JP2013117191A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、排気通路にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、凝縮水の影響によるパティキュレートフィルタの捕集能力の低下を抑制することを課題とする。
【解決手段】本発明は、上記した課題を解決するために、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタが排気通路に配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記パティキュレートフィルタを含む排気通路内に凝縮水が存在するときに、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の量を減少させることにより、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）の低下を抑制するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気通路にパティキュレートフィルタが配置される内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関が冷間状態にあるときは、排気中に含まれる水分が排気系で凝縮して液相の凝縮水を発生する可能性がある。このような凝縮水は、排気とともに排気通路を流れ、種々の排気系部品に付着する可能性があった。

内燃機関の排気通路にヒータ付きのセンサが配置される構成において、排気通路の凝縮水が気化し終えたか否かを判別し、排気通路の凝縮水が気化し終えたと判定されたときにセンサのヒータに対する通電を開始する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−１７４６５７号公報 特開２００７−１６２５７５号公報 特開２００９−２０９８８９号公報

ところで、内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタが配置される場合に、凝縮水がパティキュレートフィルタに付着すると、該パティキュレートフィルタに捕集されていた粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）がパティキュレートフィルタから脱離（剥離）する可能性がある。その場合、大気中に排出されるＰＭの量が増加する虞がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、凝縮水の影響によるパティキュレートフィルタの捕集能力の低下を抑制することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのパティキュレートフィルタが排気通路に配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタ又はパティキュレートフィルタより上流の排気通路内に凝縮水が発生するときに、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）の低下を抑制、或いは水素イオン指数（ｐＨ）を上昇させるようにした。

本願発明者が実験及び検証を行った結果、パティキュレートフィルタが酸性度の高い凝縮水（水素イオン指数（ｐＨ）の低い凝縮水）と接触した場合は、酸性度の低い凝縮水（水素イオン指数（ｐＨ）の高い凝縮水）と接触した場合に比べ、該パティキュレートフィルタから排出されるＰＭの量が多くなるという知見を得た。これは、水素イオン指数（ｐＨ）の低い凝縮水（たとえば、ｐＨが５未満の凝縮水）がＰＭに接触すると、ＰＭが凝集してパティキュレートフィルタから脱離することに因ると予想される。

よって、パティキュレートフィルタ又はパティキュレートフィルタより上流の排気通路
に凝縮水が発生し得るときに、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）の低下を抑制又は水素イオン指数（ｐＨ）の上昇を図ることができれば、パティキュレートフィルタが凝縮水と接触（被水）した際のＰＭ排出量の増加を抑制することができる。

そこで、本発明は、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが排気通路に配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記パティキュレートフィルタより上流の排気通路内で凝縮水が発生し得る条件である凝縮水発生条件が成立するときに、凝縮水の酸性度の上昇（水素イオン指数（ｐＨ）の低下）を抑制するための酸性化抑制処理を実施する抑制手段を備えるようにした。

凝縮水発生条件が成立しているときに、酸性化抑制処理が実施されると、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）の低下が抑制される。その結果、凝縮水がパティキュレートフィルタへ流入したときに該パティキュレートフィルタから排出されるＰＭ量の増加を抑制することができる。言い換えると、凝縮水の影響によるパティキュレートフィルタの捕集能力の低下を抑制することができる。

ここで、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）は、ＮＯ_Ｘ濃度やＳＯ_Ｘ濃度の高い排気が凝縮水に接触したときに低下する傾向がある。そのため、排気のＮＯ_Ｘ濃度又はＳＯ_Ｘ濃度を低くすることができれば、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）が低下し難くなる（酸性度が上昇し難くなる）。

そこで、抑制手段は、前記酸性化抑制処理として、排気中に含まれるＮＯ_Ｘ量が少なくなるように内燃機関を運転させる処理を実施してもよい。排気中のＮＯ_Ｘ量が少なくなる運転状態としては、混合気の燃焼速度が遅くなる運転状態、或いは混合気の燃焼温度が低くなる運転状態などが考えられる。

混合気の燃焼速度を遅くする方法としては、気筒内に導入される不活性ガス（たとえば、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス）を増加させる方法や、混合気の着火タイ
ミングを遅角させる方法（たとえば、圧縮着火式内燃機関における燃料噴射タイミングを遅角させる方法や、火花点火式内燃機関における点火タイミングを遅角させる方法など）、筒内噴射式の内燃機関において燃料噴射弁から噴射される燃料の圧力（噴射圧力）を低下（噴射燃料の微粒子化を抑制）させる方法等を用いることができる。混合気の燃焼温度を低くする方法としては、燃焼速度を遅くする方法と同様の方法に加え、燃料噴射量を減少させる方法や、予混合圧縮自己着火（ＨＣＣＩ： Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）運転させる方法を用いることができる。

次に、抑制手段は、前記酸性化抑制処理として、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に中和剤を供給する処理を実施してもよい。中和剤としては、たとえば、アンモニア由来の水溶液（たとえば、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液）を用いることができる。また、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化触媒が配置される場合、或いはパティキュレートフィルタに酸化触媒が担持される場合は、内燃機関の運転停止直前に内燃機関をリッチな混合気により運転させることにより、酸化触媒にアンモニア（ＮＨ_３）を滞留又は吸着させ、次回の始動時にアンモニア（ＮＨ_３）を中和剤として働かせるようにしてもよい。

なお、パティキュレートフィルタと接触する凝縮水の量が少ない場合は多い場合に比べ、該パティキュレートフィルタから排出されるＰＭ量が少なくなる。よって、パティキュレートフィルタが凝縮水と接触した場合に該パティキュレートフィルタから排出されるＰＭの量を減少させる方法として、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）の低下を抑える方法の
代わりに、凝縮水の発生量を抑える方法を用いてもよく、或いはそれら２つの方法を同時に実施する方法を用いてもよい。

凝縮水の発生量を抑える方法としては、排気中に含まれる水分（Ｈ_２Ｏ）の量（混合気が燃焼した際に生成されるＨ_２Ｏの量）を減少させる方法が考えられる。排気中に含まれる水分（Ｈ_２Ｏ）の量を減少させる方法としては、燃料噴射量を減少させる方法を用いることができる。

また、凝縮水発生条件は、たとえば、排気通路内やパティキュレートフィルタ内の雰囲気温度（排気温度）が凝縮水の気化し得る温度より低いときに成立するとしてもよい。なお、凝縮水発生条件が成立するときであっても、パティキュレートフィルタに捕集されているＰＭ量が十分に少ないとき、若しくはパティキュレートフィルタにＰＭが捕集されていないときは、酸性化抑制処理が実行されないようにしてもよい。

パティキュレートフィルタとしては、多孔質の隔壁により区画された複数の通路を有するウォールフロー型のパティキュレートフィルタが一般的である。ウォールフロー型のパティキュレートフィルタは、ＰＭ捕集量が少ないときは隔壁の細孔内にＰＭを捕集し、ＰＭ捕集量が多くなったときに隔壁の表面にＰＭを捕集する傾向がある。また、パティキュレートフィルタが被水したときは、細孔内に捕集されているＰＭに比べ、隔壁表面に捕集されているＰＭの方が脱離し易い。

したがって、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が少ないとき（隔壁の細孔内にＰＭが捕集され、且つ隔壁表面に殆どＰＭが捕集されていないとき）は、該パティキュレートフィルタが被水してもＰＭの脱離が殆ど発生しないと考えられる。

その結果、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が所定量（隔壁の細孔内にＰＭが捕集され、且つ隔壁表面に殆どＰＭが捕集されないときの最大のＰＭ捕集量）以下であるときは、酸性化抑制処理が実施されないようにしてもよい。

次に、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、パティキュレートフィルタの上流に配置され、水分を吸着する吸着材を更に備えるようにしてもよい。このような構成によれば、排気中に含まれる水分は、パティキュレートフィルタへ流入する前に吸着材に吸着されることになる。その場合、パティキュレートフィルタより上流の排気通路で発生した凝縮水や排気に含まれる気体状の水分がパティキュレートフィルタへ流入することを抑制することができる。その結果、パティキュレートフィルタより上流の排気通路で発生した凝縮水がパティキュレートフィルタに接触したり、或いは排気中の水分がパティキュレートフィルタ内で液化したりすることが抑制される。つまり、パティキュレートフィルタの被水量が減少する。パティキュレートフィルタの被水量が減少すると、パティキュレートフィルタから排出されるＰＭ量を少なく抑えることができる。

なお、吸着剤としては、ゼオライトのように、水分を吸着したときに反応熱を発生するものが好ましい。その場合、吸着材は、パティキュレートフィルタの近傍、好ましくはパティキュレートフィルタの上流側端部と接触するように配置、或いはパティキュレートフィルタと一体に成形されることが好ましい。このような構成によれば、吸着剤の反応熱（吸着熱）がパティキュレートフィルタに伝達され易くなるため、排気中の水分がパティキュレートフィルタ内で液化し難くなるとともに、パティキュレートフィルタ内に存在する水分が気化しやすくなる。

本発明の内燃機関の排気浄化システムが吸着材を備える場合は、前記抑制手段は、凝縮水発生条件の成立時であって、且つ吸着材の水分吸着量が飽和したときに、酸性化抑制処
理を実行してもよい。このような構成によれば、吸着材によって吸着しきれない水分がパティキュレートフィルタへ流入した場合に、該パティキュレートフィルタから排出されるＰＭ量の増加を抑制することができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化システムが吸着材を備える場合は、内燃機関の運転が停止される前に前記吸着材を昇温させる処理を実行する昇温手段を更に備えるようにしてもよい。このような構成によれば、内燃機関が再始動されるときは吸着材の水分吸着量を略零にすることができる。その結果、内燃機関が再始動されるときに、凝縮水発生条件が成立していても、内燃機関の始動時から吸着材の水分吸着量が飽和するまでの時間が長くなる。その結果、吸着材の水分吸着量が飽和する前に内燃機関の暖機が完了する可能性が高くなる。吸着材の水分吸着量が飽和する前に内燃機関の暖機が完了すると、液状の水分がパティキュレートフィルタへ流入することを回避することができる。なお、内燃機関が再始動されるときに吸着材の水分吸着量が略零になっていると、吸着材の水分吸着量を推定（演算）する際の精度を高めることができるため、吸着材の水分吸着量が飽和する時期をより正確に判定することも可能になる。

ここで、吸着材を昇温させる方法としては、排気温度を上昇させることにより吸着材を間接的に昇温させる方法や、ヒータなどの加熱器を利用して吸着材を直接的に昇温させる方法を用いることができる。排気温度を上昇させる方法としては、火花点火式内燃機関において点火タイミングを遅角させる方法や、圧縮着火式内燃機関において燃料噴射タイミングを遅角させる方法などを用いることができる。

本発明によれば、排気通路にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、凝縮水の影響によるパティキュレートフィルタの捕集能力の低下を抑制することができる。

第１の実施例において本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 内燃機関が冷間始動されたときにパティキュレートフィルタから排出されるＰＭ量の経時変化を示す図である。 第１の実施例における酸性化抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施例において本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 第２の実施例における酸性化抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。 吸着材の吸着容量と圧力との相関を示す図である。 吸着材の吸着容量と湿度との相関を示す図である。 吸着材の吸着容量と温度との相関を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１
は、複数の気筒を有する４ストローク・サイクルの火花点火式の内燃機関である。なお、図１においては、複数の気筒のうち、１つの気筒のみが図示されている。また、本発明を適用する内燃機関は、火花点火式の内燃機関に限られず、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。

内燃機関１の気筒２には、ピストン３が摺動自在に挿入されている。ピストン３は、は、コネクティングロッド４を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。内燃機関１は、気筒２内へ新気（空気）を取り入れるための吸気ポート７と、吸気ポート７内に燃料を噴射する燃料噴射弁６と、吸気ポート７から気筒２内へ導入された空気及び燃料の混合気に着火するための点火プラグ５と、気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）を排出するための排気ポート８と、を備えている。さらに、内燃機関１は、吸気ポート７を開閉するための吸気バルブ９や、排気ポート８を開閉するための排気バルブ１０を備えている。

前記吸気ポート７には、吸気通路７０が接続されている。吸気通路７０は、大気中から取り込まれた空気を吸気ポート７へ導く通路である。吸気通路７０の途中には、該吸気通路７０の通路断面積を変更するためのスロットル弁７１と、該吸気通路７０内を流れる空気の量（質量）に相関する電気信号を出力するエアフローメータ７２が取り付けられている。

前記排気ポート８には、排気通路８０が接続されている。排気通路８０は、気筒２内から排気ポート８へ排出された既燃ガス（排気）を消音器などの経由後に大気中へ排出するための通路である。排気通路８０の途中には、パティキュレートフィルタ８１や排気浄化用触媒（図示せず）などの排気浄化装置が配置されている。パティキュレートフィルタ８１は、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するものであり、たとえば、ウォールフロー型のフィルタである。また、パティキュレートフィルタ８１より下流の排気通路８０には、排気の温度に相関した電気信号を出力する排気温度センサ８２が取り付けられている。

前記スロットル弁７１より下流の吸気通路７０と前記パティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０は、ＥＧＲ通路１００により相互に接続されている。ＥＧＲ通路１００は、排気通路８０から吸気通路７０へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導く通路である。ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００の通路断面積を変更するＥＧＲ弁１０１が配置されている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ２０には、前記したエアフローメータ７２や排気温度センサ８２に加え、水温センサ１２、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２等の各種センサが電気的に接続されている。水温センサ１２は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ２１は、クランクシャフトの回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ２２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力するセンサである。

ＥＣＵ２０には、点火プラグ５、燃料噴射弁６、スロットル弁７１、及びＥＧＲ弁１０１などの各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、前記各種センサの出力信号に応じて、前記各種機器を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の出力信号に基づいて演算される機関回転数、アクセルポジションセンサ２２の出力信号（アクセル開度）、及び水温センサ１２の出力信号（冷却水温度）などを
パラメータとして、スロットル弁７１の開度（スロットル開度）、１気筒あたりの燃料噴射量（燃料噴射時間）、点火タイミング、或いはＥＧＲ弁１０１の開度（ＥＧＲ開度）などを演算し、算出されたスロットル開度、燃料噴射タイミング、点火タイミング、或いはＥＧＲ開度などに応じてスロットル弁７１、燃料噴射弁６、点火プラグ５、或いはＥＧＲ弁１０１を制御する。

また、ＥＣＵ２０は、パティキュレートフィルタ８１やパティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０に凝縮水が存在し得るときに、凝縮水の酸性度が上昇（水素イオン指数（ｐＨ）が低下）することを抑制するための酸性化抑制処理を実施する。以下、本実施例における酸性化抑制処理の実行方法について述べる。

パティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０において排気中の水分が凝縮した場合、或いはパティキュレートフィルタ８１の内部において排気中の水分が凝縮した場合は、パティキュレートフィルタ８１に捕集されているＰＭが凝縮水と接触する可能性がある。

パティキュレートフィルタ８１に捕集されているＰＭが凝縮水と接触すると、パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量が増加する虞がある。これは、パティキュレートフィルタ８１の通路壁面に堆積しているＰＭが凝縮水に接触した際に凝集し、パティキュレートフィルタ８１から脱離するためと考えられる。この現象は、凝縮水の酸性度が高くなるほど（たとえば、水素イオン指数（ｐＨ）が「５」より小さいとき）に顕著になる。

凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）や硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）の量が多くなるほど低下する傾向がある。よって、パティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０に凝縮水が存在し得る条件（凝縮水発生条件）が成立するときに、排気中のＮＯ_Ｘ量又はＳＯ_Ｘ量が減少されれば、パティキュレートフィルタ８１が凝縮水に被水しても、該パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量の増加を抑制することができる。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ２０は、凝縮水発生条件が成立するときに、排気中のＮＯ_Ｘ量が減少するように内燃機関１を運転させるようにした。なお、排気中のＮＯ_Ｘ量は、混合気が高圧且つ高温な条件下で燃焼されたときに発生しやすい。よって、混合気の燃焼速度が遅くなる運転状態、或いは混合気の燃焼温度が低くなる運転状態により内燃機関１が運転されれば、排気中のＮＯ_Ｘ量を減少させることができる。

混合気の燃焼速度を遅くする方法としては、気筒２内に導入されるＥＧＲガスを増加させる方法や、点火タイミングを遅角させる方法、筒内噴射式の内燃機関において燃料噴射弁の噴射圧力を低下させる方法等を用いることができる。混合気の燃焼温度を低くする方法としては、燃焼速度を遅くする方法と同様の方法に加え、燃料噴射量を減少させる方法や、予混合圧縮自己着火（ＨＣＣＩ： Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）運転させる方法を用いることができる。本実施例では、気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量を増加させる方法により、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）の低下を抑制する例について述べる。

凝縮水は、内燃機関１が冷間始動された場合のように、内燃機関１の温度（冷却水温度や油温）が低く、且つ排気通路８０やパティキュレートフィルタ８１内の雰囲気温度が水分（Ｈ_２Ｏ）の気化し得る温度（以下、「気化温度」と称する）より低い場合に発生し易い。ここで、内燃機関１が冷間始動されたときにパティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量（ＰＭ排出量）を図２に示す。図２において、横軸は内燃機関１の始動時か
らの経過時間を示し、縦軸はパティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量を示す。内燃機関１の始動時や始動直後は、パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量（ＰＭ排出量）が多くなり、ある程度の時間が経過するとＰＭ排出量が略零になる。これは、内燃機関１の始動時や始動直後は、排気中の水分がパティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０やパティキュレートフィルタ８１内において冷却されて液相の凝縮水になるためと考えられる。

よって、内燃機関１が冷間状態にあるとき、言い換えれば内燃機関１が冷間始動されてから排気温度が前記気化温度以上となるまでの期間に、酸性化抑制処理が実施されれば、パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量を少なく抑えることができる。つまり、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の温度（冷却水温度や油温）が暖機完了後の温度より低く、且つ排気温度が前記気化温度より低いことを条件として、凝縮水発生条件が成立していると判定すればよい。

以下、本実施例における酸性化抑制処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、酸性化抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の始動時にＥＣＵ２０が実行するルーチンである。

Ｓ１０１において、ＥＣＵ２０は、水温センサ１２の出力信号（冷却水温度）ｔｈｗと排気温度センサ８２の出力信号（排気温度）Ｔｅｘを読み込む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ２０は、前記冷却水温度ｔｈｗが暖機完了後の冷却水温度ｔｈｗｈ未満であり、且つ前記排気温度Ｔｅｘが凝縮水の気化する排気温度（気化温度）Ｔｅｘｈ未満であるか否かを判別する。前記Ｓ１０２において肯定判定された場合は、凝縮水発生条件が成立していることになる。そこで、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３において酸性化抑制処理を実行する。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲ弁１０１の開弁を増加させる。たとえば、ＥＣＵ２０は、アクセル開度及び機関回転数から定まる運転状態が同等であって、且つ凝縮水発生条件が成立していないときに比して、ＥＧＲ弁１０１の開度を大きくする。その際、ＥＣＵ２０は、燃料噴射量、吸入空気量、及び排気温度などをパラメータとして凝縮水の発生量を演算し、算出された凝縮水の発生量が多いときは少ないときに比べ、ＥＧＲ弁１０１の開度を大きく設定してもよい。なお、凝縮水の発生量は、燃料に含まれるアルコール成分（たとえば、エタノールなど）の量によって変化する可能性がある。そこで、ＥＣＵ２０は、燃料に含まれるアルコール成分の濃度に応じて凝縮水の発生量を補正してもよい。たとえば、アルコール成分の濃度が高いときは低いときに比べ、凝縮水の発生量が多くなる。よって、ＥＣＵ２０は、アルコール成分の濃度が高いときは低いときい比べ、凝縮水の発生量が多くなるように補正を行ってもよい。

上記した種々の方法によりＥＧＲ弁１０１の開度が増加されると、内燃機関１の気筒２内へ導入されるＥＧＲガス量が増加するため、混合気の燃焼速度が遅くなるとともに混合気の燃焼温度が低くなる。その結果、排気中に含まれるＮＯ_Ｘの量が減少する。排気中に含まれるＮＯ_Ｘの量が少なくなると、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）の低下が抑制され、パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量の増加が抑制される。ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３の処理を実行した後に、前記Ｓ１０１へ戻る。

また、前記Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４へ進み、ＥＧＲ弁１０１の開度を通常の開度（凝縮水発生条件が成立しないときの開度）に設定する。

このようにＥＣＵ２０が図３のルーチンを実行することにより、本発明に係わる抑制手段が実現される。その結果、凝縮水の影響によるパティキュレートフィルタ８１の捕集能力の低下が抑制される。

なお、本実施例では、酸性化抑制処理として、排気中のＮＯ_Ｘ量を減少させる処理を例に挙げたが、パティキュレートフィルタより上流において排気中へ中和剤を供給する処理を用いてもよく、或いは凝縮水を電気分解させる処理を用いてもよい。中和剤としては、アンモニア由来の水溶液（たとえば、尿素やカルバミン酸アンモニウムなどの水溶液）を用いることができる。中和剤の添加や凝縮水の電気分解が行われると、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）が高くなる（酸性度が低くなる）ため、パティキュレートフィルタが被水したときに該パティキュレートフィルタから脱離するＰＭの量を少なく抑えることができる。また、パティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０に酸化触媒が配置される場合、又はパティキュレートフィルタ８１に酸化触媒が担持される場合は、内燃機関１の運転停止直前に該内燃機関１をリッチな混合気で運転させることにより、酸化触媒上にアンモニア（ＮＨ_３）を滞留又は吸着させ、そのアンモニア（ＮＨ_３）を次回始動時における中和剤として働かせるようにしてもよい。

ところで、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）が「５」より小さいときにパティキュレートフィルタ８１からＰＭが脱離し易いため、水素イオン指数（ｐＨ）が「５」より小さいときに、ＥＧＲガス量の増加、中和剤の添加、或いは凝縮水の電気分解などの酸性化抑制処理が行われるようにしてもよい。その際、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）が小さいほど、ＥＧＲガス量を多くしたり、中和剤の添加量を多くしたりしてもよい。なお、凝縮水の水素イオン指数（ｐＨ）は、排気通路８０に測定器を配置することにより実測してもよく、或いは内燃機関１の運転履歴から演算されてもよい。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図４乃至図８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、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例の相違点は、パティキュレートフィルタ８１の上流側に排気中の水分を吸着する吸着材が配置される点にある。図４は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図４において、パティキュレートフィルタ８１の上流側には、吸着材８１０が配置される。吸着材８１０は、ゼオライトなどのように、排気中の水分を吸着した際に反応熱（吸着熱）を発生する物質により構成されている。また、吸着材８１０は、パティキュレートフィルタ８１と同じケーシング内に配置され、該吸着材８１０の下流側端部がパティキュレートフィルタ８１の上流側端部と接触するように配置される。その際、吸着材８１０とパティキュレートフィルタ８１は一体成形されてもよい。

パティキュレートフィルタ８１の上流側に吸着材８１０が配置される場合は、内燃機関１が冷間状態にあるときに、パティキュレートフィルタ８１より上流の排気通路８０において発生する凝縮水が吸着材８１０に吸着されるため、パティキュレートフィルタ８１が凝縮水を被ることがなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ８１の被水によるＰＭ排出量の増加を抑制することができる。

また、吸着材８１０は、排気中の水分を吸着したときに吸着熱を発生する。吸着熱は、吸着材８１０からパティキュレートフィルタ８１へ伝達される。その結果、パティキュレートフィルタ８１は、前記吸着熱を受けて昇温する。その際、パティキュレートフィルタ
８１内に凝縮水が存在していると、パティキュレートフィルタ８１の昇温によって凝縮水が気化される。よって、内燃機関１の運転停止中などにパティキュレートフィルタ８１内に凝縮水が発生した場合であっても、パティキュレートフィルタ８１の被水量を少なく抑えることができる。

ところで、吸着材８１０の吸着能力には限りがあるため、吸着材８１０の水分吸着量が飽和すると、吸着材８１０によって吸着しきれない水分がパティキュレートフィルタ８１へ流入することになる。その際、前記水分の酸性度が高ければ、パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量が増加する可能性がある。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ２０は、吸着材８１０の水分吸着量が飽和したときに、酸性化抑制処理を実施するようにした。以下、本実施例における酸性化抑制処理の実行手順について図５に沿って説明する。図５は、本実施例における酸性化抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。図５の酸性化抑制処理ルーチンは、内燃機関１の始動時に実行されるルーチンである。なお、図５において、前述した第１の実施例の酸性化抑制処理ルーチンと同様の処理には、同一の符号を付している。

図５の酸性化抑制処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ２０１において凝縮水の発生量（水分発生量）Ｗｌを演算する。たとえば、ＥＣＵ２０は、燃料噴射量と吸入空気量から排気中に含まれるＨ_２Ｏの量を演算する。続いて、ＥＣＵ２０は、排気温度Ｔｅｘをパラメータとして、排気中に含まれるＨ_２Ｏのうち液状の凝縮水となる量（水分発生量）Ｗｌを演算する。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ２０は、吸着材８１０が吸着可能な水分量（吸着可能量）Ｗｃを演算する。吸着可能量Ｗｃは、吸着材８１０の吸着容量から吸着材８１０が既に吸着している水分量を差し引いた量である。

吸着材８１０の吸着容量は、予め実験的に求めておくことができる。ただし、吸着材８１０の吸着容量は、該吸着材８１０に作用する圧力（排気圧力）、該吸着材８１０が曝される雰囲気の湿度（排気中の水分濃度）、或いは該吸着材８１０が曝される雰囲気の温度（排気温度）などによって変化する。たとえば、図６に示すように、吸着材８１０に作用する圧力が高いときは低いときに比べ、該吸着材８１０の吸着容量は大きくなる。また、図７に示すように、吸着材８１０が曝される雰囲気の湿度が高いときは低いときに比べ、該吸着材８１０の吸着容量が大きくなる。さらに、図８に示すように、吸着材８１０が曝される雰囲気の温度が高いときは低いときに比べ、該吸着材８１０の吸着容量が小さくなる。よって、ＥＣＵ２０は、排気温度Ｔｅｘ、排気圧力、排気中に含まれるＨ_２０の量などをパラメータとして、吸着材８１０の吸着容量を求めてもよい。一方、吸着材８１０が既に吸着している水分量は、水分発生量Ｗｌを積算した値である。

ここで図５に戻り、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３において、前記Ｓ２０１で算出された水分発生量Ｗｌが前記Ｓ２０２で算出された吸着可能量Ｗｃより多いか否かを判別する。水分発生量Ｗｌが吸着可能量Ｗｃより多い場合は、吸着材８１０によって吸着しきれない水分がパティキュレートフィルタ８１へ流入することになる。そこで、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３において肯定判定された場合（Ｗｌ＞Ｗｃ）は、Ｓ１０３へ進み、酸性化抑制処理（ＥＧＲ弁１０１の開度を増加させる処理）を実行する。酸性化抑制処理が実行されると、吸着材８１０によって吸着しきれいない水分の酸性度の上昇（水素イオン指数（ｐＨ）の低下）が抑制される。その結果、パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量の増加が抑制される。なお、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３の処理を実行し終えると、Ｓ２０１へ戻る。

一方、水分発生量Ｗｌが吸着可能量Ｗｃ以下である場合は、パティキュレートフィルタ８１の被水が抑制される。よって、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３において否定判定された場合（Ｗｌ≦Ｗｃ）は、Ｓ１０４へ進み、ＥＧＲ弁１０１の開度を通常の開度に設定する。続いて、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４へ進み、前記Ｓ２０１で算出された水分発生量Ｗｌが許容量ａより少ないか否かを判別する。ここでいう許容量ａは、該許容量ａより少ない量の水分がパティキュレートフィルタ８１へ流入しても、該パティキュレートフィルタ８１から排出されるＰＭ量が殆ど増加しない量であり、予め実験的に求められた量である。ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４において肯定判定された場合（Ｗｌ＜ａ）は、本ルーチンの実行を終了し、Ｓ２０４において否定判定された場合（Ｗｌ≧ａ）は、Ｓ２０１へ戻る。

以上述べた実施例によれば、酸性度の高い凝縮水がパティキュレートフィルタ８１へ流入することをより確実に抑制することが可能になる。その結果、パティキュレートフィルタ８１が被水することに因るＰＭ排出量の増加をより確実に抑制することが可能になる。

なお、内燃機関１が始動されてから吸着材８１０の水分吸着量が飽和するまでの期間（以下、「水分吸着期間」と称する）は、可能な限り長くなることが好ましい。水分吸着期間が長くなると、吸着材８１０の水分吸着量が飽和する前に、排気通路８０やパティキュレートフィルタ８１内の雰囲気温度が水分の気化し得る温度以上に上昇する可能性が高くなる。その結果、吸着材８１０の水分吸着量が飽和した後に、液相の水分（凝縮水）がパティキュレートフィルタ８１へ流入することが抑制される。よって、内燃機関１の運転停止前に吸着材８１０を昇温させて、吸着材８１０に吸着されている水分を気化させるようにしてもよい。

吸着材８１０を昇温させる方法としては、排気温度を上昇させることにより吸着材８１０を間接的に昇温させる方法や、ヒータなどの加熱器を利用して吸着材８１０を直接的に昇温させる方法を用いることができる。排気温度を上昇させる方法としては、点火タイミングを遅角させる方法を用いることができる。

また、本実施例では、吸着材８１０の水分吸着量が飽和したときに酸性化抑制処理を実施する例について述べたが、吸着材８１０の水分吸着量が飽和する前であって、凝縮水発生条件が成立したときに酸性化抑制処理を実施するようにしてもよい。

前記実施例１及び２において、気筒２内に導入されるＥＧＲガス量を増加させる方法として、ＥＧＲ弁１０１の開度を増加させる方法を用いたが、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを調整することにより、気筒２内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を増加させる方法を用いてもよい。

１ 内燃機関
２ 気筒
５ 点火プラグ
６ 燃料噴射弁
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
１２ 水温センサ
２０ ＥＣＵ
２１ クランクポジションセンサ
２２ アクセルポジションセンサ
７０ 吸気通路
７１ スロットル弁
７２ エアフローメータ
８０ 排気通路
８１ パティキュレートフィルタ
８２ 排気温度センサ
１００ ＥＧＲ通路
１０１ ＥＧＲ弁
８１０ 吸着材

Claims (7)

1. 排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが排気通路に配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、
   前記パティキュレートフィルタより上流の排気通路に凝縮水が発生し得る条件である凝縮水発生条件の成立時に、凝縮水の水素イオン指数の低下を抑制するための酸性化抑制処理を実施する抑制手段を備える内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、前記酸性化抑制処理は、前記内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物の量を減少させる処理である内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項１において、前記酸化抑制処理は、前記パティキュレートフィルタより上流の排気中に中和剤を供給する処理である内燃機関の排気浄化システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、前記パティキュレートフィルタの上流側に配置され、水分を吸着する吸着材を更に備える内燃機関の排気浄化システム。
5. 請求項４において、前記抑制手段は、凝縮水発生条件の成立時であって、且つ、前記吸着材の水分吸着量が飽和したときに、前記酸性化抑制処理を実行する内燃機関の排気浄化システム。
6. 請求項５において、前記内燃機関の運転が停止される前に前記吸着材を昇温させる処理を実行する昇温手段を更に備える内燃機関の排気浄化システム。
7. 請求項１乃至６の何れか１項において、前記凝縮水発生条件は、排気温度が凝縮水の気化し得る温度より低いときに成立する内燃機関の排気浄化システム。

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