CN104471200B

CN104471200B - 内燃机的排气净化装置

Info

Publication number: CN104471200B
Application number: CN201280074625.1A
Authority: CN
Inventors: 中山茂树; 西冈宽真; 今井大地; 大月宽
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: JP5754555B2; EP2873816B1; EP2873816A4; WO2014010064A1; EP2873816A1; JPWO2014010064A1; US9255505B2; CN104471200A; US20150167518A1

Abstract

一种被配置在内燃机排气通道内的颗粒过滤器，所述颗粒过滤器具备被交替配置的废气流入通道以及废气流出通道、和将该废气流入通道以及废气流出通道相互隔开的多孔性的隔壁。在隔壁上划分有基材表面被平均细孔直径小于隔壁基材的平均细孔直径的涂层所覆盖的涂层区域、和在涂层区域的下游侧处基材表面未被所述涂层所覆盖的非涂层区域，且在非涂层区域内废气中所含有的灰尘能够通过隔壁。实施对颗粒过滤器的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低了进行辨别的辨别处理。在被辨别为粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了时，实施PM去除处理。

Description

内燃机的排气净化装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机的排气净化装置。

背景技术

公知一种将用于捕集废气中的粒状物质的颗粒过滤器配置于排气通道内的压燃式内燃机。其结果为，可抑制被排出至大气中的粒状物质的量。

然而，当颗粒过滤器上的粒状物质的量增多时，颗粒过滤器的压力损失逐渐增大。其结果为，有可能造成内燃机输出降低。

在此，公知一种实施如下的PM去除处理的内燃机，该PM去除处理为，通过使颗粒过滤器维持为氧化气氛，且使颗粒过滤器的温度上升，从而使粒状物质燃烧并从颗粒过滤器中去除的处理(参照专利文献1)。在该内燃机中，对颗粒过滤器24的上游以及下游的压力差进行检测，并在压力差成为预先被设定的上限值以上时实施PM去除处理。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-018019号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在废气中含有被称为灰尘的不燃性成分，且该灰尘与粒状物质一起被颗粒过滤器捕集。然而，即使实施PM去除处理，灰尘也不会燃烧或者蒸发，而会残留在颗粒过滤器上。因此，随着内燃机运转时间变长，颗粒过滤器上的灰尘量会逐渐增多，从而颗粒过滤器的压力损失逐渐增大。其结果为，即使反复实施PM去除处理，也有可能造成内燃机输出降低。

在上述的专利文献1中未考虑到该问题点，当然也未公开有关上述问题点的解决对策。

用于解决课题的方法

根据本发明的第一观点，提供了一种内燃机的排气净化装置，具备：颗粒过滤器，其为被配置在内燃机排气通道内的、用于对废气中所含有的粒状物质进行捕集的颗粒过滤器，且具备被交替配置的废气流入通道以及废气流出通道、和将该废气流入通道以及废气流出通道相互隔开的多孔性隔壁，并且在隔壁上划分有基材表面被平均细孔直径小于隔壁基材的平均细孔直径的涂层所覆盖的涂层区域、和在涂层区域的下游侧处基材表面未被所述涂层所覆盖的非涂层区域，且隔壁的细孔直径被设定为，在非涂层区域内废气中所含有的灰尘能够通过隔壁；辨别单元，其实施对颗粒过滤器的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低了进行辨别的辨别处理；PM去除单元，在被辨别为颗粒过滤器的粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了时，其实施从颗粒过滤器中对粒状物质进行去除的PM去除处理。

根据本发明的第二观点，提供一种内燃机的排气净化装置，具备：颗粒过滤器，其为被配置在内燃机排气通道内的、用于对废气中所含有的粒状物质进行捕集的颗粒过滤器，且颗粒过滤器的粒状物质捕集率为，在颗粒过滤器的压力损失较小时与粒过滤器的压力损失的增大无关地被维持为大致固定、或者随着颗粒过滤器的压力损失增大而增大，而在颗粒过滤器的压力损失进一步增大时随着颗粒过滤器的压力损失增大而降低；辨别单元，其实施对颗粒过滤器的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低了进行辨别的辨别处理；PM去除单元，在被辨别为颗粒过滤器的粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了时，其实施从颗粒过滤器中对粒状物质进行去除的PM去除处理。

根据本发明的第三观点，提供一种内燃机的排气净化装置，其具备：颗粒过滤器，其为被配置在排气通道内的、用于对废气中所含有的粒状物质进行捕集的颗粒过滤器，且相对于颗粒过滤器上的粒状物质捕集量的、颗粒过滤器的压力损失的变化率为，在粒状物质捕集量较少时与粒状物质捕集量的增大无关地被维持为大致固定、或者随着粒状物质捕集量增大而增大，而在粒状物质捕集量进一步增大时随着粒状物质捕集量增大而减少并在经过极小值后增大；辨别单元，其实施对颗粒过滤器的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低了进行辨别的辨别处理；PM去除单元，在被辨别为颗粒过滤器的粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了时，其实施从颗粒过滤器中对粒状物质进行去除的PM去除处理。

优选为，所述辨别单元对颗粒过滤器的压力损失进行检测，且在该检测出的压力损失以越过容许上限值的方式而增大了时，辨别为所述粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了。

优选为，所述辨别单元求出相对于颗粒过滤器上的粒状物质捕集量的、颗粒过滤器的压力损失的变化率并对压力损失的变化率上是否产生了极小值进行辨别，且在被辨别为在所述压力损失的变化率上产生了极小值时，辨别为粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了。

优选为，所述判断单元求出流入到颗粒过滤器中的粒状物质的量，并求出从颗粒过滤器中流出的粒状物质的量，且根据这些被求出的粒状物质的量来求出颗粒过滤器的粒状物质捕集率，且对被求出的粒状物质捕集率是否越过容许下限值的方式而降低了进行辨别。

发明效果

能够在可靠地对粒状物质进行捕集的同时，抑制颗粒过滤器的压力损失因灰尘而增大的情况。

附图说明

图1为依据本发明而实施的实施例的内燃机的整体图。

图2A为颗粒过滤器的主视图。

图2B为颗粒过滤器的侧面剖视图。

图3为隔壁的局部放大剖视图。

图4为涂层的局部放大剖视图。

图5A为对颗粒过滤器的捕集机制进行说明的概要图。

图5B为对颗粒过滤器的捕集机制进行说明的概要图。

图5C为对颗粒过滤器的捕集机制进行说明的概要图。

图5D为对颗粒过滤器的捕集机制进行说明的概要图。

图5E为对颗粒过滤器的捕集机制进行说明的概要图。

图6为表示相对于颗粒过滤器的压力差的、颗粒过滤器的粒状物质捕集率的线图。

图7为表示相对于颗粒过滤器的粒状物质捕集量的压力差的线图。

图8为表示执行依据本发明而实施的实施例的排气净化控制的程序的流程图。

图9为表示执行PM去除处理的程序的流程图。

图10为表示执行依据本发明而实施的其他的实施例的排气净化控制的程序的流程图。

图11为依据本发明而实施的另一其他的实施例的内燃机的整体图。

图12为表示在每单位时间内增大的粒状物质捕集量的增大量的映射图。

图13为表示执行依据本发明而实施的另一其他的实施例的排气净化控制的程序的流程图。

图14为表示粒状物质的氧化速度的线图。

图15为对PM去除处理的其他的实施例进行说明的时序图。

图16为表示执行PM去除处理的其他的实施例的程序的流程图。

具体实施方式

当参照图1时，1表示压燃式内燃机的主体，2表示各个气缸的燃烧室，3表示用于向各个燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气歧管，5表示排气歧管。进气歧管4经由进气导管6而与排气涡轮增压器7的压缩机7c的出口连结，且压缩机7c的入口经由空气流量计8而与空气滤清器9连结。在进气导管6内配置有电气控制式节气门10，而且在进气导管6周围设置有用于对在进气导管6内流动的吸入空气进行冷却的冷却装置11。另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的排气汽轮机7t的入口连结，且排气汽轮机7t的出口与排气后处理装置20连结。

排气歧管5与进气歧管4经由废气再循环(以下，称为EGR)通道12而被相互连结，且在EGR通道12内配置有电气控制式EGR控制阀13。此外，在EGR通道12周围设置有用于对在EGR通道12内流动的EGR气体进行冷却的冷却装置14。另一方面，各个燃料喷射阀3经由燃料供给管15而与共轨16连结。向该共轨16内从电子控制式的喷出量可变的燃料泵17供给有燃料，且被供给至共轨16内的燃料经由各个燃料供给管15而被供给到燃料喷射阀3。在图1所示的实施例中，该燃料由轻油构成。在其他的实施例中，内燃机由火花点火式内燃机构成。在这种情况下，燃料由汽油构成。

排气后处理装置20具备：与排气汽轮机7t的出口连结的排气管21、与排气管21连结的催化转化器22、和与催化转化器22连结的排气管23。在催化转化器22内配置有壁流型的颗粒过滤器24。

在催化转化器22上设置有用于对颗粒过滤器24的温度进行检测的温度传感器25。在其他的实施例中，用于对流入到颗粒过滤器24中的废气的温度进行检测的温度传感器被设置在排气管21上。而且在其他的实施例中，用于对从颗粒过滤器24中流出的废气的温度进行检测的温度传感器被设置在排气管23上。这些废气的温度表示颗粒过滤器24的温度。

在催化转化器22上还设置有用于对颗粒过滤器24的压力损失进行检测的压力损失传感器26。在图1所示的实施例中，压力损失传感器26由用于对颗粒过滤器24的上游以及下游的压力差进行检测的压力差传感器构成。在其他的实施例中，压力损失传感器26由被安装在排气管21上并对内燃机背压进行检测的传感器构成。

另一方面，在排气歧管5上安装有燃料添加阀27。在该燃料添加阀27中从共轨16被添加有燃料，且从燃料添加阀27向排气歧管5内添加有燃料。在其他的实施例中，燃料添加阀27被配置在排气管21上。

电子控制单元30由数字式计算机构成，且具备：通过双向母线31而被相互连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(中央处理器)34、输入端口35以及输出端口36。空气流量计8、温度传感器25、以及压力差传感器26的输出信号经由各自所对应的AD转换器37而被输入到输入端口35。此外，在加速踏板39上连接有产生与加速踏板39的踩踏量L成比例的输出电压的负载传感器40，且负载传感器40的输出电压经由所对应的AD转换器37而被输入到输入端口35。而且，在输入端口35上连接有在曲轴例如每旋转15°时产生输出脉冲的曲轴转角传感器41。在CPU34中基于来自曲轴转角传感器41的输出脉冲而计算出内燃机转速Ne。另一方面，输出端口36经由所对应的驱动电路38而与燃料喷射阀3、节气门10驱动装置、EGR控制阀13、燃料泵17、以及燃料添加阀27连接。

图2A以及图2B图示了壁流型颗粒过滤器24的结构。另外，图2A图示了颗粒过滤器24的主视图，图2B图示了颗粒过滤器24的侧面剖视图。如图2A以及图2B所示，颗粒过滤器24呈蜂窝状结构，并且所述颗粒过滤器24具备呈相互平行而延伸的多个排气流通通道71i、71o和将这些排气流通通道71i、71o相互隔开的隔壁72。在图2A所示的实施例中，排气流通通道71i、71o通过上游端被开放且下游端由栓73d被闭塞的废气流入通道71i和上游端由栓73u被闭塞而下游端被开放的废气流出通道71o而构成。另外，在图2A中，附加了剖面线的部分表示栓73u。因此，废气流入通道71i以及废气流出通道71o经由薄壁的隔壁72而被交替配置。换言之，废气流入通道71i以及废气流出通道71o以各个废气流入通道71i被4个废气流出通道71o包围且各个废气流出通道71o被4个废气流入通道71i包围的方式配置。在其他的实施例中，排气流通通道通过上游端以及下游端被开放的废气流入通道和上游端由栓被闭塞而下游端被开放的废气流出通道构成。

如图2B所示，在隔壁72上划分有涂层区域CZ和位于涂层区域CZ的下游侧的非涂层区域NCZ。如图3所示，在涂层区域CZ内，隔壁72的基材72s的表面被涂层75所覆盖。相对于此，在非涂层区域NCZ内，隔壁基材72s的表面未被上述的涂层75所覆盖。

在图3所示的实施例中，涂层75被设置在与废气流入通道71i对置的隔壁基材72s的一个表面上。在其他的实施例中，涂层75被设置在与废气流出通道71o对置的隔壁基材72s的一个表面上。而且在其他的实施例中，涂层75被设置在与废气流入通道71i以及废气流出通道71o对置的隔壁基材72s的两个表面上。

此外，在图3所示的实施例中，涂层区域CZ内的隔壁基材72s薄于非涂层区域NCZ内的隔壁基材72s，且涂层区域CZ内的隔壁72的厚度与非涂层区域NCZ内的隔壁72的厚度相互大致相等。因此，涂层区域CZ内的废气流入通道71i的流道面积与非涂层区域NCZ内的废气流入通道71i的流道面积相互大致相等。在其他的实施例中，涂层区域CZ内的隔壁基材72s的厚度与非涂层区域NCZ内的隔壁基材72s的厚度大致相等，且涂层区域CZ内的废气流入通道71i的流道面积与非涂层区域NCZ内的废气流入通道71i的流道面积相比，仅以涂层75的量而较小。

而且，在图2B所示的实施例中，涂层区域CZ的上游边缘与隔壁72的上游端大致一致。在其他的实施例中，涂层区域CZ的上游边缘位于与隔壁72的上游端相比而靠下游侧。此外，在图2B所示的实施例中，非涂层区域NCZ的下游边缘与隔壁72的下游端大致一致。在其他的实施例中，非涂层区域NCZ的下游边缘位于与隔壁72的下游端相比靠上游侧。例如，涂层区域CZ的长度方向长度被设定为颗粒过滤器24的长度方向长度的50％至90％。

隔壁基材72s由多孔质材料、例如堇青石、碳化硅、氮化硅、二氧化锆、二氧化钛、氧化铝、二氧化硅、莫来石、硅酸铝锂、磷酸锆这种陶瓷形成。

另一方面，如图4所示，涂层75由多个粒子76形成，且在粒子76彼此之间具有多个间隙或细孔77。因此，涂层75具有多孔性。因此，如图2B中箭头标记所示，废气首先流入废气流入通道71i内，接下来通过周围的隔壁72内而流向相邻的废气流出通道71o内。

在图4所示的实施例中，粒子76由具有氧化能力的金属构成。作为具有氧化能力的金属，能够使用如铂Pt、铑Rh、钯Pd那样的铂族金属。在其他的实施例中，粒子76由与隔壁基材72s相同的陶瓷构成。而且在其他的实施例中，粒子76由陶瓷以及金属中的一方或双方构成。

隔壁基材72s的平均细孔直径被设定为25μm以上且50μm以下。当隔壁基材72s的平均细孔直径在25μm以上时，废气中所含有的灰尘的大部分能够通过隔壁72。因此，换言之，隔壁72的细孔直径以在非涂层区域NCZ内废气中所含有的灰尘能够通过隔壁72的方式而被设定。另外，当考虑到粒状物质的平均粒子直径小于灰尘的平均粒子直径时，也能够存在如下见解，即，隔壁72的细孔直径以在非涂层区域NCZ内粒状物质以及灰尘能够通过隔壁72的方式而被设定。另一方面，当隔壁基材72s的平均细孔直径为50μm以下时，能够确保隔壁72的机械性强度。

涂层75的平均细孔直径被设定为小于隔壁基材72s的平均细孔直径。具体而言，涂层75的平均细孔直径以涂层75能够捕集废气中所含有的粒状物质的方式而被设定。而且，粒子76(二次粒子)的平均直径被设定为1μm以上且10μm以下。当粒子76的平均直径小于1μm时，通过涂层75的粒状物质的量将多于容许量。此外，当粒子76的平均直径大于10μm时，颗粒过滤器24或涂层75的压力损失将大于容许值。

另外，在废气中含有主要由固体碳形成的粒状物质。该粒状物质被捕集到颗粒过滤器24上。

此外，在废气中还含有灰尘，该灰尘也与粒状物质一起被捕集到颗粒过滤器24上。本申请发明者确认到，该灰尘主要由硫酸钙CaSO₄、磷酸锌钙Ca₁₉Zn₂(PO₄)₁₄之类的钙盐而形成。钙Ca、锌Zn、磷P等来自内燃机润滑油，硫S来自燃料。即，当以硫酸钙CaSO₄为例而进行说明时，内燃机润滑油流入到燃烧室2内进行燃烧，并通过润滑油中的钙Ca与燃料中的硫S相结合从而生成硫酸钙CaSO₄。

由本申请发明者们确认到如下情况，即，在内燃机排气通道内配置了平均细孔直径为10μm至25μm左右且不具备涂层75的现有的颗粒过滤器、换言之灰尘几乎无法通过的颗粒过滤器的情况下，存在粒状物质堆积在与隔壁72的下游侧部分相比而靠隔壁72的上游侧部分的倾向，且存在灰尘堆积在与隔壁72的上游侧部分相比而靠隔壁72的下游侧部分的倾向。

在此，在依据本发明而实施的实施例中，在隔壁72的上游侧设置涂层区域CZ，且在隔壁72的下游侧设置非涂层区域NCZ。其结果为，粒状物质在上游侧的涂层区域CZ内被捕集到涂层75上，而灰尘在下游侧的非涂层区域NCZ内通过隔壁72。因此，能够抑制粒状物质通过颗粒过滤器24的情况，并且能够抑制灰尘堆积在颗粒过滤器24上的情况。换言之，能够可靠地捕集到粒状物质，并且能够抑制颗粒过滤器24的压力损失因灰尘而增大的情况。

在燃烧室2中于氧过剩的条件下实施了燃烧。因此，只要不从燃料喷射阀3以及燃料添加阀27二次供给燃料，则颗粒过滤器24将处于氧化气氛中。此外，涂层75由具有氧化能力的金属构成。其结果为，被捕集到涂层75上的粒状物质将依次被氧化。然而，当在每单位时间内被捕集到的粒状物质的量多于在每单位时间内被氧化的粒状物质的量时，被捕集在颗粒过滤器24上的粒状物质的量将随着期间运转时间的流逝而增大。

图5A至图5E图示了被捕集在颗粒过滤器24上的粒状物质的量随着内燃机运转时间的流逝而增大的情况下的、颗粒过滤器24的捕集机制。

如图5A所示，在内燃机运转时间较短时即内燃机运转的初期，粒状物质80在涂层区域CZ内主要被捕集在涂层75的细孔内。在这种情况下，粒状物质几乎不会到达非涂层区域NCZ。另外，内燃机运转时间为零的状态相当于颗粒过滤器24未使用的状态。随着内燃机运转时间的流逝，被捕集在涂层75的细孔内的粒状物质的量将增大。

如图5B所示，在内燃机运转时间进一步流逝时，粒状物质80主要被捕集在涂层75的表面上且细孔内。随着内燃机运转时间进一步流逝，被捕集在涂层75的表面上的粒状物质的量将增大。

如图5C所示，在内燃机运转时间进一步流逝时，粒状物质80到达非涂层区域NCZ且通过隔壁72。此时，在涂层区域CZ内被捕集的粒状物质的量几乎不增大。

在内燃机运转时间进一步流逝时，到达了非涂层区域NCZ内的粒状物质的一部分与隔壁72的细孔内壁面相冲突并被捕集在隔壁72的细孔内。即，如图5D所示，粒状物质80在非涂层区域NCZ内主要被捕集在隔壁72的细孔内。随着内燃机运转时间进一步流逝，被捕集在非涂层区域NCZ中的隔壁72的细孔内的粒状物质的量将增大。

如图5E所示，在内燃机运转时间进一步流逝时，粒状物质80主要被捕集在非涂层区域NCZ内的隔壁72的表面上。随着内燃机运转时间进一步流逝，被捕集在非涂层区域NCZ内的隔壁72的表面上的粒状物质的量将增大。

图6为将这种颗粒过滤器24的粒状物质捕集率TR作为颗粒过滤器24的压力差PD的函数来图示的图。压力差PD表示颗粒过滤器24的压力损失，且通过压力差传感器26(图1)而被检测出。或者，压力差PD表示在颗粒过滤器24上被捕集的粒状物质的量。而且，压力差PD表示内燃机运转时间。另一方面，利用在每单位时间内流入到颗粒过滤器24中的粒状物质的量qPMi以及在每单位时间内从颗粒过滤器24中流出的粒状物质的量qPMo且由次式(1)来表示粒状物质捕集率TR。

TR＝(qPMi-qPMo)/qPMi (1)

如图6中由X1所示，在压力差PD较小时，粒状物质捕集率TR与压力差PD的增大无关地被维持为大致固定或者随着压力差PD增大而增大。这是由于粒状物质主要被捕集在涂层75的细孔内或者表面上(参照图5A、图5B)。

如图6中由X2所示，在压力差PD进一步增大时，粒状物质捕集率TR随着压力差PD增大而降低。这是由于粒状物质主要在非涂层区域NCZ内通过隔壁72(参照图5C)。

如图6中由X3所示，在压力差PD进一步增大时，粒状物质捕集率TR随着压力差PD增大并在经过极小值MNTR后增大。这是由于粒状物质在非涂层区域NCZ内主要被捕集到隔壁72的细孔内(参照图5D)。

如图6中由X4所示，在压力差PD进一步增大时，粒状物质捕集率TR与压力差PD的增大无关地被维持为大致固定或者随着压力差PD增大而增大。这是由于粒状物质在非涂层区域NCZ内主要被捕集在隔壁72的表面上(参照图5E)。

因此，颗粒过滤器24由如下的颗粒过滤器构成，即，颗粒过滤器的粒状物质捕集率在颗粒过滤器的压力损失较小时，与颗粒过滤器的压力损失的增大无关地被维持为大致固定或者随着颗粒过滤器的压力损失增大而增大，在颗粒过滤器的压力损失进一步增大时，随着颗粒过滤器的压力损失增大而降低。或者，颗粒过滤器24由如下颗粒过滤器构成，即，颗粒过滤器的粒状物质捕集率在颗粒过滤器的压力损失较小时，与颗粒过滤器的压力损失的增大无关地被维持为大致固定或者随着颗粒过滤器的压力损失增大而增大，在颗粒过滤器的压力损失进一步增大时，随着颗粒过滤器的压力损失增大而降低并在经过极小值MNTR后增大。

而且参照图6，在压力差PD小于阈值PD1时，粒状物质捕集率TR被维持为高于容许下限值LTR。当压力差PD大于阈值PD1时，粒状物质捕集率TR以越过容许下限值LTR的方式而降低。接下来，当压力差PD大于阈值PD2时，粒状物质捕集率TR以越过容许下限值LTR的方式而增大，且被维持为高于容许下限值LTR。

因此，颗粒过滤器24由如下的颗粒过滤器构成，即，颗粒过滤器的粒状物质捕集率在颗粒过滤器的压力损失较小时，与颗粒过滤器的压力损失的增大无关地被维持为高于容许下限值，而在颗粒过滤器的压力损失进一步增大时，随着颗粒过滤器的压力损失增大而降低且以越过容许下限值方式而降低。或者，颗粒过滤器24由如下的颗粒过滤器构成，即，颗粒过滤器的粒状物质捕集率在颗粒过滤器的压力损失较小时，与颗粒过滤器的压力损失的增大无关地被维持为高于容许下限值LTR，在颗粒过滤器的压力损失进一步增大时，随着颗粒过滤器的压力损失增大而降低且以越过容许下限值LTR的方式而降低，在颗粒过滤器的压力损失进一步增大时，随着颗粒过滤器的压力损失增大而增大且以越过容许下限值LTR的方式而增大。

图7为将颗粒过滤器24的压力差PD以及压力差PD的变化率CRPD作为在颗粒过滤器24上所捕集到的粒状物质的量QPM的函数来表示的图。粒状物质捕集量QPM表示内燃机运转时间。另外，在图7中，实线表示依据本发明而实施的实施例的情况，虚线表示上述的现有的颗粒过滤器的情况。

如图7中由Y1所示，在粒状物质捕集量QPM较少时，压力差PD比较急剧地增大。因此，如图7中由Z1所示，与粒状物质捕集量QPM的增大无关地被维持为大致固定或者随着粒状物质捕集量QPM增大而增大。这是由于粒状物质主要被捕集到涂层75的细孔内(参照图5A)。

如图7中由Y2所示，在粒状物质捕集量QPM进一步增大时，压力差PD比较缓慢地增大。因此，如图7中由Z2所示，压力差变化率CRPD随着粒状物质捕集量QPM增大而减少。这是由于粒状物质主要被捕集到涂层75的表面上(参照图5B)。

如图7中由Y3所示，在粒状物质捕集量QPM进一步增大时，压力差PD比较急剧地增大。因此，如图7中由Z3所示，其随着粒状物质捕集量QPM的增大而在经过极小值MNCR后增大。这是由于粒状物质在非涂层区域NCZ内主要被捕集到隔壁72的细孔内(参照图5D)。

如图7中由Y4所示，在粒状物质捕集量QPM进一步增大时，压力差PD比较缓慢地增大。因此，如图7中Z4所示，压力差变化率CRPD随着粒状物质捕集量QPM的增大而在经过极大值MXCR后减少，接着，被维持为大致固定。这是由于粒状物质在非涂层区域NCZ内主要被捕集到隔壁72的表面上(参照图5E)。

因此，颗粒过滤器24也会由如下的颗粒过滤器构成，即，相对于颗粒过滤器上的粒状物质捕集量的、颗粒过滤器的压力损失的变化率，在粒状物质捕集量较少时，与粒状物质捕集量的增大无关地被维持为大致固定或者随着粒状物质捕集量增大而增大，在粒状物质捕集量进一步增大时，随着粒状物质捕集量增大而减少并在经过极小值后增大。或者，颗粒过滤器24由如下的颗粒过滤器构成，即，相对于颗粒过滤器上的粒状物质捕集量的、颗粒过滤器的压力损失的变化率，在粒状物质捕集量较少时，与粒状物质捕集量的增大无关地被维持为大致固定或者随着粒状物质捕集量增大而增大，在粒状物质捕集量进一步增大时，随着粒状物质捕集量增大而减少并在经过极小值后增大，在粒状物质捕集量进一步增大时，在经过极大值后减少，接着被维持为大致固定。

相对于此，在采用如图7中由虚线所示的现有的颗粒过滤器的情况下，在压力差变化率CRPD上不产生极小值以及极大值。

另外，如参照图6而进行了说明的那样，当压力差PD大于阈值或容许上限值PD1时，粒状物质捕集率TR将小于容许下限值LTR。即，通过颗粒过滤器24的粒状物质的量以不优选的方式增多。容许上限值PD1例如能够通过实验而预先被求出。

另一方面，当在氧化气氛的条件下使颗粒过滤器24的温度上升时，在颗粒过滤器24上被捕集到的粒状物质被氧化且被去除。

在此，依据本发明而实施的实施例中，实施如下的PM去除处理，该PM去除处理为，在压力差PD成为大于阈值PD1时，去除颗粒过滤器24上的粒状物质的处理。其结果为，在粒状物质于非涂层区域NCZ内通过隔壁72之前，粒状物质从颗粒过滤器24尤其是从涂层区域CZ中被去除。因此，可抑制粒状物质到达非涂层区域NCZ的情况，且可抑制粒状物质在非涂层区域NCZ通过隔壁72的情况。

在依据本发明而实施的实施例中，PM去除处理由如下的升温处理构成，所述升温处理为，为了对粒状物质进行氧化去除从而使颗粒过滤器24的温度上升至PM去除温度的处理。在其他的实施例中，PM去除处理由NOx增大处理构成，所述NOx增大处理为，为了通过NOx而对粒状物质进行氧化去除从而使流入到颗粒过滤器24中的废气中的NOx量增大的处理。为了使NOx量增大从而例如使EGR气体量减少。而且在其他的实施例中，PM去除处理由臭氧供给处理构成，所述臭氧供给处理为，为了通过臭氧而对粒状物质进行氧化去除，从而从与颗粒过滤器24上游的排气通道连结的臭氧供给器向颗粒过滤器24供给臭氧的处理。

图8为表示执行依据本发明而实施的实施例的排气净化控制的程序。当参照图8时，在步骤101中检测出颗粒过滤器24的压力差PD。接着，在步骤102中对压力差PD是否大于容许上限值PD1进行辨别。在PD≤PD1时，结束处理循环。在PD＞PD1时，进入步骤103，并执行PM去除处理。

图9为表示执行依据本发明而实施的实施例的PM去除处理的程序。当参照图9时，在步骤201中目标温度TTF被设定为预先确定的PM处理温度TPM。PM处理温度TPM例如为600℃。接着，在步骤202中，实施使颗粒过滤器24的温度TF上升至目标温度TTF并维持在目标温度TTF的升温控制。为了使颗粒过滤器24的温度上升，而在一个实施例中，从燃料添加阀27被添加的燃料在排气通道或者颗粒过滤器24中被燃烧。在其他的实施例中，从燃料喷射阀3被二次喷射的燃料在燃烧室2、排气通道、或者颗粒过滤器24中被燃烧。

接着，在步骤203中对是否应该结束升温控制或PM去除处理进行辨别。在依据本发明而实施的实施例中，求出在颗粒过滤器24上被捕集到的粒状物质的量，并在所求出的粒状物质捕集量减少至阈值时，辨别为应该结束PM去除处理。在一个实施例中，根据内燃机运转状态来分别求出在每单位时间内增多的粒状物质捕集量的增多量与在每单位时间内减少的粒状物质捕集量的减少量，并利用将增大量以及减少量的总计进行累计而得到的计数值来表示粒状物质捕集量。在其他的实施例中，由颗粒过滤器24的压力差PD来表示粒状物质捕集量。在并不处于应该结束PM去除处理时，则返回步骤202并继续实施升温控制。在处于应该结束PM去除处理时，则结束处理循环。因此，升温控制被结束。

在依据本发明而实施的实施例中，在非涂层区域NCZ内未设置涂层。在其他的实施例中，在非涂层区域NCZ内设置与涂层75不同的其他的涂层。在这种情况下，在非涂层区域NCZ内的隔壁72的平均细孔直径在设置有其他的涂层的状态下被设定为25μm以上且50μm以下。其他的涂层由例如负载了具有氧化能力的金属的触媒涂层形成。其结果为，能够容易地对到达了非涂层区域NCZ的粒状物质进行氧化去除。

此外，在依据本发明而实施的实施例中，涂层75在废气流动方向上成为大致均等的厚度。在其他的实施例中，涂层75越向下游端越变薄。以如此方式，能够在抑制因涂层75而造成的压力损失的增大的同时，可靠地捕集到粒状物质。

接下来，对依据本发明而实施的其他的实施例进行说明。

如参照图7而进行的说明所述，当压力差变化率PD在经过极小值MNCR后增大时，粒状物质在非涂层区域NCZ内主要被捕集到隔壁72的细孔内(参照图5D)。此时，粒状物质的一部分有可能在非涂层区域NCZ中通过隔壁72。

因此，在依据本发明而实施的其他的实施例中，反复求出压力差变化率CRPD，并在压力差变化率CRPD上产生了极小值MNCR时实施PM去除处理。其结果为，可抑制粒状物质在非涂层区域NCZ中通过隔壁72的情况。

图10为表示执行依据本发明而实施的其他的实施例的排气净化控制的程序。当参照图10时，在步骤111中检测出颗粒过滤器24的压力差PD。接着，在步骤112中检测出压力差变化率CRPD。接着，在步骤113中对在压力差变化率CRPD上是否产生了极小值MNCR进行辨别。在压力差变化率CRPD上尚未产生极小值MNCR时结束处理循环。在压力差变化率CRPD上产生了极小值MNCR时进入步骤114，并执行PM去除处理。

由于依据本发明而实施的其他的实施例的其他结构以及作用与依据本发明而实施的实施例的结构以及作用相同，因此省略说明。

接下来，对依据本发明而实施的又一其他的实施例进行说明。如图11所示，在依据本发明而实施的又一其他的实施例中，在颗粒过滤器24下游的排气管2上安装有用于对所流入的废气中的粒状物质的量进行检测的粒状物质传感器51。

此外，在依据本发明而实施的又一其他的实施例中，求出流入到颗粒过滤器24中的粒状物质的量，并求出从颗粒过滤器24中流出的粒状物质的量，且根据这些被求出的粒状物质的量来求出颗粒过滤器的粒状物质捕集率TR。在此基础上，对所求出的粒状物质捕集率TR是否低于容许下限值LTR进行辨别，且在被辨别为粒状物质捕集率TR低于容许下限值LTR时实施PM去除处理。

具体而言，每单位时间内流入到颗粒过滤器24中的粒状物质的量qPMi根据内燃机运转状态而被计算出。即，粒状物质流入量qPMi作为表示内燃机负载的燃料喷射量QF以及内燃机转速Ne的函数而以图12所示的映射图的形式被预先存储到ROM32内，并且粒状物质流入量qPMi利用该映射图而被计算出。在其他的实施例中，通过被安装在颗粒过滤器24上游的排气通道上的追加的粒状物质传感器来检测出粒状物质流入量qPMi。此外，每单位时间内从颗粒过滤器24流出的粒状物质的量qPMo通过粒状物质传感器51而被检测出。而且，利用上述的式(1)来计算出粒状物质捕集率TR。

图13为表示执行依据本发明而实施的又一其他的实施例的排气净化控制的程序。当参照图13时，在步骤121中，粒状物质流入量qPMi利用图12的映射图而被计算出。接着，在步骤122中粒状物质流出量qPMo根据粒状物质传感器51的输出而被计算出。接着，在步骤123中，粒状物质捕集率TR利用式(1)而被计算出。接着，在步骤124中对所计算出的粒状物质捕集率TR是否低于容许下限值LTR进行辨别。在TR≥LTR时，结束处理循环。在TR＜LTR时接着进入步骤125，并执行PM去除处理。

由于依据本发明而实施的其他的实施例的其他的结构以及作用与依据本发明而实施的实施例的结构以及作用相同，因此省略说明。

因此，在对至此所说明的依据本发明而实施的实施例进行总结时，实施对颗粒过滤器的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低进行辨别的辨别处理，并在被辨别为粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了时实施PM去除处理。在此基础上，在图8所示的实施例中，颗粒过滤器的压力损失被检测出，并且在被检测到的压力损失以越过容许上限值的方式而增大了时，辨别为粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了。在图10所示的实施例中，求出相对于颗粒过滤器24上的粒状物质捕集量的、颗粒过滤器的压力损失的变化率，并对在压力损失的变化率上是否产生了极小值进行辨别，且在被辨别为所述压力损失的变化率上产生了极小值时，辨别为粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了。在图13所示的实施例中，求出流入到颗粒过滤器中的粒状物质的量，并求出从颗粒过滤器中流出的粒状物质的量，且根据这些被求出的粒状物质的量来求出颗粒过滤器的粒状物质捕集率，且对被求出的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低了进行辨别。另外，电子控制单元30以实施辨别处理以及PM去除处理的方式执行程序。

接下来，对PM去除处理的其他的实施例进行说明。

在图14中，实线表示涂层区域CZ内的粒状物质的氧化速度OR，虚线表示非涂层区域NCZ内的粒状物质的氧化速度OR。由图14可知，在将颗粒过滤器24的温度TF设为PM去除温度TPM时，能够通过目标氧化速度TOR来对涂层区域CZ内被捕集到的粒状物质进行氧化去除。

另一方面，在至此所说明的依据本发明而实施的各个实施例中，总之，在到达非涂层区域NCZ的粒状物质的量变多之前的时刻实施PM去除处理。因此，在这种情况下的PM去除处理，主要为了去除在涂层区域CZ内被捕集到的粒状物质去除而被实施。在此，在图9所示的实施例中，目标温度TTF被设定为PM去除温度TPM。

然而，即使在上述的时刻实施了PM去除处理，也存在在非涂层区域NCZ中捕集到粒状物质的情况。而且，在以PM去除温度TP而实施PM去除处理的条件下，迅速地去除在非涂层区域NCZ内所捕集到的粒状物质较为困难。其结果为，有可能在非涂层区域NCZ内所捕集到的粒状物质的量变多，而灰尘在非涂层区域NCZ中通过隔壁72变得较为困难。

在此，在PM去除处理的其他的实施例中，求出在非涂层区域NCZ内所捕集到的粒状物质的量QPMNCZ，并在非涂层区域NCZ的粒状物质捕集量QPMNCZ多于容许上限量UPMNCZ时实施PM去除处理时，目标温度TTF被设定为温度TPMR，所述温度TPMR被设定为高于PM去除温度TPM。其结果为，可迅速且可靠地对非涂层区域NCZ内所捕集到的粒状物质进行去除。因此，灰尘在非涂层区域NCZ中确实能够通过隔壁72。

即，如图15中由W1、W2所示，在非涂层区域NCZ的粒状物质捕集量QPMNCZ少于容许上限量UPMNCZ时，在PM去除处理中颗粒过滤器24的温度TF被上升至PM去除温度TPM。相对于此，在非涂层区域NCZ的粒状物质捕集量QPMNCZ多于容许上限量UPMNCZ时，如图15中W3所示，在PM去除处理中颗粒过滤器24的温度TF被上升至已经上升了的PM去除温度TPMR。其结果为，非涂层区域NCZ的粒状物质捕集量QPMNCZ迅速地被减少。

在一个实施例中，非涂层区域NCZ的粒状物质捕集量QPMNCZ根据流入到颗粒过滤器24中的粒状物质的量和非涂层区域NCZ的粒状物质捕集效率而被求出。向颗粒过滤器24的粒状物质流入量以及非涂层区域NCZ的粒状物质捕集效率分别作为例如内燃机运转状态的函数而预先以映射图的形式被求出，且被存储在ROM32内。在其他的实施例中，粒状物质捕集量QPMNCZ利用将非涂层区域NCZ内的粒状物质的捕集作用模式化了的模式而被计算出。

图16为表示执行依据本发明而实施的实施例的PM去除处理的程序。当参照图16时，在步骤211中读取非涂层区域NCZ的粒状物质捕集量QPMNCZ。粒状物质捕集量QPMNCZ例如通过未图示的程序而被计算出。接着，在步骤212中对粒状物质捕集量QPMNCZ是否多于容许上限量UPMNCZ进行辨别。在QPMNCZ＞UPMNCZ时，接着进入步骤213，且使目标温度TTF被设定为已经上升了的PM处理温度TPMR。接下来，进入步骤215。相对于此，在QPMNCZ≤UPMNCZ时，接着进入步骤214，且目标温度TTF被设定为PM处理温度TPM。接下来，进入步骤215。在步骤215中实施使颗粒过滤器24的温度TF上升至目标温度TTF并维持在目标温度TTF的升温控制。在接下来的步骤216中，对是否应该结束升温控制或PM去除处理进行辨别。在不应该结束PM去除处理时返回至步骤215并继续实施升温控制。在应该结束PM去除处理时，结束处理循环。

符号说明

1 内燃机主体；

21 排气管；

24 颗粒过滤器；

71i 废气流入通道；

71o 废气流出通道；

72 隔壁；

75 涂层；

CZ 涂层区域；

NCZ 非涂层区域。

Claims

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：

颗粒过滤器，其为被配置在内燃机排气通道内的、用于对废气中所含有的粒状物质进行捕集的颗粒过滤器，且具备被交替配置的废气流入通道以及废气流出通道、和将该废气流入通道以及废气流出通道相互隔开的多孔性的隔壁，并且在隔壁上划分有基材表面被平均细孔直径小于隔壁基材的平均细孔直径的涂层所覆盖的涂层区域、和在涂层区域的下游侧处基材表面未被所述涂层所覆盖的非涂层区域，且隔壁的细孔直径被设定为，在非涂层区域内废气中所含有的灰尘能够通过隔壁；

辨别单元，其实施对颗粒过滤器的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低了进行辨别的辨别处理；

颗粒物去除单元，在被辨别为颗粒过滤器的粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了时，其实施从颗粒过滤器中对粒状物质进行去除的颗粒物去除处理。

2.一种内燃机的排气净化装置，具备：

颗粒过滤器，其为被配置在排气通道内的、用于对废气中所含有的粒状物质进行捕集的颗粒过滤器，且相对于颗粒过滤器上的粒状物质捕集量的、颗粒过滤器的压力损失的变化率为，在粒状物质捕集量较少时与粒状物质捕集量的增大无关地被维持为大致固定、或者随着粒状物质捕集量增大而增大，而在粒状物质捕集量进一步增大时随着粒状物质捕集量增大而减小并在经过极小值后增大；

3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述辨别单元对颗粒过滤器的压力损失进行检测，且在该检测出的压力损失以越过容许上限值的方式而增大了时，辨别为所述粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了。

4.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述辨别单元求出相对于颗粒过滤器上的粒状物质捕集量的、颗粒过滤器的压力损失的变化率并对该压力损失的变化率上是否产生了极小值进行辨别，且在被辨别为在所述压力损失的变化率上产生了极小值时，辨别为粒状物质捕集率以越过容许下限值的方式而降低了。

5.如权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述辨别单元求出流入到颗粒过滤器中的粒状物质的量，并求出从颗粒过滤器中流出的粒状物质的量，且根据这些被求出的粒状物质的量来求出颗粒过滤器的粒状物质捕集率，且对该被求出的粒状物质捕集率是否以越过容许下限值的方式而降低了进行辨别。