JP2006112252A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの酸化率に応じて適切なＰＭ強制再生処理を行える技術を提供することを課題とする。
【解決手段】 本発明は、パティキュレートフィルタのＰＭ強制再生処理を所定期間毎に実行する内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの高酸化率部位に捕集されているＰＭ量（ΣＰＭｐ）と低酸化率部位に捕集されているＰＭ量（ΣＰＭｆ）を各々演算し、ＰＭ強制再生処理実行開始時点で高酸化率部位のＰＭ捕集量（ΣＰＭｐ）が多く且つ低酸化率部位のＰＭ捕集量（ΣＰＭｆ）が少なければ、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度を低酸化率部位のＰＭが酸化可能な温度（Ｔｅｍｐ２）より低い温度（Ｔｅｍｐ１）に設定することを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、パティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、特にパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生する技術に関する。

近年、車両などに搭載される内燃機関の排気浄化装置として、パティキュレートフィルタを備えたものが普及してきている。パティキュレートフィルタが捕集可能なパティキュレート（以下、ＰＭと記す）の量には限りがあるため、パティキュレートフィルタを所定の目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭを酸化除去するＰＭ強制再生処理が必要となる。

上記したような要求に対し、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を逐次推定するとともに、その推定値が所定の上限量以上となった時にＰＭ強制再生処理を開始し、前記推定値が所定の下限値以下となった時にＰＭ強制再生処理を終了する提案されている（たとえば、特許文献１を参照）
特公平５−５０５７１号公報 特許第３１９９９７０号公報 特開２００３−１６６４１２号公報 特許第２６２３８７９号公報

ところで、ＰＭの酸化率はパティキュレートフィルタの部位毎に異なる場合がある。しかしながら、前述したような従来の技術ではパティキュレートフィルタの部位毎にＰＭ酸化率が異なる点が考慮されていないため、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度やＰＭ強制再生処理の実行時期が不適切となる可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされてものであり、その目的はパティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの酸化率に応じて適切なＰＭ強制再生処理を行える技術を提供する点にある。

本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。本発明の特徴は、パティキュレートフィルタを昇温させるためのＰＭ強制再生処理を行うことにより該パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを強制的に酸化除去する内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭ量をＰＭ酸化率が異なる部位毎に求め、各部位のＰＭ捕集量に応じてＰＭ強制再生処理の目標フィルタ温度や実行時期を変更する点にある。

例えば、本発明は、パティキュレートフィルタを目標フィルタ温度まで昇温させるためのＰＭ強制再生処理が所定期間毎に行われる内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量をＰＭ酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、ＰＭ強制再生処理の実行を開始する時点で酸化率が高い部位（以下、高酸化率部位と称する）の捕集量が多く且つ酸化率が低い部位（以下、低酸化率部位と称する）の捕集量が少なくなるほどＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度を低くするようにしてもよい。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置は、所定期間毎にＰＭ強制再生処理を実行する。ＰＭ強制再生処理が開始される際に高酸化率部位のＰＭ捕集量が多く且つ低酸化率部位のＰＭ捕集量が少なければ、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度は低く設定される。

高酸化率部位に捕集されたＰＭは低酸化率部位に捕集されたＰＭより低い温度で酸化される。このため、ＰＭ強制再生処理が開始される際に高酸化率部位のＰＭ捕集量が多く且つ低酸化率部位のＰＭ捕集量が少なければ、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低くされてもパティキュレートフィルタに捕集された大部分のＰＭが酸化されるため、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力が必要十分に再生される。

ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低く抑えられると、パティキュレートフィルタが高温に曝されなくなるため、該パティキュレートフィルタの耐久性を向上させることが可能となる。更に、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低く抑えられると、パティキュレートフィルタを目標フィルタ温度まで昇温させる際に必要となるエネルギが少なくなるため、内燃機関の燃費を向上させることも可能となる。

従って、パティキュレートフィルタの再生効率の低下を抑えつつパティキュレートフィルタの耐久性や内燃機関の燃費を向上させることが可能となる。

一方、ＰＭ強制再生処理が開始される際に高酸化率部位のＰＭ捕集量が少なく且つ低酸化率部位のＰＭ捕集量が多いと、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が高く設定される。この場合、高酸化率部位に捕集されているＰＭに加え、低酸化率部位に捕集されているＰＭも酸化され得るようになる。その結果、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力が好適に再生される。

尚、低酸化率部位の捕集量がある程度多くなった場合は、高酸化率部位の捕集量にかかわらず目標フィルタ温度が高くされるようにしてもよい。例えば、ＰＭ強制再生処理実行開始時において低酸化率部位の捕集量が零である時は目標フィルタ温度を高酸化率部位のＰＭが酸化可能な温度に抑え、低酸化率部位の捕集量が零より多い時は目標フィルタ温度を低酸化率部位のＰＭが酸化可能な温度まで高めるようにしてもよい。

これは、低酸化率部位の捕集量がある程度多くなった場合に、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低く設定されると、低酸化率部位に捕集されている比較的多量のＰＭが酸化されずに残留してしまうからである。

次に、本発明は、ＰＭ捕集量が所定量を超えた時にＰＭ強制再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量をパティキュレートの酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、高酸化率部位のＰＭ捕集量が第１所定量を超えた時にパティキュレートフィルタを第１目標フィルタ温度まで昇温させる第１ＰＭ強制再生処理を行う第１再生手段と、低酸化率部位のＰＭ捕集量が第２所定量を超えた時にパティキュレートフィルタを第１目標フィルタ温度より高い第２目標フィルタ温度まで昇温させる第２ＰＭ強制再生処理を行う第２再生手段と、を備えるようにしてもよい。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、低酸化率部位のＰＭ捕集量が第２所定量を越えるより先に高酸化率部位のＰＭ捕集量が第１所定量を超えると、第１再生手段が第１ＰＭ強制再生処理を実行する。一方、高酸化率部位のＰＭ捕集量が第１所定量を超えるより先に低酸化率部位のＰＭ捕集量が第２所定量を超えると、第２再生手段が第２ＰＭ強制再生処理を実行する。

第２ＰＭ強制再生処理が行われた場合には、パティキュレートフィルタが比較的高い温度域まで昇温されるため、低酸化率部位に捕集されたＰＭを酸化させることが可能となる。

第１ＰＭ強制再生処理が行われた場合には、パティキュレートフィルタの温度が第２ＰＭ強制再生処理より低い温度に抑えられるため、パティキュレートフィルタを高温に曝すことなく高酸化率部位に捕集されたＰＭを酸化させることが可能となる。更にパティキュレートフィルタの再生に起因した燃費の低下を抑制することも可能となる。

従って、パティキュレートフィルタにおいてＰＭ酸化率が異なる部位毎のＰＭ捕集量に応じてＰＭ強制再生処理の目標フィルタ温度や実行時期を変更することにより、パティキュレートフィルタが高温に曝される機会を減少させつつパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させることが可能となる。

ここで、第２所定量は、第１所定量より少なく設定されるようにしてもよい。第２所定量が第１所定量より少なく設定されると、低酸化率部位のＰＭ捕集量が比較的多い時に第１ＰＭ強制再生処理が行われる可能性が低くなる。その結果、パティキュレートフィルタの再生効率低下を抑えることが可能となる。

本発明における捕集量演算手段は、高酸化率部位の捕集量を減算する時に、低酸化率部位の捕集量を減算する時に比べて減算量を多くするようにしてもよい。これは、高酸化率部位に捕集されたＰＭは、低酸化率部位に捕集されたＰＭに比べ、低い温度で酸化されるとともに酸化速度も速くなるからである。

本発明に係るパティキュレートフィルタとしては、多孔質から形成されるパティキュレートフィルタを例示することができる。この場合、酸化率が高い部位は基材の孔内及び孔近傍の基材表面であり、酸化率が低い部位は基材表面のうち孔近傍の部位を除いた部位である。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭ量をＰＭ酸化率が異なる部位毎に求め、各部位のＰＭ捕集量に応じてＰＭ強制再生処理の実行方法を変更することにより、ＰＭ強制再生処理に起因したパティキュレートフィルタの耐久性低下や内燃機関の燃費低下を抑制しつつパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させることが可能となる。

以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図１において、内燃機関１は、軽油を燃料として運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は、複数のシリンダ２を有し、各シリンダ２にはシリンダ２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。

内燃機関１には吸気通路４が接続されている。吸気通路４には遠心過給器（ターボチャ
ージャ）５のコンプレッサハウジング５０が配置されている。コンプレッサハウジング５０より上流の吸気通路４にはエアフローメータ６が配置されている。コンプレッサハウジング５０より下流の吸気通路４には給気冷却器（インタークーラ）７が配置されている。インタークーラ７より下流の吸気通路４には吸気絞り弁８が配置されている。

また、内燃機関１には排気通路９が接続されている。排気通路９の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５１が配置されている。タービンハウジング５１より下流の排気通路９にはパティキュレートフィルタ１０が配置されている。

パティキュレートフィルタ１０は、図２に示すように、下流端が閉塞された流路１０ａと上流端が閉塞された流路１０ｂが交互に隣接するよう配置されるとともに、流路１０ａと流路１０ｂの隔壁が多孔質の基材で形成されるウォールフロー型のパティキュレートフィルタである。前記した基材には、酸化能を有する触媒が担持されている。

ここで図１に戻り、タービンハウジング５１より上流の排気通路９には、該排気通路９内を流れる排気中へ燃料を添加する燃料添加弁１１が配置されている。パティキュレートフィルタ１０より下流の排気通路９には、排気温度センサ１２が配置されている。更に、排気通路９には、パティキュレートフィルタ１０より上流の排気圧力と下流の排気圧力との差圧（以下、フィルタ前後差圧と称する）を検出する差圧センサ１３が設けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される算術論理演算回路である。

ＥＣＵ１４は、上記したエアフローメータ６、排気温度センサ１２、差圧センサ１３等の各種センサと電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１４は、燃料噴射弁３、吸気絞り弁８、燃料添加弁１１等と電気的に接続されている。

このように構成された内燃機関１では、ＥＣＵ１４が燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となるＰＭ再生制御を実行する。

ＰＭ再生制御では、ＥＣＵ１４は、ＰＭ強制再生処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。本実施例におけるＰＭ強制再生処理実行条件は、前回のＰＭ強制再生処理実行時からの経過時間が一定時間以上である、前回のＰＭ強制再生処理実行時からの車両走行距離が一定距離以上である等を例示することができる。

ＥＣＵ１４は、上記したようなＰＭ強制再生処理実行条件が成立していると判定した場合に、ＰＭ強制再生処理を実行する。ＰＭ強制再生処理では、ＥＣＵ１４は、吸気絞り弁８の開度を減少させるとともに燃料添加弁１１から排気中へ燃料を添加させることにより、パティキュレートフィルタ１０をＰＭ酸化可能な温度域まで昇温させる。パティキュレートフィルタ１０がＰＭ酸化可能な温度域まで昇温させられると、該パティキュレートフィルタ１０に捕集されていたＰＭが酸化及び除去される。

ところで、パティキュレートフィルタ１０に捕集されたＰＭの酸化率は、その捕集部位によって異なる。例えば、パティキュレートフィルタ１０の細孔１０ｄ内や細孔１０ｄ近傍の部位はＰＭ酸化率が高く、細孔１０ｄから離れた部位（流路１０ａ、１０ｂ内の中心寄りの部位）はＰＭ酸化率が低くなる。

ここで、パティキュレートフィルタ１０に捕集されたＰＭの酸化状態について図３に基
づいて述べる。図３の（ａ）は、パティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集能力が飽和する直前の流路１０ａの状態を示している。図３（ａ）中の塗りつぶし部分は、捕集されたＰＭを示している。この場合、細孔１０ｄ内にＰＭが捕集されている上、隔壁１０ｃの表面（流路１０ａ内）にもＰＭが堆積している。

図３の（ｂ）は、ＰＭ強制再生処理実行開始後の比較的早い時期における流路１０ａの状態を示している。この場合、細孔１０ｄ内や細孔１０ｄ近傍に捕集されていたＰＭが酸化除去され、細孔１０ｄから離れた部分（言い換えれば、流路１０ａ内の中心寄りの部分）に捕集されいるＰＭは酸化されずに残留している。

このように細孔１０ｄ内や細孔１０ｄ近傍に捕集されたＰＭは、隔壁１０ｃの表面に堆積したＰＭより酸化され易い。具体的には、隔壁１０ｃの表面に堆積したＰＭは６００〜７００℃の雰囲気に曝されなければ酸化しづらいが、細孔１０ｄ内や細孔１０ｄ近傍に捕集されたＰＭは５００℃〜５５０℃程度の雰囲気に曝されれば十分に酸化され得る。

これは、細孔１０ｄ内や細孔１０ｄ近傍に捕集されたＰＭはパティキュレートフィルタ１０に担持された酸化触媒の酸化作用を受け易いが、流路１０ａ内の中心寄りに捕集されたＰＭは酸化触媒の酸化作用を受け難いためであると考えられる。

本実施例では、細孔１０ｄ内及び細孔１０ｄ近傍（高酸化率部位）に捕集されたＰＭ量と、流路１０ａ、１０ｂ（低酸化率部位）に捕集されたＰＭ量とを個別に求め、ＰＭ強制再生処理実行開始時における各部位のＰＭ捕集量に応じてＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度を変更するようにした。

先ず、細孔１０ｄ内及び細孔１０ｄ近傍（以下、単に細孔１０ｄ内と記す）のＰＭ捕集量と流路１０ａ、１０ｂ内のＰＭ捕集量を個別に求める方法について述べる。

パティキュレートフィルタ１０内を流れる排気は、流路１０ａから細孔１０ｄを経て流路１０ｂへ流れる。細孔１０ｄの通路断面積は流路１０ａに比べて極めて小さいため、排気中のＰＭは流路１０ａ内に比べて細孔１０ｄ内に捕集され易くなる。

従って、パティキュレートフィルタ１０がＰＭを捕集する場合に、排気中のＰＭは先ず細孔１０ｄ内に捕集される。続いて、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集能力が飽和すると、排気中のＰＭが流路１０ａ内に捕集されるようになる。この傾向は、本実施例で例示したようなウォールフロー型のパティキュレートフィルタにおいて顕著となる。

尚、ウォールフロー型のパティキュレートフィルタでは、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集能力が飽和した後は、排気中に含まれるＰＭの大部分が流路１０ａ内に捕集され、流路１０ｂ内には殆ど捕集されない。このため、以下では、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集能力が飽和した後は、排気中に含まれるＰＭの略全てが流路１０ａ内に捕集されると仮定して説明を進める。

上記したようにパティキュレートフィルタ１０がＰＭを捕集する過程では、フィルタ前後差圧がパティキュレートフィルタ１０全体のＰＭ捕集量が増加するほど大きくなるが、細孔１０ｄ内にＰＭが捕集される過程と流路１０ａ内にＰＭが捕集される過程とではフィルタ前後差圧の増加率が異なる。

図４は、フィルタ前後差圧とパティキュレートフィルタ１０全体の総ＰＭ捕集量との関係を示す図である。図４中のＤｐ０はパティキュレートフィルタ１０の総ＰＭ捕集量が零であるときのフィルタ前後差圧を示し、Ｄｐｓは細孔１０ｄ内のＰＭ捕集能力が飽和した
時のフィルタ前後差圧（以下、基準フィルタ前後差圧と称する）を示し、更にΣＰＭｓはフィルタ前後差圧が基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓであるときの総ＰＭ捕集量であって細孔１０ｄ内に捕集可能なＰＭ捕集量の最大値（以下、細孔内最大捕集量と称する）を示している。

フィルタ前後差圧が基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓ以下である時（細孔１０ｄ内にＰＭが捕集される過程）は、フィルタ前後差圧が急激に増加している。これに対し、フィルタ前後差圧が基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓより高くなった時（流路１０ａ内にＰＭが捕集される過程）は、フィルタ前後差圧が穏やかに増加している。

従って、基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓを予め実験的に求めておき、ＰＭ強制再生処理実行開始時における差圧センサ１３の出力信号値と前記基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓとを比較することにより、細孔１０ｄ内のみにＰＭが捕集されているか、或いは細孔１０ｄ内と流路１０ａ内の双方にＰＭが捕集されているかを判別することができる。

具体的には、ＰＭ強制再生処理実行開始時における差圧センサ１３の出力信号値が基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓ以下である時は細孔１０ｄ内のみにＰＭが捕集されていると判定することができるとともに、差圧センサ１３の出力信号値が基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓより高い時は細孔１０ｄ内と流路１０ａ内の双方にＰＭが捕集されている判定することができる。

差圧センサ１３の出力信号値が基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓ以下である時は、パティキュレートフィルタ１０の総ＰＭ捕集量を細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量とみなすことができるとともに、流路１０ａ内のＰＭ捕集量が零であるとみなすことができる。一方、差圧センサ１３の出力信号値が基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓより大きい時は、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量が細孔内最大捕集量ΣＰＭｓと等しく且つ流路１０ａ内のＰＭ捕集量が総ＰＭ捕集量から細孔内最大捕集量ΣＰＭｓを減算した量に等しいとみなすことができる。

尚、ＰＭ強制再生処理が実行されていない時であっても内燃機関１が高負荷運転されると、排気温度が５００℃以上まで上昇する場合がある。このような場合には、パティキュレートフィルタ１０に捕集されたＰＭが酸化されるため、ＰＭ捕集量を減算処理する必要がある。

例えば、排気温度が細孔１０ｄ内のＰＭが酸化可能な温度以上であり且つ流路１０ａ内のＰＭが酸化可能な温度未満である場合は、流路１０ａ内のＰＭが酸化されずに細孔１０ｄ内のＰＭのみが酸化される。そこで、ＥＣＵ１４は、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量のみを減算処理する。

また、排気温度が流路１０ａ内のＰＭが酸化可能な温度以上である場合は、細孔１０ｄ内と流路１０ａ内の双方のＰＭが酸化される。そこで、ＥＣＵ１４は、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量と流路１０ａ内のＰＭ捕集量とを減算処理する。

但し、細孔１０ｄ内のＰＭは流路１０ａ内のＰＭに比して酸化率が高いため、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量を減算する場合には流路１０ａ内のＰＭ捕集量を減算する場合より減算量を多くする。

ＰＭ強制再生処理実行開始時における各部位の捕集量が求められると、ＥＣＵ１４は、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量と流路１０ａ内のＰＭ捕集量とに基づいて目標フィルタ温度を設定する。

例えば、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量が多く且つ流路１０ａ内のＰＭ捕集量が少ない時は、細孔１０ｄ内のＰＭのみを酸化除去することによりパティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集能力を必要十分に再生させることができる。このため、ＥＣＵ１４は、細孔１０ｄ内のＰＭ捕集量が多く且つ流路１０ａ内のＰＭ捕集量が少ない場合は、目標フィルタ温度を細孔１０ｄ内のＰＭが酸化可能な温度（例えば、５００℃〜５５０℃）に設定する。

この場合、パティキュレートフィルタ１０の温度を低く抑えつつパティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集能力を再生させることができる。このため、パティキュレートフィルタ１０が不要に高い温度まで昇温させられることがなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ１０の耐久性を向上させることができるとともに、パティキュレートフィルタ１０の昇温に要する燃料消費量を低減させることができる。

また、流路１０ａ内のＰＭ捕集量がある程度多くなった場合には、ＥＣＵ１４は、目標フィルタ温度を流路１０ａ内のＰＭが酸化可能な温度（例えば、６００℃〜７００℃）まで高める。

この場合、細孔１０ｄ内に捕集されているＰＭに加え、流路１０ａ内に捕集されているＰＭも酸化されるため、パティキュレートフィルタ１０に捕集されている略全てのＰＭを酸化除去することが可能となる。

以下、本実施例におけるＰＭ再生制御について図５、図６に沿って説明する。図５はパティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集量を演算するためのルーチンを示すフローチャートであり、図６はＰＭ強制再生処理の目標フィルタ温度を設定するためのルーチンを示すフローチャートである。これらのルーチンは、ＥＣＵ１４のＲＯＭに予め記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１４によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。

先ず、図５のルーチンにおいて、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０１で排気温度センサ１２の出力信号値Ｔｅｘが第１の温度Ｔ１より低いか否かを判別する。第１の温度Ｔ１は、細孔１０ｄ内に捕集されたＰＭが酸化可能な温度の下限値である。

前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０２において差圧センサ１３の出力信号値（フィルタ前後差圧）Ｄｐを読み込む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０２で読み込まれたフィルタ前後差圧Ｄｐと前述した図４に示すようなマップに基づいてパティキュレートフィルタ１０の総ＰＭ捕集量ΣＰＭを算出する。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１４は、前記Ｓ１０２で読み込まれたフィルタ前後差圧Ｄｐが基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓ以下であるか否かを判別する。

前記Ｓ１０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０５へ進み、前記Ｓ１０３で算出された総ＰＭ捕集量ΣＰＭを細孔１０ｄ内に捕集されているＰＭ量（以下、細孔内捕集量と称する）ΣＰＭｐとして設定するとともに、流路１０ａ内に捕集されているＰＭ量（以下、流路内捕集量と称する）ΣＰＭｆを零に設定する。

前記Ｓ１０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０６へ進み、基準フィルタ前後差圧Ｄｐｓに対応したＰＭ捕集量ΣＰＭ（＝細孔内最大捕集量ΣＰＭｓ）を細孔内捕集量ΣＰＭｐとして設定するとともに、前記Ｓ１０３で算出された総ＰＭ捕集量ΣＰＭから細孔内最大捕集量ΣＰＭｓを減算して得られる量△ΣＰＭ（＝ΣＰＭ−ΣＰＭｓ）を流路内捕集量ΣＰＭｆとして設定する。

また、前記Ｓ１０１において否定判定された場合（Ｔｅｘ≧Ｔ１）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０７へ進み、排気温度Ｔｅｘが第２の温度Ｔ２より低いか否かを判別する。第２の温度Ｔ２は、流路１０ａ内に捕集されたＰＭが酸化可能な温度の下限値である。

前記Ｓ１０７において肯定判定された場合（Ｔｅｘ＜Ｔ２）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０８へ進み、細孔内捕集量ΣＰＭｐの減算処理を行う。その際、単位時間当たりに酸化されるＰＭ量は排気温度Ｔｅｘに応じて変化するため、排気温度Ｔｅｘをパラメータとして減算量が決定されるようにしてもよい。

また、前記Ｓ１０７において否定判定された場合（Ｔｅｘ≧Ｔ２）は、ＥＣＵ１４は、Ｓ１０９へ進み、細孔内捕集量ΣＰＭｐ及び流路内捕集量ΣＰＭｆの双方について減算処理を行う。その際、流路内捕集量ΣＰＭｆの減算量は、細孔内捕集量ΣＰＭｐの減算量より小さくなるようにする。

また、図６のルーチンでは、ＥＣＵ１４は、先ずＳ２０１において、前回のＰＭ強制再生処理実行時からの経過時間が所定時間以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は本ルーチンの実行を一旦終了する。また、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４はＳ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ１４は、前述した図５のルーチンで求められた最新の細孔内捕集量ΣＰＭｐ及び流路内捕集量ΣＰＭｆを読み込む。

前記Ｓ２０３では、流路内捕集量ΣＰＭｆが所定量ＰＭ１より少ないか否かを判別する。所定量ＰＭ１は、該所定量ＰＭ１のＰＭがパティキュレートフィルタ１０の流路１０ａ内に残留した状態で内燃機関１が所定時間運転されてもパティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集能力が飽和しない量であればよいが、本実施例では零に設定される。

前記Ｓ２０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ２０４へ進み、ＰＭ強制再生処理の目標フィルタ温度を第１の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ１に設定する。第１の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ１は、細孔１０ｄ内に捕集されているＰＭが酸化可能な温度であり、例えば５００℃〜５５０℃程度に設定される。

目標フィルタ温度が第１の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ１に抑えられると、細孔１０ｄ内に捕集されたＰＭが酸化除去されるが、流路１０ａ内に捕集されているＰＭが殆ど酸化除去されないようになる。但し、流路内捕集量ΣＰＭｆが零であるため、細孔１０ｄ内に捕集されているＰＭが再生されれば、パティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集能力が再生されることになる。

更に、目標フィルタ温度が第１の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ１に抑えられると、パティキュレートフィルタ１０が不要に高温な雰囲気に曝されることがなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ１０の耐久性を向上させることが可能になるとともに、パティキュレートフィルタ１０の昇温に要する燃料消費量を低減することが可能になる。

尚、上記したＰＭ強制再生処理は、細孔内捕集量ΣＰＭｐが零となるまで実行されるようにしてもよい。その場合、ＥＣＵ１４は、ＰＭ強制再生処理実行中も前述した図５のＰＭ捕集量算出ルーチンを実行し、該ＰＭ捕集量算出ルーチンによって算出される細孔内捕集量ΣＰＭｐが零となった時点でＰＭ強制再生処理を終了すればよい。

一方、前記Ｓ２０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ２０５へ進み、目標フィルタ温度を前記した第１の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ１より高い第２の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ２に設定する。第２の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ２は、流路１０ａ内に捕集されているＰＭが酸化可能な温度であり、例えば６００℃〜７００℃程度に設定される。

目標フィルタ温度が第２の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ２まで高められると、細孔１０ｄ内に捕集されているＰＭに加え、流路１０ａ内に捕集されているＰＭも酸化除去されることになる。その結果、パティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集能力を好適に再生させることが可能となる。

尚、上記したＰＭ強制再生処理は、細孔内捕集量ΣＰＭｐ及び流路内捕集量ΣＰＭｆが零となるまで実行されるようにしてもよい。その場合、ＥＣＵ１４は、ＰＭ強制再生処理実行中も前述した図５のＰＭ捕集量算出ルーチンを実行し、該ＰＭ捕集量算出ルーチンによって算出される細孔内捕集量ΣＰＭｐが零となり且つ流路内捕集量ΣＰＭｆが零となった時点でＰＭ強制再生処理を終了すればよい。

このようにＥＣＵ１４が図５、６のルーチンを実行すると、所定時間毎にＰＭ強制再生処理が実行される内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集量をＰＭ酸化率が異なる部位毎に求めることができるとともに、各部位のＰＭ捕集量に応じた最適な目標フィルタ温度を設定することができる。

この結果、パティキュレートフィルタ１０が不要に高い温度に曝されることがなくなるため、パティキュレートフィルタ１０の耐久性を向上させることが可能になるとともに、パティキュレートフィルタ１０の昇温に要する燃料消費量を低減することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施例について図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の説明については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、所定期間毎にＰＭ強制再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用する場合について述べたが、本実施例ではパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が所定量以上となったときにＰＭ強制再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用する例について述べる。

この場合、ＥＣＵ１４は、前述した第１の実施例と同様の方法により細孔内捕集量ΣＰＭｐと流路内捕集量ΣＰＭｆを求め、細孔内捕集量ΣＰＭｐが第１の所定量ＰＭ２以上となった時、或いは流路内捕集量ΣＰＭｆが第２の所定量ＰＭ３以上となった時にＰＭ強制再生処理を行う。

細孔内捕集量ΣＰＭｐが第１の所定量ＰＭ２以上となったことを条件にＰＭ強制再生処理が行われる場合には、ＥＣＵ１４は、目標フィルタ温度を第１の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ１に設定してＰＭ強制再生処理を実行する（以下、第１ＰＭ強制再生処理と称する）。流路内捕集量ΣＰＭｆが第２の所定量ＰＭ３以上となったことを条件にＰＭ強制再生処理が行われる場合には、ＥＣＵ１４は、目標フィルタ温度を第２の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ２に設定してＰＭ強制再生処理を実行する（以下、第２ＰＭ強制再生処理と称する）。

尚、前記した第１の所定量ＰＭ２は、細孔内捕集量ΣＰＭｐの最大量、すなわち、細孔
内最大捕集量ΣＰＭｓと同量である。前記した第２の所定量ＰＭ３は、該第２のＰＭ所定量ＰＭ３のＰＭがパティキュレートフィルタ１０の流路１０ａ、１０ｂ内に残留した状態で内燃機関１が運転されても背圧が過剰に高くならず、且つ高負荷運転から減速運転状態へ移行した場合等に該第２の所定量ＰＭ３のＰＭが一斉に酸化されてもパティキュレートフィルタ１０が過昇温しない量である。

以下、本実施例におけるＰＭ再生制御について図７に沿って説明する。図７は、ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。このＰＭ再生制御ルーチンは、予めＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１４によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。

ＰＭ再生制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１４は、先ずＳ３０１において細孔内捕集量ΣＰＭｐと流路内捕集量ΣＰＭｆを読み込む。

Ｓ３０２では、ＥＣＵ１４は、前記流路内捕集量ΣＰＭｆが第２の所定量ＰＭ３より少ないか否かを判別する。

前記Ｓ３０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ３０３へ進む。Ｓ３０３では、ＥＣＵ１４は、細孔内捕集量ΣＰＭｐが第１の所定量ＰＭ２以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ３０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は本ルーチンの実行を一旦終了する。前記Ｓ３０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１４はＳ３０４へ進む。Ｓ３０４では、ＥＣＵ１４は、前述した第１ＰＭ強制再生処理を実行する。

この場合、パティキュレートフィルタ１０の温度が第１の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ１に抑えられるため、細孔１０ｄ内のＰＭが適当に酸化されるが、流路１０ａ内に捕集されたＰＭは殆ど酸化されない。但し、流路内捕集量ΣＰＭｆが十分に少ないため、パティキュレートフィルタ１０の再生効率が大幅に低下することはない。依って、パティキュレートフィルタ１０を不要に高い温度に曝すことなく、パティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集能力を必要十分に再生させることが可能となる。

前記Ｓ３０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ１４は、Ｓ３０５へ進む。Ｓ３０５では、ＥＣＵ１４は、細孔内捕集量ΣＰＭｐに関わらず第２ＰＭ強制再生処理を実行する。

この場合、パティキュレートフィルタ１０が第２の目標フィルタ温度Ｔｅｍｐ２まで昇温させられるため、細孔１０ｄ内及び流路１０ａ内に捕集されたＰＭが酸化除去されることになる。

以上述べた第２の実施例によれば、ＰＭ捕集量が所定量以上となったことを条件にＰＭ強制再生処理が実行される内燃機関の排気浄化装置において、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図 パティキュレートフィルタの構成を示す拡大断面図 パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの酸化状態を示す説明する図 フィルタ前後差圧とパティキュレートフィルタ全体のＰＭ捕集量との関係を示す図 第１の実施例におけるＰＭ捕集量算出ルーチンを示すフローチャート 第１の実施例における目標フィルタ温度設定ルーチンを示すフローチャート 第２の実施例における目標フィルタ温度設定ルーチンを示すフローチャート

符号の説明

１・・・・・内燃機関
１０・・・・パティキュレートフィルタ
１０ａ・・・流路
１０ｂ・・・流路
１０ｃ・・・隔壁
１０ｄ・・・細孔
１１・・・・燃料添加弁
１３・・・・差圧センサ
１４・・・・ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタを目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するＰＭ強制再生処理を行う再生手段と、
   前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量を、パティキュレートの酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、
   前記ＰＭ強制再生処理の実行開始時に酸化率が高い部位の捕集量が多く且つ酸化率が低い部位の捕集量が少なくなるほど前記目標フィルタ温度を低く補正する再生温度制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１において、
   再生温度制御手段は、酸化率が低い部位にパティキュレートが捕集されていなければ前記目標フィルタ温度を第１目標フィルタ温度に設定し、酸化率が低い部位にパティキュレートが捕集されていれば前記目標フィルタ温度を前記第１目標フィルタ温度より高い第２目標フィルタ温度に設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート量を、パティキュレートの酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、
   酸化率が高い部位の捕集量が第１所定量を超えた時に、前記パティキュレートフィルタを第１目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを酸化除去する第１ＰＭ強制再生処理を行う第１再生手段と、
   酸化率が低い部位の捕集量が第２所定量を超えた時に、前記パティキュレートフィルタを前記第１目標フィルタ温度より高い第２目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを酸化除去する第２ＰＭ強制再生処理を行う第２再生手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項１又は３において、
   前記捕集量演算手段は、前記酸化率が高い部位の捕集量を減算する時は、前記酸化率が低い部位の捕集量を減算する時に比べて減算量を多くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項１〜４の何れか一において、前記パティキュレートフィルタは多孔質の基材を有し、
   前記酸化率が高い部位は前記基材の孔内及び孔近傍の表面であり、且つ、前記酸化率が低い部位は前記孔近傍を除く前記基材の表面であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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