JP2004340023A - 排気浄化装置及び内燃機関制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる排気浄化装置及び内燃機関制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の排気浄化装置１００は、排気中のＰＭを捕集するセル隔壁１１１を有するセラミック構造体１１０ｂ及び酸化触媒（Ｐｔ）を含むパティキュレートフィルタ１１０と、上流側排気圧Ｐ１を測定する第１排気圧センサ１２０と、下流側排気圧Ｐ２を測定する第２排気圧センサ１３０と、燃料供給装置１４０とを有している。そして、差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出し、ΔＰが予め設定した基準差圧ΔＰｓに達したと判定された場合には、燃料供給装置１４０から燃料を添加し、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を開始する。基準差圧ΔＰｓは、パティキュレートフィルタ１１０のＰＭ堆積量が１ｇ／ｍ２となった場合に生じる差圧（１０ｋＰａ）以下の値に設定されている。
【選択図】 図３
【解決手段】本発明の排気浄化装置１００は、排気中のＰＭを捕集するセル隔壁１１１を有するセラミック構造体１１０ｂ及び酸化触媒（Ｐｔ）を含むパティキュレートフィルタ１１０と、上流側排気圧Ｐ１を測定する第１排気圧センサ１２０と、下流側排気圧Ｐ２を測定する第２排気圧センサ１３０と、燃料供給装置１４０とを有している。そして、差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出し、ΔＰが予め設定した基準差圧ΔＰｓに達したと判定された場合には、燃料供給装置１４０から燃料を添加し、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を開始する。基準差圧ΔＰｓは、パティキュレートフィルタ１１０のＰＭ堆積量が１ｇ／ｍ２となった場合に生じる差圧（１０ｋＰａ）以下の値に設定されている。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気に含まれる微粒子状物質を捕集する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排気に含まれる微粒子状物質（以下、ＰＭとも言う）をパティキュレートフィルタで捕集することで、外部へ排出するＰＭの量を低減する排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。ところで、パティキュレートフィルタに対するＰＭの堆積量が多くなると、排気経路の抵抗が大きくなり、排気圧力損失が大きくなってしまう。これを防ぐため、いずれの排気浄化装置においても、堆積したＰＭを燃焼処理することで、パティキュレートフィルタの再生を行っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１１９３５号公報
【特許文献２】
特開平２００２−３０３１２３号公報
【特許文献３】
特開平２００２−２４２６６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭには、エンジンオイルの燃え残りであるアッシュ（主成分ＣａＳＯ４）が含まれている。このアッシュは、パティキュレートフィルタの再生処理を行っても燃焼処理できず、パティキュレートフィルタに残存してしまう。さらに、従来の排気浄化装置では、再生処理に伴う内燃機関の燃費の低下を防ぐために、再生処理の頻度をできるだけ小さくしていた。これらの事情から、従来の排気浄化装置では、再生処理を繰り返し行っていても、内燃機関の運転時間の経過と共にパティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量が累積し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失が徐々に大きくなっていた。従って、内燃機関の運転時間の経過と共に、排気を適正に行うことができなくなり、ひいては内燃機関の運転を適正に行うことができなくなる虞があった。
【０００５】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる排気浄化装置及び内燃機関制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の排気浄化装置は、内燃機関の排気経路に設けられ、排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置であって、該パティキュレートフィルタの該フィルタ部に堆積した微粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定機能と、推定された微粒子状物質の推定堆積量が、予め設定した堆積基準値に達したかどうかを判定する堆積量判定機能と、微粒子状物質の推定堆積量が該堆積基準値に達したと判定した場合に、該パティキュレートフィルタの再生処理を行う再生時期制御機能と、を有し、該堆積基準値が、該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定されていることを特徴とする排気浄化装置である。
【０００７】
本発明の第２の排気浄化装置は、内燃機関の排気経路に設けられ、排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置であって、該パティキュレートフィルタより上流側の排気圧力である上流側排気圧と、下流側の排気圧力である下流側排気圧との差圧を測定する差圧測定機能と、測定された差圧が、予め設定した基準差圧に達したかどうかを判定する差圧判定機能と、上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が該基準差圧に達したと判定した場合に、該パティキュレートフィルタの再生処理を行う再生時期制御機能と、を有し、該基準差圧は、微粒子状物質が該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定されていることを特徴とする排気浄化装置である。
【０００８】
さらに、好ましくは、前記セラミック構造体は、セル隔壁によって区画された複数のセルを有するハニカム体であって、前記フィルタ部は、排気下流側が閉塞された流入側セルと、排気上流側が閉塞された流出側セルとを区画する該セル隔壁からなる上記いずれかの排気浄化装置とすると良い。
さらに、好ましくは、前記酸化触媒は貴金属である上記いずれかの排気浄化装置とすると良い。
【０００９】
さらに、好ましくは、前記フィルタ部の表面及び／又は内部に、前記酸化触媒を担持した多孔質酸化物を含んでなる触媒層が形成されている上記いずれかの排気浄化装置とすると良い。
さらに、好ましくは、前記触媒層は、さらに、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及び希土類元素から選ばれる少なくとも１種からなるＮＯＸ吸蔵材を含む上記の排気浄化装置とすると良い。
【００１０】
また、本発明の第１の内燃機関制御装置は、微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタが排気経路に設けられた内燃機関制御装置であって、該パティキュレートフィルタの該フィルタ部に堆積した微粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定機能と、推定された微粒子状物質の推定堆積量が、予め設定した堆積基準値に達したかどうかを判定する堆積量判定機能と、微粒子状物質の推定堆積量が該堆積基準値に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能と、を有し、該堆積基準値が、該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定されていることを特徴とする内燃機関制御装置である。
【００１１】
本発明の第２の内燃機関制御装置は、微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタが排気経路に設けられた内燃機関制御装置であって、該パティキュレートフィルタより上流側の排気圧力である上流側排気圧と、下流側の排気圧力である下流側排気圧との差圧を測定する差圧測定機能と、測定された差圧が、予め設定した基準差圧に達したかどうかを判定する差圧判定機能と、上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が該基準差圧に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能と、を有し、該基準差圧は、微粒子状物質が該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定されていることを特徴とする内燃機関制御装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの再生処理を行うためのＰＭの推定堆積量の堆積基準値を、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定している。すなわち、本発明の第１の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量が、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにする。
【００１３】
このようなタイミングで再生処理を繰り返し行うことで、アッシュの堆積量が累積しないばかりでなく、アッシュの堆積量を極めて微量にすることができる。これは、ＰＭの堆積量が少ない段階でパティキュレートフィルタの再生処理を行うことで、多くのアッシュがパティキュレートフィルタを通過してしまうからであると考えられる。従って、本発明の第１の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
なお、ＰＭの堆積量推定機能としては、例えば、パティキュレートフィルタの上流側排気圧と下流側排気圧との差圧からＰＭの堆積量を推定する機能が挙げられる。あるいは、内燃機関の運転時間、運転条件等からＰＭの堆積量を推定するようにしても良い。
【００１４】
また、パティキュレートフィルタの再生処理方法としては、例えば、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの堆積量が１ｇ／ｍ２に達したと判定した場合に、排気経路のうちパティキュレートフィルタの上流側に燃料を添加し、燃焼させることで排気温度を上昇させる方法が挙げられる。このようにして、パティキュレートフィルタ内の温度を、酸化触媒存在下におけるＰＭの酸化反応（燃焼）温度にまで上昇させると、堆積しているＰＭが酸化（燃焼）するので、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００１５】
また、パティキュレートフィルタ内の温度を上昇させる方法としては、上記手法に限らず、公知のいずれの手法を用いても良く、例えば、パティキュレートフィルタを電気ヒータ等で加熱しても良い。あるいは、エンジンにおいて、燃料の噴射時期を遅延（リタード）させたり、通常の燃料噴射の後にさらに燃料噴射（ポストインジェクション）を行って、排気温度を上昇させるようにしても良い。
また、酸化触媒としては、例えば、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ等の貴金属が挙げられる。
【００１６】
ところで、パティキュレートフィルタの再生処理では、ＰＭを燃焼させるための熱エネルギを要するため、再生処理の頻度が高いほど内燃機関の燃費が低下する。従って、上記第１の排気浄化装置では、堆積基準値を、１ｇ／ｍ２に近い値に設定することが好ましい。このように設定することで、パティキュレートフィルタの再生処理を必要最小限にとどめることができ、内燃機関の燃費を良好としつつ、排気圧力損失を抑制することが可能となる。
【００１７】
なお、本発明の第１の排気浄化装置に用いるパティキュレートフィルタとしては、例えば、フィルタ部（セル隔壁）の平均細孔径が約３０μｍ、気孔率が約６０％であるパティキュレートフィルタを用いることができる。しかし、パティキュレートフィルタのフィルタ部（セル隔壁）の平均細孔径及び気孔率はこれらの値に限定されるものではなく、平均細孔径が１５〜４０μｍ、気孔率が４０〜６０％の範囲であるいずれのパティキュレートフィルタにも適用することができる。
【００１８】
本発明の第２の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの再生処理を行うための上流側排気圧と下流側排気圧との差圧の基準差圧を、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子状物質がフィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定している。すなわち、本発明の第２の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量がフィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにする。従って、本発明の第２の排気浄化装置でも、前述したように、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
【００１９】
なお、上記第２の排気浄化装置では、基準差圧を、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの堆積量が１ｇ／ｍ２となった場合に生じる第１差圧に近い値に設定することが好ましい。このように設定することで、パティキュレートフィルタの再生処理を必要最小限にとどめることができ、内燃機関の燃費を良好としつつ、排気圧力損失を抑制することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明の第１及び第２の排気浄化装置では、酸化触媒として貴金属を用いることで、ＰＭを効率良く酸化（燃焼）させることができる。なお、貴金属としては、特に、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ等の白金族の貴金属を用いることが好ましい。これらの貴金属を用いることで、ＰＭの酸化（燃焼）を促進させるだけでなく、ＮＯＸの還元をも促進させることができる。
【００２１】
さらに、本発明の第１及び第２の排気浄化装置では、セラミック構造体のフィルタ部の表面及び／又は内部に酸化触媒を担持した多孔質酸化物を含む触媒層を形成することにより、排気と酸化触媒の接触確率を大きくすることができる。このため、ＰＭの酸化処理能力を向上させることができる。
なお、多孔質酸化物としては、γ−Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等が挙げられる。
【００２２】
さらに、本発明の第１及び第２の排気浄化装置では、貴金属を担持した多孔質酸化物に、ＮＯＸ吸蔵材をも担持することで、排気中のＰＭを処理するだけでなく、排気がリーン雰囲気時にＮＯをＮＯ２に酸化してＮＯＸをＮＯＸ吸蔵材に吸蔵させ、周期的にストイキ〜リッチ雰囲気とすることで、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵させたＮＯＸを放出させて還元浄化することができる。
さらには、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵させたＮＯＸを還元する過程で活性酸素を生成させることができ、生成した活性酸素によってＰＭの酸化を促進させることができる。従って、本発明の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの再生処理能力も向上する。
【００２３】
なお、ＮＯＸ吸蔵材は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素から選択される少なくとも１種である。アルカリ金属としては、例えば、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等が挙げられる。アルカリ土類金属としては、例えば、Ｂａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ等が挙げられる。希土類元素としては、例えば、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｙｂ等が挙げられる。このうち、Ｂａ，Ｋ，Ｌｉが、ＮＯＸ吸蔵材として最適である。
【００２４】
また、パティキュレートフィルタのフィルタ部の表面及び／又は内部を多孔質酸化物（γ−Ａｌ２Ｏ３等）で被覆し、この多孔質酸化物（γ−Ａｌ２Ｏ３等）を担体として、酸化触媒（Ｐｔ等）及びＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ等）を担持させるようにしても良い。
【００２５】
また、本発明の第１の内燃機関制御装置では、微粒子状物質の推定堆積量が堆積基準値に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能を有している。このように、排気温度を上昇させることで、酸化触媒を活性化させ、パティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを酸化（燃焼）処理し、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００２６】
さらに、本発明の第１の内燃機関制御装置では、排気温度制御機能によって排気温度を上昇させるためのＰＭの堆積基準値を、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定している。従って、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量が、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理が繰り返し行われる。このようなタイミングで再生処理が繰り返し行われることで、アッシュの堆積量が累積しないばかりでなく、アッシュの堆積量を極めて微量にすることができる。従って、本発明の第１の内燃機関制御装置では、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
【００２７】
なお、排気温度制御機能としては、例えば、内燃機関において燃料の噴射時期を遅延（リタード）させたり、通常の燃料噴射の後にさらに燃料噴射（ポストインジェクション）を行って、排気温度を上昇させる制御機能が挙げられる。
【００２８】
また、本発明の第２の内燃機関制御装置では、上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が基準差圧に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能を有している。このように、排気温度を上昇させることで、酸化触媒を活性化させ、パティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを酸化（燃焼）処理し、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００２９】
さらに、本発明の第２の内燃機関制御装置では、排気温度制御機能によって排気温度を上昇させるための基準差圧を、微粒子状物質がフィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定している。従って、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量が、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理が繰り返し行われる。このようなタイミングで再生処理が繰り返し行われることで、アッシュの堆積量が累積しないばかりでなく、アッシュの堆積量を極めて微量にすることができる。従って、本発明の第２の内燃機関制御装置でも、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
本発明の第１の実施例である排気浄化装置１００について、図面を参照しつつ説明する。
図１に本実施例１の排気浄化装置１００の構成を示す。排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン２０の排気経路２１に設けられており、パティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、第２排気圧センサ１３０、燃料供給装置１４０、及び制御装置（ＥＣＵ）１５０を有している。
【００３１】
図１に示すように、第１排気圧センサ１２０は、排気経路２１のうちパティキュレートフィルタ１１０より上流側（図中左側）の位置に配置されており、パティキュレートフィルタ１１０の上流側の排気圧力である上流側排気圧Ｐ１を測定する。同様に、第２排気圧センサ１３０は、排気経路２１のうちパティキュレートフィルタ１１０より下流側（図中右側）の位置に配置されており、パティキュレートフィルタ１１０の下流側の排気圧力である下流側排気圧Ｐ２を測定する。そして、第１排気圧センサ１２０及び第２排気圧センサ１３０は、制御装置（ＥＣＵ）１５０に接続されており、この制御装置（ＥＣＵ）１５０によって上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰが算出される。
【００３２】
次に、図２（ａ）にパティキュレートフィルタ１１０の正面図、図２（ｂ）にそのＢ−Ｂ断面図を示す。図２（ａ），（ｂ）に示すように、パティキュレートフィルタ１１０は、多孔質材料（例えば、コージェライト）からなる円筒形状のセラミック構造体１１０ｂによって形成されている。その内部は、セル隔壁１１１によって格子状に区切られたハニカム構造をなし（図２（ａ）参照）、排気通路となる複数のセル１１２が設けられている（図２（ｂ）参照）。セル１１２は、下流側の端部が閉塞された流入側セル１１２ｂと上流側の端部が閉塞された流出側セル１１２ｃとからなり、流入側セル１１２ｂと流出側セル１１２ｃとは、フィルタ部となるセル隔壁１１１を介して隣り合っている。
【００３３】
従って、パティキュレートフィルタ１１０の上流側開口部１１３ｂから流入側セル１１２ｂ内に導入された排気は、図２（ｂ）で矢印で示すように、セル隔壁１１１を通過して隣接する流出側セル１１２ｃに流入し、下流側開口部１１３ｃから排出される。このため、排気がセル隔壁１１１を通過する際、排気中のＰＭをセル隔壁１１１で捕らえることができる。
なお、本実施例１のパティキュレートフィルタ１１０では、セル隔壁１１１の平均細孔径は約３０μｍ、気孔率は約６０％となっている。
【００３４】
さらに、パティキュレートフィルタ１１０のセル隔壁１１１の表面及び内部は、多孔質酸化物によって被覆され、この多孔質酸化物に酸化触媒及びＮＯＸ吸蔵材が担持されている。具体的には、セル隔壁１１１の表面及び内部に多孔質酸化物としてγ−Ａｌ２Ｏ３が形成され、このγ−Ａｌ２Ｏ３を担体として、酸化触媒としてＰｔ、ＮＯＸ吸蔵材としてＢａがそれぞれ担持された触媒が形成されている。
【００３５】
このような構成のパティキュレートフィルタ１１０では、排気中に多量の酸素が存在している状態（リーン雰囲気）において、捕集されたＰＭの酸化（燃焼）が促進されると共に、排気中のＮＯＸがＮＯＸ吸蔵材に吸蔵される。また、排気中の酸素濃度が低く還元成分（例えば、ＨＣ）が十分に存在している状態（リッチ雰囲気）では、吸蔵されたＮＯＸが放出されて、排気中の還元成分と反応し、Ｎ２に還元浄化される。さらに、パティキュレートフィルタ内の温度を酸化触媒（Ｐｔ）存在下におけるＰＭの酸化反応（燃焼）温度にまで上昇させることで、捕集したＰＭを酸化（燃焼）させ、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００３６】
具体的には、ディーゼルエンジン２０は、通常、混合気の空燃比が理論空燃比を上回る状態で燃焼するため、排気中に多量の酸素が存在している状態（リーン雰囲気）となっている。このため、通常の運転条件下では、ＰＭの酸化（燃焼）が促進されると共に、排気中のＮＯＸがＮＯＸ吸蔵材に吸蔵される。そして、排気経路２１のうちディーゼルエンジン２０とパティキュレートフィルタ１１０との間に設けられた燃料供給装置１４０（図１参照）から間欠的に燃料を排気中に添加し、リッチ雰囲気とすることで、吸蔵されたＮＯＸが還元浄化される。ところで、このようにＮＯＸが還元されるとき、活性酸素が生成される。この活性酸素は、酸化剤として極めて高い反応性を有しているため、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）の表面及び近傍に堆積しているＰＭの酸化を促進することができる。
【００３７】
次に、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御のフローチャートを図３に示し、再生処理制御の流れ、再生処理方法について説明する。
まず、ステップＳ１において、第１排気圧センサ１２０によって上流側排気圧Ｐ１を測定し、第２排気圧センサ１３０によって下流側排気圧Ｐ２を測定する。次いで、ステップＳ２において、制御演算部（ＥＣＵ）１５０によって、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２が算出される。なお、本実施例１の排気浄化装置１００では、ステップＳ１及びステップＳ２が差圧測定機能に相当する。
【００３８】
ところで、排気浄化装置１００では、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うかどうかの判定値として、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧の基準差圧ΔＰｓが予め設定されている。そして、次のステップＳ３において、制御演算部（ＥＣＵ）１５０によって、ΔＰがΔＰｓに達したかどうかを判定する。ΔＰがΔＰｓに達したと判定した場合には、ステップＳ４に進み、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理の開始が指示される。反対に、ΔＰがΔＰｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例１の排気浄化装置１００では、ステップＳ３が差圧判定機能に相当する。
【００３９】
ここで、本実施例１の排気浄化装置１００におけるパティキュレートフィルタ１１０の再生処理方法について、具体的に説明する。排気浄化装置１００では、図１に示すように、排気経路２１のうちディーゼルエンジン２０とパティキュレートフィルタ１１０との間に燃料供給装置１４０が配置されている。そして、ステップＳ４で、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理の開始が指示された場合、この燃料供給装置１４０から燃料（軽油）が添加され、この燃料を燃焼させることで排気温度を上昇させる。
【００４０】
このようにして、パティキュレートフィルタ１１０内の温度が酸化触媒（Ｐｔ）存在下におけるＰＭの酸化反応（燃焼）温度にまで上昇させると、堆積しているＰＭが酸化（燃焼）するので、パティキュレートフィルタ１１０を再生することができる。このとき、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）に吸蔵されているＮＯＸが還元され、活性酸素が生成されるため、ＰＭの酸化（燃焼）が促進される。なお、本実施例１の排気浄化装置１００では、ステップＳ４が再生時期制御機能に相当する。
【００４１】
ところで、一般に、パティキュレートフィルタの上流側排気圧と下流側排気圧との差圧（圧損）と、パティキュレートフィルタのＰＭ堆積量との間には相関関係が見られる。ここで、本実施例１の排気浄化装置１００におけるパティキュレートフィルタ１１０のＰＭ堆積量Ｃと、差圧ΔＰとの関係を図４のグラフに示す。
なお、ＰＭ堆積量Ｃは、パティキュレートフィルタ１１０のセル隔壁１１１の表面を平滑面（幾何表面）とみなした場合の幾何表面１ｍ２当たりの堆積量（ｇ）で表すことにする。なお、例えば、セル隔壁厚さ１２ｍｉｌ（＝０．３０ｍｍ）、セル密度３００セル／（ｉｎｃｈ）２（＝３００セル／（２５．４ｍｍ）２）のハニカム体１リットルを用いた場合、幾何表面積は約２ｍ２となる。
【００４２】
図４に示すように、パティキュレートフィルタ１１０では、例えば、ＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２となったときには、差圧ΔＰは１０ｋＰａとなる。
このため、排気浄化装置１００において、差圧ΔＰが１０ｋＰａと算出されたときは、ＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２になったと推定することができる。すなわち、排気浄化装置１００では、上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２を測定し、差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出することで、ＰＭ堆積量Ｃを推定することができる。
【００４３】
このような排気浄化装置１００について、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュの堆積量調査を実施した。具体的には、基準差圧ΔＰｓを８ｋＰａ，１０ｋＰａ，１２ｋＰａ，１５ｋＰａ，２０ｋＰａの５種類に設定した排気浄化装置１００をディーゼルエンジン２０（２Ｌの直噴ディーゼルエンジン）の排気経路２１にそれぞれ装着し、１００時間（５０００ｋｍ相当）の運転操作を行った。その後、パティキュレートフィルタ１１０を分解し、アッシュ堆積量Ｄ（ｇ／ｍ２）を測定した。具体的には、まず、パティキュレートフィルタ１１０の中心部分を約２ｇ切り出し、粉砕して加熱溶解（溶解剤を加え、電気炉を用いて、１０００℃の温度で１時間加熱溶解）する。次いで、高周波プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、この溶解物質１００ｍｌ中のＣａ量を分析測定した。このＣａ量からＣａＳＯ４の質量を算出し、ＣａＳＯ４をアッシュとみなしてアッシュ堆積量Ｄ（ｇ／ｍ２）を算出した。アッシュ堆積量Ｄ（ｇ／ｍ２）の測定結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】
表１に示すように、基準差圧ΔＰｓを８ｋＰａとして、再生処理を繰り返し行った場合には、アッシュ堆積量Ｄは０．０５ｇ／ｍ２であった。さらに、基準差圧ΔＰｓを１０ｋＰａ，１２ｋＰａ，１５ｋＰａ，２０ｋＰａとした場合では、アッシュ堆積量Ｄはそれぞれ、０．１ｇ／ｍ２，０．３５ｇ／ｍ２，０．５５ｇ／ｍ２，０．６ｇ／ｍ２となった。
【００４６】
ここで、図４のグラフを利用して基準差圧ΔＰｓをＰＭ堆積量Ｃに変換し、ＰＭ堆積量Ｃとアッシュ堆積量Ｄとの関係を図５のグラフに示す。
図５に示すように、排気浄化装置１００では、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにした場合（基準差圧ΔＰｓを１０ｋＰａ以下に設定した場合）には、アッシュの堆積量Ｄを極めて微量にすることができることがわかる。一方、ＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２を超えてから再生処理を繰り返し行うようにした場合（基準差圧ΔＰｓを１０ｋＰａより大きい値に設定した場合）には、アッシュの堆積量Ｄが急激に増加することがわかる。
【００４７】
これは、ＰＭ堆積量Ｃが少ない段階でパティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うことで、多くのアッシュがパティキュレートフィルタ１１０を通過してしまうからであると考えられる。具体的には、図２のＦ部の拡大図を図６（ａ）に示すように、ＰＭ１２の堆積量が少ない状態が維持されるために、多くのアッシュ１１がセル隔壁１１１を構成する基材（コージェライト）１１１ｂの間隙を通過してしまうと考えられる。
【００４８】
一方、ＰＭ推定堆積量が１ｇ／ｍ２を超えてから再生処理を行うようにした場合には、アッシュがＰＭ層（大量のＰＭが堆積して形成された層）にトラップされてしまい、パティキュレートフィルタを通過できなくなってしまうと考えられる。具体的には、図２のＦ部の拡大図を図６（ｂ）に示すように、大量のＰＭ１２が堆積することでＰＭ層１２ｂが形成され、セル隔壁１１１を構成する基材（コージェライト）１１１ｂの間隙を閉塞してしまう。このため、アッシュ１１がＰＭ層１２ｂにトラップされてしまい、パティキュレートフィルタ１１０を通過できなくなってしまうと考えられる。
【００４９】
以上より、排気浄化装置１００では、基準差圧ΔＰｓをＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２となった場合に生じる第１差圧以下の値、具体的には１０ｋＰａ以下の値に設定することで、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュ堆積量Ｄを抑制し、パティキュレートフィルタ１１０での排気圧力損失を抑制することができる。
【００５０】
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例である排気浄化装置２００について、図面を参照しつつ説明する。本実施例２の排気浄化装置２００は、実施例１の排気浄化装置１００と比較して、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うかどうかの判定対象が異なる。実施例１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００５１】
本実施例２の排気浄化装置２００は、図１に示すように、実施例１の排気浄化装置１００と同様のパティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、第２排気圧センサ１３０、及び燃料供給装置１４０と、実施例１の排気浄化装置１００と異なる制御演算部（ＥＣＵ）２５０とを有している。本実施例２の制御演算部（ＥＣＵ）２５０は、実施例１の制御演算部（ＥＣＵ）１５０と比較して、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御プログラムが異なる。
【００５２】
次に、本実施例２の排気浄化装置２００における、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御のフローチャートを図７に示し、再生処理制御の流れ、再生処理方法について説明する。
まず、実施例１の排気浄化装置１００と同様に、ステップＳ１において、上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２を測定し、ステップＳ２において、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出する。
【００５３】
次いで、ステップＴ３において、制御演算部（ＥＣＵ）２５０によって、差圧ΔＰをＰＭ推定堆積量（パティキュレートフィルタ１１０に堆積したと推定されるＰＭの堆積量）Ｃｐに変換する。具体的には、図４に示したパティキュレートフィルタ１１０の特性（ＰＭ堆積量Ｃと差圧ΔＰとの関係）を基に作成した変換マップを利用して、差圧ΔＰをＰＭ推定堆積量Ｃｐに変換する。なお、本実施例２の排気浄化装置２００では、ステップＳ１〜Ｔ３が堆積量推定機能に相当する。
【００５４】
ところで、排気浄化装置２００では、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うかどうかの判定値として、ＰＭ堆積基準値Ｃｓが予め設定されている。そして、次のステップＴ４において、制御演算部（ＥＣＵ）２５０によって、ＰＭ推定堆積量ＣｐがＰＭ堆積基準値Ｃｓに達したかどうかを判定する。その後は実施例１と同様に、ＣｐがＣｓに達したと判定した場合には、ステップＳ４に進み、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理の開始が指示される。反対に、ＣｐがＣｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例２の排気浄化装置２００では、ステップＴ４が堆積量判定機能、ステップＳ４が再生時期制御機能に相当する。
【００５５】
このような排気浄化装置２００においても、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにした場合には、アッシュの堆積量Ｄを極めて微量にすることができる（図５参照）。すなわち、ＰＭ堆積基準値Ｃｓを１ｇ／ｍ２以下の値に設定することで、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュ堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタ１１０での排気圧力損失を抑制することができる。
【００５６】
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例である内燃機関制御装置３００について、図面を参照しつつ説明する。
図８に本実施例３の内燃機関制御装置３００の構成を示す。排気浄化装置３００は、実施例１，２と同様のパティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、及び第２排気圧センサ１３０を有し、さらに、ディーゼルエンジン３６０及び制御演算部（ＥＣＵ）３５０を有している。
【００５７】
本発明の内燃機関制御装置３００でも、実施例１の排気浄化装置１００と同様に、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、第１排気圧センサ１２０で測定した上流側排気圧Ｐ１と第２排気圧センサ１３０で測定した下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰが算出される。
また、内燃機関制御装置３００では、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態が制御される。具体的には、ディーゼルエンジン３６０の燃料噴射バルブ３６１の燃料噴射時期を遅延（リタード）させたり、あるいは、通常の燃料噴射の後さらに燃料噴射（ポストインジェクション）が行われる（図８参照）。このように制御することで、排気経路２１内の排気温度を上昇させることができ、実施例１，２と同様に、パティキュレートフィルタ１１０を再生処理することができる。
【００５８】
ここで、内燃機関制御装置３００の燃焼状態制御のフローチャートを図９に示し、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れについて説明する。
まず、ステップＳ１において、実施例１と同様に、第１排気圧センサ１２０によって上流側排気圧Ｐ１を測定し、第２排気圧センサ１３０によって下流側排気圧Ｐ２を測定する。次いで、ステップＳ２において、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、実施例１と同様に、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２が算出される。なお、本実施例３の内燃機関制御装置３００でも、ステップＳ１及びステップＳ２が差圧測定機能に相当する。
【００５９】
ところで、内燃機関制御装置３００でも、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態を変更するかどうかの判定値として、実施例１と同様に、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧の基準差圧ΔＰｓが予め設定されている。そして、次のステップＳ３において、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、ΔＰがΔＰｓに達したかどうかを判定する。ΔＰがΔＰｓに達したと判定した場合には、ステップＵ４に進み、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態が変更される。反対に、ΔＰがΔＰｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例３の内燃機関制御装置３００では、ステップＳ３が差圧判定機能に相当する。
【００６０】
ステップＵ４では、例えば、ディーゼルエンジン３６０の燃料噴射バルブ３６１の燃料噴射時期を遅延（リタード）させる。あるいは、通常の燃料噴射の後にさらに燃料噴射（ポストインジェクション）を行う。このようにすることで、排気経路２１内の排気温度を上昇させることができ、実施例１，２と同様に、パティキュレートフィルタ１１０を再生処理することができる。なお、本実施例３の内燃機関制御装置３００では、ステップＵ４が排気温度制御機能に相当する。
【００６１】
さらに、このような内燃機関制御装置３００においても、実施例１と同様に、基準差圧ΔＰｓをＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２となった場合に生じる第１差圧以下の値、具体的には１０ｋＰａ以下の値に設定することで、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュ堆積量Ｄを抑制し、パティキュレートフィルタ１１０での排気圧力損失を抑制することができる。
【００６２】
なお、本実施例３においても、例えば、別途設けた燃料供給装置３４０（図８参照）から間欠的に燃料を排気中に添加し、リッチ雰囲気とすることで、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵されていたＮＯＸを還元浄化できる。さらには、ＮＯＸが還元されるときに生成される活性酸素によって、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）の表面及び近傍に堆積しているＰＭの酸化を促進することもできる。
【００６３】
（実施例４）
次に、本発明の第４の実施例である内燃機関制御装置４００について、図面を参照しつつ説明する。本実施例４の排気浄化装置４００は、実施例３の内燃機関制御装置３００と比較して、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態を変更するかどうかの判定対象が異なる。具体的には、実施例２と同様の判定対象に変更したものである。
【００６４】
本実施例４の内燃機関制御装置４００は、図８に示すように、実施例３と同様のパティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、第２排気圧センサ１３０、及びディーゼルエンジン３６０と、実施例３と異なる制御演算部（ＥＣＵ）４５０とを有している。本実施例４の制御演算部（ＥＣＵ）４５０は、実施例３の制御演算部（ＥＣＵ）３５０と比較して、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御プログラムが異なる。
【００６５】
ここで、本実施例４の内燃機関制御装置４００における燃焼状態制御のフローチャートを図１０に示し、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れについて説明する。
まず、実施例３と同様に、ステップＳ１において、上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２を測定し、ステップＳ２において、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出する。
【００６６】
次いで、ステップＴ３において、制御演算部（ＥＣＵ）４５０によって、実施例２と同様にして、差圧ΔＰをＰＭ推定堆積量Ｃｐに変換する。なお、本実施例４の内燃機関制御装置４００では、ステップＳ１〜Ｔ３が堆積量推定機能に相当する。次いで、ステップＴ４において、制御演算部（ＥＣＵ）４５０によって、実施例２と同様にして、ＰＭ推定堆積量ＣｐがＰＭ堆積基準値Ｃｓに達したかどうかを判定する。その後は、実施例３と同様に、ＣｐがＣｓに達したと判定した場合には、ステップＵ４に進み、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態が変更される。反対に、ＣｐがＣｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例４の内燃機関制御装置４００では、ステップＴ４が堆積量判定機能、ステップＵ４が排気温度制御機能に相当する。
【００６７】
なお、本実施例４においても、例えば、別途設けた燃料供給装置３４０（図８参照）から間欠的に燃料を排気中に添加し、リッチ雰囲気とすることで、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵されていたＮＯＸを還元浄化することができる。さらには、ＮＯＸが還元されるときに生成される活性酸素によって、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）の表面及び近傍に堆積しているＰＭの酸化を促進することもできる。
【００６８】
以上において、本発明を実施例１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の排気浄化装置１００及び実施例２の排気浄化装置２００を模式的に表した説明図である。
【図２】パティキュレートフィルタ１１０を示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【図３】実施例１の排気浄化装置１００における、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】ＰＭ堆積量Ｃと差圧ΔＰとの関係を示すグラフである。
【図５】ＰＭ堆積量Ｃとアッシュ堆積量Ｄとの関係を示すグラフである。
【図６】図２のＦ部拡大図であり、（ａ）はアッシュ１１がＰＭ１２にトラップされない状態、（ｂ）はアッシュ１１がＰＭ層１２ｂにトラップされた状態を示す説明図である。
【図７】実施例２の排気浄化装置２００における、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施例３の内燃機関制御装置３００及び実施例４の内燃機関制御装置４００を模式的に表した説明図である。
【図９】実施例３の内燃機関制御装置３００における、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施例４の内燃機関制御装置４００における、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００，２００ 排気浄化装置
１１０ パティキュレートフィルタ
１１０ｂ セラミック構造体
１１１ セル隔壁（フィルタ部）
１１１ｂ 基材（コージェライト）
１１２ｂ 流入側セル
１１２ｃ 流出側セル
１２０ 第１排気圧センサ（差圧測定手段）
１３０ 第２排気圧センサ（差圧測定手段）
１４０ 燃料供給装置（再生処理手段）
３００，４００ 内燃機関制御装置
１１ アッシュ
１２ ＰＭ
１２ｂ ＰＭ層
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気に含まれる微粒子状物質を捕集する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排気に含まれる微粒子状物質（以下、ＰＭとも言う）をパティキュレートフィルタで捕集することで、外部へ排出するＰＭの量を低減する排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。ところで、パティキュレートフィルタに対するＰＭの堆積量が多くなると、排気経路の抵抗が大きくなり、排気圧力損失が大きくなってしまう。これを防ぐため、いずれの排気浄化装置においても、堆積したＰＭを燃焼処理することで、パティキュレートフィルタの再生を行っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１１９３５号公報
【特許文献２】
特開平２００２−３０３１２３号公報
【特許文献３】
特開平２００２−２４２６６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭには、エンジンオイルの燃え残りであるアッシュ（主成分ＣａＳＯ４）が含まれている。このアッシュは、パティキュレートフィルタの再生処理を行っても燃焼処理できず、パティキュレートフィルタに残存してしまう。さらに、従来の排気浄化装置では、再生処理に伴う内燃機関の燃費の低下を防ぐために、再生処理の頻度をできるだけ小さくしていた。これらの事情から、従来の排気浄化装置では、再生処理を繰り返し行っていても、内燃機関の運転時間の経過と共にパティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量が累積し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失が徐々に大きくなっていた。従って、内燃機関の運転時間の経過と共に、排気を適正に行うことができなくなり、ひいては内燃機関の運転を適正に行うことができなくなる虞があった。
【０００５】
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる排気浄化装置及び内燃機関制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の排気浄化装置は、内燃機関の排気経路に設けられ、排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置であって、該パティキュレートフィルタの該フィルタ部に堆積した微粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定機能と、推定された微粒子状物質の推定堆積量が、予め設定した堆積基準値に達したかどうかを判定する堆積量判定機能と、微粒子状物質の推定堆積量が該堆積基準値に達したと判定した場合に、該パティキュレートフィルタの再生処理を行う再生時期制御機能と、を有し、該堆積基準値が、該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定されていることを特徴とする排気浄化装置である。
【０００７】
本発明の第２の排気浄化装置は、内燃機関の排気経路に設けられ、排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置であって、該パティキュレートフィルタより上流側の排気圧力である上流側排気圧と、下流側の排気圧力である下流側排気圧との差圧を測定する差圧測定機能と、測定された差圧が、予め設定した基準差圧に達したかどうかを判定する差圧判定機能と、上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が該基準差圧に達したと判定した場合に、該パティキュレートフィルタの再生処理を行う再生時期制御機能と、を有し、該基準差圧は、微粒子状物質が該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定されていることを特徴とする排気浄化装置である。
【０００８】
さらに、好ましくは、前記セラミック構造体は、セル隔壁によって区画された複数のセルを有するハニカム体であって、前記フィルタ部は、排気下流側が閉塞された流入側セルと、排気上流側が閉塞された流出側セルとを区画する該セル隔壁からなる上記いずれかの排気浄化装置とすると良い。
さらに、好ましくは、前記酸化触媒は貴金属である上記いずれかの排気浄化装置とすると良い。
【０００９】
さらに、好ましくは、前記フィルタ部の表面及び／又は内部に、前記酸化触媒を担持した多孔質酸化物を含んでなる触媒層が形成されている上記いずれかの排気浄化装置とすると良い。
さらに、好ましくは、前記触媒層は、さらに、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及び希土類元素から選ばれる少なくとも１種からなるＮＯＸ吸蔵材を含む上記の排気浄化装置とすると良い。
【００１０】
また、本発明の第１の内燃機関制御装置は、微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタが排気経路に設けられた内燃機関制御装置であって、該パティキュレートフィルタの該フィルタ部に堆積した微粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定機能と、推定された微粒子状物質の推定堆積量が、予め設定した堆積基準値に達したかどうかを判定する堆積量判定機能と、微粒子状物質の推定堆積量が該堆積基準値に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能と、を有し、該堆積基準値が、該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定されていることを特徴とする内燃機関制御装置である。
【００１１】
本発明の第２の内燃機関制御装置は、微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタが排気経路に設けられた内燃機関制御装置であって、該パティキュレートフィルタより上流側の排気圧力である上流側排気圧と、下流側の排気圧力である下流側排気圧との差圧を測定する差圧測定機能と、測定された差圧が、予め設定した基準差圧に達したかどうかを判定する差圧判定機能と、上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が該基準差圧に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能と、を有し、該基準差圧は、微粒子状物質が該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定されていることを特徴とする内燃機関制御装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの再生処理を行うためのＰＭの推定堆積量の堆積基準値を、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定している。すなわち、本発明の第１の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量が、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにする。
【００１３】
このようなタイミングで再生処理を繰り返し行うことで、アッシュの堆積量が累積しないばかりでなく、アッシュの堆積量を極めて微量にすることができる。これは、ＰＭの堆積量が少ない段階でパティキュレートフィルタの再生処理を行うことで、多くのアッシュがパティキュレートフィルタを通過してしまうからであると考えられる。従って、本発明の第１の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
なお、ＰＭの堆積量推定機能としては、例えば、パティキュレートフィルタの上流側排気圧と下流側排気圧との差圧からＰＭの堆積量を推定する機能が挙げられる。あるいは、内燃機関の運転時間、運転条件等からＰＭの堆積量を推定するようにしても良い。
【００１４】
また、パティキュレートフィルタの再生処理方法としては、例えば、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの堆積量が１ｇ／ｍ２に達したと判定した場合に、排気経路のうちパティキュレートフィルタの上流側に燃料を添加し、燃焼させることで排気温度を上昇させる方法が挙げられる。このようにして、パティキュレートフィルタ内の温度を、酸化触媒存在下におけるＰＭの酸化反応（燃焼）温度にまで上昇させると、堆積しているＰＭが酸化（燃焼）するので、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００１５】
また、パティキュレートフィルタ内の温度を上昇させる方法としては、上記手法に限らず、公知のいずれの手法を用いても良く、例えば、パティキュレートフィルタを電気ヒータ等で加熱しても良い。あるいは、エンジンにおいて、燃料の噴射時期を遅延（リタード）させたり、通常の燃料噴射の後にさらに燃料噴射（ポストインジェクション）を行って、排気温度を上昇させるようにしても良い。
また、酸化触媒としては、例えば、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ等の貴金属が挙げられる。
【００１６】
ところで、パティキュレートフィルタの再生処理では、ＰＭを燃焼させるための熱エネルギを要するため、再生処理の頻度が高いほど内燃機関の燃費が低下する。従って、上記第１の排気浄化装置では、堆積基準値を、１ｇ／ｍ２に近い値に設定することが好ましい。このように設定することで、パティキュレートフィルタの再生処理を必要最小限にとどめることができ、内燃機関の燃費を良好としつつ、排気圧力損失を抑制することが可能となる。
【００１７】
なお、本発明の第１の排気浄化装置に用いるパティキュレートフィルタとしては、例えば、フィルタ部（セル隔壁）の平均細孔径が約３０μｍ、気孔率が約６０％であるパティキュレートフィルタを用いることができる。しかし、パティキュレートフィルタのフィルタ部（セル隔壁）の平均細孔径及び気孔率はこれらの値に限定されるものではなく、平均細孔径が１５〜４０μｍ、気孔率が４０〜６０％の範囲であるいずれのパティキュレートフィルタにも適用することができる。
【００１８】
本発明の第２の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの再生処理を行うための上流側排気圧と下流側排気圧との差圧の基準差圧を、パティキュレートフィルタに堆積した微粒子状物質がフィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定している。すなわち、本発明の第２の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量がフィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにする。従って、本発明の第２の排気浄化装置でも、前述したように、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
【００１９】
なお、上記第２の排気浄化装置では、基準差圧を、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭの堆積量が１ｇ／ｍ２となった場合に生じる第１差圧に近い値に設定することが好ましい。このように設定することで、パティキュレートフィルタの再生処理を必要最小限にとどめることができ、内燃機関の燃費を良好としつつ、排気圧力損失を抑制することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明の第１及び第２の排気浄化装置では、酸化触媒として貴金属を用いることで、ＰＭを効率良く酸化（燃焼）させることができる。なお、貴金属としては、特に、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｐｄ等の白金族の貴金属を用いることが好ましい。これらの貴金属を用いることで、ＰＭの酸化（燃焼）を促進させるだけでなく、ＮＯＸの還元をも促進させることができる。
【００２１】
さらに、本発明の第１及び第２の排気浄化装置では、セラミック構造体のフィルタ部の表面及び／又は内部に酸化触媒を担持した多孔質酸化物を含む触媒層を形成することにより、排気と酸化触媒の接触確率を大きくすることができる。このため、ＰＭの酸化処理能力を向上させることができる。
なお、多孔質酸化物としては、γ−Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等が挙げられる。
【００２２】
さらに、本発明の第１及び第２の排気浄化装置では、貴金属を担持した多孔質酸化物に、ＮＯＸ吸蔵材をも担持することで、排気中のＰＭを処理するだけでなく、排気がリーン雰囲気時にＮＯをＮＯ２に酸化してＮＯＸをＮＯＸ吸蔵材に吸蔵させ、周期的にストイキ〜リッチ雰囲気とすることで、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵させたＮＯＸを放出させて還元浄化することができる。
さらには、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵させたＮＯＸを還元する過程で活性酸素を生成させることができ、生成した活性酸素によってＰＭの酸化を促進させることができる。従って、本発明の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの再生処理能力も向上する。
【００２３】
なお、ＮＯＸ吸蔵材は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素から選択される少なくとも１種である。アルカリ金属としては、例えば、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等が挙げられる。アルカリ土類金属としては、例えば、Ｂａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ等が挙げられる。希土類元素としては、例えば、Ｌａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｄｙ，Ｙｂ等が挙げられる。このうち、Ｂａ，Ｋ，Ｌｉが、ＮＯＸ吸蔵材として最適である。
【００２４】
また、パティキュレートフィルタのフィルタ部の表面及び／又は内部を多孔質酸化物（γ−Ａｌ２Ｏ３等）で被覆し、この多孔質酸化物（γ−Ａｌ２Ｏ３等）を担体として、酸化触媒（Ｐｔ等）及びＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ等）を担持させるようにしても良い。
【００２５】
また、本発明の第１の内燃機関制御装置では、微粒子状物質の推定堆積量が堆積基準値に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能を有している。このように、排気温度を上昇させることで、酸化触媒を活性化させ、パティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを酸化（燃焼）処理し、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００２６】
さらに、本発明の第１の内燃機関制御装置では、排気温度制御機能によって排気温度を上昇させるためのＰＭの堆積基準値を、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定している。従って、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量が、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理が繰り返し行われる。このようなタイミングで再生処理が繰り返し行われることで、アッシュの堆積量が累積しないばかりでなく、アッシュの堆積量を極めて微量にすることができる。従って、本発明の第１の内燃機関制御装置では、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
【００２７】
なお、排気温度制御機能としては、例えば、内燃機関において燃料の噴射時期を遅延（リタード）させたり、通常の燃料噴射の後にさらに燃料噴射（ポストインジェクション）を行って、排気温度を上昇させる制御機能が挙げられる。
【００２８】
また、本発明の第２の内燃機関制御装置では、上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が基準差圧に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能を有している。このように、排気温度を上昇させることで、酸化触媒を活性化させ、パティキュレートフィルタに堆積しているＰＭを酸化（燃焼）処理し、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００２９】
さらに、本発明の第２の内燃機関制御装置では、排気温度制御機能によって排気温度を上昇させるための基準差圧を、微粒子状物質がフィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定している。従って、パティキュレートフィルタに堆積するＰＭの堆積量が、フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理が繰り返し行われる。このようなタイミングで再生処理が繰り返し行われることで、アッシュの堆積量が累積しないばかりでなく、アッシュの堆積量を極めて微量にすることができる。従って、本発明の第２の内燃機関制御装置でも、パティキュレートフィルタに堆積するアッシュの堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタでの排気圧力損失を抑制することができる。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
本発明の第１の実施例である排気浄化装置１００について、図面を参照しつつ説明する。
図１に本実施例１の排気浄化装置１００の構成を示す。排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン２０の排気経路２１に設けられており、パティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、第２排気圧センサ１３０、燃料供給装置１４０、及び制御装置（ＥＣＵ）１５０を有している。
【００３１】
図１に示すように、第１排気圧センサ１２０は、排気経路２１のうちパティキュレートフィルタ１１０より上流側（図中左側）の位置に配置されており、パティキュレートフィルタ１１０の上流側の排気圧力である上流側排気圧Ｐ１を測定する。同様に、第２排気圧センサ１３０は、排気経路２１のうちパティキュレートフィルタ１１０より下流側（図中右側）の位置に配置されており、パティキュレートフィルタ１１０の下流側の排気圧力である下流側排気圧Ｐ２を測定する。そして、第１排気圧センサ１２０及び第２排気圧センサ１３０は、制御装置（ＥＣＵ）１５０に接続されており、この制御装置（ＥＣＵ）１５０によって上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰが算出される。
【００３２】
次に、図２（ａ）にパティキュレートフィルタ１１０の正面図、図２（ｂ）にそのＢ−Ｂ断面図を示す。図２（ａ），（ｂ）に示すように、パティキュレートフィルタ１１０は、多孔質材料（例えば、コージェライト）からなる円筒形状のセラミック構造体１１０ｂによって形成されている。その内部は、セル隔壁１１１によって格子状に区切られたハニカム構造をなし（図２（ａ）参照）、排気通路となる複数のセル１１２が設けられている（図２（ｂ）参照）。セル１１２は、下流側の端部が閉塞された流入側セル１１２ｂと上流側の端部が閉塞された流出側セル１１２ｃとからなり、流入側セル１１２ｂと流出側セル１１２ｃとは、フィルタ部となるセル隔壁１１１を介して隣り合っている。
【００３３】
従って、パティキュレートフィルタ１１０の上流側開口部１１３ｂから流入側セル１１２ｂ内に導入された排気は、図２（ｂ）で矢印で示すように、セル隔壁１１１を通過して隣接する流出側セル１１２ｃに流入し、下流側開口部１１３ｃから排出される。このため、排気がセル隔壁１１１を通過する際、排気中のＰＭをセル隔壁１１１で捕らえることができる。
なお、本実施例１のパティキュレートフィルタ１１０では、セル隔壁１１１の平均細孔径は約３０μｍ、気孔率は約６０％となっている。
【００３４】
さらに、パティキュレートフィルタ１１０のセル隔壁１１１の表面及び内部は、多孔質酸化物によって被覆され、この多孔質酸化物に酸化触媒及びＮＯＸ吸蔵材が担持されている。具体的には、セル隔壁１１１の表面及び内部に多孔質酸化物としてγ−Ａｌ２Ｏ３が形成され、このγ−Ａｌ２Ｏ３を担体として、酸化触媒としてＰｔ、ＮＯＸ吸蔵材としてＢａがそれぞれ担持された触媒が形成されている。
【００３５】
このような構成のパティキュレートフィルタ１１０では、排気中に多量の酸素が存在している状態（リーン雰囲気）において、捕集されたＰＭの酸化（燃焼）が促進されると共に、排気中のＮＯＸがＮＯＸ吸蔵材に吸蔵される。また、排気中の酸素濃度が低く還元成分（例えば、ＨＣ）が十分に存在している状態（リッチ雰囲気）では、吸蔵されたＮＯＸが放出されて、排気中の還元成分と反応し、Ｎ２に還元浄化される。さらに、パティキュレートフィルタ内の温度を酸化触媒（Ｐｔ）存在下におけるＰＭの酸化反応（燃焼）温度にまで上昇させることで、捕集したＰＭを酸化（燃焼）させ、パティキュレートフィルタを再生することができる。
【００３６】
具体的には、ディーゼルエンジン２０は、通常、混合気の空燃比が理論空燃比を上回る状態で燃焼するため、排気中に多量の酸素が存在している状態（リーン雰囲気）となっている。このため、通常の運転条件下では、ＰＭの酸化（燃焼）が促進されると共に、排気中のＮＯＸがＮＯＸ吸蔵材に吸蔵される。そして、排気経路２１のうちディーゼルエンジン２０とパティキュレートフィルタ１１０との間に設けられた燃料供給装置１４０（図１参照）から間欠的に燃料を排気中に添加し、リッチ雰囲気とすることで、吸蔵されたＮＯＸが還元浄化される。ところで、このようにＮＯＸが還元されるとき、活性酸素が生成される。この活性酸素は、酸化剤として極めて高い反応性を有しているため、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）の表面及び近傍に堆積しているＰＭの酸化を促進することができる。
【００３７】
次に、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御のフローチャートを図３に示し、再生処理制御の流れ、再生処理方法について説明する。
まず、ステップＳ１において、第１排気圧センサ１２０によって上流側排気圧Ｐ１を測定し、第２排気圧センサ１３０によって下流側排気圧Ｐ２を測定する。次いで、ステップＳ２において、制御演算部（ＥＣＵ）１５０によって、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２が算出される。なお、本実施例１の排気浄化装置１００では、ステップＳ１及びステップＳ２が差圧測定機能に相当する。
【００３８】
ところで、排気浄化装置１００では、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うかどうかの判定値として、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧の基準差圧ΔＰｓが予め設定されている。そして、次のステップＳ３において、制御演算部（ＥＣＵ）１５０によって、ΔＰがΔＰｓに達したかどうかを判定する。ΔＰがΔＰｓに達したと判定した場合には、ステップＳ４に進み、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理の開始が指示される。反対に、ΔＰがΔＰｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例１の排気浄化装置１００では、ステップＳ３が差圧判定機能に相当する。
【００３９】
ここで、本実施例１の排気浄化装置１００におけるパティキュレートフィルタ１１０の再生処理方法について、具体的に説明する。排気浄化装置１００では、図１に示すように、排気経路２１のうちディーゼルエンジン２０とパティキュレートフィルタ１１０との間に燃料供給装置１４０が配置されている。そして、ステップＳ４で、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理の開始が指示された場合、この燃料供給装置１４０から燃料（軽油）が添加され、この燃料を燃焼させることで排気温度を上昇させる。
【００４０】
このようにして、パティキュレートフィルタ１１０内の温度が酸化触媒（Ｐｔ）存在下におけるＰＭの酸化反応（燃焼）温度にまで上昇させると、堆積しているＰＭが酸化（燃焼）するので、パティキュレートフィルタ１１０を再生することができる。このとき、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）に吸蔵されているＮＯＸが還元され、活性酸素が生成されるため、ＰＭの酸化（燃焼）が促進される。なお、本実施例１の排気浄化装置１００では、ステップＳ４が再生時期制御機能に相当する。
【００４１】
ところで、一般に、パティキュレートフィルタの上流側排気圧と下流側排気圧との差圧（圧損）と、パティキュレートフィルタのＰＭ堆積量との間には相関関係が見られる。ここで、本実施例１の排気浄化装置１００におけるパティキュレートフィルタ１１０のＰＭ堆積量Ｃと、差圧ΔＰとの関係を図４のグラフに示す。
なお、ＰＭ堆積量Ｃは、パティキュレートフィルタ１１０のセル隔壁１１１の表面を平滑面（幾何表面）とみなした場合の幾何表面１ｍ２当たりの堆積量（ｇ）で表すことにする。なお、例えば、セル隔壁厚さ１２ｍｉｌ（＝０．３０ｍｍ）、セル密度３００セル／（ｉｎｃｈ）２（＝３００セル／（２５．４ｍｍ）２）のハニカム体１リットルを用いた場合、幾何表面積は約２ｍ２となる。
【００４２】
図４に示すように、パティキュレートフィルタ１１０では、例えば、ＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２となったときには、差圧ΔＰは１０ｋＰａとなる。
このため、排気浄化装置１００において、差圧ΔＰが１０ｋＰａと算出されたときは、ＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２になったと推定することができる。すなわち、排気浄化装置１００では、上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２を測定し、差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出することで、ＰＭ堆積量Ｃを推定することができる。
【００４３】
このような排気浄化装置１００について、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュの堆積量調査を実施した。具体的には、基準差圧ΔＰｓを８ｋＰａ，１０ｋＰａ，１２ｋＰａ，１５ｋＰａ，２０ｋＰａの５種類に設定した排気浄化装置１００をディーゼルエンジン２０（２Ｌの直噴ディーゼルエンジン）の排気経路２１にそれぞれ装着し、１００時間（５０００ｋｍ相当）の運転操作を行った。その後、パティキュレートフィルタ１１０を分解し、アッシュ堆積量Ｄ（ｇ／ｍ２）を測定した。具体的には、まず、パティキュレートフィルタ１１０の中心部分を約２ｇ切り出し、粉砕して加熱溶解（溶解剤を加え、電気炉を用いて、１０００℃の温度で１時間加熱溶解）する。次いで、高周波プラズマ発光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、この溶解物質１００ｍｌ中のＣａ量を分析測定した。このＣａ量からＣａＳＯ４の質量を算出し、ＣａＳＯ４をアッシュとみなしてアッシュ堆積量Ｄ（ｇ／ｍ２）を算出した。アッシュ堆積量Ｄ（ｇ／ｍ２）の測定結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
表１に示すように、基準差圧ΔＰｓを８ｋＰａとして、再生処理を繰り返し行った場合には、アッシュ堆積量Ｄは０．０５ｇ／ｍ２であった。さらに、基準差圧ΔＰｓを１０ｋＰａ，１２ｋＰａ，１５ｋＰａ，２０ｋＰａとした場合では、アッシュ堆積量Ｄはそれぞれ、０．１ｇ／ｍ２，０．３５ｇ／ｍ２，０．５５ｇ／ｍ２，０．６ｇ／ｍ２となった。
【００４６】
ここで、図４のグラフを利用して基準差圧ΔＰｓをＰＭ堆積量Ｃに変換し、ＰＭ堆積量Ｃとアッシュ堆積量Ｄとの関係を図５のグラフに示す。
図５に示すように、排気浄化装置１００では、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにした場合（基準差圧ΔＰｓを１０ｋＰａ以下に設定した場合）には、アッシュの堆積量Ｄを極めて微量にすることができることがわかる。一方、ＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２を超えてから再生処理を繰り返し行うようにした場合（基準差圧ΔＰｓを１０ｋＰａより大きい値に設定した場合）には、アッシュの堆積量Ｄが急激に増加することがわかる。
【００４７】
これは、ＰＭ堆積量Ｃが少ない段階でパティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うことで、多くのアッシュがパティキュレートフィルタ１１０を通過してしまうからであると考えられる。具体的には、図２のＦ部の拡大図を図６（ａ）に示すように、ＰＭ１２の堆積量が少ない状態が維持されるために、多くのアッシュ１１がセル隔壁１１１を構成する基材（コージェライト）１１１ｂの間隙を通過してしまうと考えられる。
【００４８】
一方、ＰＭ推定堆積量が１ｇ／ｍ２を超えてから再生処理を行うようにした場合には、アッシュがＰＭ層（大量のＰＭが堆積して形成された層）にトラップされてしまい、パティキュレートフィルタを通過できなくなってしまうと考えられる。具体的には、図２のＦ部の拡大図を図６（ｂ）に示すように、大量のＰＭ１２が堆積することでＰＭ層１２ｂが形成され、セル隔壁１１１を構成する基材（コージェライト）１１１ｂの間隙を閉塞してしまう。このため、アッシュ１１がＰＭ層１２ｂにトラップされてしまい、パティキュレートフィルタ１１０を通過できなくなってしまうと考えられる。
【００４９】
以上より、排気浄化装置１００では、基準差圧ΔＰｓをＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２となった場合に生じる第１差圧以下の値、具体的には１０ｋＰａ以下の値に設定することで、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュ堆積量Ｄを抑制し、パティキュレートフィルタ１１０での排気圧力損失を抑制することができる。
【００５０】
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例である排気浄化装置２００について、図面を参照しつつ説明する。本実施例２の排気浄化装置２００は、実施例１の排気浄化装置１００と比較して、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うかどうかの判定対象が異なる。実施例１と異なる部分を中心に説明し、同様な部分については、説明を省略または簡略化する。
【００５１】
本実施例２の排気浄化装置２００は、図１に示すように、実施例１の排気浄化装置１００と同様のパティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、第２排気圧センサ１３０、及び燃料供給装置１４０と、実施例１の排気浄化装置１００と異なる制御演算部（ＥＣＵ）２５０とを有している。本実施例２の制御演算部（ＥＣＵ）２５０は、実施例１の制御演算部（ＥＣＵ）１５０と比較して、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御プログラムが異なる。
【００５２】
次に、本実施例２の排気浄化装置２００における、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御のフローチャートを図７に示し、再生処理制御の流れ、再生処理方法について説明する。
まず、実施例１の排気浄化装置１００と同様に、ステップＳ１において、上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２を測定し、ステップＳ２において、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出する。
【００５３】
次いで、ステップＴ３において、制御演算部（ＥＣＵ）２５０によって、差圧ΔＰをＰＭ推定堆積量（パティキュレートフィルタ１１０に堆積したと推定されるＰＭの堆積量）Ｃｐに変換する。具体的には、図４に示したパティキュレートフィルタ１１０の特性（ＰＭ堆積量Ｃと差圧ΔＰとの関係）を基に作成した変換マップを利用して、差圧ΔＰをＰＭ推定堆積量Ｃｐに変換する。なお、本実施例２の排気浄化装置２００では、ステップＳ１〜Ｔ３が堆積量推定機能に相当する。
【００５４】
ところで、排気浄化装置２００では、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理を行うかどうかの判定値として、ＰＭ堆積基準値Ｃｓが予め設定されている。そして、次のステップＴ４において、制御演算部（ＥＣＵ）２５０によって、ＰＭ推定堆積量ＣｐがＰＭ堆積基準値Ｃｓに達したかどうかを判定する。その後は実施例１と同様に、ＣｐがＣｓに達したと判定した場合には、ステップＳ４に進み、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理の開始が指示される。反対に、ＣｐがＣｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例２の排気浄化装置２００では、ステップＴ４が堆積量判定機能、ステップＳ４が再生時期制御機能に相当する。
【００５５】
このような排気浄化装置２００においても、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２を超えない範囲で、再生処理を繰り返し行うようにした場合には、アッシュの堆積量Ｄを極めて微量にすることができる（図５参照）。すなわち、ＰＭ堆積基準値Ｃｓを１ｇ／ｍ２以下の値に設定することで、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュ堆積量を抑制し、パティキュレートフィルタ１１０での排気圧力損失を抑制することができる。
【００５６】
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例である内燃機関制御装置３００について、図面を参照しつつ説明する。
図８に本実施例３の内燃機関制御装置３００の構成を示す。排気浄化装置３００は、実施例１，２と同様のパティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、及び第２排気圧センサ１３０を有し、さらに、ディーゼルエンジン３６０及び制御演算部（ＥＣＵ）３５０を有している。
【００５７】
本発明の内燃機関制御装置３００でも、実施例１の排気浄化装置１００と同様に、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、第１排気圧センサ１２０で測定した上流側排気圧Ｐ１と第２排気圧センサ１３０で測定した下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰが算出される。
また、内燃機関制御装置３００では、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態が制御される。具体的には、ディーゼルエンジン３６０の燃料噴射バルブ３６１の燃料噴射時期を遅延（リタード）させたり、あるいは、通常の燃料噴射の後さらに燃料噴射（ポストインジェクション）が行われる（図８参照）。このように制御することで、排気経路２１内の排気温度を上昇させることができ、実施例１，２と同様に、パティキュレートフィルタ１１０を再生処理することができる。
【００５８】
ここで、内燃機関制御装置３００の燃焼状態制御のフローチャートを図９に示し、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れについて説明する。
まず、ステップＳ１において、実施例１と同様に、第１排気圧センサ１２０によって上流側排気圧Ｐ１を測定し、第２排気圧センサ１３０によって下流側排気圧Ｐ２を測定する。次いで、ステップＳ２において、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、実施例１と同様に、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２が算出される。なお、本実施例３の内燃機関制御装置３００でも、ステップＳ１及びステップＳ２が差圧測定機能に相当する。
【００５９】
ところで、内燃機関制御装置３００でも、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態を変更するかどうかの判定値として、実施例１と同様に、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧の基準差圧ΔＰｓが予め設定されている。そして、次のステップＳ３において、制御演算部（ＥＣＵ）３５０によって、ΔＰがΔＰｓに達したかどうかを判定する。ΔＰがΔＰｓに達したと判定した場合には、ステップＵ４に進み、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態が変更される。反対に、ΔＰがΔＰｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例３の内燃機関制御装置３００では、ステップＳ３が差圧判定機能に相当する。
【００６０】
ステップＵ４では、例えば、ディーゼルエンジン３６０の燃料噴射バルブ３６１の燃料噴射時期を遅延（リタード）させる。あるいは、通常の燃料噴射の後にさらに燃料噴射（ポストインジェクション）を行う。このようにすることで、排気経路２１内の排気温度を上昇させることができ、実施例１，２と同様に、パティキュレートフィルタ１１０を再生処理することができる。なお、本実施例３の内燃機関制御装置３００では、ステップＵ４が排気温度制御機能に相当する。
【００６１】
さらに、このような内燃機関制御装置３００においても、実施例１と同様に、基準差圧ΔＰｓをＰＭ堆積量Ｃが１ｇ／ｍ２となった場合に生じる第１差圧以下の値、具体的には１０ｋＰａ以下の値に設定することで、パティキュレートフィルタ１１０に堆積するアッシュ堆積量Ｄを抑制し、パティキュレートフィルタ１１０での排気圧力損失を抑制することができる。
【００６２】
なお、本実施例３においても、例えば、別途設けた燃料供給装置３４０（図８参照）から間欠的に燃料を排気中に添加し、リッチ雰囲気とすることで、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵されていたＮＯＸを還元浄化できる。さらには、ＮＯＸが還元されるときに生成される活性酸素によって、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）の表面及び近傍に堆積しているＰＭの酸化を促進することもできる。
【００６３】
（実施例４）
次に、本発明の第４の実施例である内燃機関制御装置４００について、図面を参照しつつ説明する。本実施例４の排気浄化装置４００は、実施例３の内燃機関制御装置３００と比較して、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態を変更するかどうかの判定対象が異なる。具体的には、実施例２と同様の判定対象に変更したものである。
【００６４】
本実施例４の内燃機関制御装置４００は、図８に示すように、実施例３と同様のパティキュレートフィルタ１１０、第１排気圧センサ１２０、第２排気圧センサ１３０、及びディーゼルエンジン３６０と、実施例３と異なる制御演算部（ＥＣＵ）４５０とを有している。本実施例４の制御演算部（ＥＣＵ）４５０は、実施例３の制御演算部（ＥＣＵ）３５０と比較して、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御プログラムが異なる。
【００６５】
ここで、本実施例４の内燃機関制御装置４００における燃焼状態制御のフローチャートを図１０に示し、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れについて説明する。
まず、実施例３と同様に、ステップＳ１において、上流側排気圧Ｐ１及び下流側排気圧Ｐ２を測定し、ステップＳ２において、上流側排気圧Ｐ１と下流側排気圧Ｐ２との差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を算出する。
【００６６】
次いで、ステップＴ３において、制御演算部（ＥＣＵ）４５０によって、実施例２と同様にして、差圧ΔＰをＰＭ推定堆積量Ｃｐに変換する。なお、本実施例４の内燃機関制御装置４００では、ステップＳ１〜Ｔ３が堆積量推定機能に相当する。次いで、ステップＴ４において、制御演算部（ＥＣＵ）４５０によって、実施例２と同様にして、ＰＭ推定堆積量ＣｐがＰＭ堆積基準値Ｃｓに達したかどうかを判定する。その後は、実施例３と同様に、ＣｐがＣｓに達したと判定した場合には、ステップＵ４に進み、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態が変更される。反対に、ＣｐがＣｓに達していないと判定した場合には、再びステップＳ１に戻る。なお、本実施例４の内燃機関制御装置４００では、ステップＴ４が堆積量判定機能、ステップＵ４が排気温度制御機能に相当する。
【００６７】
なお、本実施例４においても、例えば、別途設けた燃料供給装置３４０（図８参照）から間欠的に燃料を排気中に添加し、リッチ雰囲気とすることで、ＮＯＸ吸蔵材に吸蔵されていたＮＯＸを還元浄化することができる。さらには、ＮＯＸが還元されるときに生成される活性酸素によって、ＮＯＸ吸蔵材（Ｂａ）の表面及び近傍に堆積しているＰＭの酸化を促進することもできる。
【００６８】
以上において、本発明を実施例１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の排気浄化装置１００及び実施例２の排気浄化装置２００を模式的に表した説明図である。
【図２】パティキュレートフィルタ１１０を示す図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【図３】実施例１の排気浄化装置１００における、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】ＰＭ堆積量Ｃと差圧ΔＰとの関係を示すグラフである。
【図５】ＰＭ堆積量Ｃとアッシュ堆積量Ｄとの関係を示すグラフである。
【図６】図２のＦ部拡大図であり、（ａ）はアッシュ１１がＰＭ１２にトラップされない状態、（ｂ）はアッシュ１１がＰＭ層１２ｂにトラップされた状態を示す説明図である。
【図７】実施例２の排気浄化装置２００における、パティキュレートフィルタ１１０の再生処理制御の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施例３の内燃機関制御装置３００及び実施例４の内燃機関制御装置４００を模式的に表した説明図である。
【図９】実施例３の内燃機関制御装置３００における、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施例４の内燃機関制御装置４００における、ディーゼルエンジン３６０の燃焼状態制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００，２００ 排気浄化装置
１１０ パティキュレートフィルタ
１１０ｂ セラミック構造体
１１１ セル隔壁（フィルタ部）
１１１ｂ 基材（コージェライト）
１１２ｂ 流入側セル
１１２ｃ 流出側セル
１２０ 第１排気圧センサ（差圧測定手段）
１３０ 第２排気圧センサ（差圧測定手段）
１４０ 燃料供給装置（再生処理手段）
３００，４００ 内燃機関制御装置
１１ アッシュ
１２ ＰＭ
１２ｂ ＰＭ層
Claims (8)
- 内燃機関の排気経路に設けられ、排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置であって、
該パティキュレートフィルタの該フィルタ部に堆積した微粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定機能と、
推定された微粒子状物質の推定堆積量が、予め設定した堆積基準値に達したかどうかを判定する堆積量判定機能と、
微粒子状物質の推定堆積量が該堆積基準値に達したと判定した場合に、該パティキュレートフィルタの再生処理を行う再生時期制御機能と、
を有し、
該堆積基準値が、該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定されていること
を特徴とする排気浄化装置。 - 内燃機関の排気経路に設けられ、排気中の微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置であって、
該パティキュレートフィルタより上流側の排気圧力である上流側排気圧と、下流側の排気圧力である下流側排気圧との差圧を測定する差圧測定機能と、
測定された差圧が、予め設定した基準差圧に達したかどうかを判定する差圧判定機能と、
上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が該基準差圧に達したと判定した場合に、該パティキュレートフィルタの再生処理を行う再生時期制御機能と、
を有し、
該基準差圧は、微粒子状物質が該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定されていること
を特徴とする排気浄化装置。 - 前記セラミック構造体は、セル隔壁によって区画された複数のセルを有するハニカム体であって、
前記フィルタ部は、排気下流側が閉塞された流入側セルと、排気上流側が閉塞された流出側セルとを区画する該セル隔壁からなる
請求項１又は２に記載の排気浄化装置。 - 前記酸化触媒は貴金属である
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。 - 前記フィルタ部の表面及び／又は内部に、前記酸化触媒を担持した多孔質酸化物を含んでなる触媒層が形成されている
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の排気浄化装置。 - 前記触媒層は、さらに、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及び希土類元素から選ばれる少なくとも１種からなるＮＯＸ吸蔵材を含む
請求項５に記載の排気浄化装置。 - 微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタが排気経路に設けられた内燃機関制御装置であって、
該パティキュレートフィルタの該フィルタ部に堆積した微粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定機能と、
推定された微粒子状物質の推定堆積量が、予め設定した堆積基準値に達したかどうかを判定する堆積量判定機能と、
微粒子状物質の推定堆積量が該堆積基準値に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能と、
を有し、
該堆積基準値が、該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２以下の値に設定されていること
を特徴とする内燃機関制御装置。 - 微粒子状物質を捕集するフィルタ部を有するセラミック構造体及び酸化触媒を含むパティキュレートフィルタが排気経路に設けられた内燃機関制御装置であって、
該パティキュレートフィルタより上流側の排気圧力である上流側排気圧と、下流側の排気圧力である下流側排気圧との差圧を測定する差圧測定機能と、
測定された差圧が、予め設定した基準差圧に達したかどうかを判定する差圧判定機能と、
上流側排気圧と下流側排気圧との差圧が該基準差圧に達したと判定した場合に、内燃機関の燃焼状態を変化させて排気温度を上昇させる排気温度制御機能と、
を有し、
該基準差圧は、微粒子状物質が該フィルタ部の幾何表面積に対して１ｇ／ｍ２堆積した場合に生じる第１差圧以下の値に設定されていること
を特徴とする内燃機関制御装置。
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| DE102008016858A1 (de) | 2007-04-02 | 2008-10-16 | Fuji Jukogyo K.K. | Abgasreinigungsanlage für Verbrennungsmotor |
| JP2009024559A (ja) * | 2007-07-18 | 2009-02-05 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の排気浄化システム |
| WO2010110010A1 (ja) * | 2009-03-26 | 2010-09-30 | 日本碍子株式会社 | ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法 |
-
2003
- 2003-05-15 JP JP2003137425A patent/JP4085884B2/ja not_active Expired - Fee Related
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