JP2010031802A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再生処理に必要な時間を短縮し、燃費の向上を図る内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置が、機関排気通路内に配置され内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ１３であって、多数の細孔を備えた隔壁を介して上流端と下流端との間で互いに平行に延びる複数の排気流通路を形成すると共に排気流通路の隔壁表面及び細孔内表面に酸化能力を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタ１３を具備し、パティキュレートフィルタ１３の温度を昇温させ捕集した粒子状物質を酸化除去する再生処理中に、内燃機関の燃焼状態を一時的に変更することによりパティキュレートフィルタ１３に流入する粒子状物質を一時的に増量させる粒子状物質増量手段を更に具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタの上流の機関排気通路内に燃料を添加し、パティキュレートフィルタ内に堆積した粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を酸化除去する再生処理を行うようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特許文献１参照）。

これに関して、パティキュレートフィルタに粒子状物質が堆積する様子について図７を参照しながら説明する。図７は、多数の細孔６５を備えた隔壁６４を介して上流端と下流端との間で互いに平行に延びる複数の排気流通路を形成すると共に、排気流通路の隔壁６４表面及び細孔６５内表面に酸化能力を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタの隔壁６４部分の拡大略断面図である。排気ガスの流れの一部は、図７（Ａ）から（Ｃ）において、それぞれ図の上方向から下方向に向かっている。

排気ガス中の粒子状物質７０は、排気ガスの流れと共に細孔６５内部に向かって流れ（図７（Ａ））、粒子状物質７０の堆積が細孔６５内部から徐々に開始される（図７（Ｂ））。その後、粒子状物質７０が酸化除去される温度（６００℃）までパティキュレートフィルタを昇温する再生処理がなされない限り、粒子状物質７０は堆積し続け、細孔６５入口近傍で１つの塊となる（図７（Ｃ））。その後、堆積した粒子状物質７０によって細孔６５が目詰まりし、排気抵抗が増加しないように再生処理が行われる。

再生処理における触媒の働きについて図８を参照しながら説明する。図８は、隔壁６４表面又は細孔６５内表面に担持した酸化触媒６６の概略図である。酸化触媒６６表面には粒子状物質７０が付着している。そこで、リーン空燃比の下でパティキュレートフィルタを酸化除去温度まで昇温すると、排気ガス中の酸素によって粒子状物質７０が酸化し除去される。付着している粒子状物質７０が全体で同じ温度でも、酸化触媒６６に接触している粒子状物質７０の酸化反応が促進される。即ち、図８において、粒子状物質７０ａの方が粒子状物質７０ｂよりも早く酸化される。

このことを前提に、隔壁表面及び細孔内部に堆積した粒子状物質が酸化除去される様子について図９を参照しながら説明する。図９は、図７と同様に、パティキュレートフィルタの隔壁６４部分の拡大略断面図である。パティキュレートフィルタの再生処理が開始されると（図９（Ａ））、まず酸化触媒が担持されている隔壁６４表面及び細孔６５内部の粒子状物質７０が酸化除去される。次いで、酸化除去された粒子状物質７２によって空いた細孔６５内部のスペースに酸化触媒と非接触だった粒子状物質７０が順次移動し（図９（Ｂ））、こうして細孔６５内部に移動した粒子状物質７０が、次いで酸化除去される（図９（Ｃ））。細孔６５内表面は、隔壁６４表面よりも複雑な形状をなし、従って粒子状物質７０と酸化触媒との接触面積は大きくなる。そのため、酸化除去効率は細孔内部の方がよい。

特開２００３−２２２０４０号公報

しかし、このような従来の再生処理では、上述のように、酸化除去により空いたスペースに対して酸化触媒と非接触部分の粒子状物質（図８における粒子状物質７０ｂ）を積極的に移動させるようなものではなく、自然にその移動が発生するのを待っていたため、酸化除去効率のより高い細孔内部への粒子状物質の移動が効率的に行われていなかった。そのため、再生処理に時間がかかり、再生処理に必要な高温を維持するために燃費が悪化するという問題があった。

そこで本発明は、再生処理に必要な時間を短縮し、燃費の向上を図る内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路内に配置され内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタであって、多数の細孔を備えた隔壁を介して上流端と下流端との間で互いに平行に延びる複数の排気流通路を形成すると共に排気流通路の隔壁表面及び細孔内表面に酸化能力を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタを具備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温度を昇温させ捕集した粒子状物質を酸化除去する再生処理中に、内燃機関の燃焼状態を一時的に変更することによりパティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を一時的に増量させる粒子状物質増量手段を具備する内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項１に記載の発明では、パティキュレートフィルタの再生処理中にパティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を一時的に増量させ、パティキュレートフィルタに流入した粒子状物質を隔壁表面に堆積している粒子状物質と衝突させることにより、隔壁表面に堆積している粒子状物質を細孔内部に移動させることが可能となる。即ち、隔壁表面に堆積している粒子状物質は、触媒に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質から酸化除去が開始されるため、その酸化によってより外側に堆積している粒子状物質との結合が弱くなる。従って、このように外側に堆積している粒子状物質は、流入してきた粒子状物質と衝突することにより容易に細孔内部へ移動させることが可能となる。細孔内表面は、隔壁表面よりも複雑な形状をなしていることから、隔壁表面に堆積した粒子状物質よりも細孔内部に堆積した粒子状物質の方が触媒に対する接触面積が大きい。従って、細孔内部に堆積した粒子状物質の方が酸化除去されやすく、再生処理に必要な時間を短縮され、結果として燃費の向上が図られる。

また、請求項２に記載の発明によれば請求項１に記載の発明において、パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段を更に具備し、触媒に接している粒子状物質の温度が酸化されうる温度よりも高いときに粒子状物質増量手段が粒子状物質の増量を行う内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項２に記載の発明では、再生処理中であっても、触媒に接している粒子状物質の温度が酸化されうる温度よりも低い場合には、粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量を行わないため、粒子状物質の酸化除去が行われない間の不要な粒子状物質の増量を抑えることが可能となる。

また、請求項３に記載の発明によれば請求項１又は２に記載の発明において、粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量が複数回に分割して行われる内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項３に記載の発明では、細孔内部の粒子状物質が酸化除去されると共に、触媒に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質より外側に堆積している粒子状物質との結合が弱くなったタイミングで、パティキュレートフィルタに流入する粒子状物質が増量されるため、効率的に再生処理を行うことが可能となる。そして、細孔内部に粒子状物質が多く存在している場合又は触媒に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質より外側に堆積している粒子状物質との結合が弱まっていない場合等、パティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を増量しても効果が小さい場合に増量が行われないため、不要な粒子状物質の増量を抑えることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば請求項３に記載の発明において、粒子状物質増量手段による粒子状物質の複数回に分割した増量の間隔を、パティキュレートフィルタの温度に応じて短くする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項４に記載の発明では、パティキュレートフィルタの温度が高い程、粒子状物質の酸化反応が促進され、細孔内部の粒子状物質が酸化除去されると共に、触媒に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質より外側に堆積している粒子状物質との結合が弱くなるまでのタイミングが早くなる。そのため、粒子状物質増量手段による粒子状物質の複数回に分割した各回の増量の間隔を短くすることによって、より短時間で再生処理を完了することができ、燃費の向上が図られる。

また、請求項５に記載の発明によれば請求項１から４のいずれか１つに記載の発明において、粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量が行われている間、内燃機関の燃焼状態を一時的に変更することによりパティキュレートフィルタに流入する排気ガスを一時的に増量させる排気ガス増量手段を更に具備する内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項５に記載の発明では、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスを増量すると、粒子状物質の運動量も増加する。それによって、堆積している粒子状物質との衝突の際の衝撃力が増し、細孔内部への移動が促進され、短時間で再生処理を完了することができ、燃費の向上が図られる。

また、請求項６に記載の発明によれば請求項１から５のいずれか１つに記載の発明において、パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段を更に具備し、推定された堆積量が予め定められた値以下のとき、粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量を行わない内燃機関の排気浄化装置が提供される。

即ち、請求項６に記載の発明において、推定された堆積量が、隔壁表面に堆積した粒子状物質のほとんどが細孔内部に移動したと推定される予め定められた堆積量以下となった場合には、パティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を増量させて衝突させるべき隔壁表面に堆積している粒子状物質が存在しないため、粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量を行わない。それによって、不要な粒子状物質の増量を行わないため、燃費の無駄を省くことができる。

各請求項に記載の発明によれば、再生処理に必要な時間を短縮し、燃費が向上するという共通の効果を奏する。

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１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１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は触媒１２の入口に連結される。また、触媒１２の出口は排気管１４を介して酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ１３に連結され、排気管１４内には排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するための還元剤供給弁１５が取り付けられる。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガス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３は燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結される。このコモンレール２０内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１から燃料が供給され、コモンレール２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３に供給される。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）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。触媒１２には触媒１２の温度を検出するための温度センサ２２が取り付けられ、パティキュレートフィルタ１３にはパティキュレートフィルタ１３の温度ＴＣを検出するための温度センサ２３が取り付けられる。これら温度センサ２２，２３及びエアフローメータ８の出力信号はそれぞれ対応する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１３にはパティキュレートフィルタ１３の前後差圧を検出するための差圧センサ２４が取付けられており、この差圧センサ２４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。

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１５°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３、スロットル弁１０駆動用ステップモータ、還元剤供給弁１５、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２１に接続される。

次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながらパティキュレートフィルタ１３の構造について説明する。図２（Ａ）はパティキュレートフィルタ１３の正面図を示しており、図２（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１３の側面断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１３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６０，６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１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６３を示している。従って排気ガス流入通路６０及び排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路６０及び排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

パティキュレートフィルタ１３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６０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６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このとき排気ガス中に含まれる粒子状物質が隔壁６４表面及び多孔質材料の細孔内部に堆積する。

隔壁６４表面及び細孔内部に堆積した粒子状物質は、パティキュレートフィルタ１３をリーン空燃比の下で昇温し維持する昇温制御を行うことによって時折酸化除去され、パティキュレートフィルタ１３が再生される。粒子状物質が酸化除去される温度、即ち酸化除去温度は、例えば６００℃である。本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ１３の再生時に堆積した粒子状物質を容易に酸化除去するためにパティキュレートフィルタ１３上に酸化触媒を担持させている。昇温制御は、本実施形態においては、還元剤供給弁１５からパティキュレートフィルタ１３に対して還元剤を供給し、還元剤がパティキュレートフィルタ１３に担持された酸化触媒によって燃焼することにより行われる。その他、燃焼行程後半に筒内に燃料を噴射し、排気ガスが高温の状態で排気系に流入させることによって昇温させるようにしてもよい。

次に図３を参照しながら、本発明によるパティキュレートフィルタ１３に堆積した粒子状物質が酸化除去される様子について説明する。図３は、パティキュレートフィルタ１３の隔壁部分の拡大略断面図である。多孔質材料からなる隔壁６４は細孔６５を備え、図３において、隔壁６４の上下に存在する空間は排気流通路６１を流れる排気ガスの一部は、図３（Ａ）から（Ｃ）において、それぞれ図の上方向から下方向に向かっている。図３（Ａ）は、粒子状物質７０が、図７を参照しながら上述したように、隔壁６４表面、細孔６５内部及び細孔６５入口近傍に堆積している状態を示す。

パティキュレートフィルタ１３内における粒子状物質７０の堆積量が所定量となり、パティキュレートフィルタ１３を再生すべき時には、パティキュレートフィルタ１３の昇温制御を行う再生処理が開始される。このとき、図３（Ｂ）に示されるように本発明においては、再生処理中に内燃機関の燃焼状態を一時的に変更することによりパティキュレートフィルタ１３に流入する粒子状物質７１を一時的に増量させる。それによって、パティキュレートフィルタ１３に流入した粒子状物質７１を隔壁６４表面に堆積している粒子状物質７０と衝突させ、隔壁６４表面に堆積している粒子状物質７０を細孔６５内部に移動させることができる。

即ち、隔壁６４表面に堆積している粒子状物質７０は、図８を参照しながら上述したように、担持されている酸化触媒６６に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質７０から酸化除去が開始される。そのため、その酸化によってより外側に堆積している粒子状物質７０との結合が弱くなる。従って、このように外側に堆積している粒子状物質７０を、流入してきた粒子状物質７１と衝突させることによって容易に細孔６５内部へ移動させることが可能となる。細孔６５内表面は、隔壁６４表面よりも複雑な形状をなしていることから、隔壁６４表面に堆積した粒子状物質７０よりも細孔６５内部に堆積した粒子状物質７０の方が酸化触媒６６に対する接触面積が大きい。従って、細孔６５内部に堆積した粒子状物質７０の方が酸化除去されやすく、再生処理に必要な時間を短縮でき、結果として燃費の向上が図られる。

なお、排気ガス中の粒子状物質の量は、一般に燃焼室内における不完全燃焼時に多くなる。従って、本発明における内燃機関の燃焼状態を一時的に変更する方法としては、例えば、吸気量を所定量よりも減少させること、ＥＧＲガス量を増加させること、筒内の燃料噴射量を所定量よりも増加させること等を行い、燃焼時の空燃比を通常運転時に比べてリッチ側に移行させる等がある。

図４は、再生制御における粒子状物質の堆積量の変化と、パティキュレートフィルタの昇温制御及び粒子状物質を一時的に増量させる粒子状物質増量制御の実行時期との関係を示すタイムチャートである。

まず、パティキュレートフィルタ内の粒子状物質の推定値である堆積量ΣＰＭが予め定められた値ＰＭＳを超えると昇温制御が開始され、パティキュレートフィルタのフィルタ温度ＴＣが上昇を開始する。フィルタ温度ＴＣが酸化除去温度ＴＣ０（６００℃）まで上昇すると、パティキュレートフィルタ内に堆積した粒子状物質の酸化除去が活発になり、粒子状物質の堆積量ΣＰＭが急激に減少し始める。このとき、フィルタ温度ＴＣが酸化除去温度ＴＣ０に達すると同時に、堆積した粒子状物質に衝突させるべく、粒子状物質増量制御が開始される。

その後、粒子状物質の堆積量ΣＰＭが減少し続け、予め実験又は計算によって求めておいた堆積量ＰＭＬとなったとき、粒子状物質増量制御を停止する。この堆積量ＰＭＬとは、隔壁表面に堆積している粒子状物質がほとんどなく、細孔内に移動している状態の堆積量を示す。即ち、隔壁表面に堆積している粒子状物質が存在しない場合には、粒子状物質増量制御によって粒子状物質を増量させても、衝突させる相手となる粒子状物質が存在しないからである。粒子状物質増量制御の停止後、粒子状物質の堆積量ΣＰＭが許容堆積量ＰＭＥとなったとき、昇温制御を停止し、再生制御が終了する。

パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質の堆積量ΣＰＭは、例えば、差圧センサ２４の検出値によって予め実験又は計算によって求めた換算式を用いるか、又は、その他予め同定した推定モデルを用いることによって算出される。例えば、推定モデルとして、パティキュレートフィルタに単位時間当たりに捕集される粒子状物質の量を、要求トルク及び機関回転数の関数として、マップの形でＲＯＭ３２内に記憶し、それを積算することによって求めることができる。更に、酸化除去による堆積量の減算モデルも予め求め、最終的な収支を求めることが可能である。

図５は再生制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。

まず、ステップ１００において、パティキュレートフィルタ内の粒子状物質の堆積量ΣＰＭが算出され、ステップ１０１へと進む。次いでステップ１０１では、堆積量ΣＰＭが予め定められた値ＰＭＳよりも大きいか否かが判定される。粒子状物質の堆積量ΣＰＭが許容量ＰＭＳ以下の場合には、昇温制御を行わずにルーチンを終了する。

一方、ステップ１０１において、粒子状物質の堆積量ΣＰＭがＰＭＳよりも大きい場合には、ステップ１０２へと進む。次いで、ステップ１０２では、昇温制御が実行され、ステップ１０３へと進む。次いで、ステップ１０３では、フィルタ温度ＴＣが酸化除去温度ＴＣ０よりも大きいか否かが判定される。フィルタ温度ＴＣが酸化除去温度ＴＣ０以下の場合には、フィルタ温度ＴＣが酸化除去温度ＴＣ０よりも大きくなるまで昇温制御が継続される。

一方、ステップ１０３において、フィルタ温度ＴＣが酸化除去温度ＴＣ０よりも大きい場合には、ステップ１０４へと進む。次いで、ステップ１０４では、粒子状物質増量制御が実行され、ステップ１０５へと進む。次いで、ステップ１０５では、パティキュレートフィルタ内の粒子状物質の堆積量ΣＰＭが算出され、ステップ１０６へと進む。次いで、ステップ１０６では、堆積量ΣＰＭが予め定められた値ＰＭＬよりも小さいか否かが判定される。粒子状物質の堆積量ΣＰＭがＰＭＬ以上の場合には、粒子状物質の堆積量ΣＰＭがＰＭＬよりも小さくなるまで昇温制御及び粒子状物質増量制御が継続される。

一方、ステップ１０６において、粒子状物質の堆積量ΣＰＭが予め定められた値ＰＭＬよりも小さい場合には、ステップ１０７へと進む。次いで、ステップ１０７では、粒子状物質増量制御が停止され、ステップ１０８へと進む。次いで、ステップ１０８では、パティキュレートフィルタ内の粒子状物質の堆積量ΣＰＭが算出され、ステップ１０９へと進む。次いで、ステップ１０９では、堆積量ΣＰＭが予め定められた値ＰＭＥよりも小さいか否かが判定される。粒子状物質の堆積量ΣＰＭがＰＭＥ以上の場合には、粒子状物質の堆積量ΣＰＭがＰＭＥよりも小さくなるまで昇温制御が継続される。

一方、ステップ１０９において、粒子状物質の堆積量ΣＰＭが予め定められた値ＰＭＬよりも小さい場合には、ステップ１１０へと進む。次いで、ステップ１１０では、昇温制御が停止され、ルーチンを終了する。

以下、本発明のその他の実施形態について説明する。

本実施形態においては、不必要な粒子状物質の増量を抑えるため、昇温制御中における最適な粒子状物質増量制御の実行時期を示したが、制御の単純化のため、昇温制御と同時に粒子状物質増量制御を開始させてもよく、さらに、昇温制御の停止と同時に粒子状物質増量制御を停止するようにしてもよい。

本実施形態における粒子状物質増量制御は、パティキュレートフィルタに流入する粒子状物質の増量を連続的に行っているが、これを複数回に分割して、即ち断続的に増量を行うようにしてもよい。複数回に分割して粒子状物質の増量を行うことによって、細孔内部の粒子状物質が酸化除去されると共に、触媒に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質より外側に堆積している粒子状物質との結合が弱くなったタイミングで、パティキュレートフィルタに流入する粒子状物質が増量される。従って、効率的に再生処理を行うことが可能となる。そして、細孔内部に粒子状物質が多く存在している場合又は触媒に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質より外側に堆積している粒子状物質との結合が弱まっていない場合等、パティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を増量しても効果が小さい場合に増量が行われないため、不要な粒子状物質の増量を抑えることが可能となる。

また、粒子状物質の増量を複数回に分割して行う場合において、フィルタ温度ＴＣに応じて各粒子状物質増量制御間の間隔を短くするようにしてもよい。即ち、パティキュレートフィルタの温度が高い程、粒子状物質の酸化反応が促進され、細孔内部の粒子状物質が酸化除去されると共に、触媒に接触している隔壁表面近傍の粒子状物質より外側に堆積している粒子状物質との結合が弱くなるまでのタイミングが早くなる。そのため、粒子状物質増量制御による粒子状物質の複数回に分割した各粒子状物質増量制御間の間隔を短くすることによって、より短時間で再生処理を完了することができ、燃費の向上が図られる。

同様に、粒子状物質の増量を複数回に分割して行う場合において、粒子状物質増量制御初期の各粒子状物質増量制御間の間隔を長くすると共に、粒子状物質増量制御後半の各粒子状物質増量制御間の間隔を短くするようにしてもよい。即ち、粒子状物質増量制御初期は、主に細孔内の粒子状物質が酸化除去されており、パティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を増量しても効果が小さい。それに対して、粒子状物質増量制御後半は、隔壁表面に堆積した粒子状物質に対して、粒子状物質を衝突させる必要があるため、各粒子状物質増量制御間の間隔を短くした方が好ましい。

また、粒子状物質増量制御による粒子状物質の増量が行われている間、内燃機関の燃焼状態を上述のように一時的に変更することにより、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスを一時的に増量させる排気ガス増量制御を行うようにしてもよい。パティキュレートフィルタに流入する排気ガスを増量すると、粒子状物質の運動量も増加する。それによって、堆積している粒子状物質との衝突の際の衝撃力が増し、細孔内部への移動が促進され、短時間で再生処理を完了することができ、燃費の向上が図られる。

本実施形態において、酸化除去温度に達したときに粒子状物質増量制御を開始させたが、酸化除去温度到達後所定時間経過後に粒子状物質増量制御を開始させるようにしてもよい。即ち、酸化除去温度到達直後は、細孔内に堆積した粒子状物質はまだ完全には酸化除去されていない。従って、この状態でパティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を増量させ、隔壁表面に堆積している粒子状物質に衝突させても、衝突によって移動すべき細孔内にスペースが存在しない場合がある。従って、細孔内に堆積した粒子状物質が略完全に酸化除去される時間の経過後に、粒子状物質増量制御を開始するようにしてもよい。

細孔の形状を、図６に示されるように、出口近傍の流路断面積をより小さくして絞るようにしてもよい。流路断面積をより小さくすることによって出口近傍細孔内における粒子状物質と酸化触媒との接触面積が大きくなり、酸化除去が促進される。

パティキュレートフィルタ１３上流排気通路内に配置された触媒１２として、例えば、酸化触媒、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒、又は、尿素を供給して尿素から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯｘを選択的に還元するようにしてＮＯｘ選択還元触媒を配置することが考えられる。

触媒１２に酸化触媒を用いた場合、粒子状物質増量制御時に増量した粒子状物質中に含まれ粘着性のある可溶性有機物質を除去し、衝突させるのに適した粒子状物質のみをパティキュレートフィルタに流入させることが可能となる。即ち、可溶性有機物質があることにより、粒子状物質増量制御によってパティキュレートフィルタに流入させた粒子状物質が新たに堆積してしまうことを防止できる。

また、触媒１２にＮＯｘ吸蔵還元触媒又はＮＯｘ選択還元触媒を用いた場合、粒子状物質増量制御による粒子状物質の増量の際に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒又はＮＯｘ選択還元触媒又は燃焼室から一時的に多く放出することによってパティキュレートフィルタに流入するＮＯｘを増量させることにより、粒子状物質の酸化を促進することが可能となる。

圧縮着火式内燃機関の全体図である。 パティキュレートフィルタの構造を示す図である。 パティキュレートフィルタの隔壁部分の拡大略断面図である。 粒子状物質の堆積量等の変化を示す再生制御のタイムチャートである。 再生制御操作のフローチャートである。 パティキュレートフィルタの隔壁部分の拡大略断面図である。 パティキュレートフィルタの隔壁部分の拡大略断面図である。 隔壁表面又は細孔内表面に担持した触媒に付着した粒子状物質を示す概略図である。 パティキュレートフィルタの隔壁部分の拡大略断面図である。

符号の説明

４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
１３ パティキュレートフィルタ
６４ 隔壁
６５ 細孔
７０ 粒子状物質

Claims (6)

1. 機関排気通路内に配置され内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタであって、多数の細孔を備えた隔壁を介して上流端と下流端との間で互いに平行に延びる複数の排気流通路を形成すると共に排気流通路の隔壁表面及び細孔内表面に酸化能力を有する触媒を担持させたパティキュレートフィルタを具備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温度を昇温させ捕集した粒子状物質を酸化除去する再生処理中に、内燃機関の燃焼状態を一時的に変更することによりパティキュレートフィルタに流入する粒子状物質を一時的に増量させる粒子状物質増量手段を具備する内燃機関の排気浄化装置。
2. パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段を更に具備し、触媒に接している粒子状物質の温度が酸化されうる温度よりも高いときに粒子状物質増量手段が粒子状物質の増量を行う請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量が複数回に分割して行われる請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 粒子状物質増量手段による粒子状物質の複数回に分割した増量の間隔を、パティキュレートフィルタの温度に応じて短くする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量が行われている間、内燃機関の燃焼状態を一時的に変更することによりパティキュレートフィルタに流入する排気ガスを一時的に増量させる排気ガス増量手段を更に具備する請求項１から４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の堆積量を推定する粒子状物質堆積量推定手段を更に具備し、推定された堆積量が予め定められた値以下のとき、粒子状物質増量手段による粒子状物質の増量を行わない請求項１から５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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