(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル機関の燃料噴射量及び機関回転速度を一定に維持した定常運転状態にて排気酸素濃度を変更するとともに、同変更された異なる排気酸素濃度のそれぞれに対してパティキュレート排出量を測定し、同変更した各排気酸素濃度及び同各排気酸素濃度に対して測定された同各パティキュレート排出量からなるデータに基いて、同一定に維持した燃料噴射量及び同一定に維持した機関回転速度で定まる運転状態に対するパティキュレート生成定数及びパティキュレート酸化定数を決定する作業を、それぞれが所定の燃料噴射量及び所定の機関回転速度で定まる複数の運転状態について実行することにより形成された、燃料噴射量及び機関回転速度の組み合わせとパティキュレート生成定数との関係を規定した生成定数テーブルと、燃料噴射量及び機関回転速度の組み合わせとパティキュレート酸化定数との関係を規定した酸化定数テーブルと、を記憶した記憶手段と、
実際の燃料噴射量を表す値を取得する燃料噴射量取得手段と、
実際の機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、
実際の排気酸素濃度を表す値を取得する排気酸素濃度取得手段と、
前記取得された燃料噴射量を表す値と、前記検出された機関回転速度と、前記生成定数テーブル及び前記酸化定数テーブルと、に基いてパティキュレート排出量を推定するために使用するパティキュレート生成定数とパティキュレート酸化定数とを決定するとともに、同決定されたパティキュレート生成定数と、同決定されたパティキュレート酸化定数と、前記取得された排気酸素濃度を表す値とに基いてパティキュレート排出量を推定するパティキュレート排出量推定手段と、
を備えてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置において、
前記パティキュレート排出量推定手段は、単位時間あたりのパティキュレート排出量をＰＭ、前記決定されたパティキュレート生成定数をＡsft、前記決定されたパティキュレート酸化定数をＡsot、前記取得された燃料噴射量を表す値に基く単位時間あたりの燃料噴射量をＱ、前記取得された排気酸素濃度を表す値をＸ02、及び定数をＣとするとき、ＰＭ＝Ａsft・Ｑ／（Ａsot・ＸO2）＋Ｃ／exp（Ａsot・ＸO2）なる式に基いて前記パティキュレート排出量を推定するように構成されたディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置において、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記取得された排気酸素濃度を表す値が所定濃度以上の値となるときにのみ前記パティキュレート排出量の推定を行うように構成してなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置であって、
前記排気酸素濃度取得手段は、
前記ディーゼル機関の排気通路内の酸素濃度を検出する排気酸素濃度検出手段を含むとともに、同ディーゼル機関が備える排気還流管を介して排気還流を行う排気還流手段によって同機関の排気が還流されて同機関に吸入されるまでに要する排気還流遅れ時間に応じ、同検出された排気通路内の酸素濃度を補正して前記排気酸素濃度を表す値を取得するように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項４】
請求項３に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置であって、
前記排気酸素濃度取得手段は、
前記還流される排気と前記ディーゼル機関に新たに吸入される新気とが混合される直前の前記排気還流管内の酸素濃度を検出する排気還流遅れ検出用酸素濃度検出手段を含むとともに、前記検出される排気通路内の酸素濃度と同検出される排気還流管内の酸素濃度とに基いて前記排気還流遅れ時間を推定するように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置であって、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼温度に関連する値を取得するとともに、同取得された燃焼温度に関連する値に基いて前記パティキュレート排出量を推定するように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項６】
請求項５に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置において、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の吸気通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を含み、同検出される吸気通路内の酸素濃度を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項７】
請求項５に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置において、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼室壁面の温度を検出する燃焼室壁面温度検出手段を含み、同検出される燃焼室壁面温度を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項８】
請求項５に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置において、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の吸気温度を検出する吸気温度検出手段を含み、同検出される吸気温度を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項９】
請求項５に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置において、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼室内圧力検出手段を含み、同検出される燃焼室内圧力を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項１０】
請求項１又は請求項２に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置であって、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼中における燃焼室内圧力に関連する値を取得するとともに、同取得された燃焼室内圧力に関連する値に基いて前記パティキュレート排出量を推定するように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【請求項１１】
請求項１又は請求項２に記載のディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置であって、
前記ディーゼル機関の燃焼室内の煤発生量を測定する煤発生量測定手段と、
前記測定された燃焼室内の煤発生量に基いて基準パティキュレート排出量を算定する基準パティキュレート排出量算出手段とを備えるとともに、
前記パティキュレート排出量推定手段は、前記基準パティキュレート排出量が算出された運転状態において推定された前記パティキュレート排出量と同算出された基準パティキュレート排出量との差に応じて、他の運転状態において推定されるパティキュレート排出量を修正するように構成されてなるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関から排出されるパティキュレートの量（パティキュレート排出量）を推定するディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼル機関の排気通路にパティキュレートフィルタを配設した排気浄化装置が知られている。パティキュレートフィルタは、排気ガス中の煤（黒鉛、Soot）、未燃燃料や未燃潤滑油を主成分とする有機材可溶分の微粒子状物質（ＳＯＦ）、及び燃料中の硫黄分が反応して生成される有機材不溶分の微粒子状物質（サルフェート）等からなる微粒子状物質（これらの微粒子状物質は「パティキュレート・マター」と称呼されるが、以下、単に「パティキュレート」と称呼する。）を捕集するフィルタである。
【０００３】
ところで、パティキュレートフィルタは、捕集したパティキュレートにより目詰まりを起こすことがあり、目詰まりによって機関の排気抵抗を増大させる。このため、パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量を推定し、同パティキュレート捕集量が所定量以上とならないように同パティキュレートをフィルタ内で燃焼させる等のフィルタ再生制御を行うことが必要である。
【０００４】
このようなパティキュレート捕集量を算出（推定）する方法は、例えば、特開２０００−１７０５２１に開示されている。開示された方法においては、先ず、ディーゼル機関から排出されるパティキュレート排出量が推定される。
【０００５】
具体的に説明すると、種々の燃料噴射量及び機関の回転速度に対するパティキュレート排出量を予め測定し、その結果をテーブル１として記憶しておく。また、排気還流量（ＥＧＲ量）によりパティキュレート排出量が変化することから、排気還流量を決定するパラメータである機関回転速度、燃料噴射量、及び機関の冷却水温毎にＥＧＲ補正係数を求めておき、これをテーブル２として記憶しておく。
【０００６】
そして、実際の運転にあっては、燃料噴射量、機関回転速度、及び前記テーブル１からパティキュレート基本排出量を求めるとともに、燃料噴射量、機関回転数、冷却水温、及び前記テーブル２からＥＧＲ補正係数を求め、同ＥＧＲ補正係数でパティキュレート基本排出量を補正することによりパティキュレート排出量を推定する。
【０００７】
また、上記公報に開示された方法では、機関回転速度等に基づいてパティキュレートフィルタの捕集効率を求め、前記推定したパティキュレート排出量と同捕集効率とからパティキュレート捕集量を推定する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料噴射量及び機関回転数が同一であっても、例えば、燃焼温度や燃焼圧力が異なればパティキュレート排出量は異なるので、燃料噴射量と機関回転数のみを引数としてパティキュレート排出基本量を求めたのでは、ＥＧＲ補正係数が正しい場合であっても、パティキュレート排出量を精度良く推定することができないという問題がある。
【０００９】
また、上記開示された従来の方法においては、排気還流量が燃料噴射量、機関回転速度、及び機関の冷却水温に応じて一義的に決るとの前提下でパティキュレート排出量を推定していて、機関が過渡運転状態となったときの排気還流量の変動（例えば、過給機の過給遅れに起因する排気還流量の上昇遅れ）を考慮していないので、ＥＧＲ補正係数を正しく求めることが困難であり、その結果、パティキュレート排出量を精度良く推定できないという問題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的の一つは、ディーゼル機関から排出されるパティキュレート排出量を、簡単に且つ精度良く推定し得るパティキュレート排出量推定装置を提供することにある。
【００１１】
【本発明の概要】
上記目的を達成するための本発明に係るパティキュレート排出量推定装置は、ディーゼル機関の燃料噴射量及び機関回転速度を一定に維持した定常運転状態にて排気酸素濃度を変更するとともに、同変更された異なる排気酸素濃度のそれぞれに対してパティキュレート排出量を測定し、同変更した各排気酸素濃度及び同各排気酸素濃度に対して測定された同各パティキュレート排出量からなるデータに基いて、同一定に維持した燃料噴射量及び同一定に維持した機関回転速度で定まる運転状態に対するパティキュレートの生成定数及びパティキュレート酸化定数を決定する作業を、それぞれが所定の燃料噴射量及び所定の機関回転速度で定まる複数の運転状態について実行することにより形成された、燃料噴射量及び機関回転速度の組み合わせとパティキュレート生成定数との関係を規定した生成定数テーブルと、燃料噴射量及び機関回転速度の組み合わせとパティキュレート酸化定数との関係を規定した酸化定数テーブルとを記憶した記憶手段と、実際の燃料噴射量を表す値を取得する燃料噴射量取得手段と、実際の機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段と、実際の排気酸素濃度を表す値を取得する排気酸素濃度取得手段と、前記取得された燃料噴射量を表す値と、前記検出された機関回転速度と、前記生成定数テーブル及び前記酸化定数テーブルと、に基いてパティキュレート排出量を推定するために使用する生成定数と酸化定数とを決定するとともに、同決定された生成定数と、同決定された酸化定数と、前記取得された排気酸素濃度を表す値とに基いてパティキュレート排出量を推定するパティキュレート排出量推定手段と、を備える。
【００１２】
更に、前記パティキュレート排出量推定手段は、単位時間あたりのパティキュレート排出量をＰＭ、前記決定されたパティキュレート生成定数をＡsft、前記決定されたパティキュレート酸化定数をＡsot、前記取得された燃料噴射量を表す値に基く単位時間あたりの燃料噴射量をＱ、前記取得された排気酸素濃度を表す値をＸ02、及び定数をＣとするとき、ＰＭ＝Ａsft・Ｑ／（Ａsot・ＸO2）＋Ｃ／exp（Ａsot・ＸO2）なる式に基いて前記パティキュレート排出量を推定するように構成されている。
【００１３】
本発明者は、種々の検討の結果、ディーゼル機関が定常運転状態にあるか過渡運転状態にあるかに関わらず、単位時間あたりのパティキュレート排出量ＰＭが、ＰＭ＝Ａsft・Ｑ／（Ａsot・ＸO2）＋Ｃ／exp（Ａsot・ＸO2）なる式に実質的に従って変化するとの知見を得た。ここで、Ａsft及びＡsotはそれぞれ１ストロークあたりの燃料噴射量とエンジン回転数とにより一義的に定まるパティキュレート生成定数及びパティキュレート酸化定数であり、Ｑは１ストロークあたりの燃料噴射量と機関回転速度とにより定まる量である単位時間あたりの燃料噴射量、Ｘ02は排気酸素濃度、及びＣは定数である。
【００１４】
このように、パティキュレート排出量ＰＭは、パティキュレート生成定数Ａsft、及びパティキュレート酸化定数Ａsotを特定できれば、排気酸素濃度ＸO2の関数として簡易的に求めることができるのである。
【００１５】
そこで、先ず、本発明のパティキュレート排出量推定装置は、燃料噴射量及び機関回転速度の組み合わせとパティキュレート生成定数との関係を規定した生成定数テーブルと、燃料噴射量及び機関回転速度の組み合わせとパティキュレート酸化定数との関係を規定した酸化定数テーブルとを作成し、記憶手段に記憶させておく。
【００１６】
これらのテーブルは、ディーゼル機関の燃料噴射量及び機関回転速度を一定に維持した定常運転状態（この場合、機関回転速度が一定であるから、燃料噴射量はストロークあたりの燃料噴射量Ｑfinであっても、単位時間あたりの燃料噴射量Ｑであってもよい。）において排気酸素濃度を変更するとともに、同変更された異なる排気酸素濃度のそれぞれに対してパティキュレート排出量を測定し、同変更した各排気酸素濃度及び同各排気酸素濃度に対して測定された同各パティキュレート排出量からなるデータ点を上述した式が通るようにパティキュレート生成定数Ａsft及びパティキュレート酸化定数Ａsotを決定（同定又はフィッティング）し、かかる作業を、種々の燃料噴射量及び機関回転速度に対して繰り返し行うことにより、作成される。
【００１７】
そして、実際の燃料噴射量を表す値を取得するとともに実際の機関回転速度を検出し、取得した燃料噴射量を表す値と検出した機関回転速度と前記記憶している生成定数テーブル及び前記記憶している酸化定数テーブルとに基いて、実際のパティキュレート排出量を推定するために使用するパティキュレート生成定数とパティキュレート酸化定数とを決定し、これら決定した定数と単位時間当たりの燃料噴射量と前記取得された排気酸素濃度とを上記数式に代入してパティキュレート排出量を推定する。即ち、少なくとも、上記決定したパティキュレート生成定数と、上記決定したパティキュレート酸化定数と、上記取得された排気酸素濃度とに基いてパティキュレート排出量を推定する。
【００１８】
このように、上記本発明の特徴を備えたパティキュレート排出量推定装置はパティキュレート排出量を推定する際の変数として排気酸素濃度を用いていて、同排気酸素濃度は燃焼温度や燃焼圧力等に比べて比較的測定精度を確保し易い変数であり、しかも、上記パティキュレート生成定数Ａsftと上記パティキュレート酸化定数Ａsotは、燃料噴射量と機関回転速度とを一定に維持した場合において実際に測定したパティキュレート排出量により決定されるので、燃料噴射量と機関回転速度とで定まる各運転状態毎での燃焼温度、燃焼圧力、燃焼割合、燃焼形式、噴射弁の形状、及び機関の排気量等のパティキュレート排出量に影響を及ぼす総べてのパラメータが反映された値となっている。この結果、本発明のパティキュレート排出量推定装置は、パティキュレート排出量を精度良く推定することができる。
【００１９】
また、本発明のパティキュレート排出量推定装置は、排気還流量（ＥＧＲ量）の変動分によっても変動する実際の排気酸素濃度を表す値に基いてパティキュレート排出量を推定するので、機関の運転状態が過渡運転状態となって排気還流量が予定通りに得られないような場合であっても、パティキュレート排出量を精度良く求めることができる。
【００２０】
このようなパティキュレート排出量推定装置においては、前記パティキュレート排出量推定手段が、前記取得された排気酸素濃度を表す値が所定濃度以上の値となるときにのみ前記パティキュレート排出量の推定を行うように構成されることが好適である。
【００２１】
上記の式は、ディーゼル機関に吸入されるガスの空燃比が例えば約２０よりも大きな空燃比である場合にのみ有効であって、同空燃比Ａ／Ｆを２０以下として燃焼温度を低温とすることでパティキュレート排出量を抑制する燃焼（所謂、低温燃焼）には対応していない。従って、上記構成のように、取得された排気酸素濃度を表す値が所定濃度以上の値となるときにのみ前記パティキュレート排出量の推定を行うように構成することで、パティキュレート排出量の推定精度の低下を回避することができる。
【００２２】
ところで、一般に、機関の排気酸素濃度（パティキュレート排出量推定に用いるべき排気酸素濃度）に対して、排気酸素濃度検出手段により検出される排気酸素濃度は時間的に遅れて変化する。また、前記ディーゼル機関が排気還流管を介して排気還流を行うとともに同排気還流の量を制御する排気還流手段（ＥＧＲ装置）を備えている場合、運転状態の変化に基いて排気酸素濃度が変化した排気は、排気還流遅れ時間だけ遅れて同機関に吸入されることになる。従って、運転状態の変化に伴う排気酸素濃度変化が検出されてから排気還流遅れ時間だけ経過した時点においては、機関の排気酸素濃度（パティキュレート排出量推定に用いるべき排気酸素濃度）は更に変化を開始しているはずである。
【００２３】
従って、このようなパティキュレート排出量推定装置であって、前記ディーゼル機関が排気還流管を介して排気還流を行うとともに同排気還流の量を制御する排気還流手段を備えている場合、前記排気酸素濃度取得手段は、同ディーゼル機関の排気通路内の酸素濃度を検出する排気酸素濃度検出手段を含むとともに、同ディーゼル機関が備える排気還流手段によって同機関の排気が還流されて同機関に吸入されるまでに要する排気還流遅れ時間に応じ、同検出された排気通路内の酸素濃度を補正して前記排気酸素濃度を表す値を取得するように構成されることが好適である。
【００２４】
これによれば、運転状態の変化に伴う排気酸素濃度の変化が排気還流により更なる排気酸素濃度の変化を発生させる場合、同更なる変化を排気酸素濃度検出手段が検出する前の適切な時点で、パティキュレート排出量推定に用いる排気酸素濃度に反映することができ、その結果、同パティキュレート排出量推定用排気酸素濃度が適切な値となるので、パティキュレート排出量の推定精度を向上することができる。
【００２５】
この場合、前記排気酸素濃度取得手段は、前記還流される排気と前記ディーゼル機関に新たに吸入される新気とが混合される直前の前記排気還流管内の酸素濃度を検出する排気還流遅れ検出用酸素濃度検出手段を含むとともに、前記検出される排気通路内の酸素濃度と同検出される排気還流管内の酸素濃度とに基いて前記排気還流遅れ時間を推定するように構成されることが好適である。
【００２６】
これによれば、排気通路内の検出される酸素濃度と、還流される排気とディーゼル機関に新たに吸入される新気とが混合される直前の排気還流管内の検出される酸素濃度と、に基いて排気還流遅れ時間が推定されるので、同排気還流遅れ時間を実測値に基いて精度良く決定することができ、その結果、パティキュレート排出量推定用排気酸素濃度を適切な値とすることができるので、パティキュレート排出量の推定精度を向上することができる。
【００２７】
また、前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼温度に関連する値を取得するとともに、同取得された燃焼温度に関連する値に基いて前記パティキュレート排出量を推定するように構成されることが好適である。
【００２８】
燃焼温度はパティキュレート排出量に比較的強い影響を及ぼすから、同燃焼温度をパティキュレート排出量の推定に用いることにより、一層精度良くパティキュレート排出量を推定することができる。
【００２９】
また、前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の吸気通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を含み、同検出される吸気通路内の酸素濃度を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されることが好適である。吸気通路内の酸素濃度は燃焼温度と密接な関係にあるから、同吸気通路内の酸素濃度を燃焼温度に関連する値として扱うことにより、パティキュレート排出量を精度良く推定することが可能となる。
【００３０】
また、前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼室壁面の温度を検出する燃焼室壁面温度検出手段を含み、同検出される燃焼室壁面温度を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されることが好適である。燃焼室壁面温度は、例えば、燃焼室壁面温度に熱伝達効率を乗じることにより燃焼平均温度が求まるように、燃焼温度と密接な関係にあるから、同燃焼室壁面温度を燃焼温度に関連する値として扱うことにより、パティキュレート排出量を精度良く推定することが可能となる。
【００３１】
また、前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の吸気温度を検出する吸気温度検出手段を含み、同検出される吸気温度を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されることが好適である。吸気温度は燃焼温度と密接な関係にあるから、同吸気温度を燃焼温度に関連する値として扱うことにより、パティキュレート排出量を精度良く推定することが可能となる。
【００３２】
また、前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼室内の圧力を検出する燃焼室内圧力検出手段を含み、同検出される燃焼室内圧力を前記燃焼温度に関連する値として扱うように構成されることが好適である。例えば、圧縮上死点での燃焼室内圧力は燃焼温度と密接な関係にあるから、同燃焼室内圧力を燃焼温度に関連する値として扱うことにより、パティキュレート排出量を精度良く推定することが可能となる。
【００３３】
更に、このようなパティキュレート排出量推定装置であって、前記パティキュレート排出量推定手段は、前記ディーゼル機関の燃焼中における燃焼室内圧力に関連する値を取得するとともに、同取得された燃焼室内圧力に関連する値に基いて前記パティキュレート排出量を推定するように構成されることが好適である。
【００３４】
燃焼中における燃焼室内圧力、特に燃焼圧と呼ばれる燃焼室内圧力の極大値は、パティキュレート排出量に比較的強い影響を及ぼすから、同燃焼中における燃焼圧力に関する値を取得してパティキュレート排出量の推定に用いることにより、一層精度良くパティキュレート排出量を推定することができる。
【００３５】
更に、このようなパティキュレート排出量推定装置であって、前記ディーゼル機関の燃焼室内の煤発生量を測定する煤発生量測定手段と、前記測定された燃焼室内の煤発生量に基いて基準パティキュレート排出量を算定する基準パティキュレート排出量算出手段とを備えるとともに、前記パティキュレート排出量推定手段は、前記基準パティキュレート排出量が算出された運転状態において推定された前記パティキュレート排出量と同算出された基準パティキュレート排出量との差に応じて、他の運転状態において推定されるパティキュレート排出量を修正するように構成されることが好適である。
【００３６】
これによれば、煤の発生量が実際に測定される。パティキュレートは、煤のみでなく上述したＳＯＦ及びサルフェートを含んでいるが、ＳＯＦの量とサルフェートの量は、煤の量に対して少ないこと、及び煤の量と相関関係があることから、例えば、エンジンが定常運転状態にあるときなどの特定の運転状態においては、測定された煤の発生量に基いてパティキュレート排出量の基準量、即ち、基準パティキュレート排出量が比較的精度良く算出され得る。
【００３７】
そして、前記パティキュレート排出量推定手段により、同じ運転状態における前記推定されたパティキュレート排出量と前記算出された基準パティキュレート排出量との差に応じて、他の運転状態で推定されるパティキュレート排出量が修正される。換言すると、パティキュレート排出量推定に用いる上記式で表されたモデルの誤差が実測値に基いた値で修正される。従って、パティキュレート排出量を精度良く推定することが可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるディーゼル機関のパティキュレート排出量推定装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３９】
（１．第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む内燃機関の排気浄化装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステムの概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室に大気（新気）を導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排気ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００４０】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から噴射圧力まで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（指令信号）に応じて所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記昇圧された燃料を噴射するようになっている。
【００４１】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流で吸気管３２に介装されたインタクーラー３４と過給機３５のコンプレッサ３５ａ、吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。
【００４２】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設された過給機３５のタービン３５ｂ、排気管４２に介装されるとともにＮＯｘ触媒及び捕集したパティキュレートを酸化する触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３、ＤＰＮＲ４３の上流の排気管４２に配設され添加燃料（軽油）をＤＰＮＲ４３に供給する添加燃料供給ノズル４４、添加燃料供給ノズル４４と燃料噴射用ポンプ２２とを接続する添加燃料供給管４５、添加燃料供給管４５に介装され電気制御装置６０からの駆動信号に応答して同添加燃料供給管４５の燃料通路を開閉する電磁開閉弁４４ａ、ＤＰＮＲ４３の下流の排気管内に回動可能に保持された排気絞り弁４６、及び電気制御装置６０からの駆動信号に応答して排気絞り弁４６を回転駆動する排気絞り弁アクチュエータ４６ａを含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００４３】
ＤＰＮＲ４３は、コージライト（セラミックの一種）のような多数の細孔を有する材料（即ち、多孔質材料）から形成されたフィルタ４３ａを備え、通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集する、ハニカム構造のウオールフロー型フィルタである。
【００４４】
また、ＤＰＮＲ４３のフィルタの表面には、触媒の担体としてのアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）がコートされていて、同アルミナに捕集したパティキュレートを酸化させる（及び／又は、酸化作用を有する）例えばＰｔ等の貴金属からなる触媒が担持されている。
【００４５】
ところで、このＤＰＮＲ４３内で酸化されることにより同ＤＰＮＲ４３の外部に放出されるパティキュレートの量よりも同ＤＰＮＲ４３に捕集されるパティキュレートの量が多くなると、同ＤＰＮＲ４３内にパティキュレートが堆積する。その結果、ＤＰＮＲ４３のパティキュレート捕集能力が低下するとともに、機関１０の排気抵抗が増大する。
【００４６】
このため、本排気浄化装置は、前述した添加燃料供給ノズル４４からＤＰＮＲ４３に添加燃料を供給し、同添加燃料がＤＰＮＲ４３の内部で燃焼することに伴って発生する熱により触媒床温を上昇せしめ、パティキュレートの酸化速度を上昇させることで堆積したＤＰＮＲ４３をより多く酸化して除去する。即ち、本排気浄化装置は、添加燃料の供給によりフィルタの再生を定期的に行うことで、ＤＰＮＲ４３のパティキュレート捕集能力を維持するとともに、排圧の上昇を防止するようになっている。なお、パティキュレートが酸化されるためには酸素が必要であるから、添加燃料供給ノズル４４からの添加燃料の供給量は、ＤＰＮＲ４３の全体の空燃比がリッチとならない程度（即ち、ＤＰＮＲ４３内にパティキュレートを酸化させるための酸素が十分に存在するリーン空燃比が得られる程度）の量に設定される。
【００４７】
更に、ＤＰＮＲ４３は、前記担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを、前記担持した白金とともに担持している。
【００４８】
これにより、ＤＰＮＲ４３は、同ＤＰＮＲ４３に流入するガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのときにＮＯｘを吸収し、同流入するガスの空燃比が理論空燃比、又は理論空燃比よりもリッチのときに吸収したＮＯｘをＮＯ2又はＮＯとして放出するようになっている。また、この放出されたＮＯ2又はＮＯはＤＰＮＲ４３に流入するリッチ空燃比のガス中の未燃ＨＣや未燃ＣＯと反応してＮ2に還元せしめられて外部に放出される。このように、ＤＰＮＲ４３は、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。
【００４９】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（再循環通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲ量）が、機関回転速度NEと一吸気行程あたりの筒内燃料噴射量Ｑfin（又は、アクセル操作量Accpに基づく要求トルクTQ）とに応じて決定される目標ＥＧＲ量と等しくなるように、排気還流管５１により構成されるＥＧＲ通路の開口断面積を変更するようになっている。なお、ＥＧＲ弁により、ＥＧＲ率を制御するように構成してもよい。
【００５０】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、及びＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００５１】
インターフェース６５は、新気量計測手段であって吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流の吸気管３２に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路（吸気マニホールド３１）に配置された吸気酸素濃度センサ７３、第３気筒の燃焼室上部に配置された燃焼圧センサ７４、エンジン本体２０のシリンダボアライナー部に配設された壁面温度センサ７５、第１気筒の燃焼室に対して配置された光学式煤センサ７６、及びタービン３５ｂの下流側でＤＰＮＲ４３の上流側の排気管４２内に配置された排気酸素濃度センサ７７、機関回転速度センサ７８、排気還流遅れ検出用酸素濃度センサ７９、及びアクセル開度センサ８１と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。
【００５２】
また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、添加燃料供給管４５の燃料通路を開閉する電磁開閉弁４４ａ、排気絞り弁アクチュエータ４６ａ、及びＥＧＲ弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００５３】
熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同質量流量を表す信号Ｇaを発生するようになっている。吸気温センサ７２は、エンジン１０の気筒（即ち、燃焼室）に吸入される新気の温度（即ち、吸気温度）を検出し、同吸気温度を表す信号Ｔｂを発生するようになっている。吸気酸素濃度センサ７３は、エンジン１０の気筒（即ち、燃焼室）に吸入されるガス中の酸素濃度（即ち、吸気酸素濃度）を検出し、同吸気酸素濃度を表す信号ＸO2INを発生するようになっている。
【００５４】
燃焼圧センサ７４は、第３気筒の燃焼室内の圧力を検出し、同燃焼室内圧力Ｐａを表す信号を発生するようになっている。壁面温度センサ７５は、燃焼室壁面温度を検出し、同燃焼室壁面温度を表す信号Ｔhekiを表す信号を発生するようになっている。
【００５５】
光学式煤センサ７６は、第１気筒のシリンダ壁面であって、同第１気筒のピストンが上死点にあるときに、同第１気筒のピストンの最上位置に配された第１ピストンリングの下方であって、同第１気筒のピストンが下死点に向けて僅かに移動したときに同第１ピストンリングの上方に位置する部分に透光性の窓を備えるとともに、同窓の反射率を測定することにより同第１気筒の燃焼室内に発生した煤量Ｓsootを測定するようになっている。
【００５６】
排気酸素濃度センサ７７は、エンジン１０の気筒（即ち、燃焼室）から排出された排気ガス中の酸素濃度（即ち、排気酸素濃度）を検出し、同排気酸素濃度を表す信号ＸO2Rを発生するようになっている。機関回転速度センサ７８は、エンジン１０の回転速度を検出し、機関回転速度NEを表す信号を発生するとともに、各気筒の絶対クランク角度を検出し得るようになっている。排気還流遅れ検出用酸素濃度センサ７９は、エンジン１０に新たに吸入される新気と還流された排気とが混合される直前の排気還流管５１内の酸素濃度を検出する排気還流遅れ検出用酸素濃度検出手段を構成するもので、排気還流管５１のＥＧＲ弁５２の近傍に設けられていて、ＥＧＲ弁５２に導入される直前の排気管流管５１内の酸素濃度（還流排気中酸素濃度）を検出し、同還流排気中酸素濃度ＸO2INRを表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ８１は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル操作量を表す信号Accpを発生するようになっている。
【００５７】
＜第１実施形態のパティキュレート排出量推定方法＞
次に、上記のように構成された排気浄化装置に含まれるパティキュレート排出量推定装置によるパティキュレート排出量の推定方法について説明する。このパティキュレート排出量推定装置は、下記数１（数１で記述されたパティキュレート排出量推定モデル）に基いて単位時間あたりにエンジン本体２０から排出されるパティキュレート排出量ＰＭを推定する。なお、数１において、Ａsftはパティキュレート生成定数（以下、単に「生成定数」とも呼ぶ。）、Ａsotはパティキュレート酸化定数（以下、単に「酸化定数」とも呼ぶ。）、Ｑは単位時間あたりの燃料噴射量、Ｘ02は排気酸素濃度（酸素O2のモル分率）、及びＣは予め定められた定数である。
【００５８】
【数１】
ＰＭ＝Ａsft・Ｑ／（Ａsot・ＸO2）＋Ｃ／exp（Ａsot・ＸO2）
【００５９】
ここで、上記数１の根拠について簡単に説明する。下記数２，数３は、煤の生成及び酸化についてのモデルとしてＳＡＥペーパー９３０６１２（タイトル「Approach to Low Nox and Smoke Emission Engines by Using Phenomenological Simulation」）にて紹介された実験式である広安モデル（Sootモデル）を記述した式である。数２，数３において、Ｍsfは煤の生成量、Ａsfは定数、Ｍfvは１ストロークあたりの燃料噴射量Ｍfの燃料のうち気化率（燃焼割合）RHRで気化して燃焼した燃料量、Ｐは燃焼圧力、Ｒは気体定数、Ｔは燃焼温度、Ｍscは煤の酸化量、Ａsoは定数、及びＭsは煤の排出量である。
【００６０】
【数２】
dＭsf／dt＝Ａsf・Ｍfv・Ｐ0.5・exp（−12500／(Ｒ・Ｔ)）
【００６１】
【数３】
dＭsc／dt＝Ａso・Ｍs・ＸO2・Ｐ1.8・exp（−14000／(Ｒ・Ｔ)）
【００６２】
煤の生成量の変化量dＭs／dtは、煤の生成量（dＭsf／dt）から煤の酸化量（dＭsc／dt）を減算した値であるから、下記数４が成立する。
【００６３】
【数４】
dＭs／dt＝dＭsf／dt−dＭsc／dt
【００６４】
ここで、燃焼温度Ｔ、燃焼圧力Ｐ、及び燃焼割合RHRを、機関回転速度NEと単位時間あたりの燃料噴射量Ｑが変化した場合であっても、それぞれ一定であると仮定し、Ｍfv＝Ａrhr・Ｍf、Ｐ0.5＝Ａpf、exp（−12500／(Ｒ・Ｔ)）＝Ａtf、Ｐ1.8＝Ａpo、及びexp（−14000／(Ｒ・Ｔ)）＝Ａtoとおくと、上記数２〜上記数４より下記数５が得られる。なお、値Ａrhr、Ａpf、Ａtf、Ａpo、Ａtoは、定数である。
【００６５】
【数５】
dＭs／dt＝Ａsf・Ａrhr・Ｍf・Ａpf・Ａtf−Ａso・Ｍs・ＸO2・Ａpo・Ａto
【００６６】
そこで、パティキュレートの生成定数Ａsft、及びパティキュレートの酸化定数Ａsotをそれぞれ下記数６，数７のように定義すると、上記数５は下記数８のように書き換えられる。
【００６７】
【数６】
Ａsft＝Ａsf・Ａrhr・Ａpf・Ａtf
【００６８】
【数７】
Ａsot＝Ａso・Ａpo・Ａto
【００６９】
【数８】
dＭs／dt＝Ａsft・Ｍf−Ａsot・Ｍs・ＸO2
【００７０】
数８で表されたＭsについての微分方程式を解くと、下記数９が得られる。
【００７１】
【数９】
Ｍs＝Ａsft・Ｍf／（Ａsot・ＸO2）＋Ｃ１／exp（Ａsot・ＸO2・t）
【００７２】
いま、エンジン１０の運転状態が、燃料噴射量Ｑfin、及び機関回転速度NEが変化しない定常運転状態であると仮定すると、上記数９の右辺第２項は時間に依存しないと考えることができる。また、上記数２，数３により表される広安モデルは煤についてのモデルであるところ、パティキュレートにはＳＯＦやサルフェートが含まれているから、この煤以外のパティキュレートの排出量を生成定数Ａsft及び酸化定数Ａsotの値に反映させる。そして、これらの考えと、上記数９の単位を変換することにより、上記数１と同一である下記数１０が得られる。この数１０が、本パティキュレート排出量推定装置が用いるモデルを記述した式である。
【００７３】
【数１０】
ＰＭ＝Ａsft・Ｑ／（Ａsot・ＸO2）＋Ｃ／exp（Ａsot・ＸO2）
【００７４】
次に、上記数１０（数１）を使用してパティキュレート排出量ＰＭを求める方法について説明する。上記数１０において、Ｑは単位時間あたりの燃料噴射量（単位は、g/h）であり、１ストロークあたりの燃料噴射量Ｑfin（単位は、mm3/ストローク）と機関回転速度NEとに基いて求めることができる。例えば、４気筒ディーゼル機関であれば、クランク軸の一回転（エンジン一回転）あたり２回の爆発行程が存在するから、Ｑ＝Ｋ・Ｑfin・２・NE（Ｋは定数）である。
【００７５】
そこで、燃料噴射量Ｑfinと機関回転速度NEとを一定の状態（Ｑfin＝Ｑfin０，NE＝NE０）に維持し、例えば、ＥＧＲ弁５２の開度を変更することにより排気酸素濃度ＸO2を変更し、そのときの排気酸素濃度ＸO2とパティキュレート排出量ＰＭとを実測する。そして図２に示したように、異なる排気酸素濃度ＸO2に対するパティキュレート排出量ＰＭの実測データ点を少なくとも３点Ｐ１〜Ｐ３ほど得て、上記数１０で表される曲線が同３点Ｐ１〜Ｐ３を通るように、生成定数Ａsftと酸化定数Ａsotとを、例えば、最小二乗法により決定する。
【００７６】
以降、同様に、燃料噴射量Ｑfinと機関回転速度NEとを異なる値に維持しながら排気酸素濃度ＸO2を変更してパティキュレート排出量ＰＭを測定し、そのデータに基いて同燃料噴射量Ｑfinと同機関回転速度NEとにおける生成定数Ａsftと酸化定数Ａsotとを決定し、図３のフローチャートにおけるステップ３０５、及びステップ３１０中にそれぞれ示したように、燃料噴射量Ｑfin（実質的に燃料噴射量Ｑfinに応じた値であればよい）及び機関回転速度NEに対するパティキュレート生成定数Ａsftの関係を規定した生成定数テーブルと、燃料噴射量Ｑfin（実質的に燃料噴射量Ｑfinに応じた値であればよい）及び機関回転速度NEとパティキュレート酸化定数Ａsotの関係を規定した酸化定数テーブルを作成し、ＲＯＭ６２内に格納しておく。
【００７７】
そして、実際のエンジン運転においては、その時点における燃料噴射量Ｑfin及び機関回転速度NEと上記ＲＯＭ６２内に格納した二つのテーブルとから生成定数Ａsftと酸化定数Ａsotとを決定し、決定した生成定数Ａsftと酸化定数Ａsotとを上記数１０（数１）に適用するとともに、実際の単位時間当たりの燃料噴射量Ｑを数１に代入し、排気酸素濃度センサ７７が検出する実際の排気酸素濃度ＸO2Rを排気酸素濃度ＸO2として同数１０に代入しパティキュレート排出量ＰＭを推定する。以上が、本実施形態のパティキュレート排出量推定方法である。
【００７８】
なお、上記数１０によれば、パティキュレート排出量ＰＭは排気酸素濃度ＸO2に対して単調減少する。しかしながら、この傾向はエンジン１０に吸入されるガスの空燃比が例えば約２０よりも大きな空燃比である場合にのみ有効であって、同空燃比Ａ／Ｆを２０以下として燃焼温度を低温とすることでパティキュレート排出量を抑制する燃焼（所謂、低温燃焼）には対応していない。従って、上記パティキュレート排出量推定方法は、エンジン１０に吸入されるガスの空燃比が低温燃焼をもたらす所定の空燃比の最大値（約２０）よりも大きい場合にのみ適用することとする。
【００７９】
＜第１実施形態の作動＞
次に、本パティキュレート排出量推定装置を含む排気浄化装置の作動について説明すると、電気制御装置６０のＣＰＵ６１はアクセル開度センサ８１により検出されるアクセル操作量Accpと機関回転速度センサ７８により検出される機関回転速度NEとＲＯＭ６２内に格納されているテーブルとに基いて燃料噴射量Ｑfinを決定し、同決定された燃料噴射量Ｑfinの燃料が爆発行程を迎えた気筒に対して噴射されるように、同気筒に対する燃料噴射弁２１に駆動信号を発生する。
【００８０】
同様に、ＣＰＵ６１は前記検出されるアクセル操作量Accpと前記検出される機関回転速度NEとＲＯＭ６２内に格納されているテーブルとに基いて目標ＥＧＲ量（又は、目標ＥＧＲ率）を決定し、排気還流管５１を介して還流される排気量が同決定された目標ＥＧＲ量となるように、ＥＧＲ弁５２に駆動信号を発生する。
【００８１】
また、ＣＰＵ６１は、図３にフローチャートにより示したパティキュレート排出量ＰＭ推定ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ３００から処理を開始してステップ３０５に進み、その時点の機関回転速度NE及び燃料噴射量Ｑfinと上述した生成定数テーブルとに基づいて生成定数Ａsftを決定し、次のステップ３１０にて、同機関回転速度NE及び同燃料噴射量Ｑfinと上述した酸化定数テーブルとに基づいて酸化定数Ａsotを決定する。
【００８２】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップ３１５に進んで排気酸素濃度センサ７７が検出している排気酸素濃度ＸO2Rを排気酸素濃度ＸO2として取得し、ステップ３２０に進んで、ステップ３０５にて決定した生成定数Ａsft、ステップ３１０にて決定した酸化定数Ａsot、ステップ３１５にて取得した排気酸素濃度ＸO2、及び上記数１（数１０）に基いてパティキュレート排出量ＰＭを推定する。なお、ステップ３２０に記載したように、上記数１における単位時間あたりの燃料噴射量Ｑは下記数１１により求められる。
【００８３】
【数１１】
Ｑ＝Ｋ・Ｑfin・２・NE
【００８４】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３２５に進み、ステップ３２０にて推定したパティキュレート排出量ＰＭに、本ルーチンの実行時間間隔TSAMPLE（秒）を３６００（秒）で除した値を乗じて、その結果を現時点のパティキュレート排出量合計値SUMPMに加え、新たなパティキュレート排出量合計値SUMPMを得る。その後、ＣＰＵ６１は、ステップ３９５にて本ルーチンを一旦終了する。以降、ＣＰＵ６１は本ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に繰り返し実行する。この結果、パティキュレート排出量ＰＭとパティキュレート排出量合計値SUMPMが更新されて行く。
【００８５】
また、ＣＰＵ６１は、別途図示しないＤＰＮＲ４３を再生させるフィルタ再生制御ルーチンを実行し、上記パティキュレート排出量合計値SUMPMが所定値以上となると、添加燃料供給ノズル４４からＤＰＮＲ４３に添加燃料を供給し、同添加燃料がＤＰＮＲ４３の内部で燃焼することに伴って発生する熱により触媒床温を上昇せしめ、パティキュレートの酸化速度を上昇させることで堆積したＤＰＮＲ４３をより多く酸化する。
【００８６】
以上、説明したように、第１実施形態に係るパティキュレート推定装置によれば、排気酸素濃度ＸO2と燃料噴射量Ｑのみを変数とした関数（上記数１のモデル）に基いてパティキュレート排出量ＰＭが推定される。即ち、数１にて示されるモデルは変数が少なく簡素なモデルであって、その計算も単純であるから、通常の制御用コンピュータによってもパティキュレート排出量ＰＭをリアルタイムに推定することができる。しかも、そのモデルの変数である排気酸素濃度は、燃焼温度や燃焼圧力等に比べて比較的測定精度を確保し易い変数であるから、パティキュレート排出量ＰＭの推定を精度良く行うことができる。
【００８７】
また、上記数１のモデルにおけるパティキュレート生成定数Ａsftとパティキュレート酸化定数Ａsotは、燃料噴射量Ｑfinと機関回転速度NEとを一定に維持した場合において、実際に測定したパティキュレート排出量ＰＭにより決定される。従って、生成定数Ａsftと酸化定数Ａsotは、燃料噴射量Ｑfinと機関回転速度NEとで定まる各運転状態毎での燃焼温度、燃焼圧力、燃焼割合、燃焼形式、燃料噴射弁２１の形状、及びエンジン１０の排気量等のパティキュレート排出量に影響を及ぼす総べてのパラメータが反映された値となる。この結果、適合に要する工数を少なくしつつ、精度良くパティキュレート排出量を推定することができる。
【００８８】
また、排気酸素濃度ＸO2の関数としてパティキュレート排出量ＰＭを推定するから、例えば、過給機付きエンジンにおいて顕著に表れる過渡運転（加速運転）状態での新気の燃焼室流入遅れ、或いは過渡運転状態への移行に伴うＥＧＲ量変化遅れによるパティキュレート排出量への影響に対しても、これを排気酸素濃度で捉えることができるので、過渡運転状態におけるパティキュレート排出量を精度良く推定することが可能となる。
【００８９】
更に、ディーゼル機関１０の適合過程において、燃料噴射量、機関回転速度、及び冷却水温等に対する目標ＥＧＲ量の設定を変更した場合であっても、ＥＧＲ量の変化は排気酸素濃度に現われるから、上記パティキュレート生成定数Ａsft、及びパティキュレート酸化定数Ａsotを再び適合し直す必要がない。従って、第１実施形態によれば、このような場合にも適合工数を低減することができる。
【００９０】
（２．第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む内燃機関の排気浄化装置について説明する。この排気浄化装置は、ＥＧＲ装置５０による排気還流の遅れを考慮して現時点の排気酸素濃度（数１に使用する排気酸素濃度）ＸO2の値の精度を向上することで、パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上する点のみにおいて、第１実施形態の排気浄化装置と異なっている。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。
【００９１】
＜第２実施形態のパティキュレート排出量推定方法＞
排気酸素濃度ＸO2は、エンジン１０の運転状態に応じて変化する。従って、エンジンの運転状態がある運転状態から別の運転状態へと急変すると、排気酸素濃度ＸO2も急変する。一方、排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rは、燃焼室から排出された直後の排気酸素濃度ＸO2に対して時間的に遅れた挙動を示す。
【００９２】
他方、排気還流管５１を介して還流される排気が再び燃焼室に流入するまでには所定の時間を要する。換言すると、エンジン１０の運転状態の急変に伴う排気酸素濃度ＸO2の急変が、排気還流によって新たな排気酸素濃度ＸO2の変化をもたらすまでには所定の時間（以下、この時間を「排気還流遅れ時間」と称呼する。）を要する。
【００９３】
そこで、本実施形態は、かかる排気還流遅れ時間Ｔｄを計測・学習しておき、エンジンの運転状態が変化して排気酸素濃度ＸO2が急変した場合（例えば、これは、排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rが急変することで検出できる。）には、同運転状態の変化から排気還流遅れ時間Ｔｄの経過後に、同運転状態の変化に伴って酸素濃度が変化した排気が燃焼室に吸気され、その時点で排気酸素濃度が更に急変するとの考えに基いて同排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rを補正することにより、上記数１にて使用する排気酸素濃度ＸO2の精度を高める。
【００９４】
ここで、排気還流遅れ時間Ｔｄの計測方法について図４（Ａ）を参照しながら述べる。図４（Ａ）において、実線は排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rを示し、破線は排気還流遅れ検出用酸素濃度センサ７９が検出する還流排気中酸素濃度ＸO2INRを示している。
【００９５】
エンジン１０の運転状態が時刻ｔ１にて急変すると、燃焼室から排出された直後の排気酸素濃度ＸO2は直ちに変化を開始し、排気酸素濃度センサ７７の検出する排気酸素濃度ＸO2は時刻ｔ１よりも遅れた時刻ｔ２にて変化を開始する。また、排気還流遅れ検出用酸素濃度センサ７９が検出する還流排気中酸素濃度ＸO2INRは時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３から変化を開始する。従って、時刻ｔ２と時刻ｔ３を知ることにより、排気還流遅れ時間Ｔｄ（＝ｔ３−ｔ２）を求めることができる。
【００９６】
本実施形態は、このようにして排気還流遅れ時間Ｔｄを求め、更に、図４（Ｂ）に示したように、エンジン１０の運転状態の急変に伴い排気酸素濃度センサ７７によって検出される排気酸素濃度ＸO2Rが時刻ｔ４にて変化を開始した場合、同時刻ｔ４から排気還流遅れ時間Ｔｄの経過後である時刻ｔ５には時刻ｔ４において検出された排気酸素濃度ＸO2の変化が現われているはずであると考え、同時刻ｔ５以降において、実線にて示した排気酸素濃度センサ７７の検出する排気酸素濃度ＸO2を一点鎖線で示したように補正する。
【００９７】
この補正は、初期値を排気酸素濃度補正初期値ｋ１とし、その後、時間経過とともに「０」に向けて減衰する補正量を求め、同補正量を排気酸素濃度センサ７７の検出する排気酸素濃度ＸO2Rに加えることにより行う。なお、排気酸素濃度補正初期値ｋ１は、定常運転状態から過渡運転状態に変化した時点の燃料噴射量Ｑfinと機関回転速度NEとに基いて定められ、正の所定値又は負の所定値をとる。
【００９８】
＜第２実施形態の作動＞
次に、第２実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む排気浄化装置の作動について説明する。本装置のＣＰＵ６１は図４〜図６に示した各ルーチンを追加的に実行する点を除き、同第１実施形態のＣＰＵ６１と同一の処理を行うようになっている。従って、以下においては、かかる相違点を中心として説明する。
【００９９】
先ず、排気還流遅れ時間Ｔｄを求めるための作動から説明すると、ＣＰＵ６１は図５に示した排気還流遅れ時間学習ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ５００から処理を開始してステップ５０５に進み、学習完了フラグＧの値が「０」であるか否かを判定する。この学習完了フラグＧの値は、図示しないイグニッションスイッチが「オフ」状態から「オン」状態へと変更されたときに図示しないイニシャルルーチンにて「０」に設定されるようになっている。
【０１００】
従って、いま、イグニッションスイッチが「オフ」状態から「オン」状態へと変更された直後であるとして説明を続けると、学習完了フラグＧの値は「０」となっている。このため、ＣＰＵ６１はステップ５０５に「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１０に進み、排気還流遅れ時間計測中フラグＦの値が「１」であるか否かを判定する。このフラグＦの値は、上述したイニシャルルーチンにて「０」に設定されるようになっている。
【０１０１】
このため、ＣＰＵ６１はステップ５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１５に進み、排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rと、所定時間前の同排気酸素濃度ＸO2ROLDとの差の絶対値（即ち、排気酸素濃度ＸO2Rの所定時間内の変化量）が所定の閾値ＴＨ１より大きいか否かを判定する。この場合、エンジン１０の運転状態が定常状態にあれば、排気酸素濃度ＸO2Rの所定時間内の変化量は小さいから、ＣＰＵ６１はステップ５１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０２】
以降、ＣＰＵ６１は本ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返す。従って、エンジン１０の運転状態が変化して排気酸素濃度ＸO2Rの所定時間内の変化量が閾値ＴＨ１より大きくなると、ＣＰＵ６１はステップ５１５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０に進み、排気還流遅れ時間計測中フラグＦの値を「１」に設定するとともに、カウンタＣ１の値を「０」に設定し、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０３】
そして、所定の時間が経過してＣＰＵ６１が本ルーチンを再び実行すると、同ＣＰＵ６１はステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定するとともに、排気還流遅れ時間計測中フラグＦの値が「１」に変更されているから、ステップ５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３０に進み、同ステップ５３０にて排気還流遅れ検出用酸素濃度センサ７９が検出する還流排気中酸素濃度ＸO2INRと、所定時間前の同還流排気中酸素濃度ＸO2INROLDとの差の絶対値（即ち、還流排気中酸素濃度ＸO2INRの所定時間内の変化量）が所定の閾値ＴＨ２より大きいか否かを判定する。
【０１０４】
現時点においては、排気酸素濃度ＸO2の所定時間内の変化量が閾値ＴＨ１より大きくなった直後であるから、その排気酸素濃度ＸO2Rが変化した排気が排気還流遅れ検出用酸素濃度センサ７９の配設位置にまで到達していない。従って、還流排気中酸素濃度ＸO2INRの所定時間内の変化量は閾値ＴＨ２よりも小さいので、ＣＰＵ６１はステップ５３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３５に進み、カウンタＣ１の値を「１」だけ増大した後、ステップ５９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１０５】
以降、ＣＰＵ６１は、還流排気中酸素濃度ＸO2INRの所定時間内の変化量が閾値ＴＨ２より大きくなるまで、ステップ５００〜ステップ５１０、ステップ５３０、及びステップ５３５を繰り返し実行するので、カウンタＣ１の値は所定時間の経過毎に「１」だけ増大して行く。そして、所定の時間が経過して還流排気中酸素濃度ＸO2INRの所定時間内の変化量が閾値ＴＨ２より大きくなると、ＣＰＵ６１はステップ５３０に進んだとき、同ステップ５３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５４０に進み、排気還流遅れ時間Ｔｄとして上記カウンタＣ１の値を格納し、続くステップ５４５にて学習完了フラグＧの値を「１」に設定した後、ステップ５９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１０６】
このように、ＣＰＵ６１は、排気酸素濃度ＸO2Rの所定時間内の変化量が閾値ＴＨ１より大きくなってから、還流排気中酸素濃度ＸO2INRの所定時間内の変化量が閾値ＴＨ２より大きくなるまでの時間をカウンタＣ１により計測し、同計測した時間を排気還流遅れ時間Ｔｄとして学習する。
【０１０７】
また、ＣＰＵ６１は、図６に示した排気酸素濃度補正初期値ｋ１決定ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、燃料噴射量Ｑfinと所定時間前の燃料噴射量Ｑfinoldとの差の絶対値が所定の閾値ＴＨ３より大きくなったか否かを判定する。このステップは、エンジン１０の運転状態が過渡状態となったか否かを判定するために設けられたステップである。
【０１０８】
いま、エンジン１０の運転状態が過渡運転状態でなく定常運転状態であるとして説明を続けると、この場合燃料噴射量Ｑfinと所定時間前の燃料噴射量Ｑfinoldとの差の絶対値は所定の閾値ＴＨ３より小さいので、ＣＰＵ６１はステップ６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。このように、エンジン１０が定常運転状態にあるとき、排気酸素濃度補正初期値ｋ１は更新されない。
【０１０９】
その後、エンジン１０の運転状態が過渡運転状態となると、燃料噴射量Ｑfinと所定時間前の燃料噴射量Ｑfinoldとの差の絶対値は所定の閾値ＴＨ３より大きくなる。従って、ＣＰＵ６１はステップ６０５に進んだとき、同ステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、過渡運転状態フラグＨ１の値を「１」に設定する。この過渡運転状態フラグＨ１は、その値が「１」のときエンジン１０の運転状態が過渡運転状態となったことを示し、図示しない前述したイニシャルルーチンにより「０」に設定されるようになっている。
【０１１０】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ６１５に進み、その時点の燃料噴射量Ｑfinと機関回転速度NEと予めＲＯＭ６２に記憶されているテーブルとに基いて、同燃料噴射量Ｑfinと同機関回転速度NEとが維持された場合の排気酸素濃度を予測排気酸素濃度ＳＸO2Rとして予測し、続くステップ６２０にて排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rが前記予測排気酸素濃度ＳＸO2Rより大きいか否かを判定する。
【０１１１】
そして、ＣＰＵ６１は、予測排気酸素濃度ＳＸO2Rが現時点の排気酸素濃度センサ７７の検出する排気酸素濃度ＸO2Rよりも大きいとき、ステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２５に進み、排気酸素濃度補正初期値ｋ１を所定値Ａ１の絶対値に設定し、ステップ６９５にて本ルーチンを一旦終了する。これに対し、予測排気酸素濃度ＳＸO2Rが現時点の排気酸素濃度センサ７７の検出する排気酸素濃度ＸO2Rよりも小さいとき、ステップ６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進み、排気酸素濃度補正初期値ｋ１を所定値Ａ１の絶対値の符号を負とした値に設定し、ステップ６９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１１２】
このように、ＣＰＵ６１は、エンジン１０の運転状態が変化した後の排気酸素濃度が如何なる濃度になるかを予測排気酸素濃度ＳＸO2Rとして予測し、現時点の排気酸素濃度ＸO2R（即ち、エンジン１０の運転状態が変化する前の運転状態により得られた排気酸素濃度ＸO2R）との大小比較を行う（ステップ６２０）ことにより排気酸素濃度補正初期値ｋ１を正の値とすべきか負の値にすべきかを決定し、同大小比較に応じた符号を有する同排気酸素濃度補正初期値ｋ１を決定する。即ち、エンジン１０の運転状態の変化により排気酸素濃度ＸO2Rが増大すると予測される場合は排気酸素濃度補正初期値ｋ１を正の値（|Ａ|）とし、排気酸素濃度ＸO2Rが減少するであろうと予測される場合は、排気酸素濃度補正初期値ｋ１を負の値（−|Ａ|）とする。
【０１１３】
一方、ＣＰＵ６１は、図３に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行しているから、所定のタイミングとなるとステップ３００〜３１０を実行して生成定数Ａsftと酸化定数Ａsotを決定し、ステップ３１５に進んで排気酸素濃度ＸO2を取得するため、酸素濃度ＸO2に排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rを設定してから、図７に示した酸素濃度ＸO2算出ルーチンの処理をステップ７００より開始する。
【０１１４】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ７０５に進み、補正必要フラグＨ２の値が「１」であるか否かを判定する。この補正必要フラグＨ２は、その値が「１」のとき排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rが補正される必要があることを示すとともに、その値が「０」のとき排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rが補正される必要がないことを示す。なお、補正必要フラグＨ２の値は、図示しない前述したイニシャルルーチンにより「０」に設定されるようになっている。
【０１１５】
いま、エンジン１０の運転状態が定常運転状態であるとして説明を続けると、このような場合、排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rは略一定の値を維持するから、パティキュレート排出量推定のための排気酸素濃度ＸO2として使用することができる。従って、補正必要フラグＨ２の値は「０」に維持されているので（後述するステップ７５５を参照）、ＣＰＵ６１はステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７１０に進み、過渡運転状態フラグＨ１の値が「１」であるか否かを判定する。
【０１１６】
図６に示したルーチンのステップ６０５及びステップ６１０にて説明したように、過渡運転状態フラグＨ１の値は、エンジン１０が定常運転状態にある場合は「０」に維持されている。従って、ＣＰＵ６１はステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rがパティキュレート排出量推定用の酸素濃度ＸO2となる。
【０１１７】
次に、エンジン１０の運転状態が定常運転状態から過渡運転状態へと変化した場合について説明する。この場合、燃料噴射量Ｑfinが急変するから、ＣＰＵ６１は図６のステップ６０５を実行するとき、同ステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６１０に進んで過渡運転状態フラグＨ１の値を「１」に設定する。ただし、この段階では、補正必要フラグＨ２の値は「０」に維持されている。
【０１１８】
この結果、ＣＰＵ６１が図３のルーチンのステップ３１５の実行に際し図７のルーチンのステップ７０５に至ると、同ステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７１０に進み、同ステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１５に進んで排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rと所定時間前の排気酸素濃度ＸO2ROLDとの差の絶対値が所定の閾値ＴＨ４より大きくなったか否かを判定する。換言すると、ステップ７１５において、ＣＰＵ６１は、エンジン１０の運転状態の変化に伴う酸素濃度の急変が排気酸素濃度センサ７７により検出されたか否かを判定する。
【０１１９】
現時点は、エンジン１０の運転状態が過渡運転状態に変化した直後であるから、同エンジン１０の燃焼室から排出された直後の排気中の排気酸素濃度は変化しても、同変化は排気酸素濃度センサ７７により検出されない。従って、ＣＰＵ６１はステップ７１５にて「Ｎｏ」と判定して本ルーチンを一旦終了する。
【０１２０】
その後、所定の時間が経過すると、運転状態の変化に伴う排気酸素濃度の変化が排気酸素濃度センサ７７により検出される。このとき、ＣＰＵ６１がステップ７１５に至ると、同ＣＰＵ６１は同ステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、カウンタＣ２の値を「０」に設定するとともに、続くステップ７２５にて補正必要フラグＨ２の値を「１」に設定し、その後ステップ７９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１２１】
その後、ＣＰＵ６１が図３に示したパティキュレート排出量推定ルーチンを実行すると、ステップ３１５の処理に伴うステップ７０５の処理において「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進み、同ステップ７３０にてカウンタＣ２の値を「１」だけ増大し、続くステップ７３５にてカウンタＣ２の値が前述した排気還流遅れ時間Ｔｄ以上となったか否かを判定する。この時点では、ＣＰＵ６１はステップ７３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み本ルーチンを一旦終了する。この結果、ステップ３１５にて取得される排気酸素濃度ＸO2は依然として排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rに維持される。
【０１２２】
その後、ＣＰＵ６１はステップ７３０を繰り返し実行するようになるから、カウンタＣ２の値は次第に増大し、排気還流遅れ時間Ｔｄが経過するとカウンタＣ２の値が排気還流遅れ時間Ｔｄと一致する。従って、ＣＰＵ６１はステップ７３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４０に進み、下記数１２に従って排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rを補正する。ここで、ｋ１は上述した図６に示したルーチンにより決定される排気酸素濃度補正初期値ｋ１である。
【０１２３】
【数１２】
ＸO2＝ＸO2R＋ｋ１／exp（Ｃ２−Ｔ）
【０１２４】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ７４５にて、上記数１２の第２項である排気酸素濃度補正値ｋ１／exp（Ｃ２−Ｔ）の絶対値が所定の閾値ＴＨ５より小さくなったか否かを判定する。閾値ＴＨ５は、補正初期値ｋ１よりも小さい値に選択されている。現時点においてはＣ２＝Ｔであるから、排気酸素濃度補正値ｋ１／exp（Ｃ２−Ｔ）は初期値ｋ１と等しく、閾値ＴＨ５より大きいので、ＣＰＵ６１はステップ７４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、ＣＰＵ６１が図３に示したルーチンのステップ３２０にて使用する酸素濃度ＸO2は、排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rに初期値ｋ１を加えた値となる。
【０１２５】
以降、このような処理が継続されてカウンタＣ２の値がステップ７３０にて増大し続けるので、排気酸素濃度補正値ｋ１／exp（Ｃ２−Ｔ）の絶対値は次第に減少するとともに、ステップ７４０にて求められる酸素濃度ＸO2がパティキュレート排出量ＰＭの推定に用いられる。そして、排気酸素濃度補正値ｋ１／exp（Ｃ２−Ｔ）の絶対値が所定の閾値ＴＨ５より小さくなると、ＣＰＵ６１はステップ７４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７５０に進み、過渡運転状態フラグＨ１の値を「０」に設定するとともに、続くステップ７５５にて補正必要フラグＨ２の値を「０」に設定して、ステップ７９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１２６】
この結果、ＣＰＵ６１が再び図７に示したルーチンを実行すると、同ＣＰＵ６１はステップ７０５にて「Ｎｏ」、ステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定するようになるので、排気酸素濃度センサ７７が検出する排気酸素濃度ＸO2Rが補正されることなくパティキュレート排出量ＰＭを推定するための排気酸素濃度ＸO2として使用されるようになる。
【０１２７】
以上、説明したように、第２実施形態のパティキュレート排出量推定装置は、パティキュレート排出量ＰＭの推定に用いる排気酸素濃度ＸO2を、燃焼室から排出された直後の排気酸素濃度により近い値となるように、排気還流遅れ時間を考慮して求める。従って、パティキュレート排出量ＰＭの推定精度がより一層向上する。
【０１２８】
（３．第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む内燃機関の排気浄化装置について説明する。この排気浄化装置は、吸気酸素濃度を考慮してパティキュレート排出量ＰＭの推定を行うことで、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上する点、具体的には、ＣＰＵ６１が図３に示したルーチンに代えて図８に示したパティキュレート排出量推定ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に実行する点においてのみ、第１実施形態の排気浄化装置と異なっている。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。なお、図８において、図３と同一のステップには同一の符号を付し、その詳細説明を省略する。
【０１２９】
ＣＰＵ６１は、所定のタイミングになると、ステップ８００から処理を開始し、ステップ３０５からステップ３１５を実行することで、生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを決定するとともに、排気酸素濃度ＸO2を取得する。なお、排気酸素濃度ＸO2は、上記第２実施形態のように、排気還流遅れ時間Ｔｄを考慮して取得されるように構成してもよい。
【０１３０】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ８０５に進み、吸気酸素濃度センサ７３が検出する吸気酸素濃度ＸO2INを読み込み、続くステップ８１０にて同吸気酸素濃度ＸO2INに応じてＲＯＭ６２内に格納されている吸気酸素濃度補正係数テーブルに基いて吸気酸素濃度補正係数ｆXO2を算出する。吸気酸素濃度補正係数テーブル内の吸気酸素濃度補正係数ｆXO2は実験的に適合されている値である。そして、ＣＰＵ６１は、下記数１３に基づいてパティキュレート排出量ＰＭを推定する。
【０１３１】
【数１３】
ＰＭ=Ａsft・(Ｋ・Ｑfin・2・NE)・ｆXO2/(Ａsot・ＸO2)+Ｃ/exp(Ａsot・ＸO2）
【０１３２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３２５にてパティキュレート排出量合計値SUMPMを求め、ステップ８９５にて本ルーチンを一旦終了する。以降、ＣＰＵ６１は本ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に繰り返し実行する。この結果、パティキュレート排出量ＰＭとパティキュレート排出量合計値SUMPMが更新されて行く。
【０１３３】
このように、第３実施形態によれば、吸気酸素濃度ＸO2INにも基いてパティキュレート排出量ＰＭが推定される。吸気酸素濃度ＸO2INは燃焼温度に大きな影響を及ぼすから、パティキュレート排出量ＰＭも吸気酸素濃度ＸO2INによる影響を受ける。従って、この第３実施形態のように、吸気酸素濃度補正係数ｆXO2を導入してパティキュレート排出量ＰＭを推定するようにすれば、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上することができる。なお、吸気酸素濃度ＸO2INに応じて第２吸気酸素濃度補正係数ｆ２XO2を求め、数１３の右辺第２項にも乗じるようにしてもよい。
【０１３４】
（４．第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む内燃機関の排気浄化装置について説明する。この排気浄化装置は、燃焼室壁面温度に基いて推定された燃焼温度を考慮してパティキュレート排出量ＰＭの推定を行うことで、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上する点、具体的には、ＣＰＵ６１が図３に示したルーチンに代えて図９に示したパティキュレート排出量推定ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に実行する点においてのみ、第１実施形態の排気浄化装置と異なっている。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。なお、図９において、図３と同一のステップには同一の符号を付し、その詳細説明を省略する。
【０１３５】
ＣＰＵ６１は、所定のタイミングになると、ステップ９００から処理を開始し、ステップ３０５からステップ３１５を実行することで、生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを決定するとともに、排気酸素濃度ＸO2を取得する。なお、排気酸素濃度ＸO2は、上記第２実施形態のように、排気還流遅れ時間Ｔｄを考慮して取得されるように構成してもよい。
【０１３６】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ９０５に進み、壁面温度センサ７５が検出する燃焼室壁面温度Ｔhekiを読み込み、続くステップ９１０にて燃焼室壁面温度Ｔhekiに熱伝達効率ηを乗じて燃焼平均温度Ｔnenを求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ９１５にて燃焼平均温度Ｔnenに基く補正係数ｇ（Ｔnen）を求めるとともに、これをステップ３０５にて求めた生成定数Ａsftに乗じることにより補正後の生成定数Ａsftを求め、同様に、燃焼平均温度Ｔnenに基く補正係数ｈ（Ｔnen）を求めるとともに、これをステップ３１０にて求めた酸化定数Ａsotに乗じることにより補正後の酸化定数Ａsotを求め、続くステップ３２０にてこれら補正後の定数を用いてパティキュレート排出量ＰＭを推定し、ステップ３２５にてパティキュレート排出量合計値SUMPMを求めた後、ステップ９９５にて本ルーチンを一旦終了する。なお、補正係数ｇ（Ｔnen）、及びｈ（Ｔnen）を求めるための関数ｇ，ｈは予め実験により定められていて、テーブルとしてＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１３７】
以降、ＣＰＵ６１は図９に示したルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に繰り返し実行する。この結果、パティキュレート排出量ＰＭとパティキュレート排出量合計値SUMPMが更新されて行く。
【０１３８】
以上、説明したように、第４実施形態によれば、燃焼平均温度Ｔnenに基いて生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotが修正され、この修正された生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotに基いてパティキュレート排出量ＰＭが推定される。燃焼平均温度Ｔnenは、パティキュレート排出量ＰＭに影響を与える。従って、この第４実施形態のように、燃焼平均温度Ｔnenに応じてパティキュレート排出量ＰＭを推定するように構成すれば、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上することができる。
【０１３９】
なお、第４実施形態においては、燃焼平均温度Ｔnenに基いて生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを修正することによりパティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上していたが、ステップ９１５を省略するとともに、ステップ３２０にて求めたパティキュレート排出量ＰＭを燃焼平均温度Ｔnenに応じて修正するように構成してもよい。
【０１４０】
（５．第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む内燃機関の排気浄化装置について説明する。この排気浄化装置は、吸気温度を考慮してパティキュレート排出量ＰＭの推定を行うことで、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上する点、具体的には、ＣＰＵ６１が図３に示したルーチンに代えて図１０に示したパティキュレート排出量推定ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に実行する点においてのみ、第１実施形態の排気浄化装置と異なっている。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。なお、図１０において、図３と同一のステップには同一の符号を付し、その詳細説明を省略する。
【０１４１】
ＣＰＵ６１は、所定のタイミングになると、ステップ１０００から処理を開始し、ステップ３０５からステップ３１５を実行することで、生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを決定するとともに、排気酸素濃度ＸO2を取得する。なお、排気酸素濃度ＸO2は、上記第２実施形態のように、排気還流遅れ時間Ｔｄを考慮して取得されるように構成してもよい。
【０１４２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１００５に進み、吸気温センサ７２が検出する吸気温度Ｔｂを読み込み、続くステップ１０１０にて読み込んだ吸気温度Ｔｂに応じて吸気温度補正係数ｆTbを関数ｉ（Ｔｂ）に基いて求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ１０１５にて、下記数１３に従ってパティキュレート排出量ＰＭを推定する。なお、関数ｉ（Ｔｂ）は予め実験により定められていて、テーブルとしてＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１４３】
【数１４】
ＰＭ=ｆTb・(Ａsft・(Ｋ・Ｑfin・２・NE)/(Ａsot・ＸO2)＋Ｃ/exp(Ａsot・ＸO2）)
【０１４４】
その後、ＣＰＵ６１は、ステップ３２５にてパティキュレート排出量合計値SUMPMを求めた後、ステップ１０９５にて本ルーチンを一旦終了する。以降、ＣＰＵ６１は本ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に繰り返し実行する。この結果、パティキュレート排出量ＰＭとパティキュレート排出量合計値SUMPMが更新されて行く。
【０１４５】
以上、説明したように、第５実施形態によれば、吸気温度Ｔｂにも基いてパティキュレート排出量ＰＭが推定される。吸気温度Ｔｂは燃焼温度に大きな影響を及ぼすから、パティキュレート排出量ＰＭも吸気温度Ｔｂによる影響を受ける。従って、この第５実施形態のように、吸気温度補正係数ｆTbを導入してパティキュレート排出量ＰＭを推定するようにすれば、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上することができる。
【０１４６】
（６．第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む内燃機関の排気浄化装置について説明する。この排気浄化装置は、圧縮端温度（圧縮上死点近傍における燃焼室内ガス温度）と燃焼圧力（最高燃焼圧力）とを考慮してパティキュレート排出量ＰＭの推定を行うことで、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上する点、具体的には、ＣＰＵ６１が図１１に示した圧縮端温度推定及び燃焼圧力検出ルーチンを実行する点、及び、図３に示したルーチンに代えて図１２に示したパティキュレート排出量推定ルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に実行する点においてのみ、第１実施形態の排気浄化装置と異なっている。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。なお、図１２において、図３と同一のステップには同一の符号を付し、その詳細説明を省略する。
【０１４７】
先ず、圧縮端温度Ｔtdc、及び燃焼圧力Ｐｎを検出するための作動について説明すると、ＣＰＵ６１は、図１１に示したルーチンを所定クランク角度（例えば、クランク角度１°）の経過毎に実行するようになっている。従って、エンジン１０のクランク角度が所定のクランク角度になると、ＣＰＵ６１はステップ１１００から処理を開始し、ステップ１１０５に進んで現時点のクランク角が第３気筒の圧縮上死点か否かを判定する。
【０１４８】
そして、現時点のクランク角が第３気筒の圧縮上死点であれば、ＣＰＵ６１はステップ１１１０に進んでその時点にて燃焼圧センサ７４が検出している燃焼室内圧力Ｐａと関数ｑとに基いて推定圧縮端温度Ｔtdcを求め（圧縮端温度を推定し）、ステップ１１１５に進む。一方、現時点のクランク角が第３気筒の圧縮上死点でなければ、ＣＰＵ６１は直接ステップ１１１５に進む。
【０１４９】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップ１１１５にて第３気筒が圧縮上死点となった後に、燃焼圧センサ７４が検出している燃焼室内圧力Ｐａが極大値をとったか否かを判定する。そして、燃焼室内圧力Ｐａが極大値をとっていれば、その極大値である燃焼室内圧力Ｐａを燃焼圧力Ｐｎ（燃焼中の燃焼室内圧力に関連した値）として設定し、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、燃焼室内圧力Ｐａが極大値をとっていなければ、そのままステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、圧縮端温度Ｔtdcと燃焼圧力Ｐｎが求められる。
【０１５０】
また、ＣＰＵ６１は、所定のタイミングになると、図１２のステップ１２００から処理を開始し、ステップ３０５からステップ３１５を実行することで、生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを決定するとともに、排気酸素濃度ＸO2を取得する。なお、排気酸素濃度ＸO2は、上記第２実施形態のように、排気還流遅れ時間Ｔｄを考慮して取得されるように構成してもよい。
【０１５１】
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ１２０５及びステップ１２１０にて、前述した図１１に示したルーチンにより求められている圧縮端温度Ｔtdc、及び燃焼圧力Ｐｎをそれぞれ読み込み、続くステップ１２１５にて圧縮端温度Ｔtdc及び燃焼圧力Ｐｎにより定まる補正係数ｍ（Ｔtdc，Ｐｎ）をＲＯＭ６２内に予め格納されているテーブルｍと同圧縮端温度Ｔtdcと同燃焼圧力Ｐｎとから求め、この補正係数ｍ（Ｔtdc，Ｐｎ）をステップ３０５にて求めた生成定数Ａsftに乗じることにより補正後の生成定数Ａsftを求めるとともに、同様に、圧縮端温度Ｔtdc及び燃焼圧力Ｐｎにより定まる補正係数ｎ（Ｔtdc，Ｐｎ）をＲＯＭ６２内に予め格納されているテーブルｎと同圧縮端温度Ｔtdcと同燃焼圧力Ｐｎとから求め、この補正係数ｎ（Ｔtdc，Ｐｎ）をステップ３１０にて求めた酸化定数Ａsotに乗じることにより補正後の酸化定数Ａsotを求める。
【０１５２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ３２０にてパティキュレート排出量ＰＭを推定し、ステップ３２５にてパティキュレート排出量合計値SUMPMを求めた後、ステップ１２９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１５３】
以降、ＣＰＵ６１は図１１に示したルーチンを所定クランク角度の経過毎に繰り返し実行するとともに、図１２に示したルーチンを所定時間TSAMPLEの経過毎に繰り返し実行する。この結果、パティキュレート排出量ＰＭとパティキュレート排出量合計値SUMPMが更新されて行く。
【０１５４】
以上、説明したように、第６実施形態によれば、燃焼圧センサ７４が検出する燃焼室内圧力Ｐａに基いて圧縮端温度Ｔtdcと燃焼圧力Ｐｎとが求められ、この圧縮端温度Ｔtdcと燃焼圧力Ｐｎとに基いて生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotが修正され、この修正された生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotに基いてパティキュレート排出量ＰＭが推定される。圧縮端温度Ｔtdcは燃焼温度に強く影響するから、パティキュレート排出量ＰＭも同圧縮端温度Ｔtdcによる影響を受ける。また、燃焼圧力Ｐｎはパティキュレート排出量ＰＭに強く影響する。従って、この第６実施形態のように、圧縮端温度Ｔtdcと燃焼圧力Ｐｎとに応じてパティキュレート排出量ＰＭを推定するように構成すれば、同パティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上することができる。
【０１５５】
なお、第６実施形態においては、圧縮端温度Ｔtdcと燃焼圧力Ｐｎとに基いて生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを修正することによりパティキュレート排出量ＰＭの推定精度を向上していたが、ステップ１２１５を省略し、ステップ３２０にて求めたパティキュレート排出量ＰＭを圧縮端温度Ｔtdcと燃焼圧力Ｐｎとに応じて修正するように構成してもよい。
【０１５６】
また、第６実施形態においては、所定の微小クランク角の経過毎に燃焼室内の圧力Ｐをサンプリングしていたが、これを所定時間毎にサンプリングするように構成してもよい。この場合、圧縮端温度Ｔtdcと燃焼圧力Ｐｎとを精度良く求められなければ、ステップ１２１５にて燃焼行程中における燃焼室内圧力Ｐａの時間平均値Ｐaveに応じて生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを修正するように構成したり、又は、ステップ１２１５を省略してステップ３２０にて求めたパティキュレート排出量ＰＭを同平均圧力Ｐaveに応じて修正するように構成してもよい。
【０１５７】
（７．第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を含む内燃機関の排気浄化装置について説明する。この排気浄化装置は、例えば、エンジン１０の運転状態が定常運転状態にあって、光学式煤センサ７６が比較的精度良く煤量を測定しうる場合に、同光学式煤センサ７６の出力である煤量Ｓsootに基いて実際のパティキュレート排出量である基準パティキュレート排出量ＳＰＭを求め、この基準パティキュレート排出量ＳＰＭと上記数１（数１０）によって推定したパティキュレート基本排出量ＰＭ０との差を学習値DLPMとして学習し、他の運転状態において同学習値DLPMで上記数１（数１０）によって推定したパティキュレート基本排出量ＰＭ０を修正してパティキュレート排出量ＰＭを求める点においてのみ、第１実施形態の排気浄化装置と異なっている。従って、以下、かかる相違点を中心に説明する。
【０１５８】
この排気浄化装置のＣＰＵ６１は、図１３に示した学習値更新ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１３００から処理を開始してステップ１３０５に進み、燃料噴射量Ｑfinと所定時間前の燃料噴射量Ｑfinoldとの差の絶対値が所定の閾値ＴＨ６より小さい状態が所定の時間以上継続したか否かを判定する。即ち、ステップ１３０５では、エンジン１０の運転状態が定常運転状態にあって光学式煤センサ７６が比較的精度良く煤量Ｓsootを測定しうる状態となっているか否かが判定される。
【０１５９】
いま、燃料噴射量Ｑfinと所定時間前の燃料噴射量Ｑfinとの差の絶対値が所定の閾値ＴＨ６より小さい状態が所定の時間以上継続していないと仮定して説明を続けると、ＣＰＵ６１はステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。従って、この場合、学習値DLPMは更新されない。
【０１６０】
これに対し、燃料噴射量Ｑfinと所定時間前の燃料噴射量Ｑfinoldとの差の絶対値が所定の閾値ＴＨ６より小さい状態が所定の時間以上継続していると、ＣＰＵ６１はステップ１３０５に進んだとき、同ステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１０に進み、光学式煤センサ７６が測定している煤量Ｓsootを読み込む。次いで、ＣＰＵ６１はステップ１３１５に進み、基準パティキュレート排出量ＳＰＭを、前記読み込んだ煤量Ｓsootと関数ｒとに基いて求める。なお、関数ｒは予め実験により求められていて、ＲＯＭ６２内にテーブルとして格納されている。
【０１６１】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップ１３２０に進み、前記基準パティキュレート排出量ＳＰＭと、後述する図１４に示したステップ１４０５にて上記数１（数１０）に従って推定されているパティキュレート基本排出量ＰＭ０との差を学習値DLPMとして学習し、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６２】
一方、ＣＰＵ６１は、所定時間TSAMPLEの経過毎に図１４に示したＰＭ推定ルーチンを繰り返し実行するようになっている。なお、図１４において、図３と同一のステップには同一の符号を付し、その詳細説明を省略する。
【０１６３】
従って、ＣＰＵ６１は所定のタイミングになると、図１４のステップ１４００から処理を開始し、ステップ３０５からステップ３１５を実行することで、生成定数Ａsft、及び酸化定数Ａsotを決定するとともに、排気酸素濃度ＸO2を取得する。なお、排気酸素濃度ＸO2は、上記第２実施形態のように、排気還流遅れ時間Ｔｄを考慮して取得されるように構成してもよい。
【０１６４】
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ１４０５にてパティキュレート基本排出量ＰＭ０を上記数１（数１０）に従って推定し、続くステップ１４１０にてパティキュレート基本排出量ＰＭ０に前記学習値DLPMを加えることで同パティキュレート基本排出量ＰＭ０を補正する。そして、ステップ３２５にてパティキュレート排出量合計値SUMPMを求めた後、ステップ１４９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１６５】
以降、ＣＰＵ６１は図１３及び図１４に示したルーチンを繰り返し実行するので、学習値DLPMが更新されるとともに、同学習値DLPMによりパティキュレート基本排出量ＰＭ０が修正されることにより、パティキュレート排出量ＰＭが精度良く求められて行く。
【０１６６】
以上、説明したように、第７実施形態によれば、光学式煤センサ７６の出力である煤量Ｓsoot、即ち、実測煤量に基いて実際のパティキュレート排出量である基準パティキュレート排出量ＳＰＭを推定し、この基準パティキュレート排出量ＳＰＭと上記数１（数１０）のモデルにより推定されたパティキュレート基本排出量ＰＭ０との差を学習値DLPMとして学習し、この学習値DLPMによってパティキュレート基本排出量ＰＭ０が修正される。
【０１６７】
従って、数１（数１０）のパティキュレート排出量推定モデルが有する誤差が実測値に基いた値で修正されるので、パティキュレート排出量を精度良く推定することが可能となる。
【０１６８】
以上、説明したように、本発明の各実施形態によれば、パティキュレート排出量ＰＭがリアルタイムに、且つ、定常運転状態及び過渡運転状態において、精度良く推定され得る。なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上述したフィルタ再生制御においては、添加燃料の供給のみでなく、燃料噴射弁２１からのメイン噴射の後に再度噴射を行うポスト噴射の噴射量を変更したり、排気絞り弁４６の開度を変更して過給機３５の過給圧を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置を備えた排気浄化装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステムの概略構成図である。
【図２】  パティキュレート排出量推定モデルのパティキュレート生成定数及びパティキュレート酸化定数を決定する方法を説明するためのグラフである。
【図３】  図１に示したＣＰＵが実行するパティキュレート排出量を推定するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図４】  図４（Ａ）は本発明の第２実施形態に係るパティキュレート排出量推定装置による排気還流遅れ時間の計測方法について説明するために、排気酸素濃度センサが検出する排気酸素濃度を実線で、排気還流遅れ検出用酸素濃度センサが検出する還流排気中酸素濃度を破線で示したタイムチャートであり、図４（Ｂ）は排気酸素濃度センサが検出する排気酸素濃度を実線で、学習した排気還流遅れ時間を用いて補正した排気酸素濃度を一点鎖線で示したタイムチャートである。
【図５】  第２実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行する排気還流遅れ時間学習ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】  第２実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行する排気酸素濃度補正初期値決定ルーチンを示したフローチャートである。
【図７】  第２実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行する排気酸素濃度算出ルーチンを示したフローチャートである。
【図８】  第３実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行するパティキュレート排出量推定ルーチンを示したフローチャートである。
【図９】  第４実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行するパティキュレート排出量推定ルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】  第５実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行するパティキュレート排出量推定ルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】  第６実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行する圧縮端温度推定及び燃焼圧力検出ルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】  第６実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行するパティキュレート排出量推定ルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】  第７実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行する学習値更新ルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】  第７実施形態のパティキュレート排出量推定装置のＣＰＵが実行するパティキュレート排出量推定ルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
２１…燃料噴射弁、３１…吸気マニホールド、３２…吸気管、３３…スロットル弁、３５…過給機、４１…排気マニホールド、４２…排気管、４３…ＤＰＮＲ、４４…添加燃料供給ノズル、５０…ＥＧＲ装置、５１…排気管流管、７２…吸気温センサ、７３…吸気酸素濃度センサ、７４…燃焼圧センサ、７５…壁面温度センサ、７６…光学式煤センサ、７７…排気酸素濃度センサ、７８…機関回転速度センサ、７９…排気還流遅れ検出用酸素濃度センサ、Ａsft…パティキュレート生成定数、Ａsot…パティキュレート酸化定数。
【図１】
0004123811.tif 000002
【図２】
0004123811.tif 000003
【図３】
0004123811.tif 000004
【図４】
0004123811.tif 000005
【図５】
0004123811.tif 000006
【図６】
0004123811.tif 000007
【図７】
0004123811.tif 000008
【図８】
0004123811.tif 000009
【図９】
0004123811.tif 000010
【図１０】
0004123811.tif 000011
【図１１】
0004123811.tif 000012
【図１２】
0004123811.tif 000013
【図１３】
0004123811.tif 000014
【図１４】
0004123811.tif 000015