準点判定値以下になった時点を前記堆積層透過係数を最初に算出する基準点に設定する構成にした請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
圧力損失差をΔＰ［Ｐａ］、粘度をμ［ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ］、排気ガスの体積流量をＱ［ｍ３／ｓｅｃ］、前記捕集装置の有効捕集体積をＶｔｒａｐ［ｍ３］、前記捕集装置のセルの幅をａ［ｍ］、前記捕集装置のセルの壁厚をｗｓ［ｍ］、堆積層厚をｗ［ｍ］、前記捕集装置の壁の透過係数をｋ０［ｍ２］、堆積層透過係数をｋsoot［ｍ２］、定数（＝２８．４５４）をＦ［−］、前記捕集装置の有効長さをＬ［ｍ］として、
前記制御装置が、前記堆積層透過係数と前記堆積層厚とを以下の数式（１）から算出する構成にした請求項２〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【数１】
2016017413.tif 000008
【請求項８】
内燃機関から排出された排気ガスに含まれる微粒子状物質を捕集する捕集装置の再生方法であって、
前記内燃機関の運転状態により変化する微粒子状物質の性状に基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の層の透過係数である堆積層透過係数を逐次算出して、算出された複数の前記堆積層透過係数から平均堆積層透過係数を算出し、前記捕集装置の圧力損失と前記平均堆積層透過係数とに基づいて堆積量を推定し、その推定された堆積量に基づいて前記捕集装置を再生することを特徴とする内燃機関の捕集装置の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び内燃機関の捕集装置の再生方法に関し、より詳細には、内燃機関の捕集装置に堆積した微粒子状物質の堆積量の推定精度を向上して、捕集装置の温度の過剰な上昇と燃料消費量の悪化とを抑制できる内燃機関及び内燃機関の捕集装置の再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては排気ガスに含まれる煤（ｓｏｏｔ）が主成分の粒子状物質（以下、ＰＭという）を排気ガス通路に設けられた捕集装置に堆積させ、大気中に放出されることを抑制している。この捕集装置に一定量の煤が堆積すると、排気ガスに未燃燃料を供給してその煤を酸化除去する必要がある。
【０００３】
そこで、捕集装置に堆積した煤の堆積量を推定する装置として、捕集装置の前後における差圧（圧力損失）から推定する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は主となる捕集装置とは別に容量が小さい副捕集装置の差圧から主となる捕集装置に堆積した煤の堆積量を推定している。
【０００４】
しかし、捕集装置に堆積する煤は多様な運転状態で排出されているため、その性状も多様である。そのため、捕集装置に堆積した煤の堆積層を通過する排気ガスの透過性も多様であり、運転状態により変化する。その結果、捕集装置の前後の差圧が同一の差圧であっても捕集装置に堆積したＰＭの量は異なる場合がある。
【０００５】
例えば、粘度の高い煤が堆積した場合にはその堆積層の煤の密度が高くなり、その堆積層の透過性は低くなる。一方、粘度の低い煤が堆積した場合にはその堆積層の煤の密度が低くなり、その堆積層の透過性は高くなる。
【０００６】
捕集装置の前後の差圧より推定した煤の堆積量が実際よりも少ない場合には、捕集装置の再生時における発熱量が過大となり捕集装置の破損を招く可能性がある。また、必要のない捕集装置の再生により燃料消費量が増加して燃費が悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１６７６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、内燃機関の捕集装置に堆積した微粒子状物質の堆積量の推定精度を向上して、捕集装置の温度の過剰な上昇と燃料消費量の悪化とを抑制できる内燃機関及び内燃機関の捕集装置の再生方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、酸化触媒と排気ガスに含まれる微粒子状物質を捕集する捕集装置と該捕集装置の前後の差圧から前記捕集装置の圧力損失を取得する圧力損失取得手段と制御装置とを備え、前記酸化触媒が前記捕集装置の上流側に配置され、前記制御装置が前記圧力損失取得手段で取得した前記捕集装置の圧力損失に基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の量である堆積量を推定して、その推定量に基
づいて前記捕集装置を再生する内燃機関において、前記制御装置が、前記内燃機関の運転状態により変化する微粒子状物質の性状に基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の層の透過係数である堆積層透過係数を逐次算出して、算出された複数の前記堆積層透過係数から平均堆積層透過係数を算出し、前記平均堆積層透過係数と前記圧力損失取得手段で取得した圧力損失とに基づいて前記堆積量を推定し、推定した前記堆積量に基づいた量の未燃燃料を排気ガスに供給し、前記未燃燃料により前記酸化触媒の温度を上昇させて前記捕集装置を再生する構成にしたことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の捕集装置の再生方法は、内燃機関から排出された排気ガスに含まれる微粒子状物質を捕集する捕集装置の再生方法であって、前記内燃機関の運転状態により変化する微粒子状物質の性状に基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の層の透過係数である堆積層透過係数を逐次算出して、算出された複数の前記堆積層透過係数から平均堆積層透過係数を算出し、前記捕集装置の圧力損失と前記平均堆積層透過係数とに基づいて堆積量を推定し、その推定された堆積量に基づいて前記捕集装置を再生することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関及び内燃機関の捕集装置の再生方法によれば、内燃機関の運転状態により変化する微粒子状物質の性状に基づいた平均堆積層透過係数を算出して、捕集装置の圧力損失と反比例の関係にある堆積した微粒子状物質の層の透過係数を逐次補正する。そのため、内燃機関の運転状態に応じて堆積する微粒子状物質の性状の変化に伴って透過係数が変化しても、実際に測定された圧力損失と平均堆積層透過係数とに基づいて堆積量を推定するので、堆積量の推定精度を向上できる。特に、頻繁に内燃機関の運転状態が変化する過渡運転時などにおける堆積した微粒子状物質の堆積量を正確に把握することができる。
【００１２】
そして、微粒子状物質の堆積量の推定精度が向上することで、再生が必要な場合にのみ捕集装置を再生できる。従って、捕集装置を再生する必要のない場合に再生させたときに生じる問題、具体的には捕集装置の温度が過剰に上昇して捕集装置が破損することや、燃料消費量が悪化することを抑制することができる。
【００１３】
ここで、前記制御装置が前記内燃機関の運転状態が一定に継続した継続時間を計測し、前記圧力損失取得手段が前記継続時間の開始時点の前記捕集装置の圧力損失と終了時点の前記捕集装置の圧力損失とを取得し、前記制御装置が、前記継続時間における前記内燃機関の運転状態の微粒子状物質の性状に基づいて前記継続時間に堆積した微粒子状物質の層の厚さである継続時間堆積層厚を算出し、前記開始時点の前記捕集装置の圧力損失と前記終了時点の前記捕集装置の圧力損失との差である継続時間圧力損失差を算出し、算出された前記継続時間堆積層厚と前記継続時間圧力損失差とに基づいて前記堆積層透過係数を算出する構成にすることもできる。
【００１４】
この構成によれば、内燃機関の運転状態が一定に継続した継続時間に堆積した微粒子状物質の堆積層の厚さである継続時間堆積層厚を算出して、堆積層透過係数を算出するので、継続時間における微粒子状物質の性状に基づいた堆積層透過係数を算出することができる。
【００１５】
なお、内燃機関の運転状態から継続時間堆積層厚を算出する方法は、予め運転状態毎の微粒子状物質の性状のパラメータを測定し、その測定結果に基づいたマップを参照する方法や、内燃機関を模擬して伝熱計算、流体計算、燃焼室内の化学反応などから算出する方法がある。
【００１６】
また、前記圧力損失取得手段が、前記制御装置が最初に前記堆積層透過係数を算出した基準点における前記捕集装置の圧力損失と最後に前記堆積層透過係数を算出した補正点における前記捕集装置の圧力損失とを取得し、前記制御装置が前記基準点の圧力損失と前記補正点の圧力損失との差である圧力損失差を算出し、算出された前記平均堆積層透過係数と前記圧力損失差とに基づいて前記捕集装置に堆積した微粒子状物質の層の厚さである堆積層厚を算出し、算出された前記堆積層厚に基づいて前記堆積量を推定する構成にすることもできる。
【００１７】
この構成によれば、平均堆積層透過係数に基づいて算出された精度の高い堆積層厚を用いて堆積量を推定するので、堆積量の推定精度を向上することができる。
【００１８】
また、前記制御装置が、燃料噴射量、排気ガス流量、吸気流量、排気ガス温度のいずれか一つと機関回転数とに基づいた微粒子状物質の性状が予め設定された微粒子状物質性状マップを備え、該微粒子状物質性状マップが微粒子状物質の性状として単位時間に前記内燃機関から排出された微粒子状物質の量である単位時間排出量と単位時間に堆積した微粒子状物質の層の密度である単位時間堆積層密度とを有し、前記制御装置が燃料噴射量、排気ガスの体積流量、吸気流量、排気ガス温度のいずれか一つと機関回転数とが一定に継続した継続時間を計測し、前記圧力損失取得手段が前記継続時間の開始時点の前記捕集装置の圧力損失と終了時点の前記捕集装置の圧力損失とを取得し、前記制御装置が、前記微粒子状物質性状マップを参照して前記継続時間における前記内燃機関の運転状態に応じた前記単位時間排出量と前記単位時間堆積層密度とを抽出し、抽出された前記単位時間排出量と前記単位時間堆積層密度と前記継続時間とを乗算し、その乗算した値に前記捕集装置の有効捕集面積を除算して継続時間堆積層厚を算出し、前記開始時点の前記捕集装置の圧力損失と前記終了時点の前記捕集装置の圧力損失との差である継続時間圧力損失差を算出し、算出された前記継続時間堆積層厚と前記継続時間圧力損失差とに基づいて前記堆積層透過係数を算出する構成にすることもできる。
【００１９】
この構成によれば、微粒子状物質性状マップを参照して、継続時間堆積層厚を算出することができるので、過渡運転時などの内燃機関の運転状態が急激に変化する場合でも複雑な算出方法を用いずに容易に算出することができる。
【００２０】
また、前記微粒子状物質性状マップが、微粒子状物質の性状として堆積した微粒子状物質の透過係数である単位時間堆積層透過係数を有し、前記制御装置が、前記微粒子状物質性状マップを参照して前記平均堆積層透過係数と等しくなる前記単位時間堆積層透過係数に対応する前記単位時間堆積層密度を抽出し、前記平均堆積層透過係数に基づいて算出された堆積層厚と前記有効捕集面積とを乗算し、その乗算した値を抽出した前記単位時間堆積層密度で除算して、最後に堆積層透過係数を算出した補正点までに前記内燃機関から排出された微粒子状物質の排出量を算出し、算出した前記排出量に基づいて前記堆積量を推定する構成にすることもできる。
【００２１】
この構成によれば、微粒子状物質性状マップを参照して補正点までに内燃機関から排出された微粒子状物質の排出量を算出し、その排出量に基づいて堆積量を推定する。これにより、堆積量の推定精度をより向上することができる。
【００２２】
また、前記圧力損失取得手段が、微粒子状物質が堆積していない状態の前記捕集装置による微粒子状物質の捕集が開始された時点から単位時間の開始時点と終了時点との圧力損失を単位時間毎に取得し、前記制御装置が、前記捕集装置による微粒子状物質の捕集が開始された時点から単位時間の開始時点と終了時点との圧力損失差が予め定めた基準点判定値以下になった時点を前記堆積層透過係数を最初に算出する基準点に設定する構成にすることもできる。
【００２３】
この構成によれば、堆積量の増加に伴う継続時間圧力損失差の上昇程度が大きく誤差を生じ易い微粒子状物質の堆積初期を除いて、堆積量を推定することができるので、堆積量の推定の精度を向上することができる。
【００２４】
その上、圧力損失差をΔＰ［Ｐａ］、動力学粘度をμ［ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ］、排気ガスの体積流量をＱ［ｍ３／ｓｅｃ］、前記捕集装置の有効捕集体積をＶｔｒａｐ［ｍ３］、前記捕集装置のセルの幅をａ［ｍ］、前記捕集装置のセルの壁厚をｗｓ［ｍ］、堆積層厚をｗ［ｍ］、前記捕集装置の壁の透過係数をｋ０［ｍ２］、堆積層透過係数をｋｓｏｏｔ［ｍ２］、定数（＝２８．４５４）をＦ［−］、前記捕集装置の有効長さをＬ［ｍ］として、前記制御装置が前記堆積層透過係数と前記堆積層厚とを以下の数式（１）から算出する構成にすることもできる。
【数１】
2016017413.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の内燃機関の実施形態を例示する説明図である。
【図２】図１の捕集装置が微粒子状物質を捕集した継続時間と捕集装置の圧力損失との関係を例示するグラフである。
【図３】図１の制御装置の有する微粒子状物質性状マップの構成を例示する説明図である。
【図４】本発明の内燃機関の捕集装置の再生方法の実施形態を例示するフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ２０とステップＳ４０とを例示するフローチャートである。
【図６】図５の継続時間と圧力損失との関係を例示するグラフである。
【図７】図４のステップＳ６０を例示するフローチャートである。
【図８】図４のステップＳ７０を例示するフローチャートである。
【図９】性状の異なる微粒子状物質の堆積量と捕集装置の圧力損失との関係を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の内燃機関及び内燃機関の捕集装置の再生方法の実施形態について説明する。なお、以下では微粒子状物質の主成分が煤（ｓｏｏｔ）であるため、捕集装置にはその煤が堆積するものとして説明する。
【００２７】
図１に示すように、実施形態のエンジン１はエンジン本体２と吸気通路３と排気通路４とを備える。吸気通路３には上流側から順にエアクリーナー５、ターボチャージャー６のコンプレッサ６ａ、インタークーラー７、吸気スロットル８、ＥＧＲクーラー９ａとＥＧＲバルブ９ｂとが配置されるＥＧＲ通路９の出口が配置される。また、排気ガスの流路である排気通路４には上流側から順にＥＧＲ通路９の入口、ターボチャージャー６のタービ
ン６ｂ、後処理装置１０が配置される。後処理装置１０は上流側から順に酸化触媒１１と捕集装置１２とが配置される。
【００２８】
また、このエンジン１はクランク角センサ１３と圧力損失センサ１４と制御装置２０とを備える。圧力損失センサ１４は捕集装置１２よりも上流側に配置された圧力センサ１４ａと捕集装置１２よりも下流側に配置された圧力センサ１４ｂとから構成される。この圧力損失センサ１４は捕集装置１２の前後の差圧から捕集装置１２の圧力損失ΔＰを取得する手段として設けられている。各センサは制御装置２０に接続されている。
【００２９】
制御装置２０は電気回路によってエンジン１の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラである。この制御装置２０は、エンジン本体２におけるメイン噴射の燃料噴射量ＱＥＮＧ、ポスト噴射の燃料噴射量ＱＰＯＳＴ、エンジン本体２に供給される吸入吸気量ＱＡＩＲ、エンジン本体２に還流されるＥＧＲ量などを制御している。
【００３０】
次に、エンジン１の捕集装置１２の再生方法について、図２の経過時間と捕集装置１２の圧力損失との関係を示すグラフに沿って、補正点Ｔ３において捕集装置１２に堆積した煤の堆積量Ｖｓｏｏｔ−３を推定して、再生する場合を例に説明する。
【００３１】
まず、制御装置２０がエンジン１の運転状態に基づいて基準点Ｔ０における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−０、補正点Ｔ１における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−１、補正点Ｔ２における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−２、補正点Ｔ３における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−３をそれぞれの時点で逐次算出する。
【００３２】
次いで、制御装置２０が、補正点Ｔ１における平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ１を堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−０と堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−１との平均として算出し、補正点Ｔ２における平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ２を平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ１と堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−２との平均として算出し、補正点Ｔ３における平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ３を平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ２と堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−３との平均として算出する。
【００３３】
次いで、圧力損失センサ１４が基準点Ｔ０における捕集装置１２の圧力損失Ｐ０と補正点Ｔ３における圧力損失Ｐ３とを取得する。
【００３４】
次いで、制御装置２０が圧力損失Ｐ０と圧力損失Ｐ３との差である圧力損失差ΔＰ３を算出する。次いで、平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ３と圧力損失差ΔＰ３とに基づいて捕集装置１２に堆積した煤の堆積層の厚さである堆積層厚ｗ３を算出する。次いで、その堆積層厚ｗ３に基づいて堆積量Ｖｓｏｏｔ−３を推定する。
【００３５】
次いで、制御装置２０が推定された堆積量Ｖｓｏｏｔ−３に基づいて、捕集装置１２の再生を判定して再生する。以上がこのエンジン１の捕集装置１２の再生方法である。
【００３６】
上記の再生方法をより具体的に説明する。
【００３７】
制御装置２０には、図３に示すように、燃料噴射量ＱＥＮＧとエンジン回転数ＮＥＮＧとに基づいてエンジン１から排出された煤の性状が予め設定された煤性状マップＭ１を有する。この煤性状マップＭ１はエンジン本体２から排出される煤の性状として単位時間排出量Ａ［ｇ／ｓｅｃ］、単位時間堆積層密度Ｂ［ｇ／ｍ３］、単位時間堆積層透過係数Ｃ［ｍ２］の三つのパラメータＡ、Ｂ、Ｃが設定されている。単位時間排出量Ａは単位時間にエンジン本体２から排出された煤の量である。単位時間堆積層密度Ｂは単位時間の間に
捕集装置１２に堆積した煤の堆積層の密度である。単位時間堆積層透過係数Ｃは単位時間の間に捕集装置１２に堆積した煤の堆積層の透過係数である。
【００３８】
これらのパラメータＡ、Ｂ、Ｃの値はエンジン１を搭載した車両を実験走行させた際に取得した実験値である。例えば、この煤性状マップＭ１は、エンジン回転数ＮＥＮＧが一定に維持された状態で一定の燃料噴射量ＱＥＮＧが単位時間の間噴射されたときに計測された実験値を各燃料噴射量ＱＥＮＧと各エンジン回転数ＮＥＮＧとのそれぞれ毎に取得し、マップ化したものである。なお、ここでいう単位時間は所定の時間に設定でき、エンジン回転数ＮＥＮＧ、燃料噴射量ＱＥＮＧが安定した状態になる時間が望ましい。
【００３９】
この煤性状マップＭ１を用いる代わりに制御装置２０が実際のエンジン１の運転状態をシミュレート可能なエンジンモデルを備えてもよい。この場合には制御装置２０がエンジン１を模擬して伝熱計算、流体計算、燃焼室内の化学反応などから前述の煤の性状を示すパラメータＡ、Ｂ、Ｃを算出する。
【００４０】
但し、煤性状マップＭ１を参照して煤の性状を示すパラメータＡ、Ｂ、Ｃを抽出する方法は、エンジン１の運転状態が過渡状態になる場合や運転状態の変動が大きい場合に複雑な演算を行う必要がないため、煤の性状を示すパラメータＡ、Ｂ、Ｃを取得する際の簡略化に有利となる。
【００４１】
図４のフローチャートに示すように、まず、制御装置２０が基準点Ｔ０を決定するステップＳ１０を行う。このステップＳ１０では、圧力損失センサ１４で取得した単位時間の開始時点と終了時点との圧力損失の差である単位時間圧力損失差が予め定めた基準判定値以下になった地点を基準点Ｔ０とする。図２に示すように、煤が堆積していない状態、つまり新品の状態や再生が終了した後の状態の捕集装置１２に煤が堆積し始める堆積初期の期間Ｅは捕集装置１２の単位時間の開始時点と終了時点との圧力損失差の変動が大きい。そのため、堆積初期の期間Ｅを除いた範囲に基準点Ｔ０を設定することで、圧力損失差の変動による誤差が生じることを回避する。
【００４２】
次いで、制御装置２０が基準点Ｔ０における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−０を算出するステップＳ２０を行う。このステップＳ２０では、基準点Ｔ０の近傍で燃料噴射量ＱＥＮＧとエンジン回転数ＮＥＮＧとに基づいてエンジン１の運転状態が一定に継続した継続時間Δｔ０を計測する。次いで、煤性状マップＭ１を参照してそのときのエンジン１の運転状態からその継続時間Δｔ０における煤の性状を示すパラメータＡ、Ｂを抽出する。次いで、そのパラメータＡ、Ｂに基づいて継続時間Δｔ０における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−０を算出する。
【００４３】
次いで、制御装置２０が補正点Ｔｘを決定するステップＳ３０を行う。この補正点Ｔｘは予め定めた経過時間やエンジン１の運転状態が変化した時に設定される。この実施形態では経過時間ΔＴ毎に設定されている。
【００４４】
次いで、制御装置２０が補正点Ｔｘにおける堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘを算出するステップＳ４０を行う。このステップＳ４０では、ステップＳ２０と同様に補正点Ｔｘの近傍で継続時間Δｔｘを計測する。そして、煤性状マップＭ１を参照してそのときの煤の性状を示すパラメータＡ、Ｂを抽出して、そのパラメータＡ、Ｂに基づいて継続時間Δｔｘにおける堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘを算出する。
【００４５】
なお、この補正点Ｔｘは図２のＴ１、Ｔ２、Ｔ３に相当する。従って、まず、補正点Ｔ１の堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−１が算出される。再度ステップＳ３０とＳ４０とが行われたときには、補正点Ｔ２の堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−２が算出され、再々度ステップ
Ｓ３０とＳ４０とが行われたときには、補正点Ｔ３の堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−３が算出される。
【００４６】
次いで、制御装置２０が平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘを算出するステップＳ５０を行う。このステップＳ５０では、補正点Ｔｘ毎に平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘを算出する。例えば、ステップＳ４０で補正点Ｔ１における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−１が算出されると、その堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−１と基準点Ｔ０における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−０とから平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ１を算出する。ステップＳ４０で補正点Ｔ２における堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−２が算出されると、その堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−２と補正点Ｔ１における平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ１とから平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅ２を算出する。このように各補正点Ｔｘにおける堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘを算出して、前回算出された平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘ−１との平均を算出することで、エンジン１の運転状態により異なる平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘを適時修正する。
【００４７】
次いで、制御装置２０が堆積層厚ｗｘを算出するステップＳ６０を行う。このステップＳ６０では、基準点Ｔ０における捕集装置１２の圧力損失Ｐ０と補正点Ｔｘにおける捕集装置１２の圧力損失Ｐｘとの差である圧力損失差ΔＰｘと平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘとに基づいて堆積層厚ｗｘを算出する。
【００４８】
次いで、制御装置２０が堆積量Ｖｓｏｏｔ−ｘを推定するステップＳ７０を行う。このステップＳ７０では、基準点Ｔ０から補正点Ｔｘまでにエンジン１から排出された煤の総排出量Ｑｓｏｏｔ−ｘを算出して、その総排出量Ｑｓｏｏｔｘに基づいて堆積量Ｖｓｏｏｔ−ｘを推定する。
【００４９】
次いで、制御装置２０が、堆積量Ｖｓｏｏｔ−ｘが予め定めた堆積量判定値Ｖｓｏｏｔ’以上か否かを判定するステップＳ８０を行う。この堆積量判定値Ｖｓｏｏｔ’は煤が捕集装置１２の再生が必要になるまで堆積した際の堆積量を示しており、捕集装置１２の有効捕集面積などの捕集装置１２の捕集能力やエンジン１の性能により設定を変更できる。
【００５０】
このステップＳ８０で堆積量Ｖｓｏｏｔ−ｘが堆積量判定値Ｖｓｏｏｔ’以下の場合には、再度ステップＳ３０へ戻る。例えば、このとき、ステップＳ８０が補正点Ｔ１における判定の場合には、ステップＳ３０は補正点Ｔ２を決定する。
【００５１】
一方、ステップＳ８０で堆積量Ｖｓｏｏｔ−ｘが堆積量判定値Ｖｓｏｏｔ’より大きい場合には、捕集装置１２を再生するステップＳ９０を行う。このステップＳ９０では、制御装置２０が堆積量Ｖｓｏｏｔ−ｘに基づいた燃料噴射量ＱＰＯＳＴをポスト噴射によって噴射させる。ポスト噴射によって噴射された未燃燃料は排気ガスと共に排気通路４を流れ、酸化触媒１１内で燃焼する。この未燃燃料の燃焼によって排気ガスの温度が上昇して、捕集装置１２に捕集された煤を燃焼させる。このステップＳ９０が完了するとエンジン１の捕集装置１２の再生方法は一旦完了し、ステップＳ１０へ戻る。
【００５２】
図５に示すように、ステップＳ２０とステップＳ４０とで行われる堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘの算出方法は、まず、制御装置２０がエンジン１の運転状態が一定に継続した継続時間Δｔ０を計測するステップＳ１００を行う。このステップＳ１００では、制御装置２０が、基準点ｔ０又は補正点ｔｘの近傍で燃料噴射量ＱＥＮＧとエンジン回転数ＮＥＮＧとに基づいてエンジン１の運転状態を判定し、その運転状態が一定に継続した継続時間Δｔｘを計測する。なお、この継続時間は０．５ｓ〜１．０ｓ程度の短時間でもよい。
【００５３】
次いで、圧力損失センサ１４が継続時間ΔｔＸの開始時点ｔｘ−１と終了時点ｔｘ−２
の圧力損失を取得するステップＳ１１０を行う。図６に示すように、継続時間ΔｔＸの開始時点の時間をｔｘ−１とし、終了時点の時間をｔｘ−２とすると、圧力損失センサ１４が開始時点ｔｘ−１の圧力損失Ｐｘ−１と終了時点ｔｘ−２の圧力損失Ｐｘ−２を取得する。
【００５４】
次いで、制御装置２０が継続時間Δｔｘにおけるエンジン１の運転状態に基づいて継続時間Δｔｘに堆積した煤の堆積層の厚さである継続時間堆積層厚Δｗｘを算出するステップＳ１２０を行う。このステップＳ１２０では、制御装置２０が煤性状マップＭ１を参照して、継続時間Δｔｘにおけるエンジン１の運転状態に応じた単位時間排出量Ａと単位時間堆積層密度Ｂとを抽出する。
【００５５】
例えば、図３に示すように、このときのエンジン１の運転状態をエンジン回転数ＮＥＮＧをＸとし、燃料噴射量ＱＥＮＧをＹとすると、単位時間排出量はＡＸ−Ｙとなり、単位時間堆積層密度はＢＸ−Ｙとなる。そして、捕集装置１２の有効捕集面積をＳｔｒａｐ［ｍ２］として、単位時間排出量ＡＸ−Ｙと単位時間堆積層密度ＢＸ−Ｙと継続時間Δｔｘとを乗算し、その乗算した値に有効捕集面積Ｓｔｒａｐを除算する下記の数式（２）から継続時間堆積層厚Δｗｘを算出する。
【数２】
2016017413.tif 000004
【００５６】
次いで、制御装置２０が継続時間Δｔｘの開始時点ｔｘ−１と終了時点ｔｘ−２の捕集装置１２の圧力損失Ｐｘ−１と圧力損失Ｐｘ−２との差である継続時間圧力損失差ΔＰΔｔｘを算出するステップＳ１３０を行う。
【００５７】
次いで、制御装置２０が粘度をμ［ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ］、排気ガスの体積流量をＱＧＡＳ［ｍ３／ｓｅｃ］、捕集装置１２の有効捕集体積をＶｔｒａｐ［ｍ３］、捕集装置１２のセルの幅をａ［ｍ］、捕集装置１２のセルの壁厚をｗｓ［ｍ］、捕集装置１２の壁の透過係数をｋ０［ｍ２］、定数（＝２８．４５４）をＦ［−］、捕集装置１２の有効長さをＬ［ｍ］として、下記の数式（３）から堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘを算出するステップＳ１４０を行う。
【数３】
2016017413.tif 000005
【００５８】
なお、上記の数式（３）の変数である排気ガスの体積流量ＱＧＡＳは基準点Ｔ０や補正点Ｔｘにおける燃料噴射量ＱＥＮＧや吸入吸気量ＱＡＩＲなどから算出できるが、別途、
エンジン１に排気ガスの体積流量ＱＧＡＳを取得可能なセンサを用いて取得してもよい。
【００５９】
図７に示すように、ステップＳ６０で行われる堆積層厚ｗｘの算出方法は、まず、圧力損失センサ１４が最初に堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−０を算出した基準点Ｔ０における捕集装置１２の圧力損失Ｐ０と最後に堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−ｘを算出した補正点Ｔｘにおける捕集装置１２の圧力損失Ｐｘとを取得するステップＳ２００を行う。
【００６０】
次いで、制御装置２０が圧力損失Ｐ０と圧力損失Ｐｘとの差である圧力損失差ΔＰｘを算出するステップＳ２１０を行う。
【００６１】
次いで、下記の数式（４）から堆積層厚ｗｘを算出するステップＳ２２０を行う。
【数４】
2016017413.tif 000006
【００６２】
図８に示すように、ステップＳ７０で行われる堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘを算出する方法は、まず、制御装置２０が煤性状マップＭ１を参照して、平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘと等しくなる単位時間堆積層透過係数Ｃに対応する単位時間堆積層密度Ｂを抽出するステップＳ３００を行う。例えば、図３に示す煤性状マップＭ１において、ステップＳ５０で算出された平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘの値がＣＸ−Ｙの場合には、単位時間堆積層密度ＢＸ−Ｙが抽出される。なお、この単位時間堆積層密度ＢＸ−Ｙは補正点Ｔｘまでの平均的な煤の堆積層密度となる。
【００６３】
次いで、制御装置２０が堆積層厚ｗｘと有効捕集面積Ｓｔｒａｐとを乗算し、その乗算した値を単位時間堆積層密度ＢＸ−Ｙで除算する以下の数式（５）から基準点Ｔ０から補正点Ｔｘまでにエンジン１から排出された煤の総排出量Ｑｓｏｏｔ―ｘを算出するステップＳ３１０を行う。
【数５】
2016017413.tif 000007
【００６４】
次いで、制御装置２０が算出した総排出量Ｑｓｏｏｔ―ｘに基づいて堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘを推定するステップＳ３２０を行う。捕集装置１２の種類により捕集効率は異なるので、その捕集効率に合わせて総排出量Ｑｓｏｏｔ―ｘに基づいて堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘを推定することが望ましい。例えば、再生直後の捕集効率は９０％程度となり、煤の堆積に伴い捕集効率は上昇し、捕集装置１２の捕集壁表面に煤層が形成されるとその捕集効率はほぼ１００％となる捕集装置１２であれば、その捕集効率に応じて堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘ
を推定する。
【００６５】
上記のエンジン１及びエンジン１の捕集装置１２の再生方法によれば、エンジン１の運転状態、つまり煤の性状に基づいた平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘを算出して、捕集装置１２の圧力損失と反比例の関係にある煤の堆積層の透過係数を逐次補正する。そのため、エンジン１の運転状態に応じて堆積する煤の性状の変化に伴って透過係数が変化しても、実際に測定された圧力損失と平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘとに基づいて堆積層厚ｗｘを精度良く算出できる。
【００６６】
これにより、その堆積層厚ｗｘに基づいて堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘを推定するので、堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘの推定精度を向上できる。そして、煤の堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘの推定精度が向上することで、再生が必要な場合にのみ捕集装置１２を再生できる。従って、捕集装置１２を再生する必要のない場合に再生させたときに生じる問題である捕集装置１２の温度が過剰に上昇して捕集装置１２が破損することや、燃料消費量が悪化することを抑制することができる。
【００６７】
図９の煤の堆積量と捕集装置１２の圧力損失との関係を示すグラフに示すように、煤が疎な状態で多量に堆積する状態Ｌ１では単位時間の捕集装置１２の圧力損失は小さくなる。一方、煤が密な状態で少量に堆積する状態Ｌ２では単位時間の捕集装置１２の圧力損失は大きくなる。結果、状態Ｌ１と状態Ｌ２では同じ圧力損失でも堆積する煤の堆積量が異なる。
【００６８】
上記のエンジン１及びエンジン１の捕集装置１２の再生方法によれば、このような煤の性状の違いによって堆積量が異なる場合、つまり、頻繁にエンジン１の運転状態が変化する過渡運転時に、逐次平均堆積層透過係数ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘを算出して、煤の性状に応じて煤の堆積量Ｖｓｏｏｔ―ｘを正確に把握することができる。
【００６９】
なお、上記の実施形態のエンジン１は車両に搭載されるものを例として説明したが、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。
【００７０】
また、上記の実施形態では、エンジン１の運転状態を燃料噴射量ＱＥＮＧと各エンジン回転数ＮＥＮＧとに基づいて判定する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃料噴射量ＱＥＮＧに代えて排気ガス流量、吸気流量、排気ガス温度のいずれか一つとエンジン回転数とに基づいて判定してもよい。同様に、煤性状マップＭ１も排気ガス流量、吸気流量、排気ガス温度のいずれか一つとエンジン回転数とに基づいて各パラメータＡ、Ｂ、Ｃが設定されたものを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  エンジン
４  排気通路
１１  酸化触媒
１２  捕集装置
１４  圧力損失センサ
２０  制御装置
Ｍ１  煤性状マップ
Ｔ０  基準点
Ｔｘ  補正点
ｋｓｏｏｔ−ｘ  堆積層透過係数
ｋｓｏｏｔ−Ａｖｅｘ  平均堆積層透過係数
Ｗｘ  堆積層厚
Ｖｓｏｏｔ−ｘ  堆積量
【図１】
2016017413.tif 000009
【図２】
2016017413.tif 000010
【図３】
2016017413.tif 000011
【図４】
2016017413.tif 000012
【図５】
2016017413.tif 000013
【図６】
2016017413.tif 000014
【図７】
2016017413.tif 000015
【図８】
2016017413.tif 000016
【図９】
2016017413.tif 000017