JP4061995B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段に堆積したパティキュレート堆積量を精度よく算出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の排気浄化装置としては、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するために、排気系にパティキュレート捕集手段（ＰＭ捕集手段）を備えるものが知れられている。このような排気浄化装置は、主に、ディーゼルエンジンに適用されているが、ＰＭ捕集手段へのＰＭ堆積量の増加に伴って、排気がＰＭ捕集手段を通過する際の抵抗が大きくなり、排気圧力が過度に上昇して機関の出力低下やエミッション性能の悪化を招くことから、堆積したＰＭを定期的に燃焼させることでＰＭ捕集手段を再生するようにしている（特開昭５８−５１２３５号公報等参照）。
【０００３】
このようなＰＭ捕集手段の再生処理は、加熱を伴うためあまり頻繁に行うと燃費の悪化を招くことになり、再生処理を行う時期が遅くなりすぎてＰＭ堆積量が限界を超えてしまうと、再生時にＰＭが急激に燃焼してＰＭ捕集手段が溶損するおそれがあることから、ＰＭ捕集手段に堆積しているＰＭ量（ＰＭ堆積量）を正確に予測してその再生時期を判断する必要がある。
【０００４】
ここで、ＰＭ捕集手段のＰＭ堆積量を予測する方法として、ＰＭ捕集手段の上流側と下流側との圧力差を計測し、この圧力差に基づいて行うことも可能であるが、この場合には、圧力センサを含めた特別な装置を新たに追加しなければならないことになる。
一方、車両の走行距離や機関の運転時間に基づいてＰＭ堆積量を予測することによって、前記特別な装置の追加を回避することが可能となるが、この場合には、機関の運転条件（機関回転速度及び負荷）に応じて変化する単位時間当たりのＰＭ増減量を精度よく算出する必要がある。この単位時間当たりのＰＭ増減量を算出するものとしては、特許第２６２３８７９号の排気浄化装置がある。このものは、機関回転速度と負荷とに応じてＰＭ捕集手段に捕集されて増加する単位時間当たりのＰＭ増加量、あるいは、再燃焼により減少する単位時間当たりのＰＭ減少量を算出し、さらに機関冷却水温度と排気温度とに応じた補正を行うことで単位時間当たりのＰＭ増減量を算出してＰＭ堆積量を予測している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、世界的な環境に対する関心の高まりもあって、今後より一層の排気低減を進める場合、上記のようなＰＭ捕集手段をディーゼルエンジンのみならず、その他の内燃機関にまで適用範囲が拡大されることが予想される。例えば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害成分を浄化する排気浄化触媒を備えた内燃機関に前記ＰＭ捕集手段を更に適用する場合である。
【０００６】
この場合、前記排気浄化触媒は、所定の活性温度以上にならないとその効果を発揮できないため、冷機始動時直後においても速やかに触媒温度を上昇させるべく排気温度の高いエキゾーストマニホールド又はその直下に配設されることになる一方、ＰＭ捕集手段は、上述したように、その温度が高温になり過ぎるとＰＭが急激に燃焼して溶損に至るおそれがあるため、前記排気浄化触媒の下流側に配設されることになる。
【０００７】
このような構成において、前記排気浄化触媒がＰＭを酸化する機能を有する場合には、排気中のＰＭの一部が排気浄化触媒で浄化されることがあり、この結果、ＰＭ捕集手段に到達するＰＭ量が減少することになる。すなわち、前記排気浄化触媒の酸化能力によってＰＭ捕集手段に単位時間当たりの流入するＰＭ流入量が変化することになる。
【０００８】
しかし、上記従来のものでは、このような排気浄化触媒のＰＭ酸化能力を全く考慮していないので、排気浄化触媒とＰＭ捕集手段とを併用した排気浄化装置については、ＰＭ捕集手段のＰＭ堆積量を予測精度が低下し、これにより、再生時期を適切に判断できないという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ＰＭ酸化機能を有する排気浄化触媒とＰＭ捕集手段と併用した内燃機関の排気浄化装置においても、特別な装置を設けることなく、ＰＭ捕集手段のＰＭ堆積量を精度よく予測することにより、ＰＭ捕集手段の再生時期を適切に判断できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、機関の運転条件に基づいて機関から排出されるパティキュレート排出量を算出し、このパティキュレート排出量とパティキュレート捕集手段の上流側に配設された酸化触媒のパティキュレート酸化能力とに基づいてパティキュレート捕集手段に流入するパティキュレート流入量を算出する一方、パティキュレート捕集手段で燃焼するパティキュレート燃焼量についても算出し、前記パティキュレート流入量とパティキュレート燃焼量とに基づいてパティキュレート捕集手段に堆積しているパティキュレート堆積量を算出するようにした。
ここで、機関の空燃比を検知する空燃比検知手段及び前記酸化触媒の温度を検知する触媒温度検知手段を備え、前記パティキュレート流入量算出手段は、前記機関の空燃比及び前記酸化触媒の温度に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出する。
また、前記酸化触媒に取り込まれた酸素ストレージ量を検知する酸素ストレージ量検知手段を備え、前記パティキュレート流入量算出手段は、前記酸素ストレージ量に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出する。
さらに、前記酸化触媒の劣化状態を検知する劣化状態検知手段を備え、前記パティキュレート流入量算出手段は、前記酸化触媒の劣化状態に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレート捕集手段の上流側に配設される酸化触媒のパティキュレート酸化能力を考慮して、パティキュレート捕集手段に流入するパティキュレート流入量を精度よく算出できる。そして、このパティキュレート流入量と、パティキュレート捕集にて再燃焼により減少するパティキュレート燃焼量と、に基づいてパティキュレート捕集手段のパティキュレート堆積量を推定するようにしたので、上流側にパティキュレートを酸化する機能を有する触媒が配設された場合であっても、パティキュレート捕集手段に堆積したパティキュレート量を精度よく推定することができる。この結果、適切な時期にパティキュレート捕集手段の再生処理を実行できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す内燃機関（エンジン）のシステム図である。図１において、エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ２を通過後、エアフローメータ３で計量され、電制スロットル弁４に導かれて吸入空気量制御が行われる。吸入空気は、その後、吸気通路５、コレクタ６、吸気マニホールド７を通り、吸気弁８を介してシリンダ９内に導入される。
【００１２】
前記シリンダ９の内部には往復運動を行うピストン１０が配設されている。そして、シリンダ９内に導入された空気に対して燃料噴射弁１１により燃料を噴射して混合気を形成し、ピストン１０の上昇により混合気を圧縮し、点火プラグ１２で着火燃焼させる。その後、排気弁１３を開き、排気をエキゾーストマニホールド１４に排出する。
【００１３】
前記エキゾーストマニホールド１４には、ＥＧＲ通路１５が連結されており、排気の一部を前記吸気通路５に還流できるようになっている。なお、かかる還流量（ＥＧＲ流量）は、ＥＧＲ通路１５内に設けたＥＧＲ弁１６により制御する。また、エキゾーストマニホールド１４の下流側には、排気中の酸素濃度を計測するＯ2センサ１７が設けられている。そして、エンジン１を理論空燃比で運転するときは、燃料噴射制御を行うに際して、このＯ2センサ１７からの信号に基づいて空燃比フィードバック制御を行う。
【００１４】
前記エキゾーストマニホールド１４のすぐ下流側には（直下には）、三元触媒１８及びこの三元触媒１８の温度（触媒温度）Ｔｃを計測する触媒温度センサ１９が設けられている。この三元触媒１８は、排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化すると共に、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を酸化（浄化）する機能も有している。なお、前記三元触媒１８は、エキゾーストマニホールド１４内に設けるようにしてもよい。
【００１５】
更に、前記三元触媒１８の下流側の排気通路２０には、前記ＰＭを捕集するパティキュレートトラップ（以下、ＰＭトラップという）２１及びこのＰＭトラップ２１の温度（ＰＭトラップ温度）Ｔｔを計測するトラップ温度センサ２２が設けられている。このＰＭトラップ２１は、耐熱性フィルタ構造を有しており、所定温度（例えば、４００℃）以上となると、捕集したＰＭが自己再燃焼して再生され、それよりも低い温度においては、捕集したＰＭがＰＭトラップ２１に堆積する。なお、かかるＰＭフィルタ２１において、上記再生開始温度の低温化や再生反応の促進、並びに他の排気成分の低減等を考慮して、前記ＰＭトラップ２１の表層に、例えば白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１つを含む触媒成分をコーティングするようにしてもよい。
【００１６】
ここにおいて、エンジン１の電制スロットル弁４のスロットル開度制御、燃料噴射弁１１による燃料噴射量及び噴射時期制御（燃料噴射制御）、点火プラグ１２による点火時期制御、ＥＧＲ弁１６によるＥＧＲ流量制御は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２３にて行う。すなわち、このＥＣＵ２３には、上記したエアフローメータ３、Ｏ2センサ１７、触媒温度センサ１９、トラップ温度センサ２２からの信号のほか、クランク角及びエンジン回転速度Ｎｅ検出用のクランク角センサ２４、エンジン水温Ｔｗ検出用の水温センサ２５、アクセル開度Ａｃｃ検出用のアクセル開度センサ２６等からの信号が入力されており、これらの信号に基づいて前記スロットル開度制御、燃料噴射制御、点火時期制御及びＥＧＲ流量制御を実行する。また、ＥＣＵ２３は、前記ＰＭトラップ２１における単位時間当たりのＰＭ堆積量の増減（ＰＭ増減量）の推定計算、並びに、前記ＰＭトラップ２１の再生制御をも実行する。
【００１７】
ここで、本実施形態における「ＰＭトラップ２１における単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップ２１の再生制御」について説明する。
図２は、本実施形態に係るＰＭ増減量推定計算及び推定したＰＭ増減量に基づく再生制御を示すブロック図である。図に示すように、本実施形態に係る制御部は、回転速度・負荷判定手段３１、瞬時ＰＭ排出量計算手段３２、触媒ＰＭ酸化能力判定手段３３、瞬時ＰＭ流入量計算手段３４、瞬時ＰＭ再生量計算手段３５、ＰＭ堆積量計算手段３６、再生動作移行／終了判定手段３７及びＰＭトラップ再生手段３８を含んで構成され、図３示すフローチャートに従って実行される。
【００１８】
図３において、ステップ１（図中Ｓ１と記す。以下同じ）では、エンジン冷却水温度Ｔｗ、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ、触媒温度Ｔｃ及びＰＭトラップ温度Ｔｔを読み込む。ここで、前記目標燃空比ＴＦＢＹＡは、エンジン運転に係る燃料噴射制御から求められる値であり、空燃比（Ａ／Ｆ）の逆数に係数を乗じたものである。なお、目標燃空比ＴＦＢＹＡ＝１は理論空燃比を、ＴＦＢＹＡ＜１はリーン空燃比を意味する。
【００１９】
ステップ２では、単位時間当たりにエンジン１から排出される基本ＰＭ量（基本ＰＭ排出量）ｄＰＭ０を算出する。かかる算出は、例えば、ステップ１で読み込んだエンジン回転速度Ｎｅと負荷のパラメータであるアクセル開度Ａｃｃ、並びに目標燃空比ＴＦＢＹＡに基づいて（すなわち、運転条件に基づいて）、ＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納されたマップデータを参照することにより行われる。なお、ここで使用するマップデータは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、目標燃空比ＴＦＢＹＡとエンジン１から排出されるＰＭ排出量との関係、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ及び目標燃空比ＴＦＢＹＡとの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００２０】
ステップ３では、冷却水温補正係数ｋＴｗを算出する。この冷却水温補正係数ｋＴｗを算出するのは、一般的に、エンジンは冷機時の方が暖機後と比較して燃焼状態が悪いため、冷機時であるほどエンジンからのＰＭ排出量が増加する傾向にあることから、その分を考慮してＰＭ排出量を算出するためである。具体的には、ステップ１で読み込んだエンジン冷却水温度Ｔｗに基づいて、ＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納されたテーブルデータを検索すること等により前記冷却水温補正係数ｋＴｗを算出する。ここで使用するテーブルデータは、図５に示すように、エンジン１の温度状態（冷却水温度Ｔｗ）とＰＭ排出量との関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００２１】
ステップ４では、前記基本ＰＭ排出量ｄＰＭ０に前記冷却水温補正係数ｋＴｗを乗じて、すなわち、温度補正を行って、エンジン１からの単位時間当たりのＰＭ排出量ｄＰＭ（＝ｄＰＭ０×ｋＴｗ）を算出する。なお、ＰＭ排出量に対するエンジン１の温度状態の影響が小さいような場合には、上記ステップ３及び本ステップ４を省略した構成として簡略化してもよい。その場合、本制御に関しては、前記水温センサ２５は不要となる。
【００２２】
なお、上記ステップ２〜４の内容は、前記瞬時ＰＭ排出量計算手段３２で実行されるものである。
次のステップ５では、三元触媒１８のＰＭ酸化能力に応じた触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。この触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するのは、触媒温度Ｔｃが所定温度（ＰＭ酸化開始温度）以上で、かつ、目標燃空比ＴＦＢＹＡが１未満（すなわち、排気中に酸素が含まれる場合）であれば、前記三元触媒１８が排気中のＰＭを酸化可能な状態となり、排気中に含まれるＰＭの一部を酸化することから、この酸化分を考慮してＰＭトラップ２１に流入するＰＭ量（ＰＭ流入量）を算出するためである。具体的には、ステップ１で読み込んだ触媒温度Ｔｃと目標燃空比ＴＦＢＹＡとに基づいて、ＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したマップデータを検索することにより触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。ここで使用するマップデータは、図６に示すように、触媒温度Ｔｃ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものであり、前記三元触媒１８がＰＭ酸化可能状態となっているときに小さい値をとる。なお、このステップ５の内容は、前記触媒ＰＭ酸化能力判定手段３３で実行されるものである。
【００２３】
次のステップ６では、単位時間当たりにＰＭトラップ２１に流入するＰＭ流入量ｄＰＭｉを算出する。このＰＭ流入量ｄＰＭｉは、前記ＰＭトラップ２１に単位時間当たりに流入し、かつ、捕集可能なＰＭ量を意味する。具体的には、前記ＰＭ排出量ｄＰＭに、前記触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを乗じて、すなわち、三元触媒１８のＰＭ酸化能力に応じた補正を行って、ＰＭトラップ２１に流入するＰＭ流入量ｄＰＭｉを算出する。なお、このステップ６の内容は、前記瞬時ＰＭ流入量計算手段３４で実行されるものである。
【００２４】
次のステップ７では、単位時間当たりのＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。このＰＭ再生量ｄＰＭｒは、ＰＭトラップ２１が所定温度以上で、かつ、酸素過剰雰囲気下において、堆積したＰＭがＰＭトラップ２１にて自己再燃焼する単位時間当たりの燃焼量（ＰＭ堆積量の減少分）を意味する。具体的には、まず、酸素濃度のパラメータである燃空比ＴＦＢＹＡと、ＰＭトラップ温度Ｔｔと、に基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したマップデータを検索することにより基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０を算出する。ここで使用するマップデータは、図７に示すように、ＰＭトラップ温度Ｔｔ、燃空比ＴＦＢＹＡ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。そして、この基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０にガス量のパラメータである吸入空気量Ｑａを乗算することで、ＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。なお、このステップ７の内容は、前記瞬時ＰＭ再生量計算手段３５で実行されるものである。
【００２５】
次のステップ８では、ＰＭ堆積量を更新する。すなわち、ＰＭ堆積量の前回値ＰＭ(-1)に対して、ステップ６で算出した今回のＰＭ流入量ｄＰＭｉを加算し、ステップ７で算出した今回のＰＭ再生量（燃焼量）ｄＰＭｒを減算することによりＰＭ堆積量を算出し、更新する。ここで更新したＰＭ堆積量（ＰＭ）は０以上の値をとる。なお、このステップ８の内容は、前記ＰＭ堆積量計算手段３６で実行されるものである。
【００２６】
ステップ９以降は、再生制御ルーチンである。ＰＭトラップ２１の再生処理は、トラップ温度Ｔｔを所定温度以上に上昇させると共に酸素を供給することにより行う。ＰＭトラップ温度Ｔｔを上昇させる方法としては、電気ヒータを備えてヒータ通電により行うもの、燃料噴射を膨張行程に行うもの、排気系への追加燃料噴射により行うもの、エンジン１での燃焼終了時期を遅延されるもの等様々な技術があるが、何れの方法であってもよい。
【００２７】
ステップ９では、ステップ８で算出したＰＭ堆積量（ＰＭ）が、所定の上限値ＰＭｍａｘ（これが、本発明に係る第１所定量に相当する）を超えているか否かを判断する。この上限値ＰＭｍａｘは、例えば、再生時にＰＭが急激に燃焼してＰＭトラップ２１の溶損が生じない量であって、適度な燃焼伝播によって効率的にＰＭトラップ２１の再生が行える量として設定する。ＰＭ堆積量（ＰＭ）が上限値ＰＭｍａｘを超えていれば、ステップ１０に進み、再生制御に移行する。なお、その後も本制御フローを実行し続けることにより、再生制御によりＰＭ堆積量の減少を推定することが可能である。一方、ＰＭ堆積量（ＰＭ）が上限値ＰＭｍａｘ以下であれば、ステップ１１に進む。
【００２８】
ステップ１１では、ＰＭ堆積量（ＰＭ）が所定の下限値ＰＭｍｉｎ（これが、本発明に係る第２所定量に相当する）を下回っているか否かを判断する。この下限値ＰＭｍｉｎは、例えば、燃費の悪化及びエンジン１の性能低下を防止する観点から適切な量として設定する。ＰＭ堆積量（ＰＭ）が下限値ＰＭｍｉｎを下回っていれば、ＰＭ堆積量が少ない又は必要な再生制御が完了したと判断してステップ１２に進み、再生制御を行わない又は終了する。なお、ＰＭ堆積量（ＰＭ）が下限値ＰＭｍａｘ以上の場合、すなわち、再生制御が完了していない場合は、ステップ１０で移行した再生制御が継続することになる。
【００２９】
なお、上記ステップ９及び１１の内容は、前記再生動作移行／終了判定手段３７で実行され、上記ステップ１０及び１２の内容は、前記ＰＭトラップ再生手段３８で実行されるものである。
以上説明した本実施形態では、以下に記すような効果を有する。
（１）ＰＭ酸化機能を有する触媒として三元触媒を用いるので、ＰＭを酸化することのみならず、排気有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）をも浄化できる。
（２）また、酸化触媒をエゾーストマニホールドの直下（又はエキゾーストマニホールド）に配設する構成としたので、冷機時であっても始動後速やかにＰＭ酸化能力を得ることができＰＭトラップへのＰＭ堆積量を低減できると共に、触媒の早期活性化が可能となり、上記排気有害成分についても速やかに低減できる。
（３）触媒温度と空燃比（目標燃空比ＴＦＢＹＡ）に基づいて触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するので、比較的な簡単な構成で三元触媒のＰＭ酸化能力を判断できる。そして、エンジンからのＰＭ排出量に、前記触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを乗算することにより、ＰＭトラップに流入するＰＭ流入量を精度よく算出でき、ＰＭ堆積量の増加分を精度よく算出できる。
（４）算出したＰＭ堆積量が、所定の上限値ＰＭｍａｘを超えているときに、ＰＭトラップの再生処理を実行するようにしたので、堆積したＰＭによる機関の出力低下やエミッション性能の悪化を回避できる。
（５）また、算出したＰＭ堆積量が、所定の下限値を下回ったときは、前記再生処理を停止するので、不要な再生処理を回避して燃費の悪化を抑制できる。
【００３０】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図８は、第２実施形態に係るエンジンのシステム図である。図８において、三元触媒１８の上流側に空燃比（ＡｂｙＦ）をリニアに検出するＡ／Ｆセンサ２７を設け、Ｏ2センサ１７を三元触媒１８の下流側に配置した点が前記第１実施形態と異なり、その他は同じである。この実施形態においては、ＥＣＵ２３は、三元触媒１８の上流側にあるＡ／Ｆセンサ２７からの信号に基づいて三元触媒１８の酸素ストレージ量を算出し、エンジン１を理論空燃比で運転するときは、算出した酸素ストレージ量が目標値と一致するように空燃比をフィードバック制御する。なお、かかる制御方法は公知であるので、ここでの説明は省略する（特開２００１−２３４７８４号公報等参照）。また、ＥＣＵ２３は、Ｏ2センサ１７からの信号をもとに、前記算出した酸素ストレージ量の補正を行うと共に三元触媒１８の劣化判定も行い、劣化の度合いを劣化判定度Ｄｃとして検出する。かかる劣化判定は、Ａ／Ｆセンサ２７及びＯ２センサ１７からの信号を比較して行う方法があるが、これも公知であるので、ここでの説明は省略する（特開平８−１７７４６９号公報、特開平８−２４６８５３号公報等参照）。
【００３１】
ここで、本実施形態（第２実施形態）における「ＰＭトラップ２１における単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップ２１の再生制御」について説明する。図９は、本実施形態に係るＰＭ増減量推定計算及び推定したＰＭ増減量に基づく再生制御を示すブロック図であり、図１０に示すフローチャートに従って実行される。なお、本実施形態は、図９に示すように、三元触媒１８の酸素ストレージ量を算出する触媒酸素ストレージ量計算手段３９がある点で前記第１実施形態（図２参照）と異なるが、その他は同じである。
【００３２】
図１０において、ステップ２１では、各パラメータを読み込む。ここで、前記第１実施形態におけるステップ１（図２参照）と異なる点は、目標燃空比ＴＦＢＹＡの代わりに空燃比ＡｂｙＦを読み込むほか、三元触媒１８における酸素ストレージ量ＯＳＣ並びに触媒劣化度Ｄｃを読み込むことである。なお、触媒劣化度Ｄｃは、後述する触媒酸化能力補正係数ｋＲｃに影響を及ぼすことに加えて、酸素ストレージ量ＯＳＣの計算結果にも影響を与える。具体的には、触媒の劣化が進行するほど（劣化度が悪化するほど）同一条件の下での酸素ストレージ量ＯＳＣが小さくなる傾向にある。
【００３３】
次のステップ２２〜２４は、第１実施形態におけるステップ２〜４と同じである（図３〜５参照）。
次のステップ２５では、触媒温度劣化補正値ＴｃＡを算出する。具体的には、触媒劣化度Ｄｃに基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したテーブルデータを検索することにより触媒温度劣化補正値ＴｃＡを算出する。ここで用いるテーブルデータは、図１１に示すように、触媒劣化度Ｄｃと触媒温度劣化補正値ＴｃＡとの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。なお、前記触媒温度補正値ＴｃＡは、後述するように、触媒の劣化に伴い上昇したＰＭ酸化開始温度を補正するためのものである。
【００３４】
次のステップ２６では、触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。ここでは、前記第１実施形態（のステップ５）における目標燃空比ＴＦＢＹＡの代わりに酸素ストレージ量ＯＳＣを用い、触媒温度Ｔｃの代わりに、触媒温度Ｔｃから前記触媒温度補正値ＴｃＡを減算した値（Ｔｃ−ＴｃＡ）を用いる。具体的には、ステップ２１で読み込んだ酸素ストレージ量ＯＳＣと上記（Ｔｃ−ＴｃＡ）とに基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したマップデータを参照することにより触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。
【００３５】
なお、ここで使用するマップデータは、（ａ）酸素ストレージ量ＯＳＣが０の場合は、三元触媒１８においてＰＭを酸化することはできないこと、（ｂ）逆に酸素が三元触媒１８のストレージされていれば、例えばエンジンがリッチ空燃比で運転を行い、その排気に酸素が含まれていないような場合でも、ストレージされていた酸素によりＰＭの一部が酸化されること、（ｃ）三元触媒１８のＰＭ酸化開始温度は、触媒活性化開始温度と同様に、触媒の劣化に伴い上昇することから触媒の劣化が進行するにつれて同一の触媒温度Ｔｃであってもその分酸化能力が低下すること、等を考慮したものであり、図１２に示すように、酸素ストレージ量ＯＳＣ、（Ｔｃ−ＴｃＡ）及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００３６】
次のステップ２７では、前記第１実施形態のステップ６と同様に、ＰＭ流入量ｄＰＭｉを算出する。
ステップ２８では、単位時間当たりのＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。ここでは、前記第１実施形態（のステップ７）における目標燃空比ＴＦＢＹＡの代わりに空燃比ＡｂｙＦを用いる。具体的には、まず、酸素濃度のパラメータである空燃比ＡｂｙＦと、ＰＭトラップ温度Ｔｔと、に基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したテーブルデータを検索することにより基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０を算出し、これにガス量のパラメータである吸入空気量Ｑａを乗算することで、ＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。なお、ここで使用するテーブルデータは、図１３に示すように、ＰＭトラップ温度Ｔｔ、空燃比ＡｂｙＦ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００３７】
以降のステップ２９〜３３は、第１実施形態におけるステップ８〜１２と同じであるので説明は省略する。
この実施形態（第２実施形態）によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、更に以下に記すような効果を有する。
（１）三元触媒の酸素ストレージ量ＯＳＣを検知し、この酸素ストレージ量ＯＳＣに基づいて触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するようにしたので、酸素ストレージ量に応じた三元触媒の酸化能力を判断することができ、ストレージされた酸素に起因するＰＭ酸化分を考慮してＰＭトラップに流入するＰＭ流入量を精度よく算出できる。
（２）三元触媒の劣化状態を触媒劣化度Ｄｃとして検知し、この触媒劣化度Ｄｃに基づいて触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するようにしたので、劣化に伴うＰＭ酸化可能温度の高温化や酸化率の低下を考慮した三元触媒の酸化能力を判断することができ、劣化によりＰＭ酸化量の変化を考慮してＰＭトラップに流入するＰＭ流入量を精度よく算出できる。
【００３８】
そして、これにより、ＰＭトラップに堆積したＰＭ堆積量を更に精度よく推定することができ、適切な時期にＰＭトラップの再生処理を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関のシステム図である。
【図２】第１実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御のブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、目標燃空比ＴＦＢＹＡとエンジンからのＰＭ排出量との関係を示す図であり、（ｂ）は、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ及び目標燃空比ＴＦＢＹＡとの関係を示す図である。
【図５】エンジン冷却水温度ＴｗとＰＭ排出量との関係を示す図である。
【図６】触媒温度Ｔｃ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係を示す図である。
【図７】ＰＭトラップ温度Ｔｔ、燃空比ＴＦＢＹＡ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る内燃機関のシステム図である。
【図９】第２実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御のブロック図である。
【図１０】第２実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御を示すフローチャートである。
【図１１】触媒劣化度Ｄｃと触媒劣化温度補正値ＴｃＡとの関係を示す図である。
【図１２】酸素ストレージ量ＯＳＣ、（触媒温度Ｔｃ−触媒劣化温度補正ＴｃＡ）及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係を示す図である。
【図１３】ＰＭトラップ温度Ｔｔ、空燃比ＡｂｙＦ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ … エンジン
３ … エアフローメータ
４ … 電制スロットル
１４ … エキゾーストマニホールド
１７ … Ｏ２センサ
１８ … 三元触媒
１９ … 触媒温度センサ
２０ … 排気通路
２１ … ＰＭトラップ（ＰＭ捕集手段）
２２ … トラップ温度センサ
２３ … エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２７ … Ａ／Ｆセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段に堆積したパティキュレート堆積量を精度よく算出する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関の排気浄化装置としては、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集するために、排気系にパティキュレート捕集手段（ＰＭ捕集手段）を備えるものが知れられている。このような排気浄化装置は、主に、ディーゼルエンジンに適用されているが、ＰＭ捕集手段へのＰＭ堆積量の増加に伴って、排気がＰＭ捕集手段を通過する際の抵抗が大きくなり、排気圧力が過度に上昇して機関の出力低下やエミッション性能の悪化を招くことから、堆積したＰＭを定期的に燃焼させることでＰＭ捕集手段を再生するようにしている（特開昭５８−５１２３５号公報等参照）。
【０００３】
このようなＰＭ捕集手段の再生処理は、加熱を伴うためあまり頻繁に行うと燃費の悪化を招くことになり、再生処理を行う時期が遅くなりすぎてＰＭ堆積量が限界を超えてしまうと、再生時にＰＭが急激に燃焼してＰＭ捕集手段が溶損するおそれがあることから、ＰＭ捕集手段に堆積しているＰＭ量（ＰＭ堆積量）を正確に予測してその再生時期を判断する必要がある。
【０００４】
ここで、ＰＭ捕集手段のＰＭ堆積量を予測する方法として、ＰＭ捕集手段の上流側と下流側との圧力差を計測し、この圧力差に基づいて行うことも可能であるが、この場合には、圧力センサを含めた特別な装置を新たに追加しなければならないことになる。
一方、車両の走行距離や機関の運転時間に基づいてＰＭ堆積量を予測することによって、前記特別な装置の追加を回避することが可能となるが、この場合には、機関の運転条件（機関回転速度及び負荷）に応じて変化する単位時間当たりのＰＭ増減量を精度よく算出する必要がある。この単位時間当たりのＰＭ増減量を算出するものとしては、特許第２６２３８７９号の排気浄化装置がある。このものは、機関回転速度と負荷とに応じてＰＭ捕集手段に捕集されて増加する単位時間当たりのＰＭ増加量、あるいは、再燃焼により減少する単位時間当たりのＰＭ減少量を算出し、さらに機関冷却水温度と排気温度とに応じた補正を行うことで単位時間当たりのＰＭ増減量を算出してＰＭ堆積量を予測している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、世界的な環境に対する関心の高まりもあって、今後より一層の排気低減を進める場合、上記のようなＰＭ捕集手段をディーゼルエンジンのみならず、その他の内燃機関にまで適用範囲が拡大されることが予想される。例えば、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害成分を浄化する排気浄化触媒を備えた内燃機関に前記ＰＭ捕集手段を更に適用する場合である。
【０００６】
この場合、前記排気浄化触媒は、所定の活性温度以上にならないとその効果を発揮できないため、冷機始動時直後においても速やかに触媒温度を上昇させるべく排気温度の高いエキゾーストマニホールド又はその直下に配設されることになる一方、ＰＭ捕集手段は、上述したように、その温度が高温になり過ぎるとＰＭが急激に燃焼して溶損に至るおそれがあるため、前記排気浄化触媒の下流側に配設されることになる。
【０００７】
このような構成において、前記排気浄化触媒がＰＭを酸化する機能を有する場合には、排気中のＰＭの一部が排気浄化触媒で浄化されることがあり、この結果、ＰＭ捕集手段に到達するＰＭ量が減少することになる。すなわち、前記排気浄化触媒の酸化能力によってＰＭ捕集手段に単位時間当たりの流入するＰＭ流入量が変化することになる。
【０００８】
しかし、上記従来のものでは、このような排気浄化触媒のＰＭ酸化能力を全く考慮していないので、排気浄化触媒とＰＭ捕集手段とを併用した排気浄化装置については、ＰＭ捕集手段のＰＭ堆積量を予測精度が低下し、これにより、再生時期を適切に判断できないという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ＰＭ酸化機能を有する排気浄化触媒とＰＭ捕集手段と併用した内燃機関の排気浄化装置においても、特別な装置を設けることなく、ＰＭ捕集手段のＰＭ堆積量を精度よく予測することにより、ＰＭ捕集手段の再生時期を適切に判断できるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、機関の運転条件に基づいて機関から排出されるパティキュレート排出量を算出し、このパティキュレート排出量とパティキュレート捕集手段の上流側に配設された酸化触媒のパティキュレート酸化能力とに基づいてパティキュレート捕集手段に流入するパティキュレート流入量を算出する一方、パティキュレート捕集手段で燃焼するパティキュレート燃焼量についても算出し、前記パティキュレート流入量とパティキュレート燃焼量とに基づいてパティキュレート捕集手段に堆積しているパティキュレート堆積量を算出するようにした。
ここで、機関の空燃比を検知する空燃比検知手段及び前記酸化触媒の温度を検知する触媒温度検知手段を備え、前記パティキュレート流入量算出手段は、前記機関の空燃比及び前記酸化触媒の温度に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出する。
また、前記酸化触媒に取り込まれた酸素ストレージ量を検知する酸素ストレージ量検知手段を備え、前記パティキュレート流入量算出手段は、前記酸素ストレージ量に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出する。
さらに、前記酸化触媒の劣化状態を検知する劣化状態検知手段を備え、前記パティキュレート流入量算出手段は、前記酸化触媒の劣化状態に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレート捕集手段の上流側に配設される酸化触媒のパティキュレート酸化能力を考慮して、パティキュレート捕集手段に流入するパティキュレート流入量を精度よく算出できる。そして、このパティキュレート流入量と、パティキュレート捕集にて再燃焼により減少するパティキュレート燃焼量と、に基づいてパティキュレート捕集手段のパティキュレート堆積量を推定するようにしたので、上流側にパティキュレートを酸化する機能を有する触媒が配設された場合であっても、パティキュレート捕集手段に堆積したパティキュレート量を精度よく推定することができる。この結果、適切な時期にパティキュレート捕集手段の再生処理を実行できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態を示す内燃機関（エンジン）のシステム図である。図１において、エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ２を通過後、エアフローメータ３で計量され、電制スロットル弁４に導かれて吸入空気量制御が行われる。吸入空気は、その後、吸気通路５、コレクタ６、吸気マニホールド７を通り、吸気弁８を介してシリンダ９内に導入される。
【００１２】
前記シリンダ９の内部には往復運動を行うピストン１０が配設されている。そして、シリンダ９内に導入された空気に対して燃料噴射弁１１により燃料を噴射して混合気を形成し、ピストン１０の上昇により混合気を圧縮し、点火プラグ１２で着火燃焼させる。その後、排気弁１３を開き、排気をエキゾーストマニホールド１４に排出する。
【００１３】
前記エキゾーストマニホールド１４には、ＥＧＲ通路１５が連結されており、排気の一部を前記吸気通路５に還流できるようになっている。なお、かかる還流量（ＥＧＲ流量）は、ＥＧＲ通路１５内に設けたＥＧＲ弁１６により制御する。また、エキゾーストマニホールド１４の下流側には、排気中の酸素濃度を計測するＯ2センサ１７が設けられている。そして、エンジン１を理論空燃比で運転するときは、燃料噴射制御を行うに際して、このＯ2センサ１７からの信号に基づいて空燃比フィードバック制御を行う。
【００１４】
前記エキゾーストマニホールド１４のすぐ下流側には（直下には）、三元触媒１８及びこの三元触媒１８の温度（触媒温度）Ｔｃを計測する触媒温度センサ１９が設けられている。この三元触媒１８は、排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化すると共に、排気中のパティキュレート（ＰＭ）を酸化（浄化）する機能も有している。なお、前記三元触媒１８は、エキゾーストマニホールド１４内に設けるようにしてもよい。
【００１５】
更に、前記三元触媒１８の下流側の排気通路２０には、前記ＰＭを捕集するパティキュレートトラップ（以下、ＰＭトラップという）２１及びこのＰＭトラップ２１の温度（ＰＭトラップ温度）Ｔｔを計測するトラップ温度センサ２２が設けられている。このＰＭトラップ２１は、耐熱性フィルタ構造を有しており、所定温度（例えば、４００℃）以上となると、捕集したＰＭが自己再燃焼して再生され、それよりも低い温度においては、捕集したＰＭがＰＭトラップ２１に堆積する。なお、かかるＰＭフィルタ２１において、上記再生開始温度の低温化や再生反応の促進、並びに他の排気成分の低減等を考慮して、前記ＰＭトラップ２１の表層に、例えば白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１つを含む触媒成分をコーティングするようにしてもよい。
【００１６】
ここにおいて、エンジン１の電制スロットル弁４のスロットル開度制御、燃料噴射弁１１による燃料噴射量及び噴射時期制御（燃料噴射制御）、点火プラグ１２による点火時期制御、ＥＧＲ弁１６によるＥＧＲ流量制御は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２３にて行う。すなわち、このＥＣＵ２３には、上記したエアフローメータ３、Ｏ2センサ１７、触媒温度センサ１９、トラップ温度センサ２２からの信号のほか、クランク角及びエンジン回転速度Ｎｅ検出用のクランク角センサ２４、エンジン水温Ｔｗ検出用の水温センサ２５、アクセル開度Ａｃｃ検出用のアクセル開度センサ２６等からの信号が入力されており、これらの信号に基づいて前記スロットル開度制御、燃料噴射制御、点火時期制御及びＥＧＲ流量制御を実行する。また、ＥＣＵ２３は、前記ＰＭトラップ２１における単位時間当たりのＰＭ堆積量の増減（ＰＭ増減量）の推定計算、並びに、前記ＰＭトラップ２１の再生制御をも実行する。
【００１７】
ここで、本実施形態における「ＰＭトラップ２１における単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップ２１の再生制御」について説明する。
図２は、本実施形態に係るＰＭ増減量推定計算及び推定したＰＭ増減量に基づく再生制御を示すブロック図である。図に示すように、本実施形態に係る制御部は、回転速度・負荷判定手段３１、瞬時ＰＭ排出量計算手段３２、触媒ＰＭ酸化能力判定手段３３、瞬時ＰＭ流入量計算手段３４、瞬時ＰＭ再生量計算手段３５、ＰＭ堆積量計算手段３６、再生動作移行／終了判定手段３７及びＰＭトラップ再生手段３８を含んで構成され、図３示すフローチャートに従って実行される。
【００１８】
図３において、ステップ１（図中Ｓ１と記す。以下同じ）では、エンジン冷却水温度Ｔｗ、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ、触媒温度Ｔｃ及びＰＭトラップ温度Ｔｔを読み込む。ここで、前記目標燃空比ＴＦＢＹＡは、エンジン運転に係る燃料噴射制御から求められる値であり、空燃比（Ａ／Ｆ）の逆数に係数を乗じたものである。なお、目標燃空比ＴＦＢＹＡ＝１は理論空燃比を、ＴＦＢＹＡ＜１はリーン空燃比を意味する。
【００１９】
ステップ２では、単位時間当たりにエンジン１から排出される基本ＰＭ量（基本ＰＭ排出量）ｄＰＭ０を算出する。かかる算出は、例えば、ステップ１で読み込んだエンジン回転速度Ｎｅと負荷のパラメータであるアクセル開度Ａｃｃ、並びに目標燃空比ＴＦＢＹＡに基づいて（すなわち、運転条件に基づいて）、ＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納されたマップデータを参照することにより行われる。なお、ここで使用するマップデータは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、目標燃空比ＴＦＢＹＡとエンジン１から排出されるＰＭ排出量との関係、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ及び目標燃空比ＴＦＢＹＡとの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００２０】
ステップ３では、冷却水温補正係数ｋＴｗを算出する。この冷却水温補正係数ｋＴｗを算出するのは、一般的に、エンジンは冷機時の方が暖機後と比較して燃焼状態が悪いため、冷機時であるほどエンジンからのＰＭ排出量が増加する傾向にあることから、その分を考慮してＰＭ排出量を算出するためである。具体的には、ステップ１で読み込んだエンジン冷却水温度Ｔｗに基づいて、ＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納されたテーブルデータを検索すること等により前記冷却水温補正係数ｋＴｗを算出する。ここで使用するテーブルデータは、図５に示すように、エンジン１の温度状態（冷却水温度Ｔｗ）とＰＭ排出量との関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００２１】
ステップ４では、前記基本ＰＭ排出量ｄＰＭ０に前記冷却水温補正係数ｋＴｗを乗じて、すなわち、温度補正を行って、エンジン１からの単位時間当たりのＰＭ排出量ｄＰＭ（＝ｄＰＭ０×ｋＴｗ）を算出する。なお、ＰＭ排出量に対するエンジン１の温度状態の影響が小さいような場合には、上記ステップ３及び本ステップ４を省略した構成として簡略化してもよい。その場合、本制御に関しては、前記水温センサ２５は不要となる。
【００２２】
なお、上記ステップ２〜４の内容は、前記瞬時ＰＭ排出量計算手段３２で実行されるものである。
次のステップ５では、三元触媒１８のＰＭ酸化能力に応じた触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。この触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するのは、触媒温度Ｔｃが所定温度（ＰＭ酸化開始温度）以上で、かつ、目標燃空比ＴＦＢＹＡが１未満（すなわち、排気中に酸素が含まれる場合）であれば、前記三元触媒１８が排気中のＰＭを酸化可能な状態となり、排気中に含まれるＰＭの一部を酸化することから、この酸化分を考慮してＰＭトラップ２１に流入するＰＭ量（ＰＭ流入量）を算出するためである。具体的には、ステップ１で読み込んだ触媒温度Ｔｃと目標燃空比ＴＦＢＹＡとに基づいて、ＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したマップデータを検索することにより触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。ここで使用するマップデータは、図６に示すように、触媒温度Ｔｃ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものであり、前記三元触媒１８がＰＭ酸化可能状態となっているときに小さい値をとる。なお、このステップ５の内容は、前記触媒ＰＭ酸化能力判定手段３３で実行されるものである。
【００２３】
次のステップ６では、単位時間当たりにＰＭトラップ２１に流入するＰＭ流入量ｄＰＭｉを算出する。このＰＭ流入量ｄＰＭｉは、前記ＰＭトラップ２１に単位時間当たりに流入し、かつ、捕集可能なＰＭ量を意味する。具体的には、前記ＰＭ排出量ｄＰＭに、前記触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを乗じて、すなわち、三元触媒１８のＰＭ酸化能力に応じた補正を行って、ＰＭトラップ２１に流入するＰＭ流入量ｄＰＭｉを算出する。なお、このステップ６の内容は、前記瞬時ＰＭ流入量計算手段３４で実行されるものである。
【００２４】
次のステップ７では、単位時間当たりのＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。このＰＭ再生量ｄＰＭｒは、ＰＭトラップ２１が所定温度以上で、かつ、酸素過剰雰囲気下において、堆積したＰＭがＰＭトラップ２１にて自己再燃焼する単位時間当たりの燃焼量（ＰＭ堆積量の減少分）を意味する。具体的には、まず、酸素濃度のパラメータである燃空比ＴＦＢＹＡと、ＰＭトラップ温度Ｔｔと、に基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したマップデータを検索することにより基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０を算出する。ここで使用するマップデータは、図７に示すように、ＰＭトラップ温度Ｔｔ、燃空比ＴＦＢＹＡ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。そして、この基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０にガス量のパラメータである吸入空気量Ｑａを乗算することで、ＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。なお、このステップ７の内容は、前記瞬時ＰＭ再生量計算手段３５で実行されるものである。
【００２５】
次のステップ８では、ＰＭ堆積量を更新する。すなわち、ＰＭ堆積量の前回値ＰＭ(-1)に対して、ステップ６で算出した今回のＰＭ流入量ｄＰＭｉを加算し、ステップ７で算出した今回のＰＭ再生量（燃焼量）ｄＰＭｒを減算することによりＰＭ堆積量を算出し、更新する。ここで更新したＰＭ堆積量（ＰＭ）は０以上の値をとる。なお、このステップ８の内容は、前記ＰＭ堆積量計算手段３６で実行されるものである。
【００２６】
ステップ９以降は、再生制御ルーチンである。ＰＭトラップ２１の再生処理は、トラップ温度Ｔｔを所定温度以上に上昇させると共に酸素を供給することにより行う。ＰＭトラップ温度Ｔｔを上昇させる方法としては、電気ヒータを備えてヒータ通電により行うもの、燃料噴射を膨張行程に行うもの、排気系への追加燃料噴射により行うもの、エンジン１での燃焼終了時期を遅延されるもの等様々な技術があるが、何れの方法であってもよい。
【００２７】
ステップ９では、ステップ８で算出したＰＭ堆積量（ＰＭ）が、所定の上限値ＰＭｍａｘ（これが、本発明に係る第１所定量に相当する）を超えているか否かを判断する。この上限値ＰＭｍａｘは、例えば、再生時にＰＭが急激に燃焼してＰＭトラップ２１の溶損が生じない量であって、適度な燃焼伝播によって効率的にＰＭトラップ２１の再生が行える量として設定する。ＰＭ堆積量（ＰＭ）が上限値ＰＭｍａｘを超えていれば、ステップ１０に進み、再生制御に移行する。なお、その後も本制御フローを実行し続けることにより、再生制御によりＰＭ堆積量の減少を推定することが可能である。一方、ＰＭ堆積量（ＰＭ）が上限値ＰＭｍａｘ以下であれば、ステップ１１に進む。
【００２８】
ステップ１１では、ＰＭ堆積量（ＰＭ）が所定の下限値ＰＭｍｉｎ（これが、本発明に係る第２所定量に相当する）を下回っているか否かを判断する。この下限値ＰＭｍｉｎは、例えば、燃費の悪化及びエンジン１の性能低下を防止する観点から適切な量として設定する。ＰＭ堆積量（ＰＭ）が下限値ＰＭｍｉｎを下回っていれば、ＰＭ堆積量が少ない又は必要な再生制御が完了したと判断してステップ１２に進み、再生制御を行わない又は終了する。なお、ＰＭ堆積量（ＰＭ）が下限値ＰＭｍａｘ以上の場合、すなわち、再生制御が完了していない場合は、ステップ１０で移行した再生制御が継続することになる。
【００２９】
なお、上記ステップ９及び１１の内容は、前記再生動作移行／終了判定手段３７で実行され、上記ステップ１０及び１２の内容は、前記ＰＭトラップ再生手段３８で実行されるものである。
以上説明した本実施形態では、以下に記すような効果を有する。
（１）ＰＭ酸化機能を有する触媒として三元触媒を用いるので、ＰＭを酸化することのみならず、排気有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）をも浄化できる。
（２）また、酸化触媒をエゾーストマニホールドの直下（又はエキゾーストマニホールド）に配設する構成としたので、冷機時であっても始動後速やかにＰＭ酸化能力を得ることができＰＭトラップへのＰＭ堆積量を低減できると共に、触媒の早期活性化が可能となり、上記排気有害成分についても速やかに低減できる。
（３）触媒温度と空燃比（目標燃空比ＴＦＢＹＡ）に基づいて触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するので、比較的な簡単な構成で三元触媒のＰＭ酸化能力を判断できる。そして、エンジンからのＰＭ排出量に、前記触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを乗算することにより、ＰＭトラップに流入するＰＭ流入量を精度よく算出でき、ＰＭ堆積量の増加分を精度よく算出できる。
（４）算出したＰＭ堆積量が、所定の上限値ＰＭｍａｘを超えているときに、ＰＭトラップの再生処理を実行するようにしたので、堆積したＰＭによる機関の出力低下やエミッション性能の悪化を回避できる。
（５）また、算出したＰＭ堆積量が、所定の下限値を下回ったときは、前記再生処理を停止するので、不要な再生処理を回避して燃費の悪化を抑制できる。
【００３０】
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図８は、第２実施形態に係るエンジンのシステム図である。図８において、三元触媒１８の上流側に空燃比（ＡｂｙＦ）をリニアに検出するＡ／Ｆセンサ２７を設け、Ｏ2センサ１７を三元触媒１８の下流側に配置した点が前記第１実施形態と異なり、その他は同じである。この実施形態においては、ＥＣＵ２３は、三元触媒１８の上流側にあるＡ／Ｆセンサ２７からの信号に基づいて三元触媒１８の酸素ストレージ量を算出し、エンジン１を理論空燃比で運転するときは、算出した酸素ストレージ量が目標値と一致するように空燃比をフィードバック制御する。なお、かかる制御方法は公知であるので、ここでの説明は省略する（特開２００１−２３４７８４号公報等参照）。また、ＥＣＵ２３は、Ｏ2センサ１７からの信号をもとに、前記算出した酸素ストレージ量の補正を行うと共に三元触媒１８の劣化判定も行い、劣化の度合いを劣化判定度Ｄｃとして検出する。かかる劣化判定は、Ａ／Ｆセンサ２７及びＯ２センサ１７からの信号を比較して行う方法があるが、これも公知であるので、ここでの説明は省略する（特開平８−１７７４６９号公報、特開平８−２４６８５３号公報等参照）。
【００３１】
ここで、本実施形態（第２実施形態）における「ＰＭトラップ２１における単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップ２１の再生制御」について説明する。図９は、本実施形態に係るＰＭ増減量推定計算及び推定したＰＭ増減量に基づく再生制御を示すブロック図であり、図１０に示すフローチャートに従って実行される。なお、本実施形態は、図９に示すように、三元触媒１８の酸素ストレージ量を算出する触媒酸素ストレージ量計算手段３９がある点で前記第１実施形態（図２参照）と異なるが、その他は同じである。
【００３２】
図１０において、ステップ２１では、各パラメータを読み込む。ここで、前記第１実施形態におけるステップ１（図２参照）と異なる点は、目標燃空比ＴＦＢＹＡの代わりに空燃比ＡｂｙＦを読み込むほか、三元触媒１８における酸素ストレージ量ＯＳＣ並びに触媒劣化度Ｄｃを読み込むことである。なお、触媒劣化度Ｄｃは、後述する触媒酸化能力補正係数ｋＲｃに影響を及ぼすことに加えて、酸素ストレージ量ＯＳＣの計算結果にも影響を与える。具体的には、触媒の劣化が進行するほど（劣化度が悪化するほど）同一条件の下での酸素ストレージ量ＯＳＣが小さくなる傾向にある。
【００３３】
次のステップ２２〜２４は、第１実施形態におけるステップ２〜４と同じである（図３〜５参照）。
次のステップ２５では、触媒温度劣化補正値ＴｃＡを算出する。具体的には、触媒劣化度Ｄｃに基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したテーブルデータを検索することにより触媒温度劣化補正値ＴｃＡを算出する。ここで用いるテーブルデータは、図１１に示すように、触媒劣化度Ｄｃと触媒温度劣化補正値ＴｃＡとの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。なお、前記触媒温度補正値ＴｃＡは、後述するように、触媒の劣化に伴い上昇したＰＭ酸化開始温度を補正するためのものである。
【００３４】
次のステップ２６では、触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。ここでは、前記第１実施形態（のステップ５）における目標燃空比ＴＦＢＹＡの代わりに酸素ストレージ量ＯＳＣを用い、触媒温度Ｔｃの代わりに、触媒温度Ｔｃから前記触媒温度補正値ＴｃＡを減算した値（Ｔｃ−ＴｃＡ）を用いる。具体的には、ステップ２１で読み込んだ酸素ストレージ量ＯＳＣと上記（Ｔｃ−ＴｃＡ）とに基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したマップデータを参照することにより触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出する。
【００３５】
なお、ここで使用するマップデータは、（ａ）酸素ストレージ量ＯＳＣが０の場合は、三元触媒１８においてＰＭを酸化することはできないこと、（ｂ）逆に酸素が三元触媒１８のストレージされていれば、例えばエンジンがリッチ空燃比で運転を行い、その排気に酸素が含まれていないような場合でも、ストレージされていた酸素によりＰＭの一部が酸化されること、（ｃ）三元触媒１８のＰＭ酸化開始温度は、触媒活性化開始温度と同様に、触媒の劣化に伴い上昇することから触媒の劣化が進行するにつれて同一の触媒温度Ｔｃであってもその分酸化能力が低下すること、等を考慮したものであり、図１２に示すように、酸素ストレージ量ＯＳＣ、（Ｔｃ−ＴｃＡ）及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００３６】
次のステップ２７では、前記第１実施形態のステップ６と同様に、ＰＭ流入量ｄＰＭｉを算出する。
ステップ２８では、単位時間当たりのＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。ここでは、前記第１実施形態（のステップ７）における目標燃空比ＴＦＢＹＡの代わりに空燃比ＡｂｙＦを用いる。具体的には、まず、酸素濃度のパラメータである空燃比ＡｂｙＦと、ＰＭトラップ温度Ｔｔと、に基づいてＥＣＵ２３内のＲＯＭに格納したテーブルデータを検索することにより基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０を算出し、これにガス量のパラメータである吸入空気量Ｑａを乗算することで、ＰＭ再生量ｄＰＭｒを算出する。なお、ここで使用するテーブルデータは、図１３に示すように、ＰＭトラップ温度Ｔｔ、空燃比ＡｂｙＦ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係をあらかじめ実験等により求めて作成したものである。
【００３７】
以降のステップ２９〜３３は、第１実施形態におけるステップ８〜１２と同じであるので説明は省略する。
この実施形態（第２実施形態）によれば、前記第１実施形態の効果に加えて、更に以下に記すような効果を有する。
（１）三元触媒の酸素ストレージ量ＯＳＣを検知し、この酸素ストレージ量ＯＳＣに基づいて触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するようにしたので、酸素ストレージ量に応じた三元触媒の酸化能力を判断することができ、ストレージされた酸素に起因するＰＭ酸化分を考慮してＰＭトラップに流入するＰＭ流入量を精度よく算出できる。
（２）三元触媒の劣化状態を触媒劣化度Ｄｃとして検知し、この触媒劣化度Ｄｃに基づいて触媒酸化能力補正係数ｋＲｃを算出するようにしたので、劣化に伴うＰＭ酸化可能温度の高温化や酸化率の低下を考慮した三元触媒の酸化能力を判断することができ、劣化によりＰＭ酸化量の変化を考慮してＰＭトラップに流入するＰＭ流入量を精度よく算出できる。
【００３８】
そして、これにより、ＰＭトラップに堆積したＰＭ堆積量を更に精度よく推定することができ、適切な時期にＰＭトラップの再生処理を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関のシステム図である。
【図２】第１実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御のブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、目標燃空比ＴＦＢＹＡとエンジンからのＰＭ排出量との関係を示す図であり、（ｂ）は、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ及び目標燃空比ＴＦＢＹＡとの関係を示す図である。
【図５】エンジン冷却水温度ＴｗとＰＭ排出量との関係を示す図である。
【図６】触媒温度Ｔｃ、目標燃空比ＴＦＢＹＡ及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係を示す図である。
【図７】ＰＭトラップ温度Ｔｔ、燃空比ＴＦＢＹＡ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る内燃機関のシステム図である。
【図９】第２実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御のブロック図である。
【図１０】第２実施形態に係るＰＭトラップにおける単位時間当たりのＰＭ増減量の推定計算及びＰＭトラップの再生制御を示すフローチャートである。
【図１１】触媒劣化度Ｄｃと触媒劣化温度補正値ＴｃＡとの関係を示す図である。
【図１２】酸素ストレージ量ＯＳＣ、（触媒温度Ｔｃ−触媒劣化温度補正ＴｃＡ）及び触媒酸化能力補正係数ｋＲｃの関係を示す図である。
【図１３】ＰＭトラップ温度Ｔｔ、空燃比ＡｂｙＦ及び基本ＰＭ再生量ｄＰＭｒ０の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ … エンジン
３ … エアフローメータ
４ … 電制スロットル
１４ … エキゾーストマニホールド
１７ … Ｏ２センサ
１８ … 三元触媒
１９ … 触媒温度センサ
２０ … 排気通路
２１ … ＰＭトラップ（ＰＭ捕集手段）
２２ … トラップ温度センサ
２３ … エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２７ … Ａ／Ｆセンサ
Claims (7)
- 機関の排気通路中に配設され、流入する排気中のパティキュレートを酸化する機能を有する酸化触媒と、
この酸化触媒よりも下流側の排気通路に配設され、流入する排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段と、
機関の運転条件に基づいて、機関から排出されるパティキュレート排出量を算出するパティキュレート排出量算出手段と、
算出したパティキュレート排出量と、前記酸化触媒のパティキュレートの酸化能力と、に基づいて前記パティキュレート捕集手段に流入するパティキュレート流入量を算出するパティキュレート流入量算出手段と、
前記パティキュレート捕集手段内で燃焼するパティキュレート燃焼量を算出するパティキュレート燃焼量算出手段と、
前記パティキュレート流入量と、前記パティキュレート燃焼量と、に基づいて前記パティキュレート捕集手段に堆積しているパティキュレート堆積量を算出するパティキュレート堆積量算出手段と、
機関の空燃比を検知する空燃比検知手段と、
前記酸化触媒の温度を検知する触媒温度検知手段と、を備え、
前記パティキュレート流入量算出手段は、前記機関の空燃比及び前記酸化触媒の温度に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 機関の排気通路中に配設され、流入する排気中のパティキュレートを酸化する機能を有する酸化触媒と、
この酸化触媒よりも下流側の排気通路に配設され、流入する排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段と、
機関の運転条件に基づいて、機関から排出されるパティキュレート排出量を算出するパティキュレート排出量算出手段と、
算出したパティキュレート排出量と、前記酸化触媒のパティキュレートの酸化能力と、に基づいて前記パティキュレート捕集手段に流入するパティキュレート流入量を算出するパティキュレート流入量算出手段と、
前記パティキュレート捕集手段内で燃焼するパティキュレート燃焼量を算出するパティキュレート燃焼量算出手段と、
前記パティキュレート流入量と、前記パティキュレート燃焼量と、に基づいて前記パティキュレート捕集手段に堆積しているパティキュレート堆積量を算出するパティキュレート堆積量算出手段と、
前記酸化触媒に取り込まれた酸素ストレージ量を検知する酸素ストレージ量検知手段と、を備え、
前記パティキュレート流入量算出手段は、前記酸素ストレージ量に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 機関の排気通路中に配設され、流入する排気中のパティキュレートを酸化する機能を有する酸化触媒と、
この酸化触媒よりも下流側の排気通路に配設され、流入する排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート捕集手段と、
機関の運転条件に基づいて、機関から排出されるパティキュレート排出量を算出するパティキュレート排出量算出手段と、
算出したパティキュレート排出量と、前記酸化触媒のパティキュレートの酸化能力と、に基づいて前記パティキュレート捕集手段に流入するパティキュレート流入量を算出するパティキュレート流入量算出手段と、
前記パティキュレート捕集手段内で燃焼するパティキュレート燃焼量を算出するパティキュレート燃焼量算出手段と、
前記パティキュレート流入量と、前記パティキュレート燃焼量と、に基づいて前記パティキュレート捕集手段に堆積しているパティキュレート堆積量を算出するパティキュレート堆積量算出手段と、
前記酸化触媒の劣化状態を検知する劣化状態検知手段と、を備え、
前記パティキュレート流入量算出手段は、前記酸化触媒の劣化状態に基づいて前記酸化触媒のパティキュレート酸化能力に応じた補正値を算出し、前記パティキュレート排出量を、算出した補正値で補正してパティキュレート流入量を算出することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記酸化触媒は、機関のエキゾーストマニホールド又はその直下に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記パティキュレート捕集手段を再生する再生手段を備え、
前記再生手段は、前記パティキュレート堆積量算出手段の算出したパティキュレート堆積量があらかじめ設定した第１所定量を上回るときに、堆積したパティキュレートを燃焼させて再生処理を実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記再生手段は、前記パティキュレート堆積量算出手段の算出したパティキュレート堆積量があらかじめ設定した第２所定量を下回るときは、前記再生処理を停止することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記酸化触媒が、三元触媒であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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