JP4304527B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するためのフィルタを排気通路に配置した内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

従来、車載用ディーゼル機関等の内燃機関に適用される排気浄化装置として、内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのフィルタを排気通路に配置し、外部へ排出されるＰＭの量を低減するようにしたものが知られている。こうした排気浄化装置では、フィルタにより捕集されたＰＭの堆積量の増加に伴って排気圧力が上昇し、燃費の悪化等を招くといった問題があるため、フィルタの上流側と下流側との差圧を検出することによりＰＭの堆積量を推定し、ＰＭの堆積量が過多となったときにＰＭを燃焼させるなどで除去してフィルタを再生するようにしている。フィルタを再生させる手法としては、酸化触媒を利用してＰＭの酸化温度を下げ、内燃機関からの排気熱でＰＭを酸化してフィルタを再生する手法が広く採用されている。このように酸化触媒を利用すると、外部からエネルギーを受けることなく連続的にフィルタを再生することができるという利点がある。

ところで、アイドルや低負荷等の排気温度が低い内燃機関の運転状態が継続するとＰＭが蓄積してもＰＭが酸化状態にならないため、排気圧力の上昇に起因する燃費の悪化や、ＰＭ捕集過多に起因する異常燃焼を招くおそれがある。そこで、フィルタの下流側に排気絞り弁を設けて、フィルタの再生中に排気温度を所定の再生温度範囲に保つように排気絞り弁の開度を制御する排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、こうした排気絞り弁の制御に加えて、燃料噴射タイミングを制御することにより、フィルタの再生中に排気温度を所定の再生温度範囲に保つようにした排気浄化装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようにフィルタを再生温度範囲に保つことで、ＰＭの酸化を促進し、フィルタの再生速度の向上を図っている。
特開平０４−８１５１３号公報 特開２００５−７６６０４号公報

ところで、上記のような排気浄化装置は、排気絞り弁の開度を制御することによって排気温度を制御しているため、排気絞り弁の作動に支障が生じたときに、以下のような不都合が生じ得る。すなわち、フィルタの再生時に排気絞り弁が所望の開度にまで絞られていないような場合には、排気温度が十分に上昇せず、フィルタにより捕集されたＰＭの酸化が十分に進行しない。この場合、フィルタの再生速度が過大に見積もられることになるため、フィルタの再生を早期に終了させてしまうおそれがあり、多量のＰＭがフィルタから除去されずに残存する可能性がある。多量のＰＭがフィルタに残存すると、排圧が上昇して燃費の悪化を招くとともに、捕集過多によるフィルタの異常燃焼によって溶損が生じるおそれがある。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＭを捕集するフィルタの再生を行うために設けられた排気絞り弁の作動状態を好適に検出することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１及び２に記載の発明は、排気通路に配置されて内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタよりも排気通路の下流側に配置されて排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサとを備え、前記差圧センサにより検出される差圧に基づいて前記排気絞り弁を作動させ、前記フィルタにより捕集された粒子状物質を燃焼させて前記フィルタの再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記排気絞り弁の作動時に、前記差圧センサにより検出される差圧の変化に基づいて、前記排気絞り弁の異常判定を行う判定手段を備えることをその要旨としている。

同構成によれば、排気絞り弁の作動時に、フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサにより検出される差圧の変化に基づいて、排気絞り弁の異常判定を行う。排気絞り弁を作動させた場合、排気絞り弁の開度により差圧センサにより検出される差圧の変化態様は異なってくる。例えば、排気絞り弁を開弁状態から閉弁状態に作動させた場合には、排気通路の流路断面積が小さくなることにより排気通路から排出される排気が減少するため、フィルタの上流側及びフィルタの下流側の圧力は共に上昇する。また、フィルタを通過する排気の流れが抑制され、フィルタの上流側と下流側との差圧が減少する。一方、排気絞り弁を開弁状態から上記の閉弁状態よりも開度が大きくなる状態に作動させた場合には、上記のように閉弁状態に作動させた場合に比べて、排気通路から排出される排気は増加する。このため、フィルタの上流側及び下流側の圧力の上昇度合いは、閉弁状態に作動させた場合に比べて小さくなり、フィルタの上流側と下流側との差圧の減少量も少なくなる。

このように、排気絞り弁の作動時における差圧の変化態様によって、排気絞り弁の作動状態を把握することができる。このため、排気絞り弁を開弁状態から閉弁状態に作動させたにもかかわらず、実際には排気絞り弁が閉弁状態となっていないような場合に、排気絞り弁の動作異常を検出し、その旨を判定することができる。従って、排気絞り弁の動作異常に起因してフィルタの再生が十分に進行せず、燃費の悪化やフィルタ溶損を招くような状況を好適に回避することができる。
とくに、請求項１に記載の発明は、前記判定手段は、前記差圧の変化および前記粒子状物質の堆積量に基づいて、前記排気絞り弁の異常判定を行うことをその要旨としている。
粒子状物質の堆積量が多いときには、粒子状物質の堆積量が少ないときに比べて差圧が全体的に大きくなり、差圧の変化量についても、堆積量が多いときの差圧の変化量は、堆積量が少ないときの差圧の変化量に比べて大きくなる。
上記構成によれば、差圧の変化および粒子状物質の堆積量に基づいて、排気絞り弁の異常判定を行うことがてきる。

とくに、請求項２に記載の発明は、前記判定手段は、前記排気絞り弁の作動前後において、前記差圧センサにより検出される差圧の変化から前記排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、前記排気圧力の上昇代に基づいて前記排気絞り弁の異常判定を行うことをその要旨としている。

同構成によれば、排気絞り弁の作動前後において、差圧センサにより検出される差圧の変化から排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、排気圧力の上昇代に基づいて排気絞り弁の異常判定を行う。排気絞り弁を作動させた場合、差圧センサにより検出されるフィルタの上流側と下流側との差圧は変化するが、フィルタにより捕集された粒子状物質（ＰＭ）の堆積量によって、差圧及び差圧の変化量は異なってくる。例えば、ＰＭの堆積量が多い場合には、ＰＭによる圧力損失により差圧は相対的に大きくなり、排気絞り弁の作動による差圧の減少量も大きくなる一方、ＰＭの堆積量が少ない場合には、差圧は相対的に小さくなり、排気絞り弁の作動による差圧の減少量も小さくなる。

そこで、排気絞り弁を作動させた場合に、差圧を排気の空気量で除した値が排気圧力に応じて小さくなることを利用して、差圧の変化量や排気の空気量、排気温度といった値から排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、この排気圧力の上昇代から排気絞り弁の異常判定を行う。すなわち、排気絞り弁の作動時に、排気圧力の上昇代が想定される上昇代よりも小さいときには、排気絞り弁が所望の開度にまで絞られていないと判断できるため、排気絞り弁が動作異常である旨判定する。これにより、フィルタの温度や再生速度が適切なレベルにまで上昇しない状態が継続し、ＰＭが燃焼せずに残存してしまうことを抑制することができる。また、排気絞り弁の作動時に、排気圧力の上昇代が想定される上昇代にまで達しているときには、排気絞り弁が正常である旨判定し、フィルタの再生を適切に実施することができる。このように、ＰＭの堆積量により差圧及び差圧の変化量が変わっても、排気圧力の上昇代によって精度よく排気絞り弁の異常判定を行うことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気絞り弁は、開弁状態と閉弁状態との間で切換えられる切換弁であり、前記判定手段は、前記排気絞り弁の開弁状態から閉弁状態への作動前後において、前記排気圧力の上昇代が所定値未満となる場合に前記排気絞り弁が異常である旨判定することをその要旨としている。

同構成によれば、排気絞り弁が開弁状態から閉弁状態への作動前後において、差圧センサにより検出される差圧の変化から排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、排気圧力の上昇代が所定値未満となる場合に排気絞り弁が異常である旨判定する。排気絞り弁が開弁状態と閉弁状態との２つの状態の間で切換えられる切換弁であるときは、排気絞り弁の作動時に制御される状態が固定されることから、排気圧力の上昇代を閾値となる所定値と比較することで、排気絞り弁の動作異常の判定を容易に行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記判定手段により前記排気絞り弁が異常である旨判定されなかった場合に、前記排気絞り弁の作動前後における前記差圧の変化に基づいて前記フィルタの再生度合いを推定する推定手段を更に備えることをその要旨としている。

同構成によれば、排気絞り弁が異常である旨判定されなかった場合に、排気絞り弁の作動前後において差圧センサにより検出される差圧の変化に基づいてフィルタの再生度合いを推定する。フィルタにより捕集されたＰＭの堆積量が多い場合には、ＰＭによる圧力損失により差圧は相対的に大きくなり、排気絞り弁の作動による差圧の減少量も大きくなる。一方、ＰＭの堆積量が少ない場合には、差圧は相対的に小さくなり、排気絞り弁の作動による差圧の減少量も小さくなる。このため、差圧及び差圧の変化量からフィルタにより捕集されたＰＭの堆積量を推定し、フィルタの再生度合いを推定することができる。従って、フィルタの再生の終了時期を適切に判断することができ、不必要にフィルタの再生が行われることや、フィルタの再生が不十分になることを抑制することができる。このようにして、排気絞り弁の作動前後における差圧の変化に基づいて排気絞り弁の異常判定を行うとともに、排気絞り弁が正常に作動するときには、その差圧の変化に基づいてフィルタの再生度合いを推定するように構成することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記推定手段は、前記排気絞り弁の作動前後において、前記差圧の変化から前記排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、前記排気圧力の上昇代に応じた前記フィルタの再生速度を演算して前記再生度合いを推定することをその要旨としている。

同構成によれば、前記排気絞り弁の作動前後において、差圧センサにより検出される差圧の変化から排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、その排気圧力の上昇代に応じたフィルタの再生速度を演算してフィルタの再生度合いを推定する。排気圧力が上昇すると、空気量の増加によってＰＭと反応する酸素量が増加するため、ＰＭの燃焼速度は前記排気圧力に比例して増加する。このため、算出された排気圧力の上昇代を用いることで、フィルタの再生速度を精度よく演算することができ、フィルタの再生度合いを好適に推定することができる。

以下、図１〜６を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を具体化した実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る排気浄化装置を搭載した車載内燃機関の構成図である。内燃機関１０は、各気筒１１に形成される燃焼室１２と、燃焼室１２に吸入空気を送り込む吸気通路１３と、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が排出される排気通路１４とを備えている。

吸気通路１３には、その通路面積を可変とする吸気絞り弁１５が設けられ、その開度が制御されることにより燃焼室１２に吸入される空気量が調整される。吸気通路１３に吸入された空気は、燃焼室１２に設けられた燃料噴射弁１６より噴射された燃料と混合して混合気となり、燃焼室１２で燃焼する。また、吸気通路１３には、燃焼室１２に吸入される空気量を検出するためのエアフローメータ３１が設けられている。

排気通路１４には、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタとしてのＰＭフィルタ１７が設けられ、燃焼室１２での燃焼により生じた排気が送り込まれる。ＰＭフィルタ１７は、多孔質材料によって形成されており、これにより排気中のＰＭを捕集するようにしている。また、ＰＭフィルタ１７には、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する酸化触媒が担持されている。この酸化触媒によって触発される反応により、ＰＭフィルタ１７に捕集されたＰＭが燃焼（酸化）して除去される。

排気通路１４のＰＭフィルタ１７の上流側及び下流側には、ＰＭフィルタ１７に流入する排気の温度を検出する第１温度センサ３２、及びＰＭフィルタ１７通過後の排気の温度を検出する第２温度センサ３３がそれぞれ設けられている。また排気通路１４には、ＰＭフィルタ１７の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ３４が設けられている。

また、排気通路１４のＰＭフィルタ１７の下流側には、排気絞り弁１８が設けられている。排気絞り弁１８は、開弁状態と閉弁状態との２つの状態の間で切換えられる切換弁であり、アクチュエータ１９によりＯＮ／ＯＦＦ駆動される。すなわち、アクチュエータ１９がＯＦＦ状態のときは、排気通路１４を全開とする開弁状態となり、アクチュエータ１９がＯＮ状態のときは、排気通路１４を全閉とする閉弁状態となる。

また、排気通路１４には、排気絞り弁１８の上流側と下流側とを連通するウエイストゲート２０が設けらる。ウエイストゲート２０には、ウエイストゲート弁２１が設けられており、このウエイストゲート弁２１の開度を調節することで、排気絞り弁１８が閉弁状態となったときに排気絞り弁１８の上流側の圧力を調整するようにしている。

こうした内燃機関１０の各種制御は、電子制御装置４０により実施されている。電子制御装置４０は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置４０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ３５、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ３６、吸気絞り弁１５の開度を検出する吸気絞りセンサ３７等が接続されている。また電子制御装置４０の出力ポートには、吸気絞り弁１５、燃料噴射弁１６、排気絞り弁１８、及びウエイストゲート弁２１等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置４０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。このようにして吸気絞り弁１５の開度制御、燃料噴射弁１６からの燃料噴射制御、排気絞り弁１８の開閉制御、及びウエイストゲート弁２１の開度制御等の各種制御が電子制御装置４０により実施される。

このように構成された内燃機関１０の排気浄化装置では、内燃機関１０の運転によりＰＭフィルタ１７で捕集されたＰＭを除去するために、ＰＭフィルタ１７に堆積したＰＭを燃焼させて浄化するフィルタ再生制御が実施される。こうしたフィルタ再生制御は、排気絞り弁１８の作動により排気温度及び排気圧力を上昇させるとともに、ＰＭフィルタ１７に担持された酸化触媒に未燃燃料成分を供給することで行われ、これにより未燃燃料成分の排気中や触媒上での酸化に伴う発熱により触媒を活性化させるとともに触媒周りのＰＭを燃焼させる。なお、フィルタ再生制御での触媒への未燃燃料成分の供給は、内燃機関１０の駆動に寄与する燃料噴射弁１６からの燃料噴射の後、例えば排気行程中での燃料噴射であるポスト噴射等によって行われる。以下に、電子制御装置４０が実施するフィルタ再生制御について説明する。

図２は内燃機関１０の運転時間に対するＰＭの堆積量を示したものである。同図に示すように、時間Ｔ０から内燃機関１０の運転が開始されると、運転時間の経過に伴ってＰＭフィルタ１７で捕集されるＰＭの堆積量が増加する。電子制御装置４０は、内燃機関１０を搭載した車両の走行距離が所定距離に達した場合、又は差圧センサ３４により検出されるＰＭフィルタ１７の上流側と下流側との差圧が所定量を超えた場合に、ＰＭの堆積量が過多となっている旨判断し、フィルタ再生制御を開始する。時間Ｔ１においてフィルタ再生制御が開始されると、ＰＭの堆積量は減少し始め、時間Ｔ２において堆積量がほぼ０になる。電子制御装置４０は、このような制御を繰り返し行うことで、外部へ排出されるＰＭの量を低減する。

ここで、フィルタ再生制御が実行される期間Ｘにおける制御について説明する。図３は期間Ｘにおける車両速度、排気絞り弁１８の状態、及び差圧センサ３４により検出される差圧の変化を示したものである。図３（ａ）に示すように車両速度が変化する場合、電子制御装置４０は、図３（ｂ）に示すように排気絞り弁１８を駆動する。すなわち、車両が加速状態にあるとき（期間Ｙ）には、排気絞り弁１８をＯＦＦ状態にして排気通路１４を全開とし、車両が加速状態以外の定速走行状態、減速状態、アイドル状態等にあるときには、排気絞り弁１８をＯＮ状態にして排気通路１４を全閉とする。車両が加速状態にあるときは、燃焼室１２に吸入される空気量が増加するため、排気絞り弁１８が閉弁状態になることで車両の加速性能が損なわれることを防止している。

排気絞り弁１８を閉弁状態に作動して排気通路１４が全閉となると、排気絞り弁１８の上流側における排気温度及び排気圧力が上昇する。排気温度が上昇すると、ＰＭフィルタ１７に担持されている酸化触媒が活性化され、堆積したＰＭの燃焼が促進される。また、排気圧力が上昇すると、空気量の増加によってＰＭとの燃焼に用いられる酸素量を増加させることができるため、ＰＭの酸化反応速度を速めることができ、ＰＭの燃焼をより促進することができる。このようにＰＭの燃焼を促進することによって、フィルタ再生制御が実行される期間Ｘを短縮し、燃料噴射弁からの未燃燃料成分の供給量を抑えることによって燃費の悪化を抑制している。

そして、このようなフィルタ再生制御が実行される期間Ｘにおいて、差圧センサ３４により検出される差圧ΔＰは、図３（ｃ）に示すように変化する。すなわち、排気絞り弁１８の開弁状態から閉弁状態への作動により差圧ΔＰは減少し、閉弁状態から開弁状態への作動により差圧ΔＰは増加する。また、ＰＭの堆積量の減少に伴って、閉弁状態における差圧ΔＰ及び開弁状態における差圧ΔＰは徐々に減少する。

ここで、排気絞り弁１８の開弁状態から閉弁状態への作動により、差圧ΔＰが減少する原理について説明する。排気絞り弁１８を作動させた場合、排気絞り弁１８より上流側の排気通路１４及び燃焼室１２に存在する排気が断熱変化を起こすと仮定する。ここで、大気圧をＰ０とし、排気絞り弁１８作動後の排気圧力をＰ１とすると、等エントロピー変化の式（ＰＶ^κ＝一定）から、排気圧力のＰ０からＰ１への上昇に伴って、排気の所定のマスあたりの体積が減少する。このため、排気通路１４内の流速も減少することになり、その流速は排気絞り弁１８作動前の（Ｐ０／Ｐ１）^κ倍となる。また、ＰＭフィルタ１７を通過する排気が層流であると仮定して、ＰＭフィルタ１７による圧力損失が流速に比例することを利用するとともに、排気が理想気体であると仮定して、理想気体の粘性係数が圧力によらないことを利用すると、差圧ΔＰも排気絞り弁１８作動前の（Ｐ０／Ｐ１）^κ倍となる。このようにして、排気絞り弁１８の開弁状態から閉弁状態への作動により差圧ΔＰが減少する。

次に、電子制御装置４０が実行する排気絞り弁１８の異常判定について説明する。電子制御装置４０は、フィルタ再生制御の実行中に、上記のような排気絞り弁１８の作動による差圧ΔＰの変化に基づいて、排気絞り弁１８の異常判定を行う。排気絞り弁１８の作動が異常である場合、例えば、排気絞り弁１８をＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切換えたときに、排気通路１４が全閉となっていないような場合は、排気絞り弁１８の作動によっても排気温度及び排気圧力が上昇しないため、ＰＭの燃焼が促進されない。このため、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８の作動異常を検出するために以下のような制御を行う。

図４に電子制御装置４０が実行する排気絞り弁異常判定ルーチンのフローチャートを示す。排気絞り弁異常判定ルーチンは、フィルタ再生制御が行われているときに実行される。排気絞り弁異常判定ルーチンが開始されると、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと移行したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。すなわち、車両が加速状態以外の状態になったか否かを判定する。排気絞り弁１８がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと移行していないときには、このステップを繰り返し処理する。

排気絞り弁１８がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと移行したときには、排気絞り弁１８が開弁状態から閉弁状態に作動されるため、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８の作動による差圧ΔＰの変化を差圧センサ３４により検出する（ステップＳ１２０）。次いで、検出された差圧ΔＰの変化量と、エアフローメータ３１の検出値から得られる空気量と、温度センサ３２，３３から検出される排気温度とにより、排気絞り弁１８の上流側における排気圧力の上昇代を算出する（ステップＳ１３０）。

そして、排気圧力の上昇代が所定値未満か否かを判定する（ステップＳ１４０）。排気圧力の上昇代が所定値未満の場合には、排気絞り弁１８のＯＦＦ状態からＯＮ状態への制御によっても、排気絞り弁１８が排気通路１４を所定の流路面積以下とするような閉弁状態にまで作動されていないと判断することができる。このため、排気圧力の上昇代が所定値未満の場合には、判定手段としての電子制御装置４０は、排気絞り弁１８が異常である旨判定する（ステップＳ１５０）。一方、排気圧力の上昇代が所定値以上の場合には、排気絞り弁１８による閉弁動作が正常に行われていると判断することができるため、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８が正常である旨判定する（ステップＳ１６０）。

ここで、排気絞り弁１８の作動が正常であるときの差圧ΔＰの変化態様を図５に、排気絞り弁１８の作動が異常であるときの差圧ΔＰの変化態様を図６に示す。図５（ａ）及び図６（ａ）はＰＭの堆積量が少ないときに、排気絞り弁１８をＯＮ／ＯＦＦ駆動した場合の差圧の変化を示したものであり、図５（ｂ）及び図６（ｂ）はＰＭの堆積量が多いときに、排気絞り弁１８をＯＮ／ＯＦＦ駆動した場合の差圧の変化を示したものである。

同図に示すように、排気絞り弁１８の作動が正常であるときには、ＯＮ／ＯＦＦ駆動による差圧ΔＰの変化量Ａ，Ｂが大きくなり、排気絞り弁１８の作動が異常であるときには、ＯＮ／ＯＦＦ駆動による差圧ΔＰの変化量Ｃ，Ｄが少なくなる。また、ＰＭの堆積量が多いときには、ＰＭの堆積量が少ないときに比べて差圧ΔＰが全体的大きくなり、差圧ΔＰの変化量についても、堆積量が多いときの差圧ΔＰの変化量Ｂ，Ｄは、堆積量が少ないときの差圧ΔＰの変化量Ａ，Ｃに比べて大きくなる。電子制御装置４０は、こうした差圧ΔＰの変化態様に基づいて排気圧力の上昇代を算出し、排気絞り弁１８の動作異常を判定している。

ステップＳ１５０において排気絞り弁１８が異常である旨判定されたときには、電子制御装置４０は、警告灯を点灯させて（ステップＳ１７０）、排気絞り弁１８が異常である旨を車両の運転者に告知し、この排気絞り弁異常判定ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１６０において排気絞り弁１８が正常である旨判定されたときには、推定手段としての電子制御装置４０は、上記差圧ΔＰに基づいて算出された排気圧力の上昇代に応じたＰＭフィルタ１７の再生速度を演算し、ＰＭフィルタ１７の再生度合いを推定する（ステップＳ１８０）。ＰＭフィルタ１７の再生速度の演算は、排気圧力の増加に伴い酸素量が増加してＰＭの燃焼速度が速くなることを利用し、排気圧力の上昇代からＰＭの燃焼速度を推定するとともに、排気絞り弁１８の絞り度合いを加味することで行われる。そして、演算されたＰＭフィルタ１７の再生速度から、その再生度合いを推定する。

次いで、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと移行したか否かを判定する（ステップＳ１９０）。排気絞り弁１８がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと移行していない場合には、排気絞り弁１８が全閉状態のままであるため、ステップＳ１８０に戻り、ＰＭフィルタ１７の再生度合いの推定を引き続き行う。排気絞り弁１８がＯＮ状態からＯＦＦ状態へと移行した場合には、排気絞り弁１８が全開状態へと作動されるため、この排気絞り弁異常判定ルーチンをステップＳ１１０から繰り返し行う。

このように、電子制御装置４０は、差圧ΔＰの変化に基づいて排気絞り弁１８の異常判定を行うとともに、排気絞り弁１８が正常に動作するときには、その差圧ΔＰに基づいてＰＭフィルタ１７の再生度合いを推定するような制御を行う。そして、ＰＭフィルタ１７に堆積しているＰＭが除去されたと推定されるときに、こうしたフィルタ再生制御を終了する。

上記実施形態の内燃機関の排気浄化装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８の作動時に、差圧センサにより検出されるＰＭフィルタ１７の上流側と下流側との差圧ΔＰの変化に基づいて排気絞り弁１８の異常判定を行うようにしている。排気絞り弁１８の作動が正常である場合と異常である場合とでは、排気絞り弁１８の作動時における差圧ΔＰの変化態様が図５，６に示すように異なるため、こうした差圧ΔＰの変化から排気絞り弁１８の作動状態を把握して、排気絞り弁１８の異常判定を的確に行うことができる。このため、排気絞り弁１８の動作異常に起因してＰＭフィルタ１７の再生が十分に進行せず、燃費の悪化やフィルタ溶損を招くような状況を好適に回避することができる。

（２）上記実施形態では、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８の作動時に、差圧センサにより検出される差圧ΔＰの変化量等から、排気絞り弁１８の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、排気圧力の上昇代に基づいて排気絞り弁１８の異常判定を行うようにしている。このように排気圧力の上昇代を算出すると、ＰＭの堆積量にかかわらず、排気絞り弁１８の作動状態を把握することができるため、こうした排気圧力の上昇代を所定値と比較することで、精度よく排気絞り弁の異常判定を行うことができる。

（３）上記実施形態では、電子制御装置４０は、排気絞り弁１８が正常である旨判定された場合に、差圧センサ３４により検出される差圧ΔＰに基づいてＰＭフィルタ１７の再生度合いを推定するようにしている。ＰＭフィルタ１７で捕集されたＰＭの堆積量が多い場合と少ない場合とでは、排気絞り弁１８の作動時における差圧ΔＰの変化態様が図５に示すように異なるため、こうした差圧ΔＰの変化からＰＭの堆積量を推定することができ、ＰＭフィルタ１７の再生度合いを推定することができる。このため、フィルタ再生制御の終了時期を適切に判断することができ、不必要にＰＭフィルタ１７の再生が行われることや、ＰＭフィルタ１７の再生が不十分になることを抑制することができる。

（４）上記実施形態では、電子制御装置４０は、差圧ΔＰの変化から算出される排気圧力の上昇代により、排気圧力の上昇代に応じたＰＭフィルタ１７の再生速度を演算して、その再生度合いを推定するようにしている。このように排気圧力の上昇代を用いると、ＰＭの酸化速度と排気絞り弁１８の絞り度合いとから、ＰＭフィルタ１７の再生速度を精度よく演算することができる。このため、ＰＭフィルタ１７の再生度合いを好適に推定することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、排気絞り弁１８が開弁状態から閉弁状態に作動される毎に、排気絞り弁１８の異常判定を行うようにしているが、このような異常判定は毎回行わなくてもよく、所定のタイミングでのみ行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、差圧ΔＰの変化から算出される排気圧力の上昇代により、排気絞り弁１８の異常判定及びＰＭフィルタ１７の再生度合いの推定を行っているが、差圧ΔＰの変化率等、差圧ΔＰの変化から得られる他のパラメータにより前記異常判定及び前記再生度合いの推定を行うようにしてもよい。

・上記実施形態では、排気絞り弁１８は、開弁状態と閉弁状態との切換えにより排気通路１４の流路断面積を変更するようにしているが、排気絞り弁１８の開度を任意に設定できるように構成し、これにより排気通路１４の流路断面積を可変とするようにしてもよい。排気絞り弁１８の開度を任意に設定できるように構成しても、同様の原理を用いて本発明を適用することができる。また、このようにすると、ウエイストゲート２０を廃止した構成にすることができる。

・上記実施形態では、燃料噴射弁１６からのポスト噴射等により、未燃燃料成分の供給を行うようにしているが、排気通路１４におけるＰＭフィルタ１７の上流に添加弁を設け、その添加弁から未燃燃料成分を供給するように構成してもよい。

本発明に係る排気浄化装置を搭載した車載内燃機関の構成図。 内燃機関の運転時間に対するＰＭの堆積量を示すタイムチャート。 （ａ）はフィルタ再生制御が実行される期間の車両速度を示すタイムチャート、（ｂ）は同期間の排気絞り弁の状態を示すタイムチャート、（ｃ）は同期間の差圧の変化を示すタイムチャート。 排気絞り弁異常判定ルーチンのフローチャート。 （ａ）及び（ｂ）は排気絞り弁の作動が正常であるときの差圧の変化態様を示すタイムチャート。 （ａ）及び（ｂ）は排気絞り弁の作動が異常であるときの差圧の変化態様を示すタイムチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１２…燃焼室、１３…吸気通路、１４…排気通路、１５…吸気絞り弁、１６…燃料噴射弁、１７…ＰＭフィルタ、１８…排気絞り弁、２０…ウエイストゲート、３１…エアフローメータ、３２…第１温度センサ、３３…第２温度センサ、３４…差圧センサ、４０…電子制御装置。

Claims (5)

1. 排気通路に配置されて内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタよりも排気通路の下流側に配置されて排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサとを備え、前記差圧センサにより検出される差圧に基づいて前記排気絞り弁を作動させ、前記フィルタにより捕集された粒子状物質を燃焼させて前記フィルタの再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気絞り弁の作動時に、前記差圧センサにより検出される差圧の変化に基づいて、前記排気絞り弁の異常判定を行う判定手段を備え、
   前記判定手段は、前記差圧の変化および前記粒子状物質の堆積量に基づいて、前記排気絞り弁の異常判定を行う
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気通路に配置されて内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタよりも排気通路の下流側に配置されて排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁と、前記フィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサとを備え、前記差圧センサにより検出される差圧に基づいて前記排気絞り弁を作動させ、前記フィルタにより捕集された粒子状物質を燃焼させて前記フィルタの再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気絞り弁の作動時に、前記差圧センサにより検出される差圧の変化に基づいて、前記排気絞り弁の異常判定を行う判定手段を備え、
   前記判定手段は、前記排気絞り弁の作動前後において、前記差圧センサにより検出される差圧の変化から前記排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、前記排気圧力の上昇代に基づいて前記排気絞り弁の異常判定を行う
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気絞り弁は、開弁状態と閉弁状態との間で切換えられる切換弁であり、
   前記判定手段は、前記排気絞り弁の開弁状態から閉弁状態への作動前後において、前記排気圧力の上昇代が所定値未満となる場合に前記排気絞り弁が異常である旨判定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記判定手段により前記排気絞り弁が異常である旨判定されなかった場合に、前記排気絞り弁の作動前後における前記差圧の変化に基づいて前記フィルタの再生度合いを推定する推定手段を更に備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記推定手段は、前記排気絞り弁の作動前後において、前記差圧の変化から前記排気絞り弁の上流側における排気圧力の上昇代を算出し、前記排気圧力の上昇代に応じた前記フィルタの再生速度を演算して前記再生度合いを推定する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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