(57)【要約】【課題】酸素との反応によるＰＭの燃焼と、二酸化窒素との反応によるＰＭの燃焼とをともに考慮してＤＰＦにおけるＰＭ堆積量の推定を行う内燃機関の排気浄化装置、及び排気微粒子堆積量推定方法を提供する。【解決手段】ＰＭの堆積量を算出するために、酸素との反応によるＰＭの燃焼量を推定して（Ｓ７０）、さらに二酸化窒素との反応によるＰＭの燃焼量も推定して（Ｓ８０）、これらを合計して（Ｓ８１）、これを用いて補正後堆積量を算出する（Ｓ９１）。こうして求められた精度の良い堆積量推定値を用いて、ＤＰＦ強制再生の実行（Ｓ１１０）のタイミングを決定する（Ｓ１００）。【選択図】図２
2009024635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路の途中に、排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記パティキュレートフィルタの内部の温度を取得する温度取得手段と、
前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を取得するガス濃度取得手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量の推定値が所定の再生開始堆積量を超えたら、前記堆積された排気微粒子を燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段とを備え、
前記推定手段は、前記温度取得手段により取得された前記温度と、前記ガス濃度取得手段により取得された前記ガスの濃度を用いて、前記堆積量の推定値を補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記パティキュレートフィルタに流入するガスは二酸化窒素である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記パティキュレートフィルタ内に担持された酸化触媒、あるいは前記パティキュレートフィルタよりも上流に配置された触媒部に担持された酸化触媒と、
その酸化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記内燃機関から排出される窒素酸化物濃度を取得する窒素酸化物濃度取得手段と、
前記パティキュレートフィルタに流入する二酸化窒素の濃度を、前記触媒温度取得手段により取得された前記酸化触媒の温度と、前記窒素酸化物濃度取得手段により取得された窒素酸化物濃度とより算出する算出手段とを備え、
前記推定手段において用いられる二酸化窒素の濃度は、前記算出手段により算出された二酸化窒素の濃度である請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記補正手段において、前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度が高い程、前記堆積量の単位時間当たりの減少量が大きくなるとの補正を行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ガス濃度取得手段は、前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を、前記内燃機関の運転状態に応じて算出するガス濃度マップを備え、そのガス濃度マップにより前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を算出する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記パティキュレートフィルタの入口と出口の圧力の差である差圧を計測する差圧計測手段を備え、
前記推定手段における堆積量の推定は、前記差圧計測手段により計測された差圧の計測値と、前記堆積量と前記差圧を２つの軸とする平面上で、直線の傾きは前記差圧の増加分と前記堆積量の増加分との比として、前記堆積量が増加する場合は、堆積量が０の初期点を通る直線である第１増加特性線と、その増加第１特性線上の１点を通り前記第１増加特性線よりも小さい傾きの直線である増加第２特性線とに従い、前記堆積量が減少する場合は、前記第２増加特性線上の１点を通り前記増加第１特性線と同じ傾きの直線である低減第１特性線と、その低減第１特性線上の１点と前記初期点とを通り前記増加第２特性線と同じ傾きの第２減少特性線とを用いて行われる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路の途中に、排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、
前記パティキュレートフィルタの内部の温度を取得する温度取得手段と、
前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を取得するガス濃度取得手段と、
前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量の推定値が所定の再生開始堆積量を超えたら、前記堆積された排気微粒子を燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段とを備え、
前記推定手段は、前記温度取得手段により取得された前記温度と、前記ガス濃度取得手段により取得された前記ガスの濃度を用いて、前記堆積量の推定値を補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする内燃機関の排気微粒子堆積量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気微粒子堆積量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、環境保護意識の高まりのなかで内燃機関に対してすぐれた排気浄化性能が求められている。特にディーゼルエンジンにおいては、エンジンから排出される黒煙などのいわゆる排気微粒子（または粒子状物質、パティキュレートマター、ＰＭ）の除去がより一層の普及のために重要である。この目的のために排気管の途中にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が装備されることが多い。
【０００３】
ＤＰＦが、ＰＭを捕集することにより排気中のＰＭは大部分が除去される。しかしＤＰＦ内にＰＭが堆積し続ける一方では、ＤＰＦは目詰まりを起こしてしまうので、堆積されたＰＭを燃焼して除去することで、ＤＰＦを再生する必要がある。ＤＰＦ内に堆積したＰＭが酸素との反応で燃焼するために必要な温度は摂氏約５００度以上とされるが、排気の温度は通常３００度前後なので、ＰＭを酸素との反応で燃焼させるためには、何らかの方法で温度を上げる必要がある。そのために例えば燃料添加等の方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしＤＰＦの再生を頻繁に行うと燃費の悪化を招いてしまう。一方ＤＰＦ再生の回数が少なすぎると、堆積量が過剰となり１回の再生処理において昇温し過ぎてＤＰＦが破損する可能性がある。したがってＤＰＦ再生は適切な時期に行わなければならない。そのためにＤＰＦにおけるＰＭの堆積量を何らかの方法で推定し、その推定値がＤＰＦ再生を必要とするレベルに達したら再生を実行するシステムの開発が必要である。
【０００５】
下記特許文献１には、パティキュレートフィルタへの排気微粒子の堆積量の増大による通気抵抗の増大で、パティキュレートフィルタの入口と出口との間の圧力の差である差圧が増大することを利用して、この差圧を検出し、検出差圧が所定値を超えると再生すべき時期と判断する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−３３２０６５号公報
【０００７】
ＤＰＦの再生においては、上で述べた強制的に温度を上昇させて空気中の酸素との反応でＰＭを燃焼させる方法の他に、酸化触媒を備えておき、その酸化触媒で二酸化窒素を生成して、それとの反応でＰＭを燃焼させる方法も知られている。後者の方法では、摂氏２５０度前後の低温から燃焼させることができ、連続して燃焼させることから、連続燃焼方式や連続再生方式と呼ばれている。
【０００８】
こうした酸化触媒を配置し、そこで生成された二酸化窒素を用いて低温でＰＭを燃焼させる方式を用いる場合においても、燃え残りの可能性は存在する。したがって、堆積量が多くなったら強制的にＰＭを燃焼する方式を併用することは有効な方法である。
【０００９】
しかし、その際には、ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量の推定において、二酸化窒素との反応による燃焼でＰＭの堆積量が減少する量を計算することが必要となる。さらにそのときには、同時に酸素との反応による燃焼でのＰＭの減少量も合わせて計算すれば、より精度良くＰＭ堆積量推定値が得られる。しかし例えば上記特許文献１では、二酸化窒素による燃焼と、酸素による燃焼とでＰＭ堆積量が減少することは考慮されていない。
【００１０】
さらに、二酸化窒素との反応によるＰＭの燃焼量を推定する場合にも、より精度良く推定する方法が用いられるべきである。単にエンジンの運転状態から二酸化窒素の発生量を推定するといった方法よりも、二酸化窒素の発生からＰＭの燃焼までの各段階に即して、より多段階の推定を用いれば推定の精度が上がることが期待される。しかし上記特許文献１を含めた従来技術では、こうした多段階の推定は行われていない。
【００１１】
そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、酸素との反応によるＰＭの燃焼と、二酸化窒素との反応によるＰＭの燃焼とがともに起こり得る状況において、両現象を考慮することによりパティキュレートフィルタにおけるＰＭの堆積量を精度良く推定する内燃機関の排気浄化装置、及び内燃機関の排気微粒子堆積量推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
上記課題を達成するために、第１の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路の途中に、排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有する内燃機関の排気浄化装置であって、前記パティキュレートフィルタの内部の温度を取得する温度取得手段と、前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を取得するガス濃度取得手段と、前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量の推定値が所定の再生開始堆積量を超えたら、前記堆積された排気微粒子を燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段とを備え、前記推定手段は、前記温度取得手段により取得された前記温度と、前記ガス濃度取得手段により取得された前記ガスの濃度を用いて、前記堆積量の推定値を補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
これにより、本発明の内燃機関の排気浄化装置においては、温度取得手段によりパティキュレートフィルタの内部温度を取得し、ガス濃度取得手段でパティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を取得し、これらの数値を用いて補正手段によって排気微粒子の堆積量を補正するので、パティキュレートフィルタ内部温度から酸素との反応による排気微粒子の燃焼量推定値を求め、パティキュレートフィルタ流入ガス濃度からガスとの反応による排気微粒子の燃焼量推定値を求めることができ、これらをともに堆積量の補正に用いることができる。したがって、上記２つの燃焼量のうちどちらか一方のみを用いた推定方法等と比して、パティキュレートフィルタにおける排気微粒子の堆積量をより精度良く求めることができる。これによりパティキュレートフィルタの強制再生のタイミングを適切に決定できるので、そのタイミングが早すぎることによる燃費の悪化や、遅すぎることによる堆積量過剰や再生における過昇温を回避する可能性が高まる。
【００１４】
また、前記パティキュレートフィルタに流入するガスは二酸化窒素であるとしてもよい。
【００１５】
これにより、パティキュレートフィルタに流入するガスとして二酸化窒素を用いるので、二酸化窒素との反応による排気微粒子の燃焼量を求めることができ、酸素との反応による燃焼と合わせて、排気微粒子の堆積量を精度良く推定することができる。これによりパティキュレートフィルタの強制再生のタイミングを適切に決定できるので、そのタイミングが早すぎることによる燃費の悪化や、遅すぎることによる堆積量過剰や再生における過昇温を回避する可能性が高まる。
【００１６】
また、前記パティキュレートフィルタ内に担持された酸化触媒、あるいは前記パティキュレートフィルタよりも上流に配置された触媒部に担持された酸化触媒と、その酸化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記内燃機関から排出される窒素酸化物濃度を取得する窒素酸化物濃度取得手段と、前記パティキュレートフィルタに流入する二酸化窒素の濃度を、前記触媒温度取得手段により取得された前記酸化触媒の温度と、前記窒素酸化物濃度取得手段により取得された窒素酸化物濃度とより算出する算出手段とを備え、前記推定手段において用いられる二酸化窒素の濃度は、前記算出手段により算出された二酸化窒素の濃度であるとしてもよい。
【００１７】
これにより、パティキュレートフィルタに流入するニ酸化窒素の濃度を、算出手段によって、酸化触媒の温度と窒素酸化物濃度とより算出するので、二酸化窒素の濃度を精度良く推定することができる。したがって、二酸化窒素との反応による排気微粒子の燃焼量を精度良く求めることができ、酸素との反応による燃焼と合わせて、排気微粒子の堆積量を精度良く推定することができる。これによりパティキュレートフィルタの強制再生のタイミングを適切に決定できるので、そのタイミングが早すぎることによる燃費の悪化や、遅すぎることによる堆積量過剰や再生における過昇温を回避する可能性が高まる。
【００１８】
さらに、前記補正手段において、前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度が高い程、前記堆積量の単位時間当たりの減少量が大きくなるとの補正を行うとしてもよい。
【００１９】
これにより、パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度が高い程、前記堆積量の単位時間当たりの減少量が大きくなるとの性質を用いるので、ガスとの反応による排気微粒子の燃焼量の推定を精度良く行うことができる。したがって、酸素との反応による燃焼量の推定と合わせて、排気微粒子の堆積量の推定の精度を上げる可能性が高められる。よって、パティキュレートフィルタの強制再生のタイミングを適切に決定できるので、そのタイミングが早すぎることによる燃費の悪化や、遅すぎることによる堆積量過剰や再生における過昇温を回避する可能性が高まる。
【００２０】
また、前記ガス濃度取得手段は、前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を、前記内燃機関の運転状態に応じて算出するガス濃度マップを備え、そのガス濃度マップにより前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を算出するとしてもよい。
【００２１】
これにより、予め求めておいたマップと内燃機関の運転状態とによって、パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を求めることができる。したがって、ガスの濃度を計測する手段を備えなくても、ガス濃度を推定することができるので、装置構成を簡素化することができる。
【００２２】
また、前記パティキュレートフィルタの入口と出口の圧力の差である差圧を計測する差圧計測手段を備え、前記推定手段における堆積量の推定は、前記差圧計測手段により計測された差圧の計測値と、前記堆積量と前記差圧を２つの軸とする平面上で、直線の傾きは前記差圧の増加分と前記堆積量の増加分との比として、前記堆積量が増加する場合は、堆積量が０の初期点を通る直線である増加第１特性線と、その増加第１特性線上の１点を通り前記第１増加特性線よりも小さい傾きの直線である増加第２特性線とを用い、前記堆積量が減少する場合は、前記第２増加特性線上の１点を通り前記増加第１特性線と同じ傾きの直線である低減第１特性線と、その低減第１特性線上の１点と前記初期点とを通り前記増加第２特性線と同じ傾きの低減第２特性線とを用いて行われるとしてもよい。
【００２３】
これにより、推定手段が、排気微粒子の堆積量の推定を、堆積時及び燃焼時の特性を表す増加第１特性線と増加第２特性線と低減第１特性線と低減第２特性線とを用いて推定するので、排気微粒子の堆積量を精度良く推定することができる。よって、パティキュレートフィルタの強制再生のタイミングを適切に決定できるので、そのタイミングが早すぎることによる燃費の悪化や、遅すぎることによる堆積量過剰や再生における過昇温を回避する可能性が高まる。
【００２４】
第２の本発明に係る内燃機関の排気微粒子堆積量推定方法は、内燃機関の排気通路の途中に、排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、前記パティキュレートフィルタの内部の温度を取得する温度取得手段と、前記パティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を取得するガス濃度取得手段と、前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された前記パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子の堆積量の推定値が所定の再生開始堆積量を超えたら、前記堆積された排気微粒子を燃焼して前記パティキュレートフィルタを再生する再生手段とを備え、前記推定手段は、前記温度取得手段により取得された前記温度と、前記ガス濃度取得手段により取得された前記ガスの濃度を用いて、前記堆積量の推定値を補正する補正手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２５】
これにより、本発明に係る内燃機関の排気微粒子堆積量推定方法は、温度取得手段によりパティキュレートフィルタの内部温度を取得し、ガス濃度取得手段でパティキュレートフィルタに流入するガスの濃度を取得し、これらの数値を用いて補正手段によって排気微粒子の堆積量を補正するので、パティキュレートフィルタ内部温度から酸素との反応による排気微粒子の燃焼量推定値を求め、パティキュレートフィルタ流入ガス濃度からガスとの反応による排気微粒子の燃焼量推定値を求めることができ、これらをともに堆積量の補正に用いることができる。したがって、上記２つの燃焼量のうちどちらか一方のみを用いた推定方法等と比して、パティキュレートフィルタにおける排気微粒子の堆積量をより精度良く求めることができる。これによりパティキュレートフィルタの強制再生のタイミングを適切に決定できるので、そのタイミングが早すぎることによる燃費の悪化や、遅すぎることによる堆積量過剰や再生における過昇温を回避する可能性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置１の実施例１の概略図である。
【００２７】
本実施例においては内燃機関として４気筒のディーゼルエンジン２０（エンジン）を用いることとする。エンジン２０に備えられた吸気マニホールド２１は吸気管１０に接続され、この吸気管１０を通って吸気（空気）が供給される。吸気管１０には、吸気マニホールド２１の上流側にエアフローメータ１１が配置されている。このエアフローメータ１１によって吸気の流量が計測され、その数値はＥＣＵ６０へと送られる。ここで流量は例えば単位時間当たりの質量流量とすればよい。
【００２８】
またエンジン２０に備えられた排気マニホールド２２には排気管３０が接続され、エンジン２０からの排気がこの排気管３０を通って外部へと排出される。排気管３０には、パティキュレートフィルタ５０（ＤＰＦ）が配置されている。ＤＰＦ５０の構造としては、例えばコーディライトや炭化珪素などの多孔質セラミック製で、代表的な形状であるハニカム構造体において交互に入口側と出口側を目封じした形状とすればよい。こうした形態のフィルタにおける多孔質の隔壁を排気ガスが通過する際に、排気ガス中のＰＭ（すす、ＳＯＦ，サルフェート等）が隔壁の内部あるいは表面に捕集される。
【００２９】
本実施例ではＤＰＦ５０の隔壁には白金やパラジウム等の貴金属を主成分とする酸化触媒が担持されているとする。この酸化触媒は、以下で説明するようにＰＭ堆積量に関係する役割を果たす。
【００３０】
ＤＰＦ５０の入口側（上流側）、及び出口側（下流側）には排気温度センサ５１，５２が装備されており、排気の温度が計測される。排気温度センサ５１，５２の計測値はＥＣＵ６０へと送られ、後述するＤＰＦ５０内部の温度推定のために用いられる。さらにＤＰＦ５０には、ＤＰＦ５０の入口側と出口側の排気圧の差である差圧を計測する差圧センサ５３が備えられている。この差圧センサ５３の計測値もＥＣＵ６０へと送られ、後述するＤＰＦ５０におけるＰＭの堆積量の推定のために使用される。以下で差圧とはＤＰＦ５０の入口と出口の差圧を指すこととする。
【００３１】
既に言及しているように、エンジン２０にはＥＣＵ６０（電子制御装置）が装備されており、エンジン２０のための各種情報処理が行われる。上述のとおり、ＥＣＵ６０はエアフローメータ１１、排気温度センサ５１，５２、差圧センサ５３からの計測値を取得し、各種制御のためにこうした計測値を用いる。またエンジン２０における燃料噴射のタイミングなどもＥＣＵ６０によって制御される。
【００３２】
本実施例ではＤＰＦ５０におけるＰＭの堆積量が推定され、その推定値が所定値を超えたら、ＤＰＦ５０に堆積されたＰＭを強制的に燃焼してＤＰＦ５０を再生する。本発明のポイントは、以下で詳述するとおり、ＰＭ堆積量の推定において酸素との反応によるＰＭの燃焼と、二酸化窒素との反応によるＰＭの燃焼とをともに考慮にいれた推定を行うことである。また二酸化窒素によるＰＭの燃焼量の推定では、二酸化窒素生成部（図１ではＤＰＦ５０）の内部温度を考慮に入れる等、従来よりも精度の高い推定が行われる。本実施例における、ＤＰＦ５０の堆積量の推定、及び再生の処理手順は図２のフローチャートに示されている。このフローチャートの各手順がＥＣＵ６０によって順次処理される。以下でこれを説明する。
【００３３】
まず手順Ｓ１０で、ＤＰＦ５０における差圧が計測される。これは差圧センサ５３により計測され、ＥＣＵ６０へ計測値が送られる。
【００３４】
次にＳ２０でＤＰＦ５０の内部温度が取得される。この手順は本実施例では、ＤＰＦ５０の入口側と出口側に備えられた温度センサ５１，５２の計測値がＥＣＵ６０へ送られ、ＥＣＵ６０に記憶された推定プログラムを用いて、計測値からＤＰＦ５０内部温度を推定するとすればよい。そのために、予め入口温度、出口温度からＤＰＦ５０内部温度を推定するプログラムを作成しておく。なお直接ＤＰＦ５０の内部温度を計測するセンサを装備して、これを用いて計測してもよい。
【００３５】
次に、Ｓ３０で吸気の単位時間当たりの質量流量を計測する。これはエアフローメータ１１を用いて計測し、計測値をＥＣＵ６０へ送ればよい。
【００３６】
次にＳ４０で排気ガスの粘度及び密度が算出される。この手順は、予めＤＰＦ５０の内部温度から、排気ガスの粘度及び密度を求めるマップあるいはプログラムを作成しておき、これをＥＣＵ６０に記憶し、これに従って粘度、密度を推定するとすればよい。このときにＳ２０で求めたＤＰＦ５０の内部温度を使用すればよい。
【００３７】
次にＳ５０で排気ガスの流速を算出する。算出の手順を以下で説明する。先ず、Ｓ３０で求めた吸気の単位時間当たりの質量流量を排気ガスの体積流量に変換する。算出は次の式（Ｅ１）にしたがって行う。なおＶ（ｍ３  ／ｓｅｃ）が排気ガスの単位時間あたりの体積流量、Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）が吸気の単位時間当たりの質量流量、Ｔｄｐｆ（Ｋ）がＤＰＦ温度、Ｐ０（ｋＰａ）が大気圧、ΔＰ（ｋＰａ）がＤＰＦ５０の差圧、Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）が単位時間当たりの燃料噴射量をそれぞれ示している。
Ｖ（ｍ３  ／ｓｅｃ）
＝［Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）／２８．８（ｇ／ｍｏｌ）］
×２２．４×１０−３（ｍ３  ／ｍｏｌ）
×［Ｔ（Ｋ）／２７３（Ｋ）］
×［Ｐ０（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］
＋Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）／２０７．３（ｇ／ｍｏｌ）］
×０．８４（ｇ／ｃｃ）×６．７５（ｍｏｌ）
×２２．４×１０−３（ｍ３  ／ｍｏｌ）
×［Ｐ０（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］    （Ｅ１）
【００３８】
式（Ｅ１）の第１項は吸気の質量流量を体積流量に変換したものであり、第２項は、噴射燃料の燃焼による吸気から排気ガスへの増量分である。第２項中、０．８４（ｇ／ｃｃ）は軽油の代表的な液密度である。６．７５（ｍｏｌ）は燃料噴射量１（ｍｏｌ）に対する増量分のモル数である。
【００３９】
増量分（６．７５（ｍｏｌ））は以下により得ている。軽油の組成は代表的には、Ｃ１５Ｈ２７．３（分子量２０７．３）と表され、燃焼時の反応式は次の通りである。
【００４０】
Ｃ１５Ｈ２７．３＋２１．７５Ｏ２  →１５ＣＯ２  ＋１３．５Ｈ２  Ｏ
【００４１】
したがって、燃料噴射量１ｍｏｌに対し、６．７５（＝（１５＋１３．５）−２１．７５）ｍｏｌのモル数の増加がある。
【００４２】
また、燃料噴射はＥＣＵ６０で決定される所定の噴射時期にのみ噴射され、間欠的な噴射となる。式（Ｅ１）中の燃料噴射量Ｑは、非噴射期間も合わせた平均的な燃料噴射量である。
【００４３】
式（Ｅ１）で求められた排気ガスの単位時間当たりの体積流量を、ＤＰＦ５０の有効通路面積で除すことにより、排気ガスの流速が算出される。以上が手順Ｓ５０である。
【００４４】
次にＳ７０からＳ９１では、ＤＰＦ５０におけるＰＭの新規堆積量あるいは堆積量の増加分を算出する。この算出の基本的な考え方は、図３に示されたＤＰＦ５０の差圧とＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量との関係、さらには、排気ガスの流速からなされる。ただし図３においては、排気ガスの流速は一定であり、かつＤＰＦ５０内にＰＭが堆積するときにはＰＭの燃焼はなく、ＰＭを燃焼させるときにはＰＭの新たな堆積はないとした場合のみが示されている。以下でまず、図３を説明する。
【００４５】
図３は本出願人が得ている知見を示したものであり、同図に示されたとおり、４つの直線によりＤＰＦ５０の差圧とＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量との関係は規定されるとみなされる。４つの直線を初期点１００を起点にして時計方向に順に、ＰＭ増加第１特性線１１１（特性線）、ＰＭ増加第２特性線１１２（特性線）、ＰＭ低減第１特性線１１３（特性線）、ＰＭ低減第２特性線１１４（特性線）とする。
【００４６】
ＰＭ堆積量がゼロの状態におけるＤＰＦ５０は初期点１００にあり、ＰＭが堆積されるに従い、差圧とＰＭ堆積量を示す点はＰＭ増加第１特性線１１１上を図示右上方向へ移動する。
【００４７】
そして、ある定められた増加時遷移点１０１へ到達すると、その後はＰＭ増加第２特性線１１２上を移動する。ＰＭ増加第２特性線１１２は、図示のとおり、ＰＭ増加第１特性線１１１よりも傾きが小さい。
【００４８】
次に、図３の点１０２へと達したとする。以下で述べるように点１０２においてはＰＭの堆積量が予め設定された所定量を超えているとし、そのためＰＭを強制的に燃焼させる工程に移るとする。
【００４９】
ＰＭの堆積過程から燃焼過程に移ると、差圧とＰＭ堆積量はＰＭ低減第１特性線１１３上を図示左下方向へ移動する。ＰＭ低減第１特性線１１３は、ＰＭ増加第１特性線１１１と平行である。なお、もし点１０２において燃焼行程に移らなければ、そのまま破線１１５に沿ってＰＭが堆積を続ける。
【００５０】
そして低減時遷移点１０３に達すると、それ以後はＰＭ低減第２特性線１１４上を移動する。ＰＭ低減第２特性線１１４は、ＰＭ増加第２特性線１１２と平行である。こうした移動により最終的に初期点１００に戻る。
【００５１】
手順Ｓ６０では、ＥＣＵ６０は、この図３のＤＰＦ５０の差圧とＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量推定値の関係と、Ｓ１０で求めたＤＰＦ５０の差圧と、Ｓ４０で求めた排ガスの粘度・密度と、Ｓ５０で求めた排ガス流速を用いてＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量推定値を求める。以上がＰＭの堆積量算出における基本的な考え方である。
【００５２】
ただし上でも述べたとおり、図３は排気ガスの流速は一定、ＰＭの堆積時はＰＭの燃焼はなく、ＰＭの燃焼時にはＰＭの新たな堆積はないとした場合の図であり、実際の状況においては、堆積しながら同時の燃焼するといった現象を考慮に入れて補正が行われる。これについては次に説明する。また上記４つの特性線のより詳細な論理的説明は後述する。以上の手法にしたがって、後述する手順Ｓ９０で堆積量が推定される。
【００５３】
Ｓ７０、Ｓ８０の手順では、Ｓ９１でＰＭ堆積量を求める際の補正量を算出する。こうした補正が必要な理由は、上でも述べた通り、ＤＰＦ５０の温度が上昇することによりＤＰＦ５０に堆積したＰＭが酸素（Ｏ２  ）と反応して燃焼する現象と、酸化触媒により生成された二酸化窒素（ＮＯ２  ）とＤＰＦ５０に堆積されたＰＭとが反応して、より低い温度でＰＭが燃焼する現象とが存在することである。
【００５４】
まずＳ７０では、ＤＰＦ５０の温度が上昇することによりＤＰＦ５０に堆積したＰＭが酸素（Ｏ２  ）と反応して燃焼することによる、ＤＰＦ５０のＰＭ堆積量の補正を行う。具体的にはＤＰＦ５０の内部温度と、ＤＰＦ５０における瞬時ＰＭ燃焼量（ＰＭ燃焼速度）との関係を予め求めておいてＥＣＵ６０に記憶しておき、それに従って瞬時ＰＭ燃焼量を求めるとすればよい。そのときにＳ２０で取得されたＤＰＦ５０内部温度を用いればよい。
【００５５】
ＤＰＦ５０の内部温度とＤＰＦ５０におけるＰＭ燃焼速度との関係は、例えば図８に示された関係となる。図８の関係では、ＤＰＦ５０の温度がＰＭ燃焼開始温度を越えると、堆積されたＰＭが燃焼を始め、ＤＰＦ５０の温度が上昇するほど、瞬時ＰＭ燃焼量が単調増加する傾向が示されている。図８ではさらに、その単調増加の関係が線形関係よりも増加率が速い関係として示されている。こうした関係を、使用するＤＰＦ５０に対して予め求めておけばよい。Ｓ７０では、こうして求められた瞬時ＰＭ燃焼量を積算してＰＭ燃焼量を求める。
【００５６】
次にＳ８０では、本発明の主要部分に係る二酸化窒素（ＮＯ２  ）の作用によるＰＭ堆積量推定値の補正を行う。本実施例では上述のとおりＤＰＦ５０に酸化触媒が担持されている。これによりエンジン２０から排出されたＮＯｘのうち特に一酸化窒素（ＮＯ）がこの酸化触媒の作用で二酸化窒素に酸化される。この二酸化窒素が、温度摂氏２５０度から３００度といった、酸素による燃焼よりは低温で、ＤＰＦ５０に堆積したＰＭと反応することでＰＭが燃焼する。これによりＤＰＦ５０におけるＰＭの堆積量が減少する。手順Ｓ８０ではこの現象におけるＰＭの燃焼量を推定する。
【００５７】
手順Ｓ８０では、エンジン２０の運転状態、ＤＰＦ５０の温度と、予め求められた窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度算出、ＮＯ２  生成率算出、ＰＭ燃焼速度算出のマップ等とを用いて、ＰＭ燃焼速度の推定値が求められる。Ｓ８０におけるより詳細な処理手順は図４に示されており、これについては後述する。
【００５８】
次にＳ８１では、Ｓ７０とＳ８０とで求められたＰＭ燃焼量の和によって合計のＰＭ燃焼量が求められ、これを差圧からＰＭ堆積量を算出する際の補正量とする。
【００５９】
Ｓ８２では上述したＰＭ燃焼による補正量があるかないかを判断する。この補正量の有無により、ＰＭ堆積量を算出する際に以下に述べる通常の特性線を用いるか補正後特性線を用いるかを選択する。したがって補正量が０の場合はＳ９０により通常の特性線よりＰＭ堆積量を算出し、補正量が０でない場合にはＳ９１により補正後特性線を用いてＰＭ堆積量を算出する。手順Ｓ９０では、ＥＣＵ６０は、上で説明した図３を用いて、図３のＤＰＦ５０の差圧とＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量推定値の関係と、Ｓ１０で求めたＤＰＦ５０の差圧と、Ｓ４０で求めた排ガスの粘度・密度と、Ｓ５０で求めた排ガス流速を用いてＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量推定値を求める。
補正量がある場合つまりＳ９１では、図３の差圧とＰＭ堆積量推定値の関係を示した図上における移動は図７のようになされる。これを以下で説明する。
【００６０】
図７中、破線で示した堆積特性はＤＰＦ５０の再生開始までに堆積排気微粒子が燃焼することなく、均一に堆積していったとしたときの堆積特性であり（以下、この堆積特性を標準堆積特性という）、標準堆積特性を表す特性線が前記通常の特性線である。前記のごとく、堆積特性は、増加時がＰＭ増加第１特性線とＰＭ増加第２特性線とからなり、低減時がＰＭ低減第１特性線とＰＭ低減第２特性線とからなる。したがって、堆積排気微粒子が燃焼すると、最初にＰＭ低減第１特性線を辿って圧力損失ΔＰが低下することになる。このとき、ＤＰＦ５０の細孔内に詰まった排気微粒子が主に燃焼するから、燃焼後、再び堆積が進行するときの堆積特性は、燃焼により消失した細孔内の堆積排気微粒子の分、遷移点が標準堆積特性の遷移点よりも初期点側に近いものとなる。そして、ＰＭ堆積層の厚さの増大が支配要因となるＰＭ増加第２特性線の傾きは変わらないとみてよい。したがって、この燃焼後の圧力損失ΔＰおよびＰＭ堆積量がしたがう堆積特性は、標準堆積特性に対して、ＰＭ増加第２特性線１１２がＰＭ堆積量軸の方向に前記積算ＰＭ燃焼量だけシフトしたものとなる。これが補正後の特性線１１２ａである。
【００６１】
これにより、ＰＭ堆積量の演算に用いられる堆積特性が適正化され、再生開始前において堆積排気微粒子が燃焼することがあっても、ＰＭ堆積量を高精度に得ることができる。標準堆積特性の場合には、ＰＭ堆積量算出値が実際のＰＭ堆積量よりも小さくなるから、急速燃焼の発生を十分に回避することができない。このため、再生開始量を小さめに設定するなどの措置が必要になって再生頻度が増えるおそれがあるが、本発明によれば再生頻度を適正化することができる。
【００６２】
なお、前記のごとくＰＭ増加第２特性線のシフト量は燃焼により消失した細孔内の堆積排気微粒子の量であるから、上限が決まっており、基本的に増加時遷移点におけるＰＭ堆積量以上にはならない。このときの堆積特性は、初期点を通り傾きが通常特性線と同じ直線で規定される。したがって、Ｓ８１で、補正量が標準堆積特性の増加時遷移点におけるＰＭ堆積量を越えたら、該ＰＭ堆積量に固定する。
【００６３】
なお、上記の操作のなかで、排気ガスの流速の情報を利用すると、以下のようになる。元来、図３に示された４つの特性線１１１，１１２，１１３，１１４は、上でも触れたように、排気ガスの流速が一定とした場合の特性を示すものである。排気ガスの流速が変動すれば、特性線１１１，１１３の傾き、及び特性線１１２，１１４の傾きもそれぞれ変動する。このことの理論的説明は後述される。
【００６４】
したがって、図７においても直線１１２ａの傾きは、その時点での排気ガスの流速に応じた値とすることができる。この場合、直線１１２ａは、直線１１２と平行とは一般にはならず、直線１１２と直線１１２ａとはその傾きが異なったものとなる。このように排気ガスの流速情報を組み込むことで、より高精度な推定操作を行う可能性が高まる。以上がＳ９１である。
【００６５】
図２に戻り、次にＳ１００でＰＭ堆積量に関する判断処理を行う。これは予め、ＤＰＦ５０における強制的なＰＭ燃焼によるＤＰＦ再生処理を行う堆積量を定めておき、堆積量がこの所定値を超えたら、ＤＰＦ再生を行うとする。Ｓ１００では、この手順における、ＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量推定値が所定値を超えたかどうかの判断がなされる。
【００６６】
Ｓ１００でＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量推定値が所定値を超えたと判断された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）は、Ｓ１１０へと進む。Ｓ１００でＤＰＦ５０におけるＰＭ堆積量推定値が所定値を超えていないと判断された場合（Ｓ１００：ＮＯ）は、再びＳ１０へと戻り、上述と同じ堆積量推定手順が繰り返される。
【００６７】
Ｓ１１０ではＤＰＦの再生処理が実行される。この処理は例えばポスト噴射などによる公知技術により、ＤＰＦ５０に堆積されたＰＭの燃焼を行えばよい。
Ｓ１１０が終了したら、この一連のＤＰＦ堆積量推定・再生処理の手順を終了する。図２の手順は運転中、繰り返し行うこととすればよい。また、再生処理中もＳ１０からＳ９１までの処理によりＰＭ堆積量を推定することができる。
【００６８】
次に、図４に示された二酸化窒素の作用による補正処理を説明する。まずＳ７０１でエンジン２０の回転数、及び負荷の情報が取得される。エンジン回転数は、図１に図示されていないセンサにより計測されＥＣＵ６０へ送られるとすればよい。負荷あるいはトルクの数値は、図示しないアクセル開度センサにより運転者によるアクセルペダルの操作量が計測され、これがＥＣＵ６０へ送られて推定されるとすればよい。なおトルク値の変わりに燃料噴射量でもよい。その場合、燃料噴射量はＥＣＵ６０により決定されるので、その情報を利用すればよい。
【００６９】
次にＳ７０２で窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が算出される。このＮＯｘ濃度は、Ｓ７０１で求められた回転数、負荷の情報から、マップを参照して求めることとすればよい。このために予め、使用するエンジン２０における回転数、負荷と、排出されるＮＯｘ濃度の関係をマップとして求めておけばよい。ただしその際にＥＧＲを備えている場合には、ＥＧＲ率によって上記マップは変化するので、複数のＥＧＲ率に対応するマップを求めてＥＣＵ６０に記憶しておき、それらマップの補間によりＮＯｘ濃度を求めることとすればよい。
【００７０】
次にＳ７０３で二酸化窒素生成部の温度が取得される。本実施例においては、上述のとおり、二酸化窒素はＤＰＦ５０で生成されるので、二酸化窒素生成部はＤＰＦ５０である。Ｓ７０３では既に述べた図２のＳ２０で求めたＤＰＦ５０の内部温度を取得すればよい。
【００７１】
次にＳ７０４で二酸化窒素の生成率が算出される。この手順では、例えば図５に例示された二酸化窒素生成部の内部温度と二酸化窒素の生成率との関係を用いて、Ｓ７０３で求められた二酸化窒素生成部の内部温度から二酸化窒素の生成率が求められるとすればよい。このために予め、図５のように、二酸化窒素生成部の内部温度とそこで発生される二酸化窒素の生成率との関係を、使用する機器構成に対して求めておけばよい。
【００７２】
次にＳ７０５で二酸化窒素の濃度が算出される。これは、Ｓ７０２で求められたＮＯｘ濃度と、Ｓ７０４で求められた二酸化窒素の生成率との積として求められる。
【００７３】
次にＳ７０６でＤＰＦ５０におけるＰＭ燃焼速度が算出される。これは、例えば図６に例示された二酸化窒素濃度とＰＭ燃焼速度との関係と、Ｓ７０５で算出された二酸化窒素の濃度とから求められる。このために予め、図６のように、二酸化窒素濃度とＰＭ燃焼速度との関係を、使用するＤＰＦ５０を含めた機器構成に対して求めておけばよい。ただし図６は、ＤＰＦ５０の内部温度を一定とした場合の図であり、一般にＤＰＦ５０の内部温度が変化すると図６のグラフも変化する。したがって、予め複数のＤＰＦ５０の内部温度における二酸化窒素濃度とＰＭ燃焼速度との関係を求めておき、それらを補間する操作を行うとすればよい。
【００７４】
最後にＳ７０７で補正量を算出する。この手順では、Ｓ７０６で求められたＰＭ燃焼速度が積算されてＰＭ燃焼量が求められる。以上が図４の手順である。
【００７５】
以上の手順において、回転数、負荷からＮＯｘ濃度を算出し、さらに二酸化窒素生成部温度からに二酸化窒素生成率を算出し、そのうえでＮＯｘ濃度と二酸化窒素生成率との積により二酸化窒素濃度を求めた。このように多段階で二酸化窒素濃度を算出することが本発明の特徴のひとつであり、これにより、例えば単に回転数と負荷から二酸化窒素濃度を算出するマップを用意しておくといった従来技術よりも精度のよい二酸化窒素濃度の推定を行うことができる。
【００７６】
次に以下で、図３の４つの特性線のより詳細な理論的説明を行う。以下は本出願人が得ている知見である。上で述べたとおり、特性線１１１，１１２は、排気微粒子が堆積していない新品若しくはＤＰＦ５０を完全に再生した直後の状態から排気微粒子が堆積していくときの圧力損失（差圧）とＰＭ堆積量との関係を示すもので、圧力損失はＰＭ堆積量の増加に応じて上昇する。
【００７７】
上述のとおり、圧力損失とＰＭ堆積量との関係を示す特性線１１１，１１２は直線であり、ＰＭ堆積量がある大きさになる点（増加時遷移点、または単に遷移点）で、特性線１１１から特性線１１２に移り、直線の傾きが不連続に変化する。以下、適宜、増加時遷移点におけるＰＭ堆積量を増加時遷移点堆積量若しくは遷移点堆積量という。ＰＭ堆積量が遷移点堆積量を越えると直線の傾きが緩やかになる。
【００７８】
以下で、特性線１１１と特性線１１２の傾きが異なることについて微視的な説明を行う。図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、ＤＰＦ５０の隔壁（以下、適宜、ＤＰＦ壁という）で排気微粒子の堆積が進行していく様子を示しており、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順に、ＰＭ堆積量が多くなる。矢印３００が排気ガスの流れを、３０１がＤＰＦ壁の構成要素を示す。
【００７９】
図９（Ａ）は新品若しくはＤＰＦ５０を完全に再生した直後の、排気微粒子が堆積していない状態であり、ＤＰＦ５０の隔壁を排気微粒子が透過する際における圧力損失は、ＤＰＦ５０の形状諸元で規定される。
【００８０】
この状態から図９（Ｂ）に示すように、排気微粒子が、上流側のＤＰＦ壁表面に堆積したり、細孔に詰まって、圧力損失が上昇する。細孔内でのＰＭ堆積部が３０２で示される。図中、矢印３００で示すように、排気ガスは細孔に向かうように流れが形成されるので、最初のうちは細孔が詰まることが圧力損失を上昇させる支配要因となる。
【００８１】
細孔の多くが詰まり、ＤＰＦ壁表面の全面にＰＭ堆積層が形成されると、今度は、図９（Ｃ）に示すように、排気ガス中の排気微粒子によりＰＭ堆積層の厚さが増していくことになる。ＤＰＦ壁の表層へのＰＭ堆積層が３０３で示されている。ここでは、ＤＰＦ壁表面を覆うＰＭ堆積層が厚くなることが圧力損失を上昇させる支配要因となる。
【００８２】
このように、細孔の多くが詰まり、全面にＰＭ堆積層が形成される遷移点の前と後とで圧力損失を上昇させる支配要因が異なる。細孔に排気微粒子が詰まっていない状態では良好に流通が自在であった細孔が、排気微粒子が細孔で捕集されて細孔に詰まると、急激に圧力損失が増大するので、細孔の多くが詰まってしまうまでは、図３に示すように、ＰＭ堆積量に対する圧力損失の変化率は比較的大きい（ＰＭ増加第１特性線１１１）。一方、細孔の多くが詰まってしまった以降では圧力損失の上昇の支配要因がＰＭ堆積層が厚くなることに変わるから、ＰＭ堆積量に対する圧力損失の変化率は緩やかなものに変わることになる（ＰＭ増加第２特性線１１２）。
【００８３】
次に、図３の特性線１１３，１１４は、排気微粒子が堆積した状態から排気微粒子が燃焼してＰＭ堆積量が減少していくときの圧力損失とＰＭ堆積量との関係を示す。ＰＭ燃焼時の特性が特性線１１３，１１４で表される微視的理由を、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）により説明する。図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、ＤＰＦ５０に堆積した排気微粒子が燃焼、消失していく様子を示しており、この順に燃焼が進行する。排気微粒子は堆積時には細孔が詰まりＤＰＦ壁表面の全面にＰＭ堆積層が形成された後、その厚さが増していくという過程を経たが、燃焼で低減する場合には、ＤＰＦ５０に担持された酸化触媒に接触する部位から先に燃焼する性質があるとみなされる。それにより、先ず細孔内に詰まった排気微粒子から燃焼、消失し（図１０（Ａ）、図１０（Ｂ））、その後、ＤＰＦ壁表面の排気微粒子が燃焼、消失していくことになる（図１０（Ｃ））。
【００８４】
したがって、細孔に詰まった排気微粒子が除去されることで、急速に圧力損失が減少し（ＰＭ低減第１特性線１１３）、細孔の目詰まりの多くが回復し、ＤＰＦ壁の表面に堆積した排気微粒子が燃焼、消失する段階になると、圧力損失の減少が緩やかになるものと認められる（ＰＭ低減第２特性線１１４）。
【００８５】
図３は以上述べた増加時の堆積特性と低減時の堆積特性とを併せたものである。ＰＭ増加第１特性線１１１は細孔に排気微粒子が詰まっていく過程に対応するものであり、ＰＭ低減第１特性線１１３は細孔に詰まった排気微粒子が消失する過程に対応するものである。いずれも、細孔内の堆積排気微粒子の増減に基因しているので、特性線の傾きは実質的に同じであり、ＰＭ増加第１特性線１１１とＰＭ低減第１特性線１１３とは平行となる。また、ＰＭ増加第２特性線１１２は、細孔が略詰まった後、ＤＰＦ壁表面のＰＭ堆積層の厚さが増していく過程に対応するものであり、ＰＭ低減第２特性線１１４は細孔内の排気微粒子が燃焼し尽くした後、ＰＭ堆積層の厚さが減っていく過程に対応するものである。いずれも、ＰＭ堆積層をなす堆積排気微粒子の増減に基因しているので、特性線の傾きは実質的に同じであり、ＰＭ増加第２特性線１１２とＰＭ低減第２特性線１１４とは平行となる。こうした特性線を予め実験などにより求めておけばおきＥＣＵ６０に記憶しておけばよい。
【００８６】
次に以下で、４つの特性線１１１，１１２，１１３，１１４が直線となることの理論的説明を与える。なお以下ではＤＰＦ５０の圧力損失をΔＰで、排気ガスの流速をｖで表す。
【００８７】
より具体的に述べれば、以下で理論的説明を与えるのは次の事項である。すなわち、ＤＰＦ５０における圧力損失ΔＰと流速ｖとの間には、モデル式として次の式（Ｅ２）の関係があり、係数Ｍ，ＮはＰＭ堆積量が多いほど、大きな値をとる。
ΔＰ＝Ｍμｖ＋Ｎρｖ２            （Ｅ２）
また、ＰＭ堆積量をＭＬで表すと、圧力損失ΔＰはＰＭ堆積量ＭＬに対して一次関数形で変化する。さらに、この変化は、図３に示すように、ＰＭ堆積量ＭＬがある大きさ（遷移点堆積量）になる点（遷移点）で傾きが不連続に変化する。
【００８８】
これらの事項について、以下で、ＤＰＦ５０における圧力損失についての理論的なモデルから導き出す。図１１はＤＰＦ５０内部構造を表したもので、入口から流入した排気ガスが出口から流出するまでの間に、管摩擦による圧力損失、通路断面積が急拡大したり急縮小することによる圧力損失、ＤＰＦ５０の隔壁５４を透過する際の圧力損失がある。以下に各圧力損失ΔＰｉ  について説明する。
【００８９】
まず、通路の摩擦による圧力損失について説明する。この圧力損失ΔＰｉ  については式（Ｅ３）が成立する。式中、λは損失の程度を示す係数であり、ｌは通路の長さであり、ｄは通路の径である。ｇは重力定数である。
ΔＰｉ  ／（ρｇ）＝λ（ｌ／ｄ）（ｖ２  ／２ｇ）        （Ｅ３）
【００９０】
ここで、Ｒｅをレイノルズ数として、層流であればλ＝６４／Ｒｅであり、Ｒｅ＝ｖｄ／ｒ、ｒ＝μ／ρである。したがってα＝３２μｌ／（ｄ２  ）とおけば、式（Ｅ３）は次の式（Ｅ４）とできる。
ΔＰｉ  ＝αμｖ        （Ｅ４）
【００９１】
次に、通路断面積の急縮小による圧力損失について説明する。この圧力損失ΔＰｉ  については、次の式（Ｅ５）が成立する。式中、ζは損失の程度を示す係数である。
ΔＰｉ  ／（ρｇ）＝ζ（ｖ２  ／２ｇ）        （Ｅ５）
【００９２】
したがって、β＝ζ／２とおけば、式（Ｅ５）は次の式（Ｅ６）となる。
ΔＰｉ  ＝βρｖ２        （Ｅ６）
【００９３】
次に、ＤＰＦ５０の隔壁５４を透過する際の圧力損失について説明する。この圧力損失ΔＰｉ  については次の式（Ｅ７）が成立する。これはエルガンの式として知られている。式中、ｋ１  、ｋ２  は係数、εは気孔率、Ｓは多孔質体の表面積／体積、Ｌ＊  は透過層の厚さである。
ΔＰｉ  ｇ＝ｋ１  ［（１−ε）２  ／ε３  ］Ｓ２  Ｌ＊  μｖ
＋ｋ２  ［（１−ε）／ε３  ］ＳＬ＊  ρｖ２          （Ｅ７）
【００９４】
式（Ｅ７）は、ＤＰＦ５０の隔壁について（差圧ΔＰｉＷ）と、ＰＭ堆積層について（差圧ΔＰｉＳ）とのそれぞれについて成立するので、次の式（Ｅ８）、（Ｅ９）とも表せる。式中、ＬはＰＭ堆積層の厚さである。δＷ、ηＷ、δＳ、ηＳは適当な定数である。
ΔＰｉＷ＝δＷ  μｖ＋ηＷ  ρｖ２        （Ｅ８）
ΔＰｉＳ＝（δＳ  μｖ＋ηＳ  ρｖ２  ）Ｌ      （Ｅ９）
【００９５】
差圧センサ５３で検出される圧力損失は、前記（Ｅ４）、（Ｅ６）の各圧力損失ΔＰｉ  、（Ｅ８）のΔＰｉＷ  、（Ｅ９）のΔＰｉＳを加算したものと考えられる。よって式（Ｅ２）が成り立つ。ただし
Ｍ＝α＋δＷ  ＋δＳ  Ｌ              （Ｅ１０）
Ｎ＝β＋δＳ  ＋ηＳ  Ｌ                （Ｅ１１）
【００９６】
ＰＭ堆積量が多ければＰＭ堆積層も厚くなるから、ＰＭ堆積量が多いほどＭ，Ｎは大きくなる。なお、圧力損失ΔＰｉ  、ΔＰｉＷ  、ΔＰｉＳの表式において、ＤＰＦ５０よりも上流、下流での流速の項を無視しているのは、ＤＰＦ５０内部での流速に比してごく小さいからである。
【００９７】
また、Ｌ＝ａＭＬ  とすれば、（Ｅ１０）、（Ｅ１１）は次の式（Ｅ１２）、式（Ｅ１３）となる。
Ｍ＝α＋δＷ  ＋δＳ  ａＭＬ        （Ｅ１２）
Ｎ＝β＋δＳ  ＋ηＳ  ａＭＬ        （Ｅ１３）
【００９８】
式（Ｅ１２）、式（Ｅ１３）を次の式（Ｅ１４）、式（Ｅ１５）と書き換えると、式（Ｅ２）は式（Ｅ１６）となる。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは定数である。
Ｍ＝Ａ＋ＢＭＬ          （Ｅ１４）
Ｎ＝Ｃ＋ＤＭＬ          （Ｅ１５）
ΔＰ＝（Ａμｖ＋Ｃρｖ２  ）＋（Ｂμｖ＋Ｄρｖ２  ）ＭＬ        （Ｅ１６）
【００９９】
式（Ｅ１６）を変形すると次の式（Ｅ１７）となる。
ＭＬ  ＝［ΔＰ−（Ａμｖ＋Ｃρｖ２  ）］／（Ｂμｖ＋Ｄρｖ２  ）
（Ｅ１７）
【０１００】
上記の式（Ｅ１６）あるいは（Ｅ１７）が、ＤＰＦ５０のＰＭ堆積量ＭＬと、ＤＰＦ５０の差圧ΔＰとが1次関数の関係であることを示している。さらにその係数が流速ｖの関数であることも示されている。式（Ｅ１６）、（Ｅ１７）において、定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを、それぞれＰＭ増加第１特性線１１１の場合と、ＰＭ増加第２特性線１１２の場合とで２組用意しておき、次の式（Ｅ１８）、式（Ｅ１９）とすればよい。そして例えばＰＭ堆積量の算出式として、式（Ｅ１８）、式（Ｅ１９）をＥＣＵ６０内のＲＯＭに格納すればよい。式中、ＭＬ  は堆積量、ΔＰは圧力損失、ｖは流速である。また既述のとおりＡ１  ，Ｂ１  ，Ｃ１  ，Ｄ１  、Ａ２  ，Ｂ２  ，Ｃ２  ，Ｄ２  は定数である。
【０１０１】
ＭＬ  ＝［ΔＰ−（Ａ１  μｖ＋Ｃ１  ρｖ２  ）］／（Ｂ１  μｖ＋Ｄ１  ρｖ２  ）
（Ｅ１８）
ＭＬ  ＝［ΔＰ−（Ａ２  μｖ＋Ｃ２  ρｖ２  ）］／（Ｂ２  μｖ＋Ｄ２  ρｖ２  ）
（Ｅ１９）
あるいは定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを４つの特性線１１１，１１２，１１３，１１４それぞれに対応する４組求めておくとしてもよい。
【０１０２】
なお上記実施例１において、Ｓ７０１、Ｓ７０２，Ｓ７０３，Ｓ７０４、Ｓ７０５の手順をまとめてガス濃度マップとして、予め求めてＥＣＵ６０に記憶し、これを用いて二酸化窒素濃度を算出するとしてもよい。この場合、二酸化窒素生成部の温度を運転状態から推定する推定プログラムを組み込むかたちとしてもよい。その場合、運転状態のみから二酸化窒素濃度を推定するマップとなり、測定機器を省き、機器構成を簡素化することができる。
【０１０３】
次に、上で述べた実施例１の変形例としての実施例２，３について説明する。実施例２，３においては酸化触媒の配置場所と、それに関係する部分のみが実施例１と異なる。以下で実施例１と異なる部分のみ説明する。
【０１０４】
実施例２の内燃機関の排気浄化装置２が図１２に示されている。図１２の構成では、ＤＰＦ５０の上流にディーゼル酸化触媒４０（ＤＯＣ）が配置されている。このＤＯＣ４０内部の排気ガスの流路の内壁に白金などの酸化触媒が担持されているとする。ＤＯＣ４０の入口側と出口側に排気温度センサ４１，４２が装備されており、その計測値がＥＣＵ６０へと送られる。
【０１０５】
こうした構成においては、ＤＯＣ４０で二酸化窒素が生成されて、それがＤＰＦ５０へと流通し、ＤＰＦ５０でＰＭと二酸化窒素とが反応してＰＭが低温で燃焼する。したがってＤＯＣ４０が二酸化窒素生成部であり、図４のＳ７０３では排気温度センサ４１，４２を用いてＤＯＣ４０の内部温度が推定される。排気温度センサ４１，４２の計測値からＤＯＣ４０の内部温度を推定するマップやプログラムを予め求めておき、ＥＣＵ６０に記憶しておけばよい。
【０１０６】
実施例３の内燃機関の排気浄化装置３が図１３に示されている。図１３の構成では、ＤＯＣ４０とＤＰＦ５０が一体に構成されて排気管３０の途中に配置されている。ＤＯＣ４０内部の排気ガスの流路の内壁に白金などの酸化触媒が担持されているとする。こうした構成においても、ＤＯＣ４０で二酸化窒素が生成されて、それがＤＰＦ５０へと流通し、ＤＰＦ５０でＰＭと二酸化窒素とが反応してＰＭが低温で燃焼する。
【０１０７】
したがって二酸化窒素生成部はＤＯＣ４０である。実施例３ではＳ２０のＤＰＦ内部温度取得と、Ｓ７０３二酸化窒素生成部温度取得では、それぞれ排気温度センサ５１，５２の計測値からＤＰＦ５０とＤＯＣ４０との内部温度を推定するマップあるいはプログラムをＥＣＵ６０に記憶しておき、それを用いて推定すればよい。
【０１０８】
なお、上記実施例において、Ｓ２０の手順が温度取得手段として機能する。Ｓ７０５の手順が、ガス濃度取得手段として機能する。Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０，Ｓ９０の手順が推定手段として機能する。Ｓ７０，Ｓ８０の手順が補正手段として機能する。Ｓ１１０が再生手段として機能する。Ｓ７０３の手順が触媒温度取得手段として機能する。Ｓ７０２の手順が窒素酸化物濃度取得手段として機能する。Ｓ７０５の手順が算出手段として機能する。Ｓ１０の手順が差圧計測手段として機能する。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施例１の内燃機関の排気浄化装置の概略図。
【図２】ＤＰＦ堆積量推定・再生処理を示すフローチャート。
【図３】ＤＰＦの差圧とＰＭ堆積量推定値との関係を示す図。
【図４】二酸化窒素の作用による補正処理を示すフローチャート。
【図５】二酸化窒素生成率と二酸化窒素生成部温度との関係を示す図。
【図６】ＰＭ燃焼速度と二酸化窒素濃度との関係を示す図。
【図７】ＤＰＦの差圧とＰＭ堆積量推定値との関係を示す図。
【図８】ＰＭ燃焼速度とＤＰＦ内部温度との関係を示す図。
【図９】ＤＰＦにＰＭが堆積していく状態を示す図。ただし（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順にＰＭ堆積量が増加している。
【図１０】ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼していく状態を示す図。ただし（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の順にＰＭ燃焼量が増加している。
【図１１】ＤＰＦの内部構造を示す図。
【図１２】実施例２の内燃機関の排気浄化装置の概略図。
【図１３】実施例３の内燃機関の排気浄化装置の概略図。
【符号の説明】
【０１１０】
１，２，３    内燃機関の排気浄化装置
１０    吸気管
１１    エアフローメータ
２０    ディーゼルエンジン（内燃機関）
３０    排気管
４０    ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）
４１，４２，５１，５２    排気温度センサ
５０    パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５３    差圧センサ
６０    電子制御装置（ＥＣＵ）
１１１    ＰＭ増加第１特性線（増加第１特性線）
１１２    ＰＭ増加第２特性線（増加第２特性線）
１１３    ＰＭ低減第１特性線（低減第１特性線）
１１４    ＰＭ低減第２特性線（低減第２特性線）
【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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