JP4403944B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明はパティキュレートフィルタを備える内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、パティキュレートフィルタの再生時期の適正化に関する。

近年、自動車などに搭載される内燃機関では、排気エミッションの低減が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼルエンジンでは、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯxに加え、排ガス中の煤やＳＯＦなどの排気微粒子を除去することが必要になる。このため、排気通路にパティキュレートフィルタを配置し、ここで、排ガス中の排気微粒子を捕集している。

パティキュレートフィルタは、流入した排ガスに多孔質の隔壁を透過させ、その際に、隔壁の表面や細孔で排ガス中の排気微粒子を捕集する。捕集されて堆積する量が過剰に増えると、パティキュレートフィルタにおける流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し、出力の低下などをもたらす。このため、パティキュレートフィルタの堆積した排気微粒子をパティキュレートフィルタから適宜、除去してパティキュレートフィルタを再生し、パティキュレートフィルタの排ガス流下能力を回復させる必要がある。

パティキュレートフィルタの再生を内燃機関の運転中に可能としたものとして、パティキュレートフィルタに白金などの酸化触媒を設けて、排気行程において燃料を噴射するポスト噴射により燃料をパティキュレートフィルタに供給し、その燃焼熱を利用して、噴射燃料に比して酸化しにくい堆積排気微粒子を酸化、除去する。

パティキュレートフィルタの再生は頻繁に行うと燃費が悪化し、一方、次に再生するまでの間があきすぎると、排気微粒子の堆積量が過剰で、再生処理において堆積排気微粒子が急激に燃焼し、パティキュレートフィルタが異常な高温となり、破損するおそれがある。このため、排気微粒子の堆積状態を判断し、再生時期を決定するのが望ましい。下記特許文献１、２等には、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前記流通抵抗の増大で、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じるものが開示されている。
特開２００３−２７９１９号公報 特開２００３−８３０３５号公報

ところで、前記差圧に基づいて排気微粒子の堆積状態を判断する技術は、排気微粒子の堆積状態に応じてパティキュレートフィルタ内の排ガスの流通状態が変化することを利用するものであるから、同じ堆積状態であっても、パティキュレートフィルタにおける排ガスの流通状態が異なれば知られる堆積状態にもばらつきを生じる。このため、パティキュレートフィルタの再生時期が遅れたり、再生頻度が増えるおそれがある。

本発明は、前記実情に鑑みなされたもので、パティキュレートフィルタにおける排ガスの流通状態を考慮して、排気微粒子の堆積状態を正確に判断することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、排気通路の途中に排ガス中の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、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子の堆積状態をパティキュレートフィルタの入口と出口との差圧を含む排ガスの状態に基づいて判断する内燃機関の排気浄化装置において、
パティキュレートフィルタの温度分布を計測する温度分布計測手段と、
計測された温度分布の均一性が低いときには前記排気微粒子の堆積状態の判断を禁止する禁止手段を具備せしめる。

ガスは質量が同じであっても温度が異なれば体積が異なるため、パティキュレートフィルタ内の温度分布の均一性が良くなければ、流速分布の均一性も低い。計測された温度分布の均一性が低いときには前記排気微粒子の堆積状態の判断を禁止することで、堆積状態の判断が適正化され、パティキュレートフィルタの再生が不適正な時期に行われるのを回避することができる。

請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの複数箇所の位置の温度の温度幅が大きいほど前記温度分布の均一性が低いと判断する手段とする。

複数箇所の位置の温度の温度幅により温度分布の均一性を判断することができる。

請求項３記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの複数箇所の位置の温度差が±５０℃以内であるときに前記温度分布が均一であると判断する手段とする。

具体的には、複数箇所の位置の温度差が±５０℃以内であるかどうかを基準として温度分布の均一性を判断することができる。

請求項４記載の発明では、請求項２または３の発明の構成において、前記複数箇所の位置には、前記パティキュレートフィルタの入口または出口を含める。

パティキュレートフィルタの入口または出口の温度は、パティキュレートフィルタの直上流部または直下流部の温度で高精度に代替できる。パティキュレートフィルタの入口または出口の温度を得るためにパティキュレートフィルタの改変が不要で、実施コストを低減することができる。

請求項５記載の発明では、請求項２ないし４の発明の構成において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの所定位置の温度を検出する温度検出手段と、前記所定位置から排ガスの流通方向に離れた別の位置の温度を一次遅れモデルの伝達関数若しくは逆伝達関数にしたがって前記所定位置の温度に基づいて推定する温度推定手段とを具備する手段とする。

一部の位置については温度を推定することで、温度検出手段の設置数を減らすことができる。また、設置困難な位置における温度を容易に知ることができる。

請求項６記載の発明では、請求項４の発明の構成において、前記複数箇所の位置には、前記パティキュレートフィルタの入口および出口を含め、前記温度推定手段は、前記パティキュレートフィルタの前記入口から排ガス流下方向の所定範囲の温度を前記入口の温度に基づいて推定し、前記出口に至る残りの範囲の温度を前記出口の温度に基づいて推定する手段とする。

パティキュレートフィルタの入口の近傍では入口の検出温度に基づいて温度が推定され、出口の近傍では出口の検出温度に基づいて温度が推定されるから、推定精度が低い位置が生じないようにすることができる。

請求項７記載の発明では、請求項４または５の発明の構成において、前記温度推定手段は、前記複数箇所の位置として、排ガスの流通方向に直交する面の方向に離れたさらに別の位置の温度を、前記所定位置の温度または前記別の位置の温度に基づいて、前記面の外周側ほど温度が低くなる温度勾配を有するモデルにしたがって推定する手段とする。

パティキュレートフィルタの前記面内の外周部はパティキュレートフィルタ設置雰囲気からの奪熱で温度が低くなっており、前記モデルにしたがえば前記面内の温度を高精度に推定することができる。これにより、さらに温度分布が正確に知られる。

請求項８記載の発明では、請求項６の発明の構成において、前記温度勾配は、前記パティキュレートフィルタを流通する排ガスの流量が多いほど緩くなるように設定する。

排ガスの流量が多いほど前記設置雰囲気による奪熱の作用が緩められるから、前記パティキュレートフィルタを流通する排ガスの流量が多いほど温度勾配が緩くなるようにすることで、さらに温度分布が正確に知られる。

請求項９記載の発明では、請求項６または７の発明の構成において、前記温度勾配は、前記パティキュレートフィルタの設置雰囲気温度が低いほど急になるように設定する。

パティキュレートフィルタの設置雰囲気温度が低いほど前記設置雰囲気による奪熱の作用が強められるから、前記パティキュレートフィルタ設置雰囲気温度が低いほど温度勾配が急になるようにすることで、さらに温度分布が正確に知られる。

請求項１０記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの所定の位置の温度の変化量が大きいほど前記温度分布の均一性が低いと判断する手段とする。

例えば高温で多量の排ガスが流入したり、排ガスの未燃成分の燃焼などが生じると、温度分布の均一性が低下する。このとき、大きな温度変化が生じる。温度の変化量に基づいて温度分布の均一性が知られる。

請求項１１記載の発明では、請求項１０の発明の構成において、前記温度分布計測手段は、前記所定の位置は、前記パティキュレートフィルタの複数箇所の位置のうち温度の変化量が最大となる位置とする。

温度分布の均一性を正確に判断することができる。

請求項１２記載の発明では、請求項１ないし１１の発明の構成において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタに流入する排ガス中の未燃成分の前記パティキュレートフィルタにおける酸化反応に基因した熱発生による前記パティキュレートフィルタの温度上昇分を前記内燃機関の運転状態に基づいて演算し、演算した温度上昇分に基づいてパティキュレートフィルタの推定温度を補正する補正手段を具備せしめる。

補正によりパティキュレートフィルタ内の温度を求める場合の、推定誤差を低減することができる。

請求項１３記載の発明では、請求項１ないし１２の発明の構成において、前記禁止手段は、前記温度分布が略均一であるとの判定が連続して予め設定した回数繰り返されるまで前記排気微粒子の堆積状態の判断の禁止を維持するように設定した内燃機関の排気浄化装置。

排気微粒子の堆積状態の判断の確度をさらに向上させることができる。

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態になる排気浄化装置を付設したディーゼルエンジンを示す。エンジン本体１は複数の気筒を備えており、各気筒に１対１に対応して設けられたインジェクタ２１〜２４により燃料噴射がなされるようになっている。インジェクタ２１〜２４には共通のコモンレール２５から燃料供給がなされる。また、燃料と混合気を形成するガスが、吸気通路３の下流部を構成する吸気マニホールド３１から各気筒に供給される。混合気の燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、排気通路４の上流部を構成する排気マニホールド４１へと排出される。排気通路４の途中には、ターボチャージャのタービン４２とともに、パティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）５が設置されている。

ＤＰＦ５は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、ガス流路となる多数のセルをＤＰＦ５の両端の入口５１側または出口５２側が互い違いとなるように目封じしてなる。セル壁表面には、Ｐｔ等の酸化触媒が塗布されている。ＤＰＦ５の全体形状はハニカム構造が現れる断面が円形のもので、排気通路４を流通する排ガスが、ＤＰＦ５の前記セル間の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間に排気微粒子（パティキュレート）が捕集されて次第に堆積する。

排気通路４には、ＤＰＦ５に堆積したパティキュレートの量（ＰＭ堆積量）を知るために、ＤＰＦ５の前後差圧を検出する差圧センサ７４が接続される。差圧センサ７４の一端側はＤＰＦ５の入口５１で、他端側はＤＰＦ５の出口５２で、それぞれ圧力導入管７４１，７４２を介して接続されており、ＤＰＦ５の前後差圧に応じた信号をＥＣＵ６に出力する。

排気通路４にはまた、ＤＰＦ５の直上流と直下流とにそれぞれ排気温センサ７５ａ，７５ｂが設置されている。排気温センサ７５ａ，７５ｂはＥＣＵ６に接続されており、排気温センサ７５ａがＤＰＦ５の入口５１のガス温度（以下，適宜、ＤＰＦ入口ガス温度という）を検出し、排気温センサ７５ｂが出口５２のガス温度（以下，適宜、ＤＰＦ出口ガス温度という）を検出して、ＥＣＵ６に出力する。また、吸気通路３の途中には、スロットルバルブ３２およびターボチャージャのコンプレッサ３３よりも上流にエアフローメータ（吸気量センサ）７３が設置してあり、新気量を検出して、ＥＣＵ６に出力するようになっている。また、外気温を検出する外気温センサ７６を備えている。

ＥＣＵ６には、エンジン回転数を検出する回転数センサ７１や、スロットルバルブ３２の開度を検出するスロットルポジションセンサ７２といった、一般的なエンジンに取付けられているセンサが接続されている。これらセンサからの検出信号を基にエンジンの運転状態を検出するようになっている。

ＥＣＵ６はマイクロコンピュータを中心として構成されたもので、前記各各種センサの出力信号から知られる運転状態に応じた燃料噴射量、噴射時期等を算出して、エンジンの各部を制御する。また、ＤＰＦ５におけるＰＭ堆積量を監視してＤＰＦ５の再生時期か否かを判断する。

図２にＥＣＵ６におけるＰＭ堆積量の監視制御を示す。ステップＳ１０１では、差圧および排気流速をもとにＰＭ堆積量を算出する。差圧および排気流速に対してＰＭ堆積量を対応付ける対応関係は、差圧が大きいほど、排気流速が遅いほどＰＭ堆積量が多くなるという対応関係であり、予めマップとしてＥＣＵ６のＲＯＭに記憶しておく。排気流速は前記エアーフローメータ７３により知られる新気量などから演算される。

また、マップによるのではなく、ＰＭ堆積量をＭL、差圧をΔＰ、排気流速をｖ、式（１）により算出してもよい。μは排ガスの粘度、ρは排ガスの密度、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは定数である。
ＭL＝[ΔＰ−（Ａμｖ＋Ｃρｖ^２）]／（Ｂμｖ＋Ｄρｖ^２）・・・（１）

これは、ΔＰ＝Ｍμｖ＋Ｎρｖ^２というモデル式から導出している。各係数は予め適合させておく。なお、ＰＭがさほど捕集されていない段階ではＰＭが排ガス流にのって細孔に向かうように流れることで、ＰＭにより隔壁の細孔が詰まることが差圧ΔＰを規定するＤＰＦ５における圧力損失の支配要因となり、細孔が詰まってくると、ＰＭ表面のＰＭ堆積層の厚さが増大することが前記圧力損失の支配要因となる。このため、式（１）は、ＰＭ堆積量が少ない領域と多い領域とで定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの異なる２種類の式を使い分けるとより高精度にＰＭ堆積量を求めることができる。したがって、定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの異なる２種類を記憶しておき、所定のＰＭ堆積量以下の領域と以上の領域とで前記２種類の式を切替えるのがよい。

なお、ステップＳ１０１において、差圧は差圧センサ７４から得られ，排気流速はエアーフローメータ７３の、質量流量で得られる新気量を体積流量に換算するなどの演算を実行することで得られる。そして、差圧センサ７４などの検出信号は所定周期で取込まれて、その都度、ステップＳ１０１が実行される。

ステップＳ１０２は温度分布計測手段としての処理で、ＤＰＦ内の温度分布を計測する。これは前記各種センサの検出信号に基づいて判断する。このうち、排気温センサ７５ａ，７５ｂによる手法については後述する。また、排気温センサ７５ａ，７５ｂによらない手法としては、例えば、スロットルバルブ開度やエンジン回転数などの変化が大きく過渡的な運転状態にあれば、温度分布の均一性が低い、とするのもよい。

ステップＳ１０３は禁止手段としての処理で、ＤＰＦ内温度分布が均一か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ１０４に進み、ＰＭ堆積量をステップＳ１０１で算出したものにより更新する。更新したＰＭ堆積量は、ＤＰＦの再生の判断に用いられ，ＰＭ堆積量が予め設定したしきい値を超えている場合には、ＤＰＦの再生処理が実行される。ＰＭ堆積量が予め設定したしきい値を超えると、パティキュレートフィルタ５を再生するようになっている。

ステップＳ１０３が否定判断されると、ステップＳ１０４を非実行としてステップＳ１０１に戻る。

一般的にガスは質量が同じであっても温度が異なれば体積が異なるため、ＤＰＦ５内の温度分布の均一性が良くなければ、排ガスの流速分布の均一性も低い。計測された温度分布の均一性が低いときにはＳ１０１で得られたＰＭ堆積量を有効なものとすることを禁止することで、ＰＭ堆積量の多少についての判断が適正化されＤＰＦ５の再生が不適正な時期に行われるのを回避することができる。

（第２実施形態）
図３に第２実施形態になる内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵで実行されるＰＭ堆積量の更新の処理を示す。本実施形態は、ＰＭ堆積量の監視制御における温度分布の均一性を別の方法でみるようにしたものである。第１実施形態との相違点を中心に説明する。

ＰＭ堆積量を算出するステップＳ２０１に続くステップＳ２０２は温度分布計測手段としての処理で、ＤＰＦ内の温度分布の幅を表す数値として、ＥＣＵ６とともに温度分布計測手段を構成する排気温センサ７５ａ，７５ｂにより検出されたＤＰＦ入口ガス温度ＴINとＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTとの差を算出する。ＤＰＦ入口ガス温度ＴINはＤＰＦ５の最上流部の温度とみなせ、ＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTは、ＤＰＦ５の最上流部から離れたＤＰＦ５の最下流部の温度とみなせる。したがって、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINとＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTとを検出することで、容易にＤＰＦ内温度分布の均一性の指標を得ることができる。ＤＰＦ入口ガス温度ＴINとＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTとの差が小さいほど均一であるということになる。具体的には、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINとＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTとの差が±５０℃以内、望ましくは±２０℃以内であるときに均一であると判断することができる。ＤＰＦ内温度分布計測用のセンサをＤＰＦ５を加工しないで取付けられるので実施が容易である。

ステップＳ２０３は禁止手段としての処理で、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINとＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTとの差の大きさが予め設定した基準値αよりも小さいか否かを判定する。肯定判断されるとステップＳ２０４でＰＭ堆積量を更新し、否定判断されるとステップＳ２０１に戻る。

（第３実施形態）
図４に第３実施形態になる内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵで実行されるＰＭ堆積量の更新の処理を示す。本実施形態は、ＰＭ堆積量の監視制御における温度分布の均一性を別の方法でみるようにしたものである。前記各実施形態との相違点を中心に説明する。

ＰＭ堆積量を算出するステップＳ３０１に続くステップＳ３０２は、温度検出手段である排気温センサ７５ａとともに温度分布計測手段を構成する温度推定手段としての処理を実行し、その結果に基づいてＤＰＦ内温度の最大値と最小値との差を推定する。

ここでは、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINに基づいてＤＰＦ内の複数箇所の位置について温度を推定する。推定部位は、図５に示すように、ＤＰＦの排ガスの流下方向であるＤＰＦ５の中心線Ｘ上のＢ点、Ｃ点、Ｄ点の３点である。なお、以下の説明においてＢ，Ｃ，ＤをそれぞれＢ点の温度、Ｃ点の温度、Ｄ点の温度をも表す記号として用いるものとする。なお、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINを適宜、Ａで表し、排気温度センサが取付けられた温度の測定点をＡ点と表す。

Ｂ点〜Ｄ点の温度を推定するモデルは一次遅れおよびむだ時間よりなる伝達関数で表し（式（２））、温度Ａを入力としてＢ点〜Ｄ点における温度をそれぞれ推定する。Ｔは時定数であり、Ｌはむだ時間である。

図６はＡ点〜Ｄ点における温度の経時変化を示すもので、温度Ａを入力とする温度Ｂ〜温度Ｄのステップ応答の様子を表している。温度ＡすなわちＤＰＦ５に流入する排ガスの温度がステップ状に変化すると、その変化はＢ点〜Ｄ点におよぶが、排ガスがＡ点よりも下流に到達するまでの所要時間に基因して温度Ｂ〜温度Ｄは温度Ａの変化に遅れて追随変化し、温度Ａの値に収束していく。したがって、一次遅れおよびむだ時間よりなる伝達関数で表されるモデルにより好適にＤＰＦ内温度を推定することができる。

前記遅れはＡ点から離れているほど長くなり、Ｄ点、Ｃ点、Ｂ点の順に長くなる。また、温度Ｂ〜温度Ｄの追随変化のプロファイルはセラミックスを基材とするＤＰＦ５の比較的大きな熱容量のためになまったものとなり、その速度は、下流側ほどすなわちＡ点から離れているほど遅くなり、Ｄ点、Ｃ点、Ｂ点の順に遅くなる。また、排ガス流量が多く排気の速度が速ければ、遅れ時間は全体に短くなり、速度は速くなる。したがって、図７に示すように、むだ時間ＬはＤＰＦ入口５１からの距離が長いほど大きな値に設定し、排ガス流量が多いほど小さく設定する。また、図８に示すように、時定数Ｔは、ＤＰＦ入口５１からの距離が長いほど大きな値に設定し、排ガス流量が多いほど小さく設定する。

このように、Ａ点で検出された温度からＤＰＦ５内における中心軸Ｘ上のＢ点〜Ｄ点の温度を推定することができる。そして、温度Ａ〜温度Ｄのうち、最大値と最小値とをそれぞれ求め、その差をＤＰＦ内温度分布の幅とする。

ステップＳ３０３では、ＤＰＦ内温度の最大値と最小値との差が基準値β以下か否かを判定する。この場合も、均一性の判断は、基準値βが±５０℃以内、望ましくは±２０℃以内であるかどうかによって行うことができる。肯定判断されると、ＤＰＦ内温度分布が略均一であるとしてＰＭ堆積量を更新する（ステップＳ３０４）。否定判断されるとステップＳ３０４を非実行としてステップＳ３０１に戻る。

説明では、温度分布を計測するための温度として、ＤＰＦ内部の推定温度Ｂ〜Ｄのほか，実際に排気温度センサ７５ａにより検出された温度Ａを含めている。これは第２実施形態において述べたように温度ＡがＤＰＦ５の最上流部の温度とみなせるからであり、検出温度を加える分、温度の推定点を減じ、演算負荷を減じることができる。

ＤＰＦ内温度を推定する本実施形態の変形例を以下、いくつか示す。ＤＰＦ内温度は、ＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTに基づいて推定するようにしてもよい。この場合のモデルは前記式（２）の逆伝達関数となる。

また、温度を推定するＤＰＦ内の複数箇所の位置のうち、一部の部位についてはＤＰＦ入口ガス温度ＴINに基づいて推定し、残りをＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTに基づいて推定するようにしてもよい。この場合において、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINに基づいて推定するＤＰＦ内の点は、最上流側の点からとっていき、残りの点の温度をＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTに基づいて推定するようにする。温度を推定する位置は、温度が排気温センサ７５ａ，７５ｂにより実際に検出される位置に近い方が外乱などの推定誤差要因の影響が僅かで済み、より高精度に温度を推定することができるからである。

また、温度を推定するＤＰＦ内の位置は図例ではＤＰＦ中心線Ｘ上に３点をとっているが、３点以外でもよい。推定点を増やせば温度分布の均一性をより正確にでき、減らせば、演算負担を減じることができる。

ＤＰＦ内温度の分布は排ガスが流通する方向である中心線Ｘに沿う方向だけではなく、図９に示すように、中心線Ｘに直交する、ハニカム構造が現れる面内における温度分布を計測し、温度分布の均一性を判断するのもよい。図中、Ｅ，Ｆ，Ｇは温度の推定点である。Ｅ点は中心線Ｘ上の点であり、Ｆ，Ｇ点は、Ｅ点を含み中心線Ｘに直交する面Ｙ内の径方向に離れて位置する点であり、Ｇ点の方がＤＰＦ５のより外周に位置している。

ＤＰＦ中心線Ｘ上に位置しているＥ点は、排気温センサ７５ａにより検出された温度Ａに基づいて前記のごとく温度を推定する。

一方、Ｆ点、Ｇ点は、温度Eに、所定の係数を乗じることで得る。

図１０はＡ点、Ｅ点〜G点における温度の経時変化を示すもので、温度Ａを入力とする温度Ｅ〜温度Ｇのステップ応答の様子を表している。温度Ｅ〜温度Ｇは、中心線Ｘ方向のＤＰＦ入口５１からの距離が互いに同じであるため、同じタイミングで変化を開始するが、中心線Ｘ上のＥ点が最も高く、最も外周のＧ点が最も低くなる。これは、ＤＰＦ５の外周部では、ＤＰＦ５の設置雰囲気による奪熱が大きく、外周側ほど温度が低くなるからである。そして、排ガス流量が多いほど、ＤＰＦ５内に流入する熱量に対するＤＰＦ設置雰囲気からの奪熱の割合が小さくなる。これは、ＤＰＦ設置雰囲気からの奪熱の影響が薄れることで、面Ｙ内の温度勾配は緩くなる。また、ＤＰＦ設置雰囲気の温度が高いほどＤＰＦ設置雰囲気とＤＰＦ温度との差が小さくなって、ＤＰＦ設置雰囲気からの奪熱は少なくなる。ＤＰＦ設置雰囲気からの奪熱の影響が薄れることで、面Ｙ内の温度勾配は緩くなる。

図１１，図１２は前記面Ｙ内の温度分布を推定する際に、温度Ｅ、Ｆに乗じる係数の特性を示すもので、径方向位置とは、中心線Ｘからの面Ｙ方向の距離である。係数は径方向位置が外周側になるほど小さな値が与えられるようになっている。また、排ガス流量が多いほど前記のごとくＤＰＦ設置雰囲気からの奪熱の影響が薄れるので、図１１に示すように排ガス流量が多いほど係数は大きく設定する。また、ＤＰＦ設置雰囲気の温度（外気温）が高いほど前記のごとくＤＰＦ設置雰囲気からの奪熱は少なくなるので、図１２に示すように外気温が高いほど係数が小さく設定する。

この例では、温度Ａ、温度Ｅ〜温度Ｇのうちの最大値と最小値との差によりＤＰＦ内温度分布の幅を判断することになる。

あるいは、中心線Ｘ方向に複数点で温度を推定するとともに、推定した中心線Ｘ上の部位における推定温度に基づいて、中心線Ｘ上にない位置の温度を推定するのもよい。この場合、温度が推定された中心線Ｘ上の各位置に１対１に対応して、中心線Ｘ上の各位置を含み中心線Ｘに直交する面Ｙ内の温度を推定してもよいし、温度が推定された中心線Ｘ上の複数箇所の位置のうちの一つを含み中心線Ｘに直交する面Ｙ内の温度を推定してもよい。

また、排ガス中にはＨＣ、ＣＯといった未燃成分を含んでいる。ＤＰＦ５のように酸化触媒付のものであると、これらの未燃成分は触媒の温度が活性温度以上（例えば２００°Ｃ以上）のときには燃焼して発熱し、発熱による温度上昇分がＤＰＦ内温度の推定誤差となる。そこで、未燃成分の燃焼による誤差を相殺する補正を行うのがよい。補正は、先ず、エンジン回転数および燃料の噴射量に対してＨＣ排出量およびＣＯ排出量を対応付ける対応関係をマップなどとして記憶し、現在のエンジン回転数および燃料噴射量に対してＨＣ排出量およびＣＯ排出量を求める。さらにＨＣ排出量およびＣＯ排出量から熱発生量を算出する。一方、排ガス流量に基づいて排ガスの熱容量を算出して、予め記憶しておくＤＰＦの熱容量とともに、未燃成分による熱を受熱するもの全体の熱容量を見積もる。熱発生量と熱容量とから未燃成分の燃焼による温度上昇分を求める。

なお、排ガスはＤＰＦ５に流入すると燃焼しながら下流に向かって流れるので、温度上昇分はＤＰＦ入口５１からの中心線Ｘ方向の距離に依存する。したがって、該距離が長いほど温度上昇分は大きくなるようにするのがよい。

未燃成分の燃焼による温度上昇分を補正する手法としては、以上の手法のほか、排ガス流量に対して未燃成分の燃焼による温度上昇分を対応付ける対応関係をマップなどにより記憶しておき、マップを参照して補正するのもよい。

なお、未燃成分の燃焼による温度上昇分の補正は、触媒が活性温度以上になっているときに行う。これは例えば、ＤＰＦ入口温度ＴINが予め設定した基準値を超えたか否かにより、判断する。

また、未燃成分の燃焼による温度上昇分の補正の演算負荷を軽減すべく、温度を推定する部位は、ＤＰＦ５の上流部の中心線Ｘ上とＤＰＦ５の下流部の中心線Ｘから離れたＤＰＦ５の外周部との２点、あるいは、ＤＰＦ５の下流部の中心線Ｘ上とＤＰＦ５の上流部の中心線Ｘから離れたＤＰＦ５の外周部との２点とする。これら２点の組み合わせは、最も温度差が生じやすい組み合わせとなるからである。勿論、これら２点以外の推定部位を含めてもよいのは勿論である。

（第４実施形態）
図１３に第４実施形態になる内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵで実行されるＰＭ堆積量の更新の処理を示す。ＰＭ堆積量の監視制御における温度分布の均一性を別の方法でみるようにしたものである。前記各実施形態との相違点を中心に説明する。

ＰＭ堆積量を算出するステップＳ４０１に続くステップＳ４０２は温度分布計測手段としての処理で、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINの変化量を算出する。ＤＰＦ入口ガス温度ＴINの変化量は単位時間当りの変化量であり、算出は、今回取込まれたＤＰＦ入口ガス温度ＴINと、前回取込まれたＤＰＦ入口ガス温度ＴINとの差分を演算することでなされる。

ステップＳ４０３は禁止手段としての処理で、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINの変化量が予め設定し基準値γ以下か否かを判定する。前記のごとく、ＤＰＦ５に流入する排ガスの温度が変化すると当該温度変化が下流に伝播するのに遅れを伴うから、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINの変化量に応じて、中心線Ｘ方向に温度差が生じていると推定することができる。ＤＰＦ入口ガス温度ＴINの変化量が小さいと、ＤＰＦ内温度分布は略均一であるといえる。ステップＳ４０３が肯定判断されると、ＤＰＦ内温度分布が略均一であるとしてステップＳ４０４に進み、ＣＯＵＮＴＥＲを１インクリメントする。ＣＯＵＮＴＥＲは、ステップＳ４０３が肯定判断された回数をカウントする変数である。ステップＳ４０３が否定判断されたときはステップＳ４０７でＣＯＵＮＴＥＲがリセットされてステップＳ４０１に戻り、ステップＳ４０１〜Ｓ４０３が繰り返されるので、ＣＯＵＮＴＥＲは、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINの変化量が基準値γ以下か否かを判定するステップＳ４０３が連続して肯定判断された回数ということになる。

ステップＳ４０５ではＣＯＵＮＴＥＲが所定回数Ｋに達したか否かを判定し、肯定判断されると、ステップＳ４０６でＰＭ堆積量を更新する。ＣＯＵＮＴＥＲが所定回数Ｋに達せずステップＳ４０５が否定判断されると、ステップＳ４０１に戻る。このように、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINの変化量が基準値γ以下か否かを判定するステップＳ４０３が肯定判断されても、その回数が連続してＫ回を超えなければ、ステップＳ４０１で演算されたＰＭ堆積量は有効とはされないようにすることで、ＰＭの堆積状態の判断の確度を高めている。

（第５実施形態）
図１４に第５実施形態になる内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵで実行されるＰＭ堆積量の更新の処理を示す。ＰＭ堆積量の監視制御における温度分布の均一性を別の方法でみるようにしたものである。前記各実施形態との相違点を中心に説明する。

ＰＭ堆積量を算出するステップＳ５０１に続くステップＳ５０２は温度分布計測手段としての処理で、ＤＰＦ内温度の変化量の最大値を算出する。先ず、ＤＰＦ５ないの複数箇所について温度を求める。これは前記第２、第３実施形態の方法が採用し得る。次いで、推定または検出された各部位の温度の変化量を算出する。温度の変化量の算出は、第４実施形態と同様に、今回検出または推定された温度と、前回検出または推定された温度との差分を演算することでなされる。最後に、推定または検出された各部位の温度の変化量のうちの最大値を求める。

ステップＳ５０３は禁止手段としての処理で、ステップＳ５０２で得た温度変化量の最大値が予め設定した基準値δ以下か否かを判定する。温度変化は、ＤＰＦ５に流入する排ガスの温度が変化するだけではなく、未燃成分の燃焼によっても生じる。したがって、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINがさほど大きな温度変化をしなくとも、ＤＰＦ５の下流部などで大きな温度変化を生じることがある。したがって、得られた温度変化量のうちの最大値により温度分布の指標とすることで、さらに正確にＤＰＦ５の温度分布の均一性について判断することができる。ステップＳ５０３が肯定判断されると、ＤＰＦ内温度分布が略均一であるとしてステップＳ５０４に進み、ＣＯＵＮＴＥＲを１インクリメントする。ステップＳ５０３が否定判断されたときはステップＳ５０７でＣＯＵＮＴＥＲがリセットされてステップＳ５０１に戻る。

ステップＳ５０４に続くステップＳ５０５ではＣＯＵＮＴＥＲが所定回数Ｋに達したか否かを判定し、肯定判断されると、ステップＳ５０６でＰＭ堆積量を更新する。ＣＯＵＮＴＥＲが所定回数Ｋに達せずステップＳ５０５が否定判断されると、ステップＳ５０１に戻る。

なお、前記各実施形態は、ハード上の構成として図１の全体構成をすべて備えている必要はなく、例えば、ＤＰＦ入口ガス温度ＴINのみにてＤＰＦ内の温度を推定する場合にはＤＰＦ出口ガス温度ＴOUTを検出する排気温センサ７５ｂは省略することができる。

また、本発明は前記各実施形態に記載のものに限らず、本発明の趣旨に反しない限り、種々の実施態様が可能である。

本発明の第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の全体概略構成図である。 前記排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示すフローチャートである。 前記内燃機関の排気浄化装置の作動を説明するパティキュレートフィルタの概略断面図である。 前記内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する第１のグラフである。 前記内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する第２のグラフである。 前記内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する第３のグラフである。 前記内燃機関の排気浄化装置の変形例の作動を説明するパティキュレートフィルタの概略断面図である。 前記変形例の作動を説明する第１のグラフである。 前記変形例の作動を説明する第２のグラフである。 前記変形例の作動を説明する第３のグラフである。 本発明の第４の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体
２１，２２，２３，２４ インジェクタ
２５ コモンレール
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
６ ＥＣＵ（温度分布計測手段、温度推定手段、禁止手段）
７４ 差圧センサ
７５ａ，７５ｂ 排気温センサ（温度計測手段、温度検出手段）
７６ 外気温センサ

Claims (13)

1. 排気通路の途中に排ガス中の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、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子の堆積状態をパティキュレートフィルタの入口と出口との差圧を含む排ガスの状態に基づいて判断する内燃機関の排気浄化装置において、
   パティキュレートフィルタの温度分布を計測する温度分布計測手段と、
   計測された温度分布の均一性が低いときには前記排気微粒子の堆積状態の判断を禁止する禁止手段を具備せしめた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、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの複数箇所の位置の温度の温度幅が大きいほど前記温度分布の均一性が低いと判断する手段である内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの複数箇所の位置の温度差が±５０℃以内であるときに前記温度分布が均一であると判断する手段である内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項２または３記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記複数箇所の位置には、前記パティキュレートフィルタの入口または出口を含めた内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項２ないし４いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの所定位置の温度を検出する温度検出手段と、前記所定位置から排ガスの流通方向に離れた別の位置の温度を一次遅れモデルの伝達関数若しくは逆伝達関数にしたがって前記所定位置の温度に基づいて推定する温度推定手段とを具備する手段である内燃機関の排気浄化装置。
6. 請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記複数箇所の位置には、前記パティキュレートフィルタの入口および出口を含め、前記温度推定手段は、前記パティキュレートフィルタの前記入口から排ガス流下方向の所定範囲の温度を前記入口の温度に基づいて推定し、前記出口に至る残りの範囲の温度を前記出口の温度に基づいて推定する手段である内燃機関の排気浄化装置。
7. 請求項５または６いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度推定手段は、前記複数箇所の位置として、排ガスの流通方向に直交する面の方向に離れたさらに別の位置の温度を、前記所定位置の温度または前記別の位置の温度に基づいて、前記面の外周側ほど温度が低くなる温度勾配を有するモデルにしたがって推定する手段である内燃機関の排気浄化装置。
8. 請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度勾配は、前記パティキュレートフィルタを流通する排ガスの流量が多いほど緩くなる内燃機関の排気浄化装置。
9. 請求項７または８いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度勾配は、前記パティキュレートフィルタの設置雰囲気温度が低いほど急になる内燃機関の排気浄化装置。
10. 請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタの所定の位置の温度の変化量が大きいほど前記温度分布の均一性が低いと判断する手段である内燃機関の排気浄化装置。
11. 請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度分布計測手段は、前記所定の位置は、前記パティキュレートフィルタの複数箇所の位置のうち温度の変化量が最大となる位置である内燃機関の排気浄化装置。
12. 請求項１ないし１１いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度分布計測手段は、前記パティキュレートフィルタに流入する排ガス中の未燃成分の前記パティキュレートフィルタにおける酸化反応に基因した熱発生による前記パティキュレートフィルタの温度変化を前記内燃機関の運転状態に基づいて演算し、演算した温度変化に基づいてパティキュレートフィルタの推定温度を補正する補正手段を具備せしめた内燃機関の排気浄化装置。
13. 請求項１ないし１２いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記禁止手段は、前記温度分布が略均一であるとの判定が連続して予め設定した回数繰り返されるまで前記排気微粒子の堆積状態の判断の禁止を維持するように設定した内燃機関の排気浄化装置。

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