JP2010106687A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、粒子状物質を捕集した排気浄化部材の再生処理をより効果的に行えるようにすることを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０のＥＧＲ通路２６に、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭを浄化する機能を有するＥＧＲ触媒２８を備える。差圧センサ３４の出力に基づいて取得されたＰＭ堆積量が所定の判定値以下である場合には、ＥＧＲ触媒２８からＰＭを除去する再生処理時に、ＥＧＲ触媒２８に供給されるＥＧＲガスの空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比に制御する。また、ＰＭ堆積量が上記判定値よりも大きい場合には、当該再生処理時に、ＥＧＲ触媒２８に供給されるＥＧＲガスの空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御する。
【選択図】図６

Description

この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路に、排気ガスの流れの上流側から順に、酸化触媒とパティキュレートフィルタとを備える排ガス浄化装置が開示されている。また、この従来の排ガス浄化装置では、パティキュレートフィルタに活性金属が担持されており、当該パティキュレートフィルタが酸化触媒としても機能するように構成されている。

特開平８−３３８３２０号公報 特開２００６−２９１８１２号公報

上記従来の排ガス浄化装置によれば、パティキュレートフィルタに酸化機能を持たせておくことで、当該パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化させて除去することができる。しかしながら、上記特許文献１では、粒子状物質が捕集されたパティキュレートフィルタを再生する再生処理時に、当該パティキュレートフィルタに供給されるガスの空燃比をどのように設定するかについて、何らの言及もなされていない。このため、上記従来の排ガス浄化装置は、再生処理を効率良く行ううえで未だ改善の余地を残すものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、粒子状物質を捕集した排気浄化部材の再生処理をより効果的に行えるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関から排出される排気ガスが流れる通路に配置され、排気ガス中に含まれる粒子状物質を浄化する機能を有する排気浄化部材と、
前記排気浄化部材への前記粒子状物質の堆積量またはその相関値を取得するＰＭ堆積情報取得手段と、
前記粒子状物質が捕集された前記排気浄化部材を再生する再生処理時に、前記堆積量またはその相関値に応じて、前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比を変更する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記空燃比制御手段は、前記堆積量またはその相関値が所定の判定値以下である場合には、前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比が理論空燃比となるように制御し、前記堆積量またはその相関値が前記判定値よりも大きい場合には、前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記粒子状物質の堆積量が前記判定値に達した時点を前記再生処理の実行タイミングとする再生タイミング設定手段と、
前記再生処理時に前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比と関連付けた状態で、前記再生処理が行われた回数または時間を計数する再生実行計数手段と、を更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記リーンな空燃比下で前記再生処理が行われた回数または時間よりも理論空燃比下で前記再生処理が行われた回数または時間の方が多いまたは長い場合には、前記判定値を大きくする判定値可変手段を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記排気浄化部材の堆積量またはその相関値は、前記排気浄化触媒の前後の圧力差、温度差、および車両の走行距離のうちの少なくとも１つに基づいて取得されることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記排気浄化部材は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路に配置された触媒であり、
前記触媒における排気ガスの流れの上流側の部位には、Ｐｄ系もしくはＰｄ＋Ｆｅ系の貴金属が配置されており、当該流れの下流側の部位には、Ｐｔ系の貴金属が配置されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、粒子状物質が捕集された排気浄化部材を再生する再生処理時に、当該粒子状物質の堆積量またはその相関値に応じて、排気浄化部材に供給されるガスの空燃比が変更される。当該再生処理を行う際に適した空燃比は、排気浄化部材への粒子状物質の堆積量に応じて変化するものである。このため、本発明によれば、粒子状物質を捕集した排気浄化部材の再生処理をより効果的に行うことが可能となる。

再生処理を行う際に、粒子状物質の堆積量が少ない状況下では、理論空燃比雰囲気が適しており、当該堆積量が多い状況下では、リーン空燃比雰囲気が適している。このため、本発明によれば、再生処理を行う際の粒子状物質の堆積量に応じて、当該再生処理を行ううえで適切な空燃比が選択されるようになる。これにより、粒子状物質を捕集した排気浄化部材の再生処理を効果的に行えるようになる。

第３の発明によれば、再生処理を行う際の粒子状物質の堆積量が意図的に多くされることで、粒子状物質の浄化性能という点でリーン空燃比雰囲気が適した状況下で、当該リーン空燃比雰囲気下での再生処理が積極的に使用されるようになる。これにより、再生処理の実行時の燃費を向上させることができる。

第４の発明によれば、排気浄化触媒への粒子状物質の堆積量情報を好適に取得できるようになる。

第５の発明によれば、Ｐｄ系もしくはＰｄ＋Ｆｅ系の貴金属が配置された触媒の上流側の部位において、煤（ｓｏｏｔ）の酸化除去とともに、主にオレフィン系のＳＯＦを効果的に浄化することができ、また、Ｐｔ系の貴金属が配置された触媒の下流側の部位において、煤（ｓｏｏｔ）の酸化除去とともに、主にパラフィン系のＳＯＦを効果的に浄化することができる。更に、低温雰囲気下での活性に優れるＰｄ系もしくはＰｄ＋Ｆｅ系の貴金属が触媒の上流側の部位に配置されているので、低温時において、上流側の部位で生じた反応熱による発熱効果を、下流側の部位において有効に利用し、下流側の部位の浄化性能を向上させられるようになる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、その一例として、直列４気筒型エンジンであるものとする。内燃機関１０の筒内には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。

吸気通路１２の吸気マニホールド１５には、各気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１６が配置されている。また、吸気マニホールド１５よりも上流側の吸気通路１２には、ターボ過給機１８のコンプレッサ１８ａが配置されている。当該ターボ過給機１８は、コンプレッサ１８ａと一体的に連結されたタービン１８ｂを備えている。タービン１８ｂは、排気通路１４に配置されており、コンプレッサ１８ａは、タービン１８ｂに入力される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動されるようになっている。

各気筒から排出される排気ガスは、排気通路１４の排気マニホールド２０によって集合され、当該排気マニホールド２０よりも下流側の排気通路１４に流入する。排気通路１４には、上記の如くタービン１８ｂが配置されている。タービン１８ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための上流触媒（Ｓ／Ｃ）２２および下流触媒（Ｕ／Ｆ）２４が直列に配置されている。

タービン１８ｂよりも上流側の排気通路１４には、ＥＧＲ通路２６の一端が接続されている。ＥＧＲ通路２６の他端は、コンプレッサ１８ａよりも下流側の吸気通路１２に接続されている。本システムは、このＥＧＲ通路２６を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路１２に還流させる制御、いわゆる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)制御を行うように構成されている。

ＥＧＲ通路２６の途中には、ＥＧＲガスの流れの上流側から順に、ＥＧＲ触媒２８、ＥＧＲクーラー３０、およびＥＧＲ弁３２が配置されている。ＥＧＲ触媒２８の構成は、本実施形態の特徴部分の１つであるので、後に図２乃至図４を参照して、詳述するものとする。ＥＧＲクーラー３０は、ＥＧＲ通路２６を通る排気ガス（ＥＧＲガス）を、内燃機関１０を流通する冷却水を利用して冷却するものである。ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路２６を流れる排気ガス量、すなわち、外部ＥＧＲガス量を調整するための弁である。

また、ＥＧＲ通路２６には、ＥＧＲ触媒２８の前後の差圧を検出するための差圧センサ３４が取り付けられている。更に、上流触媒２２の上流には、その位置で排気空燃比Ａ／Ｆを検出するための空燃比センサ３６が配置されており、当該上流触媒２２の下流には、その位置の空燃比Ａ／Ｆがリッチであるかリーンであるかに応じた信号を発生する酸素センサ３８が配置されている。

また、本実施形態のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０の入力側には、上述した差圧センサ３４、空燃比センサ３６、および酸素センサ３８とともに内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ４０には、車両の走行距離を検知するためのトリップメータ４２が接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力側には、上述した燃料噴射弁１６およびＥＧＲ弁３２とともに、内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、各センサからの信号に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。

［ＥＧＲ触媒の構成］
図２は、図１に示すＥＧＲ触媒２８の詳細な構成を説明するための図である。
図２に示すように、本実施形態のＥＧＲ触媒２８では、排気ガスの流れの上流側の部位２８ａに、パラジウムＰｄ系の貴金属が担持されており、当該流れの下流側の部位２８ｂに、白金Ｐｔ系の貴金属が担持されている。また、本実施形態では、より好ましい一例として、酸化力を高めるべく、上流側の部位２８ａを、パラジウムＰｄに鉄Ｆｅを添加したＰｄ＋Ｆｅ系の触媒としてもよい。

ところで、本実施形態では、ターボ過給機１８の上流側にＥＧＲ通路２６を接続するようにしている。このような手法によれば、上流触媒２２の下流側にＥＧＲ通路を接続する手法に比して、排気圧力がより高い部位から排気ガスを取り出すことができるようになるので、より大量のＥＧＲガスが得られるようになる。

しかしながら、ターボ過給機１８の上流側から排気ガスを取り出すということは、上流触媒２２によって浄化される前の排気ガスを取り出すということになる。排気ガス中の未浄化成分には、粒子状物質（以下、「ＰＭ」と略する）が含まれている。ＰＭは、炭素Ｃを主成分とする煤（ｓｏｏｔ）、燃料未燃分等の可溶性有機成分（SOF : Soluble Organic Fraction）、サルフェート、リンＰ等の総称である。

吸気通路１２には、内燃機関１０の各部を潤滑するオイルが流入することがある。より具体的には、ＰＣＶバルブやターボ過給機１８を介してオイルが流入する場合や、いわゆるオイル上がりや吸気の吹き返しに由来してオイルが流入する場合がある。

吸気通路１２において、ＥＧＲ通路２６から導入されたＥＧＲガス中に含まれるＰＭと内燃機関１０の各部から流入したオイルとが混合すると、デポジット（スラッジ）が生成されてしまう。このようなデポジットの生成を抑制するためには、ＥＧＲ通路２６に配置されたＥＧＲ触媒２８においてＰＭを効果的に浄化することが要求される。

図３は、Ｐｄ系触媒の性能をＰｔ系触媒の性能と比較した図である。
ＰＭに含まれる成分の１つである上記のＳＯＦには、オレフィン系炭化水素とパラフィン系炭化水素が含まれている。図３に示すように、オレフィン系炭化水素の浄化という点では、Ｐｄ系触媒やパラジウムＰｄに鉄Ｆｅを添加したＰｄ＋Ｆｅ系触媒の方がＰｔ系触媒よりも優れている。一方、パラフィン系炭化水素の浄化という点では、Ｐｔ系触媒の方がＰｄ系触媒やＰｄ＋Ｆｅ系触媒よりも優れている。

また、低温雰囲気下での活性という点では、Ｐｄ系触媒やＰｄ＋Ｆｅ系触媒の方がＰｔ系触媒よりも優れている。更に、煤（ｓｏｏｔ）を酸化させる性能という点では、Ｐｔ系触媒の方がＰｄ系触媒よりも優れており、Ｐｄ系触媒は、パラジウムＰｄに鉄Ｆｅを添加してＰｄ＋Ｆｅ系触媒とすることで、Ｐｔ系触媒と同等の煤（ｓｏｏｔ）の酸化性能を得ることができるようになる。

図４は、図２に示すＥＧＲ触媒２８の構成を採用したことにより得られる効果を説明するための図である。
図２に示すＥＧＲ触媒２８の構成によれば、Ｐｄ系触媒もしくはＰｄ＋Ｆｅ系触媒が配置された上流側部位２８ａにおいて、煤（ｓｏｏｔ）の酸化除去とともに、主にオレフィン系のＳＯＦを効果的に浄化することができ、また、Ｐｔ系触媒が配置された下流側部位２８ｂにおいて、煤（ｓｏｏｔ）の酸化除去とともに、主にパラフィン系のＳＯＦを効果的に浄化することができる。

更に、ＥＧＲ触媒２８では、上述したように、低温雰囲気下での活性に優れるＰｄ系触媒もしくはＰｄ＋Ｆｅ系触媒を上流側部位２８ａに配置しているので、低温時において、上流側部位２８ａで生じた反応熱による発熱効果を、下流側部位２８ｂにおいて有効に利用し、下流側部位２８ｂの浄化性能を向上させられるようになる。尚、Ｐｄ系触媒（もしくはＰｄ＋Ｆｅ系触媒）に対するＰｔ系触媒の比率は、本ＥＧＲ触媒２８が適用される内燃機関におけるＳＯＦ排出量に応じて決定される。

また、Ｐｄ系触媒は、Ｐｔ系触媒と比べて安価である。このため、以上説明した本実施形態のＥＧＲ触媒２８によれば、Ｐｔ系触媒をＥＧＲ触媒２８の全体にコーティングする場合と比べ、浄化性能を十分に確保しつつ、コストを十分に抑えることが可能となる。

［実施の形態１における特徴的な制御］
ＥＧＲ触媒２８において、ＰＭをうまく連続的に酸化できないと、ＰＭが当該ＥＧＲ触媒２８上に堆積していくことになる。このように、ＥＧＲ触媒２８にＰＭが堆積していくと、当該ＥＧＲ触媒２８の圧力損失が大きくなってしまい、所望のＥＧＲガス量が得られなくなってしまう。従って、ＥＧＲ触媒２８にある程度のＰＭが堆積した場合には、堆積したＰＭを酸化（燃焼）させて除去するための再生処理が必要となる。

一般に、触媒やパティキュレートフィルタに堆積したＰＭ（特に煤）を酸化させて除去する際には、酸素が必要であるので、理論空燃比よりもリーンな雰囲気を使用することがよいとされている。一方、理論空燃比雰囲気下では、上記リーン雰囲気下よりも多くの一酸化窒素ＮＯが存在する。このような一酸化窒素ＮＯの存在によって、上記リーン雰囲気下よりも低い温度で、ＰＭ（特に煤）を酸化させることが可能となる。その理由は、以下の通りである。

すなわち、理論空燃比雰囲気下では、一酸化炭素ＮＯと煤（炭素Ｃ）とが反応し、［ＣＮＯ］ｎと表記される中間生成物が生ずることとなる。そして、当該中間生成物［ＣＮＯ］ｎから二酸化炭素ＣＯ_２と窒素Ｎ_２が生成されることとなる。尚、前者の反応は、Ｎを基準でみると、酸化反応であり、後者の反応は、Ｎを基準でみると、還元反応である。

理論空燃比雰囲気下では、ＥＧＲ触媒２８内では、上記２つの反応（酸化還元反応）が生ずることとなる。上記前者の酸化反応は、上記リーン雰囲気下での酸化反応よりも低い温度において生ずる。このため、理論空燃比雰囲気下では、中間生成物［ＣＮＯ］ｎを介して、煤（炭素Ｃ）が酸化されることになるので、上記リーン雰囲気下よりも低い温度でＰＭを酸化させることが可能となる。

図５は、再生処理時の空燃比Ａ／ＦとＰＭ堆積量との関係で、ＰＭの浄化性能を比較した実験結果を示す図である。
図５に示すように、ＥＧＲ触媒２８へのＰＭ堆積量が少ない（１１ｍｇ未満の）状態（言い換えれば、ＰＭが連続的に酸化させられているＰＭ連続酸化に近い状態）であれば、理論空燃比（１４．５）雰囲気下で再生処理が行われた場合の方がＰＭの浄化性能が良くなることが判る。一方、ＥＧＲ触媒２８へのＰＭ堆積量が多い（図５では１５ｍｇ以上の）状態では、上記リーン雰囲気下で再生処理が行われた場合の方がＰＭの浄化性能が良くなることが判る。

そこで、本実施形態では、ＥＧＲ触媒２８の再生処理を行う際に、当該ＥＧＲ触媒２８へのＰＭ堆積量に応じて、ＥＧＲ触媒２８に供給される排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを変更するようにした。より具体的には、ＰＭ堆積量が所定の判定値以下である場合には、当該排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比となるように制御するようにし、ＰＭ堆積量が上記判定値よりも大きい場合には、当該排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように制御するようにした。

図６は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の運転時間または走行距離毎に到来する再生処理の実行タイミングが到来した場合に起動されるものとする。
図６に示すルーチンでは、先ず、差圧センサ３４の出力に従って、ＥＧＲ触媒２８への現在のＰＭ堆積量が取得される（ステップ１００）。ＥＧＲ触媒２８へのＰＭの堆積量が増えると、ＥＧＲ触媒２８の前後での排気ガスの圧力差が大きくなる。このため、例えば、差圧センサ３４の出力とＰＭ堆積量との関係を予め実験等により取得してマップ化しておくことで、差圧センサ３４の出力に基づいて、ＥＧＲ触媒２８に堆積したＰＭ量を推定することができる。

次に、上記ステップ１００において取得されたＰＭ堆積量が所定の判定値以下であるか否かが判別される（ステップ１０２）。本ステップ１０２における判定値としては、例えば、ＥＧＲ触媒の仕様が上記図５に示す実験でのものである場合には１１ｍｇを用いることができる。ただし、当該判定値は、ＥＧＲ触媒の仕様等に応じて異なるものである。

上記ステップ１０２において、ＰＭ堆積量が上記判定値以下であると判定された場合には、理論空燃比雰囲気下でＰＭを酸化するために必要な雰囲気温度が確保されていることを条件としたうえで、ＥＧＲ触媒２８に供給される排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（１４．５）となるように制御される（ステップ１０４）。より具体的には、空燃比センサ３６等を用いて排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比となるように燃料噴射量が調整される。これにより、理論空燃比下での再生処理が開始される。

一方、上記ステップ１０２において、ＰＭ堆積量が上記判定値よりも大きいと判定された場合には、リーン空燃比雰囲気下でＰＭを酸化するために必要な雰囲気温度が確保されていることを条件としたうえで、ＥＧＲ触媒２８に供給される排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば、１５）に制御される（ステップ１０６）。より具体的には、空燃比センサ３６等を用いて排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが当該リーン空燃比となるように燃料噴射量が調整される。これにより、リーン空燃比下での再生処理が開始される。

上記ステップ１０４または１０６の処理が実行された後には、次いで、差圧センサ３４の出力に基づいて、ＥＧＲ触媒２８における現在のＰＭ堆積量が所定の規定値以下となったか否かが判別される（ステップ１０８）。本ステップ１０８における規定値は、再生処理を完了しても良い程度にＥＧＲ触媒２８からＰＭが除去されたかどうかを判断するための閾値である。

上記ステップ１０８において、ＰＭ堆積量が未だ上記規定値に達していないと判定された場合には、現在の再生処理を継続させるべく、上記ステップ１０２以降の処理が繰り返し実行される。一方、ＰＭ堆積量が上記規定値以下になったと判定された場合には、再生処理が終了される。

以上説明した図６に示すルーチンによれば、再生処理を行う際に、ＰＭ堆積量が少ない場合には、理論空燃比雰囲気が使用され、ＰＭ堆積量が多い場合には、リーン空燃比雰囲気が使用される。既述したように、ＰＭ堆積量が少ない状況下では、理論空燃比雰囲気が適しており、ＰＭ堆積量が多い状況下では、リーン空燃比雰囲気が適している。このため、上記ルーチンによれば、再生処理を行う際のＰＭ堆積量に応じて、当該再生処理を行ううえで適切な空燃比Ａ／Ｆが選択されるようになる。これにより、ＰＭを捕集したＥＧＲ触媒２８の再生処理を効果的に行えるようになる。

ところで、上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ通路２６にＥＧＲ触媒２８を配置するようにしている。しかしながら、本発明における排気浄化部材は、ＥＧＲ触媒２８に限定されるものではなく、例えば、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタであってもよい。また、本発明において、内燃機関から排出される排気ガスが流れる通路は、ＥＧＲ通路２６に限定されるものではなく、例えば、大気に連通する排気通路１４であってもよい。つまり、本発明における排気浄化部材は、例えば、排気通路１４に配置される上流触媒２２や下流触媒２４であってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、差圧センサ３４を用いて取得されたＥＧＲ触媒２８の前後の圧力差に基づいて、ＰＭ堆積量を取得するようにしている。しかしながら、本発明におけるＰＭ堆積量の取得手法は、これに限定されるものではない。すなわち、例えば、ＥＧＲ触媒２８等の排気浄化部材の前後の温度差を温度センサを用いて取得するようにし、当該温度差に基づいて、ＰＭ堆積量を取得するようにしてもよい。筒内から排出されるＰＭやＨＣ等の量は、内燃機関の運転状態との関係で事前に実験等により取得可能である。また、内部に触媒を備える排気浄化部材においてある量のＰＭやＨＣ等が供給された場合に、内部の触媒が正常に作用していれば、どれくらいの発熱量が得られ、排気浄化部材の下流の温度がどれだけ上昇するかも事前に実験等により取得することができる。そして、排気浄化部材にＰＭが堆積していくと、排気浄化部材における発熱量が低下していき、それに伴い、温度上昇代も小さくなっていく。従って、排気浄化部材の前後の温度差に基づいて、ＰＭの堆積量を推定して取得することができる。

図７は、ＥＧＲ触媒２８への平均堆積ＰＭ量と車両の走行距離との関係を表した図である。尚、図７に示す数値は、単なる一例であり、排気浄化部材が触媒であるかパティキュレートフィルタであるか、或いは触媒の仕様等によって変わるものである。
上述したように、ＥＧＲ触媒２８へのＰＭ堆積量が少ない状況下では、理論空燃比雰囲気下で再生処理を行うことが好ましく、また、ＰＭ堆積量が多い状況下では、リーン空燃比雰囲気下で再生処理を行うことが好ましい。

ＥＧＲ触媒２８へのＰＭの堆積は、運転者による車両の走り方（内燃機関１０の使われ方）によって変化するものであるが、基本的には、図７に示すように、車両の走行距離が長くなるにつれ、ＰＭ堆積量が多くなっていく。このため、図７に示すような平均堆積ＰＭ量と走行距離との関係を予めマップ化しておき、走行距離に基づいて、ＰＭ堆積量（ｓの相関値）を取得するようにしてもよい。そして、走行距離が所定値（図７の例では１００ｋｍ）以下であるときは、平均堆積ＰＭ量が少ないため、理論空燃比（ストイキ）雰囲気下で再生処理を行うようにし、走行距離が上記所定値より長いときは、平均堆積ＰＭ量が多いため、リーン空燃比雰囲気下で再生処理を行うようにしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ通路２６が前記第１の発明における「内燃機関から排出される排気ガスが流れる通路」に、そして、ＥＧＲ触媒２８が前記第１の発明における「排気浄化部材」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「ＰＭ堆積情報取得手段」が、そして、上記ステップ１０２〜１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ通路２６が前記第５の発明における「排気ガス還流通路」に、そして、ＥＧＲ触媒２８が前記第５の発明における「触媒」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図６に示すルーチンに代え、後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

上述した実施の形態１では、内燃機関１０の運転時間や車両の走行距離に基づく所定の再生処理の実行タイミングが到来した時点で再生処理を行うようにしている。これに対し、本実施形態では、ＥＧＲ触媒２８へのＰＭ堆積量が所定の判定値に達した場合に再生処理を行うようにしている。このように、本実施形態と上述した実施の形態１とでは、それぞれの実施の形態での制御の前提となる再生処理の実行タイミングの設定手法が相違しているものとする。

図８は、ＥＧＲ触媒２８へのＰＭの堆積および再生処理によるＰＭの除去の様子を表した図である。より具体的には、図８（Ａ）は、理論空燃比雰囲気下での再生処理（ストイキ再生）が実行された場合の波形を示し、図８（Ｂ）は、リーン雰囲気下での再生処理（リーン再生）が実行された場合の波形を示している。

ＥＧＲ触媒２８の再生処理は、内燃機関１０の定常運転状態がある時間に渡って継続される場合に行うことができる。図８（Ａ）に示す例は、再生処理を行うためのＰＭ堆積量の判定値Ａがストイキ再生に適した少ＰＭ堆積量に設定されている場合の波形である。この場合には、図８（Ａ）に示すように、ＰＭ堆積量が判定値Ａに達する度に、ストイキ再生が繰り返し実行されるようになる。

一方、図８（Ｂ）に示す例は、リーン再生に適した多ＰＭ堆積量下で再生処理が行えるようにすべく、再生処理を行うためのＰＭ堆積量の判定値Ｂが上記判定値Ａよりも大きな値に設定されている場合の波形である。この場合には、図８（Ｂ）に示すように、図８（Ａ）に示す例によりも多くのＰＭがＥＧＲ触媒２８に堆積している状況下で、ＰＭ堆積量が判定値Ｂに達する度に、リーン再生が繰り返し実行されるようになる。

ところで、再生処理の実行時の燃費という観点では、ストイキ再生がなされるよりもリーン再生がなされる方が好ましい。その一方で、ＰＭの浄化性能という点でもリーン再生を行う方が好ましい状態（すなわち、ＰＭ堆積量が多い状態）で再生処理を行うようにすべく、ＥＧＲ触媒２８へのＰＭ堆積量を多くすることは、ＥＧＲ触媒２８の前後での圧力損失の増大を招き、それに伴って、所望のＥＧＲガス量を確保しにくくなるので、ＥＧＲガスの導入によるポンプ損失の低減によって燃費向上を図りにくくなる。

従って、ＰＭの堆積に伴うＥＧＲ触媒２８の圧力損失の増大と燃費への影響とが許容される範囲内で、再生処理の実行時の燃費改善のために、ストイキ再生よりもリーン再生を行うことが好ましいといえる。そこで、本実施形態では、上記許容範囲内において、ストイキ再生の実行回数がリーン再生の実行回数よりも所定回数多く行われた場合には、次回の再生処理がリーン再生で行われるように促すべく、再生処理を行う際のＰＭ堆積量の判定値を大きくするようにした。

図９は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図９に示すルーチンでは、先ず、ＥＧＲ触媒２８への現在のＰＭ堆積量が取得される（ステップ２００）。本ステップ２００の処理は、上記ステップ１００と同様の手法で行うことができる。

次に、ストイキ再生の実行回数およびリーン再生の実行回数の記憶値が取得される（ステップ２０２）。ＥＣＵ４０には、過去の再生処理の実行回数が、再生処理時の空燃比Ａ／Ｆとの関係で、ストイキ再生の実行回数とリーン再生の実行回数とに分けて記憶されている。

次に、ストイキ再生の実行回数がリーン再生の実行回数よりも所定回数多いか否かが判別される（ステップ２０４）。本実施形態では、ストイキ再生に適したＰＭ堆積量下で再生処理を行えるようにするための上記判定値Ａを再生処理に用いるベース値とされている。

上記ステップ２０４において、ストイキ再生の実行回数がリーン再生の実行回数よりも所定回数多いと判定されない間は、上記判定値Ａが使用される（ステップ２０６）。一方、ストイキ再生の実行回数がリーン再生の実行回数よりも所定回数多いと判定された場合には、再生処理のためのＰＭ堆積量の判定値が上記判定値Ａよりも大きな値に設定された判定値Ｂに変更される（ステップ２０８）。尚、当該判定値Ｂは、ＰＭの堆積に伴うＥＧＲ触媒２８の圧力損失の増大と燃費への影響との関係上許容される範囲内の値となるように設定されている。

次に、上記ステップ２００において取得されたＰＭ堆積量が判定値Ａまたは判定値Ｂに達しているか否かが判別される（ステップ２１０）。その結果、ＰＭ堆積量が判定値Ａまたは判定値Ｂに達していると判定された場合、すなわち、再生処理を開始すべきタイミングが到来したと判断できる場合には、現在のＰＭ堆積量に適した空燃比Ａ／Ｆ（判定値Ａの場合は理論空燃比、判定値Ｂの場合はリーン空燃比）が選択されたうえで、再生処理が実行される（ステップ２１２）。次いで、今回の再生処理がストイキ再生であるかリーン再生であるかを区別した状態でカウントされ、その結果がＥＣＵ４０に記憶される（ステップ２１４）。

以上説明した図９に示すルーチンによれば、ストイキ再生の実行回数がリーン再生の実行回数よりも所定回数多いと判定された場合には、再生処理を行う際のＰＭ堆積量の判定値が判定値Ａから判定値Ｂへと大きくされる。これにより、再生処理を行う際のＰＭ堆積量が意図的に多くされることで、ＰＭの浄化性能という点でリーン再生が適した状況下においてリーン再生が積極的に使用されるようになる。これにより、再生処理の実行時の燃費を向上させることができる。

更に付け加えると、本実施形態のＰＭ堆積量の判定値の設定によれば、ベース値として上記判定値Ａが設定されていることで、通常はストイキ再生が使用されるようになる。ストイキ再生によれば、既述したように、低温雰囲気下においても再生処理が可能となる点と、ＰＭ堆積量が比較的少ない状況下に適している点とにより、ＥＧＲ触媒２８にＰＭを溜め込まずに圧力損失の増大を回避しつつ、効果的に再生処理を行えるようになる。そのうえで、本実施形態では、ストイキ再生の実行回数とリーン再生の実行回数とを考慮して一定の頻度で積極的にリーン再生が行われるようにすることができる。これにより、上述したように、ＰＭの堆積に伴うＥＧＲ触媒２８の圧力損失の増大およびそれに伴う燃費の悪化を回避できる範囲内でＰＭ堆積量を意図的に溜め込む制御が行われるようになり、再生処理の実行時の燃費を向上させることができるようになる。

ところで、上述した実施の形態２においては、ストイキ再生の実行回数とリーン再生の実行回数とを比較して、ＰＭ堆積量の判定値を変更するようにしている。しかしながら、このような手法に代え、例えば、ストイキ再生の実行時間とリーン再生の実行時間とを比較して、ＰＭ堆積量の判定値を変更してもよい。

また、上述した実施の形態２の手法に代え、例えば、上述した実施の形態１と同様に、内燃機関１０の運転時間や車両の走行距離に基づく所定の再生処理の実行タイミングが到来した時点で再生処理を行うことを前提としたうえで、内燃機関１０の運転中のＥＧＲ触媒２８のＰＭ堆積量が当該ＥＧＲ触媒２８の圧力損失上問題ない量か否かを判定するようにし、問題なしと判定できる場合に、再生処理の実行スパンを長くしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより前記第３の発明における「再生タイミング設定手段」が、上記ステップ２１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「再生実行計数手段」が、そして、上記ステップ２０４〜２０８の処理を実行することにより前記第３の発明における「判定値可変手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すＥＧＲ触媒の詳細な構成を説明するための図である。 Ｐｄ系触媒の性能をＰｔ系触媒の性能と比較した図である。 図２に示すＥＧＲ触媒の構成を採用したことにより得られる効果を説明するための図である。 再生処理時の空燃比Ａ／ＦとＰＭ堆積量との関係で、ＰＭの浄化性能を比較した実験結果を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 ＥＧＲ触媒への平均堆積ＰＭ量と車両の走行距離との関係を表した図である。 ＥＧＲ触媒へのＰＭの堆積および再生処理によるＰＭの除去の様子を表した図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ 燃料噴射弁
１８ ターボ過給機
２２ 上流触媒（Ｓ／Ｃ）
２４ 下流触媒（Ｕ／Ｆ）
２６ ＥＧＲ通路
２８ ＥＧＲ触媒
２８ａ ＥＧＲ触媒の上流側部位
２８ｂ ＥＧＲ触媒の下流側部位
３０ ＥＧＲクーラー
３２ ＥＧＲ弁
３４ 差圧センサ
３６ 空燃比センサ
３８ 酸素センサ
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ トリップメータ

Claims (5)

1. 内燃機関から排出される排気ガスが流れる通路に配置され、排気ガス中に含まれる粒子状物質を浄化する機能を有する排気浄化部材と、
   前記排気浄化部材への前記粒子状物質の堆積量またはその相関値を取得するＰＭ堆積情報取得手段と、
   前記粒子状物質が捕集された前記排気浄化部材を再生する再生処理時に、前記堆積量またはその相関値に応じて、前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比を変更する空燃比制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記空燃比制御手段は、前記堆積量またはその相関値が所定の判定値以下である場合には、前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比が理論空燃比となるように制御し、前記堆積量またはその相関値が前記判定値よりも大きい場合には、前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比となるように制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記粒子状物質の堆積量が前記判定値に達した時点を前記再生処理の実行タイミングとする再生タイミング設定手段と、
   前記再生処理時に前記排気浄化部材に供給されるガスの空燃比と関連付けた状態で、前記再生処理が行われた回数または時間を計数する再生実行計数手段と、を更に備え、
   前記空燃比制御手段は、前記リーンな空燃比下で前記再生処理が行われた回数または時間よりも理論空燃比下で前記再生処理が行われた回数または時間の方が多いまたは長い場合には、前記判定値を大きくする判定値可変手段を含むことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記排気浄化部材の堆積量またはその相関値は、前記排気浄化触媒の前後の圧力差、温度差、および車両の走行距離のうちの少なくとも１つに基づいて取得されることを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記排気浄化部材は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続する排気ガス還流通路に配置された触媒であり、
   前記触媒における排気ガスの流れの上流側の部位には、Ｐｄ系もしくはＰｄ＋Ｆｅ系の貴金属が配置されており、当該流れの下流側の部位には、Ｐｔ系の貴金属が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images