JP4816739B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンともいう）の排気ガスを浄化する排気浄化装置に関し、さらに詳しくは、ディーゼルエンジンの排気ガスをパティキュレートフィルタを用いて浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関を駆動したときに排出される排気ガス中には、そのまま大気に排出することが好ましくない物質が含まれている。特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）という場合もある）、ＳＯＯＴ（煤）、ＳＯＦ（可溶性有機成分：Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）などが含まれており、大気汚染の原因になる。

排気ガス中に含まれるＰＭを浄化する装置としては、パティキュレートフィルタをディーゼルエンジンの排気通路に設け、排気通路を通過する排気ガス中に含まれるＰＭを捕集することによって、大気中に放出されるエミッションの量を低減する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としては、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）触媒が用いられている。

パティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」ともいう）を用いてＰＭの捕集を行う場合、捕集したＰＭの堆積量が多くなってフィルタの詰りが生じると、フィルタを通過する排気ガスの圧力損失が増大し、これに伴うエンジンの排気背圧増大によってエンジン出力低下や燃費の低下が発生する。

このような点を解消するため、従来、フィルタに捕集されたＰＭの捕集量（堆積量）が所定量に到達したときに、触媒床温を高温化することによってフィルタ上のＰＭを酸化（燃焼）してフィルタを再生している。具体的には、例えば、主燃料噴射（メイン噴射）後に少量の燃料を副次的に噴射（ポスト噴射）することで、フィルタの上流側（排気ガス流れの上流側）の酸化触媒（ＣＣＯ）の温度（排気温度）を上昇させ、この後に、フィルタ再生用のポスト噴射を実行してフィルタに堆積したＰＭを酸化（燃焼）させることによってフィルタを再生している（例えば、特許文献１参照）。

こうしたフィルタ再生制御（以下、フィルタ再生ともいう）では、フィルタへのＰＭの堆積量を推定し、その推定ＰＭ堆積量が所定値に達したときに、フィルタの再生時期であると判定してフィルタ再生を実施している（例えば、特許文献１及び２参照）。

ＰＭ堆積量の推定処理としては、例えば、フィルタの上流側圧力と下流側圧力との差圧（フィルタ前後の差圧）を検出する差圧センサを設け、その差圧センサの出力信号からＰＭ堆積量を推定処理（この推定処理を以下「差圧に基づくＰＭ量推定処理」という）がある（例えば、特許文献２参照）。また、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転数、燃料噴射量、排気ガス温度など）に基づいてマップ等を参照してＰＭ堆積量を推定する処理（この推定処理を以下「エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理」という）がある（例えば、特許文献１参照）。

そして、それら２つの推定処理にて推定される推定ＰＭ堆積量のうち、いずれか一方が再生開始判定値（限界堆積量に相当する値）に達したときにフィルタ再生制御を開始し、例えば、エンジン運転状態に基づく推定ＰＭ堆積量が再生完了判定値にまで低下したときにフィルタ再生を終了するという制御を行っている。なお、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理及び差圧に基づくＰＭ量推定処理の２つの推定処理を行っているのは、フィルタ再生開始判定の信頼性を高めるためである。

特開２００８−２０２５７３号公報 特開２００４−２１８５０８号公報 特開２００６−２９１７８８号公報 特開２００５−３０７７７８号公報

ところで、差圧に基づくＰＭ量推定処理は、フィルタ再生中における精度が低くて、推定ＰＭ堆積量が実際のＰＭ堆積量（実ＰＭ堆積量）に対して低い値となるという問題がある。その理由は、フィルタ再生が開始されると、フィルタに堆積したＰＭの燃焼・除去はフィルタの全体にわたって均一に行われずに（フィルタ内の温度分布が均一にならないため）、フィルタに堆積したＰＭが部分的に除去されてＰＭ堆積層の一部にホール（孔）ができるようにＰＭが燃焼される。そして、ＰＭ堆積層にホールができると（例えば図９参照）、フィルタ前後の差圧が急激に低下するため、差圧に基づく推定ＰＭ堆積量が実ＰＭ堆積よりも低い値になる。このため、実ＰＭ堆積量が再生完了判定値に達する前に、推定ＰＭ堆積量が再生完了判定値以下となってしまい、フィルタ内にＰＭが残っているのにも関わらず、フィルタ再生が終了してしまう。

このような状況になると、差圧に基づく推定ＰＭ堆積量が再生開始判定値に達するまでの期間（インターバル）が短くなってしまい、フィルタ再生の実施頻度が増加するので燃費が悪化する可能性がある。また、ポスト噴射にてフィルタ再生を行っている場合、フィルタ再生の実施頻度が増加すると、ポスト噴射によるオイル希釈（エンジンオイルへの燃料混入）が増大する。オイル希釈が増大すると、エンジンの各摺動部での油膜切れや、エンジンオイルの油面上昇（オイルオーバラン）が懸念される。

以上の問題を解消するには、フィルタ再生中には差圧に基づくＰＭ量推定処理を選択しないようにすればよい。しかしながら、フィルタ再生要求がある状態のときに、差圧に基づくＰＭ量推定処理が選択される場合がある。すなわち、フィルタ再生要求がある状態でも、例えば触媒昇温が十分に上昇していない等の理由によりＰＭ燃焼条件が成立しなくなった場合、再生燃焼モードから通常燃焼モードに移行する。通常燃焼モードになると、差圧に基づくＰＭ量推定処理の選択が可能になる。そして、このようにフィルタ再生要求があるときに差圧に基づくＰＭ量推定処理の選択が可能になると、以下のような点が問題となる。

まず、上述したように、差圧に基づくＰＭ推定処理では、フィルタ再生によりＰＭ堆積層の一部にホールができた時点でフィルタ前後の差圧（推定ＰＭ堆積量）が急激に低下する。ここで、例えば図１０に示すように、フィルタ再生の途中（Ｘ時点）で通常燃焼モードに移行して、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理と、差圧に基づくＰＭ量推定処理との選択が可能な状態になった場合、差圧に基づく推定ＰＭ堆積量は急激に低下するのに対し、エンジン運転状態に基づく推定ＰＭ堆積量は通常燃焼モード時は上昇するので、差圧に基づく推定ＰＭ堆積量が再生完了判定値にまで低下した時点でフィルタ再生完了状態（制御上でのフィルタ再生完了状態）となってしまう。つまり、フィルタには多くのＰＭが残っているのにも関わらず、フィルタ再生が完全に完了したと判断してフィルタ再生が終了してしまう。そして、フィルタ再生完了後（制御上の再生完了判定後）の通常燃焼モード時において、上記したＰＭ堆積層のホールへのＰＭ堆積により、当該ホールが閉塞された時点でフィルタ前後の差圧が急激に上昇し、推定ＰＭ堆積量が再生開始判定値に直ぐに到達するのでフィルタ再生が開始される。

このように、フィルタ再生途中（フィルタ再生要求がある状態）で通常燃焼モードに移行して差圧に基づくＰＭ量推定処理の選択が可能になった場合、フィルタ再生を実施するインターバルが短くなるので、燃費が悪化する。また、フィルタ再生をポスト噴射にて行っている場合、フィルタ再生の実施頻度が増加すると、ポスト噴射によるオイル希釈（オイルへの燃料混入による希釈）が増大する。さらに、フィルタ再生中に通常燃焼モードに移行する状況は、例えば低速走行を継続しているときに度々発生するので、このような場合には、フィルタ再生の頻度が多くなって燃費が更に悪化する。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭ（粒子状物質）を酸化除去するフィルタ再生を実行する排気浄化装置において、フィルタ再生の完了を適正に判定することが可能な制御の提供を目的とする。

本発明は、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに堆積されている粒子状物質の堆積量を推定し、その粒子状物質の推定堆積量が再生開始判定値に達したときのフィルタ再生要求に応じて前記フィルタに堆積した粒子状物質を除去するフィルタ再生を開始し、粒子状物質の推定堆積量が再生完了判定値にまで低下したときに前記フィルタ再生を完了するフィルタ再生制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提としており、このような排気浄化装置において、前記フィルタの再生要求があり、前記フィルタ再生を開始してからフィルタ完全再生完了に至るまでの期間でかつフィルタ再生禁止以外の期間を、フィルタ不完全再生状態であると判定し、前記フィルタ不完全再生状態中は、機関運転状態に基づいて前記フィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定する。そして、前記フィルタ再生禁止状態中は、前記フィルタ前後の差圧に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する推定処理の選択が可能であることを特徴としている。

本発明によれば、フィルタ不完全再生状態中、つまり、フィルタ再生要求があり、その再生要求に応じてフィルタ再生を開始してからフィルタ完全再生完了に至るまでの期間でかつフィルタ再生禁止以外の期間は、機関運転状態（エンジン運転状態）に基づいてフィルタに堆積している粒子状物質の堆積量（以下、ＰＭ堆積量ともいう）を推定し、フィルタ前後の差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する推定処理が選択されないようにしている。

このような技術的特徴により、フィルタ再生要求に応じてフィルタ再生を開始した後、そのフィルタ再生途中で通常燃焼モードに移行しても、機関運転状態に基づいてＰＭ堆積量が推定されるので、推定ＰＭ堆積量と実ＰＭ堆積量との関係がくずれることがなく、フィルタ再生の完了を適正に判定することができる。これによってフィルタ再生の実施頻度が増加することを抑制することができ、燃費の悪化を抑えることができる。また、ポスト噴射にてフィルタ再生を行っている場合、そのポスト噴射によるオイル希釈を抑制することができる。

ここで、「フィルタ再生禁止」とは、ポスト噴射にてフィルタ再生を実施した場合、ポスト噴射によりエンジンオイルの燃料希釈が進むため、フィルタ再生の最大持続時間を制限し、その最大持続時間（オイルの燃料希釈量が許容限界となるポスト噴射の持続時間）に達した後は、フィルタ再生要求があっても、オイル内に混入した燃料が十分に揮発するまでの期間はフィルタ再生を禁止する処理のことであり、このフィルタ再生禁止状態のときはエンジンは通常燃焼モードであり、フィルタにＰＭが新たに堆積し、また、エンジンオイルに混入した燃料も揮発（オイル希釈が回復）するので、差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する推定処理の選択を可能とする。

本発明において、フィルタの再生要求がないときには、機関運転状態に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する推定処理、及び、フィルタ前後の差圧に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する推定処理の選択が可能であり、これらの推定処理にて推定される２つの推定ＰＭ堆積量のうち、いずれか一方の推定ＰＭ堆積量が再生判定値に達した時点でフィルタ再生要求が発生してフィルタ再生が開始される。

本発明によれば、フィルタに堆積した粒子状物質（ＰＭ）を酸化除去するフィルタ再生を実行する排気浄化装置において、フィルタ再生を適正なタイミングで完了することができるので、フィルタ再生の実施頻度が増加することを抑制することができ、燃費の悪化を抑えることができる。

本発明を適用するディーゼルエンジンの一例を示す概略構成図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 ＰＭ発生量ｐｍｅを求めるマップを示す図である。 ＰＭ燃焼量ｐｍｃを求めるマップを示す図である。 エンジン運転状態に基づいて推定した推定ＰＭ堆積量ＰＭｓの変化と、差圧に基づいて推定した推定ＰＭ堆積量ＰＭｄの変化とを示すタイミングチャートである。 フィルタ不完全再生状態の判定処理の内容を示すフローチャートである。 フィルタ不完全再生状態の期間を示すタイミングチャートである。 ＰＭ量推定処理の選択制御の内容を示すフローチャートである。 フィルタ再生中にＰＭ堆積層に生じるホールを模式的に示す要部縦断面図である。 フィルタ再生途中で通常燃焼モードに移行した場合の問題点を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−エンジン−
本発明を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。

この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、エンジン１の各気筒の燃焼室１ａには、同燃焼室１ａ内での燃焼に供される燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）２がそれぞれ配置されている。各気筒のインジェクタ２はコモンレール１１に接続されている。コモンレール１１にはサプライポンプ１０が接続されている。

サプライポンプ１０は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後に燃料通路１０ａを介してコモンレール１１に供給する。コモンレール１１は、サプライポンプ１０から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２に分配する。インジェクタ２は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室１ａ内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ２の開閉（燃料噴射量・噴射時期）はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００によってデューティ制御される。

エンジン１には吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３には、上流部（吸入空気流れの上流部）から下流側に向けて順に、エアクリーナ９、エアフローメータ３３、後述するターボチャージャ６のコンプレッサインペラ６３、インタークーラ８、及び、スロットルバルブ５が配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ５１によってスロットル開度が調整される。スロットルバルブ５のスロットル開度はスロットル開度センサ４１によって検出される。なお、吸気通路３は、スロットルバルブ５の下流側に配置の吸気マニホールド３ａにて各気筒に対応して分岐している。

排気通路４は、エンジン１の各気筒の燃焼室１ａと繋がる排気マニホールド４ａによって各気筒毎に分岐した状態から１つに集合するように構成されている。

排気通路４には、排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）を酸化して浄化するＣＣＯ（酸化触媒コンバータ）２１とＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ２２とが順に配置され、燃焼室１ａでの燃焼により生じた排気が送り込まれる。

ＣＣＯ２１の上流側（排気ガス流れの上流側）の排気通路４にＡ／Ｆセンサ３６及び第１排気温センサ３７が配置されており、この第１排気温センサ３７の出力信号からＣＣＯ
２１に入る排気ガスの温度を検出することができる。また、ＣＣＯ２１とＤＰＦ２２との間の排気通路４に第２排気温センサ３８が配置されており、この第２排気温センサ３８の出力信号からＤＰＦ２２に入る排気ガスの温度（フィルタ温度（床温））を検出することができる。さらにＤＰＦ２２の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ３９が設けられている。

これらＡ／Ｆセンサ３６、第１排気温センサ３７、第２排気温センサ３８、及び、差圧センサ３９の各出力信号はＥＣＵ１００に入力される。

エンジン１にはターボチャージャ６が装備されている。ターボチャージャ６は、ロータシャフト６１を介して連結されたタービンホイール６２とコンプレッサインペラ６３とを備えている。

コンプレッサインペラ６３は吸気通路３内部に臨んで配置され、タービンホイール６２は排気通路４内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ６は、タービンホイール６２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ６３を回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ６は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール６２側に可変ノズルベーン機構６４が設けられており、この可変ノズルベーン機構６４の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。なお、ターボチャージャ６での過給によって昇温した吸入空気は、吸気通路３に配置したインタークーラ８によって強制冷却される。

また、エンジン１にはＥＧＲ装置７が装備されている。ＥＧＲ装置７は、排気通路４を流れる排気ガスの一部を吸気通路３に還流させて、各気筒の燃焼室１ａへ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させる装置である。ＥＧＲ装置７は、吸気マニホールド３ａと排気マニホールド４ａとを接続するＥＧＲ通路７１を備えている。このＥＧＲ通路７１には、ＥＧＲガス流れの上流側から順に、ＥＧＲ通路７１を通過（還流）するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ７３、及び、ＥＧＲバルブ７２が設けられており、このＥＧＲバルブ７２の開度を調整することによって、排気通路４（排気マニホールド４ａ）から吸気通路３（吸気マニホールド３ａ）に導入されるＥＧＲガス量（排気還流量）を調整することができる。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。

ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３はＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４はエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

これらＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、及び、バックアップＲＡＭ１０４はバス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転数を検出するエンジン回転数センサ３１、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ３２、エアフローメータ３３、吸気マニホールド３ａに配置され、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ３４、吸気マニホールド３ａに配置され、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ３５、Ａ／Ｆセンサ３６、第１排気温センサ３７、第２排気温センサ３８、差圧センサ３９、コモンレール１１内の高圧燃料の圧力を検出するレール圧センサ４０、スロットル開度センサ４１、アクセル開度センサ４２、及び、車速センサ４３などが接続されており、これらの各センサからの信号がＥＣＵ１００に入力される。

出力インターフェース１０６には、インジェクタ２、サプライポンプ１０、スロットルバルブ５のスロットルモータ５１、ターボチャージャ６の可変ノズルベーン機構６４、及び、ＥＧＲバルブ７２などが接続されている。

ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブ５の開度制御、及び、燃料噴射量・噴射時期制御（インジェクタ２の開閉制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、下記の［ＮＯ₂還元制御］、［ＤＰＦ再生制御］、［フィルタ不完全再生状態の判定処理］、及び、［ＰＭ量推定処理の選択制御］を実行する。

なお、ＥＣＵ１００は、排気デバイス（Ａ／Ｆセンサ３６、差圧センサ３９など）の故障診断（ダイアグノーシス）も実行する。

以上のＥＣＵ１００により実行されるプログラムによって本発明の排気浄化装置の制御が実現される。

−ＮＯ₂還元制御−
まず、ディーゼルエンジンにおいては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、通常の運転状態では、ＣＣＯ２１の周囲雰囲気は高酸素濃度状態となっている。このため、排気ガス中のＮＯ₂（ＮＯｘ）は、ＣＣＯ２１に吸蔵されるが、熱負荷・硫黄被毒（Ｓ被毒）によって触媒が劣化し、ＮＯ₂還元性能が低下した場合にはＮＯ₂を還元させてＣＣＯ２１を回復させる必要がある。

そこで、この例では、ＥＣＵ１００がＮＯ₂還元制御を実行する。具体的には、エンジン運転状態などに基づいて推定されるＮＯ₂吸蔵量が所定の限界値に達したときに、ポスト噴射を実施してＣＣＯ２１の上流側の排気通路４に燃料を供給することにより、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を制御してＣＣＯ２１の周囲雰囲気を高温化や還元雰囲気にすることで、ＣＣＯ２１に吸蔵されたＮＯ₂を還元して放出する。

なお、ＮＯ₂還元制御及び後述するＰＭ再生制御は、それぞれの実行要求があったときに行われるが、各制御の実行が重なったときには、例えばＰＭ再生制御→ＮＯ₂還元制御の順で実行される。

−ＤＰＦ再生制御−
＜ＰＭ堆積量推定＞
ＥＣＵ１００は、下記の２通りの処理（１）及び（２）でＰＭ堆積量を推定する。

（１）エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理
この例では、ＰＭ発生量ｐｍｅ及びＰＭ燃焼量ｐｍｃを用いて推定ＰＭ堆積量ＰＭｓを算出する。

ＰＭ発生量ｐｍｅは、単位時間当たり（例えば推定処理の１制御周期の間）にエンジン１の全燃焼室から排出されるＰＭの量であって、エンジン回転数センサ３１の出力信号から得られるエンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖ（指令値）に基づいて図３のマップを参照して求める。

ＰＭ燃焼量ｐｍｃは、単位時間当たり（例えば推定処理の１制御周期の間）にＤＰＦ２２に堆積されているＰＭが酸化燃焼される量であって、第２排気温センサ３８の出力信号から得られる排気ガス温度Ｔｈｅｇ（フィルタ温度に相当）及びエアフローメータ３３の出力信号から得られる吸入吸気量Ｇａに基づいて図４のマップ（ＰＭの酸化速度マップ）を参照して求める。

そして、これらＰＭ発生量ｐｍｅ及びＰＭ燃焼量ｐｍｃを用いて推定ＰＭ堆積量ＰＭｓを、演算式［ＰＭｓ←ＰＭｓ（前回値）＋ｐｍｅ−ｐｍｃ］に基づいて逐次算出（積算）していく。ここで、フィルタ再生開始時のＰＭｓ（前回値）は、再生開始判定値Ｔｈｐｍｓｓ（図５参照）に相当する値である。また、フィルタ完全再生完了後の通常燃焼モード開始時（フィルタ再生を実施していない第１回目の通常燃焼モード開始時も含む）のＰＭｓ（前回値）は初期値「０」である。

図３に示すマップは、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖをパラメータとし、ＰＭ発生量ｐｍｅを実験・計算等によって求めた値をマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。なお、図３のマップにおいて、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖがマップ上の各ポイント間の値になるときには、補間処理にてＰＭ発生量ｐｍｅを算出する。

図４に示すマップは、排気ガス温度Ｔｈｅｇ及び吸入空気量Ｇａをパラメータとし、ＰＭ燃焼量ｐｍｃを実験・計算等によって求めた値をマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。なお、図４のマップにおいて、排気ガス温度Ｔｈｅｇ及び吸入空気量Ｇａがマップ上の各ポイント間の値になるときには、補間処理にてＰＭ燃焼量ｐｍｃを算出する。

（２）差圧に基づくＰＭ量推定処理
まず、排気浄化装置においては、ＤＰＦ２２へのＰＭの堆積が進行するにしたがって、その堆積ＰＭが排気ガスの流れの妨げとなり、排気ガスの流動抵抗が増加する。これに伴って排気通路４に配置のＤＰＦ２２の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔＰが大きくなる。このＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰは、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭの燃焼除去が進行して、ＤＰＦ２２に堆積しているＰＭ堆積量が減少するにしたがって小さくなる。このようにＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰとＤＰＦ２２に堆積しているＰＭ堆積量との間に相関関係があるので、差圧ΔＰからＤＰＦ２２のＰＭ堆積量を推定することができる。

このような点を利用し、この例では、排気通路４（ＤＰＦ２２）に設けた差圧センサ３９の出力信号から得られる差圧ΔＰに基づいてマップを参照して、ＤＰＦ２２に捕集されたＰＭの堆積量（推定ＰＭ堆積量ＰＭｄ）を推定する。

なお、推定ＰＭ堆積量の算出に用いるマップは、上記したＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰとＰＭ堆積量との相関関係を考慮して、実験・計算等によって適合した値をマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。

＜フィルタ再生（ＤＰＦ再生）処理＞
ＥＣＵ１００は、エンジン１の通常燃焼モード時に、上記したエンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理、及び、差圧に基づくＰＭ量推定処理の各処理によって推定ＰＭ堆積量ＰＭｓ及びＰＭ推定量ＰＭｄを推定している。これら推定ＰＭ堆積量ＰＭｓ及びＰＭ推定量ＰＭｄは時間の経過とともに上昇していく。ＥＣＵ１００は、その上昇する推定ＰＭ堆積量ＰＭｓまたは推定ＰＭ堆積量ＰＭｄが、再生開始判定値（限界ＰＭ堆積量に相当する値）ＴｈｐｍｓｓまたはＴｈｐｍｄｓ（図５参照）にまで上昇した否かを判定し、これら推定ＰＭ堆積量ＰＭｓまたは推定ＰＭ堆積量ＰＭｄのうちのいずれか一方が再生開始判定値ＴｈｐｍｓｓまたはＴｈｐｍｄｓに達した時点でＤＰＦ２２の再生開始時期であると判断する。

例えば図５に示すように、推定ＰＭ堆積量ＰＭｄが先に再生開始判定値Ｔｈｐｍｄｓに達した場合、その時点で、ＤＰＦ２２の再生開始時期であると判断してフィルタ再生要求を発生し、そのフィルタ再生要求に応じてフィルタ再生を開始する（図７参照）。なお、通常燃焼モード中において、推定ＰＭ堆積量ＰＭｓまたは推定ＰＭ堆積量ＰＭｄのいずれか一方が再生開始判定値ＴｈｐｍｓｓまたはＴｈｐｍｄｓに達した時点で、それら２つの推定ＰＭ堆積量ＰＭｓ及びＰＭｄは初期化［０］される。

フィルタ再生時には、エンジン運転のための燃料噴射（インジェクタ２から燃焼室１ａへの燃料噴射）である主燃料噴射（メイン噴射）を行った後に、ＣＣＯ昇温燃料噴射（ポスト噴射）を実行する。このＣＣＯ昇温燃料噴射によってインジェクタ２から噴射された燃料は、排気通路４に送出されてＣＣＯ２１に達する。ＣＣＯ２１に燃料成分が到達すると、ＨＣやＣＯ等の成分が排気ガス中や触媒上で酸化反応され、その酸化反応に伴う発熱でＣＣＯ２１（排気ガス）の温度が上昇し、この温度上昇によってＤＰＦ２２の温度が上昇する。そして、このようなＣＣＯ昇温燃料噴射を行った後に、所定のタイミングでＤＰＦ再生燃料噴射を実行することにより、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭが燃焼・除去され、ＤＰＦ２２のＰＭ堆積量が減少していく。

このようなフィルタ再生中において、ＥＣＵ１００は、上記したエンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理を選択してＰＭ堆積量ＰＭｓ［ＰＭｓ←ＰＭｓ（前回値）＋ｐｍｅ−ｐｍｃ］を推定しており、その推定ＰＭ堆積量ＰＭｓが再生完了判定値Ｔｈｐｍｓｅ（図５参照）にまで低下した時点で、ＤＰＦ２２の再生が完全に完了（フィルタ完全再生完了）したと判断してフィルタ再生を終了する。なお、上述したように、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量ＰＭｓの初期値［ＰＭｓ（前回値）］は、再生開始判定値Ｔｈｐｍｓｓに相当する値とする。

ここで、この例では、ポスト噴射にてフィルタ再生を実施しているので、ポスト噴射による燃料噴射によってオイル希釈（エンジンオイルへの燃料混入）が進むため、フィルタ再生の最大持続時間を制限し、その最大持続時間に達した後は、フィルタ再生要求があっても、エンジンオイルに混入した燃料が十分に揮発するまでの期間はフィルタ再生を禁止している（フィルタ再生禁止）。具体的には、ＥＣＵ１００は、タイマカウンタを備えており、フィルタ再生中（オイル希釈に影響を与える特定の燃焼モード中）に、タイマカウンタにてフィルタ再生の持続時間をカウントし、そのフィルタ再生持続時間のカウント値が最大持続時間（オイルの燃料希釈量が許容限界となるポスト噴射の持続時間）に達した時点でフィルタ再生を一定期間禁止する。

なお、フィルタ再生禁止期間については、エンジンオイルに混入した燃料が十分に揮発する時間（フィルタ再生を実施できる程度にまでオイル希釈が回復するのに要する時間）を実験・計算等によって取得し、その結果を基に適合した値を設定する。そして、このようなフィルタ再生禁止状態のときには、後述するように、差圧に基づくＰＭ量推定処理の選択が可能となるようにしている。

また、ＥＣＵ１００は、フィルタ再生要求がある状態のときでも、ＰＭの燃焼条件が成立しなくなった場合には、エンジン１の燃焼モードを再生燃焼モードから通常燃焼モードに切り替える。具体的には、例えば、アイドル運転や低速走行が長く継続されている状況で、ＣＣＯ２１が温まっておらず、ポスト噴射を実施してもフィルタ温度が十分に上昇しなくてＰＭ燃焼が起こりにくい状態のときには、ＰＭ燃焼条件不成立と判定して、燃焼モードを再生燃焼モードから通常燃焼モードに切り替える。

そして、このようにフィルタ再生途中で、再生燃焼モードから通常燃焼モードに移行した場合であっても、フィルタ完全再生完了に至るまでは、フィルタ不完全再生状態中であると判定して、差圧に基づくＰＭ量推定処理を選択せずに、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理にて推定ＰＭ堆積量ＰＭｓを推定する。その具体的な例について以下に説明する。

−フィルタ不完全再生状態の判定−
まず、フィルタ不完全再生状態の判定処理について図６のフローチャートを参照して説明する。図６の処理ルーチンはＥＣＵ１００において所定周期（例えば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ程度）毎に繰り返して実行される。

ステップＳＴ１０１において、上記したエンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理によって推定している現在のＰＭ堆積量ＰＭｓに基づいて、フィルタ再生が完全に完了（フィルタ完全再生完了）しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合は、現在のＤＰＦ２２のＰＭ堆積状態が「フィルタ完全再生状態」であると判定する（ステップＳＴ１０５）。ステップＳＴ１０１の判定結果が否定判定である場合（フィルタ完全再生完了状態でない場合）はステップＳＴ１０２に進む。

ステップＳＴ１０２では、フィルタ再生要求があるか否かを判定する。具体的には、上記したように、推定ＰＭ堆積量ＰＭｓまたは推定ＰＭ堆積量ＰＭｄのうちのいずれか一方が再生開始判定値ＴｈｐｍｓｓまたはＴｈｐｍｄｓに達した時点からフィルタ再生要求が発生するので、そのフィルタ再生要求がある状態のときにはステップＳＴ１０３に進む。なお、フィルタ再生要求（要求フラグ）は、図７に示すように、フィルタ完全再生完了となるまで継続される。

ステップＳＴ１０２の判定結果が否定判定である場合はリターンする。

ステップＳＴ１０３においては、現在の状態がフィルタ再生禁止状態であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合は、「フィルタ不完全再生状態」であると判定する（ステップＳＴ１０４）。

ステップＳＴ１０３の判定結果が肯定判定である場合（現在の状態がフィルタ再生禁止状態である場合）はリターンする。すなわち、フィルタ再生禁止状態である場合は、その禁止状態の間に、ＤＰＦ２２にＰＭが堆積し、また、エンジンオイルに混入した燃料も揮発（オイル希釈が回復）するので、「フィルタ不完全再生状態」の判定は実施しない。

次に、図７のタイミングチャートを参照して「フィルタ不完全再生状態」について具体的に説明する。

まず、図７（ａ）に示すように、タイミングｔ１の時点でフィルタ再生要求があると、その再生要求に応じてフィルタ再生が開始される。このフィルタ再生開始時点ｔ２でフィルタ不完全再生状態がＯＮとなる。このフィルタ不完全再生状態は、フィルタ再生禁止がＯＮにならない限り、フィルタ完全再生完了となる時点ｔｎまで継続される。

そして、この図７（ａ）の例の場合、フィルタ再生を開始した後（フィルタ不完全再生状態中）に、ＰＭ燃焼条件が成立しなくなって、エンジン１の燃焼モードが再生燃焼モードから通常燃焼モードに移行しても、フィルタ不完全再生状態は継続されるので、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理にて推定ＰＭ堆積量ＰＭｓが推定される。この点については後述する。一方、図７（ｂ）に示すように、フィルタ再生が開始された時点ｔ２からフィルタ完全再生完了時ｔｎに至るまでに、フィルタ再生禁止がＯＮになった場合、そのフィルタ再生禁止状態中（ｔ３〜ｔ４）は、フィルタ不完全再生状態がＯＦＦとなり通常燃焼モードとなって、差圧に基づくＰＭ体制量の推定処理の選択が可能な状態となる。この点についても後述する。

以上のように、「フィルタ不完全再生状態」とは、フィルタ再生要求がある状態で、フィルタ再生を開始してからフィルタ完全再生完了に至るまでの期間でかつフィルタ再生禁止期間以外の状態のことである。

−ＰＭ量推定処理の選択制御−
次に、上記したエンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理、または、差圧に基づくＰＭ量推定処理を選択する制御の一例について、図８のフローチャートを参照して説明する。図８の制御ルーチンはＥＣＵ１００において所定周期（例えば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ程度）毎に繰り返して実行される。

ステップＳＴ２０１において、フィルタ完全再生完了となった回数が所定の判定値以下であるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合は、ステップＳＴ２０７に進む。ステップＳＴ２０１の判定結果が否定判定である場合は、ＤＰＦ２２が新品であると判断してステップＳＴ２０２に進む。このステップＳＴ２０１を設ける理由は、ＤＰＦ２２が新品の状態である場合、差圧に基づくＰＭ量推定処理の精度が低いため、このＰＭ量推定処理を選択しないようにするためである。

なお、ステップＳＴ２０１の判定に用いる判定値については、例えば、差圧に基づくＰＭ量推定処理の精度が許容範囲内に入る回数（フィルタ完全再生完了回数）を実験・計算等によって取得し、その結果を基に適合した値を設定する。

ステップＳＴ２０２では、排気ガス流量が所定の判定値以下であるか否かを判定し、その判定結果が肯定である場合はステップＳＴ２０７に進む。ステップＳＴ２０２の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ２０３に進む。このステップＳＴ２０２を設ける理由は、排気ガス流量が低い場合には、差圧に基づくＰＭ量推定処理の精度が低いため、この差圧に基づくＰＭ量推定処理を選択しないようにするためである。ここで、排気ガス流量は、例えばエンジン回転数センサ３１の出力信号から得られるエンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑｖ（指令値）、及び、エアフローメータ３３の出力信号から得られる吸入空気量Ｇａに基づいて算出することができる。なお、排気通路４に排気ガス流量センサを配置して、そのセンサ出力信号から排気ガス流量を得るようにしてもよい。

このステップＳＴ２０２の判定に用いる判定値については、例えば、差圧に基づくＰＭ量推定処理の精度が許容範囲外となるような排気ガス流量を、実験・計算等によって取得し、その結果を基に適合した値を設定する。

ステップＳＴ２０３では、排気デバイス（Ａ／Ｆセンサ３６、差圧センサ３９など）の故障診断（ダイアグノーシス）を実施して排気デバイスの故障があるか否かを判定する。ステップＳＴ２０３の判定結果が肯定判定である場合は、差圧に基づくＰＭ量推定処理の信頼性がないと判断してステップＳＴ２０７に進む。ステップＳＴ２０３の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ２０４に進む。

ステップＳＴ２０４では、ＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰの変動量（単位時間当たりの変化量）が所定の判定値よりも大ききか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ２０７に進む。ステップＳＴ２０４の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ２０５に進む。

このステップＳＴ２０４の処理を実行する理由について説明すると、まず、ＤＰＦ２２へのＰＭ堆積による差圧ΔＰの単位時間当たりの変化量は、ある範囲内に収まるが、例えば、アクセルのＯＮ／ＯＦＦ操作が短時間で行われた場合、ＰＭ堆積の場合と比較して差圧ΔＰが短時間で急激に変動する。こうした状況になると、差圧ΔＰに基づいて推定した推定ＰＭ堆積量と実ＰＭ堆積量との関係がくずれてしまい、推定ＰＭ堆積量の信頼性がなくなるので、ＤＰＦ２２前後の差圧ΔＰの変動量が大きい場合には、差圧に基づくＰＭ量推定処理は選択しないようにする。

なお、ステップＳＴ２０４の判定に用いる判定値については、例えば、ＤＰＦ２２へのＰＭ堆積による差圧ΔＰの単位時間当たりの変化量の最大値を実験・計算等によって取得し、その結果に基づいて、ＰＭ堆積による差圧の変動と、他の要因による急激な差圧の変動とを判別できるような値を適合する。

ステップＳＴ２０５では、ＮＯ₂還元制御の実行中であるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ２０７に進む。ステップＳＴ２０５の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ２０６に進む。このステップＳＴ２０５を設ける理由は、ＮＯ₂還元制御の実行中であると、上述したホール（ＰＭ堆積層のホール）が生じやすい状況なり、差圧に基づくＰＭ量推定処理の信頼性がなくなるので、このＰＭ量推定処理を選択しないようにするためである。

ステップ２０６では、特定の燃焼モード（ＣＣＯ２１の床温上昇ための燃焼モード、フィルタ再生燃焼モード）であるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ２０７に進む。ステップＳＴ２０６の判定結果が否定判定である場合（通常燃焼モードである場合）はステップＳＴ２０８に進む。このステップＳＴ２０６は、フィルタ再生中には、差圧に基づくＰＭ量推定処理を選択しないようにするための処理ステップである。

ステップＳＴ２０７は、ノイズ除去などを目的として実行する処理ステップであり、上記したステップＳＴ２０１〜ステップＳＴ２０６のうち、いずれか１つのステップの判定条件が一定時間以上成立しているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はエンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理を選択し（ステップＳＴ２０９）、その選択したＰＭ量推定処理にてＰＭ堆積量を推定する。ステップＳＴ２０７の判定結果が否定判定である場合はステップＳＴ２０８に進む。

ステップＳＴ２０８では、図５の判定結果に基づいて、現在の状態が「フィルタ不完全再生状態」であるか否かを判定する。ステップＳＴ２０８の判定結果が肯定判定である場合は、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理を選択し（ステップＳＴ２０９）、その選択したＰＭ量推定処理にてＰＭ堆積量を推定する。

一方、ステップＳＴ２０８の判定結果が否定判定である場合（フィルタ不完全再生状態中でない場合）は、差圧に基づくＰＭ量推定処理を選択し（ステップＳＴ２１０）、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理に加えて、差圧に基づくＰＭ量推定処理の選択が可能な状態とする。

以上のように、この例の制御によれば、フィルタ再生要求があり、フィルタ再生を開始してからフィルタ完全再生完了に至るまでの期間でかつフィルタ再生禁止以外の期間を、フィルタ不完全再生状態であると判定し、そのフィルタ不完全再生状態中は、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理によってＰＭ堆積量を推定し、差圧に基づくＰＭ量推定処理が選択されないようにしているので、フィルタ再生要求に応じてフィルタ再生を開始した後、そのフィルタ再生途中で通常燃焼モードに移行しても、エンジン運転状態に基づくＰＭ量推定処理によるＰＭ堆積量推定が継続される。これにより、推定ＰＭ堆積量と実ＰＭ堆積量との関係がくずれることがなく、フィルタ再生の完了を適正に判定することができる。その結果として、フィルタ再生の実施頻度が増加することを抑制することができ、燃費の悪化を抑えることができる。また、ポスト噴射によるオイル希釈を抑制することができる。

なお、以上の例において、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量ＰＭｓを算出［ＰＭｓ←ＰＭｓ（前回値）＋ｐｍｅ−ｐｍｃ］する際の初期値［ＰＭｓ（前回値）］は一定の値であってもよいし、車両の走行状態やエンジン１の運転状態に応じて可変に設定するようにしてもよい。例えば、車速が速い場合は低い場合と比較して、排気ガス温度が高くてＤＰＦ２２が再生し易い状況になるので、このような点を考慮し、車速に応じて推定ＰＭ堆積量の初期値を可変に設定するようにしてもよい。また、排気ガス流量に応じて、排気ガス流量が小さいほど、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量ＰＭｓの初期値が大きくなるように設定してもよい。

また、以上の例において、フィルタ再生時の推定ＰＭ堆積量ＰＭｓに対して設定する再生完了判定値Ｔｈｐｍｓｅ（図５参照）については、「０」に近づけるほど、再生終了判定の精度を高くすることができるが、再生完了判定値Ｔｈｐｍｓｅを「０」に近づけすぎると、フィルタ再生時間が長くなって燃費の悪化につながるので、このような判定精度と燃費とを考慮して、実験・計算等により適合した値を再生終了判定Ｔｈｐｍｓｅとして設定する。

−他の実施形態−
以上の例では、主燃料噴射後のポスト噴射によってフィルタ再生を行っているが、本発明はこれに限られることなく、ＤＰＦ２２の上流側の排気通路（例えば、排気マニホールド４ａ）に燃料添加弁から燃料を添加することによってフィルタ再生を行うようにしてもよい。また、これらポスト噴射と燃料添加とを組み合わせてフィルタ再生を行うようにしてもよい。

以上の例では、パティキュレートフィルタとしてＤＰＦを用いているが、本発明はこれに限られることなく、ＤＰＮＲ触媒を用いた排気浄化装置にも適用することができる。

以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。さらに、本発明の排気浄化装置は、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転領域の大部分を占める希薄燃焼式ガソリンエンジンにも適用可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。

本発明は、内燃機関（エンジン）の排気ガスを浄化する装置に利用可能であり、さらに詳しくは、ディーゼルエンジンの排気ガスをパティキュレートフィルタを用いて浄化する排気浄化装置に利用することができる。

１ エンジン
２ インジェクタ
３ 吸気通路
４ 排気通路
２１ ＣＣＯ
２２ ＤＰＦ
３１ エンジン回転数センサ
３３ エアフローメータ
３６ Ａ／Ｆセンサ
３８ 第２排気温センサ
３９ 差圧センサ
１００ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に配設され、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに堆積されている粒子状物質の堆積量を推定し、その粒子状物質の推定堆積量が再生開始判定値に達したときのフィルタ再生要求に応じて前記フィルタに堆積した粒子状物質を除去するフィルタ再生を開始し、粒子状物質の推定堆積量が再生完了判定値にまで低下したときに前記フィルタ再生を完了するフィルタ再生制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
   前記フィルタ再生要求があり、前記フィルタ再生を開始してからフィルタ完全再生完了に至るまでの期間でかつフィルタ再生禁止以外の期間を、フィルタ不完全再生状態であると判定し、前記フィルタ不完全再生状態中は、機関運転状態に基づいて前記フィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定し、
   前記フィルタ再生禁止状態中は、前記フィルタ前後の差圧に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する推定処理の選択が可能であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記フィルタの再生要求がないときには、前記機関運転状態に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する推定処理、及び、前記フィルタ前後の差圧に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する推定処理の選択が可能であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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