特開 2022-42157 排ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022042157

(43)【公開日】2022-03-14

(54)【発明の名称】排ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/023 20060101AFI20220307BHJP

   B01D 46/42 20060101ALI20220307BHJP

【ＦＩ】

F01N3/023 K ZAB

B01D46/42 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020147423

(22)【出願日】2020-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】特許業務法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】児玉 好正

(72)【発明者】

【氏名】山村 周作

【テーマコード（参考）】

3G190

4D058

【Ｆターム（参考）】

3G190AA13

3G190BA05

3G190CA03

3G190CA13

3G190DA04

3G190DB03

3G190DB04

3G190DB05

3G190DB07

3G190DB12

3G190DB15

3G190DC01

3G190DD08

3G190DD14

3G190EA01

3G190EA02

3G190EA09

3G190EA14

3G190EA26

3G190EA32

3G190EA42

4D058JA38

4D058MA44

4D058MA52

4D058MA54

4D058PA04

4D058SA08

(57)【要約】

【課題】排ガス浄化フィルタに堆積するＰＭ堆積量を精度よく推定し、排ガス浄化フィルタの再生制御を適切に実施することができる排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排ガス浄化装置１は、排ガス浄化フィルタ２の再生制御を行う再生制御部３に、運転情報取得部３０と、排ガス浄化フィルタ２に堆積する粒子状物質による圧力損失情報ΔＰを取得する圧損情報取得部４０と、排ガス浄化フィルタ２の再生可否を判定する再生可否判定部５０を備える。再生可否判定部５０は、ＰＭ堆積状態推定部５１と、ＰＭ堆積状態に基づいて、圧力損失情報ΔＰ又は圧力損失情報に対応する粒子状物質の堆積量情報ΣＰＭを補正するＰＭ堆積特性補正部５２と、を有し、ＰＭ堆積特性補正部５２は、内燃機関Ｅが始動時であるときに、冷間始動時と暖機後とで異なるＰＭ堆積状態に基づいて、圧力損失情報ΔＰ又は堆積量情報ΣＰＭを補正する始動時補正部５３を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（Ｅ）の排ガス通路（ＥＸ）に配設される排ガス浄化フィルタ（２）と、上記排ガス浄化フィルタの再生制御を行う再生制御部（３）と、を備える排ガス浄化装置（１）であって、
上記排ガス浄化フィルタは、上記排ガス通路に連通する多数のセル（２１）と、多数の上記セルを区画すると共に上記排ガス通路に排出される粒子状物質を捕集するための多孔質隔壁（２２）と、を有し、
上記再生制御部は、上記内燃機関の運転情報を取得する運転情報取得部（３０）と、
上記排ガス浄化フィルタに堆積する粒子状物質による圧力損失情報（ΔＰ）を取得する圧損情報取得部（４０）と、
上記排ガス浄化フィルタの再生可否を判定する再生可否判定部（５０）と、を有し
上記再生可否判定部は、
上記運転情報及び上記圧力損失情報のうち少なくとも一方に基づいて、上記多孔質隔壁の内外表面における粒子状物質の堆積状態を推定するＰＭ堆積状態推定部（５１）と、
上記堆積状態に基づいて、上記圧力損失情報又は上記圧力損失情報に対応する粒子状物質の堆積量情報（ΣＰＭ）を補正するＰＭ堆積特性補正部（５２）と、を有しており、
上記ＰＭ堆積特性補正部は、上記内燃機関が始動時であるときに、冷間始動時と暖機後とで異なる上記堆積状態に基づいて、上記圧力損失情報又は上記堆積量情報を補正する始動時補正部（５３）を有する、排ガス浄化装置。

【請求項2】

上記ＰＭ堆積状態推定部は、上記運転情報として、上記内燃機関の温度情報、空燃比情報、及び、始動後の経過時間から選ばれる１つ以上に基づいて、上記堆積状態が、冷間始動時に排出される粒子状物質の堆積によるコールドＰＭ堆積状態か否かを推定するものであり、
上記始動時補正部は、上記コールドＰＭ堆積状態と推定されるときに、上記内燃機関の温度又は空燃比が低いほど、又は、上記経過時間が短いほど、上記圧力損失情報の補正量（ΔＰ０）を大きい値に設定し、
上記再生可否判定部は、上記補正量を用いて補正された補正後圧損情報（ΔＰ１）と、上記堆積量情報との関係に基づいて、上記排ガス浄化フィルタの再生可否を判定する、請求項１に記載の排ガス浄化装置。

【請求項3】

上記ＰＭ堆積特性補正部は、上記内燃機関の始動後において、上記排ガス浄化フィルタのアクティブ再生又はパッシブ再生の有無に応じて異なる上記堆積状態に基づいて、上記圧力損失情報と上記堆積量情報との関係を示す特性線を補正する始動後補正部（５４）を有する、請求項１又は２に記載の排ガス浄化装置。

【請求項4】

上記ＰＭ堆積状態推定部は、上記内燃機関の始動後の上記運転情報と、上記圧力損失情報の推移とに基づいて、上記多孔質隔壁の内部における深層堆積状態及び表層部における表層堆積状態の組み合わせで表される上記堆積状態を推定すると共に、上記アクティブ再生又はパッシブ再生の進行による上記堆積状態の変化を推定するものであり、
上記始動後補正部は、上記堆積状態の変化により、上記深層堆積状態にある粒子状物質の割合が小さくなるほど、上記特性線が低圧損側へシフトするように補正する、請求項３に記載の排ガス浄化装置。

【請求項5】

上記再生制御部は、上記再生可否判定部によって再生可と判定されたときに、上記排ガス浄化フィルタをアクティブ再生するＰＭ燃焼制御部（６０）を備え、
上記ＰＭ燃焼制御部は、上記堆積状態に基づいて、深層堆積状態にある粒子状物質を燃焼可能な状態となると共に、上記表層堆積状態にある粒子状物質の一部が残留するように、昇温制御する、請求項４に記載の排ガス浄化装置。

【請求項6】

上記ＰＭ堆積状態推定部は、上記運転情報に基づいて、上記排ガス浄化フィルタがパッシブ再生可能な状態でないと判定されるときに、上記堆積状態の推定を行う、請求項５に記載の排ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関等に用いられる排ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両エンジン等の内燃機関の排ガス通路に、排ガス浄化フィルタを配設して、排ガス中に含まれる粒子状物質（すなわち、パティキュレートマター；以下、適宜、ＰＭという）を捕集することが行われている。粒子状物質は、カーボン（以下、適宜、ＳＯＯＴという）を主体とし、未燃燃料等に由来する可溶性有機成分（以下、適宜、ＳＯＦという）を含む。排ガス浄化フィルタは、多孔質の隔壁にて区画される多数のセルを有し、各セルの上流側又は下流側の端部が閉塞されることにより、流入側が開口する流入セル及び排出側が開口する排出セルが、互い違いに配置されたフィルタ構造を有する。

【0003】

排ガス浄化装置は、排ガス浄化フィルタの再生処理を行う再生制御部を備える。再生制御部は、例えば、排ガス浄化フィルタの上流側及び下流側の圧力差に基づいてＰＭ堆積量を監視し、ＰＭ堆積量が所定量を超えないように、所定の再生タイミングにて排ガス浄化フィルタを昇温させて、粒子状物質を燃焼除去する。排ガス浄化フィルタの再生処理を、適切なタイミングで行うためには、検出される圧力差から推定されるＰＭ堆積量が、実際のＰＭ堆積量を正しく反映していることが望まれる。

【0004】

そこで、ＰＭ堆積量の推定精度を高めるために、種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、差圧センサによって計測される差圧と、予めメモリに記憶された特性とから、ＰＭ堆積量の推定値を推定する際に、所定の条件において、推定を無効化する手段を備える装置が開示されている。この装置は、冷間始動時において、差圧に基づいた推定精度が低下することに着目したものであり、始動時のＰＭ堆積量の推定値が、エンジン停止時に記憶した推定値から大きく離れている場合に、差圧が低下している可能性があると判断し、差圧式推定を無効化する処理を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９－２２１８６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の装置は、推定精度が低下する可能性がある冷間始動時において、差圧式推定を無効とし、その代わりに、運転履歴に基づいた推定を有効とする。運転履歴式推定は、一般に、エンジン回転数と燃料噴射量をパラメータとして、予め運転領域毎に求めておいたＰＭ排出量マップを用いるものである。ただし、冷間始動時には、例えば、ストイキ制御のガソリンエンジンにおいて、エンジンの温度や空燃比等が変化すると、燃焼状態が変動しやすくなる。その場合には、排出されるＰＭ性状やＰＭ量にも影響して、推定されるＰＭ堆積量のばらつきが大きくなることがあり、精度よい推定を行うことは容易ではなかった。

【0007】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、排ガス浄化フィルタに堆積するＰＭ堆積量を精度よく推定し、排ガス浄化フィルタの再生制御を適切に実施することができる排ガス浄化装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、
内燃機関（Ｅ）の排ガス通路（ＥＸ）に配設される排ガス浄化フィルタ（２）と、上記排ガス浄化フィルタの再生制御を行う再生制御部（３）と、を備える排ガス浄化装置（１）であって、
上記排ガス浄化フィルタは、上記排ガス通路に連通する多数のセル（２１）と、多数の上記セルを区画すると共に上記排ガス通路に排出される粒子状物質を捕集するための多孔質隔壁（２２）と、を有し、
上記再生制御部は、上記内燃機関の運転情報を取得する運転情報取得部（３０）と、
上記排ガス浄化フィルタに堆積する粒子状物質による圧力損失情報（ΔＰ）を取得する圧損情報取得部（４０）と、
上記排ガス浄化フィルタの再生可否を判定する再生可否判定部（５０）と、を有し
上記再生可否判定部は、
上記運転情報及び上記圧力損失情報のうち少なくとも一方に基づいて、上記多孔質隔壁の内外表面における粒子状物質の堆積状態を推定するＰＭ堆積状態推定部（５１）と、
上記堆積状態に基づいて、上記圧力損失情報又は上記圧力損失情報に対応する粒子状物質の堆積量情報（ΣＰＭ）を補正するＰＭ堆積特性補正部（５２）と、を有しており、
上記ＰＭ堆積特性補正部は、上記内燃機関が始動時であるときに、冷間始動時と暖機後とで異なる上記堆積状態に基づいて、上記圧力損失情報又は上記堆積量情報を補正する始動時補正部（５３）を有する、排ガス浄化装置にある。

【発明の効果】

【0009】

上記排ガス浄化装置において、再生制御部は、ＰＭ堆積状態推定部を有し、排ガス浄化フィルタの圧力損失情報を用いて再生可否の判定を行うに際し、ＰＭ堆積状態の推定結果に基づく補正を行う。ＰＭ堆積特性補正部は、始動時補正部を有するので、始動時に排出されやすい粒子状物質の性状や組成に応じた堆積状態を考慮した補正を行うことができる。例えば、冷間始動時には、暖機後よりもかさ密度が低い堆積状態となるために、同じＰＭ堆積量であっても圧力損失が低下することが判明した。この知見に基づき、始動時補正部において、冷間始動時に測定される圧力損失又は圧力損失に対応するＰＭ堆積量を補正することにより、推定誤差を小さくすることができる。これにより、再生制御部による再生可否の判定が適正になされ、再生処理が適正なタイミングで実施される。

【0010】

以上のごとく、上記態様によれば、排ガス浄化フィルタに堆積するＰＭ堆積量を精度よく推定し、排ガス浄化フィルタの再生制御を適切に実施することができる排ガス浄化装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、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り、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態１における、内燃機関に適用された排ガス浄化装置の全体構成図。

【図2】実施形態１における、排ガス浄化装置の再生制御部の構成を示すブロック図。

【図3】実施形態１における、排ガス浄化装置の圧力損失値ΔＰとＰＭ堆積量ΣＰＭとの関係を、冷間始動時と暖機後始動時とで比較して示す図。

【図4】実施形態１における、始動時に堆積するＰＭのかさ密度を、冷間始動時と暖機後始動時とで比較して示す図。

【図5】実施形態１における、排ガス浄化フィルタの多孔質隔壁の部分拡大断面図であり、冷間始動時と暖機後始動時のＰＭ堆積状態を比較して示す図。

【図6】実施形態１における、内燃機関の温度情報及び空燃比情報と、ＰＭ堆積特性補正部による補正量との関係を示す図。

【図7】実施形態１における、再生制御部によって実施される始動時制御処理の手順を示すフローチャート図。

【図8】実施形態１における、再生制御部によって始動時補正が実施された場合と、実施されない場合について、推定されるＰＭ堆積量の時間推移を比較して示すタイムチャート図。

【図9】実施形態１における、再生制御部によって実施される暖機後制御処理の手順を示すフローチャート図。

【図10】実施形態１における、暖機後制御処理の実施によるＰＭ堆積状態の変化を示すＰＭ堆積特性図。

【図11】実施形態１における、暖機後制御処理後のＰＭ堆積特性を推定する手順を示すＰＭ堆積特性図。

【図12】実施形態１における、排ガス浄化フィルタの深層部及び表層部へのＰＭ堆積状態の変化と、圧力損失値ΔＰ及びＰＭ堆積量ΣＰＭの関係を示すＰＭ堆積特性図。

【図13】実施形態１における、再生制御部によって部分再生処理が実施される場合の圧力損失値ΔＰの時間推移を示すタイムチャート図。

【図14】実施形態２における、再生制御部によって実施されるＰＭ燃焼時制御処理の手順を示すフローチャート図。

【図15】実施形態２における、排ガス浄化フィルタの残存ＰＭ堆積量とＰＭ燃焼速度の関係を示す図。

【図16】実施形態２における、排ガス浄化フィルタのパッシブ再生を考慮したＰＭ堆積状態の変化と、圧力損失値ΔＰ及びＰＭ堆積量ΣＰＭの関係を示すＰＭ堆積特性図。

【図17】実施形態２における、排ガス浄化フィルタの再生時のＰＭ堆積量ΣＰＭとＰＭ燃焼速度の関係と、ＰＭ堆積量ΣＰＭの時間推移を示すタイムチャート図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態１）
排ガス浄化装置に係る実施形態について、図１～図１３を参照して説明する。
図１に示されるように、排ガス浄化装置１は、例えば、内燃機関としての車両用のガソリンエンジン（以下、エンジンと称する）Ｅに設けられる。排ガス浄化装置１は、エンジンＥの排ガス通路としての排気管ＥＸに配設される排ガス浄化フィルタ２と、排ガス浄化フィルタ２の再生制御を行う再生制御部３と、を備える。排ガス浄化フィルタ２は、例えば、公知のウォールフロータイプのフィルタ構造を有するガソリンパティキュレートフィルタ（以下、ＧＰＦと称する）として構成される。

【0013】

再生制御部３は、例えば、エンジンＥの運転を制御するためのエンジン制御装置（Engine Control Unit;以下、ＥＣＵと称する）１００と一体的に設けることができる。ＥＣＵ１００は、演算機能、メモリ機能、タイマ機能等を備える公知の構成を有し、再生制御部３における再生制御を実行すると共に、図示しない燃料噴射制御等を実行し、エンジンＥの全体を制御する。

【0014】

排ガス浄化フィルタ２は、エンジンＥから排出される排ガスＧ中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する）を捕集して、排ガスＧの浄化を行うために用いられる。排ガス浄化フィルタ２は、排気管ＥＸに連通する多数のセル２１と、多数のセル２１を区画する多孔質隔壁２２と、を有する。多孔質隔壁２２は、排気管ＥＸに排出されるＰＭを捕集するためのものである。多数のセル２１は、それぞれ上流側が開口する入口セル又は下流側が開口する出口セルとして構成されており、排ガス浄化フィルタ２の両端面において、入口セルと出口セルとが互い違いに配置されることにより、隣り合うセル２１の間の多孔質隔壁２２を介して、排ガスＧが流通可能となっている。

【0015】

再生制御部３は、運転情報取得部３０と、圧損情報取得部４０と、再生可否判定部５０と、を有する。運転情報取得部３０は、エンジンＥの各部に設けられるセンサ等に接続されて、後述する各種運転情報を取得するものである。圧損情報取得部４０は、排ガス浄化フィルタ２に堆積するＰＭによる圧力損失情報（例えば、圧力損失値ΔＰ）を取得するものである。再生可否判定部５０は、排ガス浄化フィルタ２の再生可否を判定するものである。再生制御部３は、さらに、後述するＰＭ燃焼制御部６０を有することができる。

【0016】

図２に示されるように、再生可否判定部５０は、ＰＭ堆積状態推定部５１と、ＰＭ堆積特性補正部５２と、を有している。ＰＭ堆積状態推定部５１は、取得される運転情報及び圧力損失情報の少なくとも一方に基づいて、多孔質隔壁２２の内外表面におけるＰＭの堆積状態（以下、適宜、ＰＭ堆積状態と称する）を推定するものである。ＰＭ堆積特性補正部５２は、ＰＭ堆積状態に基づいて、圧力損失情報又は圧力損失情報に対応する粒子状物質の堆積量情報（例えば、ＰＭ堆積量ΣＰＭ）を補正するものである。

【0017】

ＰＭ堆積特性補正部５２は、具体的には、始動時補正部５３を有している。始動時補正部５３による処理は、エンジンＥが始動時であるときに実行され、冷間始動時と暖機後とで異なるＰＭ堆積状態に基づいて、圧力損失情報又は堆積量情報を補正することができる。ここで、圧力損失情報とは、圧力損失値ΔＰとその履歴及びそれらに関連する情報を含む。同様に、堆積量情報は、ＰＭ堆積量ΣＰＭとその履歴及びそれらに関連する情報を含む。

【0018】

図３に示されるように、排ガス浄化フィルタ２におけるＰＭ堆積量ΣＰＭと圧力損失値ΔＰには相関があり、ＰＭ堆積量ΣＰＭが増加するほど、圧力損失値ΔＰも増加している。さらに、ＰＭが排出されやすい始動時、特に、堆積初期には、ＰＭ堆積量ΣＰＭの増加に伴い、圧力損失値ΔＰが急増する傾向が見られ、その後、ＰＭがある程度堆積すると、圧力損失値ΔＰの増加は緩やかとなる。その傾向は、冷間始動時（例えば、図中にＣＯＬＤとして示す）と暖機後始動時（例えば、図中にＨＯＴとして示す）とで類似するものの、ＰＭ堆積量ΣＰＭと圧力損失値ΔＰとの関係は一致せず、同じＰＭ堆積量（例えば、図３中のＰＭ１）に対する圧力損失値ΔＰは、冷間始動時の方が小さくなる。

【0019】

これは、始動時温度等の燃焼条件の違いによって、エンジンＥから排出されるＰＭ組成やＰＭ性状が異なることに起因し、そのために、多孔質隔壁２２の内外表面にＰＭが捕集される際の堆積状態にも違いが生じるものと推測される。例えば、一般に、始動時温度が低いほど、ＰＭの排出量が増加しやすくなり、温度や空燃比等の変化により、ＰＭに含まれるＳＯＯＴとＳＯＦの割合が変化すると、ＰＭ性状が変化して、排出後の凝集状態にも影響する。

【0020】

具体的には、図４に示されるように、冷間始動時に堆積するコールドＰＭ（例えば、図中にＣＯＬＤ ＰＭとして示す）のかさ密度（すなわち、単位体積当たりの質量）は、暖機後始動時に堆積するホットＰＭ（例えば、図中にＨＯＴ ＰＭとして示す）のかさ密度よりも低くなることが判明した。言い換えれば、多孔質隔壁２２の内外表面にＰＭが堆積した状態において、単位体積に含まれるＰＭ質量は、始動時温度が低い方が少なくなり、ＰＭとＰＭの間の空隙が増えることになる。

【0021】

その場合、図５に示されるように、冷間始動時と暖機後始動時において、多孔質隔壁２２におけるＰＭ堆積状態が異なる。図５の上図に示されるように、かさ密度が低い冷間始動時に形成されるＰＭ層は、ＰＭ間の空隙が多いコールドＰＭ堆積状態となり、一方、図５の下図に示されるように、かさ密度が高い暖機後始動時に形成されるＰＭ層は、ＰＭ間の空隙が少ないホットＰＭ堆積状態となる。そのために、冷間始動時の方が、通気性が高くなり、上記図３に示したようなＰＭ堆積特性を示すものと推測される。

【0022】

そこで、再生可否判定部５０に、ＰＭ堆積状態推定部５１と、始動時補正部５３を含むＰＭ堆積特性補正部５２とを設けて、上記図３に示される関係に基づく始動時補正を行うことができる。具体的には、ＰＭ堆積状態に応じて、実際のＰＭ堆積量との誤差が小さくなるように、圧力損失値ΔＰを補正することにより、補正後の圧力損失値ΔＰに基づくＰＭ堆積量の推定を、精度よく行うことが可能になる。圧力損失値ΔＰに対応するＰＭ堆積量ΣＰＭを補正することもできる。これにより、ＰＭ堆積量に基づく再生可否の判定を、精度よく行うことが可能になる。

【0023】

具体的には、ＰＭ堆積状態推定部５１は、運転情報として、エンジンＥの温度情報、空燃比情報、及び、始動後の経過時間から選ばれる１つ以上に基づいて、ＰＭ堆積状態が、冷間始動時に排出される粒子状物質の堆積によるコールドＰＭ堆積状態か否か、を推定することができる。エンジンＥの温度情報としては、例えば、冷却水温、潤滑油温、上記排ガス浄化フィルタの上流における排ガス温度が挙げられる。

【0024】

このとき、図６に示されるように、始動時補正部５３は、コールドＰＭ堆積状態と推定されるときに、圧力損失情報の補正量（例えば、圧損補正値ΔＰ０）を、エンジンＥの温度又は空燃比が低いほど、又は、経過時間が短いほど、大きい値に設定することができる。その場合に、再生可否判定部５０は、補正後圧力損失情報（例えば、補正後圧損値ΔＰ１）と、ＰＭ堆積量ΣＰＭとの関係に基づいて、排ガス浄化フィルタ２の再生可否を判定する。

【0025】

さらに、好適には、ＰＭ堆積特性補正部５２は、始動後補正部５４を有することができる。始動後補正部５４は、エンジンＥの始動後において、排ガス浄化フィルタ２のアクティブ再生又はパッシブ再生の有無に応じて異なるＰＭ堆積状態に基づいて、圧力損失情報と堆積量情報との関係を示す特性線（以下、ＰＭ堆積特性線という）を補正することができる。

【0026】

具体的には、ＰＭ堆積状態推定部５１は、エンジンＥの始動後の運転情報と、圧力損失情報の推移とに基づいて、多孔質隔壁２２の内部における深層堆積状態及び表層部における表層堆積状態の組み合わせで表されるＰＭ堆積状態を推定すると共に、アクティブ再生又はパッシブ再生の進行によるＰＭ堆積状態の変化を推定するものである。始動後補正部５４は、ＰＭ堆積状態の変化により、深層堆積状態にあるＰＭの割合が小さくなるほど、ＰＭ堆積特性線が低圧損側へシフトするように補正する。

【0027】

好適には、再生制御部３は、ＰＭ燃焼制御部６０を有することができる。ＰＭ燃焼制御部６０は、再生可否判定部５０によって再生可と判定されたときに、排ガス浄化フィルタ２をアクティブ再生する。ＰＭ燃焼制御部６０は、ＰＭ堆積状態に基づいて、深層堆積状態にあるＰＭが燃焼可能な状態となると共に、表層堆積状態にあるＰＭの一部が残留するように、昇温制御する。ＰＭ堆積状態推定部５１は、取得される運転情報に基づいて、排ガス浄化フィルタ２がパッシブ再生可能な状態でないと判定されるときに、ＰＭ堆積状態の推定を行うことが好ましい。

【0028】

なお、アクティブ再生は、ＰＭ堆積量ΣＰＭが、例えば、再生判定閾値ＰＭrefに達したときに行われる強制的な再生であり、昇温制御を伴う。パッシブ再生は、エンジンＥの運転条件が、排ガス浄化フィルタ２におけるＰＭ燃焼に適した状態となることで生じる受動的な再生であり、自然再生ともいう。再生判定閾値ＰＭrefは、排ガス浄化フィルタ２の仕様に応じて予め定められたＰＭ堆積量限界値ＳＭＬないしそれ以下となるように、適宜設定することができる。
再生制御部３により実行される再生処理の詳細は、後述する。

【0029】

次に、排ガス浄化装置１を構成する各部の構成と作動の詳細について、説明する。
図１において、排ガス浄化装置１は、多気筒（例えば、４気筒）のエンジンＥの排気管ＥＸの途中に、排ガス浄化フィルタ２を備えている。排ガス浄化フィルタ２は、多孔質隔壁２２で区画される多数のセル２１がガス流れ方向と平行に並ぶ多孔質セラミックスハニカム構造体を、両端面において互い違いに目封止した構成となっている。多孔質セラミックスハニカム構造体は、具体的には、コーディエライト等の耐熱性セラミックスからなる。

【0030】

エンジンＥの始動に伴い、各気筒から排気管ＥＸに排出される排ガスＧは、排ガス浄化フィルタ２の多数のセル２１のうち、上流側に開口するセル２１に流入し、多孔質隔壁２２を介して、隣接するセル２１との間を流通しながら、下流側へ向かう。排ガスＧに含まれるＰＭは、多孔質隔壁２２を通過する間に捕集されて、多孔質隔壁２２の内外表面に堆積する。その後、排ガスＧは、下流側に開口するセル２１から流出し、排気管ＥＸを経て車外へ排出される。

【0031】

再生制御部３は、運転情報取得部３０にて取得される運転情報と、圧損情報取得部４０にて取得される圧力損失情報とを参照して、再生可否判定部５０にて、排ガス浄化フィルタ２のＰＭ堆積状態を推定し、圧力損失情報と堆積量情報との関係に基づいて、排ガス浄化フィルタ２の再生可否を判定する。排ガス浄化フィルタ２の再生可と判定されると、ＰＭ燃焼制御部６０にて、排ガス浄化フィルタ２の再生処理が実施され、所定のＰＭ堆積状態となるように、ＰＭ燃焼制御される。

【0032】

ＰＭ燃焼制御部６０は、具体的には、排ガス浄化フィルタ２を強制的に再生するアクティブ再生制御部６１と、排ガス浄化フィルタ２が自然再生可能な状態であることを検出するパッシブ再生検出部６２とを有する。

【0033】

排ガス浄化フィルタ２の上流側において、排気管ＥＸの通路壁には、排ガス温度センサ１１や、空燃比センサ１２が配設されており、排ガス浄化フィルタ２に流入する排ガスＧの温度や空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するようになっている。また、エンジンＥには、図示しないエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、エンジン潤滑油の温度を検出する油温センサ等が設けられている。これらセンサにて検出される温度情報、空燃比情報は、再生制御部３の運転情報取得部３０へ入力される。

【0034】

運転情報取得部３０には、その他に、エンジンＥの運転状態を表す各種情報、例えば、エンジン回転数ＮＥや燃料噴射量Ｑが入力される。また、エンジンＥの吸入空気通路である吸気管ＩＮには、アクセル開度に応じて吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１３が設けられ、図示しないスロットル開度センサによってスロットル開度ＴＡが検出される。また、図示しないエアフローメータがスロットルバルブ１３の上流側に設けられ、吸入空気量Ｇａが検出される。これら検出値は、運転情報取得部３０へ入力される。

【0035】

排気管ＥＸには、排ガス浄化フィルタ２における圧力損失値ΔＰを検出するために、差圧センサ４が設けられる。差圧センサ４は、例えば、排ガス浄化フィルタ２の上流側及び下流側における排気管ＥＸの通路壁にそれぞれ設けられる上流側圧力センサ４１及び下流側圧力センサ４２を備える。差圧センサ４は、これらセンサからの検出結果に基づいて、排ガス浄化フィルタ２の上流側及び下流側における圧力差を、差圧信号として、圧損情報取得部４０に出力するようになっている。

【0036】

圧損情報取得部４０は、差圧センサ４からの差圧信号に基づいて、排ガス浄化フィルタ２における圧力損失値ΔＰを取得する。圧力損失値ΔＰは、排ガス浄化フィルタ２に捕集されるＰＭ量やその堆積状態を反映したものであり、圧力損失値ΔＰ及びその履歴から、ＰＭ堆積状態を推定することができる。さらに、運転情報取得部３０にて取得される各種情報を組み合わせることにより、ＰＭ堆積状態の変化に基づくＰＭ堆積特性を把握することができる。

【0037】

図２において、再生可否判定部５０は、圧損情報取得部４０にて取得した圧力損失値ΔＰと、ＰＭ堆積量ΣＰＭとの関係を、予め取得してマップ等に記憶している。この関係に基づいて、圧力損失値ΔＰから算出されるＰＭ堆積量ΣＰＭを、所定の再生判定閾値ＰＭrefと比較することにより、再生可否の判定を行うことができる。ＰＭ堆積量ΣＰＭを、差圧信号に基づく圧力損失値ΔＰから算出する方法の他に、運転情報取得部３０にて取得される各種情報に基づく運転履歴から、圧力損失値ΔＰに相当するＰＭ堆積量ΣＰＭを推定することもできる。

【0038】

それに先立ち、ＰＭ堆積状態推定部５１において、排ガス浄化フィルタ２におけるＰＭ堆積状態を推定し、その推定結果に基づいて、ＰＭ堆積特性補正部５２において、圧力損失値ΔＰ又は圧力損失値ΔＰに対応するＰＭ堆積量ΣＰＭを補正することができる。これにより、冷間始動時又は暖機後のＰＭ堆積状態の変化を考慮して、実際のＰＭ堆積量ΣＰＭを精度よく推定し、再生可否の判定を適正に行うことができる。圧力損失値ΔＰ又はＰＭ堆積量ΣＰＭを補正する代わりに、これらと相関を有する指標値、例えば、再生可否の判定に用いられる再生判定閾値ＰＭrefを補正することも可能である。

【0039】

例えば、始動時には、上記図３～図５に示したように、冷間始動時と暖機後始動時のＰＭ性状の違いにより、排ガス浄化フィルタ２のＰＭ堆積状態が異なる。図５に拡大して示すように、多孔質隔壁２２は、所定の気孔率となるように構成されたセラミックス焼結体からなり、多数のセラミックス粒子２２１の間に、多数の気孔２２２が形成されると共に、互いに連通してガス流路を形成している。好適には、セラミックス粒子２２１の表面を覆って、酸化触媒等からなる触媒コート層２２３が形成される。触媒コート層２２３は、排ガス浄化フィルタ２の再生処理時に、再生温度を低くして、排ガス浄化フィルタ２の過昇温等を抑制する作用を有する。

【0040】

エンジンＥから排出されるＰＭは、排ガスＧと共に多孔質隔壁２２に流入すると、まず、多孔質隔壁２２の内部に堆積し（すなわち、深層堆積状態）、その後、セル２１に面する多孔質隔壁２２の表層に堆積する（すなわち、表層堆積状態）。そのため、図３に示される堆積初期において、圧力損失値ΔＰが急増し、その後、徐々に圧力損失値ΔＰの増加が緩やかとなる圧損特性を示す。これは、深層堆積状態では、ＰＭがガス流路となる気孔２２２内に捕捉されることにより、排ガスの流通が阻害されやすくなるのに対して、表層堆積状態に移行後は、ガス流路への影響がより小さくなるためと推測される。

【0041】

さらに、図４に示されるかさ密度の違いにより、冷間始動時の圧損特性は、全体に、暖機後始動時よりも圧力損失値ΔＰが低くなる側へシフトする。このとき、図５の上図に示されるＰＭ堆積状態は、かさ密度の低いコールドＰＭ堆積状態となり、ＰＭ間の隙間が形成されやすくなるために、通気性が高くなる。これに対して、図５の下図に示される暖機後始動時は、かさ密度の高いホットＰＭ堆積状態となる。

【0042】

ＰＭ堆積状態推定部５１は、運転情報取得部３０によるエンジンＥの運転情報から、冷間始動時に相当するコールドＰＭ堆積状態か、又は、暖機後始動時に相当するホットＰＭ堆積状態か、を推定することができる。また、コールドＰＭ堆積状態におけるかさ密度と始動時温度との関係を、例えば、冷却水温や潤滑油温等の温度情報や空燃比情報について、予め取得しておくことで、圧力損失値ΔＰの補正を効果的に行うことが可能になる。なお、冷間始動とは、例えば、常温より低い温度における始動であり、暖機後始動とは、常温以上の所定の暖機温度に達した状態での始動をいう。

【0043】

ＰＭ堆積特性補正部５２の始動時補正部５３は、ＰＭ堆積状態推定部５１によって、コールドＰＭ堆積状態と推定されたときに、圧損情報に基づく再生可否判定の精度を高めるための補正を行う。具体的には、図３に示されるＰＭ堆積量ΣＰＭと圧力損失値ΔＰの関係において、コールドＰＭ堆積状態のときには、同じＰＭ堆積量ΣＰＭ（例えば、ＰＭ１）に対応する圧力損失値ΔＰは、ホットＰＭ堆積状態のときよりも低くなることから、その差分値に相当する圧損補正値ΔＰ０を、補正量として設定する。圧損補正値ΔＰ０は、例えば、圧力損失値ΔＰの増加分として加算される。

【0044】

補正後圧損値ΔＰ１は、取得された圧力損失値ΔＰに、圧損補正値ΔＰ１を加算して算出される（すなわち、ΔＰ１＝ΔＰ＋ΔＰ０）。算出された補正後圧損値ΔＰ１は、ホットＰＭ堆積状態における圧力損失値ΔＰと同等となるので、予め記憶しているＰＭ堆積量ΣＰＭと圧力損失値ΔＰの関係を示すマップや算出式等を参照することにより、対応するＰＭ堆積量ΣＰＭを算出することができる。そして算出されたＰＭ堆積量ΣＰＭを、再生判定閾値ＰＭrefと比較し、再生判定閾値ＰＭref以上となったときに、再生処理を行うことができる。

【0045】

ここで、図３に示される冷間始動時と暖機後始動時の圧損特性は、代表例であり、例えば、冷間始動時の運転条件によりＰＭ堆積状態が変化すると、これらの関係も変化する。したがって、圧損補正値ΔＰ０は、測定される圧力損失値ΔＰ毎に予め定めた所定値とすることもできるが、好適には、運転条件により変化する圧損特性に合わせて、適正な補正量となるように、燃焼状態に影響する複数のパラメータを用いて設定することもできる。具体的には、図６に示されるように、温度情報や空燃比情報の１つ以上を考慮し、それらの大きさに基づいて、圧損補正値ΔＰ０を設定する。温度情報や空燃比情報等の運転情報は、運転情報取得部３０にて取得することができる。エンジンＥの温度情報としては、例えば、冷却水温、潤滑油温、上記排ガス浄化フィルタの上流における排ガス温度から選ばれる少なくとも１つを用いることができる。

【0046】

以下に、再生制御部３において、始動時に実施される始動時制御の一例を、図７のフローチャートを用いて説明する。図７のステップＳ１０１～Ｓ１０７は、運転情報取得部３０、圧損情報取得部４０、再生可否判定部５０としての処理であり、ＰＭ堆積状態推定部５１及びＰＭ堆積特性補正部５２としての処理を含む。図７のステップＳ１０８～Ｓ１０９は、ＰＭ燃焼制御部６０としての処理である。

【0047】

始動時制御は、例えば、車両のイグニッションスイッチがオンとなることによって開始される。ステップＳ１０１は、運転情報取得部３０としての処理であり、エンジンＥの温度情報として、冷却水温、潤滑油温、排ガス温度等の１つ以上の検出情報を読み込むと共に、空燃比の検出情報を読み込む。これら運転情報は、上記図１に示したエンジンＥの各部に設けられる各種センサに基づくものであり、例えば、排ガス温度センサ１１から、排ガス温度の検出情報が取得される。また、空燃比センサ１２から、空燃比の検出情報が取得される。

【0048】

次に、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１にて読み込んだ運転情報から、排ガス浄化フィルタ２のＰＭ堆積状態が、冷間始動時に排出されるＰＭが堆積したコールドＰＭ堆積状態にあるか否かを推定する。ステップＳ１０２は、ＰＭ堆積状態推定部５１としての処理である。具体的には、運転情報のうち少なくとも１つの温度情報から推定されるエンジンＥの温度が、所定の温度閾値Ｔ０以下であるときに、冷間始動時と判定することができ、その場合に、コールドＰＭ堆積状態にあると推定することができる。

【0049】

温度閾値Ｔ０は、例えば、予め定めた暖機完了温度より低い温度であり、ホットＰＭ堆積状態に対する補正が必要となる温度に、適宜設定される。温度閾値Ｔ０を、温度情報として選択されるパラメータ毎に設定することもできる。なお、コールドＰＭ堆積状態の推定のために、タイマ機能を用いて始動後の経過時間を計測し、所定時間ｔ以下であるときに、コールドＰＭ堆積状態にあると判定するようにしてもよい。

【0050】

ステップＳ１０２が肯定判定されたときには、ステップＳ１０３以降へ進み、圧損情報を取得して、その補正を行う。ステップＳ１０３は、圧損情報取得部４０としての処理であり、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５は、始動時補正部５３としての処理である。ステップＳ１０２が否定判定されたときには、例えば、暖機が完了したか又は暖機後の再始動によるホットＰＭ堆積状態にあり、始動時補正は必要ないと判断されるので、暖機後制御へ進む。暖機後制御については、後述する。

【0051】

ステップＳ１０３では、差圧センサ４からの差圧信号に基づいて、排ガス浄化フィルタ２における圧力損失値ΔＰを取得する。次いで、ステップＳ１０４に進んで、冷間始動時のＰＭ堆積状態に応じた圧損補正値ΔＰ０を算出する。ここでは、ステップＳ１０１にて読み込んだ運転情報の１つ以上について、予め記憶しているマップ又は算出式を参照して、圧損補正値ΔＰ０を算出する。具体的には、上記図６に示される運転情報と圧力損失値ΔＰの関係に基づいて、取得した温度情報、例えば、冷却水温又は潤滑油温又は排ガス温度が低いほど、圧損補正値ΔＰ０が大きくなるようにする。また、空燃比が燃料リッチ側であるほど、圧損補正値ΔＰ０が大きくなるようにする。

【0052】

続くステップＳ１０５では、ステップＳ１０３にて取得した圧力損失値ΔＰに、ステップＳ１０４にて算出した圧損補正値ΔＰ０を加算して、補正後の圧力損失値としての補正後圧損値ΔＰ１を算出する。その後、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７において、再生可否の判定を行う。ステップＳ１０６では、補正後圧損値ΔＰ１に基づいて、予め記憶しているマップ等を参照して、ＰＭ堆積量ΣＰＭを算出する。なお、ＰＭ堆積量ΣＰＭの算出に際しては、圧力損失値ΔＰに影響する排ガス流量等を考慮することが望ましい。排ガス流量は、例えば、運転情報取得部３０により取得される吸入空気量Ｇａと排ガス温度とを用いて算出することができる。

【0053】

ステップＳ１０７では、算出されたＰＭ堆積量ΣＰＭを再生判定閾値ＰＭrefと比較し、再生判定閾値ＰＭref以上であるか否かを判定する（すなわち、ΣＰＭ≧ＰＭref？）。ステップＳ１０７が肯定判定されたときには、ステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８は、アクティブ再生制御部６１としての処理であり、排ガス浄化フィルタ２のアクティブ再生処理（以下、ＧＰＦ再生処理という）を行う。また、タイマ機能を用いて、ＧＰＦ再生処理の開始後の経過時間を計測する。ステップＳ１０７が否定判定されたときには、ステップＳ１０２へ戻り、以降のステップを繰り返す。

【0054】

ステップＳ１０８において、ＧＰＦ再生処理には、任意の昇温制御手段が採用される。昇温制御手段は、例えば、ポスト噴射等を行って排ガス温度を上昇させ、排ガス浄化フィルタ２の温度（以下、ＧＰＦ温度Ｔｆという）をＰＭ燃焼可能な温度まで強制的に上昇させる。ＧＰＦ再生処理が開始されると、次いで、ステップＳ１０９へ進んで、ＧＰＦ再生処理から所定時間ｔ１が経過したか否かを判定する。ステップＳ１０９が否定判定されたときには、ステップＳ１０８へ戻り、ＧＰＦ再生処理を継続する。

【0055】

ステップＳ１０９が肯定判定されると、ステップＳ１１０へ進んで、ＧＰＦ再生処理を終了し、本処理を、一旦終了する。

【0056】

このとき、多孔質隔壁２２の内部に堆積するＰＭの燃焼が可能な所定の温度となるように、ＧＰＦ温度Ｔｆが維持される。ＰＭの燃焼が可能な温度以上であるときに、燃料カット等により空燃比がリーン側に制御されることによってもＰＭ燃焼可能である。所定時間ｔ１は、例えば、ＧＰＦ再生処理後に、排ガス浄化フィルタ２の圧力損失値ΔＰ（すなわち、ＰＭ堆積量ΣＰＭ）が所定値以下となるように、予め試験等を行って、適宜設定することができる。

【0057】

なお、ステップＳ１０９は、ＧＰＦ再生処理を終了するタイミングを判定するためのものであり、経過時間を計測する以外の方法、例えば、圧力損失値ΔＰ等に基づいて判定してもよい。また、その際に、例えば、排ガス温度が比較的高い条件下では、燃料カット等により排ガスに含まれる空気量を増加させて、ＰＭ燃焼を促進させる制御を行ってもよい。

【0058】

図８に示すように、このような始動時制御を行うことにより、冷間始動時におけるＰＭ堆積量ΣＰＭの推定精度を向上させることができる。図中に補正なしとして示すように、コールドＰＭ堆積状態では、上述したかさ密度の低下によって、相対的に圧力損失値ΔＰが低くなる圧損特性を示すために、通常時のマップに基づくＰＭ堆積量ΣＰＭの推定量は、実際のＰＭ量（すなわち、補正ありの場合に相当）よりも減少する。そのために、例えば、図中に示す時刻ｔＡにおいて、実際には、ＰＭ堆積量限界値ＳＭＬに達していても、再生可否の判定が否定され、ＰＭ堆積が進むことになる。

【0059】

その場合に、例えば、図中に示す時刻ｔＢにおいて、ＰＭ堆積量限界値ＳＭＬを超えた状態でパッシブ再生が開始されると、ＧＰＦ温度Ｔｆが上昇しやすくなり、過昇温となるおそれがある。これに対して、ＰＭ堆積状態に応じた始動時補正がなされることによって、適正なタイミングで、アクティブ再生を実行することができるので、温度制御が良好になされる。

【0060】

再生制御部３において、上述したステップＳ１０２が否定判定され、コールドＰＭ堆積状態にないと判断されるとき、例えば、冷間始動後の暖機の進行により、始動時補正が不要となった場合や、運転停止から短時間で再始動し暖機状態にある場合には、暖機後制御が実施される。暖機後制御は、例えば、上述したステップＳ１０４～ステップＳ１０５の補正量の算出と加算処理が省略される以外は、同様の手順で行うことができ、補正前の圧力損失値ΔＰ０に基づいて、ＰＭ堆積量ΣＰＭを推定し、再生可否の判定を行うことができる。

【0061】

また、再生可否判定部５０は、暖機後制御におけるＰＭ堆積量ΣＰＭの推定に先立ち、ＰＭ堆積特性補正部５２の始動後補正部５４による処理を行うこともできる。その場合には、始動後補正部５４は、アクティブ再生の実施により変化するＰＭ堆積特性線を補正する。この補正は、ＰＭ堆積状態推定部５１において推定されるＰＭ堆積状態の変化に基づいてなされ、再生可否判定部５０は、補正したＰＭ堆積特性線に基づいて、ＧＰＦ再生処理の可否を判定する。また、ＰＭ堆積状態推定部５１における推定は、パッシブ再生時を除いたタイミングでなされることが望ましい。

【0062】

その場合の一例について、図９のフローチャートにより、図１０、図１１に示されるＰＭ堆積特性線を参照しながら説明する。図９のステップＳ２０１は、運転情報取得部３０としての処理であり、ステップＳ２０３～Ｓ２１２は、圧損情報取得部４０、再生可否判定部５０としての処理であり、ステップＳ２０２、ステップＳ２１３～Ｓ２１５は、ＰＭ燃焼制御部６０としての処理である。

【0063】

図１０において、ＰＭ堆積特性線は、初期状態（１）から、深層堆積状態に対応する増加特性線を経て、表層堆積状態に対応する増加特性線を辿りながら、ＰＭ堆積量ΣＰＭが徐々に増加する増加特性を示す。このとき、表層堆積状態における特性線の傾きｋは、深層堆積状態における特性線の傾きよりも小さくなる。表層堆積状態におけるＰＭ堆積量ΣＰＭ（ΣＰＭ≦ＳＭＬ）が、所定の再生判定閾値ＰＭrefに対応する堆積状態（２）に達すると、アクティブ再生がなされ、その後は、増加特性線が低圧損側へシフトする特性を示す。このとき、ＰＭ燃焼制御部６０において、表層ＰＭ堆積状態を維持する部分再生となるように、ＧＰＦ再生処理が制御されることにより、再生後のＰＭ堆積量ΣＰＭは、所定の表層ＰＭ堆積状態（３）となる。すなわち、初期状態（１）には戻らず、初期の増加特性線と同じ傾きｋの堆積特性線に沿って、所定の再生判定閾値ＰＭrefに対応する堆積状態（４）へ向かう。

【0064】

図１１に示すように、このようなＰＭ堆積状態の変化により、ＰＭ堆積量限界値ＳＭＬにおいて、深層堆積ＰＭと表層堆積ＰＭとの質量比率である堆積比率Ｒ（すなわち、Ｒ＝深層堆積ＰＭ／表層堆積ＰＭ）が変化する。具体的には、ＰＭ燃焼制御部６０によるＧＰＦ再生処理が進むほど、深層堆積ＰＭが減少し、堆積比率Ｒが小さくなると共に、ＰＭ堆積特性線が低圧損側へシフトする。ＰＭ燃焼制御部６０は、再生前の堆積比率Ｒに基づいて、再生後に所定の堆積比率Ｒとなるように、再生条件等を設定し、燃焼状態を制御することができる。

【0065】

なお、このとき、シフト後のＰＭ堆積特性線を内挿した線（図中に点線で示す）が、シフト前のＰＭ堆積特性線と交わる点に基づいて、再生後の深層堆積状態及び表層堆積状態にあるＰＭ堆積量ΣＰＭと、これらに対応する圧損値ΔＰａ及び圧損値ΔＰｂを知ることができる。したがって、例えば、再生処理後の圧力損失値ΔＰが深層堆積状態に対応する圧損値ΔＰａより大きければ、表層堆積ＰＭが残存する状態であることが確認できる。ここで、再生処理後の圧損値ΔＰａは、再生時に燃焼しないアッシュ成分等を含むＰＭによるものであり、深層堆積状態のＰＭがほぼ燃焼して、シフト後のＰＭ堆積特性線に移行した後、シフト後のＰＭ堆積特性線を辿って、所定のＰＭ堆積量ΣＰＭまで減少することになる。

【0066】

再生制御部３は、ステップＳ２０１において、上記ステップＳ１０１と同様に、エンジンＥの温度情報、空燃比情報その他、各種センサからの運転情報を読み込む。続くステップＳ２０２では、これら運転情報から推定されるＧＰＦ温度Ｔｆが、ＰＭ燃焼開始温度Ｔｃより低い温度か否か（すなわち、Ｔｆ＜Ｔｃ？）を判定する。ＧＰＦ温度Ｔｆは、例えば、排ガス温度センサ１１にて検出される排ガス温度とすることができる。ＰＭ燃焼開始温度Ｔｃは、例えば、５００℃以上の任意の温度とすることができる。

【0067】

ステップＳ２０２が肯定判定されたときは、ステップＳ２０３へ進み、否定判定されたときには、本処理をいったん終了する。ステップＳ２０２は、パッシブ再生検出部６２としての処理であり、以降のＰＭ堆積状態推定部５１による推定を、排ガス浄化フィルタ２に堆積されたＰＭが燃焼していない条件で、精度よく行うためのものである。

【0068】

ステップＳ２０３においては、上記ステップＳ１０３と同様に、圧損情報を取得する。ステップＳ２０３では、差圧センサ４の差圧信号から圧力損失値ΔＰを取得し、さらに、ステップＳ２０４へ進んで、これまでのＧＰＦ再生処理の有無から、ＰＭ堆積特性線の補正の要否を判定する。ステップＳ２０４では、再生フラグの値を読み込み、再生フラグが０にセットされているか否かを判定する。再生フラグは、初期状態では０にセットされており、ＧＰＦ再生処理が実施されると、後述するステップＳ２１５において、１にセットされる。

【0069】

ステップＳ２０４が肯定判定されたときは、ステップＳ２０５以降へ進んで、現在のＰＭ堆積特性線に基づいてＰＭ堆積量ΣＰＭの推定を行う。ステップＳ２０４が否定判定されたときは、ステップＳ２０９以降へ進み、圧損情報等の履歴から、ＰＭ堆積量ΣＰＭの推定の基準として用いられるＰＭ堆積特性線を補正してから、ＰＭ堆積量ΣＰＭを推定する。

【0070】

ステップＳ２０４において、再生フラグの値が０であるときは、ステップＳ２０５において、上記ステップＳ１０６と同様に、予め記憶しているＰＭ堆積特性線に基づいて、ステップＳ２０３で取得した圧力損失値ΔＰに対応するＰＭ堆積量ΣＰＭを算出する。次いで、ステップＳ２０６において、圧力損失値ΔＰ及びＰＭ堆積量ΣＰＭの今回値と、前回値とから、ＰＭ堆積特性線の傾きｋを算出する。さらに、ステップＳ２０７において、予め記憶しているＰＭ堆積特性線の傾きｋを補正する。

【0071】

ステップＳ２０６、Ｓ２０７は、ＰＭ堆積状態推定部５１、始動後補正部５４としての処理である。このようにして、継続的に取得される圧力損失値ΔＰ及びＰＭ堆積量ΣＰＭと、これらに基づいて算出される傾きｋとを記憶することにより、初期状態からのＰＭ堆積特性を推定することができる。また、例えば、表層ＰＭ堆積状態における傾きｋを、予め記憶しているＰＭ堆積特性線の傾きｋと比較して、それらのずれを補正することができる。これにより、より実際に近い堆積特性に基づく推定が可能になる。

【0072】

その後、ステップＳ２０８において、上記ステップＳ１０７と同様にして、算出されたＰＭ堆積量ΣＰＭを再生判定閾値ＰＭrefと比較し（すなわち、ΣＰＭ≧ＰＭref？）、再生可否の判定を行う。ステップＳ２０８が肯定判定されたときは、ステップＳ２１２へ進み、否定判定されたときは、ステップＳ２０１へ戻って、以降のステップを繰り返す。

【0073】

ステップＳ２０９では、記憶されているＰＭ堆積特性線の傾きｋを読み込み、ステップＳ２１０に進んで、現在のＰＭ堆積特性を推定する。ＧＰＦ再生処理の前後において、特性線がシフトしても傾きｋは変化せず、また再生直後は、圧損情報等に基づく傾きｋの算出に適していないので、上記ステップＳ２０６において算出され、予め記憶した傾きｋを用いることができる。また、ステップＳ２０３で取得される圧力損失値ΔＰとその前回値から、図１０における圧損変化量が知られ、前回のＧＰＦ再生処理におけるＰＭ燃焼量とから、ＧＰＦ再生処理後の表層ＰＭ堆積状態（３）の位置が特定される。

【0074】

したがって、ステップＳ２１０にて、これら情報に基づいて、ＰＭ堆積特性線の補正を行うことができる。補正後のＰＭ堆積特性線において、再生判定閾値ＰＭrefに対応する圧力損失値ΔＰは、補正前の圧損値Ｐｒに対して、補正後の圧損値Ｐｒが特性線のシフト分低下した、傾きｋの直線状となる。その後、ステップＳ２１１にて、再生フラグを０にセットして、本処理をいったん終了する。ＧＰＦ再生処理の直後は、所定のＰＭ燃焼量に相当する圧損変化量分、排ガス浄化フィルタ２の圧力損失値ΔＰが低減しているので、再生可否の判定は行わない。

【0075】

ステップＳ２１２は、アクティブ再生制御部６１としての処理であり、排ガス浄化フィルタ２の部分再生処理を行う。また、タイマ機能を用いて、ＧＰＦ再生処理の開始後の経過時間を計測する。ＧＰＦ再生処理には、上記ステップＳ１０８と同様の昇温制御手段が採用され、上記図１０、図１１に示される関係に基づいて、再生時の排ガス浄化フィルタ２の温度や処理時間等の条件を調整することによって、再生後に所定の圧力損失値ΔＰとなるように、ＰＭ燃焼量を制御することができる。

【0076】

図１２に示されるように、ＰＭ堆積状態は、深層ＰＭ堆積状態から表層ＰＭ堆積状態へ移行した後、表層に形成されるケーキ層が徐々に厚くなることにより、圧力損失値ΔＰが緩やかに上昇する。この状態から、ＧＰＦ再生処理が行われると、まず、燃焼しやすい多孔質隔壁２２内の深層に存在するＰＭが燃焼し、ケーキ層が維持された状態で、圧力損失値ΔＰが大きく低下する。このような部分再生された状態から、再びＰＭが堆積する場合には、多孔質隔壁２２の表層への堆積となり、低圧損側へシフトしたＰＭ堆積特性線に沿ったものとなる。この傾向は、図１３に示される試験結果によって確認されている。

【0077】

したがって、ステップＳ２１２の昇温操作を行った後、ステップＳ２１３へ進んで、所定時間ｔ１と比較することで、部分再生処理の終了を判定することができる。ステップＳ２１３が肯定判定されたときには、ステップＳ２１４へ進んで、再生フラグを１にセットし、本処理を一旦終了する。ステップＳ２１３が否定判定されたときには、ステップＳ２１２へ戻り、所定時間ｔ１が経過するまで、ＧＰＦ再生処理を継続する。

【0078】

なお、図１２中に点線で示されるように、ＧＰＦ再生処理時には所定の減少特性線を辿って、ＰＭ堆積量ΣＰＭが変化すると推定されるので、この減少特性を予め把握しておくことで、部分再生処理の終了後のＰＭ堆積状態や堆積比率Ｒ等を推定することもできる。

【0079】

このように、再生制御部３によって、排ガス浄化フィルタ２の圧損情報とエンジンＥの運転情報に基づいて、ＰＭ堆積状態を推定し。再生可否を判定することにより、部分再生処理及び部分再生後のＰＭ堆積特性を良好に制御することができる。

【0080】

（実施形態２）
次に、排ガス浄化装置に係る実施形態２について、図１４～図１７を参照して説明する。本形態において、排ガス浄化装置１の基本構成と基本制御は、上記実施形態１と同様であり、説明を省略する。本形態では、再生制御部３において実施されるＰＭ堆積量ΣＰＭの推定を、パッシブ再生を考慮して行うＰＭ燃焼時制御の一例を示している。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0081】

図１４のフローチャートにおいて、ステップＳ３０１は、運転情報取得部３０としての処理であり、ステップＳ３０２は、圧損情報取得部４０としての処理であり、ステップＳ３０３～Ｓ３１０は、再生可否判定部５０としての処理であり、ステップＳ３１１～Ｓ３１２は、ＰＭ燃焼制御部６０としての処理である。

【0082】

ＰＭ燃焼時制御が開始されると、ステップＳ３０１において、エンジンＥの運転情報が取得され、各種センサからの検出情報が読み込まれる。続くステップＳ３０２では、これら運転情報から、エンジンＥからのＰＭ排出量ΔＰＭ１が算出される。上記実施形態１では、差圧センサ４に基づく圧力損失値ΔＰからＰＭ堆積量ΣＰＭを推定したが、圧損情報として、エンジンＥの運転履歴から、排ガス浄化フィルタ２に流入して堆積するＰＭ排出量ΔＰＭ１を推定することもできる。具体的には、エンジンＥの回転数ＮＥと燃料噴射量Ｑに基づいて、予め試験等を行って得られたマップ等を参照して、ＰＭ排出量ΔＰＭ１とすることができる。

【0083】

さらに、ステップＳ３０３において、排ガス温度センサ１１の検出情報に基づいて、ＧＰＦ温度Ｔｆが計測され、ステップＳ３０４において、ＧＰＦ温度ＴｆとＰＭ燃焼開始温度Ｔｃとが比較される（すなわち、Ｔｆ＜Ｔｃ？）。ステップＳ３０４は、パッシブ再生検出部６２としての処理であり、ステップＳ３０３が肯定判定されたときは、ステップＳ３０５へ進み、否定判定されたときは、ステップＳ３０９へ進む。

【0084】

ステップＳ３０４が否定判定されたときは、ステップＳ３０９において、現在の残存ＰＭ量ΣＰＭ０を読み込み、ステップＳ３１０へ進む。残存ＰＭ量ΣＰＭ０は、例えば、記憶されているＰＭ堆積量ΣＰＭの前回値とすることができる。ステップＳ３１０では、残存ＰＭ量ΣＰＭ０に、ステップＳ３０２で得られたＰＭ排出量ΔＰＭ１を加算して、ＰＭ堆積量ΣＰＭの今回値を算出する（すなわち、ΣＰＭ＝ΣＰＭ０＋ΔＰＭ１）。その後、ステップＳ３０１へ戻り、以降のステップを繰り返す。

【0085】

ステップＳ３０４が肯定判定されるときは、パッシブ再生による燃焼量分を補正する。ステップＳ３０５～Ｓ３０７は、ＰＭ堆積状態推定部５１、始動後補正部５４としての処理であり、まず、ステップＳ３０５において、現在の残存ＰＭ量ΣＰＭ０を読み込む。次いで、ステップＳ３０６において、残存ＰＭ量ΣＰＭ０とＰＭ燃焼速度との関係に基づいて、ＰＭ燃焼量ＰＭｃを算出する。

【0086】

図１５に示されるように、排ガス浄化フィルタ２において、残存ＰＭ量ΣＰＭ０が多いほど、ＰＭ燃焼速度が上昇する。その際、ＰＭ燃焼速度は、２段階で変化しており、ある一定の残存ＰＭ量ΣＰＭ０（例えば、図中に示すＰＭ２）を変化点として、それ以上では、ＰＭ燃焼速度の増加率が大きく、それ以下では、ＰＭ燃焼速度の増加率は小さくなることが判明している。

【0087】

これは、図１６に示されるように、ＰＭ堆積状態が、深層堆積ＰＭと表層体積ＰＭの組み合わせであり、残存ＰＭ量ΣＰＭ０が多い状態では、燃焼しやすい深層堆積ＰＭが多く存在することによるものと推測される。そのため、図１７に示されるように、燃焼開始時のＰＭ堆積量ΣＰＭが多い方が、ＰＭ燃焼速度が大きくなっており、上図に示す領域Ａにおいて、下図に示すＰＭ堆積量ΣＰＭの減少と共に、ＰＭ燃焼速度が急減する一方、領域Ｂに移行すると、ＰＭ燃焼速度の低下は緩やかとなる。

【0088】

このようなＰＭ燃焼速度の変化は、燃焼開始時のＰＭ堆積量ΣＰＭ（例えば、図１７に点線で示す特性線では、０．３６ｇ／Ｌ）に依存し、より多いＰＭ堆積量ΣＰＭで燃焼開始された場合（例えば、図１７に実線で示す特性線）、燃焼途中で同じＰＭ堆積量ΣＰＭとなったときのＰＭ燃焼速度は異なる。また、ＰＭ燃焼速度には、ＧＰＦ温度Ｔｆも影響し、高温であるほど、ＰＭ燃焼が促進されやすくなる。

【0089】

そこで、ステップＳ３０６においては、これらの関係に基づいて、残存ＰＭ量ΣＰＭ０とＧＰＦ温度Ｔｆの関数として表される燃焼速度と、燃焼時間とから、下記式１に基づいて、ＰＭ燃焼量ΔＰＭｃを算出することができる。
式１：ΔＰＭｃ ＝ f（Ｔf , ΣＰＭ０）×燃焼時間
式１は、ＰＭ燃焼量ΔＰＭｃの算出の一例であり、燃焼速度を、残存ＰＭ量ΣＰＭ０に応じて段階的に変更するようにしてもよい。

【0090】

次いで、ステップＳ３０７において、得られたＰＭ燃焼量ΔＰＭｃを、ＰＭ堆積量ΣＰＭの前回値ΣＰＭ０にＰＭ排出量ΔＰＭ１を加算した値から減算する。すなわち、下記式２からＰＭ堆積量ΣＰＭの今回値を算出する。
式２：ΣＰＭ＝ΣＰＭ０＋ΔＰＭ１－ΔＰＭｃ

【0091】

その後、ステップＳ３０８において、得られたＰＭ堆積量ΣＰＭを再生判定閾値ＰＭrefと比較し（すなわち、ΣＰＭ≧ＰＭref？）、再生可否の判定を行うことができる。ステップＳ３０８が肯定判定されたら、ステップＳ３１１へ進んで、排ガス浄化フィルタ２の部分再生処理を行い、否定判定されたら、ステップＳ３０１へ戻る。

【0092】

ステップＳ３１２では、ステップＳ３１１の部分再生処理後に、差圧センサ４の差圧信号から圧力損失値ΔＰを読み込み、所定の終了判定閾値Ｐref以下となったか否か（すなわち、ΔＰ≦Ｐref？）を判定する。ステップＳ３１１、Ｓ３１２は、アクティブ再生制御部６１としての処理であり、上記ステップＳ１０８、Ｓ１０９と同様に、所定の経過時間ｔ１に基づいて終了を判定してもよいが、このように、圧損情報に基づいて終了判定を行ってもよい。

【0093】

ステップＳ３１２が肯定判定されたときは、ＧＰＦ再生処理の終了と判断して、本処理を一旦終了する。ステップＳ３１２が否定判定されたときは、ステップＳ３１１に戻って、以降のステップを繰り返す。

【0094】

このように、再生制御部３の再生可否の判定に際して、ＰＭ堆積状態推定部５１において、残存ＰＭ量ΣＰＭ０に対応するＰＭ堆積状態を適切に推定し、ＰＭ堆積特性補正部５２において、パッシブ再生によるＰＭ燃焼量ΔＰＭｃを精度よく算出して、ＰＭ堆積量ΣＰＭを補正することができる。これにより、実際のＰＭ堆積量ΣＰＭを精度よく推定し、再生可否を判定することにより、ＧＰＦ再生処理を良好に制御することができる。

【0095】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。例えば、上記図７、図９、図１４に示したフローチャートは一例であって、ＰＭ堆積特性推定部により推定される堆積状態に基づいて、ＰＭ堆積特性補正部により、圧力損失情報やＰＭ堆積特性等を補正するようになっていればよい。また、これらフローチャートに示されるＰＭ堆積特性推定部及びＰＭ堆積特性補正部の手順を組み合わせたり、手順の一部を変更したりしてもよい。

【0096】

また、例えば、排ガス浄化装置１の各部構成は、図１に示したものに限らず、適宜変更することができる。内燃機関は、ガソリンエンジンとして説明したが、ディーゼルエンジンであってもよく、排ガス浄化フィルタ２の構造も両栓構造でなく片栓構造であってもよい。

【符号の説明】

【0097】

Ｅ ガソリンエンジン（内燃機関）
１ 排ガス浄化装置
２ 排ガス浄化フィルタ
３ 再生制御部
３０ 運転情報取得部
４０ 圧損情報取得部
５０ 再生可否判定部
５１ ＰＭ堆積状態推定部
５２ ＰＭ堆積特性補正部
５３ 始動時補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】