JP4534969B2 - 内燃機関用排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスに含まれる排気微粒子を捕集するための捕集器を備える内燃機関用排気浄化装置に関するものである。

近年、車両に搭載されるディーゼル内燃機関においては、排出ガス中の排気微粒子を低減するために、排気微粒子を捕集する捕集器を排気管の途中に設置することが行われている。

捕集器は、多数の排気流路を有するセラミック多孔質体からなり、排気流路を区画する多孔質の隔壁を排出ガスが通過する際に、排気微粒子を吸着、捕集する。捕集器に捕集された排気微粒子がそのまま堆積すると圧力損失が増大して機関効率が低下するため、堆積量が所定値に達すると捕集器内の排気微粒子を燃焼させて捕集器を再生する。

ここで、捕集器の排気微粒子の堆積量と捕集器の圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定し、推定した排気微粒子堆積量が所定値に達すると捕集器の再生を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、内燃機関内で燃料やエンジンオイルが燃焼したときの燃え残りであるアッシュが捕集器に堆積すると、圧力損失特性に変化をきたす。そこで、捕集器の圧力損失が所定値に達すると捕集器の再生を行うとともに、アッシュ堆積量の増加に伴って所定値を高くするものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１９５２３号公報 特開２００２−２４２６６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、排気微粒子の堆積量と圧力損失とを対応付ける堆積特性は、捕集器へのアッシュの堆積による影響が考慮されていないため、アッシュ堆積による圧力損失変化が排気微粒子の堆積による圧力損失変化と混同されて、排気微粒子堆積量を精度よく推定することができないという問題があった。

また、特許文献２に記載の装置は、アッシュ堆積量が多いほど圧力損失が大きくなるという前提で捕集器の再生時期を判断しているが、アッシュ堆積の状態（量、堆積箇所）によっては、排気微粒子堆積量が等しくてもアッシュ堆積量が多い方が圧力損失が小さくなることがあり、したがって、捕集器の再生時期を適切に判断することができないという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、排気微粒子の堆積量と圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定する内燃機関用排気浄化装置において、排気微粒子堆積量を精度よく推定できるようにすることを目的とする。

本発明は、捕集器（４）のアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）と、排気微粒子の堆積量と捕集器（４）の圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定する排気微粒子堆積量推定手段（Ｓ１０３）と、アッシュの堆積量に応じて堆積特性を補正する堆積特性補正手段（Ｓ１０２）とを備えることを第１の特徴とする。

これによると、アッシュ堆積量に応じて堆積特性が補正されるため、排気微粒子堆積量を精度よく推定することが可能である。

本発明は、第１の特徴を備える内燃機関用排気浄化装置において、堆積特性は、排気微粒子の堆積量が０の初期点（Ｘ）から遷移点（Ｙ）までの第１領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が増加し、排気微粒子の堆積量が遷移点（Ｙ）を超えた第２領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って圧力損失が第１領域よりも緩やかに増加する特性であり、堆積特性補正手段（Ｓ１０２）は、アッシュの堆積量の増加に伴って遷移点（Ｙ）を初期点（Ｘ）側に近づけ、アッシュの堆積量の増加に伴って初期点（Ｘ）における圧力損失（Ａ）を増加させ、さらに、アッシュの堆積量の増加に伴って、第２領域における排気微粒子の堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合（θ）が大きくなるように、堆積特性を補正することを第２の特徴とする。

これによると、アッシュ堆積量に応じて堆積特性が適切に補正されるため、換言すると、アッシュ堆積による圧力損失変化分を除外するように堆積特性が補正されるため、排気微粒子堆積量を精度よく推定することができ、ひいては捕集器の再生時期を適切に判断することができる。

本発明は、第２の特徴を備える内燃機関用排気浄化装置において、堆積特性補正手段（Ｓ１０２）が、隔壁（４１）の内部に堆積したアッシュの量の増加に伴って遷移点（Ｙ）を初期点（Ｘ）側に近づけるとともに、隔壁（４１）の内部に堆積したアッシュの量の増加に伴って初期点（Ｘ）における圧力損失（Ａ）を増加させるように、堆積特性を補正することを第３の特徴とする。

これによると、アッシュの堆積箇所と堆積量に応じて堆積特性がより適切に補正されるため、排気微粒子堆積量を一層精度よく推定することができ、ひいては捕集器の再生時期を一層適切に判断することができる。

本発明は、第２の特徴を備える内燃機関用排気浄化装置において、隔壁（４１）によって並列に区画形成された排気流路（４２）のうち、一部の第１排気流路（４２ａ）は、排出ガス流れ上流側が開口されるとともに排出ガス流れ下流側が閉塞され、排気流路（４２）のうち残りの第２排気流路（４２ｂ）は、排出ガス流れ上流側が閉塞されるとともに排出ガス流れ下流側が開口され、排出ガスが第１排気流路（４２ａ）に流入した後に隔壁（４１）を通過して第２排気流路（４２ｂ）に流入するように構成され、堆積特性補正手段（Ｓ１０２）が、第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積したアッシュの量の増加に伴って、初期点（Ｘ）における圧力損失（Ａ）を増加させるとともに、第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積したアッシュの量の増加に伴って、第２領域における排気微粒子の堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合（θ）が大きくなるように、堆積特性を補正することを第４の特徴とする。

これによると、アッシュの堆積箇所と堆積量に応じて堆積特性がより適切に補正されるため、排気微粒子堆積量を一層精度よく推定することができ、ひいては捕集器の再生時期を一層適切に判断することができる。

本発明は、アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）が、捕集器（４）内の温度が高くなるのに伴ってアッシュの堆積量が増加するように推定することを第５の特徴とする。

アッシュの一部は多孔質の隔壁（４１）を通過して捕集器（４）外に流出し、残りが隔壁（４１）内に堆積する。捕集器（４）内の温度が高くなるとアッシュ粒子同士が焼結してアッシュの粒径が大きくなるため、多孔質の隔壁（４１）をアッシュが通過し難くなる。したがって、第５の特徴によると、アッシュの堆積量をより正確に推定することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る内燃機関用排気浄化装置の全体構成を示す図、図２は図１の捕集器４の要部の構成を示す模式的な断面図である。

図１に示すように、車両走行用動力源としてのディーゼルエンジン（以下、内燃機関という）１には、吸入空気が流通する吸気管２と、内燃機関１から排出された排出ガスが流通する排気管３とが接続され、排気管３の途中には、排気微粒子（以下、ＰＭという）を捕集する捕集器４およびマフラ５が設けられている。

この捕集器４は、図２に示すように、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たものであり、多孔質の隔壁４１で区画された排気流路４２を有している。

この排気流路４２は並列に多数配置されており、排気流路４２のうち一部の第１排気流路４２ａは、排出ガス流れＧの上流側が開口されるとともに、排出ガス流れＧの下流側が栓４３にて閉塞されている。一方、排気流路４２のうち残りの第２排気流路４２ｂは、排出ガス流れＧの上流側が栓４３にて閉塞されるとともに、排出ガス流れＧの下流側が開口されている。また、多孔質の隔壁４１には、酸化触媒が担持されている。

そして、内燃機関１からの排出ガスは、入口側が開口している第１排気流路４２ａに入り、多孔質の隔壁４１を通過して隣の第２排気流路４２ｂに流入するようになっており、多孔質の隔壁４１を通過する際にＰＭ１００が捕集される。

図１に戻り、排気管３における捕集器４の直上流に第１温度センサ６１が設けられ、この第１温度センサ６１は、捕集器４に流入する排出ガスの温度を検出する。また、排気管３における捕集器４の直下流に第２温度センサ６２が設けられ、この第２温度センサ６２は、捕集器４から流出する排出ガスの温度を検出する。

排気管３には、捕集器４の直上流側から分岐した第１分岐管３１と、捕集器４の直下流側から分岐した第２分岐管３２とが接続されている。そして、両分岐管３１、３２間に差圧センサ６３が設けられ、この差圧センサ６３は、捕集器４の入口側と出口側との間の差圧、すなわち捕集器４の圧力損失を検出する。

上述した各種センサの出力は、ＥＣＵ７に入力される。なお、ＥＣＵ７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶された捕集器再生制御処理を実行することにより、所定のタイミングで捕集器４の再生を行う。

次に、本実施形態の排気浄化装置の作動を説明する。図３はＥＣＵ７で実行される捕集器再生制御処理を示す流れ図である。この制御処理は、キースイッチの操作によりＥＣＵ７に電源が投入されると開始される。

まず、ステップＳ１００では、各種情報を読み込む。具体的には、差圧センサ６３にて検出される捕集器４の圧力損失、第１温度センサ６１および第２温度センサ６２にて検出される排出ガスの温度、さらには、車両の走行距離、内燃機関回転数、燃料噴射量等の情報を読み込む。

次いで、アッシュ堆積量推定手段としてのステップＳ１０１では、捕集器４に堆積したアッシュの量を算出する。

因みに、捕集器４に堆積するアッシュは、図２（ｂ）に示すように、第１排気流路４２ａにおける排出ガス流れＧの下流部（以下、第１排気流路下流部という）に堆積するアッシュ２００と、図６（ｂ）に示すように、捕集器４の隔壁４１の細孔内に堆積するアッシュ２００がある。

図７は、アッシュが捕集器に堆積する過程において、捕集器に堆積した全てのアッシュの量α（以下、合計アッシュ堆積量αという）と、その時々に捕集器に堆積するアッシュのうち、隔壁の細孔内に堆積していくアッシュの割合との関係を示している。図７に示すように、合計アッシュ堆積量αが少ない期間（すなわち、捕集器４の使用初期段階）は、捕集器に堆積するアッシュの殆どが隔壁の細孔内に堆積していき、その後、合計アッシュ堆積量αが、細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚに近づくと、隔壁の細孔内に堆積していくアッシュの割合が急減する。隔壁の細孔内に堆積していくアッシュの割合が急減するのに伴って、第１排気流路下流部にアッシュが堆積するようになる。

そして、アッシュの堆積箇所と堆積量によって堆積特性が影響を受けるため、ステップＳ１０１では、合計アッシュ堆積量αと、隔壁の細孔内のアッシュ堆積量と、第１排気流路下流部のアッシュ堆積量とを算出する。

具体的には、図４に示すように車両の走行距離の増加に伴って合計アッシュ堆積量αが比例して増加する特性のマップがＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されており、そのマップに基づいて車両の走行距離から合計アッシュ堆積量αを求める。続いて、合計アッシュ堆積量αと細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚとを比較し、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚに達するまでは、すなわち、α≦Ｚのときには、アッシュが全て細孔に堆積するものとして細孔内のアッシュ堆積量を算出する。また、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚを超えると、すなわち、α＞Ｚのときには、アッシュが全て第１排気流路下流部に堆積するものとして第１排気流路下流部のアッシュ堆積量を算出する。より詳細には、α＞Ｚのときには、合計アッシュ堆積量αから細孔内のアッシュ堆積量（＝アッシュ堆積限界量Ｚ）を減算して、第１排気流路下流部のアッシュ堆積量を求める。

次いで、堆積特性補正手段としてのステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で求めたアッシュ堆積量に基づいて、ＰＭ堆積量と捕集器４の圧力損失との関係を対応付ける堆積特性の補正を行う。

この堆積特性の補正について説明する。図５はＰＭ堆積量と捕集器４の圧力損失との関係を示すもので、図５中の破線は、ＰＭおよびアッシュが堆積していない新品状態からＰＭが堆積していくときの、ＰＭ堆積量と捕集器４の圧力損失との関係（以下、初期堆積特性という）を示している。

捕集器４の使用初期段階では、図１の捕集器４の要部を拡大した図６（ａ）に示すように、捕集器４の隔壁４１の細孔内にＰＭ１００が侵入して詰まることが圧力損失を上昇させる支配要因となり、その後は、図２（ａ）および図６（ａ）に示すように、隔壁４１の表面に堆積したＰＭ１００の層の厚さが圧力損失を上昇させる支配要因となる。

そして、図５に示すように、ＰＭ堆積量が０の初期点Ｘから遷移点Ｙに至るまでの第１領域では、捕集器４の隔壁４１の細孔内にＰＭ１００が侵入して詰まるためＰＭ堆積量の増加に伴って圧力損失が急峻に増加する。また、細孔の多くが詰まった後にＰＭ１００が層状に堆積していく過程、すなわちＰＭ堆積量が遷移点Ｙを超えた第２領域では、ＰＭ堆積量の増加に伴って圧力損失が第１領域よりも緩やかに増加する。この初期堆積特性はＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されている。

図５中の実線および一点鎖線は、捕集器４の使用段階が中期まで進んでアッシュが堆積した場合の、ＰＭ堆積量と捕集器４の圧力損失との関係、すなわち、補正後の堆積特性を示している。

捕集器４の使用に伴ってアッシュが堆積する場合、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚに達するまでは、図６（ｂ）に示すように、まず捕集器４の隔壁４１の細孔内にアッシュ２００が堆積していく。そこで、合計アッシュ堆積量αと細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚとを比較し、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚに達するまでは、すなわち、α≦Ｚのときには、ステップＳ１０１で求めた細孔内のアッシュ堆積量に基づいて、以下のようにして堆積特性の補正を行う。

図８は、この堆積特性の補正に用いる各種数値を求めるためのマップであり、具体的には、細孔内のアッシュ堆積量に対する、遷移点ＹにおけるＰＭ堆積量Ｂ（以下、遷移点ＰＭ堆積量Ｂという。図５参照）の値、初期点Ｘにおける圧力損失Ａ（以下、初期点圧力損失Ａという。図５参照）の値、および第２領域におけるＰＭ堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合θ（以下、第２領域の増加割合θという。図５参照）を求めるためのマップであり、このマップはＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されている。

細孔内に堆積したアッシュの分、細孔内に堆積可能なＰＭの量が減少するため、図８（ａ）に示すように、細孔内のアッシュ堆積量の増加に伴って遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値を減少させる。

また、細孔内に堆積したアッシュの分、初期点圧力損失Ａが増加するため、図８（ｂ）に示すように、細孔内のアッシュ堆積量の増加に伴って初期点圧力損失Ａの値を増加させる。

また、隔壁の細孔内にアッシュが堆積しても、アッシュがまだ第１排気流路下流部に堆積していない場合は、第２領域の増加割合θは変化しないため、図８（ｃ）に示すように、第２領域の増加割合θは細孔内のアッシュ堆積量にかかわらず一定である。

そして、図８のマップに基づいて、ステップＳ１０１で求めた細孔内のアッシュ堆積量から、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値、初期点圧力損失Ａの値、および第２領域の増加割合θを求める。

こうして求めた初期点圧力損失Ａの値は、初期堆積特性の初期点圧力損失Ａの値よりも大きいため、図５に一点鎖線で示すように、第１領域におけるＰＭ堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合は変更せずに、初期点圧力損失Ａの値が初期堆積特性（図５の破線）のそれよりも大きくなるように、堆積特性を補正する。

また、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値は、初期堆積特性の遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値よりも小さいため、図５に一点鎖線で示すように、第１領域におけるＰＭ堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合は変更せずに、遷移点が初期点Ｘ側に近付くように、換言すると、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値が小さくなるように、堆積特性を補正する。なお、このときには、第２領域の増加割合θも変更しない。この補正後の堆積特性はＥＣＵ７のＥＥＰＲＯＭに記憶する。

その後、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚを超えると、すなわち、α＞Ｚのときには、ステップＳ１０１で求めた第１排気流路下流部のアッシュ堆積量に基づいて、以下のようにして堆積特性の補正を行う。

図９は、この堆積特性の補正に用いる各種数値を求めるためのマップであり、具体的には、第１排気流路下流部のアッシュ堆積量に対する、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値、初期点圧力損失Ａの値、および第２領域の増加割合θを求めるためのマップであり、このマップはＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されている。

アッシュが第１排気流路下流部に堆積した場合は、そこに堆積したアッシュにより隔壁の一部が覆われて、隔壁における排出ガスの流通面積が減少し、圧力損失が大きくなるため、図９（ｂ）に示すように、第１排気流路下流部のアッシュ堆積量の増加に伴って、初期点圧力損失Ａの値を増加させる。

なお、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚを超えた状況下では、細孔内のアッシュによる圧力損失もあるため、図９（ｂ）の初期点圧力損失Ａは、細孔内のアッシュによる圧力損失と、第１排気流路下流部のアッシュによる圧力損失の合計であり、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚに達した際の初期点圧力損失Ａよりも大きくなる。

また、アッシュが第１排気流路下流部に堆積した場合は、アッシュが第１排気流路下流部に堆積していない場合と比較すると、隔壁における排出ガスの流通面積の減少により、ＰＭ堆積量が同じであってもＰＭ堆積層が厚くなり、圧力損失が大きくなるため、図９（ｃ）に示すように、第１排気流路下流部のアッシュ堆積量の増加に伴って第２領域の増加割合θを大きくする。なお、図９（ｃ）の第２領域の増加割合θの最小値は、アッシュが第１排気流路下流部に堆積していない場合の第２領域の増加割合θと等しい。

また、図９（ａ）に示すように、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚを超えた状況下での、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値は、第１排気流路下流部のアッシュ堆積量にかかわらず一定であり、合計アッシュ堆積量αが細孔内へのアッシュ堆積限界量Ｚに達した際の、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値と等しい。

そして、図９のマップに基づいて、ステップＳ１０１で求めた第１排気流路下流部のアッシュ堆積量から、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値、初期点圧力損失Ａの値、および第２領域の増加割合θを求める。

こうして求めた初期点圧力損失Ａの値は、アッシュが細孔内に堆積する段階の堆積特性における初期点圧力損失Ａの値よりも大きいため、図５に実線で示すように、第１領域におけるＰＭ堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合は変更せずに、初期点圧力損失Ａの値が、アッシュが細孔内に堆積する段階の堆積特性（図５の一点鎖線）のそれよりも大きくなるように、堆積特性を補正する。

また、第２領域の増加割合θは、初期堆積特性の第２領域の増加割合θや、アッシュが細孔内に堆積する段階における堆積特性の第２領域の増加割合θよりも大きいため、図５に実線で示すように、第２領域の増加割合θが、初期堆積特性（図５の実線）やアッシュが細孔内に堆積する段階における堆積特性のそれよりも大きくなるように、堆積特性を補正する。なお、このときには、遷移点ＰＭ堆積量Ｂの値は変更しない。この補正後の堆積特性はＥＣＵ７のＥＥＰＲＯＭに記憶する。

ステップＳ１０２の実行後、ステップＳ１０３に進む。排気微粒子堆積量推定手段としてのステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で補正した最新の堆積特性に基づいて、ステップＳ１００で読み込んだ捕集器４の圧力損失からＰＭ堆積量（以下、差圧式ＰＭ堆積量という）を求める。

次いで、ステップＳ１０４では、内燃機関１から捕集器４へのＰＭの流入量と捕集器４内でのＰＭの燃焼量とに基づいてＰＭ堆積量（以下、履歴式ＰＭ堆積量という）を推定する。なお、履歴式ＰＭ堆積量の算出方法は周知であるためそれについての説明は省略する。

次いで、ステップＳ１０５では、ステップＳ１００で読み込んだ車両の走行距離の情報から、前回の捕集器４の再生が完了してから現在までの車両の走行距離（以下、再生後走行距離という）を求める。

次いで、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０３で求めた差圧式ＰＭ堆積量、ステップＳ１０４で求めた履歴式ＰＭ堆積量、およびステップＳ１０５で求めた再生後走行距離のいずれも再生開始閾値を超えていない場合には、ＮＯと判定する。そして、ステップＳ１０６でＹＥＳと判定されるまで、ステップＳ１００〜ステップＳ１０６の処理を繰り返す。

その後、差圧式ＰＭ堆積量、履歴式ＰＭ堆積量、および再生後走行距離のいずれかが再生開始閾値を超えた場合には、ステップＳ１０６でＹＥＳと判定し、ステップＳ１０７に進んで周知の方法による捕集器４の再生を開始する。これにより、捕集器４に堆積したＰＭが燃焼、除去される。

次いで、ステップＳ１０８では、差圧式ＰＭ堆積量、履歴式ＰＭ堆積量、および再生開始後の車両の走行距離を求める。

次いで、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８で求めた差圧式ＰＭ堆積量、履歴式ＰＭ堆積量、および再生開始後の車両の走行距離のいずれも再生終了閾値に達していない場合には、ＮＯと判定する。そして、ステップＳ１０９でＹＥＳと判定されるまで、ステップＳ１０７およびステップＳ１０８の処理を繰り返す。

その後、ステップＳ１０８で求めた差圧式ＰＭ堆積量、履歴式ＰＭ堆積量、および再生開始後の車両の走行距離のいずれかが再生終了閾値に達した場合には、捕集器４の再生が完了したものと推定して、ステップＳ１０９でＹＥＳと判定し、ステップＳ１１０に進んで捕集器４の再生を終了する。

本実施形態では、アッシュ堆積量に応じて堆積特性が適切に補正されるため、換言すると、アッシュ堆積による圧力損失変化分を除外するように堆積特性が補正されるため、ＰＭ堆積量を精度よく推定することができ、ひいては捕集器４の再生時期を適切に判断することができる。しかも、アッシュの堆積箇所と堆積量に応じて堆積特性がより適切に補正されるため、ＰＭ堆積量を一層精度よく推定することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、車両の走行距離から合計アッシュ堆積量αを求めたが、本実施形態は、内燃機関の運転履歴から合計アッシュ堆積量αを求めるようにしたものである。合計アッシュ堆積量αは、内燃機関の負荷と相関があり、内燃機関の負荷は内燃機関の回転数と燃料噴射量から推定することができる。そこで、内燃機関の運転履歴として、内燃機関の回転数と燃料噴射量の情報を用いて、合計アッシュ堆積量αを求めるようにしている。

図１０は、内燃機関の回転数および燃料噴射量と、単位時間当たりのアッシュ堆積増加量との関係を示す図である。図１０中の各特性線ａ〜ｃは、それぞれ単位時間当たりのアッシュ堆積増加量が等しい点を結んだ線であり、単位時間当たりのアッシュ堆積増加量は、ａ＜ｂ＜ｃである。この図１０に示すような、内燃機関の回転数が高くなるのに伴って単位時間当たりのアッシュの堆積増加量が大きくなるとともに、燃料噴射量が多くなるのに伴って単位時間当たりのアッシュの堆積増加量が大きくなる特性のマップが、ＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵは、一定時間の演算間隔で合計アッシュ堆積量αを求めるようになっており、まず、前回演算時から今回演算時までの演算間隔期間中の、内燃機関の回転数の平均値および燃料噴射量の平均値を算出し、マップから単位時間当たりのアッシュ堆積増加量を求める。具体的には、マップにおいて内燃機関の回転数と燃料噴射量とが交差する点（例えば、図１０の点ｐ）が重なる特性線（本例では、特性線ａ）を求めて、単位時間当たりのアッシュ堆積増加量を求める。

次いで、求めた単位時間当たりのアッシュ堆積増加量と演算間隔の時間との乗算により、前回演算時から今回演算時までの演算間隔期間中のアッシュ堆積増加量を求め、このアッシュ堆積増加量を前回までの合計アッシュ堆積量αに加算して現在の合計アッシュ堆積量αを求める。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図１１は、ＰＭ燃焼量の積算値と合計アッシュ堆積量αとの関係を示す図、図１２は、ＰＭ堆積量および捕集器内の温度と、単位時間当たりのＰＭ燃焼量との関係を示す図である。

第１実施形態では、車両の走行距離から合計アッシュ堆積量αを求めたが、本実施形態は、捕集器の使用開始から現在までのＰＭ燃焼量の積算値から、合計アッシュ堆積量αを求めるようにしたものである。

合計アッシュ堆積量αは内燃機関の負荷と相関があり、内燃機関の負荷とＰＭ排出量も相関があり、さらにＰＭ排出量とＰＭ燃焼量も相関があるため、ＰＭ燃焼量から合計アッシュ堆積量αを推定可能である。具体的には、図１１に示すように、ＰＭ燃焼量の積算値が増加するのに伴って合計アッシュ堆積量αが増加する。

また、図１２中の各特性線ｄ〜ｆは、捕集器内の温度毎の特性を示しており、捕集器内の温度は、ｄ＜ｅ＜ｆである。そして、図１２に示すように、単位時間当たりのＰＭ燃焼量は、ＰＭ堆積量が多くなるのに伴って増加するとともに、捕集器内の温度が高くなるのに伴って増加する。なお、第１温度センサ６１（図１参照）および第２温度センサ６２（図１参照）にて検出した排出ガスの温度の平均値を、捕集器内の温度とすることができる。

図１１および図１２に示す特性のマップがＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。また、ＥＣＵは、一定時間の演算間隔で合計アッシュ堆積量αを求めるようになっており、まず、ＰＭ堆積量を算出し、前回演算時から今回演算時までの演算間隔期間中の捕集器内温度の平均値を算出し、マップから単位時間当たりのＰＭ燃焼量を求める。具体的には、マップにおいて、捕集器内温度に対応する特性線とＰＭ堆積量とが交差する点が、単位時間当たりのＰＭ燃焼量である。

次いで、求めた単位時間当たりのＰＭ燃焼量と演算間隔の時間との乗算により、前回演算時から今回演算時までの演算間隔期間中のＰＭ燃焼量を求め、このＰＭ燃焼量を前回までのＰＭ燃焼量積算値に加算して現在のＰＭ燃焼量積算値を求める。次いで、図１１のマップに基づいて、現在のＰＭ燃焼量積算値から合計アッシュ堆積量αを求める。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図１３は、捕集器内の温度とアッシュ堆積量補正値との関係を示す図である。

アッシュの一部は多孔質の隔壁４１（図２、図６参照）を通過して捕集器外に流出し、残りが隔壁４１内に堆積する。捕集器内の温度が高くなるとアッシュ粒子同士が焼結してアッシュの粒径が大きくなるため、多孔質の隔壁４１をアッシュが通過し難くなる。そこで、本実施形態は、捕集器内の温度に基づいてアッシュ堆積量を補正するようにしたものである。

すなわち、図１３に示すように、捕集器内の温度が、アッシュ粒子同士が焼結してアッシュの粒径が大きくなるアッシュ粒径成長開始温度Ｔ未満の領域では、アッシュ堆積量補正値が１に設定され、捕集器内の温度がアッシュ粒径成長開始温度Ｔ以上の領域では、捕集器内の温度が高くなるのに伴ってアッシュ堆積量補正値が大きくなるように設定されている。この図１３に示す特性のマップがＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

ＥＣＵは、一定時間の演算間隔で合計アッシュ堆積量αを求めるようになっており、まず、前回演算時から今回演算時までの演算間隔期間中の捕集器内温度の平均値を算出し、マップからアッシュ堆積量補正値を求める。また、前回演算時から今回演算時までの演算間隔期間中のアッシュ堆積増加量を、例えば第２実施形態の方法で求める。

次いで、アッシュ堆積増加量にアッシュ堆積量補正値を乗算して、補正後のアッシュ堆積増加量を求め、このアッシュ堆積増加量を前回までの合計アッシュ堆積量αに加算して現在の合計アッシュ堆積量αを求める。

このように、アッシュの粒径を考慮することにより、合計アッシュ堆積量αをより正確に推定することができる。

なお、第３実施形態の方法で前回演算時から今回演算時までの演算間隔期間中のＰＭ燃焼量を求めた後に、そのＰＭ燃焼量にアッシュ堆積量補正値を乗算して補正後のＰＭ燃焼量を求め、この補正後のＰＭ燃焼量を前回までのＰＭ燃焼量積算値に加算して現在のＰＭ燃焼量積算値を求め、この現在のＰＭ燃焼量積算値から合計アッシュ堆積量αを求めるようにしてもよい。

また、捕集器４の使用開始から現在までの運転時間のうち、捕集器内の温度がアッシュ粒径成長開始温度Ｔ以上になった時間の割合を求め、アッシュ粒径成長開始温度Ｔ以上になった時間の割合が高くなるのに伴ってアッシュ堆積量補正値が大きくなるように設定し、そのアッシュ堆積量補正値を、第１実施形態の方法で求めた合計アッシュ堆積量に乗算して、合計アッシュ堆積量を求めるようにしてもよい。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、１つの方法でアッシュの堆積量を推定したが、車両の走行距離、内燃機関の運転履歴、およびＰＭ燃焼量の積算値のうち、少なくとも２つに基づいてアッシュの堆積量を推定してもよい。

その場合、各方法による推定値の平均値を合計アッシュ堆積量αとしてもよいし、３つの方法による推定値のうち最も乖離しているものを１つ除外し、残り２つの方法による推定値の平均値を合計アッシュ堆積量αとしてもよい

本発明の第１実施形態に係る内燃機関用排気浄化装置の全体構成を示す図である。 図１の捕集器４の要部の構成を示す模式的な断面図である。 図１のＥＣＵ７で実行される捕集器再生制御処理を示す流れ図である。 車両の走行距離と合計アッシュ堆積量αとの関係を示す特性図である。 ＰＭ堆積量と捕集器の圧力損失との関係を示特性図である。 図１の捕集器４の要部を拡大した図である。 アッシュが捕集器に堆積する過程において、堆積するアッシュのうち隔壁の細孔内に堆積していくアッシュの割合を示す図である。 細孔内のアッシュ堆積量に対する、遷移点ＰＭ堆積量Ｂ、初期点圧力損失Ａ、および第２領域におけるＰＭ堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合θの特性を示す図である。 第１排気流路における排出ガス流れ下流部のアッシュ堆積量に対する、遷移点ＰＭ堆積量Ｂ、初期点圧力損失Ａ、および第２領域におけるＰＭ堆積量の増加に対する圧力損失の増加割合θの特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関用排気浄化装置の説明に供するもので、内燃機関の回転数および燃料噴射量と、アッシュ堆積増加量との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る内燃機関用排気浄化装置の説明に供するもので、ＰＭ燃焼量の積算値と合計アッシュ堆積量αとの関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る内燃機関用排気浄化装置の説明に供するもので、ＰＭ堆積量および捕集器内の温度と、ＰＭ燃焼量との関係を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る内燃機関用排気浄化装置の説明に供するもので、捕集器内の温度と合計アッシュ堆積量α補正値との関係を示す図である。

符号の説明

１…内燃機関、４…捕集器、４１…隔壁。

Claims (10)

1. 多孔質の隔壁（４１）を有する捕集器（４）を内燃機関（１）の排気系に配設し、排出ガスが前記隔壁（４１）内の細孔を通過する際に前記捕集器（４）により排出ガス中の排気微粒子を捕集し、前記捕集器（４）の排気微粒子の堆積量が所定値を超えると堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させて前記捕集器（４）の再生を行う内燃機関用排気浄化装置において、
   前記捕集器（４）のアッシュの堆積量を推定するアッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）と、
   排気微粒子の堆積量と前記捕集器（４）の圧力損失とを対応付ける堆積特性に基づき、前記圧力損失を入力として排気微粒子の堆積量を推定する排気微粒子堆積量推定手段（Ｓ１０３）と、
   アッシュの堆積量に応じて前記堆積特性を補正する堆積特性補正手段（Ｓ１０２）とを備え、
   前記堆積特性は、排気微粒子の堆積量が０の初期点（Ｘ）から遷移点（Ｙ）までの第１領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って前記圧力損失が増加し、排気微粒子の堆積量が前記遷移点（Ｙ）を超えた第２領域では、排気微粒子の堆積量の増加に伴って前記圧力損失が前記第１領域よりも緩やかに増加する特性であり、
   前記堆積特性補正手段（Ｓ１０２）は、アッシュの堆積量の増加に伴って前記遷移点（Ｙ）を前記初期点（Ｘ）側に近づけ、アッシュの堆積量の増加に伴って前記初期点（Ｘ）における前記圧力損失（Ａ）を増加させ、さらに、アッシュの堆積量の増加に伴って、前記第２領域における排気微粒子の堆積量の増加に対する前記圧力損失の増加割合（θ）が大きくなるように、前記堆積特性を補正することを特徴とする内燃機関用排気浄化装置。
2. 前記捕集器（４）は、前記隔壁（４１）によって多数の排気流路（４２）が並列に区画形成され、前記排気流路（４２）のうち一部の第１排気流路（４２ａ）は、排出ガス流れ上流側が開口されるとともに排出ガス流れ下流側が閉塞され、前記排気流路（４２）のうち残りの第２排気流路（４２ｂ）は、排出ガス流れ上流側が閉塞されるとともに排出ガス流れ下流側が開口され、排出ガスが前記第１排気流路（４２ａ）に流入した後に前記隔壁（４１）を通過して前記第２排気流路（４２ｂ）に流入するように構成され、
   前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、アッシュ堆積量が所定値以下のときにはアッシュが前記隔壁（４１）内の細孔に堆積するものとして前記隔壁（４１）内の細孔に堆積したアッシュの量を推定し、アッシュ堆積量が所定値を超えたときにはアッシュが前記第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積するものとして前記第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積したアッシュの量を推定し、
   前記堆積特性補正手段（Ｓ１０２）は、前記隔壁（４１）内の細孔に堆積したアッシュの量の増加に伴って前記遷移点（Ｙ）を前記初期点（Ｘ）側に近づけるとともに、前記隔壁（４１）の内部に堆積したアッシュの量の増加に伴って前記初期点（Ｘ）における前記圧力損失（Ａ）を増加させるように、前記堆積特性を補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用排気浄化装置。
3. 前記捕集器（４）は、前記隔壁（４１）によって多数の排気流路（４２）が並列に区画形成され、前記排気流路（４２）のうち一部の第１排気流路（４２ａ）は、排出ガス流れ上流側が開口されるとともに排出ガス流れ下流側が閉塞され、前記排気流路（４２）のうち残りの第２排気流路（４２ｂ）は、排出ガス流れ上流側が閉塞されるとともに排出ガス流れ下流側が開口され、排出ガスが前記第１排気流路（４２ａ）に流入した後に前記隔壁（４１）を通過して前記第２排気流路（４２ｂ）に流入するように構成され、
   前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、アッシュ堆積量が所定値以下のときにはアッシュが前記隔壁（４１）内の細孔に堆積するものとして前記隔壁（４１）内の細孔に堆積したアッシュの量を推定し、アッシュ堆積量が所定値を超えたときにはアッシュが前記第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積するものとして前記第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積したアッシュの量を推定し、
   前記堆積特性補正手段（Ｓ１０２）は、前記第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積したアッシュの量の増加に伴って、前記初期点（Ｘ）における前記圧力損失（Ａ）を増加させるとともに、前記第１排気流路（４２ａ）における排出ガス流れ下流部に堆積したアッシュの量の増加に伴って、前記第２領域における排気微粒子の堆積量の増加に対する前記圧力損失の増加割合（θ）が大きくなるように、前記堆積特性を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用排気浄化装置。
4. 前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、前記内燃機関（１）が搭載された車両の走行距離の増加に伴って、アッシュの堆積量が増加するように推定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用排気浄化装置。
5. 前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、前記内燃機関（１）の運転履歴に基づいてアッシュの堆積量を推定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用排気浄化装置。
6. 前記内燃機関（１）の運転履歴は、前記内燃機関（１）の回転数と燃料噴射量の履歴であり、
   前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、前記内燃機関（１）の回転数が高くなるのに伴ってアッシュの堆積量が増加するとともに、前記燃料噴射量が多くなるのに伴ってアッシュの堆積量が増加するように推定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用排気浄化装置。
7. 前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、排気微粒子の燃焼量の積算値が増加するのに伴ってアッシュの堆積量が増加するように推定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用排気浄化装置。
8. 前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、前記捕集器（４）内の温度が高くなるのに伴って排気微粒子の燃焼量が増加するとともに、排気微粒子の堆積量が多くなるのに伴って排気微粒子の燃焼量が増加するように推定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関用排気浄化装置。
9. 前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、前記捕集器（４）内の温度が高くなるのに伴ってアッシュの堆積量が増加するように推定することを特徴とする請求項４ないし８のいずれか１つに記載の内燃機関用排気浄化装置。
10. 前記アッシュ堆積量推定手段（Ｓ１０１）は、前記内燃機関（１）が搭載された車両の走行距離、前記内燃機関（１）の運転履歴、および排気微粒子の燃焼量の積算値のうち、少なくとも２つに基づいてアッシュの堆積量を推定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用排気浄化装置。

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