以下、本発明に係る実施の形態の排気ガ� ��浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化� ��ステムについて、図面を参照しながら説明� ��る。

 図1に、本発明の実施の形態の排気ガス浄 化システム1の構成を示す。この排気ガス浄� �システム1は、エンジン(E)2の排気通路3に、� �気ガス中の微粒子状物質(以下PM)を捕集する� ��ィーゼルパティキュレートフィルタ(以下、 DPF)10aを有する排気ガス処理装置10を設けて構 成される。この排気ガス処理装置10には、DPF1 0aの他に、上流側酸化触媒やNOx浄化触媒や下� ��側酸化触媒等を配設する場合もある。

 このDPF10aは、多孔質のセラミックのハニ� ��ムのチャンネル(排気ガス通路)の入口と出� �を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウ� �ールフロータイプのフィルタ等で形成され� �必要に応じて、このフィルタの部分に白金� �酸化セリウム等の触媒が担持される。排気� �ス中のPMは、このフィルタの多孔質セラミッ クの壁で捕集される。

 このDPF10aの上流側に、排気ガス温度セン� ��11を設けて、DPF10aに流入するフィルタ入口� �気ガス温度Tiを測定する。この測定値TiをDPF1 0aの温度を示すフィルタ温度指標温度として� ��用する。このフィルタ温度指標温度は、DPF1 0aの温度を代表する温度であり、DPF10aの内部� ��測定した温度を用いることが望ましい。し� ��し、実際には内部温度の測定が難しいので� ��DPF10aに流入する排気ガスの温度Tiで代用す� �。なお、DPF10aから流出する排気ガスの温度� �用いてもよく、DPF10aに流入する排気ガスの� �度TiとDPF10aから流出する排気ガスの温度の平 均を用いてもよい。

 このフィルタ温度指標温度としてのフィ� ��タ入口排気ガス温度Tiは、DPF10aの再生制御� �行う再生制御装置21に入力される。本発明で は、DPF10aの前後の差圧の計測値を再生制御に 用いないので、DPF10aの前後の差圧を計測する ための差圧センサは設けない。しかし、DPF10a の捕集限界を検出して警告を発生するような 場合等で、差圧センサの検出値を再生開始や 再生終了等とは別の用途で使用する場合には 、その用途に応じて差圧センサを設ける。ま た、エンジンの運転状態等から高い計測精度 で差圧計測値が得られる場合に限って、この 計測精度の高い差圧計測値で、適宜、次に述 べるようにして算出された差圧推定値δPeを� �正するようにしてもよい。

 この再生制御装置21は、エンジン2の全体� ��運転制御を行うECMやECUと呼ばれる制御装置( ECM)20に組み込まれて構成される。この再生制 御装置21は、エンジン2の運転状態を表すエン ジン回転数Ne、燃料噴射量(又は負荷)Q、フィ� ��タ入口排気ガス温度Ti等を入力し、次に述� �るようなPMの堆積推定量Aeの算出を行って、� ��生制御を開始したり、終了したりする。

 この再生制御は、DPF10aの温度をPMの燃焼� �度以上に昇温させる制御である。この再生� �御では、シリンダ内燃焼噴射制御でマルチ� �射(多段遅延噴射)を行ってシリンダから排出 される排気ガスの温度を上昇させたり、ポス ト噴射(後噴射)を行ってシリンダ内では燃焼� ��ない未燃燃料を排気管内に供給して、この� ��燃燃料を上流側酸化触媒や、DPF10aに担持し� ��酸化触媒で酸化して、この酸化熱により排� ��ガスやDPF10aの温度を上昇させたりする。な� ��、この再生制御では、排気ガスの温度を効� ��よく上昇させるために、吸気弁やEGR弁や排� ��弁等の操作を併用して、排気ガス流量を減� ��したり、排気ガスの空燃比をリッチ状態や� ��トイキ状態にしたりする。

 次に、この排気ガス浄化システム1の制御 方法で用いる再生制御のためのPMの堆積量の� ��定方法について、図2のPMの堆積推定量の算� ��用フローと図3の算定用回路を参照しながら 説明する。この算定用フローは、DPF10aの差圧 推定値δPeを媒介にしてPMの堆積推定量Aeを推� ��するためのフローであり、差圧推定値δPeと 堆積推定量Aeの簡易推定モデルとなっている� ��なお,このPMの堆積推定量Aeの推定方法では� �DPF10aの差圧の計測値を使用しない点が大き� �特徴となっている。

 この図2の算定用フローは、エンジン2の� �転開始と共にスタートする再生制御用のフ� �ーと並行し実施されるフローとして示して� �る。この算定用フローがスタートすると、� �テップS11で、前回のデータを所定の記憶場� �から入力する。このデータとしては、前回� �算定用フローの終了時のPMの堆積推定量Ae、� ��圧推定値δPe等がある。

 次のステップS12の算出用のデータの入力� ��、エンジン2の運転状態を表すエンジン回転 数Ne、燃料噴射量Q、フィルタ入口排気ガス温 度Tiを入力する。

 次のステップS13で、このエンジン回転数N eと燃料噴射量Qとから、予め用意した第1マッ プデータM1を使用して堆積量増加速度Vaiを算� ��する。即ち、エンジン運転状態に基づいて� ��積量増加速度Vaiを算出する。この堆積量増� ��速度Vaiは、エンジン回転数Neと燃料噴射量Q� ��をベースとする3次元の基本堆積量増加速度 算出用マップデータM1を使用して、基本堆積� ��増加速度Vai0(=M1(Ne,Q))を求め、これにフィル� ��入口排気ガス温度Tiをベースとする2次元の� ��正係数用マップデータM2から求めた補正係� �C1(=M2(Ti))を乗じて補正して算出する。つまり 、Vai=Vai0(Ne,Q)×C1(Ti)で算出する。これは、堆� �増加速度Vaiを、エンジンの運転状態を表す� �ンジン回転数Neと燃料噴射量Qとフィルタ入� �排気ガス温度Tiとから算出することを意味す る。

 フィルタ温度指標温度であるフィルタ入� ��排気ガス温度Tiが、バランスポイント温度Tb より高ければ、PMは燃焼して堆積しないとし� ��、C1=0とし、バランスポイント温度Tb以下で� ��れば、PMは燃焼せず堆積するとして、0<C1� ��1とする。つまり、堆積量増加速度Vaiを、フ ィルタ入口排気ガス温度Tiが所定の温度閾値T b以上のときにゼロとする。このバランスポ� �ント温度Tbは、実験的に、フィルタ入口排気 ガス温度Tiを上昇して行ったときに、計測さ� ��る差圧δPの上昇が止まった時の温度Tbから� �められる。この温度Tbは、上流側酸化触媒や DPFに担持させる触媒等にもよるが、例えば、 360℃前後になる。

 次のステップS14で、この堆積量増加速度V aiに、第1係数K1を乗じて差圧増加速度Vpiを算� ��する。この第1係数K1を、差圧推定値δPeに従 って変化させる。Vpi=Vai×K1(δPe)となる。この� ��1係数K1は、例えば、図6に示す例では、差圧 推定値δPeがδP2以下では、K1=a1とし、差圧推� �値δPeがδP2より高い場合には、K1=a2とする。� ��い換えれば、図6の実線部分の傾斜の差を比 例係数K1の変化で取り入れる。

 これは、差圧δP(差圧推定値δPe)に関して� ��分的な狭い範囲で見れば、差圧増加速度Vpi� ��堆積増加速度Vaiに比例する。しかし、この� ��例係数K1は、全体的にみれば、差圧δP(差圧� ��定値δPe)に依存して変化することを意味す� �。

 次のステップS15では、フィルタ入口排気� ��ス温度(フィルタ温度指標温度)Tiに基づいて 差圧減少速度Vpdを算出する。つまり、フィル タ入口排気ガス温度Tiをベースとする2次元の マップデータ(差圧減少速度算出用マップ)M3� �ら、差圧減少速度Vpd(=M3(Ti))を算出する。こ� �はPMの燃焼速度がフィルタ入口排気ガス温度 Tiに関係することから実験的に導かれている� ��

 次のステップS16では、差圧減少速度Vpdに� ��第2係数K2を乗じて堆積量減少速度Vadを算出� ��る。この第2係数K2を差圧推定値δPeに従って 変化させる。Vad=Vpd×K2(δPe)となる。この比例� ��数K2は、例えば、図6に示す例では、差圧推� ��値δPeが、δP1以下では、K2=b1とし、δP1より� �くδP3以下の場合には、K2=b2とし、δP3より高� ��場合には、K2=b3とする。言い換えれば、図6� ��点線部分の傾斜の差を比例係数K2の変化で� �り入れる。

 これは、差圧δPに関して部分的な狭い範� ��で見れば、堆積減少速度Vadが差圧増加減少� ��度Vpdに比例する。しかし、この比例係数K2� �、全体的にみれば、差圧δPに依存して変化� �ることを意味する。

 次のステップS17で、差圧増加速度Vpiと差� ��減少速度Vpdの差(Vpi-Vpd)を積算して、差圧推� ��値δPeを算出する。また、ステップS18で、堆 積量増加速度Vaiと堆積量減少速度Vadの差(Vai-V ad)を積算して、堆積推定量Aeを算出する。図2 のδtは、これらの数値の算出のインターバル の時間である。

 ステップS19では、ステップS17とステップS 18で算出した差圧推定値δPeと堆積推定量Aeを� ��回の値と置き換えて、所定の記憶場所に出� ��して記憶する。これにより、次回のステッ� ��S11で最初に入力される差圧推定値δPeと堆積 推定量Aeとが置き換えられて最新のデータと� ��る。

 このステップS19が終了すると、ステップS 12に戻り、エンジン2の運転が終了するまで、 繰り返しステップS12~ステップS19を実施する� �この実施により、差圧推定値δPeと堆積推定� ��Aeとが最新のデータとなって、記憶場所に� �力されることになる。そして、エンジン2の� ��転が終了すると、この算出用フローに割り� ��みが発生して、再生制御のフローの終了と� ��に終了する。

 なお、上記の第1~第3のマップデータM1,M2,M 3や補正係数C1や第1係数K1、第2係数K2等は、事 前の実験等によって得られたデータを基に、 予め設定し、再生制御装置21に入力されてい� ��。

 次に、この図2の算出用フローで算出され た堆積推定量Aeを用いて再生制御の開始及び� ��了を行う再生制御について説明する。この� ��生制御用フローを図4に示す。また、図5に� �この再生制御用回路を示す。この再生制御� �フローは、エンジン2の運転を全般的に制御� ��るエンジン制御用のフローと並行し実施さ� ��るフローとして示してある。通常は、エン� ��ン2の運転開始と共に、この再生制御用フロ ーも並行してスタートする。

 この再生制御用フローがスタートすると� ��ステップS21のデータ入力で再生開始用閾値A c1と再生終了用閾値Ac2を入力する。この再生� ��始用閾値Ac1,再生終了用閾値Ac2は、事前の実 験等によって得られたデータを基に、予め設 定し、再生制御装置21に入力されている。

 次のステップS22の堆積量のチェックでは� ��算定用フローで堆積推定量Aeを出力した記� �場所から堆積推定量Aeを入力し、堆積推定量 Aeが所定の再生開始用閾値Ac1以上か否かを判� ��する。以上である(YES)ときに、再生開始と� �定し、ステップS30の再生制御に行く。また� �堆積推定量Aeが所定の再生開始用閾値Ac1より 少ない(NO)の場合は再生開始ではないと判断� �て、ステップS23で、所定の時間(再生開始の� ��定のインターバルに関係する時間)経過させ た後にステップS22に戻る。

 ステップS30のステップS31では、フィルタ� ��度のフィードバック制御の実行により、フ� ��ルタ昇温及びフィルタ温度を維持する。ス� ��ップS32の条件成立までは、フィルタ温度の� ��ィードバック制御を維持する。

 ステップS32の堆積量のチェックでは、記� ��場所から堆積推定量Aeを入力して、堆積推� �量Aeが所定の再生終了用閾値Ac2以下になった か否かを判定する。堆積推定量Aeが所定の再� ��終了用閾値Ac2より大きい場合(NO)は再生終了 ではないと判断して、フィルタ温度フィード バック制御を維持する。この堆積推定量Aeが� ��定の再生終了用閾値Ac2以下になった場合(YES )は、再生終了と判定し、ステップS33の再生� �御終了作業に行く。

 このステップS33で再生制御のための燃料� ��射やEGR制御、吸気絞り制御、排気絞り制御� ��を元の通常運転用の制御に戻す終了作業が� ��了すると、ステップS22に戻り、エンジン2の 運転が終了するまで、繰り返しステップS22~� �テップS33を実施する。この実施により、堆� �推定量Aeの値に応じて再生制御を開始したり 終了したりして、DPF10aのPMを燃焼除去して、D PF10aを再生する。そして、エンジン2の運転が 終了すると、この再生制御フローに割り込み が発生して、リターンし、エンジンの制御フ ローの終了と共に終了する。

 この図2及び図4の制御フローに従った再� �制御方法及びこれを含む排気ガス浄化シス� �ムの制御方法によれば、PM堆積時とDPF再生時 のPM堆積量の増減とDPF前後差圧の増減を考慮� ��たPM堆積量推定計算を行い、PMの堆積推定量 AeがDPF10aの再生開始用閾値Ac1以上になったと� ��にDPF10aの再生制御が必要であると判断して� ��生制御を開始し、堆積推定量AeがDPF10aの再� �終了用閾値Ac2以下になったときにDPF10aの再� �制御は終了と判断して再生制御を終了する� �

 なお、再生制御でも燃焼除去できないア� ��シュは、DPF10aのフィルタ洗浄を定期的に行� ��ことにより除去できるので、堆積推定量Ae� �算出におけるアッシュの影響もフィルタ洗� �で除去できる。

 上記の排気ガス浄化システムの制御方法� ��び排気ガス浄化システム1では、エンジン(� �燃機関)2の排気ガス中のPM(微粒子状物質)を� �化するDPF(ディーゼルパティキュレートフィ� ��タ)10aをエンジン2の排気通路3に備え、このD PF10aの再生の開始を判定する場合に、PMの堆� �推定量Aeを算出し、この堆積推定量Aeが再生� ��始用閾値Ac1を超えたときに、再生開始と判� ��する。

 更に、この排気ガス浄化システム1の制御 方法において、エンジン運転状態Ne,Qに基づ� �て算出した堆積量増加速度Vaiに、第1係数K1� �乗じて差圧増加速度Vpiを算出し、フィルタ� �度指標温度Tiに基づいて算出した差圧減少速 度Vpdに、第2係数K2を乗じて堆積量減少速度Vad を算出し、差圧増加速度Vpiと差圧減少速度Vpd の差を積算して、差圧推定値δPeを算出する� �共に、堆積量増加速度Vaiと堆積量減少速度Va dの差を積算して、堆積推定量Aeを算出する。 また、第1係数K1と第2係数K2を差圧推定値δPe� �従って変化させる。また、堆積量増加速度Va iを、フィルタ温度指標温度Tiが所定の温度閾 値Tb以上のときにゼロとする。

 この排気ガス浄化システムの制御方法及� ��排気ガス浄化システム1によれば、実測され る差圧計測値を用いることなく、差圧推定値 を媒介にして、PMの堆積推定量を算出するの� ��、差圧計測値とPMの堆積量との関係が正確� �把握できなくても、正確にPMの堆積量を推定 できる。従って、PMの過捕集を回避して熱暴� ��によるDPF10aの溶損を防止できると共に、不� ��なDPF再生制御の頻度を減少することができ� ��。従って、再生のための燃料消費量を減少� ��ることができ、燃費の悪化を抑制すること� ��できる。

 なお、図7に、上記の制御方法を使用して 計算シミュレーションした結果を示す、フィ ルタ入口排気ガス温度Tiを変化させたときの� ��圧推定値δPeとPMの堆積推定量Aeの変化を示� �。フィルタ入口排気ガス温度Tiの上昇により 、差圧推定値δPeとPMの堆積推定量Aeが減少す� ��のを確認できた。なお、エンジン回転数Ne� �燃料噴射量Qは一定としている。