(57)【要約】【課題】簡易な構成で、排気管に配置された捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を高精度に推定できる内燃機関及び排気ガスの成分量推定方法を提供する。【解決手順】エンジン１０は、筒内１３からのＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあることに基づいて、ＮＯｘセンサ３１の検出値（ＮＯｘ含有量）ｑＵＰ＿ＮＯｘから捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定する推定装置４０を備えて構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内から排出された排気ガスが通過する排気管に配置されて排気ガスに含有されるＰＭを捕集する捕集装置と、該捕集装置の上流に配置されて排気ガス中のＮＯｘ含有量を検知するＮＯｘセンサと、を備えた内燃機関において、
前記筒内からのＮＯｘ排出量及びＰＭ排出量がトレードオフの関係にあることに基づいて前記ＮＯｘセンサの検出値から前記捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定する推定装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記推定装置を、前記ＮＯｘセンサの検出値と、内燃機関の運転状態ごとのＮＯｘ排出量及びＰＭ排出量が予め設定されたトレードオフマップとを参照して、前記捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定する構成にした請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記推定装置を、内燃機関の運転状態から算出したＰＭ排出量と、前記ＮＯｘセンサの検出値の変化の倍率の逆数とを乗算して、前記捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量の変化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】
前記排気管の前記捕集装置の下流に配置されて排気ガス中のＰＭ含有量を検知するＰＭセンサと、推定した前記捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量、及び、該ＰＭセンサの検出値に基づいて前記捕集装置の診断を行う診断装置とを備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記ＮＯｘセンサを、複数の前記筒内から排出された排気ガスを集合して前記排気管に導入する排気多岐管、又は該排気多岐管の近傍の前記排気管に配置した請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
内燃機関の筒内から排出された排気ガスが通過する排気管に配置されて排気ガスに含有されるＰＭを捕集する捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定する方法であって、
前記捕集装置の上流に配置されたＮＯｘセンサを用いて、前記捕集装置の上流の排気ガス中のＮＯｘ含有量を検出するステップと、
前記筒内からのＮＯｘ排出量及びＰＭ排出量がトレードオフの関係にあることに基づいて、検出したＮＯｘ含有量から前記捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定するステップと、を含むことを特徴とする排気ガスの成分量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び排気ガスの成分量推定方法に関し、より詳細には、簡易な構成で、排気管に配置された捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）含有量を高精度に推定できる内燃機関及び排気ガスの成分量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが通過する排気管に配置した捕集装置により、排気ガスに含有されるＰＭ（粒子状物質）を捕集している。この捕集装置が破損、損傷するなどしてその機能が失われた場合には、大気中にＰＭが放出されることになる。
【０００３】
そこで、捕集装置の下流側の排気管にＰＭセンサを配置し、そのＰＭセンサで捕集装置の下流側に流出するＰＭを検出して捕集装置の異常を診断している。このＰＭセンサは素子に堆積したＰＭの堆積量に応じた検出値を出力しており、ＰＭの堆積量が所定値を超えた場合には素子に高電圧の電流を流して、素子に堆積したＰＭを燃焼除去するセンサである。
【０００４】
ところで、捕集装置を備えたエンジンにおいては、捕集装置で捕集したＰＭの堆積量が所定値以上に堆積した場合には、捕集装置を通過する排気ガスの温度を上昇させて、捕集装置に堆積したＰＭを燃焼除去する再生制御を行っている。この再生制御によって、捕集装置が高温になり過ぎて一部が溶損して捕集装置に穴が空くなどの破損が生じる場合がある。
【０００５】
そこで、捕集装置の下流に配置したＰＭセンサの検出値の変化量、つまり捕集装置を通過した後の排気ガス中のＰＭ含有量の変化量に基づいて、捕集装置の破損を診断している。しかし、例えば、捕集装置に堆積したＰＭの堆積量が所定値に近づいてきた場合でなくても、また、捕集装置が破損していなくて、捕集装置に流入するＰＭの流入量が増加すれば、下流側に配置されたＰＭセンサの検出値も増加するなど、捕集装置に流入するＰＭの流入量の変化により、下流側に配置されたＰＭセンサの検出値は変化する。そのため、下流側に配置されたＰＭセンサの検出値の変化量のみでは、捕集装置の破損を高精度に診断できないという問題が生じていた。
【０００６】
これに関して、捕集装置の上流側の排気管に新たに配置したＰＭセンサの検出値、あるいは、予めシミュレーションにより求めたエンジンの運転状態及び排出されるＰＭの排出量の関係を用いて、下流側に配置したＰＭセンサの素子に堆積したＰＭを燃焼除去するまでの間に捕集装置に流入したＰＭの流入量を検出して捕集装置の破損を診断する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この装置は、下流側に配置したＰＭセンサに所定量のＰＭが堆積するまでに捕集装置に流入したＰＭの流入量が小さい場合に、捕集装置の破損箇所からＰＭが下流側に放出されていると判定している。
【０００８】
しかし、捕集装置の上流側に配置されたＰＭセンサにおいては、ＰＭが捕集される前の排気ガスに曝されることにより、下流側に配置されたＰＭセンサよりも多くのＰＭが短時間のうちに堆積するため、頻繁に堆積したＰＭを燃焼除去しなければならず、ＰＭの流入量を精度よく検出できないことに加えて、燃焼除去の頻度が高くなることに起因して故障頻度も高くなる。
【０００９】
また、シミュレーションによるエンジンの運転状態とＰＭの排出量との関係においては、精度を高めるためには、燃料噴射量、吸入吸気圧、吸入吸気量、温度などの様々な要因により膨大なデータが必要となり、更に、捕集装置に流入するＰＭの流入量の積算値を算出する場合には、エンジンの運転状態が変化するごとに変わるＰＭの排出量を適時算出する必要があり、診断が複雑化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１４−１８５５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、簡易な構成で、排気管に配置された捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を高精度に推定できる内燃機関及び排気ガスの成分量推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、筒内から排出された排気ガスが通過する排気管に配置されて排気ガスに含有されるＰＭを捕集する捕集装置と、該捕集装置の上流に配置されて排気ガス中のＮＯｘ含有量を検知するＮＯｘセンサと、を備えた内燃機関において、前記筒内からのＮＯｘ排出量及びＰＭ排出量がトレードオフの関係にあることに基づいて前記ＮＯｘセンサの検出値から前記捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定する推定装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記の課題を解決するための本発明の排気ガスの成分量推定方法は、内燃機関の筒内から排出された排気ガスが通過する排気管に配置されて排気ガスに含有されるＰＭを捕集する捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定する方法であって、前記捕集装置の上流に配置されたＮＯｘセンサを用いて、前記捕集装置の上流の排気ガス中のＮＯｘ含有量を検出するステップと、前記筒内からのＮＯｘ排出量及びＰＭ排出量がトレードオフの関係にあることに基づいて、検出したＮＯｘ含有量から前記捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定するステップと、を含むことを特徴とする方法である。
【００１４】
このＮＯｘ排出量及びＰＭ排出量がトレードオフの関係にあるとは、ＮＯｘ排出量が増加するとＰＭ排出量が低減し、一方、ＮＯｘ排出量が低減するとＰＭ排出量が増加する関係のことであり、このＮＯｘ排出量とＰＭ排出量の関係は、マップデータなどの形で、予め実験や試験により求めておき、推定装置の記憶媒体に記憶しておく。
【００１５】
なお、ここでいうＰＭ含有量、ＰＭ排出量、ＮＯｘ含有量、及びＮＯｘ排出量は、単位時間当たりの量や予め設定された期間での変化量などを示し、排気ガス量が算出できる場合は、排気ガス中の濃度と置き換えてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関及び排気ガスの成分量推定方法によれば、従来構成の内燃機関に搭載されている排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）含有量を検出するＮＯｘセンサと、ＮＯｘ排出量及びＰＭ排出量がトレードオフの関係になることとを利用するという簡易な構成で、捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を高精度に推定することができる。
【００１７】
また、捕集装置の上流側に配置されたＮＯｘセンサを利用することで、捕集装置の上流側に新たなＰＭセンサを追加することによるコストの増加を回避できることに加えて、このＮＯｘセンサにおいては、捕集装置を通過する前のＰＭを多く含んだ排気ガスに曝され
ても、ＰＭの堆積によるＮＯｘ含有量の検出精度が低下することがなく、また、ＰＭの堆積を起因とした故障の可能性も低いため、安定して捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を高精度に推定することができる。
【００１８】
そして、高精度に推定した捕集装置の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を用いることで、捕集装置の前後のＰＭ含有量の変化から捕集装置の破損を正確に診断したり、捕集装置の再生制御を適正なタイミングで行ったりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の内燃機関の第一実施形態を例示する説明図である。
【図２】図１のトレードオフマップを例示するマップである。
【図３】本発明の排気ガスの成分量推定方法の第一実施形態を例示するフローチャートである。
【図４】本発明の内燃機関の第二実施形態を例示する説明図である。
【図５】本発明の排気ガスの成分量推定方法の第二実施形態を例示するフローチャートである。
【図６】図１、図４に示す捕集装置の破損を診断する方法を例示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の内燃機関及び排気ガスの成分量推定方法について説明する。なお、以下の実施形態においては、排気ガス中の成分量を含有量や排出量と表現しているが、排気ガス量と濃度からこの成分量は算出でき、排気ガス量も算出できるので、濃度に置き換えてもよい。
【００２１】
図１は、本発明のエンジン１０の第一実施形態の構成を例示している。このエンジン１０は、排気管２３に配置された捕集装置２６の異常の診断を行う際に、又は捕集装置２６の再生制御を行う際に、捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量を推定するものである。
【００２２】
このエンジン１０においては、運転中に吸気バルブ１１からピストン１２が往復する筒内１３に吸入された吸入空気と、燃料噴射弁１４から筒内１３に噴射された燃料とが混合されて燃焼して、排気ガスとなって排気バルブ１５から排気されている。
【００２３】
吸入空気は、外部から吸気管１６へ吸入されて、ターボチャージャ１７のコンプレッサ１８により圧縮されて高温になり、インタークーラー１９で冷却されている。その後に、吸気スロットル２０により流量が調節されて、吸気多岐管２１を経て吸気バルブ１１から筒内１３に吸入されている。
【００２４】
排気ガスは、筒内１３から排気バルブ１５を経由して排気多岐管２２から排気管２３へ排気されて、ターボチャージャ１７のタービン２４を駆動させている。その後に、タービン２４の下流から順に配置された酸化触媒２５、捕集装置２６、及びＳＣＲ触媒２７で浄化されて大気へと放出されている。また、排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路２８に設けられたＥＧＲクーラー２９で冷却された後に、ＥＧＲバルブ３０により吸気管１６に供給されて吸入空気に混合されている。
【００２５】
また、このエンジン１０の運転中においては、ＮＯｘセンサ３１、差圧センサ３２、及びＰＭセンサ３３を含む複数のセンサが接続された制御装置３４により、燃料噴射弁１４、吸気スロットル２０、ＥＧＲバルブ３０及び尿素水噴射弁３５が制御されている。
【００２６】
この制御装置３４による制御の一部としては、ＮＯｘセンサ３１の検出値、つまり排気ガス中のＮＯｘ含有量に応じて、尿素水噴射弁３５から噴射される尿素水の噴射量を調節する還元制御や、差圧センサ３２の検出値、つまり捕集装置２６の前後の差圧に基づいたＰＭの堆積量に応じて、燃料噴射弁１４からポスト噴射される燃料の噴射量及び噴射タイミングを調節する再生制御を例示できる。
【００２７】
更に、このエンジン１０の運転中においては、制御装置３４に組み込まれた診断装置３６により、捕集装置２６の下流に配置されたＰＭセンサ３３の検出値、つまり捕集装置２６の下流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが規制値以上の場合には、捕集装置２６に異常があるとして、警告灯（Ｍ．Ｉ．Ｌ．）３７を点灯又は点滅して、その異常を運転者に警告する制御を行っている。
【００２８】
捕集装置２６の下流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが規制値以上になる要因としては、捕集装置の一部が再生制御により溶損して穴が空くなどの破損である。そこで、空気中に放出される排気ガス中のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが規制値以上となる前に、捕集装置２６の破損を早期発見するために、捕集装置２６の上流側の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを高精度に推定する必要がある。
【００２９】
そこで、本発明のエンジン１０においては、筒内１３からのＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあることに基づいて、ＮＯｘセンサ３１の検出値（ＮＯｘ含有量）ｑＵＰ＿ＮＯｘから捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定する推定装置４０を備えて構成される。
【００３０】
ＮＯｘセンサ３１は、捕集装置２６の上流側の排気ガス中のＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘを検出できる位置、すなわち排気多岐管２２や捕集装置２６の上流の排気管２３に配置されたセンサである。
【００３１】
このＮＯｘセンサ３１においては、筒内１３からのＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあることを利用することを考慮して、複数の筒内１３から排出された排気ガスを集合して排気管２３に導入する排気多岐管２２、又は排気多岐管２２の近傍の排気管２３に配置されることが望ましい。ＮＯｘセンサ３１が筒内１３に近い位置に配置されることで、そのＮＯｘセンサ３１がＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘと略同等の値を検出可能となり、ＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭの推定精度を向上できる。
【００３２】
また、このＮＯｘセンサ３１においては、ジルコニア（ＺｒＯ２）などの酸素イオン伝導性の固体電解質で構成されており、その内部においては、排気ガス中のＮＯｘから還元又は分解された際に生じる酸素の量を検出することで、排気ガス中のＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘを検出している。ＮＯｘセンサ３１の内部には、粒子の大きなＰＭが侵入しないように構成されているため、捕集装置２６によりＰＭが捕集される前の排気ガスに曝されても、内部にＰＭが堆積してＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘを検出できなくなることや、堆積したＰＭを起因とした故障の可能性が低い。従って、捕集装置２６の上流に配置されても、安定してＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘを検出できる。
【００３３】
推定装置４０は、制御装置３４に組み込まれたプログラムであり、ＮＯｘセンサ３１の検出値が入力されると制御装置３４にＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定させる手順を実行させるものである。なお、この実施形態では、推定装置４０を制御装置３４に組み込まれたプログラムとしたが、推定装置４０を中央処理装置や同様のプログラムを記憶した記憶媒体を備えた、制御装置３４とは別体の装置としてもよい。
【００３４】
ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあるとは、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘが増加するとＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭが低減し、一方、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘが低減するとＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭが増加する関係のことである。
【００３５】
詳しくは、筒内１３に吸入された吸入空気と燃料噴射弁１４から噴射された燃料とが混合されて燃焼して排気ガスになる際に、燃焼温度が高温の場合、燃焼期間が長く続く場合、あるいは吸入空気の吸入量に対して燃料噴射量の割合が少ない場合に、噴射された燃料が筒内１３で完全に燃焼することで、ＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭが低減し、燃料が完全燃焼した後に、窒素と酸素との反応が促進されることで、排気ガス中のＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘが増加する。
【００３６】
一方、燃焼温度が低温の場合、燃焼期間が短い場合、あるいは吸入空気の吸入量に対して燃料噴射量の割合が多い場合に、噴射された燃料が筒内１３で完全に燃焼しきらないことで、ＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭが増加し、窒素と酸素との反応が促進されないことで、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘが低減する。
【００３７】
このように、筒内１３から排気バルブ１５を介して排出される排気ガス中のＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘとＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭとはトレードオフの関係にある。この実施形態の推定装置４０においては、図２に示すトレードオフマップＭ１を参照することで、このトレードオフの関係を利用可能となる。
【００３８】
図２は、トレードオフマップＭ１の一例を示している。トレードオフマップＭ１は、予め実験や試験により求められ、制御装置３４の記憶媒体に記憶されたマップデータである。なお、推定装置４０が制御装置３４とは別体で構成される場合には、推定装置４０の記憶媒体に記憶されてもよい。
【００３９】
トレードオフマップＭ１には、エンジン１０の運転状態に応じた複数のトレードオフ線Ｌｘ（Ｌ１〜Ｌ３）が設定されており、それぞれが運転状態に応じたＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘとＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭとの関係を示している。
【００４０】
なお、エンジン１０の運転状態としては、例えば、制御装置３４が燃料噴射弁１４により燃料噴射量を調節する噴射量制御を行う際に用いているエンジン１０の出力トルクとエンジン回転数とに基づいた出力マップから判断される状態を例示できる。ここでは、トレードオフ線Ｌ２を基準として、トレードオフ線Ｌ２の状態よりも低出力の運転状態の場合をトレードオフ線Ｌ１とし、高出力の運転状態の場合をトレードオフ線Ｌ３とする。図2に示す、この実施形態のトレードオフマップＭ１には、三線しか設定されていないが、実際には運転状態に応じた複数のトレードオフ線が設定されているものとする。また、エンジン１０の運転状態は、吸入空気量制御やＥＧＲ還流制御などを考慮して判断してもいよい。
【００４１】
トレードオフ線Ｌ２を例に説明すると、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭのそれぞれには、最小値Ａ０、Ｂ０が設定されており、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭの関係は、一方が最小値Ａ０、Ｂ０以外の場合には、略反比例の関係となる。例えば、トレードオフ線Ｌ２におけるＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘがＡ１のときにＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭは略反比例の曲線に基づいてＢ１となる。
【００４２】
このトレードオフマップＭ１においては、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘが同等のＡ１の場合でも、エンジン１０の運転状態が異なれば、ＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭはＢ１、Ｂ
２、Ｂ３と異なる。また、エンジン１０の運転状態が変化しない場合には、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘがＡ１からＡ４に低減すると、ＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭはＢ１からＢ４に、Ａ１及びＡ４の差分ΔＡの逆数倍、増加する。
【００４３】
次に、この第一実施形態の推定装置４０における排気ガスの成分量推定方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。この成分量推定方法は、ＮＯｘセンサ３１の検出値（ＮＯｘ含有量）ｑＵＰ＿ＮＯｘと、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあることを利用して、捕集装置２６の下流側の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定する方法である。
【００４４】
まず、ステップＳ１０では、推定装置４０が、ＮＯｘセンサ３１を用いて、捕集装置２６の上流の排気ガス中のＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘを取得する。次いで、ステップＳ２０では、推定装置４０が、制御装置３４からエンジン１０の運転状態を取得する。このステップＳ２０では、制御装置３４の噴射量制御、吸入空気量制御、ＥＧＲ還流制御などに基づいたエンジン１０の運転状態を取得する。なお、ステップＳ１０及びステップＳ２０は順不同である。
【００４５】
次いで、ステップＳ３０では、推定装置４０は、トレードオフマップＭ１を参照してエンジン１０の運転状態に応じたトレードオフ線Ｌｘを選択する。次いで、ステップＳ４０では、推定装置４０が、ステップＳ１０で取得したＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘを、選択したトレードオフ線ＬｘにおけるＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘと見なして、トレードオフ線ＬｘにおけるＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭを算出し、そのＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭを捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭとして推定して、この方法は完了する。
【００４６】
例えば、エンジン１０の運転状態から選択されるトレードオフ線Ｌｘをトレードオフ線Ｌ２とし、ＮＯｘセンサ３１の検出値をＡ１とすると、上記の推定方法で推定される捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭはＢ１となる。
【００４７】
このエンジン１０及び排気ガスの成分量推定方法によれば、従来構成のエンジンに搭載されている排気ガス中のＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ３１と、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあることとを利用するという簡易な構成で、捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを高精度に推定することができる。
【００４８】
また、この実施形態のように、推定装置４０が、エンジン１０の運転状態ごとのＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭが予め設定されたトレードオフマップＭ１を参照して、捕集装置２６の上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定することで、エンジン１０の運転状態に応じたＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定できるので、精度の向上に有利となる。加えて、ＮＯｘセンサ３１の検出値（ＮＯｘ含有量）ｑＵＰ＿ＮＯｘとトレードオフマップＭ１とを参照するだけの簡易な構成でＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定できるので、推定プロセスの単純化に有利となる。
【００４９】
図５は、本発明のエンジン１０の第二実施形態の構成を例示している。このエンジン１０の推定装置４０は第一実施形態のトレードオフマップＭ１を用いずに、エンジン１０の運転状態から算出したＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭと、ＮＯｘセンサ３１の検出値（ＮＯｘ含有量）ｑＵＰ＿ＮＯｘの変化の倍率ｎの逆数１／ｎとを乗算して、捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭの変化量を推定するように構成されている。
【００５０】
また、この実施形態では、ＮＯｘセンサ３１が捕集装置２６の近傍の排気管２３に配置
される。捕集装置２６の近傍は、酸化触媒２５の下流となり、酸化触媒２５でＮＯ（一酸化窒素）が酸化されてＮＯ２（二酸化窒素）が生じるがＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘは略変化しない。結果、捕集装置２６の近傍に配置されたＮＯｘセンサ３１の検出値（ＮＯｘ含有量）ｑＵＰ＿ＮＯｘは、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘと見なすことができる。
【００５１】
ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあることは、ＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭが反比例の関係、すなわちＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘが倍率ｎ倍になったときに、ＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭが倍率ｎの逆数１／ｎ倍になる関係にあることである。なお、この倍率ｎは有理数である。
【００５２】
次に、この第二実施形態の推定装置４０における排気ガスの成分量推定方法について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５３】
まず、ステップＳ５０では、推定装置４０が、制御装置３４からエンジン１０の運転状態に基づいてＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭの各基準値を取得する。このステップＳ５０では、制御装置３４の噴射量制御、吸入空気量制御、ＥＧＲ還流制御などに基づいたエンジン１０の運転状態から、実験や試験により予め求めておいた各基準値を取得する。
【００５４】
次いで、ステップＳ６０では、推定装置４０が、ＮＯｘセンサ３１を用いて、捕集装置２６の上流の排気ガス中のＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘの変化量ΔｑＵＰ＿ＮＯｘを取得する。このステップＳ６０における変化量ΔｑＵＰ＿ＮＯｘは、所定の時間当たりの変化量や、エンジン１０の運転状態ごとの変化量である。
【００５５】
次いで、ステップＳ７０では、推定装置４０が、ステップＳ５０で取得したＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘの基準値とステップＳ６０で取得した変化量ΔｑＵＰ＿ＮＯｘとから、ＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘの変化の倍率ｎを算出する。
【００５６】
次いで、ステップＳ８０では、推定装置４０が、ステップＳ５０で取得したＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭの基準値に、ステップＳ７０で算出した倍率ｎの逆数１／ｎを乗算して、そのＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭを捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭとして推定して、この方法は完了する。
【００５７】
なお、エンジン１０の始動時にステップＳ５０を行って、始動時のＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭを基準値として、所定の時間後やエンジン１０の運転状態の変化後にステップＳ６０〜ステップＳ８０を行ってＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定し、次いで、その推定したＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを基準値として、再度、ステップＳ６０〜ステップＳ８０を行って次回のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定してもよい。このように、繰り返し、ステップＳ５０〜ステップＳ８０を行って、ＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定するとよい。
【００５８】
この第二実施形態のエンジン１０及び推定方法によれば、第一実施形態と同様に、簡易な構成で、捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを高精度に推定できることに加えて、ＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘの変化とＮＯｘ排出量ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ及びＰＭ排出量ｑＯＵＴ＿ＰＭがトレードオフの関係にあることとを利用することで、マップデータを参照しなくてもＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを高精度に推定できる。
【００５９】
次に、上記の推定方法で推定された捕集装置２６の上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを用いた制御としては、捕集装置２６の破損の診断や再生制御を例示できるが、ここでは、一例として捕集装置２６の破損の診断方法について、図６に示すフローチャートを参照しな
がら説明する。なお、この診断方法は、エンジン１０の運転時間が予め設定された時間が経過する、すなわちドライビングサイクルがカウントされるごとに行われる方法である。
【００６０】
上記のステップＳ１０〜ステップＳ４０、又はステップＳ５０〜ステップＳ８０までを順次行った後のステップＳ１００では、診断装置３６が、捕集装置２６の下流に配置されたＰＭセンサ３３で検出された捕集装置２６を通過した後の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭを取得する。
【００６１】
次いで、ステップＳ１１０では、診断装置３６が、捕集装置２６の下流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが規制値ｑａ以上か否かを判定する。この規制値ｑａは、日本国、欧州、米国などの法規により定められた値である。このステップＳ１１０で、ＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが規制値ｑａ以上の場合には、ステップＳ１３０へ進む。一方、ステップＳ１１０で、ＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが規制値ｑａ未満の場合には、ステップＳ１２０へ進む。
【００６２】
次いで、ステップＳ１２０では、診断装置３６が、推定されたＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭとＰＭセンサ３３を用いて取得したＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭとの差分値Δｑが、予め設定された判定値Δｑａ未満か否かを判定する。
【００６３】
判定値Δｑａは、予め実験や試験により捕集装置２６が破損した状態、詳しくは再生制御による溶損により一部に穴が空いた状態を判定できる値に設定される。
【００６４】
例えば、捕集装置２６が破損していない状態では、排気ガスが捕集装置２６を通過する際に捕集されるＰＭの量は略一定となるため、上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭと下流のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭとの差分値Δｑは、略一定な値となる。一方、捕集装置２６が破損した状態では、排気ガスが捕集装置２６を通過する際に、その破損箇所から多くのＰＭが捕集装置２６の下流に放出されるため、上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭと下流のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭとの差分値Δｑは、破損していない状態の値よりも小さくなる。
【００６５】
従って、判定値Δｑａは、捕集装置２６が破損していない状態においては、略一定になる上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭと下流のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭとの差分値Δｑと同等の値に設定されることが好ましい。
【００６６】
このステップＳ１２０で、上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭと下流のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭとの差分値Δｑが判定値Δｑａ以上の場合には、捕集装置２６に破損がない状態のため、この診断方法は終了する。一方、ステップＳ１２０で、上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭと下流のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭとの差分値Δｑが判定値Δｑａ未満の場合には、ステップＳ１３０へ進む。
【００６７】
次いで、ステップＳ１３０では、診断装置３６が、警告灯３７を点灯させて運転者に捕集装置２６の破損を警告して、この診断方法は完了する。
【００６８】
この診断方法によれば、ＮＯｘセンサ３１の検出値（ＮＯｘ含有量）ｑＵＰ＿ＮＯｘとトレードオフの関係とを利用するという簡易な構成で、高精度に推定した捕集装置２６の上流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを用いることで、捕集装置２６の前後のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭ、ｑＤＯＷＮ＿ＰＭの差分値Δｑから捕集装置２６の破損を正確に診断できる。これにより、捕集装置２６の下流の排気ガス中のＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが規制値ｑａ未満の場合でも、捕集装置２６に破損が生じている場合に、早期に運転者に警告できるので、大気中に規制値ｑａ以上のＰＭが放出されることを予め回避できる。
【００６９】
なお、上記のステップＳ１２０は、ＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭとＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭとの差分値Δｑに基づいて捕集装置２６の破損を判定する例を説明したが、この判定に限定されない。例えば、ＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭに応じたＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭが予め設定されたマップや、ＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭ基づいてＰＭ含有量ｑＤＯＷＮ＿ＰＭを補正した値を用いた判定を行ってもよい。
【００７０】
また、上記の推定方法で推定された捕集装置２６の上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを用いた捕集装置２６の再生制御は、差圧センサ３２で検出された差圧に加えて、捕集装置２６の上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを用いることで、捕集装置２６に流入したＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを考慮した再生制御を行うことができるので、捕集装置２６の再生制御をより適正なタイミングで行うことができる。これにより、不要な再生制御を回避して燃費を向上したり、再生制御による捕集装置２６の破損を抑制したりできる。
【００７１】
なお、第一実施形態のトレードオフマップＭ１と、第二実施形態におけるＮＯｘ含有量ｑＵＰ＿ＮＯｘの変化とを用いて、捕集装置２６の上流のＰＭ含有量ｑＵＰ＿ＰＭを推定すると、より高精度に推定できるので、精度の向上に有利になる。
【符号の説明】
【００７２】
１０  エンジン
１３  筒内
２２  排気多岐管
２３  排気管
２６  捕集装置
３１  ＮＯｘセンサ
３３  ＰＭセンサ
３４  制御装置
４０  推定装置
ｑＵＰ＿ＮＯｘ  ＮＯｘ含有量
ｑＵＰ＿ＰＭ  ＰＭ含有量
ｑＯＵＴ＿ＮＯｘ  ＮＯｘ排出量
ｑＯＵＴ＿ＰＭ  ＰＭ排出量
【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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