WO2006098511A1

WO2006098511A1 - 粒子状物質酸化速度算出装置、粒子状物質堆積量算出装置及び内燃機関排気浄化装置

Info

Publication number: WO2006098511A1
Application number: PCT/JP2006/305772
Authority: WO
Inventors: Shogo Kanazawa; Tatsumasa Sugiyama; Yasuhiko Otsubo
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2006-09-21
Also published as: JP2006257996A

Abstract

　ＰＭ酸化速度Ｖｃを算出するために、触媒反応の活性に影響する触媒床温と共に吸入空気量ＧＡをパラメータとして作成したマップＭＡＰｃを用いている（Ｓ１０４）。吸入空気量ＧＡは、排気浄化用フィルタに対して供給される時間当たりの酸素量に密接に関連しており、排気浄化用フィルタに堆積しているＰＭの酸化速度に影響する。このため酸化速度を決定する因子の1つとして吸入空気量ＧＡを用いることで、高精度にＰＭ酸化速度Ｖｃを算出することができる。したがって、このようにして求められたＰＭ酸化速度Ｖｃを用いて、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍの推定計算（Ｓ１０８）を実行することで、内燃機関運転領域に関わらず高精度なＰＭ堆積量ＰＭｓｍを求めることができる。

Description

明細書粒子状物質酸化速度算出装置、粒子状物質堆積量算出装置

及び内燃機関排気浄化装置技術分野

本発明は、内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化速度算出装置、粒子状物質の堆積量算出装置、及び内燃機関排気浄化装置に関する。背景技術

内燃機関、特にディーゼルエンジンは、排気中に含まれる粒子状物質が大気中に放出されないように、排気系に排気浄化用フィルタを配置したものが存在する。このような内燃機関では、排気浄化用フィルタに堆積した粒子状物質を除去して再生する必要があるので、或程度、粒子状物質が堆積すると排気浄化用フィルタを高温化して粒子状物質を燃焼浄化する技術が存在する。

このような排気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量の算出は、燃焼室から排気により排気浄化用フィルタに流入する粒子状物質と排気浄化用フィルタにて酸化により浄化される粒子状物質との収支計算に基づいて算出されている（例えば特開 2 0 0 4— 0 7 6 6 8 4号公報（第 1 1頁、図 5 , 6 ) ，特開 2 0 0 3

- 3 0 7 1 1 0号公報（第 9一 1 0頁、図 3 ) 参照）。

しかし車両に搭載された排気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量を高精度に捉えていないと燃費が悪化することがある。

例えば排気浄化用フィルタ再生時に、粒子状物質の酸化による浄化を過小評価した場合には、既に排気浄化用フィルタ内の粒子状物質は十分に浄化されているにも関わらず、未だ +分に浄化されていない状況が発生する。この場合には必要以上に排気浄化用フィルタの高温化処理を継続することになり、高温化処理のためのエネルギー、具体的には燃料を浪費するおそれがある。逆に、粒子状物質の酸化による浄化を過大評価した場合には、未だ排気浄化用フィルタ内の粒子状物質は十分に浄化されていないにも関わらず、既に十分に浄化されたとして排気浄化用フィルタの高温化処理を停止してしまう。このことにより、排気浄化用フィルタに過剰の粒子状物質が堆積する頻度が高まり、内燃機関の背圧が高まって機関出力が低下するおそれがある。

特開 2 0 0 4— 0 7 6 6 8 4号公報に開示された技術では、酸化による浄化状態を高精度に判断するために、触媒床温によって粒子状物質の酸化速度が変化することを考慮した粒子状物質堆積量計算を実行している。しかし、触媒床温のみでは内燃機関の運転領域によってはずれが生じやすく、十分高精度に粒子状物質堆積量を推定できていなかった。

特開 2 0 0 3— 3 0 7 1 1 0号公報に開示された技術では、機関回転数と燃料噴射量とから酸化定数を算出して粒子状物質堆積量の計算を実行している。しかし機関回転数と燃料噴射量とから得られた酸化定数では内燃機関の運転領域によつてはずれが生じやすく、十分高精度に粒子状物質堆積量を算出できていなかつた。発明の開示

本発明は、内燃機関運転領域に関わらず排気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量の高精度な算出を可能とする粒子状物質酸化速度算出装置、粒子状物質堆積量算出装置及び内燃機関排気浄化装置の提供を目的とするものである。以下、上記目的を達成するための構成及びその作用効果について記載する。この発明のある局面に係る粒子状物質酸化速度算出装置は、内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化速度算出装置である。この粒子状物質酸化速度算出装置は、内燃機関への単位時間当たりの吸入空気量状態を反映する空気吸入速度相当物理量を検出する空気吸入速度相当物理量検出部と、排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化速度を決定する因子の 1つとして、空気吸入速度相当物理量検出部にて検出された空気吸入速度相当物理量を用いて酸ィヒ速度を算出する酸化速度算出部とを含む。この発明によると、空気吸入速度相当物理量は排気浄化用フィルタに対して供給される時間当たりの酸素量に関連しており、排気浄化用フィルタに堆積している粒子状物質の酸化速度に影響する。このため酸化速度算出部にて、空気吸入速度相当物理量を、粒子状物質の酸化速度を決定する因子の 1つとして用いて酸化速度を算出することにより、高精度に酸化速度を算出できる。

したがって、このようにして求められた酸化速度を用いて、粒子伏物質堆積量の推定計算を実行することで、内燃機関運転領域に関わらず高精度な粒子状物質堆積量を求めることができる。

好ましくは、粒子状物質酸化速度算出装置は、排気浄化用フィルタの触媒床温状態を反映する触媒床温相当物理量を検出する触媒床温相当物理量検出部をさらに含む。酸化速度算出部は、空気吸入速度相当物理量検出部にて検出された空気吸入速度相当物理量と触媒床温相当物理量検出部にて検出された触媒床温相当物理量とに応じて排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化速度を算出する。この発明によると、より具体的には他の因子として触媒反応の活性に影響する触媒床温相当物理量を触媒床温相当物理量検出部により検出している。そして、この触媒床温相当物理量と、触媒反応に関与する吸入空気の流入速度を反映している空気吸入速度相当物理量とを用いることにより、これらに大きく影響される酸化速度を高精度に算出できる。

さらに好ましくは、触媒床温相当物理量検出部は、排気浄化用フィルタ中に設けられた温度センサ、又は排気系において排気浄化用フィルタの下流に設けられた温度センサである。触媒床温相当物理量は温度センサにて検出された温度である。

この発明によると、このように触媒床温相当物理量としては排気浄化用フィルタ中の温度、又は下流における温度を用いることができる。このことにより触媒反応の活性に影響する触媒床温相当物理量を高精度に検出して、酸化速度を高精度に算出できる。

さらに好ましくは、粒子状物質酸化速度算出装置は、排気浄化用フィルタでの粒子状物質の堆積状態に応じて酸化速度補正係数を算出する補正係数算出部と、補正係数算出部にて算出された酸化速度補正係数により、酸化速度算出部にて算出された酵化速度を補正する酸化速度補正部とをさらに含む。

この発明によると、触媒反応に関与する物質としては排気浄化用フィルタでの粒子状物質堆積量が存在し、空気吸入速度相当物理量ほどではないが、酸化速度に影響する。したがって、粒子状物質の堆積状態に応じて酸化速度補正係数を算出し、この酸化速度補正係数により酸化速度算出部にて算出された酸化速度を補正することにより、より高精度な酸化速度を得ることができる。

さらに好ましくは、堆積状態は、内燃機関の運転状態に基づいて算出される排気浄化用フィルタに流入する粒子状物質量と排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化量との収支に基づいて算出される粒子状物質堆積量として表されている。

この発明によると、粒子状物質の堆積状態は、排気浄化用フィルタに流入する粒子状物質量と酸化量との収支から算出される粒子状物質堆積量として求めることができる。特に再生時においては酸化量が大きくなり、粒子状物質堆積量が次第に少なくなる。この時の酸化量を求めるための酸化速度が粒子状物質堆積量の変化に応じた高精度なものとなる。このため内燃機関運転領域に関わらず高精度な粒子状物質堆積量を求めることができ、排気浄化用フィルタの再生処理停止のタイミングが高精度に判断できるので、燃料浪費や内燃機関出力低下を招くことがない。

さらに好ましくは、堆積状態は、排気浄化用フィルタの上流側と下流側との排気圧力差として表されている。

この発明によると、排気浄化用フィルタに粒子状物質が堆積すればするほど、排気浄化用フィルタでの圧力損失が大きくなり、排気浄化用フィルタの上流側と下流側との排気圧力差が大きくなる。このため粒子状物質の堆積状態として排気浄化用フィルタの上流側と下流側との排気圧力差を用いることができる。このことによっても酸化速度補正係数を高精度に算出でき、酸化量を求めるための酸化速度を高精度に算出できる。このため内燃機関運転領域に関わらず高精度な粒子状物質堆積量を求めることができ、排気浄化用フィルタの再生処理停止のタイミングが高精度に判断できるので、燃料浪費や内燃機関出力低下を招くことがない。さらに好ましくは、空気吸入速度相当物理量は、内燃機関の吸気通路で吸入空気量センサにて検出された内燃機関の単位時間当たりの吸入空気量である。この発明によると、このように空気吸入速度相当物理量は吸気通路で吸入空気量センサにて内燃機関の単位時間当たりの吸入空気量として高精度に検出することができる。このことにより高精度に酸化速度を算出できる。

この発明の別の局面に係る粒子状物質堆積量算出装置は、内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタにおける粒子伏物質堆積量算出装置である。この粒子状物質堆積量算出装置は、内燃機関の運転状態に基づいて単位時間当たりに排気浄化用フィルタに流入する粒子状物質量を算出する流入粒子状物質量算出部と、前述したいずれかの粒子状物質酸化速度算出装置と、流入粒子状物質量算出部にて算出された粒子状物質量と、粒子状物質酸化速度算出装置にて算出された酸化速度とに基づく粒子状物質量の収支に基づいて、排気浄ィ匕用フィルタにおける粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部とを含む。

この発明によると、このように粒子状物質堆積量算出部が、前述した粒子状物質酸化速度算出装置により高精度に求められた酸化速度を用いて、気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量を算出しているので、内燃機関運転領域に関わらず高精度な粒子状物質堆積量を求めることができる。したがつて排気浄化用フィルタの再生処理停止のタイミングが高精度に判断できるので、燃料浪費や内燃機関出力低下を招くことがない。

この発明のさらに別の局面に係る内燃機関排気浄ィヒ装置は、排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタを用いた内燃機関排気浄化装置である。内燃機関排気浄化装置は、前述した粒子状物質堆積量算出装置にて算出された排気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量の値に基づいて、排気浄化用フィルタの再生制御の実行と停止とを制御する再生制御部を備える。

この発明によると、このように高精度に算出された酸化速度に基づいて高精度に算出された粒子状物質堆積量を用いて排気浄化用フィルタの再生制御実行と停止とを制御している。したがって、これら実行と停止とのタイミングが内燃機関運転領域に関わらず極めて適切なものとなり、燃料浪費や内燃機関出力低下を招くことがない。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施例における車両用ディーゼルエンジンと制御システムとの概略構成説明図である。

図 2は、 £。11が実行する？1^再生制御モード実行■停止判定処理のフローチヤートである。

図 3は、上記フローチャートにおいて触媒床温と吸入空気量 G Aとから P M酸化速度 V cを求めるマップ MA P cの構成説明図である。

図 4は、上記フローチャートにおいて P M堆積量 P M s mから酸化速度補正係数 cを求めるマップ MA P kの構成説明図である。

図 5は、制御の一例を示すタイミングチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

[実施例]

図 1は上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジンと、粒子状物質酸化速度算出装置、粒子状物質堆積量算出装置及び内燃機関排気浄化装置の機能を果たす制御システムとの概略を表す構成説明図である。尚、本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどについて同様な触媒構成を採用した場合においても適用できる。

ディーゼルエンジン 2は複数気筒、ここでは 4気筒 # 1， # 2 , # 3， # 4からなる。尚、他の気筒数でも良い。各気筒 # 1〜# 4の燃焼室 4は吸気弁 6にて開閉される吸気ポート 8及び吸気マユホールド 1 0を介してサージタンク 1 2に連結されている。そしてサージタンク 1 2は、吸気通路 1 3を介して、インタ一クーラ 1 4に連結され、更に過給機、ここでは排気ターボチャージャ 1 6のコンプレッサ 16 aの出口側に連結されている。コンプレッサ 16 aの入口側はエアクリーナ 1 8に連結されている。サージタンク 12には、排気再循環（以下、

「EGRj と称する）経路 20の EGRガス供給口 20 aが開口している。そしてサージタンク 1 2とインタークーラ 14との間の吸気通路 1 3には、スロットル弁 22が配置され、コンプレッサ 16 aとエアクリーナ 18との間には吸入空気量センサ 24 (空気吸入速度相当物理量検出手段に相当）及び吸気温センサ 2 6が配置されている。

各気筒 # 1〜# 4の燃焼室 4は排気弁 28にて開閉される排気ポ一ト 30及び排気マ二ホールド 32を介して排気ターボチャージャ 16の排気タービン 16 b の入口側に連結され、排気タービン 16 bの出口側は排気通路 34に接続されている。尚、排気タービン 16 bは排気マユホールド 32において第 4気筒 #4側力 ^排気を導入している。

この排気通路 34には、排気浄化触媒が収納されている 3つの触媒コンバータ 36， 38， 40が配置されている。最上流の第 1触媒コンバータ 36には NO X吸蔵還元触媒 36 aが収納されている。ディーゼルエンジン 2の通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時には、 NO Xはの NO X吸蔵還元触媒 36 aに吸蔵される。そして還元雰囲気（ストィキあるいはストィキよりも低い空燃比）では NO X吸蔵還元触媒 36 aに吸蔵された NO Xが NOとして離脱し HCや COにより還元される。このことにより NO Xの浄化を行っている。そして 2番目に配置された第 2触媒コンバータ 38にはモノリス構造に形成された壁部を有するフィルタ 38 a (排気浄化用フィルタに相当）が収納され、この壁部の微小孔を排気が通過するように構成されている。この基体としてのフィノレタ 38 aの微小孔表面にコーティングにて NO X吸蔵還元触媒の層が形成されているので、排気浄化触媒として機能し前述したごとくに NO Xの浄化が行われる。更にフィルタ壁部には排気中の粒子状物質（以下「PM」と称する）が捕捉されて堆積する。この堆積した PMは、高温の酸化雰囲気とすることで、 NOx 吸蔵時に発生する活性酸素により PMの酸化が開始されると共に、更に周囲の過剰酸素により PM全体が酸化される。このことにより NO Xの浄化と共に PMの酸化による浄化を実行している。尚、ここでは第 1触媒コンバータ 36と第 2触媒コンバータ 38とは一体化された構成で形成されている。

最下流の第 3触媒コンバータ 40は、酸化触媒 40 aが収納され、ここでは H Cや COが酸化されて浄化される。

尚、 NO X吸蔵還元触媒 36 aとフィルタ 38 aとの間には第 1排気温センサ 44が配置されている。又、フィルタ 38 aと酸化触媒 40 aとの間において、フィルタ 38 aの近くには第 2排気温センサ 46 (触媒床温相当物理量検出手段に相当）力酸化触媒 40 aの近くには空燃比センサ 48が配置されている。上記空燃比センサ 48は、ここでは固体電解質を利用したものであり、排気成分に基づいて排気の空燃比を検出し、空燃比に比例した電圧信号をリニアに出力するセンサである。又、第 1排気温センサ 44と第 2排気温センサ 46とはそれぞれの位匱で排気温度 t h c i , t h c oを検出するものである。

フィルタ 38 aの上流側と下流側には差圧センサ 50の配管がそれぞれ設けられ、差圧センサ 50はフィルタ 38 aの目詰まりの程度、すなわち PMの堆積度合を検出するためにフィルタ 38 aの上下流での差圧 Δ Pを検出している。尚、排気マ二ホールド 32には、 EGR経路 20の EGRガス吸入口 20 bが開口している。この EGRガス吸入口 20 bは第 1気筒 # 1側で開口しており、排気タービン 16 bが排気を導入している第 4気筒 # 4側とは反対側である。

EGR経路 20の途中には EG Rガス吸入口 20 b側から、 EGRガスを改質するための鉄系 EGR触媒 52が配置され、更に EGRガスを冷却するための E GRクーラ 54が設けられている。尚、 EGR触媒 52は EGRクーラ 54の詰まりを防止する機能も有している。そして EG Rガス供給口 20 a側には EG R 弁 56が配置されている。この EGR弁 56の開度調節により EGRガス供給口 20 aから吸気系への EG Rガス供給量の調節が可能となる。

各気筒 # 1〜#4に配置されて、各燃焼室 4内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁 58は、燃料供給管 58 aを介してコモンレール 60に連結されている。このコモンレール 60内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ 62から燃料が供給され、燃料ポンプ 62からコモンレール 60内に供給された高圧燃料は各燃料供給管 58 aを介して各燃料噴射弁 58に分配供給される。尚、コモンレール 60 には燃料圧力を検出するための燃料圧センサ 64が取り付けられている。更に、燃料ポンプ 62からは別途、低圧燃料が燃料供給管 66を介して添加弁 68に供給されている。この添加弁 68は第 4気筒 # 4の排気ポート 30に設けられて、排気タービン 16 b側に向けて燃料を噴射することにより排気中に燃料添加するものである。この燃料添加により後述する触媒制御モードが実行される。電子制御ユニット（以下「ECU』と称する） 70は CPU、 ROM, RAM 等を備えたデジタルコンピュータと、各種装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そして ECU 70は前述した吸入空気量センサ 24、吸気温センサ 26、第 1排気温センサ 44、第 2排気温センサ 46、空燃比センサ 48、差圧センサ 50、 E GR弁 56内の EG R開度センサ、燃料圧センサ 6 4及びスロットル開度センサ 22 aの信号を読み込んでいる。更にアクセルぺダル 72の踏み込み量（アクセル開度 AC CP) を検出するアクセル開度センサ 7 4、及びディーゼルエンジン 2の冷却水温 THWを検出する冷却水温センサ 76 から信号を読み込んでいる。更に、クランク軸 78の回転数 NE (r pm) を検出するエンジン回転数センサ 80、クランク軸 78の回転位相あるいは吸気カムの回転相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ 82から信号を読み込んでレヽる。 - そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、 ECU 70は燃料噴射弁 58による燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御を実行する。更に EG R弁 56の開度制御、モータ 22 bによるスロットル開度制御、燃料ポンプ 62 の吐出量制御、及び添加弁 68の開弁制御により後述する PM再生制御、 S被毒回復制御あるいは N O X還元制御といつた触媒制御やその他の各処理を実行する。

ECU 70が実行する燃焼モード制御としては、通常燃焼モードと低温燃焼モ —ドとの 2種類から選択した燃焼モードを、運転状態に応じて実行する。ここで低温燃焼モ一ドとは、低温燃焼モード用 E G R弁開度マップを用いて大量の排気再循環量により燃焼温度の上昇を緩慢にして NO Xとスモークとを同時低減させる燃焼モードである。この低温燃焼モードは、低負荷低中回転領域にて実行し、空燃比センサ 48が検出する空燃比 A Fに基づいてスロットル開度 T Aの調節による空燃比フィードバック制御がなされている。これ以外の燃焼モードが、通常燃焼モード用 EGR弁開度マップを用いて通常の EGR制御（EGRしない場合も含める）を実行する通常燃焼モードである。

そして排気浄ィヒ触媒に対する触媒制御を実行する触媒制御モードとしては、 P M再生制御モード、 S被毒回復制御モード、 N O X還元制御モード及び通常制御モードの ₄種類のモードが存在する。

P M再生制御モードとは、 P Mの推定堆積量が P M再生基準値に到達すると、特に第 2触媒コンバータ 3 8内のフィルタ 3 8 aに堆積している P Mを高温化により前述したごとく燃焼させて C 0₂と H₂0にして排出する P M浄化用昇温処理を実行するモードである。このモードでは、ストィキ（理論空燃比）よりも高い空燃比状態で添加弁 6 8からの燃料添加を繰り返して触媒床温を高温ィ匕（例えば 6 0 0〜7 0 0 °C) する力更に燃料噴射弁 5 8による膨張行程あるいは排気行程における燃焼室 4内への燃料噴射であるァフタ一噴射を加える場合がある。尚、 P M再生制御モード内において間欠添加処理によるバーンアップ型昇温処理を実行しても良い。この間欠添加処理は、添加弁 6 8からの間欠的な燃料添加により空燃比をストイキ又はストィキよりもわずかに低い空燃比とする空燃比低下処理を、全く燃料添加しない期間を間に置いて行う。ここではストィキよりもわずかに低い空燃比とするリツチ化を行っている。この処理においても燃料噴射弁 5 8によるアフター噴射を加える場合がある。このことにより、 P Mの焼き尽くし（バーンアップ）作用を生じさせて、 N O X吸蔵還元触媒 3 6 aの前端面の P M詰まりを解消したり、フィルタ 3 8 a内に堆積した P Mを焼き尽くす処理を行う。

S被毒回復制御モードとは、 N O X吸蔵還元触媒 3 6 a及びフィノレタ 3 8 aが S被毒して N O X吸蔵能力が低下した場合に S成分を放出させて S被毒から回復させるモードである。このモードでは、添加弁 6 8から燃料添加を繰り返して触媒床温を高温化（例えば 6 5 0 °C) する昇温処理を実行し、更に添加弁 6 8からの間欠的な燃料添カ卩により空燃比をストイキ又はストイキよりもわずかに低い空燃比とする空燃比低下処理を行う。ここではストイキよりもわずかに低い空燃比とするリツチ化を行っている。このモードも燃料噴射弁 5 8によるアフター噴射を加える場合がある。

N O x還元制御モードとは、 N O X吸蔵還元触媒 3 6 a及びフィルタ 3 8 aに吸蔵された NO xを、 N₂、 C〇₂及び H₂0に還元して放出するモードである。このモードでは、添加弁 68からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加により、触媒床温は比較的低温（例えば 250〜500°C) で空燃比をストイキ又はストィキよりも低下させる処理を行う。

尚、これら 3つの触媒制御モード以外の状態が通常制御モードとなり、この通常制御モードでは添加弁 68カゝらの燃料添加や燃料噴射弁 58によるアフター噴射はなされない。

次に図 2に、 ECU 70により実行される PM再生制御モード実行■停止判定処理のフローチャートを示す。本処理は一定の時間周期で割り込み実行される処理である。この P M再生制御モード実行 ·停止判定処理（図 2 ) の結果により、上述した PM再生制御処理の実行開始や停止が決定される。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「S〜」で表す。

PM再生制御モード実行 ·停止判定処理（図 2) が開始されると、まずディーゼルエンジン 2からの PM排出速度 V e (g/h) が算出される（S 102) 。この PM排出速度 Veは、単位時間（ここでは時 h) の間にディーゼルエンジン 2の全燃焼室 4から排出されてフィルタ 38 aでの補足対象となる P Mの量 (g) であり、マップ MAP eに基づいて現在のエンジン回転数 NEと負荷（ここでは燃料噴射弁 58からの燃料噴射量）と力 ^ら求められる。このマップ MAP eは、ディーゼルエンジン 2の種類に応じて予め実験によりエンジン回転数 NE と負荷とをパラメータとして、単位時間おける PM排出量を求めてマップィヒしたものである。

次に PM酸化速度 Vc (g/h) が算出される（S 104) 。この PM酸化速度 Vcは、単位時間（ここでは時 h) の間にフィルタ 38 aに捕捉された PMが酸化により浄化される量（g) である。？！^酸化速度 ^：は、図 3に一例を示すマップ MAP cに基づいて、現在の触媒床温（触媒床温相当物理量である排気温度 t h c o ： °C) と吸入空気量 GA (g/s ：空気吸入速度相当物理量）とから求められる。このマップ MAP cは、予め実験によりフィルタ 38 aの触媒床温 (ここでは第 2排気温センサ 46にて検出される排気温度 t h c o) と吸入空気量 G Aとをパラメータとして単位時間当たりの PM酸化量を求めてマップ化したものである。

次に酸化速度補正係数 Kcが算出される（S 106) 。この酸化速度補正係数 K cは、 PM堆積量の多少によって PM酸化速度が変化することから設けられている係数であり、図 4に示すマップ MAP kに基づいて、 PM堆積量 PMsm (前回求められている値）から求められる。このマップ MAP kは、予め実験により PM堆積量 PMsmをパラメータとして、実測された PM酸化速度と、標準状態で作成されているマップ MAP c (図 3) から得られる PM酸ィ匕速度 Vcとの比を求めてマップ化したものである。

次に PM堆積量 PMsm (g ：粒子状物質の堆積状態に相当）が式 1のごとく算出される（S 108) 。

[式 1 ]

PMsm ― PMsm + ( V e - K c · V c ) · Τ

ここで右辺の Ρ Μ堆積量 P M s mは、前回の本処理の実行時に算出された P M 堆積量 PMsmである。「丁」は本判定処理の制御周期を時 h単位に換算した値である。このため「Ve ■ T」は 1制御周期の期間にてディ一ゼルエンジン 2の全燃焼室 4から排出されて排気浄化用フィルタに流入する ΡΜ量に相当する。更に「Kc ' Vc」は PMの酸化速度に対応し、「Kc - Vc · T」は 1制御周期の期間にて排気浄化用フィルタにおける Ρ Μの酸化量に相当する。したがって、これらの差、すなわち収支である「（Ve— Kc ' Vc) ■ T」の値（g//制御周期）は、今回の制御周期終了後の PM堆積量 PMsmの増加量（マイナスは減少量）を表す。

このため前回の PM堆積量 PM s mに、「（V e— Kc ' Vc) · T」の値を加えることにより、今回の制御周期完了後の ΡΜ堆積量 PMsmを得ることができる。尚、計算上、式 1の右辺の値がマイナスとなる場合には、左辺の PM堆積量 PMsmには「0 (g) 」が設定され、常に PM堆積量 PMsmには「0」以上の値が設定される。

次に PM再生制御処理中か否かが判定される（S 1 10) 。 PM再生制御処理中でなければ（S 1 10で「n oj ) 、次に PM再生制御処理開始条件が成立しているか否かが判定される（S 1 12) 。ここで PM再生制御処理開始条件としては、？！^の推定堆積量を表す！^堆積量？^! s mが PM再生基準値 PMb以上であるとの条件が含まれている。これ以外の論理積条件としてはフィルタ 38 a における触媒床温レベルや流入する排気温度レベルなどの条件が存在し、このことにより適切に PM燃焼が可能であるかを判定して開始条件としている。

ここで例えば PM s mく PMbであれば（S 1 12で「n o」）、このまま一且本処理を終了する。

一方、ディーゼルエンジン 2の運転状態により「Ve〉Kc ■ Vc J の状態が継続すると、ステップ S 102〜S 108の処理が繰り返されることにより、 P M堆積量 PM s mは次第に增加する。しかし、 PMsm<PMbである間は（S 1 1 2で「n o」）、このまま一旦本処理を終了する。

そして、 PMsm≥PMbとなり、 PM再生制御処理開始のための他の論理積条件も満足されていれば（S 1 12で「y e s」）、 PM再生制御処理開始が設定される（S 1 14) 。このことにより PM再生制御モードとなり前述した処理が周期的に実行され、フィルタ 38 aの高温化により堆積している PMが燃焼されて C〇₂及び H₂0として排出される。すなわち触媒床温の高温化により PM酸化速度 Vcが上昇して、「Ve <Kc · Vc」の状態となる。

そして次の制御周期からは、ステップ S 1 10では「y e s」と判定されて、 PM再生制御処理停止条件が成立しているか否かが判定される（S 1 16) 。ここで PM再生制御処理停止条件としては、？1^堆積量？1^[ s mが PM再生停止基準値 PMe以下であるとの条件である。ここで PM s m〉PMeであれば（S 1 16で「n oj ) 、このまま一旦本処理を終了する。したがって PM再生制御処理は継続し、「V eく K c · V c」であるので、ステップ S 102〜S 108の処理が繰り返されることにより、 PM堆積量 PMsmは減少して行く。

そして PMsm≤PMeとなれば（S 1 16で「y e s」）、 P VI再生制御処理停止が設定される（S 1 1 8) 。このことにより通常制御モードに戻り、触媒床温の高温化処理は終了し、 PM酸化速度 V cが低下し、あるいは「0」となり、「Ve〉Kc - Vc」の状態となる。

図 5は PM堆積量 PM s mの推移の一例を表すタイミングチャートである。本実施例では実線にて示すごとく、通常制御モード時には、「PM酸化速度 Vc = 0 (g h) 」が通常であり、 PM排出速度 Veは「酸化速度補正係数 Kc - P M酸化速度 Vc」より十分に大きいので、フィルタ 38 aでの PM堆積量 PM s mは次第に増加する（時刻 t O〜t l) 。そして時刻 t 1にて PM堆積量 PMs mが PM再生基準値 PMb以上となったことにより PM再生制御モードが開始されたものとする。 PM再生制御モードの当初は PM堆積量 PMsmが多いことから酸化速度補正係数 Kcが大きく、酸化速度「Kc ■ Vcj も高い。したがって時刻 t 1力、ら P M堆積量 P M s mは急激に減少する。そして、酸化による P M堆積量 PMsmの減少に伴い、酸化速度補正係数 Kcが小さくなるので、減少速度は次第に鈍くなる。

そして PM堆積量 PMsmが PM再生停止基準値 PMe以下となると（時亥リ t

2) 、通常制御モードに戻る。

尚、比較例として、酸化速度捕正係数 Kcを設けなかった場合には、破線で示すごとく時刻 t 1から計算される P M堆積量 P M s mの減少速度は本実施例よりも鈍い。したがって計算上、 PM堆積量 PMsmが PM再生停止基準値 PMe以下となるまでの時間（t l〜 t 3) は長くなる。このため必要以上に長く PM再生制御モードを継続することになる。 - 図 5においては時刻 t 4から吸入空気量 GAが上昇している例を示している。本実施例ではマップ MAP c (図 3) にて求められる PM酸化速度 V cは触媒床温のみでなく吸入空気量 G Aもパラメータとしている。このため PM再生制御モード（t 5〜 t 6) では更に PM堆積量 PMs mの減少速度が高速となって短時間で終了している。

比較例として PM酸化速度 V cを触媒床温のみで設定した場合には、破線で示すごとく時刻 t 5から計算される？！^堆積量 !^ s mの減少速度は本実施例よりも鈍い。したがって計算上、？1^堆積量？1^ 3 111が？1^再生停止基準値？1^₆以下となるまでの時間（t 5〜 t 7) は長くなる。このため必要以上に PM再生制御モードを継続することになる。

尚、図 5では吸入空気量 G Aが増加する場合を示したが、吸入空気量 G Aが減少する場合には、比較例としては必要以上に早期に PM再生制御モードを停止してしまうことから、実際の PM堆積量が高レベルで推移して、ディーゼルェンジン 2の背圧が高めとなり出力低下を生じるおそれがある。

上述した構成において、請求の範囲との関係は、 ECU70が粒子状物質酸化速度算出装置、粒子状物質堆積量算出装置及び内燃機関排気浄化装置に相当し、 ECU 70が実行する P IV [再生制御モード実行 ·停止判定処理（図 2 ) が各装置の処理に相当する。 PM再生制御モード実行 .停止判定処理（図 2) のステップ S 104が酸化速度算出手段として処理に、ステップ S 106が補正係数算出手段としての処理に相当する。更に、ステップ S 108は、酸化速度補正手段、流入粒子状物質量算出手段、及び粒子状物質堆積量算出手段としての処理に相当する。更に、ステップ S 1 10〜S 1 18が再生制御手段としての処理に相当する。以上説明した本実施例によれば、以下の効果が得られる。

(i) . PM酸化速度 Vcを算出するために、触媒反応の活性に影響する触媒床温と共に吸入空気量 G Aをパラメータとして作成したマップ MAP cを用いている（S 104) 。吸入空気量 G Aは、排気浄化用のフィルタ 38 aに対して供給される時間当たりの酸素量に密接に関連しており、フィルタ 38 aに堆積している PMの酸化速度に影響する。このため PMの酸化速度を決定する因子の 1つとして吸入空気量 G Aを用いること-で、高精度に PM酸化速度 V cを算出することができる。

したがって、このようにして求められた PM酸化速度 Vcを用いて、 PM堆積量 PMsmの推定計算（S 108) を実行することで、ディーゼルエンジン 2の運転領域に関わらず高精度な PM堆積量 PMs mを求めることができる。

(ii) . フィルタ 38 aにおける触媒反応に関与する物質は酸素（吸入空気）と PMであるが、 PMの量は吸入空気ほどではないが PM自身の酸化速度に影響する。

本実施例では、！^堆積量？!^! s mを用いて酸化速度補正係数 K cを算出し、この酸化速度補正係数 Kcにより PM酸化速度 Vcを補正（S 108) することにより、 PMの量を PM堆積量 PM s mの計算に反映させている。このことにより、より高精度な酸化速度を得ることができる。

(iii) . (i) 及び（ii) に述べたごとく、酸化速度が高精度に得られるので、この酸化速度を用いて算出したフィルタ 38 aにおける PM堆積量 PM s mは、エンジン運転領域に関わらず高精度な値を得ることが可能となる。このためフィルタ 38 aの PM再生制御処理開始や停止のタイミングが高精度に判断でき、燃料浪費や機関出力低下を招くことがない。

[その他の実施例]

(a) . 上述した実施例において、触媒床温相当物理量としては、第 2排気温センサ 46により検出されるフィルタ 38 a下流直下の排気温度 t h c oを検出して用いていたが、フィルタ 38 a中に温度センサを設けている場合には、この温度センサの検出温度を用いても良い。

(b) .'上述した実施例において、排気浄化用のフィルタ 38 aとしては、「DPNR」と称される N〇x浄化用触媒と捕集したパティキュレートを酸化する触媒とを担持したディ一ゼルパティキュレートフィルタが用いられていたが、 NO X浄化用触媒が存在しないフィルタでも良い。すなわち「DPF」と称される捕集したパティキュレートを酸化する触媒を担持したディーゼルパティキユレ一トフィルタを用いても良い。

(c) . ステップ S 106で用いられる PMの堆積状態は、前回の制御周期時に得られた PM堆積量 PM s mを用いていたが、これ以外に、現在のフイノレタ 3 8 a內の PMの堆積状態を反映している差圧センサ 50により検出される差圧 Δ P (排気圧力差) を用いても良い。この場合には、マップ MAPk (図 4) は予め実験により差圧 Δ Pをパラメータとして、実測された PM酸化速度と、標準状態で作成されているマップ MAP c (図 3) から得られる PM酸化速度 V cとの比を求めてマップィ匕したものを用いる。あるいは差圧 Δ Pを PM堆積量に換算するマップを別途作成し、このマップにより、実測された差圧 Δ Pから PM堆積量を求め、この PM堆積量を用いてマップ MAP k (図 4) により酸化速度補正係数 Kcを算出しても良い。

(d) . 上述した実施例において式 1では PM酸化速度 Vcと酸化速度補正係数 Kcとの積により最終的な酸化速度を算出したが、酸化速度補正係数 Kcを用いずに次式 2のごとく PMsmを算出しても良い。

[式 2]

PM s m ― PMsm + (V e -V c ) - T このことによつても、従来よりも、上述した実施例の（i) 、 (iii) に述べたごとくの効果を生じる。

今回開示された実施例はすべての点で例示であつて制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によつて示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

1 . 内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化速度算出装置であって、

内燃機関への単位時間当たりの吸入空気量状態を反映する空気吸入速度相当物理量を検出する空気吸入速度相当物理量検出部と、

前記排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化速度を決定する因子の 1つとして、前記空気吸入速度相当物理量検出部にて検出された空気吸入速度相当物理量を用いて前記酸化速度を算出する酸化速度算出部とを含む、粒子状物質酸化速度算出装置。

2 . 前記排気浄化用フィルタの触媒床温状態を反映する触媒床温相当物理量を検出する触媒床温相当物理量検出部をさらに含み、

前記酸化速度算出部は、前記空気吸入速度相当物理量検出部にて検出された空気吸入速度相当物理量と前記触媒床温相当物理量検出部にて検出された触媒床温相当物理量とに応じて前記排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化速度を算出する、請求の範囲 1に記載の粒子状物質酸化速度算出装置。

3 . 前記触媒床温相当物理量検出部は、前記排気浄化用フィルタ中に設けられた温度センサ、又は排気系において前記排気浄化用フィルタの下流に設けられた温度センサであり、前記触媒床温相当物理量は前記温度センサにて検出された温度である、請求の範囲 2に記載の粒子状物質酸化速度算出装置。

4 . 前記排気浄化用フィルタでの粒子状物質の堆積状態に応じて酸化速度補正係数を算出する補正係数算出部と、

前記補正係数算出部にて算出された酸化速度補正係数により、前記酸化速度算出部にて算出された酸化速度を補正する酸化速度補正部とをさらに含む、請求の範囲 1に記載の粒子状物質酸化速度算出装置。

5 . 前記堆積状態は、内燃機関の運転状態に基づいて算出される前記排気浄化用フィルタに流入する粒子状物質量と前記排気浄化用フィルタにおける粒子状物質の酸化量との収支に基づいて算出される粒子状物質堆積量として表されている、請求の範囲 4に記載の粒子状物質酸化速度算出装置。

6 . 前記堆積状態は、前記排気浄化用フィルタの上流側と下流側との排気圧力差として表されている、請求の範囲 4に記載の粒子状物質酸化速度算出装置。

7 . 前記空気吸入速度相当物理量は、内燃機関の吸気通路で吸入空気量センサにて検出された内燃機関の単位時間当たりの吸入空気量である、請求の範囲 1 に記載の粒子状物質酸化速度算出装置。

8 . 内燃機関の排気系に設けられて排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量算出装置であって、

内燃機関の運転状態に基づいて単位時間当たりに前記排気浄化用フィルタに流入する粒子状物質量を算出する流入粒子状物質量算出部と、

請求の範囲 1〜 7のいずれかに記載の粒子状物質酸化速度算出装置と、前記流入粒子状物質量算出部にて算出された前記粒子状物質量と、前記粒子状物質酸化速度算出装置にて算出された酸化速度とに基づく粒子状物質量の収支に基づいて、前記排気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量を算出する粒子状物質堆積量算出部とを含む、粒子状物質堆積量算出装置。

9 . 排気中の粒子状物質を濾過すると共に堆積した粒子状物質を触媒機能により酸化することで再生可能な排気浄化用フィルタを用いた内燃機関排気浄化装置であって、

請求の範囲 8に記載の粒子状物質堆積量算出装置にて算出された前記排気浄化用フィルタにおける粒子状物質堆積量の値に基づいて、前記排気浄化用フィルタの再生制御の実行と停止とを制御する再生制御部を備える内燃機関排気浄ィヒ装置。