JP2002322908A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

排気ガス浄化装置

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JP2002322908A JP2001130109A JP2001130109A JP2002322908A JP 2002322908 A JP2002322908 A JP 2002322908A JP 2001130109 A JP2001130109 A JP 2001130109A JP 2001130109 A JP2001130109 A JP 2001130109A JP 2002322908 A JP2002322908 A JP 2002322908A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パティキュレートフィルタに堆積した微粒子
を短時間で燃焼させる。 【解決手段】 機関排気通路内にパティキュレートフィ
ルタ２２を配置する。パティキュレートフィルタ２２上
に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずら
い性質に変化したか否かを予測又は判定する。パティキ
ュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積
直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測又は判
定されたときにはパティキュレートフィルタ２２に流入
する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切
換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は排気ガス浄化装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりディーゼル機関においては、排
気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通
路内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティ
キュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕
集し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子
を着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィル
タを再生するようにしている。この場合、捕集された微
粒子を着火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間
を要する。
【０００３】一方、空燃比がリーンのときにはＮＯx を
吸収し空燃比をリッチにすると吸収したＮＯx を放出し
還元するＮＯx 吸収剤をパティキュレートフィルタ上に
担持した内燃機関が公知である（特開平６−１５９０３
７号公報参照）。この内燃機関では通常リーン空燃比の
もとで機関が運転され、ＮＯx 吸収剤に吸収されている
ＮＯx 量が許容値を越えるとＮＯx 吸収剤からＮＯx を
放出させるために空燃比が一時的にリッチされる。
【０００４】ＮＯx 吸収剤からＮＯx が放出され還元さ
れるとＮＯx の還元時に発生する熱によってパティキュ
レートフィルタの温度が上昇する。そこでこの内燃機関
の一例ではＮＯx の放出完了時に空燃比を再びリーンに
戻し、このときパティキュレートフィルタの温度が上昇
していることを利用してパティキュレートフィルタ上に
堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。また、
他の例ではＮＯx 吸収剤からＮＯxを放出すべきときに
パティキュレートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えて
いないときには空燃比を単にリッチにし、パティキュレ
ートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えているときには
空燃比をリッチしてＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出させ
た後に空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタ
上に堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで前述したよう
にパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着
火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間を要す
る。この場合、パティキュレートフィルタの温度を堆積
微粒子が着火燃焼する温度まで上昇させるには外部から
エネルギを供給しなければならず、そのために通常は追
加の燃料を供給したり或いは電気ヒータを用いてパティ
キュレートフィルタの温度を上昇させるようにしてい
る。従って微粒子の燃焼に時間を要するとそれだけ余分
なエネルギが必要となり、この余分なエネルギの消費量
を低減するには微粒子の燃焼に要する時間をできるだけ
短縮する必要がある。
【０００６】このような観点から堆積した微粒子の性質
を研究した結果、堆積した微粒子の性質が次第に明らか
になってきた。詳細については後に述べるが簡単に言う
とパティキュレートフィルタ上での微粒子の堆積時間が
長くなれば長くなるほど堆積した微粒子は酸化しずらく
なり、その結果堆積した微粒子を着火燃焼させるのにか
なりの高温とかなりの時間を要することが判明したので
ある。即ち、堆積した微粒子が酸化しずらくなったとき
に微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させることが
できれば微粒子の燃焼に要する時間を短縮できることが
判明したのである。
【０００７】そこでこの点に関し更に研究を進めた結
果、空燃比を一時的にリッチにすれば堆積した微粒子の
性質を酸化しやすい性質に変化させうることが判明し
た。即ち、堆積した微粒子が酸化しずらくなったときに
は空燃比を一時的にリッチにすれば微粒子は酸化しやす
くなり、斯くして微粒子の燃焼に要する時間を短縮でき
ることが判明したのである。
【０００８】前述した公知の内燃機関ではＮＯx 吸収剤
からＮＯx を放出するために空燃比が時折一時的にリッ
チにされ、従って空燃比の変化パターンは本発明と類似
している。しかしながらこの公知の内燃機関ではＮＯx
吸収剤のＮＯx 吸収量が許容量を越えたときに空燃比が
一時的にリッチにされるのに対して、本発明では堆積し
た微粒子が酸化しずらくなったときに空燃比が一時的に
リッチされ、空燃比をリッチにする目的が異なっている
ばかりでなく、リッチにするタイミングも異なってい
る。即ち、ＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出するタイミン
グでリッチにしても堆積した微粒子を必ずしも良好に酸
化しやすい状態に変化させ続けることはできない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、１番目の発明で
は、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去
するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン
空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関におい
て、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性
質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否
かを予測する予測手段と、パティキュレートフィルタ上
に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずら
い性質に変化したと予測されたときにはパティキュレー
トフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性
質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入
する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切
換える空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上
における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか
否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ
上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えた
ときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子
を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュ
レートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具
備している。
【００１０】２番目の発明では１番目の発明において、
空燃比切換手段は、パティキュレートフィルタ上に堆積
した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質
に変化したと予測されてもパティキュレートフィルタの
温度が予め定められた温度よりも低いときにはリーンか
らリッチへの空燃比の切換えを行わない。３番目の発明
では１番目の発明において、予測手段は、機関始動時又
は高速運転が予め定められた時間以上継続したときには
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が
堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測す
る。
【００１１】４番目の発明では１番目の発明において、
予測手段は、機関の運転時間、機関回転数の累積値又は
車両走行距離が予め定められた値を越えたときにパティ
キュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直
後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測する。５
番目の発明では１番目の発明において、パティキュレー
トフィルタ上に触媒が担持されている。
【００１２】６番目の発明では、機関排気通路内に排気
ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレー
トフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃
焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィ
ルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化
しずらい性質に変化したか否かを判定する第１の判定手
段と、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の
性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと
判定されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積
した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるため
にパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃
比を一時的にリーンからリッチに切換える空燃比切換手
段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆
積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する第２
の判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微
粒子の堆積量が予め定められた量を越えたときにはパテ
ィキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去す
るためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィル
タの温度を上昇させる温度制御手段とを具備している。
【００１３】７番目の発明では６番目の発明において、
空燃比切換手段は、パティキュレートフィルタ上に堆積
した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質
に変化したと判定されてもパティキュレートフィルタの
温度が予め定められた温度よりも低いときにはリーンか
らリッチへの空燃比の切換えを行わない。８番目の発明
では６番目の発明において、パティキュレートフィルタ
上に堆積した微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量お
よび増大量を算出する算出手段を具備し、第１の判定手
段はこの酸化性の低下量および増大量に基づいてパティ
キュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直
後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定す
る。
【００１４】９番目の発明では６番目の発明において、
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子のうちで
酸化性の最も低下した微粒子量をモデルを用いて算出す
る算出手段を具備し、第１の判定手段は酸化性の最も低
下した微粒子量が予め定められた量を越えたときにパテ
ィキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積
直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定する。
【００１５】１０番目の発明では６番目の発明におい
て、パティキュレートフィルタにおける圧損を推定する
推定手段と、パティキュレートフィルタにおける実際の
圧損を検出する検出手段とを具備し、第１の判定手段は
推定手段により推定された圧損と検出手段により検出さ
れた実際の圧損との圧損差からパティキュレートフィル
タ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化し
ずらい性質に変化したか否かを判定する。
【００１６】１１番目の発明では１０番目の発明におい
て、推定手段はパティキュレートフィルタに流入する微
粒子量およびパティキュレートフィルタの温度からパテ
ィキュレートフィルタ上の堆積微粒子量を算出し、この
堆積微粒子量からパティキュレートフィルタにおける圧
損を推定する。１２番目の発明では１０番目の発明にお
いて、パティキュレートフィルタ上の微粒子を部分的に
酸化除去するためにパティキュレートフィルタの温度を
一時的に上昇させるための温度上昇手段を具備し、第１
の判定手段は温度上昇手段による昇温作用完了後におけ
る圧損差からパティキュレートフィルタ上に堆積した微
粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化
したか否かを判定する。
【００１７】１３番目の発明では１２番目の発明におい
て、第１の判定手段は、検出手段により検出された実際
の圧損が予め記憶されている目標値に達したときに温度
上昇手段によってパティキュレートフィルタの温度を一
時的に上昇させ、予め記憶されている昇温作用完了後の
圧損と検出手段により検出された実際の圧損との圧損差
からパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性
質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否
かを判定する。
【００１８】１４番目の発明では６番目の発明におい
て、パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されてい
る。１５番目の発明では、機関排気通路内に排気ガス中
の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィ
ルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行
われる内燃機関において、パティキュレートフィルタに
流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチ
に切換え可能な空燃比切換手段と、パティキュレートフ
ィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を
越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレート
フィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積し
た微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるために
パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比
を一時的にリーンからリッチに切換えた後、パティキュ
レートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するため
にリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温
度を上昇させる温度制御手段とを具備している。
【００１９】１６番目の発明では１５番目の発明におい
て、パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されてい
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は本発明を圧縮着火式内燃機
関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点
火式内燃機関にも適用することもできる。図１を参照す
ると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリ
ンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御
式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気
弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応
する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結さ
れ、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気タ
ーボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。
吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動さ
れるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３
周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却する
ための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施
例では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、機関冷
却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気ポート
１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排
気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結さ
れ、排気タービン２１の出口はパティキュレートフィル
タ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。
【００２１】排気マニホルド１９とサージタンク１２と
は排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介
して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式
ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４
周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却す
るための冷却装置２６が配置される。図１に示される実
施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、機関
冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料
噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわ
ゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール
２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８か
ら燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃
料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給され
る。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧
を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料
圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内
の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐
出量が制御される。
【００２２】電子制御ユニット３０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備
する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換
器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パ
ティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィ
ルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取付
けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ
変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。ま
た、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレー
トフィルタ２２の上流側排気ガス圧と下流側排気ガス圧
との圧力差、即ちパティキュレートフィルタ２２におけ
る圧損を検出するための圧力センサ４３が取付けられ、
この圧力センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換器３
７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２３】一方、アクセルペダル４０にはアクセルペ
ダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負
荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は
対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力
される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例
えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク
角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対
応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル
弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、およ
び燃料ポンプ２８に接続される。
【００２４】図２にパティキュレートフィルタ２２の構
造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレー
トフィルタ２２の正面図を示しており、（Ｂ）はパティ
キュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。図
２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレー
トフィルタ２２はハニカム構造をなしており、互いに平
行をなして延びる複数個の排気流通路５０，５１を具備
する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞さ
れた排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉
塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。な
お、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５
３を示している。従って排気ガス流入通路５０および排
気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配
置される。云い換えると排気ガス流入通路５０および排
気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの
排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流
出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲
されるように配置される。
【００２５】パティキュレートフィルタ２２は例えばコ
ージライトのような多孔質材料から形成されており、従
って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２
（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内
を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
本発明による第１実施例から第５実施例では各排気ガス
流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、
即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内
壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成され
ており、この担体上に白金Ｐｔのような貴金属触媒、又
はセリウムＣｅのような希土類触媒が担持されている。
なお、本発明において用いられているパティキュレート
フィルタ２２上には、リーン空燃比でＮＯx を吸収しリ
ッチ空燃比でＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤は担持され
ていない。
【００２６】排気ガス中に含まれる主に炭素の固体から
なる微粒子はパティキュレートフィルタ２２上に捕集さ
れ、堆積する。パティキュレートフィルタ２２上に堆積
した微粒子は３０秒から１時間程度の間に順次酸化せし
められ、従ってパティキュレートフィルタ２２上には常
時微粒子が堆積している。パティキュレートフィルタ２
２の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以
上に維持されている場合にはパティキュレートフィルタ
２２に単位時間当り送り込まれる微粒子量がそれほど多
くないときには微粒子はいつかは酸化せしめられ、従っ
てこの場合全微粒子が連続酸化せしめられる。
【００２７】一方、パティキュレートフィルタ２２に単
位時間当り送り込まれる微粒子量が多くなると、或いは
パティキュレートフィルタ２２の温度が低くなると十分
に酸化されない微粒子の量が増大するためにパティキュ
レートフィルタ２２上の堆積微粒子量が増大する。実際
の運転状態ではパティキュレートフィルタ２２に単位時
間当り送り込まれる微粒子量が多くなることもあるし、
パティキュレートフィルタ２２の温度が低くなることも
あるのでパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子
量は次第に増大する。
【００２８】次に図３を参照しつつパティキュレートフ
ィルタ２２上に堆積した微粒子の酸化のしやすさの程
度、即ち微粒子酸化性について説明する。なお、図３に
おいてＡ／Ｆはパティキュレートフィルタ２２に流入す
る排気ガスの空燃比を示している。本願では吸気通路、
燃焼室５およびパティキュレートフィルタ２２上流の排
気通路内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空
燃比と称している。
【００２９】図３（Ａ）において実線Ｘ1 はパティキュ
レートフィルタ２２の温度が比較的低いときを示してお
り、破線Ｘ2 はパティキュレートフィルタ２２の温度が
高いときを示している。パティキュレートフィルタ２２
上に微粒子が堆積すると堆積した微粒子の塊まり内には
多数の細孔又は空隙が形成されており、従って微粒子の
塊まり内の表面積Ｓと微粒子の塊まりの体積Ｖとの比、
即ち表面積体積比Ｓ／Ｖはかなり大きな値となってい
る。表面積体積比Ｓ／Ｖが大きいということは微粒子と
酸素との接触面積が大きいことを意味しており、従って
微粒子の酸化性がよいことを示している。
【００３０】一方、微粒子が捕集されてから空燃比Ａ／
Ｆがリーンとなっている状態が続くと微粒子同志が凝集
して微粒子の寸法が次第に大きくなり、その結果微粒子
の塊まり内の細孔又は空隙の個数が次第に減少する。従
って微粒子の塊まりの表面積体積比Ｓ／Ｖは次第に減少
し、斯くして図３（Ａ）のＸ1 ，Ｘ2 で示されるように
微粒子の酸化性は次第に低下する。微粒子同志の凝集作
用は温度が高いほど激しくなり、従って図３（Ａ）に示
されるようにＸ2 で示される高温の場合の方がＸ1 で示
される低温の場合よりも早期に微粒子の酸化性が低下す
る。このような微粒子の酸化性の低下を放置しておくと
微粒子は極めて酸化しずらくなり、その結果堆積した微
粒子を燃焼させるのに長い時間を要することになる。
【００３１】ところがこのように微粒子の酸化性が低下
したときに図３（Ａ）に示すように空燃比Ａ／Ｆをリッ
チにすると微粒子の酸化性が回復することが判明したの
である。その理由については明確ではないが空燃比Ａ／
Ｆをリッチにすることはコークス生成時の賦活作用に類
似していると考えられる。即ち、空燃比Ａ／Ｆがリッチ
にされると酸素が極めて少ないために排気ガス中のＣＯ
2 やＨ2Ｏ が炭素結合を分断するようになり、その結果
多数の細孔又は空隙が再び生成されるものと考えられ
る。事実、空燃比Ａ／Ｆをリッチにした後の微粒子の塊
まりの表面積体積比Ｓ／Ｖを測定してみると表面積体積
比Ｓ／Ｖがかなり増大する。
【００３２】なお、この場合もパティキュレートフィル
タ２２の温度が高い方がＣＯ2 やＨ 2Ｏ による攻撃が激
しくなり、従って図３（Ｂ）において破線Ｙ2 で示すパ
ティキュレートフィルタ２２の温度が高い場合の方が実
線Ｙ1 で示すパティキュレートフィルタ２２の温度が低
い場合に比べて微粒子の酸化性が高くなる。このように
空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると微粒子の酸化性がよくな
り、従ってリーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われ
ているときに時折空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると微粒子
を酸化しやすい状態に維持することができることにな
る。
【００３３】図４および図５は本発明による運転制御の
基本的な考え方を示している。なお、図４および図５に
おいてＴＦはパティキュレートフィルタ２２の温度を示
している。図４に示す例では微粒子の酸化性が許容限界
ＬＬまで低下すると空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチに切
換えられ、空燃比がリッチにされる毎に微粒子の酸化性
が高められる。次いでパティキュレートフィルタ２２上
の堆積微粒子量が予め定められた量ＵＬを越えるとリー
ン空燃比の状態を継続しつつパティキュレートフィルタ
２２の温度を６００℃以上まで上昇し、次いで６００℃
以上に維持する昇温制御が行われる。昇温制御が行われ
るとパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子
が着火燃焼せしめられる。
【００３４】即ち、本発明による実施例では、パティキ
ュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積
直後に比べて酸化しずらい性質に変化したときにはパテ
ィキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質を
酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレート
フィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを一時
的にリーンからリッチに切換える空燃比切換手段と、パ
ティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量
が予め定められた量ＵＬを越えたか否かを判定する判定
手段と、パティキュレートフィルタ２２上における微粒
子の堆積量が予め定められた量ＵＬを越えたときにはパ
ティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子を酸化
除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレート
フィルタ２２の温度を上昇させる温度制御手段とが設け
られている。
【００３５】なお、空燃比Ａ／Ｆを一時的にリーンから
リッチに切換える方法は種々の方法が存在する。例えば
燃焼室５内における平均空燃比をリッチにする方法や、
膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室５内に追加の燃料
を噴射する方法や、パティキュレートフィルタ２２上流
の排気通路内に追加の燃料を噴射する方法がある。一
方、パティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる
方法も種々の方法がある。例えばパティキュレートフィ
ルタ２２の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータに
よりパティキュレートフィルタ２２又はパティキュレー
トフィルタ２２に流入する排気ガスを加熱する方法や、
パティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に燃料
を噴射してこの燃料を燃焼させることによりパティキュ
レートフィルタ２２を加熱する方法や、排気ガス温を上
昇させてパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇さ
せる方法がある。
【００３６】ここで最後の方法、即ち排気ガス温を上昇
させる方法について図６を参照しつつ簡単に説明してお
く。排気ガス温を上昇させるのに有効な方法の一つは燃
料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法であ
る。即ち、通常主燃料Ｑm は図６において（Ｉ）に示さ
れるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図
６の（II）に示されるように主燃料Ｑm の噴射時期が遅
角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温
が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってパテ
ィキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００３７】また、排気ガス温を上昇させるために図６
の（III)に示されるように主燃料Ｑ m に加え、吸気上死
点付近において補助燃料Ｑv を噴射することもできる。
このように補助燃料Ｑv を追加的に噴射すると補助燃料
Ｑv 分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガ
ス温が上昇し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２
の温度ＴＦが上昇する。
【００３８】一方、このように吸気上死点付近において
補助燃料Ｑv を噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によって
この補助燃料Ｑv からアルデヒド、ケトン、パーオキサ
イド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中
間生成物によって主燃料Ｑmの反応が加速される。従っ
てこの場合には図６の（III)に示されるように主燃料Ｑ
m の噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく
良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑm の
噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温
はかなり高くなり、斯くしてパティキュレートフィルタ
２２の温度ＴＦをすみやかに上昇させることができる。
【００３９】また、図６の（IV）に示されるように主燃
料Ｑm に加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑ
p を噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の
補助燃料Ｑp は燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通
路内に排出される。この未燃ＨＣはパティキュレートフ
ィルタ２２上において過剰酸素により酸化され、このと
き発生する酸化反応熱によってパティキュレートフィル
タ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。
【００４０】図４では堆積微粒子を燃焼すべくパティキ
ュレートフィルタ２２の温度を上昇させるのに図６の
（IV）の方法が用いられている。従って図４に示される
ようにパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇すべ
きときには空燃比Ａ／Ｆが少しばかり小さくなる。一
方、図５に示す例でも微粒子の酸化性が許容限界ＬＬま
で低下すると空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチに切換えら
れ、空燃比がリッチにされる毎に微粒子の酸化性が高め
られる。ただし、図５に示す例ではパティキュレートフ
ィルタ２２上の堆積微粒子量が予め定められた量ＵＬを
越えると微粒子の酸化性を高めるために空燃比Ａ／Ｆが
一時的にリーンからリッチに切換えられ、次いでリーン
空燃比の状態を継続しつつパティキュレートフィルタ２
２の温度を６００℃以上まで上昇し、次いで６００℃以
上に維持する昇温制御が行われる。このように図５に示
す例では堆積微粒子の酸化性が高められた状態で堆積微
粒子の燃焼が開始されるので堆積微粒子の燃焼時間が更
に短縮される。
【００４１】運転制御としては図４に示す方法と図５に
示す方法のいずれの方法を用いることもできるが以下に
述べる実施例では図５に示す方法を用いた場合を例にと
って説明がなされている。次に各実施例について順次説
明する。図７および図８は第１実施例を示している。こ
の実施例ではパティキュレートフィルタ２２上に堆積し
た微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量又は増加量を
算出し、これら酸化性の低下量又は増大量に基づいてパ
ティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質
が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否か
を判定するようにしている。
【００４２】即ち、図３を参照しつつ説明したように空
燃比Ａ／Ｆがリーンに維持されているときにはパティキ
ュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いほど微粒子の酸
化性が低下し、空燃比Ａ／Ｆがリッチのときにはパティ
キュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いほど微粒子の
酸化性が増大する。従って概略的に言うと微粒子の単位
時間当りの酸化性の低下量ΔＤＥＯは図７のように表す
ことができる。即ち、空燃比Ａ／Ｆがリーンのときには
実線Ｌで示されるように微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥ
Ｏはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くな
るほど大きくなる。一方、空燃比Ａ／Ｆがリッチのとき
には実線Ｒで示すように微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥ
Ｏは負となり、低下量ΔＤＥＯの絶対値、即ち微粒子の
酸化性の単位時間当りの増大量はパティキュレートフィ
ルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど大きくなる。
【００４３】従って図７に示される微粒子の酸化性の低
下量ΔＤＥＯを単位時間毎に算出し、これら算出された
低下量ΔＤＥＯを積算すれば微粒子の酸化性の低下量が
判定できることになる。この実施例ではこの微粒子の酸
化性の低下量が図５のＬＬに相当する許容限界ＸＯを越
えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするように
している。
【００４４】図８は第１実施例を実行するためのフロー
チャートを示している。図８を参照するとまず初めにス
テップ１００において図７に基づき算出された微粒子の
酸化性の低下量ΔＤＥＯがＤＥＯに加算され、従ってこ
のＤＥＯは微粒子の酸化性の低下量を表していることに
なる。次いでステップ１０１では微粒子の酸化性の低下
量ＤＥＯが許容限界ＸＯを越えかつパティキュレートフ
ィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、
例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。ＤＥＯ
＜ＸＯ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ１０２に進ん
で通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで
継続的に燃焼が行われる。次いでステップ１０５に進
む。
【００４５】一方、ステップ１０１においてＤＥＯ≧Ｘ
ＯでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステッ
プ１０３に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにする
リッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回
復される。なお、ＤＥＯ≧ＸＯとなってもＴＦ≦Ｔo の
ときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ１０
４ではＤＥＯがクリアされる。次いでステップ１０５に
進む。
【００４６】ステップ１０５ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ１０６に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ１０７に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００４７】図９から図１６に第２実施例を示す。この
第２実施例ではパティキュレートフィルタ２２上に堆積
した微粒子のうちで酸化性の最も低下した微粒子量をモ
デルを用いて算出し、酸化性の最も低下した微粒子量が
予め定められた量を越えたときにパティキュレートフィ
ルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて
酸化しずらい性質に変化したと判定するようにしてい
る。
【００４８】まず初めに図９を参照すると、図９におけ
る実線Ｚはパティキュレートフィルタ２２上における微
粒子の酸化速度、即ち例えば１分間当りに酸化除去可能
な微粒子量Ｇ（ｇ／min)とパティキュレートフィルタ２
２の温度ＴＦとの関係を示している。即ち、図９におい
て曲線Ｚはパティキュレートフィルタ２２に流入する微
粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇに一致しているバラ
ンス点を示している。このときには流入微粒子量と酸化
除去される微粒子量が等しいのでパティキュレートフィ
ルタ２２上の堆積微粒子量は一定に維持される。一方、
図９の領域Ｉでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子
量よりも少ないので堆積微粒子量は少なくなり、図９の
領域IIでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量より
も多くなるので堆積微粒子量が増大する。
【００４９】図１０は流入微粒子量が酸化除去可能な微
粒子量Ｇに一致しているときの堆積微粒子の状態をモデ
ル化して模式的に表している。図１０において横軸に沿
い並んでいる数字１から５は堆積微粒子の酸化性を示し
ており、数字１から５に向けて酸化性が悪くなる。ま
た、図１０においてＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５は或
る時刻において堆積している酸化性が夫々１，２，３，
４，５である微粒子量を示しており、ＷＯ１，ＷＯ２，
ＷＯ３，ＷＯ４，ＷＯ５は一定時間後に酸化除去された
微粒子量を示しており、ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ
４，ＷＲ５はこのとき依然として堆積している残存微粒
子量を示している。
【００５０】このモデルではパティキュレートフィルタ
２２に流入した微粒子Ｗ１は一定期間の間にＷＯ１だけ
酸化除去せしめられるのでＷＲ１だけ微粒子が残存し、
この微粒子ＷＲ１は酸化性が１から２へと低下し、次い
で残存した微粒子Ｗ２は一定期間の間にＷＯ２だけ酸化
除去せしめられるのでＷＲ２だけ微粒子が残存し、この
微粒子ＷＲ２は酸化性が２から３に低下するように考え
ている。従って図１０からわかるようにこのモデルでは
Ｗ２はＷＲ１に一致し、Ｗ３はＷＲ２に一致し、Ｗ４は
ＷＲ３に一致し、Ｗ５はＷＲ４に一致する。
【００５１】また、このモデルでは各堆積微粒子量Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５のうちで一定時間の間に酸
化除去せしめられる微粒子量ＷＯ１，ＷＯ２，ＷＯ３，
ＷＯ４，ＷＯ５の各割合ＷＯ１／Ｗ１，ＷＯ２／Ｗ２，
ＷＯ３／Ｗ３，ＷＯ４／Ｗ４，ＷＯ５／Ｗ５は夫々一定
とされている。この場合、微粒子の酸化性が低下するほ
どこれら割合は小さくなると考えられ、従ってこのモデ
ルではＷＯ１／Ｗ１が６０パーセント、ＷＯ２／Ｗ２が
５７パーセント、ＷＯ３／Ｗ３が５４パーセント、ＷＯ
４／Ｗ４が５２パーセント、ＷＯ５／Ｗ５が５０パーセ
ントとされている。
【００５２】また、ＷＯ５／Ｗ５が５０パーセントであ
るのでＷＲ５／Ｗ５も５０パーセントとなり、この残存
している微粒子ＷＲ５は続く一定時間の間に酸化除去さ
れる。このように考えて図１０に示すモデルが作成され
ている。一方、流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量
Ｇよりも多くなると図１１（Ａ）に示されるようにＷ１
に対するＷＯ１の割合、Ｗ２に対するＷＯ２の割合、Ｗ
３に対するＷＯ３の割合、Ｗ４に対するＷＯ４の割合、
Ｗ５に対するＷＯ５の割合が図１０に示す場合に比べて
小さくなる。その結果、残留微粒子量ＷＲ１，ＷＲ２，
ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５が図１０に示す場合に比べて増
大する。このような状態が続くと図１１（Ｂ）に示すよ
うに酸化性が５の微粒子量Ｗ５が大巾に増大する。
【００５３】即ち、このようなモデルを考えると最も酸
化性の悪い微粒子量Ｗ５を求めることができるようにな
る。次にこの最も酸化性の悪い微粒子量Ｗ５を算出する
方法について概略的に説明する。図１２（Ａ）および図
１２（Ｂ）は流入微粒子量と酸化除去可能な微粒子量Ｇ
とのバランス点が夫々図９のＡ点およびＢ点である場合
を示している。図１２（Ａ），（Ｂ）は図１０と同様に
微粒子の状態を示しているが図１２（Ａ），（Ｂ）では
横軸が時間で表されている。即ち、図１２（Ａ）では横
軸は夫々微粒子が流入してから５分後、１０分後、１５
分後、２０分後、２５分後を示しており、図１２（Ｂ）
では横軸は夫々微粒子が流入してから２分後、４分後、
６分後、８分後、１０分後を示している。
【００５４】図９のＢ点はＡ点に比べて酸化除去可能な
微粒子量Ｇ、即ち流入微粒子量が多いので図１２（Ｂ）
における微粒子量Ｗ１のほうが図１２（Ａ）における微
粒子量Ｗ１に比べて大きくなる。一方、図９のＢ点はＡ
点に比べてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが
高いので微粒子の酸化性は早期に低下する。それにもか
かわらず酸化性が５となる前に微粒子が酸化除去せしめ
られるということは図１２（Ｂ）に示されるように微粒
子は早期に酸化除去せしめられていることになる。
【００５５】微粒子Ｗ１の６０％が酸化除去せしめられ
るのに要する時間Δｔ、或いは微粒子Ｗ２の５７％が酸
化除去せしめられるのに要する時間Δｔは図１２（Ａ）
では５分であるのに対して図１２（Ｂ）では２分であ
る。このようにこの時間Δｔは図１３に示される如くパ
ティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど
短かくなる。
【００５６】この実施例ではこの時刻Δｔが経過する毎
に残留微粒子量ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ
５を算出し、残留微粒子量ＷＲ５が図５のＬＬに相当す
る許容限界ＷＲＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的
にリッチにするようにしている。また、残留微粒子量を
算出するには流入微粒子量、即ち機関から排出される排
出微粒子量を求めなければならない。この排出微粒子量
は機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると
要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数となる。図１
４（Ａ）は図１に示される内燃機関の排出微粒子量Ｍを
示しており、各曲線Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 ，Ｍ5 は等
排出微粒子量（Ｍ1 ＜Ｍ2 ＜Ｍ3 ＜Ｍ4 ＜Ｍ5 ）を示し
ている。図１４（Ａ）に示される例では要求トルクＴＱ
が高くなるほど排出微粒子量Ｍが増大する。なお、図１
４（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍは要求トルクＴＱお
よび機関回転数Ｎの関数として図１４（Ｂ）に示すマッ
プの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５７】図１５および図１６は第２実施例を実行す
るためのフローチャートを示している。図１５および図
１６を参照するとまず初めにステップ２００において図
１３に示す関係から時間Δｔが算出される。次いでステ
ップ２０１では図１４（Ｂ）に示される排出微粒子量Ｍ
のΔｔ時間における積算量ΣＭが算出される。次いでス
テップ２０２では図９に示す酸化除去可能微粒子量Ｇの
Δｔ時間における積算量ΣＧが算出される。次いでステ
ップ２０３ではΔｔ時間が経過したか否かが判別され
る。Δｔ時間が経過したときにはステップ２０４に進
む。
【００５８】ステップ２０４では酸化除去される微粒子
量ＷＯ１（＝ΣＧ×０．６）、ＷＯ２（＝ＷＲ１×０．
５７）、ＷＯ３（＝ＷＲ２×０．５４）、ＷＯ４（＝Ｗ
Ｒ３×０．５２）、ＷＯ５（＝ＷＲ４×０．５）が算出
される。次いでステップ２０５では次式に基づいて各残
留微粒子量ＷＲ５，ＷＲ４，ＷＲ３，ＷＲ２，ＷＲ１が
算出される。
【００５９】 ＷＲ５←ＷＲ４−ＷＯ５ ＷＲ４←ＷＲ３−ＷＯ４ ＷＲ３←ＷＲ２−ＷＯ３ ＷＲ２←ＷＲ１−ＷＯ２ ＷＲ１←ΣＭ−ＷＯ１ これらの式の意味は図１０から明らかであると考えられ
るので説明を省略する。
【００６０】次いでステップ２０６では残留微粒子量Ｗ
Ｒ５が許容限界ＷＲＸよりも大きくなりかつパティキュ
レートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温
度Ｔ o 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別され
る。ＷＲ５≦ＷＲＸ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ
２０７に進んで通常運転が行われる。このときリーン空
燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ
２１０に進む。
【００６１】一方、ステップ２０６においてＷＲ５＞Ｗ
ＲＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステ
ップ２０８に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにす
るリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が
回復される。なお、ＷＲ５＞ＷＲＸとなってもＴＦ≦Ｔ
o のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ
２０９では初期化が行われる。次いでステップ２１０に
進む。
【００６２】ステップ２１０ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ２１１に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ２１２に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００６３】図１７および図１８に第３実施例を示す。
この実施例では一方ではパティキュレートフィルタ２２
における圧損を推定し、他方ではパティキュレートフィ
ルタ２２における実際の圧損を検出し、推定された圧損
と実際の圧損との圧損差からパティキュレートフィルタ
２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化
しずらい性質に変化したか否かを判定するようにしてい
る。即ち、微粒子の酸化性が低下すると微粒子は十分に
酸化されることなく堆積するためにパティキュレートフ
ィルタ２２における圧損が増大する。従ってこのことか
ら微粒子の酸化性が低下したか否かを判定することがで
きる。
【００６４】そこでまず初めにパティキュレートフィル
タ２２における圧損を推定する方法について説明する。
この実施例では微粒子の堆積量ΣＷＲが排出微粒子量Ｍ
および酸化除去可能微粒子量Ｇから算出される。図１７
（Ａ）は基準状態における微粒子の堆積量ΣＷＲと圧損
ΔＰＤとの関係を示しており、従って微粒子の堆積量Σ
ＷＲが求まると図１７（Ａ）に示す関係から基準状態に
おける圧損ΔＰＤが求まる。
【００６５】一方、微粒子の堆積量ΣＷＲが同一であっ
てもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排
気ガス量ＧＥが変化するとそれに伴なって圧損が変化す
る。本発明による実施例では基準状態における圧損ΔＰ
Ｄに対する補正係数Ｋが図１７（Ｂ）に示されているよ
うにマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、
圧損ΔＰＤに補正係数Ｋを乗算することによってパティ
キュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス量Ｇ
Ｅに応じた圧損ＰＤＤが算出される。
【００６６】微粒子の酸化性が低下すると図１７（Ｃ）
に示されるように算出される圧損ＰＤＤに比べて圧力セ
ンサ４３により検出された実際の圧損ＰＤは高くなる。
第３実施例ではこれら圧損の差（ＰＤ−ＰＤＤ）が設定
値ＰＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチに
される。図１８は第３実施例を実行するためのフローチ
ャートを示している。
【００６７】図１８を参照するとまず初めにステップ３
００において図１４（Ｂ）に示すマップから排出微粒子
量Ｍが算出され、図９に示す関係から酸化除去可能微粒
子量Ｇが算出される。次いでステップ３０１では前回の
処理サイクル時に堆積していた微粒子量ＷＲと排出微粒
子量Ｍとの和（Ｍ＋ＷＲ）から酸化除去可能微粒子量Ｇ
を減算することによって現在の堆積微粒子量ΣＷＲ（＝
（Ｍ＋ＷＲ）−Ｇ）が算出される。次いでステップ３０
２ではΣＷＲがＷＲとされる。
【００６８】次いでステップ３０３では一定時間が経過
したか否かが判別される。一定時間が経過していないと
きにはステップ３０６にジャンプし、一定時間が経過し
たときにはステップ３０４に進む。ステップ３０４では
堆積微粒子量ΣＷＲに基づいて図１７（Ａ）に示す関係
から圧損ΔＰＤが算出され、この圧損ΔＰＤと図１７
（Ｂ）に示す補正係数Ｋから圧損の推定値ＰＤＤが算出
される。次いでステップ３０５では圧力センサ４３によ
り検出された実際の圧損ＰＤと圧損の推定値ＰＤＤとの
圧損差（ＰＤ−ＰＤＤ）が設置値ＰＸよりも大きくかつ
パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸
化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが
判別される。
【００６９】ＰＤ−ＰＤＤ≦ＰＸ又はＴＦ≦Ｔo のとき
にはステップ３０６に進んで通常運転が行われる。この
ときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次
いでステップ３０８に進む。一方、ステップ３０５にお
いてＰＤ−ＰＤＤ＞ＰＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別
されたときにはステップ３０７に進んで空燃比Ａ／Ｆを
一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによっ
て微粒子の酸化性が回復される。なお、ＰＤ−ＰＤＤ＞
ＰＸとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行わ
れない。次いでステップ３０８に進む。
【００７０】ステップ３０８ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ３０９に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ３１０に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００７１】図１９および図２０に第４実施例を示す。
この実施例ではパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを一時的に４５０℃程度まで昇温して一部の堆積微粒
子を酸化させ、その後の圧損の大きさから微粒子の酸化
性が低下したか否かを判断するようにしている。即ち、
パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させる
と微粒子の酸化性が高い場合には多量の堆積微粒子が酸
化されるが微粒子の酸化性が低い場合には堆積微粒子は
ほとんど酸化されない。従ってパティキュレートフィル
タ２２の温度ＴＦを昇温させた後の圧損は微粒子の酸化
性が高い場合には図１９（Ａ）においてＰＤＤで示すよ
うに圧損は低くなり、微粒子の酸化性が低い場合には図
１９（Ａ）においてＰＤで示すように圧損が高くなる。
従ってこれら圧損ＰＤとＰＤＤの差から微粒子の酸化性
が低下したか否かが判定できることになる。
【００７２】具体的に云うとこの実施例では圧力センサ
４３により検出された実際の圧損ＰＤが予め定められた
目標値ＰＤＴとなったときにパティキュレートフィルタ
２２の昇温制御が行われる。この目標値ＰＤＴは図１９
（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転
数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
次いで昇温制御完了後、図１９（Ａ）に示される判定時
期ＴＫになると実際の圧損ＰＤと微粒子の酸化性が高い
ときの圧損ＰＤＤとが比較される。この圧損ＰＤＤは実
験等により予め求められており、この圧損ＰＤＤは図１
９（Ｃ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回
転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。この実施例では圧損差（ＰＤ−ＰＤＤ）が設定値Ｐ
ＸＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにさ
れる。
【００７３】図２０は第４実施例を実行するためのフロ
ーチャートを示している。図２０を参照するとまず初め
にステップ４００において圧力センサ４３により検出さ
れた実際の圧損ＰＤが図１９（Ｂ）に示される目標値Ｐ
ＤＴとなったか否かが判別される。ＰＤ＝ＰＤＴでない
ときにはステップ４０４にジャンプし、ＰＤ＝ＰＤＴの
ときにはステップ４０１に進む。ステップ４０１ではパ
ティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを一時的に昇温
するための昇温制御が行われる。昇温制御が完了すると
ステップ４０２に進んで図１９（Ａ）に示す判定時期Ｔ
Ｋに達したか否かが判別される。判定時期ＴＫに達する
とステップ４０３に進んで圧力センサ４３により検出さ
れた実際の圧力ＰＤと図１９（Ｃ）に示すマップから求
められた圧損ＰＤＤとの圧損圧（ＰＤ−ＰＤＤ）が設定
値ＰＸＸよりも大きくかつパティキュレートフィルタ２
２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２
５０℃よりも高いか否かが判別される。
【００７４】ＰＰ−ＰＰＤ≦ＰＸＸ又はＴＦ≦Ｔo のと
きにはステップ４０４に進んで通常運転が行われる。こ
のときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。
次いでステップ４０６に進む。一方、ステップ４０３に
おいてＰＤ−ＰＤＤ＞ＰＸＸでかつＴＦ＞Ｔo であると
判別されたときにはステップ４０５に進んで空燃比Ａ／
Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それに
よって微粒子の酸化性が回復される。なお、ＰＤ−ＰＤ
Ｄ＞ＰＸＸとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理
は行われない。次いでステップ４０６に進む。
【００７５】ステップ４０６ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ４０７に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ４０８に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００７６】次に第５実施例について説明する。パティ
キュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆
積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かは或
る程度予測することができる。例えば機関始動時にはパ
ティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低いので多量
の微粒子が酸化されることなくパティキュレートフィル
タ２２上に堆積し、これら微粒子はパティキュレートフ
ィルタ２２の温度が高くなってもただちに酸化しない。
従って多量の微粒子がパティキュレートフィルタ２２上
に堆積し続けることになり、この間に微粒子の酸化性が
低下してしまう。また、高速運転が継続すると微粒子は
リーン空燃比のもとで長時間に亘り高温にさらされ、従
って微粒子の酸化性が低下する。従って、機関始動時又
は高速運転が予め定められた時間以上継続したときには
パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性
質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予
測できることになる。
【００７７】また、機関の運転が或る期間以上継続する
とこの間に微粒子の酸化性が低下すると考えられる。従
って機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行
距離が予め定められた値を越えたときにもパティキュレ
ートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後
に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測できること
になる。
【００７８】従ってこの実施例ではパティキュレートフ
ィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べ
て酸化しずらい性質に変化したと予測されたときには空
燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするようにしている。図
２１は第５実施例を実行するためのフローチャートを示
している。図２１を参照するとまず初めにステップ５０
０においてパティキュレートフィルタ２２上に堆積した
微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変
化したと予測できかつパティキュレートフィルタ２２の
温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０
℃よりも高いか否かが判別される。パティキュレートフ
ィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べ
て酸化しずらい性質に変化したとは予測できないか又は
ＴＦ≦Ｔo のときにはステップ５０１に進んで通常運転
が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃
焼が行われる。次いでステップ５０３に進む。
【００７９】一方、パティキュレートフィルタ２２上に
堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい
性質に変化したと予測できかつＴＦ＞Ｔo であると判別
されたときにはステップ５０２に進んで空燃比Ａ／Ｆを
一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによっ
て微粒子の酸化性が回復される。なお、パティキュレー
トフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に
比べて酸化しずらい性質に変化したと予測できてもＴＦ
≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステ
ップ５０３に進む。
【００８０】ステップ５０３ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ５０４に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ５０５に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００８１】次に本発明を実施するのに適した低温燃焼
方法について図２２から図２４を参照しつつ簡単に説明
する。図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガ
ス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していく
とスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更
にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急
激に低下する。このことについてＥＧＲガスの冷却度合
を変えたときのＥＧＲ率とスモークとの関係を示す図２
２を参照しつつ説明する。なお、図２２において曲線Ａ
はＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０
℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装
置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線Ｃは
ＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示してい
る。
【００８２】図２２の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガ
スを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセント
よりも少し低いところでスモークの発生量がピークとな
り、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上に
すればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図２
２の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した
場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いとこ
ろでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥ
ＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすればスモークがほ
とんど発生しなくなる。また、図２２の曲線Ｃで示され
るようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合には
ＥＧＲ率が５５パーセントの付近でスモークの発生量が
ピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセ
ント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
【００８３】このようにＥＧＲガス率を５５パーセント
以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガ
スの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲の
ガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、そ
の結果炭化水素が煤まで成長しないからである。この低
温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制
しつつＮＯx の発生量を低減することができるという特
徴を有する。即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過
剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために
過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くしてスモークが発生
することがない。また、このときＮＯx も極めて少量し
か発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或い
は空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば
少量の煤が生成されるが低温燃焼下では燃焼温度が低い
温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、
ＮＯx も極めて少量しか発生しない。
【００８４】ところで機関の要求トルクＴＱが高くなる
と、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料お
よび周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが
困難となる。即ち、低温燃焼を行いうるのは燃焼による
発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。
図２３（Ａ）において領域Ｉは煤の発生量がピークとな
る不活性ガス量よりも燃焼室５の不活性ガス量が多い第
１の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領
域を示しており、領域IIは煤の発生量がピークとなる不
活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２
の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運
転領域を示している。
【００８５】図２３（Ｂ）は運転領域Ｉにおいて低温燃
焼を行う場合の目標空燃比Ａ／Ｆを示しており、図２４
は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の要求トルク
ＴＱに応じたスロットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２
５の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射開始時期θＳ、噴射
完了時期θＥ、噴射量を示している。なお、図２４には
運転領域IIにおいて行われる通常の燃焼時におけるスロ
ットル弁１７の開度等も合わせて示している。
【００８６】図２３（Ｂ）および図２４から運転領域Ｉ
において低温燃焼が行われているときにはＥＧＲ率が５
５パーセント以上とされ、空燃比Ａ／Ｆが１５．５から
１８程度のリーン空燃比とされることがわかる。前述し
たように低温燃焼が行われているときにはスモーク、即
ち微粒子がほとんど排出されず、従ってパティキュレー
トフィルタ２２上に多量の微粒子が堆積するのを回避す
ることができるという利点がある。
【００８７】また、低温燃焼を用いると多量の煤、即ち
多量の微粒子を発生させることなく燃焼室５内における
空燃比をリッチにすることができる。従って機関の運転
状態が図２３に示す第２の運転領域IIにあるときに微粒
子の酸化性を増大すべく空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチ
にすべきであると判定又は予測されたときには機関の運
転状態が第１の運転領域Ｉに移行するまで空燃比Ａ／Ｆ
をリッチにせず、機関の運転状態が第１の運転領域IIに
移行した後に空燃比Ａ／Ｆをリッチにすることが好まし
い。
【００８８】図２５から図３０はパティキュレートフィ
ルタ２２上に触媒を担持していない場合の種々の実施例
を示している。パティキュレートフィルタ２２上に触媒
を担持していない場合には図２５に示されるように微粒
子の酸化速度、即ち酸化除去可能微粒子量Ｇはパティキ
ュレートフィルタ２２の温度ＴＦが６００℃付近におい
て急激に立上り、従ってパティキュレートフィルタ２２
の温度ＴＦがほぼ６００℃以下のときには微粒子の酸化
除去されることなくパティキュレートフィルタ２２上に
堆積することになる。圧縮着火式内燃機関では通常パテ
ィキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは６００℃よりも
かなり低く、従って触媒を担持していないパティキュレ
ートフィルタ２２を用いるとパティキュレートフィルタ
２２上に微粒子が堆積し続けることになる。
【００８９】従って触媒を担持していないパティキュレ
ートフィルタ２２を用いた場合には更に堆積微粒子の酸
化性は低下しやすくなり、従ってこの場合にも堆積微粒
子の酸化性を高めるために空燃比Ａ／Ｆを時折一時的に
リッチにする必要がある。図２６および図２７はパティ
キュレートフィルタ２２が触媒を担持していない場合に
適した第６実施例を示している。図２６はパティキュレ
ートフィルタ２２上における微粒子の堆積量Ｗを表わし
ており、図２６における各数字および記号の意味は図１
０に示すものと同じである。パティキュレートフィルタ
２２が触媒を担持していない場合には流入した微粒子Ｗ
１は全て残留微粒子ＷＲ１となり、この残留微粒子ＷＲ
１は時間を経過する毎に酸化性の悪い微粒子ＷＲ２，Ｗ
Ｒ３，ＷＲ４，ＷＲ５へと順次変化する。従って最も酸
化性の悪い微粒子量ＷＲ５は徐々に増大する。この実施
例では残留微粒子量ＷＲ５が許容限界ＷＲＸＸを越えた
ときに微粒子の酸化性を増大すべく空燃比Ａ／Ｆが一時
的にリッチにされる。
【００９０】図２７は第６実施例を実行するためのフロ
ーチャートを示している。図２７を参照するとまず初め
にステップ６００において次式に基づき各残留微粒子量
ＷＲ５，ＷＲ４，ＷＲ３，ＷＲ２，ＷＲ１が算出され
る。 ＷＲ５←ＷＲ５＋ＷＲ４ ＷＲ４←ＷＲ３ ＷＲ３←ＷＲ２ ＷＲ２←ＷＲ１ ＷＲ１←Ｍ ここで上述のＭは図１４（Ｂ）のマップから算出された
排出微粒子量である。
【００９１】次いでステップ６０１では最も酸化性の低
い残留微粒子量ＷＲ５が許容限界ＷＲＸＸを越えかつパ
ティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化
しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判
別される。ＷＲ５≦ＷＲＸＸ又はＴＦ≦Ｔo のときには
ステップ６０２に進んで通常運転が行われる。このとき
リーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いで
ステップ６０５に進む。
【００９２】一方、ステップ６０１においてＷＲ５＞Ｗ
ＲＸＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはス
テップ６０３に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチに
するリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性
が回復される。なお、ＷＲ５＞ＷＲＸＸとなってもＴＦ
≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステ
ップ６０４では初期化が行われる。次いでステップ６０
５に進む。
【００９３】ステップ６０５ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ６０６に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ６０７に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００９４】次に第７実施例について説明する。パティ
キュレートフィルタ２２に微粒子が流入するとこの微粒
子はいずれは最も酸化性の低い残留微粒子ＷＲ５とな
る。従ってパティキュレートフィルタ２２への微粒子の
流入量から或る程度最も酸化性の低い残留微粒子量ＷＲ
５を推定することができる。従ってこの実施例ではパテ
ィキュレートフィルタ２２への流入微粒子量の積算量が
設定量ＭＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッ
チにするようにしている。
【００９５】図２８は第７実施例を実行するためのフロ
ーチャートを示している。図２８を参照するとまず初め
にステップ７００において図１４（Ｂ）に示すマップか
ら算出された排出微粒子量ＭがΣＭに加算される。従っ
てこのΣＭはパティキュレートフィルタ２２に流入する
微粒子量の積算値を表していることになる。次いでステ
ップ７０１ではパティキュレートフィルタ２２に流入す
る微粒子量の積算値ΣＭが設定値ＭＸを越えかつパティ
キュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しう
る温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別さ
れる。ΣＭ≦ＭＸ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ７
０２に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃
比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ７
０５に進む。
【００９６】一方、ステップ７０１においてΣＭ＞ＭＸ
でかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ
７０３に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリ
ッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復
される。なお、ΣＭ＞ＭＸとなってもＴＦ≦Ｔo のとき
にはリッチ処理は行われない。次いでステップ７０４で
はΣＭがクリアされる。次いでステップ７０５に進む。
【００９７】ステップ７０５ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ７０６に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ７０７に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００９８】図２９および図３０に第８実施例を示す。
前述したようにパティキュレートフィルタ２２に微粒子
が流入するとこの微粒子はいずれは最も酸化性の低い残
留微粒子ＷＲ５となり、従ってパティキュレートフィル
タ２２への微粒子の流入量の積算値から最も酸化性の低
い残留微粒子量ＷＲ５を推定することができる。言い換
えるとパティキュレートフィルタ２２における圧損の増
大量から最も酸化性の低い残留微粒子量ＷＲ５を推定す
ることができる。従ってこの実施例ではパティキュレー
トフィルタ２２における実際の圧損ＰＤが設定値ＤＰＴ
Ｔを越えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにする
ようにしている。この場合、空燃比Ａ／Ｆのリッチ処理
が完了すると再び空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにする
ために設定値ＤＰＴＴがΔＤだけ増大せしめられる。
【００９９】初期の設定値ＤＰＴＴは図２９（Ａ）に示
されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数
としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されてお
り、設置値ＤＰＴＴの増大量ΔＤも図２９（Ｂ）に示さ
れるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数と
してマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
図３０は第８実施例を実行するためのフローチャートを
示している。
【０１００】図８を参照するとまず初めにステップ８０
０において圧力センサ４３により検出された実際の圧損
ＰＤが図２９（Ａ）のマップから算出された設定値ＤＰ
ＴＴよりも大きくかつパティキュレートフィルタ２２の
温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０
℃よりも高いか否かが判別される。ＤＰ≦ＤＰＴＴ又は
ＴＦ≦Ｔo のときにはステップ８０１に進んで通常運転
が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃
焼が行われる。次いでステップ８０４に進む。
【０１０１】一方、ステップ８００においてＤＰ＞ＤＰ
ＴＴでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステ
ップ８０２に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにす
るリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が
回復される。なお、ＤＰ＞ＤＰＴＴとなってもＴＦ≦Ｔ
o のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ
８０３では図２９（Ｂ）に示すマップから算出された増
大量ΔＤが設定値ＤＰＴＴに加算され、その加算結果が
新たな設定値ＤＰＴＴとされる。次いでステップ８０４
に進む。
【０１０２】ステップ８０４ではパティキュレートフィ
ルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量
を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出された
パティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５
のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別
される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ８０５に進ん
で空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行
われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。この
リッチ処理が完了するとステップ８０６に進んでリーン
空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度Ｔ
Ｆを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持
する昇温制御が行われ、それによってパティキュレート
フィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温
制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【０１０３】
【発明の効果】パティキュレートフィルタ上に堆積した
微粒子を短時間で燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】微粒子の酸化性の変化を示す図である。
【図４】運転制御の一例を示す図である。
【図５】運転制御の他の例を示す図である。
【図６】噴射制御を説明するための図である。
【図７】微粒子酸化性の低下量を示す図である。
【図８】機関の運転を制御するためのフローチャートで
ある。
【図９】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィ
ルタの温度との関係を示す図である。
【図１０】堆積微粒子の状態を説明するための図であ
る。
【図１１】堆積微粒子の状態を説明するための図であ
る。
【図１２】堆積微粒子の状態を説明するための図であ
る。
【図１３】時間Δｔを示す図である。
【図１４】排出微粒子量を示す図である。
【図１５】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図１６】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図１７】圧損の変化を説明するための図である。
【図１８】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図１９】圧損の変化を説明するための図である。
【図２０】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２１】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２２】スモークの発生量を示す図である。
【図２３】機関の運転領域等を示す図である。
【図２４】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【図２５】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフ
ィルタの温度との関係を示す図である。
【図２６】堆積微粒子量を示す図である。
【図２７】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２８】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【図２９】設定値等のマップを示す図である。
【図３０】機関の運転を制御するためのフローチャート
である。
【符号の説明】
５…燃焼室 ６…燃料噴射弁 ２２…パティキュレートフィルタ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｔ Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ // Ｂ０１Ｄ 46/42 53/36 １０３Ｃ (72)発明者 広田 信也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 和浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 浅沼 孝充 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA01 BA11 BA25 DA10 EB11 EB12 FA18 FA33 FA36 3G090 AA03 BA02 CA01 CB02 DA04 DA09 DA14 DA19 DA20 DB01 DB06 4D048 AA14 AB01 AB07 BB02 BB14 CC53 DA01 DA02 DA03 DA06 DA08 DA10 DA13 4D058 JA32 MA44 MA52 MA60 PA04 SA08

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を
    捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置
    し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃
    機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した
    微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変
    化したか否かを予測する予測手段と、パティキュレート
    フィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて
    酸化しずらい性質に変化したと予測されたときにはパテ
    ィキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化
    しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィ
    ルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンから
    リッチに切換える空燃比切換手段と、パティキュレート
    フィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量
    を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレー
    トフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた
    量を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積
    した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとで
    パティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御
    手段とを具備した排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項２】 上記空燃比切換手段は、パティキュレー
    トフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べ
    て酸化しずらい性質に変化したと予測されてもパティキ
    ュレートフィルタの温度が予め定められた温度よりも低
    いときにはリーンからリッチへの空燃比の切換えを行わ
    ない請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 上記予測手段は、機関始動時又は高速運
    転が予め定められた時間以上継続したときにはパティキ
    ュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後
    に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測する請求項
    １に記載の排気ガス浄化装置。
  4. 【請求項４】 上記予測手段は、機関の運転時間、機関
    回転数の累積値又は車両走行距離が予め定められた値を
    越えたときにパティキュレートフィルタ上に堆積した微
    粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化
    したと予測する請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
  5. 【請求項５】 パティキュレートフィルタ上に触媒が担
    持されている請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
  6. 【請求項６】 機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を
    捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置
    し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃
    機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した
    微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変
    化したか否かを判定する第１の判定手段と、パティキュ
    レートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に
    比べて酸化しずらい性質に変化したと判定されたときに
    はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質
    を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレー
    トフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリー
    ンからリッチに切換える空燃比切換手段と、パティキュ
    レートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定めら
    れた量を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、パ
    ティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予
    め定められた量を越えたときにはパティキュレートフィ
    ルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空
    燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇さ
    せる温度制御手段とを具備した排気ガス浄化装置。
  7. 【請求項７】 上記空燃比切換手段は、パティキュレー
    トフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べ
    て酸化しずらい性質に変化したと判定されてもパティキ
    ュレートフィルタの温度が予め定められた温度よりも低
    いときにはリーンからリッチへの空燃比の切換えを行わ
    ない請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
  8. 【請求項８】 パティキュレートフィルタ上に堆積した
    微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量および増大量を
    算出する算出手段を具備し、上記第１の判定手段は該酸
    化性の低下量および増大量に基づいてパティキュレート
    フィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて
    酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する請求項６
    に記載の排気ガス浄化装置。
  9. 【請求項９】 パティキュレートフィルタ上に堆積した
    微粒子のうちで酸化性の最も低下した微粒子量をモデル
    を用いて算出する算出手段を具備し、上記第１の判定手
    段は該酸化性の最も低下した微粒子量が予め定められた
    量を越えたときにパティキュレートフィルタ上に堆積し
    た微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に
    変化したと判定する請求項６に記載の排気ガス浄化装
    置。
  10. 【請求項１０】 パティキュレートフィルタにおける圧
    損を推定する推定手段と、パティキュレートフィルタに
    おける実際の圧損を検出する検出手段とを具備し、上記
    第１の判定手段は該推定手段により推定された圧損と該
    検出手段により検出された実際の圧損との圧損差からパ
    ティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆
    積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判
    定する請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
  11. 【請求項１１】 該推定手段はパティキュレートフィル
    タに流入する微粒子量およびパティキュレートフィルタ
    の温度からパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量
    を算出し、この堆積微粒子量からパティキュレートフィ
    ルタにおける圧損を推定する請求項１０に記載の排気ガ
    ス浄化装置。
  12. 【請求項１２】 パティキュレートフィルタ上の微粒子
    を部分的に酸化除去するためにパティキュレートフィル
    タの温度を一時的に上昇させるための温度上昇手段を具
    備し、上記第１の判定手段は該温度上昇手段による昇温
    作用完了後における上記圧損差からパティキュレートフ
    ィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸
    化しずらい性質に変化したか否かを判定する請求項１０
    に記載の排気ガス浄化装置。
  13. 【請求項１３】 上記第１の判定手段は、上記検出手段
    により検出された実際の圧損が予め記憶されている目標
    値に達したときに上記温度上昇手段によってパティキュ
    レートフィルタの温度を一時的に上昇させ、予め記憶さ
    れている昇温作用完了後の圧損と上記検出手段により検
    出された実際の圧損との圧損差からパティキュレートフ
    ィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸
    化しずらい性質に変化したか否かを判定する請求項１２
    に記載の排気ガス浄化装置。
  14. 【請求項１４】 パティキュレートフィルタ上に触媒が
    担持されている請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
  15. 【請求項１５】 機関排気通路内に排気ガス中の微粒子
    を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配
    置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内
    燃機関において、パティキュレートフィルタに流入する
    排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え
    可能な空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上
    における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか
    否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ
    上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えた
    ときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子
    の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキ
    ュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的
    にリーンからリッチに切換えた後、パティキュレートフ
    ィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン
    空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇
    させる温度制御手段とを具備した排気ガス浄化装置。
  16. 【請求項１６】 パティキュレートフィルタ上に触媒が
    担持されている請求項１５に記載の排気ガス浄化装置。
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