内燃機関の排気浄化装置
この内燃機関の排気浄化装置は、精度良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制できるようにしている。この排気浄化装置は、内燃機関２に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ２２及びフィルタ上又はフィルタ上流の排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部２１を有する。排出量演算手段Ａ１によりパティキュレート排出量Ｍｅを空気過剰率λに基づき演算する。燃焼量演算手段Ａ２によりフィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量Ｍｂを演算する。更に、堆積量演算手段Ａ３によりパティキュレート排出量Ｍｅ及びパティキュレート燃焼量Ｍｂに基づきパティキュレート堆積量Ｍａを演算している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
この発明は、内燃機関の排ガス中よりカーボン粒子等を捕集する内燃機関の排気浄化装置、特に、フィルタによって捕集されたカーボンを酸化触媒により生成された二酸化窒素（ＮＯ２）を利用してフィルタ上で酸化除去する内燃機関の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の排ガス中には、カーボン微粒子等を核とするパティキュレートが混入しており、このパティキュレートを大気中に放出することなく捕集するためにディーゼルエンジンの排ガス流路上にはパティキュレートフィルタが装着される。このパティキュレートフィルタはパティキュレート堆積量が増加すると、これを焼却して再生する必要がある。
そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレート（ＰＭ）の堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレートを強制焼却すべく加熱する強制再生手段を駆動している。例えば、強制再生手段としては、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段や、電気ヒータ或いは軽油バーナーを駆動させて排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
このように、強制再生手段はフィルタを高温に維持する必要上、燃費悪化を招き易く、これを抑制する上で精度良く強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
ところで、パティキュレートは６００℃程度の高温で酸素により酸化処理可能であるが、低温の２５０℃程度でも低温燃焼を可能とし、これにより焼却可能域を拡大し、再生促進を図れるようにした連続再生式フィルタ装置が知られている。
この連続再生式フィルタ装置は、パティキュレートフィルタに対して排気路上流側に酸化触媒を配備し、ここで下記（１）式の反応を促進させることで排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する。
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２・・・・・（１）
この二酸化窒素（ＮＯ２）は高活性であり、パティキュレートフィルタに達した際に同フィルタに捕集済みのパティキュレート（カーボン粒子）と下記（２），（３）式で示す反応を促進させることでパティキュレートフィルタを再生している。
ＮＯ２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ・・・・・（２）
ＮＯ２＋ＣＯ→ＮＯ＋ＣＯ２・・・・・（３）
ところが低温燃焼を可能とした連続再生式フィルタ装置であっても、車両が街中を走行し低負荷運転域が長く続くような場合には排温が上昇せず、フィルタにパティキュレートが堆積しやすく、強制焼却して再生する必要がある。
そこで、連続再生式フィルタ装置であっても、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレート（ＰＭ）の堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回ると排温を強制的に上昇させてパティキュレートを焼却する強制再生手段が採用され、例えば、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
例えば、フィルタに堆積したパティキュレート堆積量を簡易的に排温頻度から推定する方法が本出願人により特願２００１−１４４５０１号（特許文献１）によって提案され、特開２００２−２７６４２２公報（特許文献２）には酸化触媒とパティキュレートフィルタ及びＮＯｘ触媒を排気路上流側よりこの順に配備し再生時にリッチ運転する連続再生型ＤＰＦが開示されている。
ところで、パティキュレートフィルタの上流に酸化触媒を配備した連続再生式フィルタ装置、或いは単にパティキュレートフィルタのみから成るパティキュレート浄化装置の何れであっても、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレート焼却処理に入る。ところが、この堆積量が的確に判定されていないと、即ち、堆積量を過大判定すると強制再生インターバルが狭まり燃費悪化を招き、堆積量を過小判定すると過度にパティキュレートが堆積し、これが燃焼して温度上昇が過大となりフィルタ破損にいたる可能性が有る。したがって、精度良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートＰＭの堆積量を検知する方法が用いられてきたが、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。特に、連続再生式フィルタ装置では連続再生において部分的な燃焼が生じてパティキュレートの堆積密度の不均一が発生しやすく、流量−圧力損失−パティキュレート堆積量の関係が大きく崩れ、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。
なお、特許文献１で提案されている連続再生式フィルタ装置では、パティキュレート堆積量を推定するに当たり、連続再生時のパティキュレート燃焼量の推定は可能であるがパティキュレート排出量の推定が的確で無いことによりパティキュレート堆積量検知精度が比較的低く、改善が望まれている。特許文献２で提案されている連続再生式フィルタ装置はパティキュレート堆積量により再生時を判断することなく、再生時にリッチ運転するのみであり、燃費悪化を招き易い。
本発明は、上述の課題に基づき、精度が良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制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。
【発明の開示】
本発明による内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率に基づき演算する排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする。
このように、パティキュレート燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度で求め、パティキュレート排出量を空気過剰率に基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
好ましくは、前記堆積量演算手段により推定されたパティキュレート堆積量が所定値を超えたとき、主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程に噴射された追加燃料により、排気ガス昇温を行うか、又は触媒やフィルタへＨＣを供給しフィルタ上で燃焼させる強制再生手段を備えるとしても良い。この場合、強制再生手段として追加燃料噴射による強制再生処理の他に、軽油バーナ、電気ヒータでの強制再生処理を同様に行うことができる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関の運転時の空気過剰率が所定過剰率以下の空気過剰率頻度を演算する空気過剰率頻度演算手段、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率頻度に基づき求める排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が所定温度以上の温度頻度を演算する温度頻度演算手段、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼量を温度頻度に基づき求める燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により求められたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により求められたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段を備えたことを特徴とする。
この場合、ＰＭ燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度の温度頻度に対応するパティキュレート燃焼速度を用いて求めると共に、ＰＭ排出量を空気過剰率の頻度に基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記排出量演算手段は、前記空気過剰率頻度演算手段により演算された所定期間内の区間空気過剰率頻度に対応する前記所定期間内の区間パティキュレート排出量を求めると共に、前記燃焼量演算手段は、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼速度を温度頻度に基づき求める燃焼速度演算部を含み、前記燃焼速度演算部により求められた前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼速度及び前記堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量に基づき前記フィルタに堆積されたパティキュレートの前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼量を求め、更に、前記堆積量演算手段は、同堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量、前記排出量演算手段により求められた区間パティキュレート排出量、及び前記燃焼量演算手段により求められた区間パティキュレート燃焼量に基づき、今回のパティキュレート堆積量を求めることを特徴とする。
この場合、区間ＰＭ燃焼量を区間パティキュレート燃焼速度及び前回求められたパティキュレート堆積量で求め、区間ＰＭ排出量を区間空気過剰率の頻度に基づき求め、更に今回のパティキュレート堆積量を前回演算されたパティキュレート堆積量、区間ＰＭ排出量及び区間ＰＭ燃焼量に基づき求めることにより、現在のＰＭ堆積量の検知精度をより向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
好ましくは、前記排出量演算手段は、空気過剰率が所定値以下の頻度を重み付け係数を用いて加重平均して区間空気過剰率頻度を求めても良い。この場合、例えば、重み付け係数ｗｆ＝０．５とし、これより重み付け係数ｗｆが１に近づくほど前回値の影響小となる特性を得ることができ、この重み付け係数で算出された区間空気過剰率頻度を用いることで、パティキュレート排出量の検出精度が向上する。
更に、前記排出量演算手段は、空気過剰率が所定値以下の区間頻度βｉを、次式に基づき算出しても良い。
βｉ＝（ｘｉ＋βｉ−１×（ｉ−１））／ｉ
所定空気過剰率以下の時：ｘｉ＝１
所定空気過剰率を超える時：ｘｉ＝０
但し、βｉはｉ番目の頻度、βｉ−１は、前回の頻度、ｘｉは、ｉ番目の判定値。
温度頻度も上記と同様の方法で求めても良い。この場合もパティキュレート排出量の検出精度が向上する。
好ましくは、前記所定期間が、単位時間、所定燃料量を消費した期間、所定走行距離の何れかであるとしても良い。この場合も同様の効果が得られる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記区間パティキュレート排出量演算処理では、吸入空気量及び燃料噴射量を取り込むステップと、吸入空気量及び燃料噴射量から所定区間Δｔ内の空気過剰率を演算するステップと、所定区間Δｔ内の空気過剰率に従って空気過剰率頻度γΔｔを演算するステップと、区間パティキュレート排出量ＭａΔｔ｛＝ｆ（γΔｔ）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする。
この場合、区間ＰＭ排出量演算処理を、適確に行なえ、現在のＰＭ堆積量の検知精度をより向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記区間ＰＭ燃焼量演算処理では、触媒温度ｇｔを取り込むステップと、触媒温度ｇｔから区間温度頻度βΔｔを演算すると共に排気ガス成分がパティキュレートを焼却し易い条件を具備するか否かの指標ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数を用いて区間温度頻度βΔｔを補正するステップと、区間温度頻度βΔｔを用いて区間燃焼速度係数αΔｔ｛＝ｆ（βΔｔ）｝を演算するステップと、前回ＰＭ堆積量ＰＭｉ−１及び区間燃焼速度係数αΔｔを用いてＰＭ燃焼量ＭｂΔｔ｛＝αΔｔ×ＰＭｉ−１）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする。
この場合、区間ＰＭ燃焼量演算処理を、適確に行なえ、現在のＰＭ堆積量の検知精度をより向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施形態例としての内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
第２図は第１図の排気浄化装置の機能ブロック図である。
第３図は第１図の排気浄化装置の強制再生制御処理で用いるマップ特性説明図であり、第３図（ａ）は空気過剰率からＰＭ排出量Ｓｏｏｔを推定するためのマップを、第３図（ｂ）は温度頻度からＰＭ燃焼速度を推定するためのマップを、第３図（ｃ）は簡易強制再生制御処理で用いる温度頻度から簡易燃焼速度係数を推定するためのマップを示す。
第４図は第１図の排気浄化装置の強制再生制御処理での空気過剰率の頻度の経時変化を説明する線図であり、第４図（ａ）は頻度判定結果の経時変化を、第４図（ｂ）は空気過剰率頻度の移動荷重平均値の波形を示す。
第５図は第１図の排気浄化装置で用いるマップ特性説明図であり、第５図（ａ）は燃料噴射量及びエンジン回転速度からＮＯｘ／Ｓｏｏｔを推定するためのマップを、第５図（ｂ）はＮＯｘ／Ｓｏｏｔから補正係数Ｋを設定するためのマップを示す。
第６図は第１図の排気浄化装置の強制再生制御処理ルーチンのフローチャートである。
第７図は第６図の強制再生制御処理ルーチン中のステップｓ５で行われるポスト噴射の噴射説明図である。
第８図は本発明の第２実施形態として、第２図に対応する排気浄化装置の機能を説明するブロック図である。
第９図は第８図のブロック図に対応するＰＭ堆積量演算に基づく強制再生制御処理ルーチンのフローチャートであり、第９図（ａ）は強制再生時期検出ルーチンを、第９図（ｂ）は区間ＰＭ排出量演算ルーチンを、第９図（ｃ）は区間ＰＭ燃焼量演算ルーチンを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の第１実施形態を第１図乃至第７図を用いて説明する。
第１図は第１の実施形態として本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置１を装着したディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）２である。このエンジン２は燃焼室３より延出する排気路Ｒを備え、この排気路Ｒには排気マニホールド４、排気管５、その途中に配備される排気後処理装置６、その下流の図示しないマフラーを順次接続して形成される。エンジン２は直列４気筒エンジンであり、各気筒にはインジェクタ８が設けられている。各インジェクタ８にはこれに燃料を供給する燃料供給部９と、インジェクタ８により燃焼室３に燃料噴射を行う燃料噴射部１１を備え、これらはエンジンＥＣＵ１２により駆動制御される。
燃料供給部９はエンジン駆動の高圧燃料ポンプ１３の高圧燃料をエンジンＥＣＵ１２内の燃圧制御部１２１により制御される燃圧調整部１４で定圧化した上でコモンレール１５に導き、コモンレール１５より分岐して延出する燃料管路１６を介し各インジェクタ８に供給する。インジェクタ８の電磁バルブ１７は噴射制御部１２２に接続され、同噴射制御部１２２は演算された燃料噴射量、噴射時期に応じた出力信号を電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８を噴射制御する。
ここで噴射制御部１２２はエンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込量θａに応じた燃料噴射量及び燃料噴射時期を求める。その上で、演算された噴射時期及び燃料噴射量相当の出力信号をインジェクタドライバ１０にセットし、燃料噴射部１１の電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８の燃料噴射を制御する。
排気管５の途中の排気後処理装置６は金属筒状のケーシング１８を備え、その膨出部１８１の内側に排気路Ｒに沿って酸化触媒２１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以後単にフィルタと記す）２２を直列状に備える。なお、酸化触媒２１及びフィルタ２２はそれぞれ膨出部１８１との間に各々を支持する支持部材１９、たとえば、石綿や嵩高形状の金属網状体を介装している。
酸化触媒２１は触媒担持体に担持され、触媒担持体２１１内の各排ガス通路ｒ１は両端部が開放され、排ガスを排気路Ｒ上流より下流側に容易に通過させることができる。触媒担持体２１１はセラミック製で断面がハニカム構造を成すモノリシス型であり、互いに並列配備された多数の排ガス通路ｒ１を形成され、各通路の通路対向壁面に酸化触媒２１が触媒層を成して担持される。
ＮＯ２を生成する機能部を成す酸化触媒２１は、エンジン２から排出される排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸素Ｏ２で酸化して高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）に生成し、すなわち、上述の（１）式の生成反応を促進できる触媒性能を備えるものが選択され、ここではプラチナ系酸化触媒が採用された。
フィルタ２２はセラミック製、例えば、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉを主成分とするコージェライトから成り、多数の排ガス通路ｒ２（ｒ２−１、ｒ２−２）を排気路Ｒの方向に向けて並列状に積層してなるハニカム構造体として形成される。ここで互いに隣合う各排ガス通路ｒ２は交互に排気路Ｒ上流側と下流側のいずれか一方が端部２３で閉鎖されるように形成される。これにより上流側に流入した排ガスは各排ガス通路ｒ２−１の通路対向壁ｂを透過して排気路Ｒ下流側に出口を形成された各排ガス通路ｒ２−２に達し、排出され、その際、排ガス中よりパティキュレート（ＰＭ）を濾過する。
エンジンＥＣＵ１２は、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローセンサ７と、エンジン２のアクセルペダル開度θａを検出するアクセルペダル開度センサ２４と、クランク角情報Δθを検出するクランク角センサ２５と、排気温度ｇｔを検出する排気温度センサ２６と、水温ｗｔを検出する水温センサ２７と、大気圧ｐａを出力する大気圧センサ２８と、アイドル信号ＩＤを出力するアイドルスイッチ２９が接続される。ここでクランク角情報ΔθはエンジンＥＣＵ１２においてエンジン回転数Ｎｅの導出に用いられると共に後述の燃料噴射時期制御に使用される。
エンジンＥＣＵ１２はその入出力回路に多数のポートを有し、アクセルペダル開度センサ２４、クランク角センサ２５、排気温度センサ２６、水温センサ２７、大気圧センサ２８等よりの検出信号を採り込む。エンジンＥＣＵ１２は燃圧制御部１２１、噴射制御部１２２や周知のエンジン制御処理機能を備え、特に、強制再生制御を成す排出量演算手段Ａ１、燃焼量演算手段Ａ２、堆積量演算手段Ａ３の制御機能を備える（第２図参照）。
ここで、排出量演算手段Ａ１はエンジン２から排出されるパティキュレートの排出量（以後ＰＭ排出量と記す）Ｍｅを空気過剰率λに基づき演算する。ここではＰＭ排出量Ｍｅ演算マップｍ１（第３図（ａ）参照）を用い、空気過剰率λよりＰＭ排出量Ｍｅを積算する。
燃焼量演算手段Ａ２はフィルタ２２上流の排気ガス温度ｇｔ又はフィルタ２２のフィルタ温度（排気ガス温度と同値と見做す）ｇｔに基づきパティキュレート燃焼量（以後ＰＭ燃焼量と記す）Ｍｂを演算する。
堆積量演算手段Ａ３は排出量演算手段Ａ１により演算されたパティキュレート排出量Ｍａ及び燃焼量演算手段Ａ２により演算されたパティキュレート燃焼量Ｍｂに基づきフィルタ２２へのパティキュレート堆積量（以後ＰＭ堆積量と記す）Ｍａを演算する。
このような内燃機関の排気浄化装置１を装備したエンジン２の駆動時において、エンジンＥＣＵ１２は図示しないメインルーチンにおいて、上述の各種のセンサー出力が正常値であるか否かをチェックし、正常であればエンジンが駆動される。
エンジンの運転時において、酸化触媒２１を担持する触媒担持体２１１では多数の排ガス通路ｒ１に排ガスが分散して流入し、上述の（１）式に沿って排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）が生成され、下流側のフィルタ２２に流出される。フィルタ２２では各排ガス通路ｒ２−１に流入した排ガスが通路対向壁ｂを透過して各排ガス通路ｒ２−２の下流側出口に達し、大気中に排出される。この際、通路対向壁ｂを流通する排ガスが含有するＰＭがフィルタ２２に捕捉される。
このような状況下においてメインルーチンの途中で第６図に示すような強制再生制御処理に達する。
この強制再生制御処理では、ステップｓ１でＰＭ排出量Ｍｅをステップｓ２でＰＭ燃焼量Ｍｂをステップｓ３でＰＭ堆積量Ｍａを演算し、ステップｓ４でＰＭ堆積量Ｍａが所定値（Ｍａα）に達したのを判定した時点でステップｓ５に進み、フィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御（例えば、ポスト噴射制御を所定時間行う）を実行する。
ステップｓ１のＰＭ排出量Ｍｅの演算では、第２図に実線で示すような処理を実行する。排出量演算手段Ａ１において、まず、最新の吸入空気量Ｑａ、燃料噴射量Ｑｆを取り込み、空気過剰率λ｛＝Ｑａ／（Ｑｆ×１４、７）｝をλ演算部ａ１で算出する。更に、λ演算部ａ１では、第３図（ａ）のＰＭ排出量マップｍ１で空気過剰率λ相当のＰＭ排出量Ｍｅを演算する。ＰＭ排出量マップｍ１は前以て設定され、これは空気過剰率λが低下するとＰＭ排出量Ｍｅが急増する曲線特性を有する。
ステップｓ２のＰＭ燃焼量Ｍｂの演算では、フィルタ温度ｇｔを取り込み、次いで、第２図に示すような簡易燃焼速度係数演算部ｂ０での処理を実行する。
燃焼量演算手段Ａ２の簡易燃焼速度係数演算部ｂ０ではフィルタ温度ｇｔを取り込み、フィルタ温度ｇｔ相当の燃焼速度係数αを第３図（ｃ）の燃焼速度係数マップｍ０で算出する。この燃焼速度係数マップｍ０はフィルタ温度ｇｔ増に応じて増加度合を増す曲線特性を有する。
次にＰＭ燃焼量演算部ｂ４では次式（ｂ）によってＰＭ燃焼量Ｍｂが算出される。
Ｍｂ＝α×ＰＭ×ｔ・・・（ｂ）
ここで、ＰＭは測定時点で堆積しているＰＭ量で、前回堆積量に相当し，α×ＰＭが燃焼速度を示し、ｔが単位時間を示す。
ステップｓ３の堆積量演算手段Ａ３では、第２図に示すような処理、即ち、式（ｃ）に示すように、単位時間ｔ毎のＰＭ排出量ＭｅよりＰＭ燃焼量Ｍｂを減算してＰＭ堆積量Ｍａを算出する。
Ｍａ＝Ｍｅ−Ｍｂ・・・（ｃ）
この今回のＰＭ堆積量Ｍａはそれ以前の所定期間ｍｔに算出済みのＰＭ堆積量前回値Ｍａに積算され、積算堆積量Ｍａｐｍｔとして算出される。
更に、ステップｓ４に達すると、ここでは積算堆積量Ｍａｐｍｔが所定値Ｍａαを上回るか判断し、上回るまではステップｓ１からｓ４を繰返す。所定値Ｍａαはフィルタ２２に堆積するパティキュレートが連続燃焼した場合に、その燃焼熱でフィルタ２２自体が過熱により劣化することを避けるべく、その所定値Ｍａαが適宜設定される。
更に、積算堆積量Ｍａｐｍｔが所定値（Ｍａα）を上回るとしてステップｓ５に達すると、ここではフィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御として、ポスト噴射制御を所定時間行う。即ち、ステップｓ５では、第７図に示すように、現在の運転情報に応じた主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ（噴射期間Ｂｍ）、噴射時期ｔ１を導出し、更に、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ（噴射期間Ｂｓ）を予め設定された一定量として設定し、主噴射後の適当な噴射時期ｔ２に設定する。
これにより主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ及び噴射時期ｔ１相当の情報を含む出力Ｄｉｎｊと、これに加え、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ及び噴射時期ｔ２相当の情報を含む出力Ｄ’ｉｎｊを燃料噴射用ドライバ１０にセットし、メインルーチンにリターンする。これにより燃料噴射用ドライバ１０は所定噴射時期θｒをカウントし、主噴射Ｊ１及び後噴射Ｊ２を実行し、その後、排ガス温度が上昇し、酸化触媒ａ上のＨＣが燃焼し、更に、フィルタ２２上のフィルタ温度ｇｔが速やかに上回り、堆積量に相当する所定時間の間、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この強制再生制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
このように、ＰＭ排出量Ｍｅを空気過剰率λに基づき求め、ＰＭ燃焼量Ｍｂをフィルタ温度ｇｔに基づき求めることにより、ＰＭ堆積量検知精度を向上でき、この結果、強制再生のインターバル、即ち、前回と今回の強制再生制御処理の時間幅を適正にすることができ、燃費を適性に保持できる。
ここではフィルタ２２を強制的に昇温させるため、主噴射Ｊ１の後の膨張行程での後噴射Ｊ２で追加燃料を噴射するポスト噴射制御を行うので、特に強制再生用の外部熱源を特に用意することが無く、装置の簡素化を図れるが、場合により、強制再生手段として、排気路Ｒの排気後処理装置６に図示しない軽油バーナ、或いは図示しない電気ヒータを装着してステップｓ５での再生促進制御時にこれら強制再生手段を駆動し、フィルタ２２を再生しても良く、これらの場合、燃料制御系の制御が簡素化される。
次に、本発明の第２の実施形態を第８図、第９図を用いて説明する。
この実施形態においても、第１図の排気浄化装置１のハード構成をそのまま用いて、第８図のブロック図、或いは、第９図に示すような強制再生制御処理ルーチンを行う。
第８図では、排出量演算手段Ａ１’によってＰＭ排出量の演算を実行し、燃焼量演算手段Ａ２’によるＰＭ燃焼量の演算を実行し、更に堆積量演算手段Ａ３”によりＰＭ堆積量の演算を実行する。
初めに、排出量演算手段Ａ１’は、λ演算部ａ１’において、空気過剰率λ｛＝Ｑａ／（Ｑｆ×１４．７）｝を算出する。更に、区間λ頻度演算部ａ２−１’では、第４図（ａ）に示すように単位時間毎にλが規定値（例えば、１．２）以下で判定結果の判定値ｘ（＝１）とし、λが規定値を超えると判定結果の判定値ｘ（＝０）とする頻度判定を行い、更にその判定結果に基づき、区間Δｔ間の空気過剰率頻度γ（λ頻度）を移動荷重平均式である式（ｇ）を用いて演算する。
γｉ＝（γｉ−１×（ｉ−１）＋γｉ）／ｉ・・・・（ｇ）
ここで、γｉは、ｉ回目の頻度、γｉ−１は、ｉ回目の前の頻度を表すもので、ｉ番目のλ頻度γｉは、前回のλ頻度γｉ−１に（ｉ−１）を掛け、ｉ番目のλ頻度γｉを加算して、その値をｉで除算することにより求められる。
そして、第４図（ｂ）に示すように区間Δｔ間の最後のλ頻度γｉ＝γΔｔとする。
この場合大きなメモリを必要とせず、また、頻度を時系列で見ることが可能となる。
更に、（ｈ）式を用い、前回の頻度γｉ−１に重み係数ｗｆを掛けた値と、今回の判定値ｘｉに（１−ｗｆ）を掛けた値とを加算して今回の頻度γｉを算出しても良い。
γｉ＝γｉ−１×ｗｆ＋ｘｉ×（１−ｗｆ）・・・・（ｈ）
この場合、例えば、重み付け係数ｗｆ＝０．５とし、これより重み付け係数ｗｆが１に近づくほど前回の頻度γｉ−１の影響小となる特性を得ることができ、この重み付け係数ｗｆで算出された空気過剰率頻度を用いることで、外乱によるデータのずれをなまし処理でき、パティキュレート排出量の検出精度が向上する。
更に、排出量演算部ａ２−２’において、式（ｉ）を用いて区間Δｔ間の区間ＰＭ排出量ＭａΔｔを演算する。
ＭａΔｔ＝ｆ（γΔｔ）…（ｉ）
例えば、このＰＭ排出量は、区間λ頻度γΔｔに所定の係数Ｃを乗算して求めても良い。なお、この係数Ｃは、予め実験的に求められる。なお、式（ｉ）を用いた排出量演算の代わりに、予め区間λ頻度γΔｔに対するＰＭ排出量をマップ化し、該マップよりＰＭ排出量を求めても良い。
例えば、ＰＭ排出量マップは、第３図（ａ）中の空気過剰率に代えてλ頻度γに置き換えた場合に、第３図（ａ）とは逆の傾向を表す。即ち、λ頻度γが大きくなるとＰＭ排出量Ｍｅ（ＰＭ排出速度θ）が大となる。
次に、第８図の燃焼量演算手段Ａ２’について説明する。
この燃焼量演算手段Ａ２’は、温度頻度演算部ｂ１で単位時間毎のフィルタ温度ｇｔを取り込み、集計し、区間Δｔ間の温度頻度βΔｔを求める。
なお、単位時間ｔ毎にフィルタ温度ｇｔを取り込み、集計し、温度頻度βを算出した場合、大きなメモリが必要となり、コスト的に問題が生じ易いことから、上述の区間Δｔの温度頻度βを移動荷重平均式である（ｊ）式で算出しても良い。即ち、ｉ番目の温度頻度βｉは、前回の温度頻度βｉ−１に（ｉ−１）を掛け、ｉ番目の温度頻度βｉを加算して、その値をｉで除算してｉ番目の温度頻度βｉが求められる。
βｉ＝（βｉ＋βｉ−１×（ｉ−１））／ｉ・・・・（ｊ）
この場合大きなメモリを必要とせず、また、温度頻度βを時系列で見ることが可能となる。
そして、温度頻度補正部ｂ２でＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数を用いて区間温度頻度βΔｔを補正する。
次に、頻度補正部ｂ２で温度頻度βをＮＯｘ／Ｓｏｏｔで補正する。即ち、パティキュレートを焼却可能な本来の下限温度は６００℃程度であるが、本装置では酸化触媒２１を用いることで、ＮＯ２との酸化反応により、燃焼可能な下限温度を２５０℃まで下げることが可能となっている。しかしながら、そのＮＯ２の生成は排ガス中のＮＯｘ量に左右され、ＮＯｘ量が多い場合にはＮＯ２も多量に生成されるので２５０℃程度で安定した燃焼が得られるが、ＮＯｘ量が少ない場合にはＮＯ２の生成量も低下してしまうことから、２５０℃程度の温度状況では安定したＰＭ燃焼を得難くなる。つまり、ＰＭの焼却は排ガス中のＮＯｘ量、より詳しくは排ガス成分がＰＭを焼却し易い条件を具備しているか否かを表す指標として用いられるＮＯｘ／Ｓｏｏｔの影響を受ける。
このような理由より頻度補正部ｂ２ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆ（トルク相当値）に応じて、第５図（ａ）に示すＮＯｘ／Ｓｏｏｔマップｍ４を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔを設定し、第５図（ｂ）に示す補正係数Ｋａマップｍ５を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数Ｋを算出する。ここで、例を挙げるとＮＯｘ／Ｓｏｏｔが２５以上の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの増加に応じて１から次第に増加設定される一方、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔが２５未満の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの減少に応じて１から減少されて、１６未満の領域では一定値（＜１）に設定される。更に、頻度補正部ｂ２では補正係数Ｋを温度頻度βに乗算して補正する。
次に、燃焼速度演算部ｂ３において、式（ｋ）を用いて区間Δｔ間の区間ＰＭ燃焼速度係数αΔｔを演算する。
αΔｔ＝ｆ（βΔｔ）・・・・（ｋ）
なお、式（ｋ）を用いたＰＭ燃焼速度演算の代わりに、第３図（ｂ）のように予め区間温度頻度βΔｔに対するＰＭ燃焼速度をマップ化し、該マップよりＰＭ燃焼速度係数を求めても良い。
即ち、区間温度頻度βΔｔが大きくなると区間ＰＭ燃焼速度係数αΔｔが大となる。
更に、燃焼量演算部ｂ４”において、式（ｌ）を用いて区間Δｔ間の区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔを演算する。
ＭｂΔｔ＝αΔｔ＊ＰＭｉ−１・・・・（ｌ）
ここで、ＰＭｉ−１は、後述する堆積量演算手段Ａ３”で求められた前回のＰＭ堆積量を表すものである。
なお、式（ｌ）を用いたＰＭ燃焼量演算の代わりに、予め区間燃焼速度βΔｔに対するＰＭ燃焼量をマップ化し、ＰＭ燃焼量を求めても良い。
なお、マップは区間燃焼速度係数αΔｔが大きくなると区間ＰＭ燃焼量が大となる特性を有する。
最後に、第８図の堆積量演算手段Ａ３”について説明する。
堆積量演算手段Ａ３”では、今回（現在）のＰＭ堆積量ＰＭｉを、式（ｍ）を用いて演算する。
ＰＭｉ＝ＰＭｉ−１＋（ＭａΔｔ−ＭｂΔｔ）×Δｔ・・・・（ｍ）
なお、上述の実施態様では、燃焼量演算手段Ａ２’の燃焼量演算部ｂ４”により区間ＰＭ燃焼量を演算しているが、燃焼量演算手段Ａ２’を燃焼速度演算部ｂ３までで構成される燃焼速度演算手段Ａ２”として置き換えて、堆積量演算手段Ａ３”において、今回（現在）のＰＭ堆積量ＰＭｉを、式（ｎ）を用いて演算しても良い。
ＰＭｉ＝ＰＭｉ−１＋（ＭａΔｔ−αΔｔ×ＰＭｉ−１）×Δｔ・・・・（ｎ）
次に、第９図（ａ）〜第９図（ｃ）に示す強制再生制御処理ルーチンに従って説明する。第９図（ａ）は、強制再生時期検出ルーチンを示すものである。
該強制再生時期検出では、ステップｓ１０において区間ＰＭ排出量ＭａΔｔの演算処理を行い、ステップｓ２０において区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔの演算処理を行う。
ここで、第９図（ｂ）の区間ＰＭ排出量演算処理ルーチンを用いて区間ＰＭ排出量演算処理を説明する。
該区間ＰＭ排出量演算処理では、ステップｓ１１で吸入空気量Ｑａ及び燃料噴射量Ｑｆを取り込み、ステップｓ１２で吸入空気量Ｑａ及び燃料噴射量Ｑｆから区間Δｔ間の空気過剰率λを演算し、ステップｓ１３で第８図のλ頻度演算部ａ２−１’に従って空気過剰率頻度（λ頻度γ）を演算し、ステップｓ１４でＰＭ排出量ＭａΔｔ｛＝ｆ（γΔｔ）｝を演算して、演算処理を終了する。
さらに、第９図（ｃ）の区間ＰＭ燃焼量演算処理ルーチンを用いて区間ＰＭ燃焼量演算処理を説明する。
該区間ＰＭ燃焼量演算処理では、ステップｓ２１で触媒温度ｇｔを取り込み、ステップｓ２２で触媒温度ｇｔから区間温度頻度βΔｔを演算すると共にＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数を用いて区間温度頻度βΔｔを補正する。次に、ステップｓ２３で区間温度頻度βΔｔを用いて区間燃焼速度係数αΔｔ｛＝ｆ（βΔｔ）｝を演算し、ステップｓ２４で前回ＰＭ堆積量ＰＭｉ−１及び区間燃焼速度係数αΔｔを用いてＰＭ燃焼量ＭｂΔｔ｛＝αΔｔ×ＰＭｉ−１）｝を演算して、演算処理を終了する。
そして、第９図（ａ）において、ステップｓ１０の区間ＰＭ排出量ＭａΔｔの演算処理、及びステップｓ２０の区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔの演算処理を終了すると、更に、ステップｓ３０において現在のＰＭ堆積量ＰＭｉを、前回演算された前回ＰＭ堆積量ＰＭｉ−１、区間ＰＭ排出量ＭａΔｔ、及び区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔを用いて演算する。
そして、ステップｓ４０において、ＰＭ堆積量ＰＭｉが所定値以上になったと判断すると、ステップｓ５０においてフィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御を行う。なお、この強制再生制御は所定時間に亘って主噴射後の適当な噴射時期に所定量のポスト噴射を行うことにより達成される。
これにより排ガス温度が上昇し、フィルタ温度ｇｔが速やかに上回り、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却され、この強制再生制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
このように、区間Δｔ毎に区間ＰＭ排出量Ｍａ及び区間ＰＭ燃焼量Ｍｂに基づきＰＭ堆積量を求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、パティキュレート堆積量ＰＭｉを精度良く検知でき、パティキュレート堆積量の精度が特に向上して強制再生のインターバルを適正にすることができ、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制できる。
更に、上述の燃焼量演算手段Ａ２’が、区間Δｔ（所定期間）内での排気ガス温度ｇｔが特定温度（２５０℃）以上の温度頻度を区間排気温度頻度βとして求めたり、区間Δｔ間における温度頻度βの平均値として求めても良い。
この場合も第９図（ａ）〜第９図（ｃ）の排気浄化装置１の強制再生制御処理の場合と同様の作用効果が得られ、特に、総パティキュレート堆積量を表す総堆積量頻度を求めるので、堆積量検知精度が向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
上述の実施形態では、フィルタをハニカム構造体として形成されたものに基づいて、説明したが、これに限定されるものではなく、ワイヤメッシュや三次元構造体であっても良い。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、パティキュレート堆積量を精度良く検知でき、ディーゼル車に搭載された場合に、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制でき、その効果を十分に発揮できる。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【技術分野】
この発明は、内燃機関の排ガス中よりカーボン粒子等を捕集する内燃機関の排気浄化装置、特に、フィルタによって捕集されたカーボンを酸化触媒により生成された二酸化窒素（ＮＯ２）を利用してフィルタ上で酸化除去する内燃機関の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の排ガス中には、カーボン微粒子等を核とするパティキュレートが混入しており、このパティキュレートを大気中に放出することなく捕集するためにディーゼルエンジンの排ガス流路上にはパティキュレートフィルタが装着される。このパティキュレートフィルタはパティキュレート堆積量が増加すると、これを焼却して再生する必要がある。
そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレート（ＰＭ）の堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレートを強制焼却すべく加熱する強制再生手段を駆動している。例えば、強制再生手段としては、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段や、電気ヒータ或いは軽油バーナーを駆動させて排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
このように、強制再生手段はフィルタを高温に維持する必要上、燃費悪化を招き易く、これを抑制する上で精度良く強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
ところで、パティキュレートは６００℃程度の高温で酸素により酸化処理可能であるが、低温の２５０℃程度でも低温燃焼を可能とし、これにより焼却可能域を拡大し、再生促進を図れるようにした連続再生式フィルタ装置が知られている。
この連続再生式フィルタ装置は、パティキュレートフィルタに対して排気路上流側に酸化触媒を配備し、ここで下記（１）式の反応を促進させることで排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する。
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２・・・・・（１）
この二酸化窒素（ＮＯ２）は高活性であり、パティキュレートフィルタに達した際に同フィルタに捕集済みのパティキュレート（カーボン粒子）と下記（２），（３）式で示す反応を促進させることでパティキュレートフィルタを再生している。
ＮＯ２＋Ｃ→ＮＯ＋ＣＯ・・・・・（２）
ＮＯ２＋ＣＯ→ＮＯ＋ＣＯ２・・・・・（３）
ところが低温燃焼を可能とした連続再生式フィルタ装置であっても、車両が街中を走行し低負荷運転域が長く続くような場合には排温が上昇せず、フィルタにパティキュレートが堆積しやすく、強制焼却して再生する必要がある。
そこで、連続再生式フィルタ装置であっても、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレート（ＰＭ）の堆積量を検知し、堆積量が再生判定値を上回ると排温を強制的に上昇させてパティキュレートを焼却する強制再生手段が採用され、例えば、内燃機関の燃料供給系に主噴射に加えて、その後の膨張行程や排気行程で追加燃料噴射を行い排温を強制的に上昇させる手段が用いられている。
例えば、フィルタに堆積したパティキュレート堆積量を簡易的に排温頻度から推定する方法が本出願人により特願２００１−１４４５０１号（特許文献１）によって提案され、特開２００２−２７６４２２公報（特許文献２）には酸化触媒とパティキュレートフィルタ及びＮＯｘ触媒を排気路上流側よりこの順に配備し再生時にリッチ運転する連続再生型ＤＰＦが開示されている。
ところで、パティキュレートフィルタの上流に酸化触媒を配備した連続再生式フィルタ装置、或いは単にパティキュレートフィルタのみから成るパティキュレート浄化装置の何れであっても、堆積量が再生判定値を上回るとパティキュレート焼却処理に入る。ところが、この堆積量が的確に判定されていないと、即ち、堆積量を過大判定すると強制再生インターバルが狭まり燃費悪化を招き、堆積量を過小判定すると過度にパティキュレートが堆積し、これが燃焼して温度上昇が過大となりフィルタ破損にいたる可能性が有る。したがって、精度良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つ必要がある。
そこで、排気流量とフィルタ圧力損失の関係からフィルタに堆積したパティキュレートＰＭの堆積量を検知する方法が用いられてきたが、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。特に、連続再生式フィルタ装置では連続再生において部分的な燃焼が生じてパティキュレートの堆積密度の不均一が発生しやすく、流量−圧力損失−パティキュレート堆積量の関係が大きく崩れ、より精度の良いパティキュレート量推定処理が望まれている。
なお、特許文献１で提案されている連続再生式フィルタ装置では、パティキュレート堆積量を推定するに当たり、連続再生時のパティキュレート燃焼量の推定は可能であるがパティキュレート排出量の推定が的確で無いことによりパティキュレート堆積量検知精度が比較的低く、改善が望まれている。特許文献２で提案されている連続再生式フィルタ装置はパティキュレート堆積量により再生時を判断することなく、再生時にリッチ運転するのみであり、燃費悪化を招き易い。
本発明は、上述の課題に基づき、精度が良く、強制再生時期を検知し、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制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。
【発明の開示】
本発明による内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率に基づき演算する排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする。
このように、パティキュレート燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度で求め、パティキュレート排出量を空気過剰率に基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
好ましくは、前記堆積量演算手段により推定されたパティキュレート堆積量が所定値を超えたとき、主燃料噴射の後の膨張行程又は排気行程に噴射された追加燃料により、排気ガス昇温を行うか、又は触媒やフィルタへＨＣを供給しフィルタ上で燃焼させる強制再生手段を備えるとしても良い。この場合、強制再生手段として追加燃料噴射による強制再生処理の他に、軽油バーナ、電気ヒータでの強制再生処理を同様に行うことができる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関の運転時の空気過剰率が所定過剰率以下の空気過剰率頻度を演算する空気過剰率頻度演算手段、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率頻度に基づき求める排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が所定温度以上の温度頻度を演算する温度頻度演算手段、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼量を温度頻度に基づき求める燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により求められたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により求められたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段を備えたことを特徴とする。
この場合、ＰＭ燃焼量を排気ガス温度又はフィルタ温度の温度頻度に対応するパティキュレート燃焼速度を用いて求めると共に、ＰＭ排出量を空気過剰率の頻度に基づき求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記排出量演算手段は、前記空気過剰率頻度演算手段により演算された所定期間内の区間空気過剰率頻度に対応する前記所定期間内の区間パティキュレート排出量を求めると共に、前記燃焼量演算手段は、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼速度を温度頻度に基づき求める燃焼速度演算部を含み、前記燃焼速度演算部により求められた前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼速度及び前記堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量に基づき前記フィルタに堆積されたパティキュレートの前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼量を求め、更に、前記堆積量演算手段は、同堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量、前記排出量演算手段により求められた区間パティキュレート排出量、及び前記燃焼量演算手段により求められた区間パティキュレート燃焼量に基づき、今回のパティキュレート堆積量を求めることを特徴とする。
この場合、区間ＰＭ燃焼量を区間パティキュレート燃焼速度及び前回求められたパティキュレート堆積量で求め、区間ＰＭ排出量を区間空気過剰率の頻度に基づき求め、更に今回のパティキュレート堆積量を前回演算されたパティキュレート堆積量、区間ＰＭ排出量及び区間ＰＭ燃焼量に基づき求めることにより、現在のＰＭ堆積量の検知精度をより向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
好ましくは、前記排出量演算手段は、空気過剰率が所定値以下の頻度を重み付け係数を用いて加重平均して区間空気過剰率頻度を求めても良い。この場合、例えば、重み付け係数ｗｆ＝０．５とし、これより重み付け係数ｗｆが１に近づくほど前回値の影響小となる特性を得ることができ、この重み付け係数で算出された区間空気過剰率頻度を用いることで、パティキュレート排出量の検出精度が向上する。
更に、前記排出量演算手段は、空気過剰率が所定値以下の区間頻度βｉを、次式に基づき算出しても良い。
βｉ＝（ｘｉ＋βｉ−１×（ｉ−１））／ｉ
所定空気過剰率以下の時：ｘｉ＝１
所定空気過剰率を超える時：ｘｉ＝０
但し、βｉはｉ番目の頻度、βｉ−１は、前回の頻度、ｘｉは、ｉ番目の判定値。
温度頻度も上記と同様の方法で求めても良い。この場合もパティキュレート排出量の検出精度が向上する。
好ましくは、前記所定期間が、単位時間、所定燃料量を消費した期間、所定走行距離の何れかであるとしても良い。この場合も同様の効果が得られる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記区間パティキュレート排出量演算処理では、吸入空気量及び燃料噴射量を取り込むステップと、吸入空気量及び燃料噴射量から所定区間Δｔ内の空気過剰率を演算するステップと、所定区間Δｔ内の空気過剰率に従って空気過剰率頻度γΔｔを演算するステップと、区間パティキュレート排出量ＭａΔｔ｛＝ｆ（γΔｔ）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする。
この場合、区間ＰＭ排出量演算処理を、適確に行なえ、現在のＰＭ堆積量の検知精度をより向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記区間ＰＭ燃焼量演算処理では、触媒温度ｇｔを取り込むステップと、触媒温度ｇｔから区間温度頻度βΔｔを演算すると共に排気ガス成分がパティキュレートを焼却し易い条件を具備するか否かの指標ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数を用いて区間温度頻度βΔｔを補正するステップと、区間温度頻度βΔｔを用いて区間燃焼速度係数αΔｔ｛＝ｆ（βΔｔ）｝を演算するステップと、前回ＰＭ堆積量ＰＭｉ−１及び区間燃焼速度係数αΔｔを用いてＰＭ燃焼量ＭｂΔｔ｛＝αΔｔ×ＰＭｉ−１）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする。
この場合、区間ＰＭ燃焼量演算処理を、適確に行なえ、現在のＰＭ堆積量の検知精度をより向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施形態例としての内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
第２図は第１図の排気浄化装置の機能ブロック図である。
第３図は第１図の排気浄化装置の強制再生制御処理で用いるマップ特性説明図であり、第３図（ａ）は空気過剰率からＰＭ排出量Ｓｏｏｔを推定するためのマップを、第３図（ｂ）は温度頻度からＰＭ燃焼速度を推定するためのマップを、第３図（ｃ）は簡易強制再生制御処理で用いる温度頻度から簡易燃焼速度係数を推定するためのマップを示す。
第４図は第１図の排気浄化装置の強制再生制御処理での空気過剰率の頻度の経時変化を説明する線図であり、第４図（ａ）は頻度判定結果の経時変化を、第４図（ｂ）は空気過剰率頻度の移動荷重平均値の波形を示す。
第５図は第１図の排気浄化装置で用いるマップ特性説明図であり、第５図（ａ）は燃料噴射量及びエンジン回転速度からＮＯｘ／Ｓｏｏｔを推定するためのマップを、第５図（ｂ）はＮＯｘ／Ｓｏｏｔから補正係数Ｋを設定するためのマップを示す。
第６図は第１図の排気浄化装置の強制再生制御処理ルーチンのフローチャートである。
第７図は第６図の強制再生制御処理ルーチン中のステップｓ５で行われるポスト噴射の噴射説明図である。
第８図は本発明の第２実施形態として、第２図に対応する排気浄化装置の機能を説明するブロック図である。
第９図は第８図のブロック図に対応するＰＭ堆積量演算に基づく強制再生制御処理ルーチンのフローチャートであり、第９図（ａ）は強制再生時期検出ルーチンを、第９図（ｂ）は区間ＰＭ排出量演算ルーチンを、第９図（ｃ）は区間ＰＭ燃焼量演算ルーチンを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
本発明の第１実施形態を第１図乃至第７図を用いて説明する。
第１図は第１の実施形態として本発明を適用した内燃機関の排気浄化装置１を装着したディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）２である。このエンジン２は燃焼室３より延出する排気路Ｒを備え、この排気路Ｒには排気マニホールド４、排気管５、その途中に配備される排気後処理装置６、その下流の図示しないマフラーを順次接続して形成される。エンジン２は直列４気筒エンジンであり、各気筒にはインジェクタ８が設けられている。各インジェクタ８にはこれに燃料を供給する燃料供給部９と、インジェクタ８により燃焼室３に燃料噴射を行う燃料噴射部１１を備え、これらはエンジンＥＣＵ１２により駆動制御される。
燃料供給部９はエンジン駆動の高圧燃料ポンプ１３の高圧燃料をエンジンＥＣＵ１２内の燃圧制御部１２１により制御される燃圧調整部１４で定圧化した上でコモンレール１５に導き、コモンレール１５より分岐して延出する燃料管路１６を介し各インジェクタ８に供給する。インジェクタ８の電磁バルブ１７は噴射制御部１２２に接続され、同噴射制御部１２２は演算された燃料噴射量、噴射時期に応じた出力信号を電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８を噴射制御する。
ここで噴射制御部１２２はエンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込量θａに応じた燃料噴射量及び燃料噴射時期を求める。その上で、演算された噴射時期及び燃料噴射量相当の出力信号をインジェクタドライバ１０にセットし、燃料噴射部１１の電磁バルブ１７に出力し、インジェクタ８の燃料噴射を制御する。
排気管５の途中の排気後処理装置６は金属筒状のケーシング１８を備え、その膨出部１８１の内側に排気路Ｒに沿って酸化触媒２１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以後単にフィルタと記す）２２を直列状に備える。なお、酸化触媒２１及びフィルタ２２はそれぞれ膨出部１８１との間に各々を支持する支持部材１９、たとえば、石綿や嵩高形状の金属網状体を介装している。
酸化触媒２１は触媒担持体に担持され、触媒担持体２１１内の各排ガス通路ｒ１は両端部が開放され、排ガスを排気路Ｒ上流より下流側に容易に通過させることができる。触媒担持体２１１はセラミック製で断面がハニカム構造を成すモノリシス型であり、互いに並列配備された多数の排ガス通路ｒ１を形成され、各通路の通路対向壁面に酸化触媒２１が触媒層を成して担持される。
ＮＯ２を生成する機能部を成す酸化触媒２１は、エンジン２から排出される排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸素Ｏ２で酸化して高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）に生成し、すなわち、上述の（１）式の生成反応を促進できる触媒性能を備えるものが選択され、ここではプラチナ系酸化触媒が採用された。
フィルタ２２はセラミック製、例えば、Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉを主成分とするコージェライトから成り、多数の排ガス通路ｒ２（ｒ２−１、ｒ２−２）を排気路Ｒの方向に向けて並列状に積層してなるハニカム構造体として形成される。ここで互いに隣合う各排ガス通路ｒ２は交互に排気路Ｒ上流側と下流側のいずれか一方が端部２３で閉鎖されるように形成される。これにより上流側に流入した排ガスは各排ガス通路ｒ２−１の通路対向壁ｂを透過して排気路Ｒ下流側に出口を形成された各排ガス通路ｒ２−２に達し、排出され、その際、排ガス中よりパティキュレート（ＰＭ）を濾過する。
エンジンＥＣＵ１２は、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローセンサ７と、エンジン２のアクセルペダル開度θａを検出するアクセルペダル開度センサ２４と、クランク角情報Δθを検出するクランク角センサ２５と、排気温度ｇｔを検出する排気温度センサ２６と、水温ｗｔを検出する水温センサ２７と、大気圧ｐａを出力する大気圧センサ２８と、アイドル信号ＩＤを出力するアイドルスイッチ２９が接続される。ここでクランク角情報ΔθはエンジンＥＣＵ１２においてエンジン回転数Ｎｅの導出に用いられると共に後述の燃料噴射時期制御に使用される。
エンジンＥＣＵ１２はその入出力回路に多数のポートを有し、アクセルペダル開度センサ２４、クランク角センサ２５、排気温度センサ２６、水温センサ２７、大気圧センサ２８等よりの検出信号を採り込む。エンジンＥＣＵ１２は燃圧制御部１２１、噴射制御部１２２や周知のエンジン制御処理機能を備え、特に、強制再生制御を成す排出量演算手段Ａ１、燃焼量演算手段Ａ２、堆積量演算手段Ａ３の制御機能を備える（第２図参照）。
ここで、排出量演算手段Ａ１はエンジン２から排出されるパティキュレートの排出量（以後ＰＭ排出量と記す）Ｍｅを空気過剰率λに基づき演算する。ここではＰＭ排出量Ｍｅ演算マップｍ１（第３図（ａ）参照）を用い、空気過剰率λよりＰＭ排出量Ｍｅを積算する。
燃焼量演算手段Ａ２はフィルタ２２上流の排気ガス温度ｇｔ又はフィルタ２２のフィルタ温度（排気ガス温度と同値と見做す）ｇｔに基づきパティキュレート燃焼量（以後ＰＭ燃焼量と記す）Ｍｂを演算する。
堆積量演算手段Ａ３は排出量演算手段Ａ１により演算されたパティキュレート排出量Ｍａ及び燃焼量演算手段Ａ２により演算されたパティキュレート燃焼量Ｍｂに基づきフィルタ２２へのパティキュレート堆積量（以後ＰＭ堆積量と記す）Ｍａを演算する。
このような内燃機関の排気浄化装置１を装備したエンジン２の駆動時において、エンジンＥＣＵ１２は図示しないメインルーチンにおいて、上述の各種のセンサー出力が正常値であるか否かをチェックし、正常であればエンジンが駆動される。
エンジンの運転時において、酸化触媒２１を担持する触媒担持体２１１では多数の排ガス通路ｒ１に排ガスが分散して流入し、上述の（１）式に沿って排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて高活性の二酸化窒素（ＮＯ２）が生成され、下流側のフィルタ２２に流出される。フィルタ２２では各排ガス通路ｒ２−１に流入した排ガスが通路対向壁ｂを透過して各排ガス通路ｒ２−２の下流側出口に達し、大気中に排出される。この際、通路対向壁ｂを流通する排ガスが含有するＰＭがフィルタ２２に捕捉される。
このような状況下においてメインルーチンの途中で第６図に示すような強制再生制御処理に達する。
この強制再生制御処理では、ステップｓ１でＰＭ排出量Ｍｅをステップｓ２でＰＭ燃焼量Ｍｂをステップｓ３でＰＭ堆積量Ｍａを演算し、ステップｓ４でＰＭ堆積量Ｍａが所定値（Ｍａα）に達したのを判定した時点でステップｓ５に進み、フィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御（例えば、ポスト噴射制御を所定時間行う）を実行する。
ステップｓ１のＰＭ排出量Ｍｅの演算では、第２図に実線で示すような処理を実行する。排出量演算手段Ａ１において、まず、最新の吸入空気量Ｑａ、燃料噴射量Ｑｆを取り込み、空気過剰率λ｛＝Ｑａ／（Ｑｆ×１４、７）｝をλ演算部ａ１で算出する。更に、λ演算部ａ１では、第３図（ａ）のＰＭ排出量マップｍ１で空気過剰率λ相当のＰＭ排出量Ｍｅを演算する。ＰＭ排出量マップｍ１は前以て設定され、これは空気過剰率λが低下するとＰＭ排出量Ｍｅが急増する曲線特性を有する。
ステップｓ２のＰＭ燃焼量Ｍｂの演算では、フィルタ温度ｇｔを取り込み、次いで、第２図に示すような簡易燃焼速度係数演算部ｂ０での処理を実行する。
燃焼量演算手段Ａ２の簡易燃焼速度係数演算部ｂ０ではフィルタ温度ｇｔを取り込み、フィルタ温度ｇｔ相当の燃焼速度係数αを第３図（ｃ）の燃焼速度係数マップｍ０で算出する。この燃焼速度係数マップｍ０はフィルタ温度ｇｔ増に応じて増加度合を増す曲線特性を有する。
次にＰＭ燃焼量演算部ｂ４では次式（ｂ）によってＰＭ燃焼量Ｍｂが算出される。
Ｍｂ＝α×ＰＭ×ｔ・・・（ｂ）
ここで、ＰＭは測定時点で堆積しているＰＭ量で、前回堆積量に相当し，α×ＰＭが燃焼速度を示し、ｔが単位時間を示す。
ステップｓ３の堆積量演算手段Ａ３では、第２図に示すような処理、即ち、式（ｃ）に示すように、単位時間ｔ毎のＰＭ排出量ＭｅよりＰＭ燃焼量Ｍｂを減算してＰＭ堆積量Ｍａを算出する。
Ｍａ＝Ｍｅ−Ｍｂ・・・（ｃ）
この今回のＰＭ堆積量Ｍａはそれ以前の所定期間ｍｔに算出済みのＰＭ堆積量前回値Ｍａに積算され、積算堆積量Ｍａｐｍｔとして算出される。
更に、ステップｓ４に達すると、ここでは積算堆積量Ｍａｐｍｔが所定値Ｍａαを上回るか判断し、上回るまではステップｓ１からｓ４を繰返す。所定値Ｍａαはフィルタ２２に堆積するパティキュレートが連続燃焼した場合に、その燃焼熱でフィルタ２２自体が過熱により劣化することを避けるべく、その所定値Ｍａαが適宜設定される。
更に、積算堆積量Ｍａｐｍｔが所定値（Ｍａα）を上回るとしてステップｓ５に達すると、ここではフィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御として、ポスト噴射制御を所定時間行う。即ち、ステップｓ５では、第７図に示すように、現在の運転情報に応じた主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ（噴射期間Ｂｍ）、噴射時期ｔ１を導出し、更に、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ（噴射期間Ｂｓ）を予め設定された一定量として設定し、主噴射後の適当な噴射時期ｔ２に設定する。
これにより主噴射Ｊ１用の燃料噴射量ＩＮＪｎ及び噴射時期ｔ１相当の情報を含む出力Ｄｉｎｊと、これに加え、後噴射Ｊ２用の後噴射量ＩＮＪｐ及び噴射時期ｔ２相当の情報を含む出力Ｄ’ｉｎｊを燃料噴射用ドライバ１０にセットし、メインルーチンにリターンする。これにより燃料噴射用ドライバ１０は所定噴射時期θｒをカウントし、主噴射Ｊ１及び後噴射Ｊ２を実行し、その後、排ガス温度が上昇し、酸化触媒ａ上のＨＣが燃焼し、更に、フィルタ２２上のフィルタ温度ｇｔが速やかに上回り、堆積量に相当する所定時間の間、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却される。この強制再生制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
このように、ＰＭ排出量Ｍｅを空気過剰率λに基づき求め、ＰＭ燃焼量Ｍｂをフィルタ温度ｇｔに基づき求めることにより、ＰＭ堆積量検知精度を向上でき、この結果、強制再生のインターバル、即ち、前回と今回の強制再生制御処理の時間幅を適正にすることができ、燃費を適性に保持できる。
ここではフィルタ２２を強制的に昇温させるため、主噴射Ｊ１の後の膨張行程での後噴射Ｊ２で追加燃料を噴射するポスト噴射制御を行うので、特に強制再生用の外部熱源を特に用意することが無く、装置の簡素化を図れるが、場合により、強制再生手段として、排気路Ｒの排気後処理装置６に図示しない軽油バーナ、或いは図示しない電気ヒータを装着してステップｓ５での再生促進制御時にこれら強制再生手段を駆動し、フィルタ２２を再生しても良く、これらの場合、燃料制御系の制御が簡素化される。
次に、本発明の第２の実施形態を第８図、第９図を用いて説明する。
この実施形態においても、第１図の排気浄化装置１のハード構成をそのまま用いて、第８図のブロック図、或いは、第９図に示すような強制再生制御処理ルーチンを行う。
第８図では、排出量演算手段Ａ１’によってＰＭ排出量の演算を実行し、燃焼量演算手段Ａ２’によるＰＭ燃焼量の演算を実行し、更に堆積量演算手段Ａ３”によりＰＭ堆積量の演算を実行する。
初めに、排出量演算手段Ａ１’は、λ演算部ａ１’において、空気過剰率λ｛＝Ｑａ／（Ｑｆ×１４．７）｝を算出する。更に、区間λ頻度演算部ａ２−１’では、第４図（ａ）に示すように単位時間毎にλが規定値（例えば、１．２）以下で判定結果の判定値ｘ（＝１）とし、λが規定値を超えると判定結果の判定値ｘ（＝０）とする頻度判定を行い、更にその判定結果に基づき、区間Δｔ間の空気過剰率頻度γ（λ頻度）を移動荷重平均式である式（ｇ）を用いて演算する。
γｉ＝（γｉ−１×（ｉ−１）＋γｉ）／ｉ・・・・（ｇ）
ここで、γｉは、ｉ回目の頻度、γｉ−１は、ｉ回目の前の頻度を表すもので、ｉ番目のλ頻度γｉは、前回のλ頻度γｉ−１に（ｉ−１）を掛け、ｉ番目のλ頻度γｉを加算して、その値をｉで除算することにより求められる。
そして、第４図（ｂ）に示すように区間Δｔ間の最後のλ頻度γｉ＝γΔｔとする。
この場合大きなメモリを必要とせず、また、頻度を時系列で見ることが可能となる。
更に、（ｈ）式を用い、前回の頻度γｉ−１に重み係数ｗｆを掛けた値と、今回の判定値ｘｉに（１−ｗｆ）を掛けた値とを加算して今回の頻度γｉを算出しても良い。
γｉ＝γｉ−１×ｗｆ＋ｘｉ×（１−ｗｆ）・・・・（ｈ）
この場合、例えば、重み付け係数ｗｆ＝０．５とし、これより重み付け係数ｗｆが１に近づくほど前回の頻度γｉ−１の影響小となる特性を得ることができ、この重み付け係数ｗｆで算出された空気過剰率頻度を用いることで、外乱によるデータのずれをなまし処理でき、パティキュレート排出量の検出精度が向上する。
更に、排出量演算部ａ２−２’において、式（ｉ）を用いて区間Δｔ間の区間ＰＭ排出量ＭａΔｔを演算する。
ＭａΔｔ＝ｆ（γΔｔ）…（ｉ）
例えば、このＰＭ排出量は、区間λ頻度γΔｔに所定の係数Ｃを乗算して求めても良い。なお、この係数Ｃは、予め実験的に求められる。なお、式（ｉ）を用いた排出量演算の代わりに、予め区間λ頻度γΔｔに対するＰＭ排出量をマップ化し、該マップよりＰＭ排出量を求めても良い。
例えば、ＰＭ排出量マップは、第３図（ａ）中の空気過剰率に代えてλ頻度γに置き換えた場合に、第３図（ａ）とは逆の傾向を表す。即ち、λ頻度γが大きくなるとＰＭ排出量Ｍｅ（ＰＭ排出速度θ）が大となる。
次に、第８図の燃焼量演算手段Ａ２’について説明する。
この燃焼量演算手段Ａ２’は、温度頻度演算部ｂ１で単位時間毎のフィルタ温度ｇｔを取り込み、集計し、区間Δｔ間の温度頻度βΔｔを求める。
なお、単位時間ｔ毎にフィルタ温度ｇｔを取り込み、集計し、温度頻度βを算出した場合、大きなメモリが必要となり、コスト的に問題が生じ易いことから、上述の区間Δｔの温度頻度βを移動荷重平均式である（ｊ）式で算出しても良い。即ち、ｉ番目の温度頻度βｉは、前回の温度頻度βｉ−１に（ｉ−１）を掛け、ｉ番目の温度頻度βｉを加算して、その値をｉで除算してｉ番目の温度頻度βｉが求められる。
βｉ＝（βｉ＋βｉ−１×（ｉ−１））／ｉ・・・・（ｊ）
この場合大きなメモリを必要とせず、また、温度頻度βを時系列で見ることが可能となる。
そして、温度頻度補正部ｂ２でＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数を用いて区間温度頻度βΔｔを補正する。
次に、頻度補正部ｂ２で温度頻度βをＮＯｘ／Ｓｏｏｔで補正する。即ち、パティキュレートを焼却可能な本来の下限温度は６００℃程度であるが、本装置では酸化触媒２１を用いることで、ＮＯ２との酸化反応により、燃焼可能な下限温度を２５０℃まで下げることが可能となっている。しかしながら、そのＮＯ２の生成は排ガス中のＮＯｘ量に左右され、ＮＯｘ量が多い場合にはＮＯ２も多量に生成されるので２５０℃程度で安定した燃焼が得られるが、ＮＯｘ量が少ない場合にはＮＯ２の生成量も低下してしまうことから、２５０℃程度の温度状況では安定したＰＭ燃焼を得難くなる。つまり、ＰＭの焼却は排ガス中のＮＯｘ量、より詳しくは排ガス成分がＰＭを焼却し易い条件を具備しているか否かを表す指標として用いられるＮＯｘ／Ｓｏｏｔの影響を受ける。
このような理由より頻度補正部ｂ２ではエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆ（トルク相当値）に応じて、第５図（ａ）に示すＮＯｘ／Ｓｏｏｔマップｍ４を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔを設定し、第５図（ｂ）に示す補正係数Ｋａマップｍ５を用い、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数Ｋを算出する。ここで、例を挙げるとＮＯｘ／Ｓｏｏｔが２５以上の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの増加に応じて１から次第に増加設定される一方、ＮＯｘ／Ｓｏｏｔが２５未満の領域ではＮＯｘ／Ｓｏｏｔの減少に応じて１から減少されて、１６未満の領域では一定値（＜１）に設定される。更に、頻度補正部ｂ２では補正係数Ｋを温度頻度βに乗算して補正する。
次に、燃焼速度演算部ｂ３において、式（ｋ）を用いて区間Δｔ間の区間ＰＭ燃焼速度係数αΔｔを演算する。
αΔｔ＝ｆ（βΔｔ）・・・・（ｋ）
なお、式（ｋ）を用いたＰＭ燃焼速度演算の代わりに、第３図（ｂ）のように予め区間温度頻度βΔｔに対するＰＭ燃焼速度をマップ化し、該マップよりＰＭ燃焼速度係数を求めても良い。
即ち、区間温度頻度βΔｔが大きくなると区間ＰＭ燃焼速度係数αΔｔが大となる。
更に、燃焼量演算部ｂ４”において、式（ｌ）を用いて区間Δｔ間の区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔを演算する。
ＭｂΔｔ＝αΔｔ＊ＰＭｉ−１・・・・（ｌ）
ここで、ＰＭｉ−１は、後述する堆積量演算手段Ａ３”で求められた前回のＰＭ堆積量を表すものである。
なお、式（ｌ）を用いたＰＭ燃焼量演算の代わりに、予め区間燃焼速度βΔｔに対するＰＭ燃焼量をマップ化し、ＰＭ燃焼量を求めても良い。
なお、マップは区間燃焼速度係数αΔｔが大きくなると区間ＰＭ燃焼量が大となる特性を有する。
最後に、第８図の堆積量演算手段Ａ３”について説明する。
堆積量演算手段Ａ３”では、今回（現在）のＰＭ堆積量ＰＭｉを、式（ｍ）を用いて演算する。
ＰＭｉ＝ＰＭｉ−１＋（ＭａΔｔ−ＭｂΔｔ）×Δｔ・・・・（ｍ）
なお、上述の実施態様では、燃焼量演算手段Ａ２’の燃焼量演算部ｂ４”により区間ＰＭ燃焼量を演算しているが、燃焼量演算手段Ａ２’を燃焼速度演算部ｂ３までで構成される燃焼速度演算手段Ａ２”として置き換えて、堆積量演算手段Ａ３”において、今回（現在）のＰＭ堆積量ＰＭｉを、式（ｎ）を用いて演算しても良い。
ＰＭｉ＝ＰＭｉ−１＋（ＭａΔｔ−αΔｔ×ＰＭｉ−１）×Δｔ・・・・（ｎ）
次に、第９図（ａ）〜第９図（ｃ）に示す強制再生制御処理ルーチンに従って説明する。第９図（ａ）は、強制再生時期検出ルーチンを示すものである。
該強制再生時期検出では、ステップｓ１０において区間ＰＭ排出量ＭａΔｔの演算処理を行い、ステップｓ２０において区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔの演算処理を行う。
ここで、第９図（ｂ）の区間ＰＭ排出量演算処理ルーチンを用いて区間ＰＭ排出量演算処理を説明する。
該区間ＰＭ排出量演算処理では、ステップｓ１１で吸入空気量Ｑａ及び燃料噴射量Ｑｆを取り込み、ステップｓ１２で吸入空気量Ｑａ及び燃料噴射量Ｑｆから区間Δｔ間の空気過剰率λを演算し、ステップｓ１３で第８図のλ頻度演算部ａ２−１’に従って空気過剰率頻度（λ頻度γ）を演算し、ステップｓ１４でＰＭ排出量ＭａΔｔ｛＝ｆ（γΔｔ）｝を演算して、演算処理を終了する。
さらに、第９図（ｃ）の区間ＰＭ燃焼量演算処理ルーチンを用いて区間ＰＭ燃焼量演算処理を説明する。
該区間ＰＭ燃焼量演算処理では、ステップｓ２１で触媒温度ｇｔを取り込み、ステップｓ２２で触媒温度ｇｔから区間温度頻度βΔｔを演算すると共にＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数を用いて区間温度頻度βΔｔを補正する。次に、ステップｓ２３で区間温度頻度βΔｔを用いて区間燃焼速度係数αΔｔ｛＝ｆ（βΔｔ）｝を演算し、ステップｓ２４で前回ＰＭ堆積量ＰＭｉ−１及び区間燃焼速度係数αΔｔを用いてＰＭ燃焼量ＭｂΔｔ｛＝αΔｔ×ＰＭｉ−１）｝を演算して、演算処理を終了する。
そして、第９図（ａ）において、ステップｓ１０の区間ＰＭ排出量ＭａΔｔの演算処理、及びステップｓ２０の区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔの演算処理を終了すると、更に、ステップｓ３０において現在のＰＭ堆積量ＰＭｉを、前回演算された前回ＰＭ堆積量ＰＭｉ−１、区間ＰＭ排出量ＭａΔｔ、及び区間ＰＭ燃焼量ＭｂΔｔを用いて演算する。
そして、ステップｓ４０において、ＰＭ堆積量ＰＭｉが所定値以上になったと判断すると、ステップｓ５０においてフィルタ２２を強制的に昇温させるための強制再生制御を行う。なお、この強制再生制御は所定時間に亘って主噴射後の適当な噴射時期に所定量のポスト噴射を行うことにより達成される。
これにより排ガス温度が上昇し、フィルタ温度ｇｔが速やかに上回り、パティキュレートが高温雰囲気下で十分に焼却され、この強制再生制御処理によりフィルタ２２は確実に再生される。
このように、区間Δｔ毎に区間ＰＭ排出量Ｍａ及び区間ＰＭ燃焼量Ｍｂに基づきＰＭ堆積量を求めることにより、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、パティキュレート堆積量ＰＭｉを精度良く検知でき、パティキュレート堆積量の精度が特に向上して強制再生のインターバルを適正にすることができ、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制できる。
更に、上述の燃焼量演算手段Ａ２’が、区間Δｔ（所定期間）内での排気ガス温度ｇｔが特定温度（２５０℃）以上の温度頻度を区間排気温度頻度βとして求めたり、区間Δｔ間における温度頻度βの平均値として求めても良い。
この場合も第９図（ａ）〜第９図（ｃ）の排気浄化装置１の強制再生制御処理の場合と同様の作用効果が得られ、特に、総パティキュレート堆積量を表す総堆積量頻度を求めるので、堆積量検知精度が向上して強制再生のインターバルを適正にすることができる。
上述の実施形態では、フィルタをハニカム構造体として形成されたものに基づいて、説明したが、これに限定されるものではなく、ワイヤメッシュや三次元構造体であっても良い。
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレート堆積量検知精度を向上でき、パティキュレート堆積量を精度良く検知でき、ディーゼル車に搭載された場合に、強制再生インターバルを広く保つことで燃費悪化を抑制でき、その効果を十分に発揮できる。
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率に基づき演算する排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関の運転時の空気過剰率が所定過剰率以下の空気過剰率頻度を演算する空気過剰率頻度演算手段、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率頻度に基づき求める排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が所定温度以上の温度頻度を演算する温度頻度演算手段、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼量を温度頻度に基づき求める燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により求められたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により求められたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排出量演算手段は、前記空気過剰率頻度演算手段により演算された所定期間内の区間空気過剰率頻度に対応する前記所定期間内の区間パティキュレート排出量を求めると共に、前記燃焼量演算手段は、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼速度を温度頻度に基づき求める燃焼速度演算部を含み、前記燃焼速度演算部により求められた前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼速度及び前記堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量に基づき前記フィルタに堆積されたパティキュレートの前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼量を求め、更に、前記堆積量演算手段は、同堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量、前記排出量演算手段により求められた区間パティキュレート排出量、及び前記燃焼量演算手段により求められた区間パティキュレート燃焼量に基づき、今回のパティキュレート堆積量を求めることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記パティキュレート排出量の演算処理では、吸入空気量及び燃料噴射量を取り込むステップと、吸入空気量及び燃料噴射量から所定区間△ｔ内の空気過剰率λを演算するステップと、所定区間△ｔ内の空気過剰率λに従って空気過剰率頻度γ△ｔを演算するステップと、パティキュレート排出量Ｍａ△ｔ｛＝ｆ（γ△ｔ）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記パティキュレート燃焼量の演算処理では、触媒温度ｇｔを取り込むステップと、触媒温度ｇｔから区間温度頻度β△ｔを演算すると共に排気ガス成分がパティキュレートを焼却し易い条件を具備するか否かの指標ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数Ｋを用いて区間温度頻度β△ｔを補正するステップと、区間温度頻度β△ｔを用いて区間燃焼速度係数α△ｔ｛＝ｆ（β△ｔ）｝を演算するステップと、前回パティキュレート堆積量ＰＭｉ−１及び区間燃焼速度係数α△ｔを用いてパティキュレート燃焼量Ｍｂ△ｔ｛＝α△ｔ×ＰＭｉ−１）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率に基づき演算する排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度に基づきパティキュレート燃焼量を演算する燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により演算されたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により演算されたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタ、及び前記フィルタ上又は前記フィルタ上流の前記排気系に設けられＮＯ２を生成する機能部を有する排気後処理装置、前記内燃機関の運転時の空気過剰率が所定過剰率以下の空気過剰率頻度を演算する空気過剰率頻度演算手段、前記内燃機関から排出されるパティキュレート排出量を空気過剰率頻度に基づき求める排出量演算手段、前記フィルタ上流の排気ガス温度又は前記フィルタのフィルタ温度が所定温度以上の温度頻度を演算する温度頻度演算手段、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼量を温度頻度に基づき求める燃焼量演算手段、前記排出量演算手段により求められたパティキュレート排出量及び前記燃焼量演算手段により求められたパティキュレート燃焼量に基づき前記フィルタへのパティキュレート堆積量を演算する堆積量演算手段を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排出量演算手段は、前記空気過剰率頻度演算手段により演算された所定期間内の区間空気過剰率頻度に対応する前記所定期間内の区間パティキュレート排出量を求めると共に、前記燃焼量演算手段は、前記フィルタに堆積したパティキュレートに対するパティキュレート燃焼速度を温度頻度に基づき求める燃焼速度演算部を含み、前記燃焼速度演算部により求められた前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼速度及び前記堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量に基づき前記フィルタに堆積されたパティキュレートの前記所定期間内の区間パティキュレート燃焼量を求め、更に、前記堆積量演算手段は、同堆積量演算手段により前回演算されたパティキュレート堆積量、前記排出量演算手段により求められた区間パティキュレート排出量、及び前記燃焼量演算手段により求められた区間パティキュレート燃焼量に基づき、今回のパティキュレート堆積量を求めることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記パティキュレート排出量の演算処理では、吸入空気量及び燃料噴射量を取り込むステップと、吸入空気量及び燃料噴射量から所定区間△ｔ内の空気過剰率λを演算するステップと、所定区間△ｔ内の空気過剰率λに従って空気過剰率頻度γ△ｔを演算するステップと、パティキュレート排出量Ｍａ△ｔ｛＝ｆ（γ△ｔ）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記パティキュレート燃焼量の演算処理では、触媒温度ｇｔを取り込むステップと、触媒温度ｇｔから区間温度頻度β△ｔを演算すると共に排気ガス成分がパティキュレートを焼却し易い条件を具備するか否かの指標ＮＯｘ／Ｓｏｏｔに応じた補正係数Ｋを用いて区間温度頻度β△ｔを補正するステップと、区間温度頻度β△ｔを用いて区間燃焼速度係数α△ｔ｛＝ｆ（β△ｔ）｝を演算するステップと、前回パティキュレート堆積量ＰＭｉ−１及び区間燃焼速度係数α△ｔを用いてパティキュレート燃焼量Ｍｂ△ｔ｛＝α△ｔ×ＰＭｉ−１）｝を演算するステップと、をこの順に行なうことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０３６００２
【国際公開日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【発行日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５４４９６２（Ｐ２００４−５４４９６２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１３２２１
【国際出願日】平成１５年１０月１６日（２００３．１０．１６）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年４月２９日（２００４．４．２９）
【発行日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１３２２１
【国際出願日】平成１５年１０月１６日（２００３．１０．１６）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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