JP2015098807A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失の増大を抑制しつつ、パティキュレートフィルタが破損するリスクを低減する。
【解決手段】パティキュレートフィルタの隔壁の上流側に細孔領域が区画されると共に隔壁の下流側に粗孔領域が区画される。粒子状物質及びアッシュが細孔領域における隔壁により捕集可能であるように細孔領域における隔壁の細孔径が設定され、アッシュが粗孔領域における隔壁を通過可能であるように粗孔領域における隔壁の細孔径が設定される。細孔領域での粒子状物質捕集量と粗孔領域での粒子状物質捕集量との差ｄＱＰＭがしきい値ｄＱＰＭＬを越えたときにＰＭ除去制御が実行される。
【選択図】図７

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタであって、パティキュレートフィルタは、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備え、隔壁の上流側に細孔領域が区画されると共に隔壁の下流側に粗孔領域が区画され、粒子状物質及びアッシュが細孔領域における隔壁により捕集可能であるように細孔領域における隔壁の細孔径が設定されると共に、アッシュが粗孔領域における隔壁を通過可能であるように粗孔領域における隔壁の細孔径が設定され、細孔領域における隔壁と粗孔領域における隔壁とが一体的に形成されている、パティキュレートフィルタが公知である（特許文献１参照）。このパティキュレートフィルタでは、アッシュが粗孔領域における隔壁を通過し、したがってパティキュレートフィルタ上に堆積するアッシュの量が抑制される。その結果、パティキュレートフィルタの圧力損失がアッシュにより増大するのが抑制される。

一方、パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを酸化雰囲気に維持しながらパティキュレートフィルタの温度をＰＭ除去温度まで上昇させ維持するＰＭ除去制御を行う、内燃機関の排気浄化装置も公知である。ＰＭ除去制御が行なわれると、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質が酸化され、パティキュレートフィルタから除去される。

特開２００４−２３９１９９号公報

上述のパティキュレートフィルタでは、パティキュレートフィルタに流入した粒子状物質は主として細孔領域における隔壁上に捕集され、粗孔領域における隔壁上には一部の粒子状物質が捕集される。言い換えると、細孔領域における隔壁上には比較的多量の粒子状物質が捕集され、粗孔領域における隔壁上には比較的少量の粒子状物質が捕集される。この場合、ＰＭ除去制御が行なわれると、細孔領域における隔壁では比較的多量の粒子状物質が酸化されるので、比較的多量の熱が発生し、したがって細孔領域における隔壁の温度は大幅に上昇する。これに対し、粗孔領域における隔壁では酸化される粒子状物質の量が比較的少なく、したがって粗孔領域における隔壁の温度はさほど上昇しない。その結果、細孔領域における隔壁と粗孔領域における隔壁との間に大きな温度差が発生し、それによりパティキュレートフィルタに亀裂が生ずるおそれがある。

本発明によれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、該パティキュレートフィルタは、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備え、隔壁の上流側に細孔領域が区画されると共に隔壁の下流側に粗孔領域が区画され、粒子状物質及びアッシュが細孔領域における隔壁により捕集可能であるように細孔領域における隔壁の細孔径が設定されると共に、アッシュが粗孔領域における隔壁を通過可能であるように粗孔領域における隔壁の細孔径が設定され、細孔領域における隔壁と粗孔領域における隔壁とが一体的に形成されている、内燃機関の排気浄化装置において、細孔領域における隔壁上に捕集された粒子状物質の量と粗孔領域における隔壁上に捕集された粒子状物質の量との差があらかじめ定められたしきい値を越えたときに、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを酸化雰囲気に維持しながらパティキュレートフィルタの温度をＰＭ除去温度まで上昇させ維持するＰＭ除去制御が行われる、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

アッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失の増大を抑制しつつ、パティキュレートフィルタが破損するリスクを低減することができる。

本発明による実施例の内燃機関の全体図である。 パティキュレートフィルタの正面図である。 パティキュレートフィルタの側面断面図である。 隔壁の部分拡大断面図である。 コート層の部分拡大断面図である。 本発明による実施例を説明するための隔壁の概略拡大図である。 本発明による実施例を説明するための隔壁の概略拡大図である。 ＰＭ除去制御を説明するタイムチャートである。 粒子状物質流入量ｑＰＭのマップを示す図である。 細孔領域での粒子状物質捕集効率ＴＣ（ＺＭＩ）のマップを示す図である。 粗孔領域での粒子状物質捕集効率ＴＣ（ＺＭＡ）のマップを示す図である。 ＰＭ除去制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。

図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、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の入口はエアフローメータ８が配置された吸気導入管８ａを介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁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。

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の出口は排気管１２を介してパティキュレートフィルタ１３に連結される。

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内には電気制御式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。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、このコモンレール２０は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１を介して燃料タンク２２に連結される。燃料タンク２２内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２１によってコモンレール２０内に供給され、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。なお、別の実施例では内燃機関１は火花点火式内燃機関から構成される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータから構成され、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及び出力ポート３６を具備する。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１４が取付けられている。エアフローメータ８及び差圧センサ１４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、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏み込み量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。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４２からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。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の駆動用アクチュエータ、ＥＧＲ制御弁１７、及び燃料ポンプ２１に接続される。

図２Ａ及び図２Ｂはウォールフロー型パティキュレートフィルタ１３の構造を示している。なお、図２Ａ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２Ｂ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２Ａ及び図２Ｂ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７１ｉ，７１ｏと、これら排気流通路７１ｉ，７１ｏを互いに隔てる隔壁７２とを具備する。図２Ａに示される実施例では、排気流通路７１ｉ，７１ｏは、上流端が開放されかつ下流端が栓７３ｄにより閉塞された排気ガス流入通路７１ｉと、上流端が栓７３ｕにより閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路７１ｏとにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓７３ｕを示している。したがって、排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは薄肉の隔壁７２を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは各排気ガス流入通路７１ｉが４つの排気ガス流出通路７１ｏによって包囲され、各排気ガス流出通路７１ｏが４つの排気ガス流入通路７１ｉによって包囲されるように配置される。隔壁７２は多孔性を有しており、したがって図２Ｂに矢印で示されるように排気ガスはまず排気ガス流入通路７１ｉ内に流入し、次いで周囲の隔壁７２内を通って隣接する排気ガス流出通路７１ｏ内に流出する。別の実施例では、排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とにより構成される。この別の実施例でも排気ガス流入通路内に流入した排気ガスは隔壁を通過し、排気ガス流出通路内に流出する。

図２Ｂに示されるように、隔壁７２には、上流側に細孔領域ＺＭＩが画定され、下流側に粗孔領域ＺＭＡが区画される。この場合、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２と粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２とは一体的に形成されている。細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の細孔径は、粒子状物質及びアッシュを捕集可能であるように設定される。これに対し、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔径は、アッシュが粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過可能であるように設定される。この場合、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の粒子状物質及びアッシュの捕集効率が細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の粒子状物質及びアッシュの捕集効率よりも低く設定されるという見方もできる。

細孔領域ＺＭＩ及び粗孔領域ＺＭＡは例えば次のようにして形成される。すなわち、図３に示されように、隔壁７２は細孔領域ＺＭＩ及び粗孔領域ＺＭＡに対し共通の基材７２ｓを備えている。この場合、アッシュが基材７２ｓを通過可能であるように基材７２ｓの細孔径が設定される。その上で、細孔領域ＺＭＩにおいて基材７２ｓの表面がコート層７５により覆われる。コート層７５は図４に示されるように多数の粒子７６から形成され、粒子７６同士の間に多数の隙間ないし細孔７７を有する。コート層７５の細孔径は基材７２ｓの細孔径よりも小さく、粒子状物質及びアッシュを捕集可能であるように設定される。この場合、コート層７５の細孔径は細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の細孔径を表している。これに対し、粗孔領域ＺＭＡでは、基材７２ｓの表面が上述のコート層７５により覆われていない。この場合、基材７２の細孔径は粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔径を表している。その結果、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の細孔径及び粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔径がそれぞれ上述のように設定されることになる。

具体的には、基材７２ｓの平均細孔径、すなわち粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の平均細孔径は２５μｍ以上かつ１００μｍ以下に設定される。基材７２ｓの平均細孔径が２５μｍ以上であると、アッシュの大部分が基材７２ｓを通過可能であることが本願発明者により確認されている。一方、コート層７５の平均細孔径、すなわち細孔領域ＺＭＩの平均細孔径は１０μｍから２５μｍに設定される。このために、粒子７６（二次粒子）の平均径は１μｍ以上かつ１０μｍ以下に設定される。粒子７６の平均径が１μｍよりも小さいと、コート層７５を通過する粒子状物質の量が許容量よりも多くなる。また、粒子７６の平均径が１０μｍよりも大きいと、パティキュレートフィルタ１３ないしコート層７５の圧力損失が許容値よりも大きくなる。

なお、本発明による実施例では、隔壁基材の細孔の平均径は水銀圧入法により得られた細孔径分布のメディアン径（５０％径）を意味し、粒子の平均径はレーザ回折・散乱法により得られた体積基準の粒度分布のメディアン径（５０％径）を意味する。

基材７２ｓは多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。一方、コート層７５を形成する粒子７６は例えば酸化機能を有する金属から構成される。酸化機能を有する金属として、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄのような白金族の金属を用いることができる。別の実施例では、粒子７６は隔壁基材７２ｓと同様のセラミックから構成される。更に別の実施例では、粒子７６はセラミック及び金属の両方から構成される。

図３に示される実施例では、コート層７５が排気ガス流入通路７１ｉに対面する隔壁基材７２ｓの一表面に設けられる。別の実施例では、コート層７５が排気ガス流出通路７１ｏに対面する基材７２ｓの一表面に設けられる。更に別の実施例では、コート層７５が排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏに対面する基材７２ｓの両表面に設けられる。

更に、図２Ｂに示される実施例では、細孔領域ＺＭＩの上流縁は隔壁７２の上流端にほぼ一致している。また、粗孔領域ＺＭＡの下流縁は隔壁７２の下流端にほぼ一致している。細孔領域ＺＭＩの長手方向長さはパティキュレートフィルタ１３の長手方向長さの例えば５０％から９０％に設定される。

さて、排気ガス中には主として固体炭素から形成される粒子状物質が含まれている。この粒子状物質はパティキュレートフィルタ１３上に捕集される。その結果、大気中に排出される粒子状物質の量が抑制される。

また、排気ガス中にはアッシュと称される不燃性成分も含まれている。このアッシュは主として硫酸カルシウムＣａＳＯ_４、リン酸亜鉛カルシウムＣａ_１９Ｚｎ_２（ＰＯ_４）_１４のようなカルシウム塩から形成されることが本願発明者により確認されている。カルシウムＣａ，亜鉛Ｚｎ，リンＰ等は機関潤滑油に由来し、イオウＳは燃料に由来する。すなわち、硫酸カルシウムＣａＳＯ_４を例にとって説明すると、機関潤滑油が燃焼室２内に流入して燃焼し、潤滑油中のカルシウムＣａが燃料中のイオウＳと結合することにより硫酸カルシウムＣａＳＯ_４が生成される。このアッシュも粒子状物質と共にパティキュレートフィルタ１３上に捕集される。

この場合の粒子状物質及びアッシュの挙動は次のように考えられている。すなわち、パティキュレートフィルタ１３に流入した粒子状物質及びアッシュの大部分はまず細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に捕集される。細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に捕集された粒子状物質の一部は次いで、排気ガス流入通路７１ｉ内を流通する排気ガスによって隔壁７２上を移動し、粗孔領域ＺＭＡに到達する。粗孔領域ＺＭＡに到達するまでに粒子状物質は互いに凝集し、したがって粗孔領域ＺＭＡに到達した粒子状物質のなかには径が比較的大きくなっているものもある。このように径が比較的大きな粒子状物質は粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２に捕集される。一方、径が比較的小さな粒子状物質は、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔径が比較的大きいので、粒子状物質が粗孔領域ＺＭＡの隔壁７２を通過してパティキュレートフィルタ１３から流出する。

これに対し、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に捕集されたアッシュのほとんどは細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に留まる。これは、パティキュレートフィルタ１３に流入する粒子状物質の量がパティキュレートフィルタ１３に流入するアッシュの量に比べて圧倒的に多く、アッシュが隔壁７２上を移動しにくいからである。とはいえ、アッシュが粗孔領域ＺＭＡに到達する場合もあり、この場合のアッシュは粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過し、パティキュレートフィルタ１３から流出する。パティキュレートフィルタ１３上に捕集されているアッシュの量が比較的少ないので、アッシュが互いに凝集したとしても、粗孔領域ＺＭＡに到達したアッシュの径はさほど大きくないからである。

その結果、概略的に言うと、図５に示されるように、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に粒子状物質８０及びアッシュ８１が捕集され、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２上に粒子状物質８０が捕集されるということになる。

ところが、機関運転時間が長くなるにつれてパティキュレートフィルタ１３上に捕集されている粒子状物質の量が多くなり、その結果パティキュレートフィルタ１３の圧力損失が大きくなってしまう。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１３から粒子状物質を除去するためにＰＭ除去制御が行なわれる。その結果、パティキュレートフィルタ１３上の粒子状物質捕集量が減少され、パティキュレートフィルタ１３の圧力損失が低下される。

本発明による実施例では、ＰＭ除去制御は、パティキュレートフィルタ１３を酸化雰囲気に維持しながらパティキュレートフィルタ１３の温度をＰＭ除去温度まで上昇させ維持する昇温制御から構成される。一実施例では、燃料噴射弁３から燃焼用の主燃料とは別に追加の燃料が圧縮行程又は排気行程に噴射され、この追加の燃料が燃焼室２、排気通路、又はパティキュレートフィルタ１３で燃焼することにより昇温制御が行なわれる。別の実施例では、パティキュレートフィルタ１３上流の排気通路内に配置された燃料添加弁から追加の燃料が添加され、この追加の燃料が排気通路又はパティキュレートフィルタ１３で燃焼することにより昇温制御が行なわれる。なお、ＰＭ除去温度は例えば６００℃から６５０℃までに設定される。

ＰＭ除去制御が行なわれてもアッシュは燃焼せず、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に残留する。ところが、ＰＭ除去制御が行なわれると、隔壁７２上の粒子状物質が除去されるので、アッシュは隔壁７２上を移動しやすくなる。その結果、図６に示されるように、アッシュは排気ガス流入通路７１ｉ内を流通する排気ガスによって隔壁７２上をパティキュレートフィルタ１３の後方に移動し、次いで粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過してパティキュレートフィルタ１３から流出する。したがって、アッシュによりパティキュレートフィルタ１３の圧力損失が上昇するのが抑制される。

本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１３上に捕集された粒子状物質の総量ＱＰＭＴがあらかじめ定められた上限量ＱＰＭＴＬを越えたときにＰＭ除去制御が行われる。言い換えると、粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが多くなる前にＰＭ除去制御が実行される。その結果、パティキュレートフィルタ１３の圧力損失が低く維持される。なお、粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴは細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に捕集された粒子状物質の量ＱＰＭ（ＺＭＩ）と粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２上に捕集された粒子状物質の量ＱＰＭ（ＺＭＡ）との和で表される（ＱＰＭＴ＝ＱＰＭ（ＺＭＩ）＋ＱＰＭ（ＺＭＡ））。

また、本発明による実施例では、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に捕集された粒子状物質の量ＱＰＭ（ＺＭＩ）と粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２上に捕集された粒子状物質の量ＱＰＭ（ＺＭＡ）との差ｄＱＰＭ（＝ＱＰＭ（ＺＭＩ）−ＱＰＭ（ＺＭＡ））があらかじめ定められたしきい値ｄＱＰＭＬを越えたときにＰＭ除去制御が行われる。言い換えると、差ｄＱＰＭが大きくなる前にＰＭ除去制御が行なわれる。その結果、ＰＭ除去制御が行なわれたときに生ずる細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２と粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２との間の温度差を低減することができ、したがってパティキュレートフィルタ１３が熱により損傷するリスクを低減することができる。

すなわち、図７に示されるように、時間ｔ１において粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが上限量ＱＰＭＴＬを越えたときにはＰＭ除去制御が実行される。また、時間ｔ２において差ｄＱＰＭがしきい値ｄＱＰＭＬを越えたときにもＰＭ除去制御が実行される。ＰＭ除去制御が行なわれると、細孔領域ＺＭＩでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＩ）及び粗孔領域ＺＭＡでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＡ）がそれぞれ減少し、したがって粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴ及び差ｄＱＰＭがそれぞれ減少する。

なお、時間ｔ１では粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが上限量ＱＰＭＴＬを越えかつ差ｄＱＰＭがしきい値ｄＱＰＭＬを越えていないときにＰＭ除去制御が行なわれるということになる。一方、時間ｔ２では粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが上限量ＱＰＭＴＬを越えておらずかつ差ｄＱＰＭがしきい値ｄＱＰＭＬを越えたときにＰＭ除去制御が行なわれるということになる。言い換えると、粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが上限量ＱＰＭＴＬを越えたとき又は差ｄＱＰＭがしきい値ｄＱＰＭＬを越えたときにＰＭ除去制御が行われる。

いずれの場合も、パティキュレートフィルタ１３上の粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが設定値、例えばゼロまで減少したときにＰＭ除去制御が終了される。粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴは例えば差圧センサ１４により検出されるパティキュレートフィルタ１３の前後差圧によって表される。別の実施例では、ＰＭ除去制御が開始されてからあらかじめ定められた時間だけ経過すると、ＰＭ除去制御が終了される。

単位時間当たりにパティキュレートフィルタ１３に流入する粒子状物質の量をｑＰＭ、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の粒子状物質の捕集効率をＴＥ（ＺＭＩ）で表すと、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に捕集されている粒子状物質の量ＱＰＭ（ＺＭＩ）は次式で表される。
ＱＰＭ（ＺＭＩ）＝ＱＰＭ（ＺＭＩ）＋ｑＰＭ・ＴＥ（ＺＭＩ）

一方、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の粒子状物質の捕集効率をＴＥ（ＺＭＡ）で表すと、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２上に捕集されている粒子状物質の量ＱＰＭ（ＺＭＡ）は次式で表される。
ＱＰＭ（ＺＭＡ）＝ＱＰＭ（ＺＭＡ）＋ｑＰＭ・（１−ＴＥ（ＺＭＩ））・ＴＥ（ＺＭＡ）
ここで、ｑＰＭ・（１−ＴＥ（ＺＭＩ））は粗孔領域ＺＭＡにおける排気ガス流入通路７１ｉに到達した粒子状物質の量を表している。

単位時間当たりの粒子状物質流入量ｑＰＭは図８に示されるマップの形で機関負荷を表すアクセルペダル４０の踏み込み量Ｌ及び機関回転数Ｎの関数としてあらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、細孔領域ＺＭＩでの捕集効率ＴＥ（ＺＭＩ）は細孔領域ＺＭＩでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＩ）が多くなるにつれて高くなる。細孔領域ＺＭＩでの捕集効率ＴＥ（ＺＭＩ）は細孔領域ＺＭＩでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＩ）の関数として図９に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。また、粗孔領域ＺＭＡでの捕集効率ＴＥ（ＺＭＡ）は粗孔領域ＺＭＡでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＡ）が多くなるにつれて高くなる。粗孔領域ＺＭＡでの捕集効率ＴＥ（ＺＭＡ）は粗孔領域ＺＭＡでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＡ）の関数として図１０に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。したがって、単位時間当たりの粒子状物質流入量ｑＰＭ及び捕集効率ＴＥ（ＺＭＩ），ＴＥ（ＺＭＡ）を算出すれば、粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＩ），ＱＰＭ（ＺＭＡ）が算出することができる。

図１１はＰＭ除去制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１１を参照すると、ステップ１００では図８のマップから単位時間当たりの粒子状物質流入量ｑＰＭが算出され、図９のマップから細孔領域ＺＭＩでの捕集効率ＴＥ（ＺＭＩ）が算出され、細孔領域ＺＭＩでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＩ）が算出される（ＱＰＭ（ＺＭＩ）＝ＱＰＭ（ＺＭＩ）＋ｑＰＭ・ＴＥ（ＺＭＩ））。続くステップ１０１では図１０のマップから粗孔領域ＺＭＡでの捕集効率ＴＥ（ＺＭＡ）が算出され、粗孔領域ＺＭＡでの粒子状物質捕集量ＱＰＭ（ＺＭＡ）が算出される（ＱＰＭ（ＺＭＡ）＝ＱＰＭ（ＺＭＡ）＋ｑＰＭ・（１−ＴＥ（ＺＭＩ））・ＴＥ（ＺＭＡ））。続くステップ１０２では粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが算出される（ＱＰＭＴ＝ＱＰＭ（ＺＭＩ）＋ＱＰＭ（ＺＭＡ））。続くステップ１０３では粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴが上限量ＱＰＭＴＬを越えたか否かが判別される。ＱＰＭＴ≦ＱＰＭＴＬのときには次いでステップ１０４に進み、差ｄＱＰＭが算出される（ｄＱＰＭ＝ＱＰＭ（ＺＭＩ）−ＱＰＭ（ＺＭＡ））。続くステップ１０５では差ｄＱＰＭがしきい値ｄＱＰＭＬを越えたか否かが判別される。ｄＱＰＭ≦ｄＱＰＭＬのときには処理サイクルを終了する。

ステップ１０３においてＱＰＭＴ＞ＱＰＭＴＬのとき又はステップ１０５においてｄＱＰＭ＞ｄＱＰＭＬのときには次いでステップ１０６に進み、ＰＭ除去制御が行なわれる。続くステップ１０７では粒子状物質総捕集量ＱＰＭＴがゼロに設定される。続くステップ１０８では差ｄＱＰＭがゼロに設定される。

これまで述べてきた本発明による実施例では、粗孔領域ＺＭＡにコート層が設けられていない。別の実施例では、粗孔領域ＺＭＡに、コート層７５とは異なる別のコート層が設けられる。この場合、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の平均細孔径は別のコート層が設けられた状態において、２５μｍ以上１００μｍ以下に設定される。別のコート層は例えば酸化機能を有する金属を担持した触媒コート層から形成される。その結果、粗孔領域ＺＭＡに到達した粒子状物質を容易に酸化除去することができる。

１ 機関本体
１２ 排気管
１３ パティキュレートフィルタ
７１ｉ 排気ガス流入通路
７１ｏ 排気ガス流出通路
７２ 隔壁
ＺＭＡ 粗孔領域
ＺＭＩ 細孔領域

Claims (4)

1. 排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、該パティキュレートフィルタは、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備え、隔壁の上流側に細孔領域が区画されると共に隔壁の下流側に粗孔領域が区画され、粒子状物質及びアッシュが細孔領域における隔壁により捕集可能であるように細孔領域における隔壁の細孔径が設定されると共に、アッシュが粗孔領域における隔壁を通過可能であるように粗孔領域における隔壁の細孔径が設定され、細孔領域における隔壁と粗孔領域における隔壁とが一体的に形成されている、内燃機関の排気浄化装置において、細孔領域における隔壁上に捕集された粒子状物質の量と粗孔領域における隔壁上に捕集された粒子状物質の量との差があらかじめ定められたしきい値を越えたときに、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質を除去するためにパティキュレートフィルタを酸化雰囲気に維持しながらパティキュレートフィルタの温度をＰＭ除去温度まで上昇させ維持するＰＭ除去制御が行われる、内燃機関の排気浄化装置。
2. パティキュレートフィルタ上に捕集された粒子状物質の総量があらかじめ定められた上限量を越えたとき又は前記差が前記しきい値を越えたときにＰＭ除去制御が行われる、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記粗孔領域における隔壁の平均細孔径が２５μｍ以上かつ１００μｍ以下に設定される、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記隔壁が細孔領域及び粗孔領域に対し共通の基材を備え、アッシュが該基材を通過可能であるように該基材の細孔径が設定されており、細孔領域において基材表面がコート層により覆われ、粗孔領域において基材表面が該コート層により覆われておらず、コート層の細孔径は粒子状物質及びアッシュを捕集可能であるように設定される、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images