特許 7186532 ＰＭ堆積量推定装置及びＰＭ堆積量推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-01

(45)【発行日】2022-12-09

(54)【発明の名称】ＰＭ堆積量推定装置及びＰＭ堆積量推定方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/023 20060101AFI20221202BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20221202BHJP

   F01N 11/00 20060101ALI20221202BHJP

   B01D 46/42 20060101ALI20221202BHJP

【ＦＩ】

F01N3/023 K

F01N3/023 Z

F01N3/18 C

F01N11/00

B01D46/42 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018134134

(22)【出願日】2018-07-17

(65)【公開番号】P2020012401

(43)【公開日】2020-01-23

【審査請求日】2021-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100100354

【弁理士】

【氏名又は名称】江藤 聡明

(72)【発明者】

【氏名】萩野谷 哲史

【審査官】小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１５５９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１９７４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１４８９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／０２３

Ｆ０１Ｎ ３／１８

Ｆ０１Ｎ １１／００

Ｂ０１Ｄ ４６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のエンジンから排出される排気ガスが通過する排気管内に設けられて排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタと、
前記排気管に設けられて、前記フィルタを下流側へ移動可能に保持する移動機構と、
排気ガスにより前記フィルタが下流側へ押圧された際の押圧力を検出可能な感圧センサと、
該感圧センサの検出結果と排気ガスの流量とに基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定するとともに、予め設定されたＰＭ堆積量マップの欠損判定基準データに基づいて、前記フィルタが欠損しているか否かを判定する制御部と、
を備えたことを特徴とするＰＭ堆積量推定装置。

【請求項2】

前記感圧センサは、前記フィルタの下流側に固定配置され、前記フィルタの外周縁部に沿う環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＰＭ堆積量推定装置。

【請求項3】

車両のエンジンから排出される排気ガスが通過する排気管内に設けられて排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタと、
前記排気管に設けられ、前記フィルタを所定の初期位置から該初期位置よりも下流側の後退位置まで移動可能に保持するとともに、前記フィルタを前記初期位置側へ付勢する付勢手段を有する移動機構と、
前記フィルタの前記初期位置からの移動量を検出可能な検出手段と、
該検出手段の検出結果と排気ガスの流量とに基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定するとともに、予め設定されたＰＭ堆積量マップの欠損判定基準データに基づいて、前記フィルタが欠損しているか否かを判定する制御部と、
を備えたことを特徴とするＰＭ堆積量推定装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記感圧センサ又は前記検出手段の検出結果と排気ガスの流量とに基づいて前記ＰＭ堆積量マップを参照して、粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のＰＭ堆積量推定装置。

【請求項5】

車両の加速度を検出可能な加速度検出手段を備え、
前記制御部は、前記加速度検出手段が検出した加速度が所定条件を満たす場合に、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のＰＭ堆積量推定装置。

【請求項6】

車両の傾斜角度を検出可能な傾斜角度検出手段を備え、
前記制御部は、前記傾斜角度検出手段が検出した傾斜角度が所定条件を満たす場合に、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のＰＭ堆積量推定装置。

【請求項7】

車両のエンジンから排出される排気ガスが通過する排気管内に設けられて排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積量推定方法であって、
前記排気管を流れる排気ガスによって前記フィルタが押圧される押圧力又は排気ガスによって前記フィルタが下流側へ移動した量を検出する工程と、
検出された押圧力又は検出された移動量と、排気ガスの流量とに基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する工程と、
検出された押圧力又は検出された移動量と排気ガスの流量とから、予め設定されたＰＭ堆積量マップの欠損判定基準データに基づいて、前記フィルタが欠損しているか否かを判定する工程と、
を含むことを特徴とするＰＭ堆積量推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＰＭ堆積量推定装置及びＰＭ堆積量推定方法に関し、特に、車両のエンジンから排出される排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を補足するフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積量推定装置及びＰＭ堆積量推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の車両のエンジンから排出される排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉して取り除くフィルタとして、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）やＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等が使用されている。

【0003】

フィルタに捕捉された粒子状物質の量が多くなって詰まりが生じると、排気の圧力損失が増大してエンジンの出力低下や燃費悪化が生じることから、かかる事態を回避するためにフィルタの詰まりを診断する装置が開発されている。さらに、フィルタが脱落や溶損等により欠損すると、粒子状物質を適切に除去できなくなることから、近年では、フィルタが欠損していなか車両が自己診断することが求められている。

【0004】

フィルタの詰まりや欠損の診断手段として、一般に、排気管路においてフィルタの上流側と下流側との差圧を用いるものが知られている。

【0005】

例えば、特許文献１には、内燃機関の排気管内に設けられたフィルタと、このフィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサと、差圧センサが検出した差圧に基づいてフィルタの詰まりや欠損の有無を判定する判定装置とを備えた内燃機関の排気浄化装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００３－１５５９２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の排気浄化装置では、排気流量が一定の場合、フィルタの詰まりが大きいと差圧が大きくなることから、差圧の大きさと排気流量とに基づいてフィルタの粒子状物質の詰まり判定することができる。また、フィルタの欠損時には正常時よりも差圧が小さくなることから、欠損の有無を判定することができる。

【0008】

しかしながら、フィルタの欠損診断を行う場合、使用初期段階では粒子状物質の詰まりが少なく正常時の差圧が小さくなることから、正常時との比較によってフィルタの欠損判断を正確に行うことが困難になるという問題があった。

【0009】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、排気管に設けられるフィルタの粒子状物質の詰まりを診断できるとともに、フィルタの欠損診断精度を向上できるＰＭ堆積量推定装置及びＰＭ堆積量推定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態は、車両のエンジンから排出される排気ガスが通過する排気管内に設けられて排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタと、前記排気管に設けられて、前記フィルタを下流側へ移動可能に保持する移動機構と、排気ガスにより前記フィルタが下流側へ押圧された際の押圧力を検出可能な感圧センサと、該感圧センサの検出結果と排気ガスの流量とに基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定するとともに、予め設定されたＰＭ堆積量マップの欠損判定基準データに基づいて、前記フィルタが欠損しているか否かを判定する制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0011】

この構成によれば、移動機構により保持されたフィルタが、排気管内を通る排気ガスによって下流側へ押圧された際に、感圧センサによってこの押圧力を検知することで、粒子状物質の堆積量を推定することができる。具体的には、排気ガスの流量が等しい場合、粒子状物質の堆積量が多いと抵抗が大きくなって押圧力が大きくなり、堆積量が少ないと抵抗が小さいことから押圧力が小さくなる。また、フィルタが欠損している場合には押圧力がほぼかからなくなる。これにより、フィルタの使用初期段階であるか否かに関わらず、フィルタの欠損診断の精度を高めることができる。

【0012】

また、本発明の一実施形態は、前記ＰＭ堆積量推定装置において、前記感圧センサは、前記フィルタの下流側に固定配置され、前記フィルタの外周縁部に沿う環状に形成されていることを特徴とする。

【0013】

この構成によれば、環状に形成された感圧センサの内部を排気ガスが通過することができるとともに、環状にすることで感圧センサとフィルタとの接触面積を広く確保して接触圧の計測精度を高めることができる。

【0014】

また、本発明の一実施形態は、車両のエンジンから排出される排気ガスが通過する排気管内に設けられて排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタと、前記排気管に設けられ、前記フィルタを所定の初期位置から該初期位置よりも下流側の後退位置まで移動可能に保持するとともに、前記フィルタを前記初期位置側へ付勢する付勢手段を有する移動機構と、前記フィルタの前記初期位置からの移動量を検出可能な検出手段と、該検出手段の検出結果と排気ガスの流量とに基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定するとともに、予め設定されたＰＭ堆積量マップの欠損判定基準データに基づいて、前記フィルタが欠損しているか否かを判定する制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0015】

この構成によれば、移動機構により保持されたフィルタが、排気管内を通る排気ガスによって押圧されて初期位置よりも下流側へ移動した際に、検出手段によってこの移動量を検出することで、粒子状物質の堆積量を推定することができる。具体的には、排気ガスの流量が等しい場合、堆積量が多いと抵抗が大きくなって移動量が大きくなり、堆積量が少ないと抵抗が小さいことから移動量が小さくなる。また、フィルタが欠損した場合には移動量が検出されなくなる。これにより、フィルタの使用初期段階であるか否かに関わらず、フィルタの欠損診断の精度を高めることができる。

【0016】

また、本発明の一実施形態は、前記ＰＭ堆積量推定装置において、前記制御部は、前記感圧センサ又は前記検出手段の検出結果と排気ガスの流量とに基づいて予め設定されたＰＭ堆積量マップを参照して、粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする。
前記制御部は、前記検出センサの検出結果と排気ガスの流量とに基づいて予め設定されたＰＭ堆積量マップを参照して、粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする。

【0017】

この構成によれば、ＰＭ堆積量マップを参照して適正かつ迅速に粒子状物質の堆積量を推定することができる。

【0018】

また、本発明の一実施形態は、前記ＰＭ堆積量推定装置において、車両の加速度を検出可能な加速度検出手段を備え、前記制御部は、前記加速度検出手段が検出した加速度が所定条件を満たす場合に、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする。

【0019】

また、本発明の一実施形態は、前記ＰＭ堆積量推定装置において、車両の傾斜角度を検出可能な傾斜角度検出手段を備え、前記制御部は、前記傾斜角度検出手段が検出した傾斜角度が所定条件を満たす場合に、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定することを特徴とする。

【0020】

この構成によれば、フィルタには排気ガスによる押圧力の他に車両の加速や傾斜によって加速力や重力が作用するが、加速度検出手段や傾斜角度検出手段により、このような外力が発生する状況を検出して所定条件の範囲に絞ることで、排気ガスによるフィルタの押圧力や移動量の算出を容易にし、粒子状物質の堆積量の推定を簡素化することができる。

【0021】

また、本発明の一実施形態は、車両のエンジンから排出される排気ガスが通過する排気管内に設けられて排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量を推定するＰＭ堆積量推定方法であって、前記排気管を流れる排気ガスによって前記フィルタが押圧される押圧力又は排気ガスによって前記フィルタが下流側へ移動した量を検出する工程と、検出された押圧力又は検出された移動量と、排気ガスの流量とに基づいて、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する工程と、予め設定されたＰＭ堆積量マップの欠損判定基準データに基づいて、前記フィルタが欠損しているか否かを判定する工程と、を含むことを特徴とする。

【0022】

この構成によれば、排気管内を通る排気ガスによってフィルタが下流側へ押圧された際の押圧力又はフィルタの下流側への移動量を検出し、検出した押圧力又は移動量と、排気ガスの流量と用いて、粒子状物質の堆積量を推定することができる。具体的には、排気ガスの流量が等しい場合、堆積量が多いと押圧力が大きく又は移動量が大きくなり、堆積量が少ないと押圧力が小さく又は移動量が小さくなる。また、フィルタが欠損した場合には押圧力がほぼかからなくなる又は移動量が検出されなくなる。これにより、フィルタの使用初期段階であるか否かに関わらず、フィルタの欠損診断の精度を高めることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係るＰＭ堆積量推定装置及びＰＭ堆積量推定方法によれば、排気管に設けられるフィルタの粒子状物質の詰まりを診断できるとともに、フィルタの欠損診断の精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第１の実施の形態であるＰＭ堆積量推定装置の構成図。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ線断面図。

【図3】フィルタの欠損診断処理を示すフローチャート。

【図4】本発明の第２の実施形態であるＰＭ堆積量推定装置の構成図。

【図5】図３に示すＰＭ堆積量推定装置においてフィルタが下流側に移動した状態を示す断面図。

【図6】フィルタの欠損診断処理を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態であるＰＭ堆積量推定装置の構成図である。本発明に係るＰＭ堆積量推定装置１０は自動車等の車両の内燃機関の排気機構に適用される。

【0026】

ＰＭ堆積量推定装置１０は、図示していない内燃機関の排気ポートから排出された排気ガスの流路を形成する排気管１１と、排気管１１内に設けられるフィルタ１２と、フィルタ１２を移動可能に保持する移動機構２０と、フィルタ１２の下流側に配設される感圧センサ（押圧力検出手段）１４と、排気流量検出手段１５と、車両状態検出手段１６と、制御部１８とを備える。制御部１８は、感圧センサ１４及び車両状態検出手段１６による検出結果に基づき、フィルタ１２のＰＭ堆積量の推定を行う。なお、図１では排気管１１内を断面状態で示している。また、各図面においてフィルタ１２にはドットを付している。

【0027】

フィルタ１２は排気管１１内に設けられ、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉して排気ガスから除去するものであり、図示例では、排気管１１の内部形状に適合させて略円筒状に形成されている。フィルタ１２は、例えば、ハニカム担体等に目封じを施し、フィルタ機能を追加したものであり、フィルタ１２に堆積した粒子状物質の燃焼を促進するための触媒コートを施したものとすることができ、本実施の形態では、ウォールフロー型のＧＰＦを用いている。なお、フィルタ１２はこれに限られず、例えば、ＤＰＦなど粒子状物質を捕捉可能な公知のフィルタを適宜用いることができる。

【0028】

排気管１１は、フィルタ１２の配設位置において内径が拡径しており、この配設位置において、移動機構２０を構成する外管３１と内管３２とを備えた二重管構造を有している。内管３２は、外管３１の内部に同軸状に形成されており、壁面に後述する移動機構２０の支持部２３が挿通される貫通孔３２ａが形成されている。

【0029】

移動機構２０は排気管１１に設けられ、フィルタ１２を排気管１１の所定範囲内において管軸方向に移動可能に保持する。具体的には、移動機構２０は、排気管１１の内部に嵌装されて排気管１１の管軸方向へ摺動可能な可動管２１を備え、この可動管２１にフィルタ１２が保持されている。

【0030】

可動管２１は、フィルタ１２の外周を囲繞・保持する筒状の保持部２２と、保持部２２の外壁面に取り付けられて排気管１１の外管３１及び内管３２の間に嵌装された状態で保持部を移動可能に支持する支持部２３とを有する。フィルタ１２の外周と保持部２２の内周面との間には、マット材２８が充填されて隙間を密閉している。本実施の形態では、図１及び図２に示すように、保持部２２の外壁面の対向位置に２つの支持部２３が設けられている。

【0031】

支持部２３は、保持部２２の外周面から突出して内管３２の貫通孔３２ａを貫通する突出部２３ａと、突出部２３ａの先端に形成された係合部２３ｂとを有する。突出部２３ａは貫通孔３２ａ内を管軸方向に移動可能な大きさに形成されている。係合部２３ｂは、貫通孔３２ａよりも大径の板状部であって、内管３２と外管３１との間に管軸方向に摺動可能に嵌装されている。

【0032】

感圧センサ１４は、排気管１１内に固定されて可動管２１に取り付けられたフィルタ１２の押圧力（すなわち、接触圧力）を検出する。図２に示すように、感圧センサ１４は、フィルタ１２の外周縁部に沿う環状に形成されている。本実施の形態では、可動管２１が最も上流側に位置した状態で、感圧センサ１４が、可動管２１の下流端に近接配置される。なお、図１に示すように、感圧センサ１４は、押圧力がほぼかからない状態で可動管２１と接触配置されていてもよい。なお、図示していないが、感圧センサ１４は、感圧センサ１４よりも剛性が高く、且つ排気管１１内部に固定された環状の枠部材に取り付けられた構造であってもよい。

【0033】

可動管２１は、排気管１１に固定された感圧センサ１４により下流側への移動が規制され、その結果、移動することなく、ほぼ同一位置に留まった状態となっている。すなわち、排気ガスによってフィルタ１２が下流側に押圧されると、可動管２１が下流側へ移動しようとするが、感圧センサ１４に当接して移動が阻止される。この際、感圧センサ１４が受ける押圧力をフィルタ１２による押圧力として検出する。

【0034】

排気流量検出手段１５は、排気管１１を通る排気ガスの流量を検出するものであり、例えば、エンジンの吸入空気の流量（吸入空気量）を検出するエアフローメータとすることができる。なお、排気流量検出手段１５は、エアフローメータに限られず、例えば、エンジンの回転数や燃焼噴射量等から排気流量を算出する構成であってもよい。

【0035】

車両状態検出手段１６は、自車両の加速度及び／又は自車両の傾斜角度（ピッチ角やロール角）を検出する。車両状態検出手段１６としては、例えば、加速度センサや角度センサ等を単独又は組み合わせて用いることができる。本実施の形態では、車両状態検出手段１６により車両の加速度及び傾斜角度の両方を検出している。

【0036】

制御部１８は、例えばＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を有して構成される。制御部１８は、感圧センサ１４、排気流量検出手段１５及び車両状態検出手段１６と接続されており、これらからの検出信号に基づいてＰＭ堆積量の推定を行う。

【0037】

制御部１８の記憶部には、車両状態検出手段１６の検出結果に基づいて、自車両の傾斜角度が水平状態であるか否かを判定するための角度閾値θ_ｔｈ、及び、自車両がほぼ一定速度で走行する定常走行状態であるか否かを判定するための加速度閾値α_ｔｈのそれぞれが予め設定されている。

【0038】

さらに、記憶部には、フィルタ１２における粒子状物質の堆積量（すなわち、ＰＭ堆積量）と、排気管１１の排気流量と、排気ガスによってフィルタ１２が感圧センサ１４を押圧する押圧力との対応関係を示すマップ（以下、ＰＭ堆積量マップという）が予め設定されている。制御部１８は、感圧センサ１４及び排気流量検出手段１５が検出した押圧力及び排気流量に基づいて、ＰＭ堆積量マップを参照することによりＰＭ堆積量の推定を行う。また、ＰＭ堆積量マップには、フィルタ１２が欠損しているか否かを判定するため欠損判定基準データが含まれている。欠損判定基準データは、感圧センサ１４による検出押圧力に関するデータであり、排気量が所定量以上かつ検出押圧力が所定値以上の場合にフィルタ１２が欠損していない通常状態と判定し、排気量が所定量以上かつ検出押圧力が所定値未満の場合に欠損していると判定することができる。

【0039】

次に、図３のフローチャートを参照して、ＰＭ堆積量推定装置１０の制御部１８によるフィルタ１２のＰＭ堆積量推定処理及びＰＭ堆積量推定結果を用いたフィルタ１２の欠損診断処理について説明する。なお、以下の診断処理は、車両走行時に行われる。

【0040】

まず、制御部１８は、車両状態検出手段１６からの検出信号に基づき、検出した車両の傾斜角度θが所定の角度閾値θ_ｔｈの範囲内となる水平走行状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

【0041】

車両が水平走行である場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、制御部１８は車両状態検出手段１６が検出した車両の加速度αが所定の加速度閾値α_ｔｈの範囲内となり、一定速度で走行している定常走行状態であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

【0042】

車両が定常走行である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、排気流量検出手段１５による検出結果に基づいて排気流量を算出し（ステップＳ１３）、さらに、感圧センサ１４の検出結果に基づいてフィルタ１２による押圧力を算出する（ステップＳ１４）。

【0043】

制御部１８は、算出された排気流量及び押圧力から、記憶されているＰＭ堆積量マップ情報を参照して、フィルタ１２のＰＭ堆積量を推定する（ステップＳ１５）。

【0044】

さらに、制御部１８は、ＰＭ堆積量マップ情報の欠損判定基準データに基づいて、フィルタ１２が欠損しているか否かを判定する（ステップＳ１６）。欠損している場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）には欠損状態であることを図示していない表示装置に表示する（ステップＳ１７）。表示装置は、例えば、ディスプレイ表示や点灯表示等の視覚的な表示装置、及び／又は、音声表示や警告音表示等、聴覚的な表示装置とすることができる。また、表示装置は、ステップＳ１５で推定したＰＭ堆積量を表示する構成とすることができる。なお、欠損していない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）に、表示装置に正常状態であることを表示させてもよい。

【0045】

また、ステップＳ１１で車両が水平走行ではない、すなわち、傾斜している場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、または、ステップＳ１２で車両が定常走行ではない、すなわち、車両が加速又は減速状態である場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）の少なくともいずれかの場合には、制御部１８は、欠損診断処理を終了する。

【0046】

なお、上述の例では、ＰＭ堆積量推定装置１０によるフィルタ１２の欠損診断処理について説明したが、ステップＳ１５でＰＭ堆積量の推定を行った後、ＰＭ堆積量が制御部１８に記憶された所定値よりも多いと判定した場合に、フィルタ１２に捕集されている粒子状物質を燃焼除去する再生処理を行う構成としてもよい。

【0047】

また、上述の診断処理は、制御部１８により所定の周期で自動的に実行されることが好ましい。

【0048】

本実施の形態のＰＭ堆積量推定装置１０では、排気ガスの流量と、フィルタ１２が感圧センサ１４を押圧する押圧力の大きさによって、粒子状物質の堆積量を適切に推定することができる。すなわち、排気ガスの流量が一定であれば、フィルタ１２の粒子状物質の堆積量が少ない場合、排気ガスに対する抵抗が小さくなって感圧センサ１４が検出するフィルタ１２の押圧力が小さくなり、粒子状物質の堆積量が多い場合には、排気ガスに対する抵抗が大きくなってフィルタ１２の押圧力が大きくなる。このような排気流量と、フィルタ１２による押圧力と、この際のＰＭ堆積量との対応関係を予めマップ情報として記憶させ、ＰＭ堆積量の推定処理時にマップ情報を参照させることで、迅速かつ適切にＰＭ堆積量の推定を行うことができる。

【0049】

また、フィルタ１２が脱落等により欠損している場合には、フィルタ１２が使用初期段階であるか否かに関わらず、押圧力がほぼ零となり、フィルタ１２が欠損していない状態と比べて極めて小さくなることから、検出したフィルタ１２の押圧力に基づいて容易に欠損の有無を判定することができる。特に、フィルタの上流と下流との差圧を用いてフィルタの欠損診断を行う従来のものでは、ＰＭ堆積量が少ないフィルタの使用初期段階において、差圧が小さく、欠損診断精度が低くなるが、本実施の形態のＰＭ堆積量推定装置１０では、フィルタ１２による押圧力を検出し、この検出結果に基づいて欠損診断を行うので、使用初期段階であるか否かに関わらず欠損診断の精度を高く維持することができる。

【0050】

また、車両の加減速時や車両傾斜時には、フィルタ１２に加速力が作用したり、フィルタ１２の移動可能方向に重力が作用したりすることにより、感圧センサ１４による検出押圧力が定常走行時や水平走行時と比較して変化する。本実施の形態では、車両状態検出手段１６によって車両状態を検出し、車両が水平走行且つ定常走行の場合にＰＭ堆積量の推定を行うことで、フィルタ１２に作用する加速力等を考慮することなく、ＰＭ堆積量の算出を迅速かつ簡易に行うことができる。

【0051】

なお、本実施の形態では、感圧センサ１４により押圧力を検出しているが、これに限られず、フィルタ１２による押圧力を検出可能な公知の押圧力検出手段を排気管１１の適宜の位置に配設する構成とすることができる。

【0052】

（第２の実施の形態）
次に、図４－図６を用いて本発明の第２の実施の形態のＰＭ堆積量推定装置１０を説明する。なお、各図において、第１の実施の形態と同様の要素には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0053】

本実施の形態のＰＭ堆積量推定装置１０では、移動機構２０により、フィルタ１２が排気管１１の所定範囲内を移動可能に構成されており、フィルタ１２が上流側に位置する初期位置から下流側へ移動した際の移動量を移動量検出手段１７により検出している。ＰＭ堆積量推定装置１０は、検出した移動量と排気ガスの流量とに基づいてＰＭ堆積量を推定する。

【0054】

ＰＭ堆積量推定装置１０は、排気ガスの流路を形成する排気管１１と、排気管１１内に設けられるフィルタ１２と、フィルタ１２を移動可能に保持する移動機構２０と、フィルタ１２の移動量を検出する移動量検出センサ（移動量検出手段）１７と、排気流量検出手段１５と、車両状態検出手段１６と、制御部１８とを備える。制御部１８は、移動量検出センサ１７及び車両状態検出手段１６による検出結果に基づき、フィルタ１２のＰＭ堆積量の推定を行う。なお、図５では、排気流量検出手段１５、車両状態検出手段１６及び制御部１８の記載を省略している。

【0055】

移動機構２０は、フィルタ１２を排気管１１の所定範囲内において管軸方向に移動可能に保持する可動管２１と、可動管２１を所定の初期位置へ付勢する付勢手段と２５とを備える。

【0056】

可動管２１は、フィルタ１２の外周を囲繞・保持する筒状の保持部２２と、保持部２２の外壁面に取り付けられて排気管１１の外管３１及び内管３２の間に嵌装された状態で保持部を移動可能に支持する支持部２３とを有する。支持部２３は、保持部２２の外周面から突出して内管３２の貫通孔３２ａを貫通する突出部２３ａと、突出部２３ａの先端に形成された係合部２３ｂとを有する。

【0057】

付勢手段２５としては、例えば、バネを用いることができ、バネの一端が内管３２に固定され、他端が可動管２１の支持部２３に当接し、可動管２１を上流側へ付勢している可動管２１は、車両が水平地面に停車した状態で、付勢手段２５により図４に示す初期位置に付勢されており、外力を受けること（すなわち、排気ガスによってフィルタ１２が下流側に押圧されること）により、付勢力に抗して、図５に示す排気管１１の下流側へ移動した後退位置まで移動可能に構成されている。

【0058】

移動量検出センサ１７は、可動管２１の初期位置からの移動量を検出するものであり、本実施の形態では、付勢手段２５に作用する押圧力から間接的に移動量を検出している。なお、移動量検出センサ１７はこれに限らず、例えば、外管３１に設けられて、可動管２１の移動量を直接的に検出可能なセンサであってもよいし、これらを組み合わせて用いてもよい。

【0059】

可動管２１は、フィルタ１２の外周を囲繞・保持する筒状の保持部２２と、保持部２２の外壁面に取り付けられて排気管１１の外管３１及び内管３２の間に嵌装された状態で保持部を移動可能に支持する支持部２３とを有する。フィルタ１２の外周と保持部２２の内周面との間には、マット材２８が充填されて隙間を密閉している。本実施の形態では、図１及び図２に示すように、保持部２２の外壁面の対向位置に２つの支持部２３が設けられている。

【0060】

移動量検出手段１７は、例えば、移動量を直接的に検出するセンサや、付勢手段に作用した荷重に基づいて移動量を算出するものであってもよい。

【0061】

制御部１８の記憶部には、フィルタ１２における粒子状物質の堆積量（すなわち、ＰＭ堆積量）と、排気管１１の排気流量と、排気ガスによって可動管２１とともにフィルタ１２が初期位置から下流側へ移動した際の移動量との対応関係を示すマップ（ＰＭ堆積量マップ）が予め設定されている。制御部１８は、移動量検出センサ１７及び排気流量検出手段１５が検出した移動量及び排気流量に基づいて、ＰＭ堆積量マップを参照することによりＰＭ堆積量の推定を行う。また、ＰＭ堆積量マップには、フィルタ１２が欠損しているか否かを判定するため欠損判定基準データが含まれている。欠損判定基準データは、移動量検出センサ１７による検出移動量に関するデータであり、例えば、排気量が所定量以上であって移動が検出されない場合にフィルタ１２が欠損していると判定することができる。また、記憶部には、自車両の傾斜角度が水平状態であるか否かを判定するための角度閾値θ_ｔｈ、及び、自車両がほぼ一定速度で走行する定常走行状態であるか否かを判定するための加速度閾値α_ｔｈのそれぞれが予め設定されている。

【0062】

次に、図６のフローチャートを参照して、制御部１８によるフィルタ１２のＰＭ堆積量推定処理及びＰＭ堆積量推定結果を用いたフィルタ１２の欠損診断処理について説明する。なお、以下の診断処理は、車両走行時に行われる。

【0063】

まず、制御部１８は、車両状態検出手段１６からの検出信号に基づき、検出した車両の傾斜角度θが所定の角度閾値θ_ｔｈの範囲内となる水平走行状態であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。

【0064】

車両が水平走行である場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、制御部１８は車両状態検出手段１６が検出した車両の加速度αが所定の加速度閾値α_ｔｈの範囲内となり、一定速度で走行している定常走行状態であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

【0065】

車両が定常走行である場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、排気流量検出手段１５による検出結果に基づいて排気流量を算出し（ステップＳ２３）、さらに、移動量検出センサ１７の検出結果に基づいてフィルタ１２の初期位置からの移動量を算出する（ステップＳ２４）。

【0066】

制御部１８は、算出された排気流量及び移動量から、記憶されているＰＭ堆積量マップ情報を参照して、フィルタ１２のＰＭ堆積量を推定する（ステップＳ２５）。

【0067】

さらに、制御部１８は、ＰＭ堆積量マップ情報の欠損判定基準データに基づいて、フィルタ１２が欠損いるか否かを判定する（ステップＳ２６）。欠損している場合（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）には欠損状態であることを図示していない表示装置に表示する（ステップＳ２７）。なお、欠損していない場合（ステップＳ２６：Ｎｏ）に、表示装置に正常状態であることを表示させてもよい。

【0068】

また、ステップＳ２１で車両が水平走行ではない、すなわち、傾斜している場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、または、ステップＳ２２で車両が定常走行ではない、すなわち、車両が加速又は減速状態である場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）の少なくともいずれかの場合には、制御部１８は、欠損診断処理を終了する。

【0069】

なお、上述の例では、ＰＭ堆積量推定装置１０によるフィルタ１２の欠損診断処理について説明したが、ステップＳ２５でＰＭ堆積量の推定を行った後、ＰＭ堆積量が制御部１８に記憶された所定値よりも多いと判定した場合に、フィルタ１２に捕集されている粒子状物質を燃焼除去する再生処理を行う構成としてもよい。上述の診断処理は、制御部１８により所定の周期で自動的に実行されることが好ましい。

【0070】

本実施の形態のＰＭ堆積量推定装置１０では、排気ガスの流量と、排気ガスによって押圧されたフィルタ１２の移動量とによって、粒子状物質の堆積量を適切に推定することができる。すなわち、排気ガスの流量が一定であれば、フィルタ１２の粒子状物質の堆積量が少ない場合、排気ガスに対する抵抗が小さくなってフィルタ１２の移動量が少なくなり、粒子状物質の堆積量が多い場合には、排気ガスに対する抵抗が大きくなってフィルタ１２の移動量が多くなる。このような排気流量と、フィルタ１２の移動量と、この際のＰＭ堆積量との対応関係を予めマップ情報として記憶させ、ＰＭ堆積量の推定処理時にマップ情報を参照させることで、迅速かつ適切にＰＭ堆積量の推定を行うことができる。

【0071】

また、フィルタ１２が脱落等により欠損している場合には、フィルタ１２が使用初期段階であるか否かに関わらず、排気流量が多くても移動が検出されない状態となることから、検出したフィルタ１２の移動量に基づいて容易かつ高精度で欠損の有無を判定することができる。

【0072】

なお、本発明は上述した実施の形態や変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0073】

例えば、上述の実施の形態では、自車両の加速度及び傾斜角度が所定条件の範囲内にある場合に、ＰＭ堆積量の推定処理を実行しているが、これに代えて、検出した加速度及び傾斜角度に基づいて、制御部１８がフィルタ１２による押圧力や移動量の補正を行い、補正処理後の値と排気流量とに基づいてＰＭ堆積量の推定を行ってもよい。

【符号の説明】

【0074】

１０ ＰＭ堆積量推定装置
１１ 排気管
１２ フィルタ
１４ 感圧センサ
１５ 排気流量検出手段
１６ 車両状態検出手段
１７ 移動量検出センサ
１８ 制御部
２０ 移動機構
２１ 可動管
２５ 付勢手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】