JP2003166412A

JP2003166412A - 排気浄化装置の再生制御方法

Info

Publication number: JP2003166412A
Application number: JP2001367615A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kobayashi; 正明小林; Daisuke Shibata; 大介柴田; Hisashi Oki; 久大木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2003-06-13
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP3757853B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微粒子堆積量の増加に対する圧力損失の増大が
微粒子の堆積進行途中で停止し、圧力損失が飽和するよ
うなフィルタについて、適切な時期に堆積した微粒子を
燃焼、除去する。【解決手段】内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集し
て、連続的に酸化除去することが可能な酸化機能を有す
る触媒を担持したフィルタを排気系に配置した排気浄化
装置において、フィルタに堆積する微粒子の量が増加す
ればフィルタにおける圧力損失が増大する過程を経た
後、フィルタに堆積する微粒子の量がさらに増加しても
フィルタの圧力損失が上昇せず、または上昇割合が大き
く減少する場合は、このような圧力損失の飽和後に、堆
積した微粒子を燃焼させて除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置の再生制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に搭載される内燃機関、特にデ
ィーゼル機関では、排気中に含まれる浮遊粒子状物質で
ある煤に代表される微粒子（パティキュレートマター、
Particulate Matter）の除去が重要な課題となってい
る。このため、大気中に微粒子が放出されないようにデ
ィーゼルエンジンの排気系に微粒子の捕集を行うパティ
キュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）
を設ける技術が周知である。このフィルタにより排気中
の微粒子が一旦捕集され大気中へ放出されることを防止
することができる。

【０００３】しかし、捕集した微粒子がフィルタに堆積
するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。こ
の目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が
上昇し内燃機関の出力低下、燃費悪化、さらには排気エ
ミッションの悪化やフィルタの毀損を誘発する虞があ
る。このようなときには、フィルタ上に堆積した微粒子
を着火燃焼させることによりこの微粒子を除去すること
ができ、このようにフィルタに堆積した微粒子を除去す
ることをフィルタの再生という。

【０００４】このようなフィルタの目詰まりが発生した
かどうかの判定は、例えば、特開平５−２８８０３７号
公報に記載のように、フィルタの前後に圧力計を設置
し、このフィルタ前後の排気路中の排気圧力を計測して
その差圧が所定値以上になったとき、フィルタに微粒子
が所定量以上堆積したものとして微粒子の除去処理が必
要であると判断することができる。

【０００５】一方、前記フィルタとしては、例えば、排
気が流れる多数のセルを有し、排気入口端でセルが一個
おきに栓詰めされ、この排気入口端で栓詰めされるセル
では排気出口端は開放されていて、他方、入口端が開放
されているセルは出口端は栓詰めされ、各セル間の隔壁
は排気が通過可能な構造のウォールフロー型排気浄化フ
ィルタが用いられる。このようなウォールフロー型排気
浄化フィルタでは、各セル間の隔壁内部には多数の細孔
が形成され、フィルタ内に流入した排気がこの細孔を強
制的に通過させられて出口端方向に流れる構造となって
おり、微粒子除去能力が優れている。しかし、この細孔
は微少なために微粒子が詰まりやすく、そのため特開平
９−９４４３４号公報では、上記のような細孔内に触媒
が担持されたものが開示されている。このようにフィル
タの排気に接する面に触媒が担持されていると、触媒作
用により微粒子の着火温度を低くし、比較的低温で微粒
子を燃焼させて除去することができる。このようなフィ
ルタとしては、例えば、白金属金属及びアルカリ土類金
属酸化物の混合物を担持させたものが公知である。この
フィルタでは、ほぼ３５０℃から４００℃程度の比較的
低温で微粒子に着火させることができ、これを連続的に
燃焼させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、フィルタの前後の圧力を測定してその差圧を
求め、フィルタの詰まり具合を検出する方法では、前記
細孔に触媒を担持させた前記ウォールフロー型排気浄化
フィルタでは、実際に堆積した微粒子量に対する圧力損
失の一定の関係が途中で途切れる状態（ここでは便宜
上、以下、飽和状態という）となる。したがって、微粒
子がある堆積量を超えた場合には、フィルタの圧力損失
（フィルタ前後差圧）に基づいて正確な微粒子堆積量を
検出することは困難になることが判明した。

【０００７】その理由は、フィルタの隔壁内部の細孔内
に堆積した微粒子は触媒作用によって比較的容易に酸化
されるが、触媒から離れて隔壁の表面に堆積した微粒子
は、その隔壁表面に接している部分は酸化、除去され、
その結果、堆積した微粒子の層内に空洞やひび割れ等の
空間が生じる。このような空間が堆積した微粒子層に無
数に形成されるために、フィルタに流入した排気は堆積
した微粒子の層を通過し、かつ前記細孔も通り抜ける。
したがって微粒子堆積量が増加しても、フィルタ前後の
差圧はほとんど上昇しなくなる。

【０００８】すなわち、図５に示すように、細孔部に微
粒子の詰まりが生じている状態に留まっている間は、フ
ィルタの圧力損失（フィルタの前後差圧）が微粒子堆積
量にほぼ比例して増加していくが、排気中の微粒子量が
増加すると細孔部に堆積した微粒子の一部が燃焼しても
隔壁面に微粒子が堆積し始める。すると上述のように圧
力損失が飽和した状態となり、隔壁面における微粒子の
堆積がさらに進行してゆくにもかかわらず、圧力損失は
増大しない状態となる。

【０００９】このような状態を放置すると、やがては排
気が流れる各セルが微粒子堆積によって狭くなり、再び
圧力損失が増大するが、そのような時期に一気に微粒子
を燃焼させると、燃焼温度が高くなりすぎてフィルタが
高温に晒されて溶損する虞がある。

【００１０】以上のように、圧力損失が増大しなくなっ
ても実際には隔壁面への微粒子堆積が徐々に進行してい
るので、堆積した大量の微粒子の燃焼によりフィルタに
損傷が及ぶことがないように、微粒子堆積量が比較的少
ない適切な時期にこれを燃焼させて除去する必要があ
る。

【００１１】本発明は上記の問題を解決するためにされ
たものであり、微粒子堆積量の増加に対する圧力損失が
上昇せず、またはその上昇割合が大きく減少するような
場合には、適切な時期に堆積した微粒子を燃焼、除去す
ることができる排気浄化装置の再生制御方法を提供する
ことを技術的課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の排気浄化装置の再生制御方法は、以下のよ
うな手段を採用した。すなわち、第１の発明では、内燃
機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温
度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可
能な酸化機能を有する触媒を担持したフィルタを排気系
に配置した排気浄化装置において、前記フィルタに堆積
する微粒子の量が増加すればフィルタにおける圧力損失
が上昇する過程を経た後、前記フィルタに堆積する微粒
子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにおけ
る圧力損失が上昇せず、または圧力損失の上昇割合が大
きく減少する場合には、この圧力損失の上昇割合が大き
く減少した後、堆積した微粒子を燃焼させて除去するフ
ィルタ再生制御を実行することを特徴とする。

【００１３】第１の発明は要するに、微粒子堆積量に対
する圧力損失が飽和状態になったらフィルタ再生制御を
実行するものであり、微粒子堆積量が明らかでないまま
堆積量が増大し続ける事態を回避することができる。圧
力損失が飽和状態であると判断される時期は、実際の飽
和時点から所定時間の経過後であってもよいが、飽和状
態であると判断されれば直ちに、または所定時間の経過
後にフィルタ再生制御を実行する。ここで所定時間とは
微粒子の堆積量がフィルタを毀損させる虞がある程に多
くなることがない範囲で決定される。しかし、飽和状態
であると判断された後の微粒子堆積量を測定または推定
してフィルタ再生制御を実行するものではない。

【００１４】次に、第２の発明は、内燃機関の排気中の
微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記
微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸化機能を
有する触媒を担持したフィルタを排気系に配置した排気
浄化装置において、前記フィルタに堆積する微粒子の量
が増加すればフィルタにおける圧力損失が上昇する過程
を経た後、前記フィルタに堆積する微粒子の量がさらに
増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失が上
昇せず、または圧力損失の上昇割合が大きく減少する場
合には、この圧力損失の上昇割合が大きく減少した時点
までの微粒子堆積量と、前記圧力損失が上昇せず、また
は圧力損失の上昇割合が大きく減少した後の推定微粒子
堆積量との和が所定量に到達したとき、堆積した微粒子
を燃焼させて除去するフィルタ再生制御を実行すること
を特徴とする。

【００１５】飽和状態であると判断された時点でフィル
タ再生制御を実行すると、フィルタ再生制御の頻度は高
くなる。他方、フィルタへの微粒子堆積量は、前記の飽
和状態に達したときに直ちにこれを除去しなければフィ
ルタの損傷を生じるほど大量でない場合が多い。

【００１６】そこで、第２の発明では、圧力損失の飽和
状態が検出された後、他の微粒子堆積量推定方法により
その後の微粒子堆積量を推定し、これが所定量に達した
ときにフィルタ再生制御を実施するようにした。この場
合は、フィルタ再生制御の回数が減り、フィルタの再生
のためにフィルタ温度を上昇させる昇温制御の頻度が減
少する。昇温制御においては、通常は燃料噴射量の増加
等によって燃料消費量が多くなるので、この制御を減ら
すことは燃費の悪化を防ぐことになる。

【００１７】なお、飽和状態となった後の微粒子堆積量
の推定は、内燃機関の微粒子排出マップと、前記フィル
タの床温から得られる微粒子酸化特性とによりフィルタ
に堆積した微粒子堆積量を推定することにより決定する
ことが好ましい。また、内燃機関の運転条件が、吸入空
気量が大きな領域にあるときの前記フィルタの圧力損失
に基づいてフィルタに堆積した微粒子堆積量を推定する
こともできる。この方法によれば、フィルタに流入する
排気流量が多い領域においてフィルタの圧力損失を検出
するようにしたので、通常の運転条件で圧力損失が飽和
した後の領域においても、なお圧力損失を検出すること
ができる。

【００１８】上記のような微粒子堆積量の推定によって
フィルタ上の微粒子堆積量を算出し、この堆積量が予め
定めた値を超えたときにフィルタ再生制御を実行するよ
うにすれば、きわめて適切な時期にフィルタ制御を実行
することが可能となり、効率的なフィルタ再生が行われ
る。

【００１９】また、本発明では、フィルタに堆積する微
粒子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにお
ける圧力損失が上昇せず、または圧力損失の上昇割合が
大きく減少したか否かを検出する飽和状態判定手段を備
え、この飽和状態判定手段では、微粒子堆積量が予め実
験等により求めた飽和量に達したとき飽和したと判定す
る方法、またはフィルタの前後の差圧を測定する手段を
設け、連続して測定した前記差圧の値を比較してこれら
が互いに一定範囲内にあるときは飽和したとする方法、
または吸入空気量を連続して測定してその吸気量の差を
比較してこれらが互いに一定範囲内にあるときは飽和し
たと判断する方法、のうち少なくともいずれかによって
飽和状態を判定することができる。さらに、飽和状態判
定手段では、上述した飽和状態の判定方法以外の判定方
法を採用してもよい。

【００２０】上述したようなフィルタ再生制御は、前記
フィルタが、排気が流れる通路間の隔壁表面および隔壁
内部に形成された細孔内に貴金属触媒を担持したもので
ある場合には、有効に適用される。このようなフィルタ
は、堆積した微粒子のうち触媒に接している微粒子のみ
が酸化除去され、堆積した微粒子層に空間や隙間が生じ
る。そのためにフィルタ壁面に堆積する微粒子の量が増
加しても、フィルタにおける圧力損失がほとんど増大し
ない現象が生じやすいからである。

【００２１】また、本発明は、周囲に過剰酸素が存在す
るときは酸素を吸蔵して酸素を保持し、周囲の酸素濃度
が低下したときは保持している酸素を活性酸素として放
出する活性酸素放出剤をフィルタ上に担持し、放出され
た活性酸素によってフィルタ上に堆積した微粒子を酸化
させることができる。

【００２２】前記活性酸素放出剤は、例えば、アルカリ
金属、アルカリ土類、希土類または遷移金属から選択さ
れたものが使用できる。

【００２３】前記フィルタ上には、貴金属触媒と、この
フィルタに流入する排気の空燃比がリーンのときには排
気中のＮＯｘを吸蔵し、フィルタに流入する排気の空燃
比が理論空燃比またはリッチであるときは吸蔵したＮＯ
ｘを放出するＮＯｘ吸蔵剤と、を担持させることができ
る。

【００２４】前記ＮＯｘ吸蔵剤としては、アルカリ金
属、アルカリ土金属、希土類または遷移金属から選択さ
れたものが使用可能である。

【００２５】このような本発明の排気浄化装置の再生制
御方法では、フィルタにおける微粒子堆積量に対する圧
力損失の関係が飽和状態になり、フィルタの圧力損失に
基づいて直接に微粒子堆積量を求めることが不可能にな
った場合でも、堆積した微粒子の燃焼、除去によるフィ
ルタ再生制御を適切な時期に実行することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る排気浄化装置
の再生制御方法の具体的な実施態様を図面に基づいて説
明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置の再生制
御方法を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を
例に挙げて説明する。（実施の形態１）図１は、本実施
の形態に係る内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示
す図である。

【００２７】図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を
有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。

【００２８】内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁
３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレー
ル）４と接続されている。このコモンレール４には、こ
のコモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を
出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられてい
る。

【００２９】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６
は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、この燃料ポ
ンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内
燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられ
たクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されてい
る。

【００３０】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから
この燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応
じた圧力で燃料を吐出する。

【００３１】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、
燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモ
ンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃
料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。

【００３２】次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続
されており、この吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃
焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。

【００３３】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、
この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続され
ている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気
管９には、この吸気管９内を流通する吸気の質量に対応
した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、この
吸気管９内を流通する吸気の温度に対応した電気信号を
出力する吸気温度センサ（図示せず）とが取り付けられ
ている。

【００３４】前記吸気管９における吸気枝管８の直上流
に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の
流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この
吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されてこ
の吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエ
ータ１４が取り付けられている。

【００３５】前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り
弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の熱エネル
ギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージ
ャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、
コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９に
は、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６
が設けられている。

【００３６】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス１０に流入した吸気は、このエアクリー
ナボックス１０内のエアクリーナ（図示省略）によって
吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコ
ンプレッサハウジング１５ａに流入する。

【００３７】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、このコンプレッサハウジング１５ａに内装され
たコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前
記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温と
なった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、
必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて
吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、
各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２
の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼
される。

【００３８】一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接
続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省
略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。

【００３９】前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５
のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タ
ービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、こ
の排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続
されている。

【００４０】前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、
単にフィルタという。）２０が設けられている。

【００４１】このフィルタ２０より上流の排気管１９に
は、この排気管１９内を流通する排気の温度に対応した
電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられ
ている。

【００４２】また、前記フィルタ２０の上流側と下流側
の排気管１９内の圧力の差異を検出するために、第１の
圧力センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂが設けら
れている。第１の圧力センサ３７ａはフィルタ２０の上
流側、第２の圧力センサ３７ｂはフィルタ２０の下流側
に配置されている。

【００４３】これらの圧力センサ３７ａ，３７ｂが検出
するフィルタ２０の前後の排気管１９内の差圧が所定値
以上となったときは、フィルタ２０に一定量以上の微粒
子が堆積したものと推定することができる。ここでは、
後述するように微粒子堆積量が所定の量に達するまで
は、この差圧とフィルタへの微粒子堆積量は、ほぼ比例
する関係にある。

【００４４】しかし、触媒の細孔分布により、ある一定
量を超えてフィルタへの微粒子の堆積が継続すると両者
の関係は比例しなくなり、差圧が飽和状態に達した後
は、微粒子堆積量が増大しても差圧がそれ以上大きくな
らない場合がある。したがって差圧がこのような飽和状
態になるまでの微粒子堆積量、及び差圧が飽和したか否
かの判断は、第１の圧力センサ３７ａ，および第２の圧
力センサ３７ｂから検出された信号に基づいて算出する
ことが可能である。

【００４５】なお、フィルタ２０の上流側と下流側にそ
れぞれ設けた第１の圧力センサ３７ａ，および第２の圧
力センサ３７ｂを、単一の差圧センサに置き換えること
も可能である。

【００４６】また、前記したフィルタ２０より下流の排
気管１９には、この排気管１９内を流通する排気の流量
を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気
絞り弁２１には、ステップモータ等で構成されてこの排
気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ
２２が取り付けられている。

【００４７】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２で燃焼された燃焼ガス（排気）が排気ポ
ートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管
１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ
流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気
は、この排気が有する熱エネルギを利用してタービンハ
ウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイ
ールを回転させる。その際、タービンホイールの回転ト
ルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコン
プレッサホイールへ伝達される。

【００４８】前記タービンハウジング１５ｂから排出さ
れた排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入
し、排気中の微粒子が捕集され、かつ有害ガス成分が除
去または浄化される。フィルタ２０にて微粒子を捕集さ
れ、かつ有害ガス成分を除去または浄化された排気は、
必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された
後にマフラーを介して大気中に放出される。

【００４９】また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排
気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循
環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）
２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途
中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応
じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧ
Ｒガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、
ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。

【００５０】前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６
より上流には、このＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲ
ガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前
記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設
けられ内燃機関１を冷却するための冷却水の一部が循環
する。

【００５１】このように構成された排気再循環機構で
は、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導
通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が
前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て
吸気枝管８へ導かれる。

【００５２】その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通
路２５内を流通するＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水と
の間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。

【００５３】ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から
吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼
室へ導かれる。

【００５４】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ₂Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ₂）などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれ
ているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混
合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）
の発生量が抑制される。

【００５５】更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガ
スが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下すると
ともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガス
が燃焼室内に供給されたときに、この燃焼室内の雰囲気
温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室
内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少す
ることもない。

【００５６】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
ついて説明する。

【００５７】図２は、フィルタ２０の断面図である。図
２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図であ
る。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図
である。

【００５８】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるよう
にフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の
排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロ
ー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により
閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により
閉塞された排気流出通路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、排気流入通路５０および排気
流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置され
る。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５
１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によ
って包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通
路５０によって包囲されるように配置される。

【００５９】フィルタ２０は、例えばコージェライトの
ような多孔質材料から形成されており、従って排気流入
通路５０内に流入した排気は図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
流出通路５１内に流出する。

【００６０】本発明による実施例では、各排気流入通路
５０および各排気流出通路５１の周壁面、すなわち各隔
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、この担体上に吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持されてい
る。

【００６１】ここではフィルタ２０は、例えば、アルミ
ナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリ
ウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム
（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしく
はカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン
（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから
選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属
とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、
アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐ
ｔ）を担持し、これにＯ₂ストレージ能力のあるセリア
（Ｃｅ₂Ｏ₃）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触
媒が採用されている。

【００６２】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能について説明す
る。このようなＮＯx触媒は、このＮＯx触媒に流入する
排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯ
x）を吸蔵する。

【００６３】一方、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒に流入
する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素
酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水
素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在し
ていれば、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒から放出された
窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元せしめること
ができる。

【００６４】ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転され
ている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸
蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去
されずに排気中に残存する。

【００６５】特に、ディーゼル機関である内燃機関１で
は、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が
燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気
の空燃比がリーン空燃比（例えば、２０〜５０で、三元
触媒ではＮＯｘを浄化できない空燃比）となるため、Ｎ
Ｏx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。

【００６６】従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前に
ＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると
ともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵された窒
素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。

【００６７】このように酸素濃度を低下させる方法とし
ては、排気中の燃料添加や、再循環させるＥＧＲガス量
を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、
さらにＥＧＲガス量を増大させて煤が殆ど出ない領域で
燃焼を行う低温燃焼（例えば、特許３１１６８７６
号）、気筒２内への燃料噴射時期や回数の変更等の方法
が考えられるが、本実施の形態では、フィルタ２０より
上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料
（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤
供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィ
ルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるととも
に還元剤の濃度を高めるようにしている。

【００６８】還元剤供給機構は、図１に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けら
れ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射す
る還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出
された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路
２９と、還元剤供給路２９に設けられてこの還元剤供給
路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備え
ている。

【００６９】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介
して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３
５からの信号によりこの還元剤噴射弁２８が開弁して排
気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。

【００７０】還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴
射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた
排気の酸素濃度を低下させる。

【００７１】このようにして形成された酸素濃度の低い
排気はフィルタ２０に流入し、フィルタ２０に吸蔵され
ていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ₂）
に還元することになる。

【００７２】その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元
剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添
加が停止されることになる。

【００７３】なお、本実施の形態では、排気中に燃料を
噴射して燃料添加を行っているが、これに替えて、再循
環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して
最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させて煤が
殆ど出ない領域で燃焼を行う低温燃焼を行っても良く、
また、内燃機関１の膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁
３から燃料を噴射させても良い。

【００７４】以上述べたように構成された内燃機関１に
は、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設され
ている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運
転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユ
ニットである。

【００７５】ＥＣＵ３５には、前記第１の圧力センサ３
７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂからのアナログ信号の
他、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１
１、吸気温度センサ（図示せず）、吸気管圧力センサ
（図示せず）、排気温度センサ２４、クランクポジショ
ンセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３
６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記し
た各種センサの出力信号が入力されるようになってい
る。

【００７６】一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸
気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエー
タ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１
等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ
３５が制御することが可能になっている。

【００７７】ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すよう
に、双方向性バス３５０によって相互に接続された、Ｃ
ＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バッ
クアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポ
ート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６
に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備え
ている。

【００７８】前記入力ポート３５６は、クランクポジシ
ョンセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。

【００７９】前記入力ポート３５６は、第１の圧力セン
サ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂからのアナログ信
号の他、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ
１１、吸気温度センサ（図示せず）、吸気管圧力センサ
（図示せず）、排気温度センサ２４、水温センサ３４、
アクセル開度センサ３６等のように、アナログ信号形式
の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力
し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ
送信する。

【００８０】前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、
吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエ
ータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３
１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出
力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り
用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２
２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁
３１へ送信する。

【００８１】前記ＲＯＭ３５２は、フィルタ２０に捕集
された微粒子を燃焼除去するための微粒子燃焼制御ルー
チン、その他、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射
制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞
り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気
絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧ
Ｒ制御ルーチン、フィルタ２０に還元剤を添加して吸蔵
されたＮＯxを放出させるＮＯx浄化制御ルーチン、フィ
ルタ２０のＳＯx被毒を解消する被毒解消制御ルーチ
ン、等のアプリケーションプログラムを記憶している。

【００８２】前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状
態と微粒子の排出量との関係を示す微粒子排出マップの
他、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料
噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃
機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃
料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞
り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御
マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標
開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機
関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示
すＥＧＲ弁開度制御マップ、等である。

【００８３】前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力
信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数、本実施の形態でのフィルタ前後差圧等であ
る。これらのデータは、例えばクランクポジションセン
サ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書
き換えられる。

【００８４】前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機
関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。

【００８５】前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、フィルタ再生制御の他、燃料噴射弁制御、吸気絞り
制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被
毒解消制御、等を実行する。

【００８６】例えば、フィルタ再生制御では、ＣＰＵ３
５１は、フィルタ２０の詰まりに起因した排気の圧力損
失をパラメータとして、フィルタ２０に堆積している微
粒子の量（以下、微粒子堆積量という）を算出する。な
お、フィルタ２０による排気の圧力損失は、フィルタ２
０より上流における排気圧力とフィルタ２０より下流に
おける排気圧力との差に相当するため、本実施の形態で
は、第１圧力センサ３７ａと第２圧力センサ３７ｂの出
力信号値の差（フィルタ前後差圧）をフィルタ２０の圧
力損失として用いる。

【００８７】フィルタ２０に微粒子が堆積すると、この
フィルタ２０内の排気通路の断面積が狭められてフィル
タ２０内の排気抵抗が増加して、フィルタ前後差圧が増
加することになる。このため、フィルタ前後差圧は、図
４に示されるように、フィルタ２０の微粒子堆積量が増
加するにつれて大きくなる。

【００８８】そこで、図４に示されるような微粒子堆積
量とフィルタ前後差圧との関係を予め実験的に求め、そ
れらの関係をマップ化してＲＯＭ３５２に記憶しておく
ことにより、第１の圧力センサ３７ａと第２の圧力セン
サ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）をパラメー
タとして微粒子堆積量を求めることができる。ここで
は、図４に示す関係に基づくマップを用いるが、以下、
これを微粒子堆積量制御マップというものとする。

【００８９】但し、フィルタ前後差圧は、フィルタ２０
の微粒子堆積量が同一であっても、排気温度や排気の流
量によって変化するため、フィルタ２０の微粒子堆積量
を正確に判定する上では、（１）排気温度及び排気流量
が特定条件を満たす機関運転状態（以下、基準機関運転
状態と称する）にあるときのフィルタ前後差圧と微粒子
堆積量との関係を予め実験的に求めておき、内燃機関１
が基準機関運転状態にあるときのフィルタ前後差圧をパ
ラメータとしてフィルタ２０の微粒子堆積量を求める方
法、（２）基準機関運転状態にあるときのフィルタ前後
差圧と微粒子堆積量との関係を予め実験的に求めてお
き、適当な時期に検出されたフィルタ前後差圧を排気温
度及び排気流量に基づいて補正することにより基準機関
運転状態に準じたフィルタ前後差圧に換算し、その換算
されたフィルタ前後差圧をパラメータとしてフィルタ２
０の微粒子堆積量を求める方法、或いは（３）内燃機関
１の個々の運転状態毎にフィルタ前後差圧と微粒子堆積
量との関係を予め実験的に求めておき、適当な時期に検
出されたフィルタ前後差圧とその際の内燃機関１の運転
状態とをパラメータとしてフィルタ２０の微粒子堆積量
を求める方法を採用することが好ましい。

【００９０】しかしながら、微粒子がある堆積量を超え
た場合には正確な微粒子堆積量の検出が困難になる。そ
の理由は、フィルタの隔壁内部の細孔内に堆積した微粒
子は触媒作用によって比較的容易に酸化されるが、触媒
から離れて隔壁の表面に堆積した微粒子は、その隔壁表
面に接している部分は酸化、除去され、その結果、堆積
した微粒子の層内に空洞やひび割れ等の空間が生じる。
このような空間が堆積した微粒子層に無数に形成される
ために、フィルタに流入した排気は堆積した微粒子の層
を通過し、かつ前記細孔も通り抜ける。したがって微粒
子堆積量が増加しても、フィルタ前後の差圧はほとんど
上昇しなくなるからである。

【００９１】すなわち、図５に示すように、細孔部に微
粒子の詰まりが生じている状態に留まっている間は圧力
損失が微粒子堆積量にほぼ比例して増加していくが、排
気中の微粒子量が増加すると細孔部に堆積した微粒子の
一部が燃焼しても隔壁面に微粒子が堆積し始める。する
と上述のように圧力損失が飽和した状態となり、隔壁面
における微粒子の堆積がさらに進行してゆくにもかかわ
らず、圧力損失の上昇割合は殆ど増大しない。

【００９２】したがって、このフィルタ再生制御では、
フィルタ前後の差圧がほとんど変化しなくなった状態、
すなわち圧力損失が飽和したときを検出して、その時点
でフィルタ再生制御を実行する。

【００９３】この場合に、圧力損失が飽和した時点は、
例えば次のようにして検出することができる。

【００９４】すなわち、予め実験により圧力損失の飽和
点における平均微粒子堆積量を求め、これをＲＯＭ３５
２に記憶しておく。そして前記微粒子堆積量制御マップ
により求められる微粒子堆積量が、圧力損失の飽和点で
ある所定量に達したら、その時点で圧力損失が飽和した
と判断することができる。

【００９５】または、所定期間内における第１の圧力セ
ンサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値
（フィルタ前後差圧）の変化量が所定量以上である場合
は、フィルタ２０のＰＭ捕集量が第１の圧力センサ３７
ａ及び第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ
前後差圧）と一定の関係にある（飽和状態に達していな
い）と判定する。一方、所定期間内における第１の圧力
センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値
（フィルタ前後差圧）の変化量が所定量未満である場合
は、フィルタ２０の微粒子堆積量に対する圧力損失（フ
ィルタ前後差圧）が飽和状態に達したと判定する。

【００９６】上述の方法により圧力損失が飽和状態に達
したと判定されたときは、直ちにフィルタ再生制御を実
行する。このフィルタ再生制御では、ＣＰＵ３５１が、
微粒子が燃焼し得る温度域まで排気温度を高めるべく排
気昇温制御を実行する。

【００９７】排気昇温制御の実行方法としては、燃料噴
射量を増量させると同時に排気絞り弁２１を所定量閉弁
する方法、通常の燃料噴射（主燃料噴射）に加えて各気
筒２の膨張行程時に追加の燃料噴射（膨張行程噴射）を
行なう方法、主燃料噴射及び膨張行程噴射の燃料量を増
加させると同時に排気絞り弁２１を所定量閉弁する方
法、主燃料噴射に加えて各気筒２の排気行程時に追加の
燃料噴射（排気行程噴射）を行うことで未燃の燃料をフ
ィルタ２０へ供給して燃焼させる方法などを例示するこ
とができる。

【００９８】特に、フィルタ２０が触媒を担持したもの
である場合は、ＣＰＵ３５１は、各気筒２の膨張行程時
に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させるとともに
還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加することで、
それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化さ
せ、その酸化の際に発生する熱によってフィルタ２０の
床温を高めるようにしてもよい。

【００９９】但し、フィルタ２０が過剰に昇温された場
合、フィルタ２０の熱劣化が誘発される虞があるため、
排気温度センサ２４の出力信号値に基づいて副次的な噴
射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるよ
うにすることが好ましい。

【０１００】尚、還元剤噴射弁２８から過剰な量の燃料
が噴射されると、それらの燃料がフィルタ２０において
急激に燃焼するためフィルタ２０が過熱し、或いは還元
剤噴射弁２８から噴射された過剰な燃料によってフィル
タ２０が不要に冷却される虞があるため、ＣＰＵ３５１
は、フィルタ２０の下流に設けた空燃比センサ（図示省
略）の出力信号に基づいて還元剤噴射弁２８からの燃料
噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ま
しい。

【０１０１】このようにしてフィルタ再生制御が実行さ
れると、フィルタ２０に堆積していた微粒子が燃焼し、
これがフィルタ２０から除去されてフィルタ２０の微粒
子の捕集能力が再生される。

【０１０２】その結果、微粒子堆積量が明らかでないま
ま堆積量が増大し続けることがなくなるので、大量の微
粒子が燃焼してフィルタが溶損するような事態が回避さ
れる。

【０１０３】次に、本実施の形態についてのフローチャ
ートを図６に示し、以下、このフローチャートにしたが
ってフィルタ再生制御を説明する。

【０１０４】このフローチャートを実行するルーチン
は、予めＲＯＭ３５２に記憶されており、ＣＰＵ３５１
によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセン
サ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行され
るルーチンである。

【０１０５】Ｓ１０１では、ＣＰＵ３５１は、先ず現在
のフィルタ前後差圧：△Ｐ、エアフローメータ１７の出
力信号値（吸入空気量）：Ｇａ、排気温度センサ２４の
出力信号値（排気温度）：Tempex、を入力する。

【０１０６】次に、Ｓ１０２へ進み、ＣＰＵ３５１は、
前記フィルタ前後差圧：△Ｐを前記吸入空気量：Ｇａ及
び前記排気温度：Tempexにより補正して基準機関運転状
態に準じたフィルタ前後差圧Ａｉへ換算する。このフィ
ルタ前後差圧Ａｉは、ＲＡＭ３５３に記憶される。

【０１０７】Ｓ１０３では、ＣＰＵ３５１は、前回測定
されてＲＡＭ３５３に記憶されているフィルタ前後差圧
Ａｉ−１を読み込む。

【０１０８】Ｓ１０４では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ１
０３で算出されたフィルタ前後差圧ＡｉからＳ１０４で
読込まれたＡｉ−１を減算することにより、前回測定か
ら今回測定までの時間：ｔe当たりのフィルタ前後差圧
の変化量Ｂ（Ａｉ−Ａｉ−１＝Ｂ）を算出する。

【０１０９】Ｓ１０５では、ＣＰＵ３５１は、所定時
間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以
上であるか否かを判定する（変化量Ｂ≒０）。

【０１１０】前記Ｓ１０５において所定時間：ｔ当たり
のフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であると判
定された場合には、ＣＰＵ３５１は、微粒子堆積量に対
するフィルタ前後差圧（圧力損失）は、飽和していない
と判断し、Ｓ１０１に戻る。

【０１１１】一方、前述したＳ１０５において所定時
間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量未
満（Ｂ≒０）であると判定された場合には、ＣＰＵ３５
１は、フィルタ前後差圧が微粒子堆積量に対して飽和し
たと判断し、Ｓ１０６に進み、フィルタ再生制御を実行
する。

【０１１２】この場合、フィルタ前後差圧が実際に飽和
状態になってから飽和したと判定されるまでに時間差が
あってもフィルタ再生制御には差し支えなく、このルー
チンが繰り返される所定時間内においてフィルタに堆積
する微粒子量がフィルタ損傷を生じる虞がある程度の量
までに達することがない間隔で、このフィルタ再生制御
が実行可能に設定されていればよい。すなわち、飽和状
態を検出したら直ちにフィルタ再生制御を実行するので
はなく、運転状態から判断して微粒子堆積量が大幅に増
大しない範囲において、検出時から時差をもってフィル
タ再生制御を実行するようにしてもよい。

【０１１３】（実施の形態２）この実施の形態について
は、前記の実施の形態１と異なる部分のみを説明する。
実施の形態１では、微粒子堆積量に対する圧力損失が飽
和したことを検出した後は、フィルタ再生制御を実行す
るが、この実施の形態では、飽和状態に達してもすぐに
はフィルタ再生制御を実行せずに、ＣＰＵ３５１は、さ
らに微粒子堆積量を推定してその量が所定量になったと
判断されたときにフィルタ再生制御を実行する点におい
て差異がある。

【０１１４】ここでは、飽和後のフィルタ２０における
微粒子堆積量を、フィルタ２０の圧力損失に基づくパラ
メータ以外に推定可能な堆積量推定手段により求める。
そして、先に微粒子堆積量制御マップに基づいて算出し
た飽和点までの微粒子堆積量Ｘ1(g)と、飽和後の微粒子
堆積量Ｘ2(g)の和が、所定量Ｚ(g)に到達したときは、
直ちにフィルタ再生制御が実行される。

【０１１５】先ず現在のフィルタ前後差圧：△Ｐ、エア
フローメータ１７の出力信号値（吸入空気量）：Ｇａ、
排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）：Tempe
x、を測定する。次に、フィルタ前後差圧：△Ｐを前記
吸入空気量：Ｇａ及び前記排気温度：Tempexにより補正
して基準機関運転状態に準じたフィルタ前後差圧Ａｉへ
換算する。

【０１１６】一方、前回に測定されてバックアップＲＡ
Ｍ３５４に記憶されている第２のフィルタ前後差圧：Ａ
ｉ−１を読み込み、第２のフィルタ前後差圧：Ａｉ−１
を第１のフィルタ前後差圧：Ａｉから減算することによ
り、前回測定から今回測定までの時間：ｔ当たりのフィ
ルタ前後差圧の変化量Ｂ（△Ｐ２−△Ｐ１＝Ｂ）を算出
する。

【０１１７】また、所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後
差圧の変化量Ｂが所定量以上であるか否かを判定する。
所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所
定量以上であると判定された場合には、微粒子堆積量に
対するフィルタ前後差圧（圧力損失）は、飽和していな
いと判断される。

【０１１８】一方、所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後
差圧の変化量Ｂが所定量未満（例えばＢ≒０）であると
判定された場合には、ＣＰＵ３５１は、フィルタ前後差
圧が微粒子堆積量に対して飽和したと判断する。

【０１１９】この場合は、第１の圧力センサ３７ａと第
２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差
圧）と、前述した図６の説明で述べた微粒子堆積量制御
マップとにしたがって、フィルタ前後差圧が飽和したと
判断された時点までのフィルタ２０の飽和前微粒子堆積
量を求める。具体的には、前記フィルタ前後差圧：△Ｐ
2と微粒子堆積量制御マップとに基づいてフィルタ前後
差圧が飽和するまでの微粒子堆積量：Ｘ1(g)を算出す
る。

【０１２０】次に、飽和後にフィルタ２０に堆積した微
粒子堆積量を推定する方法として、内燃機関１から単位
時間当たりに排出される微粒子量とフィルタ２０の捕集
効率とを乗算して得られる値を積算する方法を採用する
ことができる。

【０１２１】内燃機関１から単位時間当たりに排出され
る微粒子の量（以下、機関排出微粒子量と称する）は、
内燃機関１で単位時間当たりに燃焼される燃料量と相関
があるため、燃料噴射量と機関回転数と機関排出微粒子
量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係を
マップ化してＲＯＭ３５２に記憶させておくようにすれ
ばよい。

【０１２２】フィルタ２０の捕集効率は、フィルタ２０
を流通する排気の流速が高くなるほど低下し、フィルタ
２０を流通する排気の流速が低くなるほど高くなる。排
気の流速は内燃機関１から単位時間当たりに排出される
排気量に応じて定まり、内燃機関１から単位時間当たり
に排出される排気量は内燃機関１の吸入空気量と機関回
転数とに応じて定まる。

【０１２３】さらに、フィルタ２０の微粒子捕集効率
は、フィルタ２０に捕集されている微粒子量によっても
変化する。すなわち、フィルタ２０に捕集されている微
粒子量が増加すると、このフィルタ２０内の排気流路の
断面積が縮小するため、微粒子捕集効率が高くなる。

【０１２４】本実施の形態では、排気の流速に応じて変
化するフィルタ２０の捕集効率を第１の微粒子捕集効率
と称し、その第１の微粒子捕集効率と吸入空気量と機関
回転数との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマ
ップ化してＲＯＭ３５２に記憶させておくものとする。
更に、本実施の形態では、フィルタ２０に捕集されてい
る微粒子量に応じて変化するフィルタ２０の捕集効率を
第２の微粒子捕集効率と称し、その第２の微粒子捕集効
率とフィルタ２０に捕集されている微粒子量との関係を
予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ
３５２に記憶させておくものとする。

【０１２５】尚、フィルタ２０の微粒子捕集効率は、フ
ィルタ２０の温度又は排気温度に応じて変化する場合が
あるため、排気温度やフィルタ２０の温度をパラメータ
とした微粒子捕集効率が設定されるようにしてもよい。

【０１２６】一方、フィルタ２０に捕集された微粒子
は、所定の微粒子酸化温度（例えば、６００℃）以上で
酸化するため、内燃機関１が、排気温度が前記所定温度
以上となるような運転状態にある時や、後述する再生制
御によってフィルタ２０の雰囲気温度が前記所定温度以
上とされた時には、フィルタ２０に捕集されている微粒
子量が減少することになる。

【０１２７】そこで、本実施の形態では、内燃機関１か
ら単位時間当たりに排出される微粒子量とフィルタ２０
の第１及び第２の捕集効率とを乗算して得られた値か
ら、フィルタ２０において単位時間当たりに減少する微
粒子量を減算し、それにより得られた値を積算してフィ
ルタ２０の微粒子堆積量を算出するようにした。

【０１２８】フィルタ２０において単位時間当たりに触
媒作用により酸化される微粒子量は、フィルタ２０内の
雰囲気温度が高くなるほど多くなり、フィルタ２０内の
雰囲気温度は排気温度が高く、かつ単位時間当たりにフ
ィルタ２０を流通する排気量が多くなるほど高くなる。
ここで、一般に微粒子は約６００℃で自然着火するが、
触媒を担持させたフィルタ２０では、その触媒作用より
も比較的低温（例えば３５０℃〜４００℃）で微粒子が
酸化される。

【０１２９】さらに単位時間当たりにフィルタ２０を流
通する排気量は、内燃機関１から単位時間当たりに排出
される排気量に相当し、内燃機関１から単位時間当たり
に排出される排気量は、前述したように吸入空気量と機
関回転数に応じて定める。

【０１３０】本実施の形態では、フィルタ２０において
単位時間当たりに酸化される微粒子量と排気温度と吸入
空気量と機関回転数との関係を予め実験的に求め、それ
らの関係をマップ化してＲＯＭ３５２に記憶させておく
ようにした。

【０１３１】尚、以下においては、フィルタ２０に捕集
されている微粒子量を微粒子堆積量：微粒子t、内燃機
関１から単位時間当たりに排出される微粒子量を機関排
出微粒子量：ＰＭe、フィルタ２０の第１の微粒子捕集
効率を第１の微粒子捕集効率：ｋ1、フィルタ２０の第
２の微粒子捕集効率を第２の微粒子捕集効率：ｋ2、フ
ィルタ２０において単位時間当たりに酸化される微粒子
量を酸化微粒子量：ＰＭdと記すものとする。この場
合、飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)は、下記の演算式によ
って算出されることになる。

【０１３２】Ｘ2(g)＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd 上記の演算式においてＰＭtoldは、前回の演算処理によ
り得られた飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)であり、フィル
タ再生制御が実行されると“０”にリセットされる。

【０１３３】このようにして飽和後微粒子堆積量：Ｘ2
(g)が推定されると、ＣＰＵ３５１は、推定された飽和
後微粒子堆積量：Ｘ2(g)と飽和前微粒子堆積量Ｘ1(g)と
の和（総微粒子堆積量）が、予め定められた上限値：Ｚ
(g)以上であるか否かを判別し、総微粒子堆積量：Ｘ1
(g)＋Ｘ2(g)が上限値：Ｚ(g)以上である場合に、フィル
タ再生制御を実行する。

【０１３４】フィルタ再生制御では、ＣＰＵ３５１は、
排気温度を前述した微粒子酸化温度以上にまで高めるべ
く排気昇温制御を実行する。排気昇温制御の実行方法は
上述した通りである。

【０１３５】このようにしてフィルタ再生制御が実行さ
れると、フィルタ２０に捕集されていた微粒子が燃焼し
てフィルタ２０から除去される。

【０１３６】このようにすれば、微粒子堆積量の判定値
と実際の微粒子堆積量との間に大幅な誤差が生じること
が無くなり、フィルタ再生制御実行時に大量の微粒子が
一度に燃焼してフィルタ損傷が生じる危険が回避でき
る。

【０１３７】次に、本実施の形態についてのフローチャ
ートを図７に示し、以下、このフローチャートにしたが
ってフィルタ再生制御を説明する。

【０１３８】このフィルタ再生制御ルーチンは、予めＲ
ＯＭ３５２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ３
５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジション
センサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行
されるルーチンである。

【０１３９】Ｓ２０１では、ＣＰＵ３５１は、現在のフ
ィルタ前後差圧：△Ｐ、エアフローメータ１７の出力信
号値（吸入空気量）：Ｇａ、排気温度センサ２４の出力
信号値（排気温度）：Tempex、を入力する。

【０１４０】次に、Ｓ２０２へ進み、ＣＰＵ３５１は、
前記フィルタ前後差圧：△Ｐを前記吸入空気量：Ｇａ及
び前記排気温度：Tempexにより補正して基準機関運転状
態に準じたフィルタ前後差圧Ａｉへ換算する。このフィ
ルタ前後差圧は、ＲＡＭ３５３に記憶される。

【０１４１】Ｓ２０３では、ＣＰＵ３５１は、前回に測
定されてバックアップＲＡＭ３５４に記憶されている第
２のフィルタ前後差圧：Ａｉ−１を読み込む。

【０１４２】Ｓ２０４では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ２
０３で読み込まれた第２のフィルタ前後差圧：Ａｉ−１
を、Ｓ２０２で補正された第１のフィルタ前後差圧：Ａ
ｉから減算することにより、前回測定から今回測定まで
の時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂ（△Ｐ
２−△Ｐ１＝Ｂ）を算出する。

【０１４３】Ｓ２０５では、ＣＰＵ３５１は、所定時
間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以
上であるか否かを判定する。すなわち、変化量Ｂがほぼ
０であるか否かを判定する。

【０１４４】このＳ２０５において所定時間：ｔ当たり
のフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であると判
定された場合には、ＣＰＵ３５１は、微粒子堆積量に対
するフィルタ前後差圧（圧力損失）は、飽和していない
と判断し、Ｓ２０１に戻る。

【０１４５】一方、前述したＳ２０５において所定時
間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量未
満（例えばＢ≒０）であると判定された場合には、ＣＰ
Ｕ３５１は、フィルタ前後差圧が微粒子堆積量に対して
飽和したと判断してステップ２０６に進む。ここでは、
ＣＰＵ３５１は、第１の圧力センサ３７ａと第２の圧力
センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）と、前
述した図６の説明で述べた微粒子堆積量制御マップとに
したがって、フィルタ前後差圧が飽和したと判断された
時点までのフィルタ２０の微粒子堆積量を演算する。す
なわち、Ｓ２０６では、ＣＰＵ３５１は、前記フィルタ
前後差圧：△Ｐ2と微粒子堆積量制御マップとに基づい
てフィルタ前後差圧が飽和するまでの微粒子堆積量：Ｘ
1(g)を算出する。

【０１４６】次に、飽和後微粒子堆積量Ｘ2(g)を推定す
る。

【０１４７】ＣＰＵ３５１は、先ずＳ２０７においてＲ
ＡＭ３５３から燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数、
排気温度、及び前回の微粒子堆積量：ＰＭtoldを読み出
す。

【０１４８】Ｓ２０８では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ２
０７において読み出された各種データをパラメータとし
て、機関排出微粒子量：ＰＭe、第１の微粒子捕集効
率：ｋ1、第２の微粒子捕集効率：ｋ2、酸化微粒子量：
ＰＭdを算出する。

【０１４９】具体的には、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量
と機関回転数とをパラメータとして機関排出微粒子量：
ＰＭeを算出し、吸入空気量と機関回転数とをパラメー
タとして第１の微粒子捕集効率：ｋ1を算出し、前回の
微粒子堆積量：ＰＭtoldをパラメータとして第２の微粒
子捕集効率：ｋ2を算出し、さらに吸入空気量と機関回
転数と排気温度とをパラメータとして酸化微粒子量：Ｐ
Ｍdを算出する。

【０１５０】Ｓ２０９では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ２
０１で読み出された前回の微粒子堆積量：ＰＭtoldと、
前記Ｓ２０２で算出された機関排出微粒子量：ＰＭe、
第１の微粒子捕集効率：ｋ1、第２の微粒子捕集効率：
ｋ2、及び酸化微粒子量：ＰＭdとを用いてフィルタ２０
の現時点の飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)を算出する（Ｘ
2(g)＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd）。

【０１５１】この算出された飽和後微粒子堆積量：Ｘ2
(g)は、ＲＡＭ３５３に記憶される。

【０１５２】Ｓ２１０では、ＣＰＵ３５１は、前記飽和
前微粒子堆積量：Ｘ1(g)と、前記Ｓ２０３で算出された
飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)との和が上限値：Ｚ(g)以
上であるか否かを判別する。

【０１５３】前記Ｓ２１０において、総微粒子堆積量：
Ｘ1(g)＋Ｘ2(g)が上限値：Ｚ(g)未満であると判定され
た場合は、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の再生制御を
実行する必要がないとみなし、Ｓ２０７に戻る。

【０１５４】一方、前記Ｓ２１０において、総微粒子堆
積量：Ｘ1(g)＋Ｘ2(g)が上限値：Ｚ(g)以上であると判
定された場合は、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０を再生
する必要があるとみなし、Ｓ２１１においてフィルタ再
生制御を実行する。

【０１５５】以上述べたように本実施の形態によれば、
フィルタ２０の微粒子堆積量に対するフィルタ前後差
圧：△Ｐが飽和状態となった時に、上述の方法により微
粒子堆積量が推定されるため、実際の微粒子堆積量との
間に過剰な誤差が生じることが無くなる。

【０１５６】（その他の実施の態様）飽和後の微粒子堆
積量を推定する他の方法としては、内燃機関の運転条件
が、吸入空気量が大きな領域にあるときにフィルタ２０
の圧力損失を測定するものがある。この方法では、通常
の内燃機関の運転条件ではフィルタ前後差圧が飽和状態
となっていても、吸入空気量が大きく排気流量が多くな
る領域ではフィルタ２０に流入する排気量が多い。した
がって、フィルタ２０に堆積した微粒子による排気の流
れに対する抵抗がフィルタ前後差圧に顕著に現れる。

【０１５７】このような場合は、飽和状態後であって
も、微粒子堆積量に対するフィルタ前後差圧を測定する
ことが可能であり、この測定結果に基づいてフィルタに
堆積した微粒子堆積量を推定する。

【０１５８】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置に
よれば、微粒子堆積量の増加に対する圧力損失の顕著な
増大が微粒子の堆積進行途中で停止し、圧力損失が上昇
せず、または圧力損失の上昇割合が大きく減少するよう
なフィルタについて、適切な時期に堆積した微粒子を燃
焼、除去することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化
装置を適用するディーゼルエンジンとその吸排気系とを
併せ示す概略構成図である。

【図２】（Ａ）は、フィルタの横方向断面を示す図であ
る。（Ｂ）は、フィルタの縦方向断面を示す図である。

【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。

【図４】フィルタ前後差圧（圧力損失）と微粒子堆積量
との関係を示す図である。

【図５】微粒子堆積量の増加に対してフィルタ前後差圧
（圧力損失）が増大しなくなる状態を示す図である。

【図６】本発明の実施の形態１におけるフィルタ再生制
御実行フローを示すフローチャート図である。

【図７】本発明の実施の形態２におけるフィルタ再生制
御実行フローを示すフローチャート図である。

【符号の説明】

１・・・・内燃機関１ａ・・・クランクプーリ２・・・・気筒３・・・・燃料噴射弁４・・・・コモンレール４ａ・・・コモンレール圧センサ５・・・・燃料供給管６・・・・燃料ポンプ６ａ・・・ポンププーリ８・・・・吸気枝管９・・・・吸気管１８・・・排気枝管１９・・・排気管２０・・・フィルタ２１・・・排気絞り弁２４・・・排気温度センサ２５・・・ＥＧＲ通路２６・・・ＥＧＲ弁２７・・・ＥＧＲクーラ２８・・・還元剤噴射弁２９・・・還元剤供給路３１・・・遮断弁３３・・・クランクポジションセンサ３４・・・水温センサ３５・・・ＥＣＵ３６・・・アクセル開度センサ３７ａ・・・第１の圧力センサ３７ｂ・・・第２の圧力センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｅ 3/20 Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ 3/24 ３０１ＪＦ０２Ｄ 43/00 ３０１３０１Ｔ３０１Ｗ 45/00 ３６８ＳＢ０１Ｄ 46/42 Ａ 45/00 ３６８Ｂ // Ｂ０１Ｄ 46/42 53/36 １０４Ｂ１０４ＡＫ１０１Ｂ (72)発明者大木久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 BA13 BA15 BA19 BA25 DA10 DA28 EB12 FA10 FA11 FA13 FA17 FA18 FA19 FA20 FA21 FA27 FA36 3G090 AA03 BA02 CA03 CB02 CB08 CB25 DA03 DA04 DA12 DA14 DA18 EA05 EA06 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB06 AB13 BA07 BA17 CA02 CA18 CB07 DC01 EA01 EA06 EA07 EA08 EA09 EA15 EA17 4D048 AA06 AA18 AB01 AB02 AC02 BA02Y BA03X BA14Y BA15X BA18Y BA19X BA30X BA41X BB01 BB14 BD01 CC61 CD05 DA01 DA02 DA03 DA06 DA07 DA08 DA13 DA20 EA04 4D058 JA32 JB06 MA44 MA52 SA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可
能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化
除去することが可能な酸化機能を有する触媒を担持した
フィルタを排気系に配置した排気浄化装置において、前記フィルタに堆積する微粒子の量が増加すればフィル
タにおける圧力損失が上昇する過程を経た後、前記フィ
ルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわ
らずフィルタにおける圧力損失が上昇せず、または圧力
損失の上昇割合が大きく減少する場合には、この圧力損
失の上昇割合が大きく減少した後、堆積した微粒子を燃
焼させて除去するフィルタ再生制御を実行することを特
徴とする排気浄化装置の再生制御方法。
【請求項２】内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可
能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化
除去することが可能な酸化機能を有する触媒を担持した
フィルタを排気系に配置した排気浄化装置において、前記フィルタに堆積する微粒子の量が増加すればフィル
タにおける圧力損失が上昇する過程を経た後、前記フィ
ルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわ
らずフィルタにおける圧力損失が上昇せず、または圧力
損失の上昇割合が大きく減少する場合には、この圧力損
失の上昇割合が大きく減少した時点までの微粒子堆積量
と、前記圧力損失が上昇せず、または圧力損失の上昇割
合が大きく減少した後の推定微粒子堆積量との和が所定
量に到達したとき、堆積した微粒子を燃焼させて除去す
るフィルタ再生制御を実行することを特徴とする排気浄
化装置の再生制御方法。
【請求項３】前記推定微粒子堆積量は、内燃機関の微粒
子排出マップと、前記フィルタの床温から得られる微粒
子酸化特性とによりフィルタに堆積した微粒子堆積量を
推定することにより決定される請求項２に記載の排気浄
化装置の再生制御方法。
【請求項４】前記推定微粒子堆積量は、内燃機関の運転
条件が、吸入空気量が大きな領域にあるときの前記フィ
ルタの圧力損失に基づいてフィルタに堆積した微粒子堆
積量を推定するものである請求項２に記載の排気浄化装
置の再生制御方法。
【請求項５】前記フィルタに堆積する微粒子の量がさら
に増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失が
上昇せず、または圧力損失の上昇割合が大きく減少した
か否かを検出する飽和状態判定手段を備え、この飽和状
態判定手段は、微粒子堆積量が予め実験等により求めた
所定量に達したときに圧力損失が飽和したと判定する方
法、フィルタの前後の差圧を測定する手段を設け、連続
して測定した前記差圧の値を比較してこれらが互いに一
定範囲内にあるときに飽和したとする方法、または吸入
空気量を連続して測定し、その吸気量の差を比較してこ
れらが互いに一定範囲内にあるときは飽和したと判断す
る方法、のうち少なくともいずれかによって圧力損失が
飽和したと判定する請求項１から４のいずれかに記載の
排気浄化装置の再生制御方法。
【請求項６】前記フィルタは、排気が流れる通路間の隔
壁表面および隔壁内部に形成された細孔内に貴金属触媒
を担持したものである請求項１から５のいずれかに記載
の排気浄化装置の再生制御方法。
【請求項７】周囲に過剰酸素が存在するときは酸素を吸
蔵して酸素を保持し、周囲の酸素濃度が低下したときは
保持している酸素を活性酸素として放出する活性酸素放
出剤をフィルタ上に担持し、放出された活性酸素によっ
てフィルタ上に堆積した微粒子を酸化させる請求項１か
ら６のいずれかに記載の排気浄化装置の再生制御方法。
【請求項８】前記活性酸素放出剤は、アルカリ金属、ア
ルカリ土類、希土類または遷移金属から選択されたもの
である請求項７に記載の排気浄化装置の再生制御方法。
【請求項９】前記フィルタ上に貴金属触媒と、このフィ
ルタに流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中
のＮＯｘを吸蔵し、フィルタに流入する排気の空燃比が
理論空燃比またはリッチであるときは吸蔵したＮＯｘを
放出するＮＯｘ吸蔵剤と、を担持した請求項１から８の
いずれかに記載の排気浄化装置の再生制御方法。
【請求項１０】前記ＮＯｘ吸蔵剤は、アルカリ金属、ア
ルカリ土金属、希土類または遷移金属から選択されたも
のである請求項９に記載の排気浄化装置の再生制御方
法。