JP5004036B2

JP5004036B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP5004036B2
Application number: JP2009127459A
Authority: JP
Inventors: 茂人矢羽田; 友博上野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: DE102010029325B4; JP2010275891A; DE102010029325A1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

今日、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（粒子状物質、ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）の除去が重要である。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：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）が装備されることが多い。

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が、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を燃焼するためにシリンダ内でメイン噴射後に燃料を噴射するポスト噴射などの手法が用いられる。

ＤＰＦにおけるＰＭの堆積量の推定値が真値より小さいと、ＰＭ堆積量の推定値がＤＰＦ再生が必要だと判断されるレベルに達した時点で、ＰＭ堆積量の真値はさらに大きい。したがってＰＭ堆積量が多すぎる状態で再生して過昇温が発生する可能性がある。過昇温が発生するとＤＰＦが溶損したり破損したり、あるい担持された触媒が劣化する等の不具合が生じてしまう。

逆にＤＰＦにおけるＰＭの堆積量の推定値が真値より大きいと、ＰＭ堆積量の推定値がＤＰＦ再生が必要だと判断されるレベルに達した時点で、ＰＭ堆積量の真値はそのレベルには達していない。したがって不必要な頻度で再生して、再生のための燃料消費によって燃費を悪化させる可能性がある。

以上より高精度にＰＭ堆積量を推定する手法の開発が必要である。下記特許文献１では、ＤＰＦの再生時期を簡単かつ高精度に判定する技術が開示されている。

特開２００４−１９５２３号公報

内燃機関においては、排気管から吸気管への排気再循環（ＥＧＲ：ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）のためのＥＧＲ管を備えるものがある。ＥＧＲによって排ガスを還流することでエンジン内の燃焼温度が低下し、エンジンからのＮＯｘの排出量を減少できる。特に近年においては、ターボチャージャーを備える内燃機関において、排気ポートと排気タービンとの間の排気管から吸気通路へ排気を還流する第１のＥＧＲと、排気タービンよりも下流側の排気管から、コンプレッサよりも上流側の吸気通路へ排気を還流する第２のＥＧＲというように、ＥＧＲを２系統有するものがある。

排気通路の上流側から還流する第１のＥＧＲを高圧ＥＧＲ、他方の排気通路の下流側から還流する第２のＥＧＲを低圧ＥＧＲとも呼ぶ。このようにＥＧＲを２系統備えることにより、高負荷では、ターボチャージャーの過給による吸気圧上昇分により、高圧ＥＧＲでは排気通路から還流できるＥＧＲ量が確保できないことがあるため、ターボチャージャーの過給による吸気圧上昇の影響を受けないよう、コンプレッサより吸気通路上流側に連通する低圧ＥＧＲでＥＧＲを実行することで、高負荷域で吸気圧が過給されている状況下でも、十分なＥＧＲ量を確保できる。

ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量を推定する際に、ＤＰＦの上流側と下流側の圧力差（前後差圧、差圧、圧力損失、圧損）と、排気流量とを用いて推定する手法がある。この手法においてＥＧＲが１系統（高圧ＥＧＲ）のみの場合は排気流量をエアフロメータによって検出される吸気量と同じとみなしてもよい。しかし、２系統のＥＧＲを有する場合は、排気流量を算出する際には低圧ＥＧＲによる還流量を吸気量に加算しなければならないが、従来技術において、この点は考慮されていない。

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、低圧ＥＧＲ管を装備する場合に、低圧ＥＧＲによる還流量を吸気量に加算することによりＤＰＦに流入するガス全体の流量を取得して、これを用いてＤＰＦに堆積したＰＭ量を高精度に推定する内燃機関の排気浄化装置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

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタの下流から前記内燃機関の上流へ排気を還流する還流通路と、前記フィルタに流入する排気流量を、吸気量と前記還流通路を還流する排気還流量との加算値である全排気流量として算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記排気流量と、前記フィルタの上流側と下流側の圧力差である前後差圧とから、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、前記排気還流量を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された排気還流量が所定値未満の場合に、前記推定手段による堆積量の推定値に基づいて、前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼させる再生の要否を判定する第１判定手段と、前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関の負荷相当量と、前記フィルタの温度とを用いて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する副推定手段と、前記取得手段により取得された排気還流量が前記所定値以上の場合に、前記副推定手段による推定値に基づいて前記フィルタの再生の要否を判定する第２判定手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの下流から内燃機関の上流へ排気を還流する還流通路における排気還流量を、吸気量に加算することによってフィルタに流入する全排気流量を算出して、それと、フィルタの前後差圧とから、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する。したがって、フィルタの下流から内燃機関の上流へ排気を還流する還流通路を装備する場合に、従来技術のように、フィルタへ流入する排気流量を吸気量のみによって求めないで還流通路の排気還流量も加算するので、高精度な排気流量が得られる。よって高精度な排気流量によって、精度よくフィルタにおける粒子状物質の堆積量が推定できる。

また前記算出手段が算出する前記全排気流量は体積流量であり、前記算出手段は、前記内燃機関の位置で質量流量を取得し、その質量流量から前記フィルタの位置で前記体積流量を算出するとしてもよい。

これにより内燃機関の位置で質量流量を取得し、それからフィルタの位置で体積流量を算出するので、内燃機関の位置での質量流量を基にして、フィルタの位置での温度や圧力等の数値に従って体積流量を適切に算出できる。よって適切な手順で、フィルタにおける粒子状物質の堆積量の推定で用いられる体積流量を算出することができる。

また前記算出手段は、前記フィルタに流入する前記全排気流量を、前記内燃機関での燃料噴射量による増加分を含めて算出するとしてもよい。

これにより内燃機関での燃料噴射量による増加分を含めて、フィルタに流入する全排気流量を算出するので、高精度な排気流量によってフィルタの粒子状物質の堆積量を精度よく推定することができる。

また前記算出手段は、前記全排気流量を、吸気側マニホールド圧力、吸気側マニホールド温度、前記内燃機関の回転数、吸気量のうち少なくとも１つを用いて算出するとしてもよい。

これにより吸気側マニホールド圧力、吸気側マニホールド温度、内燃機関の回転数、吸気量のうち少なくとも１つを用いることにより、内燃機関における吸気マニホールドの状態などに基づいて、高精度に、フィルタに流入する全排気流量を求めることができる。したがって、それを用いてフィルタの粒子状物質の堆積量を精度よく推定することができる。

また前記算出手段は、前記全排気流量を、前記内燃機関の回転数と負荷相当量とを用いて算出するとしてもよい。

これにより内燃機関の回転数と負荷相当量とを用いることにより簡易な方法でフィルタに流入する全排気流量を求めることができる。

また前記算出手段は、前記全排気流量を、前記還流通路の温度と前記還流通路での圧力損失とを用いて算出するとしてもよい。

これにより還流通路の温度と還流通路での圧力損失とを用いることにより、還流通路の状態から、高精度にフィルタに流入する全排気流量を求めることができる。したがって、それを用いてフィルタの粒子状物質の堆積量を精度よく推定することができる。

また前記還流通路を還流する排気還流量を計測する計測手段を備え、前記算出手段は、前記全排気流量を、前記計測手段による計測値を用いて算出するとしてもよい。

これにより還流通路を還流する排気還流量を直接計測して、これを用いて全排気流量を算出するので、高精度にフィルタに流入する全排気流量を求めることができる。したがって、それを用いてフィルタの粒子状物質の堆積量を精度よく推定することができる。

また前記排気還流量に基づいて、前記推定手段による推定量を補正する補正手段を備えたとしてもよい。

これにより排気還流量に基づいて、フィルタにおける粒子状物質の推定量を補正するので、排気還流量が大きい場合に粒子状物質の推定量が誤差の影響が大きくなることを考慮して、推定量を補正することが可能となる。したがって補正された推定量に基づいて、フィルタの再生開始の判断などを適切に行うことができる。

また前記補正手段は、前記排気還流量が大きい程、前記堆積量を増加側に補正するとしてもよい。

これにより排気還流量が大きい場合に粒子状物質の推定量を誤差の影響を見積もって増加側に補正するので、補正された推定量に基づいて、排気還流量が大きい場合に誤差の影響で推定値が真値よりも小さくなって再生開始が遅れて、過昇温が発生する可能性が抑制できる。

また前記推定手段による堆積量の推定値に基づいて前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼させる再生の要否を判定する判定手段と、前記排気還流量が所定値以上の場合は、前記判定手段による前記フィルタの再生の要否の判定を停止する停止手段と、を備えたとしてもよい。

これにより排気還流量が所定値以上の場合は、フィルタの再生の要否の判定を停止するので、排気還流量が大きい場合に粒子状物質の推定量が誤差の影響が大きくなってフィルタの再生開始の判断が適切に行われずに再生時に過昇温が発生するなどの不具合が回避できる。

また前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関の負荷相当量と、前記フィルタの温度とを用いて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する副推定手段を備え、前記判定手段は、前記排気還流量が所定値以上の場合は、前記副推定手段による推定値に基づいて前記フィルタの再生の要否を判定するとしてもよい。

これにより排気還流量が所定値以上の場合は、内燃機関の回転数と負荷相当量とから粒子状物質の堆積量を推定する副推定手段を用いるので、排気還流量が大きい場合に、推定手段による推定では粒子状物質の推定量が誤差の影響が大きくなるが、その誤差の影響を受けにくい副推定手段によって推定精度を維持する。したがって排気還流量が大きい場合にも推定精度を低減させずに推定値を算出することができる。

また前記判定手段は、前記停止手段が前記排気還流量が所定値以上であると判断した時点での前記推定手段による推定値を初期値として、前記副推定手段による推定値を積算することにより前記推定値を取得するとしてもよい。

これにより停止手段が排気還流量が所定値以上であると判断した時点での推定手段による推定値を初期値として、それに副推定手段による推定値を積算するので、停止手段が排気還流量が所定値以上であると判断した時点までの精度のよい推定値を引き継ぐことで、副推定手段への切替後の推定値の精度を低減させないことが可能となる。

本発明における内燃機関の排気浄化装置の実施例での構成図。実施例１におけるＤＰＦ再生処理のフローチャート。実施例２におけるＤＰＦ再生処理のフローチャート。実施例３におけるＤＰＦ再生処理のフローチャート。実施例４におけるＤＰＦ再生処理のフローチャート。排気体積流量とＤＰＦ差圧とＰＭ堆積量との関係を示す図。ＰＭ堆積量の補正係数を示す図。

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における装置構成の概略図である。

図１には、４気筒のディーゼルエンジン２（以下では単にエンジンと称する）に対して構成された排気浄化装置１の例が示されている。エンジン２及び排気浄化装置１は、吸気管３、排気管４、高圧ＥＧＲ管５、低圧ＥＧＲ管６を備える。排気管４にはＤＰＦ７が配置されている。吸気管３及び排気管４にはターボチャージャ８が装備されている。そして各種装置を制御する電子制御装置９（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）が装備されている。エンジン２及び排気浄化装置１は自動車に搭載されているとすればよい。

吸気管３を通じてエンジン２に空気が供給される。吸気管３、及びそれに連続して形成された吸気マニホールドにはエアフロメータ３０、吸気スロットル３１、吸気マニホールド温度センサ３２（温度センサ）、吸気マニホールド圧力センサ３３（圧力センサ）、インタークーラ３４が配置されている。エアフロメータ３０によって吸気量が計測される。ここでの吸気量は例えば単位時間当たりの質量流量とすればよい。また吸気スロットル３１の開度が調節されることによってエンジン２に供給される吸気量が増減する。温度センサ３２、圧力センサ３３によって吸気マニホールド３５内の温度、圧力が計測される。インタークーラ３４は吸気を冷却して、より多くの空気をエンジン２に供給することを可能にする。

エンジン２にはインジェクタ２０、エンジン回転数センサ２１が装備されている。インジェクタ２０からの噴射によってシリンダ内に燃料が供給される。エンジン回転数センサ２１によってエンジン２の（単位時間あたりの）回転数が計測される。エンジン回転数センサ２１は、例えばエンジン２から連結されたクランクの回転角度を計測するクランク角センサとして、その検出値がＥＣＵ８へ送られてエンジンの回転数が算出されるとすればよい。

エンジン２に接続された排気管４へ排気が排出される。排気管４には、ＤＰＦ７よりも上流側に、排気温度を計測する排気温度センサ４０（温度センサ）が配置されている。温度センサ４０によって排気温度が計測される。

高圧ＥＧＲ管５は、排気管４におけるエンジン２の排気ポートと排気タービン８１の間の位置から吸気管３への排気再循環を行うために装備されている。高圧ＥＧＲ管５には高圧ＥＧＲバルブ５０、高圧ＥＧＲクーラ５１が装備されている。高圧ＥＧＲバルブ５０の開度調節によって高圧ＥＧＲにおける排気の還流量が調節される。高圧ＥＧＲクーラ５１は還流される排気を冷却して、より多くの排気を還流することを可能にする。

低圧ＥＧＲ管６は、排気管４における排気タービン８１よりも下流側、図１ではＤＰＦ７の下流側から、吸気管３への排気再循環を行うために装備されている。低圧ＥＧＲ管６には低圧ＥＧＲバルブ６０、低圧ＥＧＲクーラ６１、差圧センサ６２、流量センサ６３が装備されている。低圧ＥＧＲバルブ６０の開度調節によって低圧ＥＧＲにおける排気の還流量が調節される。低圧ＥＧＲクーラ６１は還流される排気を冷却して、より多くの排気を還流することを可能にする。差圧センサ６２は、低圧ＥＧＲ管６における上流部と下流部、図１では低圧ＥＧＲクーラ６１の上流側と下流側の圧力差を計測する。流量センサ６３は低圧ＥＧＲ管６によって再循環される排気流量を計測する。

ＤＰＦ７は、例えば代表的な構造として、いわゆるハニカム構造において入口側と出口側を交互に目詰めした構造とすればよい。エンジン２の運転中に排出される排気にはＰＭ（粒子状物質）が含まれ、このＰＭはＤＰＦ７の上記構造のＤＰＦ壁を排気が通過するときに、このＤＰＦ壁の内部あるいは表面に捕集される。ＤＰＦ７は酸化触媒が担持された酸化触媒付きＤＰＦであるとすればよい。ＤＰＦ７の入口側と出口側における排気圧の差である前後差圧を計測する差圧センサ７０も装備されている。

ターボチャージャ８は、コンプレッサ８０と排気タービン８１とを備える。排気タービン８１が排気により回動して、その駆動力がコンプレッサ８０に伝えられて吸気を圧縮する。これにより圧縮された空気をより多くエンジン２に供給することができる。

図１における点線は情報の伝達経路を示している。ＥＣＵ９は上記各種センサの計測値を取得し、各種装置を制御する。すなわちエンジン回転数センサ２１、エアフロメータ３０、温度センサ３２、圧力センサ３３、温度センサ４０、差圧センサ６２、７０、流量センサ６３の計測値がＥＣＵ９へ送られる。またＥＣＵ９によりインジェクタ２０によるエンジン２への燃料噴射のタイミングや噴射量、吸気スロットル３１、高圧ＥＧＲバルブ５０、低圧ＥＧＲバルブ６０の開度が調節、制御される。ＥＣＵ９は通常のコンピュータと同様の構造を有するとして、各種演算をおこなうＣＰＵや各種情報の記憶を行うメモリ９０を有するとすればよい。

実施例１では、以上の装置構成のもとで、ＤＰＦ７の再生処理を行う。その処理手順が図２に示されている。図２（及び後述の図３、４、５）の処理手順はプログラム化してメモリ９０に記憶しておき、ＥＣＵ９がそれらを自動的に実行するとすればよい。図２（及び後述の図３、４、５）のフローチャートは、ＤＰＦ７の再生中のみでなく、車両の運転中、常に、例えば周期的に処理し続ければよい。

図２の処理ではまず、手順Ｓ１０でＥＣＵ９は、ＤＰＦ７に流入する排気の体積流量を取得する。ここでＤＰＦ７に流入する排気は、エアフロメータ３０を通る吸気量と、低圧ＥＧＲ管６により還流する還流排気の合計とする。体積流量の取得は以下のＡからＤの４方法のうちのいずれかで実行する。なお以下で体積流量あるいは質量流量とは、単位時間当たりの体積流量あるいは質量流量を指すとする。

なお方法ＡからＤのいずれでも基本的な流れとして、まずエンジン２の位置で吸気と低圧ＥＧＲ還流排気との合計のガスの質量流量を算出し、それをＤＰＦ７の位置での体積流量に変換する。この手順によりＤＰＦ７の位置での温度や圧力の変化にも適切に対処できる。またＤＰＦ７の位置での体積流量への変換において、インジェクタ２０からの燃料噴射量による増加分も考慮する。

まず方法Ａを説明する。方法Ａでは、吸気マニホールド３５の位置でエンジン２に供給されるガスの質量流量を求める。具体的には、まず吸気マニホールド３５の位置での体積流量を算出する。この算出は、エンジン２の排気量とエンジン２の回転数（４サイクルエンジンの場合それに２分の１を乗じた数値）との積でよい。エンジン２の排気量は、個々のエンジン２ごとに既知の数値である。エンジン２の回転数はエンジン回転数センサ２１により計測すればよい。

次にこうして得られたエンジン２に供給されるガスの体積流量と、吸気マニホールド３５における温度と圧力の数値とから、単位時間あたりにエンジン２に供給されるガスのモル数を算出する。この算出は、公知の気体の状態方程式により行える。吸気マニホールド３５における温度と圧力の数値はそれぞれ温度センサ３２と圧力センサ３３とによって計測すればよい。

次に、こうして得られた単位時間あたりにエンジン２に供給されるガスのモル数から、エンジン２に供給されるガスの質量流量を算出する。この算出は、エンジン２に供給されるガスの成分比率を考慮しつつ分子量を乗算すれば行える。こうして得られたエンジン２に供給されるガスの質量流量は、あきらかにＤＰＦ７に供給されるガスの質量流量に等しい。

最後に、こうして得られたＤＰＦ７に供給されるガスの質量流量を体積流量に変換する。この算出は次の式（Ｅ１）により行う。式（Ｅ１）で、Ｖ（ｍ^３／ｓｅｃ）が、ＤＰＦ７に供給されるガスの（単位時間あたりの）体積流量である。Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）が、ＤＰＦ７に供給されるガスの（単位時間当たりの）質量流量であり、上記で算出したものである。
Ｖ（ｍ^３／ｓｅｃ）
＝［Ｇ（ｇ／ｓｅｃ）／２８．８（ｇ／ｍｏｌ）］
×２２．４×１０^−３（ｍ^３／ｍｏｌ）
×［Ｔ（Ｋ）／２７３（Ｋ）］
×［１０１．３（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋Ｐmuf（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］
＋［Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）／２０７．３（ｇ／ｍｏｌ）］
×０．８４（ｇ／ｃｃ）×６．７５（ｍｏｌ）
×２２．４×１０^−３（ｍ^３／ｍｏｌ）
×［Ｔ（Ｋ）／２７３（Ｋ）］
×［１０１．３（ｋＰａ）／（Ｐ０（ｋＰａ）＋Ｐmuf（ｋＰａ）＋ΔＰ（ｋＰａ））］（Ｅ１）

式（Ｅ１）で、Ｑ（ｃｃ／ｓｅｃ）は、取得した燃料噴射量から算出した単位時間当たりの燃料噴射量であり、ＥＣＵ９からの燃料噴射量指令値とすればよい。Ｔｄｐｆ（Ｋ）はＤＰＦ温度であり、温度センサ４０で計測すればよい。ΔＰ（ｋＰａ）は、ＤＰＦ７の前後差圧であり、差圧センサ７０によって計測すればよい。Ｐ０（ｋＰａ）は大気圧である。ＰmufはＤＰＦ７出口位置から排気管出口位置までの消音装置等による圧力損失であり、Ｐmufはマップを用いることによってエンジン２の運転状態から算出しても良い。式（Ｅ１）の第２項がインジェクタ２０からの燃料噴射量による増加分を示している。

次に方法Ｂを説明する。方法Ｂでは、マップを用いることによってエンジン２の運転条件からエンジン２から排出されるガスの質量流量を算出する。具体的にはまず、エンジン２の運転条件、すなわちエンジン２の回転数と負荷相当量との組から低圧ＥＧＲ管３によって還流される排気の質量流量への関数関係を示すマップを予め求めておいてメモリ９０に記憶させておく。そしてこのマップと実際の回転数と負荷相当量の数値から還流排気の質量流量を求め、それと吸気の質量流量とを加算して、エンジン２から排出されるガスの質量流量を算出する。エンジン２の回転数は回転数センサ２１によって計測すればよい。負荷相当量は例えばインジェクタ２０への燃料噴射量指令値とすればよい。

こうして得られたエンジン２から排出されるガスの質量流量は、あきらかにＤＰＦ７に供給されるガスの質量流量に等しい。最後にＤＰＦ７に供給されるガスの質量流量を体積流量に変換する。この算出は上記と同様、式（Ｅ１）により行えばよい。

次に方法Ｃを説明する。方法Ｃでは、低圧ＥＧＲ管６の上流側と下流側との差圧と、温度とを用いて、低圧ＥＧＲ管６による還流排気の質量流量を求め、それと吸気の質量流量とを加算して、エンジン２に流入するガス全体の質量流量を得る。

具体的にはまず、低圧ＥＧＲ管６における上流側と下流側との差圧と、低圧ＥＧＲ管６を流れるガスの流量との間の関数関係を示すマップを予め求めておいて、メモリ９０に記憶しておく。そして、そのマップと低圧ＥＧＲ管６における差圧の計測値とから、低圧ＥＧＲ管６を流れるガスの体積流量の推定値を算出する。低圧ＥＧＲ管６における差圧は、差圧センサ６２によって計測すればよい。

次に、こうして得られた体積流量と、低圧ＥＧＲ管６における温度と圧力とから、低圧ＥＧＲ管６を流れるガスの質量流量を算出する。この算出では、体積（流量）、温度、圧力から気体の状態方程式によってガスのモル数を求め、さらにガスの成分比率を考慮しながら分子量を乗算して質量流量を算出すればよい。なお低圧ＥＧＲ管６における温度は、図１の温度センサ４０で計測された数値で近似的に代用してもよいし、あるいは温度センサ４０を低圧ＥＧＲ管６にも装備して計測してもよい。低圧ＥＧＲ管６における圧力は、低圧ＥＧＲ管６の上流側の圧力として、近似値として大気圧値を用いてもよい。

こうして得た低圧ＥＧＲ管６を流れるガスの質量流量に、エアフロメータ３０で計測した吸気の質量流量を加算して、エンジン２に供給されるガス全体の質量流量を得る。こうして得られたエンジン２に供給されるガスの質量流量は、あきらかにＤＰＦ７に供給されるガスの質量流量に等しい。最後に、こうして得られたＤＰＦ７に供給されるガスの質量流量から、ＤＰＦ７に供給されるガスの体積流量を算出する。この算出は上記式（Ｅ１）により行えばよい。

次に方法Ｄを説明する。方法Ｄでは、流量センサ６３によって直接、低圧ＥＧＲ管６を流れるガス流量を計測する。ガス流量は質量流量とすればよい。その後は上記方法Ｃと同様に、エアフロメータ３０で計測した吸気の質量流量を加算して、エンジン２に供給されるガス全体の質量流量を得て、その後、こうして得られたエンジン２に供給されるガスの質量流量、すなわちＤＰＦ７に流入するガスの質量流量から、上記式（Ｅ１）によってＤＰＦ７に流入するガスの体積流量を算出する。

図１から容易に理解されるように、エンジン２に供給されるガスの質量流量は、新気の質量流量と低圧ＥＧＲ管３により還流される排気の質量流量との合計値である。上記方法ＡからＤにおける算出によって、エアフロメータ３０によって計測できる新気のみでなく、低圧ＥＧＲ管３により還流される排気も合計した、エンジン２に供給されるガスの質量流量が算出できる。

なお方法Ａ、Ｂ、Ｃを用いる場合は、図１において流量センサ６３を装備しなくともよい。同様に方法Ｂ、Ｃ、Ｄを用いる場合は、図１において温度センサ３２、圧力センサ３３を装備しなくともよい。方法Ａ、Ｂ、Ｄを用いる場合は、図１において差圧センサ６２を装備しなくともよい。

図２に戻って、次にＳ２０でＥＣＵ９はＤＰＦ７におけるＰＭ堆積量を推定する。この推定では、例えば図６のように、ＤＰＦ７の前後差圧と、ＤＰＦ７に供給される排気の体積流量と、ＤＰＦ７におけるＰＭ堆積量との３つの量の関係を示すマップを予めメモリ９０に記憶しておいて、このマップと、Ｓ１０で取得した排気の体積流量と、ＤＰＦ７の前後差圧の計測値とから、ＰＭ堆積量の推定値を取得する。

次にＳ４０でＥＣＵ９はＰＭ堆積量が所定値Ｍ１以上であるか否かを判定する。所定値Ｍ１は、ＰＭ堆積量がＭ１以上の数値ならばＤＰＦ７の再生が必要だと判断される数値である。ＰＭ堆積量がＭ１以上の場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）はＳ５０へ進み、Ｍ１未満の場合（Ｓ４０：ＮＯ）はＳ１０へ戻って上記手順を繰り返す。

Ｓ５０でＥＣＵ９は、ＤＰＦ７の再生開始を指令する。ＤＰＦ７の再生方法としては例えば、インジェクタ２１からメイン噴射後のタイミングで燃料を噴射するポスト噴射を実行する。これによりポスト噴射により筒内に噴射されて未燃のまま排気管４に排出された未燃燃料が、ＤＰＦ７に達して、ＤＰＦ７に担持された触媒の作用で昇温して、ＤＰＦ７に堆積したＰＭを燃焼させる。

次にＳ６０でＥＣＵ９は、ＰＭ堆積量が所定値Ｍ２以下であるか否かを判定する。所定値Ｍ２は、ＰＭ堆積量がＭ２以下ならば十分にＰＭは燃焼したのでＤＰＦ７の再生を終了してよいと判断される数値である。ＰＭ堆積量がＭ２以下の場合（Ｓ６０：ＹＥＳ）はＳ７０へ進み、Ｍ２より大きい場合（Ｓ６０：ＮＯ）はＳ６０を繰り返す。Ｓ７０でＥＣＵ９は、ＤＰＦ７の再生終了を指令する。以上が実施例１である。

次に実施例２を説明する。実施例２では、実施例１における図２を図３に変更する。それ以外は実施例１と同じでよい。以下で実施例１と異なる部分を説明する。

図２から図３への変更点は、Ｓ２５が追加されたことである。Ｓ２５ではＰＭ堆積量の推定値を補正する。Ｓ２５における補正は、補正前の推定値に補正係数を乗算することで行う。補正係数の例が図７に示されている。同図のとおり、補正係数の値は、低圧ＥＧＲ量（低圧ＥＧＲ管６によって還流される排気の流量）がゼロのときは１とし、低圧ＥＧＲ量が増加するほど補正係数の値も増加するとすればよい。実施例２においてＳ４０、Ｓ６０で用いられる推定値は、Ｓ２５で補正された推定値だとすればよい。

一般にＤＰＦ７におけるＰＭ堆積量の推定値には、低圧ＥＧＲ還流量に起因する誤差の影響を受けるが、低圧ＥＧＲ量が多い場合には、この誤差の影響が大きくなる。ＰＭ堆積量が誤差により真値よりも小さく推定されると、ＤＰＦ７の再生の場合に過剰に堆積したＰＭが一気に燃焼して過昇温が発生する可能性がある。上記補正により、低圧ＥＧＲ量が多い場合には、推定量を意図的に増加側に補正するので、低圧ＥＧＲ量が多いことによる過昇温の発生が抑制できる。

次に実施例３を説明する。実施例３では、実施例１における図２を図４に変更する。それ以外は実施例１と同じでよい。以下で実施例１と異なる部分を説明する。

図２から図４への変更点は、Ｓ３０が追加されたことである。Ｓ３０では、低圧ＥＧＲ量が所定値より小さいか否かが判定される。図２では所定値をＧ１としている。低圧ＥＧＲ量が所定値Ｇ１より小さい場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）はＳ４０へ進み、所定値Ｇ１以上の場合（Ｓ３０：ＮＯ）はＳ１０へ戻って上記手順を繰り返す。

すなわち実施例３では、低圧ＥＧＲ量が大きすぎると判断される場合にはＳ４０、Ｓ５０におけるＤＰＦ再生を開始するか否かの判定を行わないとする。これにより低圧ＥＧＲ量が大きくてＰＭ堆積量の推定値の誤差が大きい場合に、ＤＰＦ再生時期を誤る可能性を低減させる。所定値Ｇ１の値は、こうした目的を満たすように適切に定めればよい。

次に実施例４を説明する。実施例４では、実施例３における図４を図５に変更する。それ以外は実施例３と同じでよい。以下で実施例３と異なる部分を説明する。

図４から図５への変更点は、Ｓ３５が追加されたことである。Ｓ３５では、第２ＰＭ堆積量を用いて、ＤＰＦ７の再生開始の判定を行う。ここで第２ＰＭ堆積量とは、上記のようにＤＰＦ７の前後差圧を用いて推定されたＰＭ堆積量ではなく、エンジン２の運転条件に基づいて推定されたＰＭ堆積量を指す。

具体的には、エンジン２の運転条件、すなわちエンジン２の回転数と負荷相当量とから、エンジン２から排出されるＰＭ量への関数関係を示すマップを予め求めておいてメモリ９０に記憶しておく。そしてそのマップと実際のエンジン２の運転条件とから、エンジン２から排出されるＰＭ量（これはＤＰＦ７へのＰＭ堆積量と等しいとみなされる）を取得する。Ｓ３５では第２ＰＭ堆積量が所定値Ｍ１以上であれば（Ｓ３５：ＹＥＳ）Ｓ５０へ進み、所定値Ｍ１未満であれば（Ｓ３５：ＮＯ）Ｓ１０へ戻って上記手順を繰り返す。なお第２ＰＭ堆積量は、Ｓ３０が否定判断となった時点でのＳ２０によるＰＭ堆積量推定値を初期値として、それにマップと運転条件とから算出される推定値を積算して算出すればよい。

これにより実施例４では、低圧ＥＧＲ量が大きくてＰＭ堆積量の推定値の誤差が大きい場合には、運転条件から求めた推定値による判定に切り替えることにより、ＤＰＦ再生開始時期を誤る可能性を抑制する。

上記実施例でＳ１０の手順とＥＣＵ９とが算出手段を構成する。Ｓ２０の手順とＥＣＵ９とが推定手段を構成する。Ｓ２５の手順とＥＣＵ９とが補正手段を構成する。Ｓ４０の手順とＥＣＵ９とが判定手段を構成する。Ｓ３０の手順とＥＣＵ９とが停止手段を構成する。Ｓ３５の手順とＥＣＵ９が副推定手段を構成する。なお上記実施例では内燃機関としてディーゼルエンジンを用いたが、これはディーゼルエンジンでなくともよく、例えばリーンバーンガソリンエンジンでもよい。

１排気浄化装置
２ディーゼルエンジン（内燃機関）
３吸気管
４排気管（排気通路）
５ＥＧＲ管（還流通路）
７ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ、フィルタ）
８電子制御装置（ＥＣＵ）
２０インジェクタ
２１エンジン回転数センサ
３０エアフロメータ
３２、４０温度センサ
３３圧力センサ
４０排気温度センサ
６２、７０差圧センサ
６３流量センサ（計測手段）

Claims

内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの下流から前記内燃機関の上流へ排気を還流する還流通路と、
前記フィルタに流入する排気流量を、吸気量と前記還流通路を還流する排気還流量との加算値である全排気流量として算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記排気流量と、前記フィルタの上流側と下流側の圧力差である前後差圧とから、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、
前記排気還流量を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された排気還流量が所定値未満の場合に、前記推定手段による堆積量の推定値に基づいて、前記フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼させる再生の要否を判定する第１判定手段と、
前記内燃機関の回転数と、前記内燃機関の負荷相当量と、前記フィルタの温度とを用いて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する副推定手段と、
前記取得手段により取得された排気還流量が前記所定値以上の場合に、前記副推定手段による推定値に基づいて前記フィルタの再生の要否を判定する第２判定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関の排気通路に配置されて粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタの下流から前記内燃機関の上流へ排気を還流する還流通路と、
前記フィルタに流入する排気流量を、吸気量と前記還流通路を還流する排気還流量との加算値である全排気流量として算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記排気流量と、前記フィルタの上流側と下流側の圧力差である前後差圧とから、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定手段と、
前記排気還流量が大きい程、前記推定手段による堆積量を増加側に補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記算出手段が算出する前記全排気流量は体積流量であり、前記算出手段は、前記内燃機関の位置で質量流量を取得し、その質量流量から前記フィルタの位置で前記体積流量を算出する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記算出手段は、前記フィルタに流入する前記全排気流量を、前記内燃機関での燃料噴射量による増加分を含めて算出する請求項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。
前記算出手段は、前記全排気流量を、吸気側マニホールド圧力、吸気側マニホールド温度、前記内燃機関の回転数、吸気量のうち少なくとも１つを用いて算出する請求項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。
前記算出手段は、前記全排気流量を、前記内燃機関の回転数と負荷相当量とを用いて算出する請求項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。
前記算出手段は、前記全排気流量を、前記還流通路の温度と前記還流通路での圧力損失とを用いて算出する請求項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。
前記還流通路を還流する排気還流量を計測する計測手段を備え、
前記算出手段は、前記全排気流量を、前記計測手段による計測値を用いて算出する請求項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。
前記第２判定手段は、前記排気還流量が所定値以上となった時点での前記推定手段による推定値を初期値として、前記副推定手段による推定値を積算することにより前記推定値を取得する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。