JP2018123776A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォールフロー型のフィルタに堆積したＰＭを好適に酸化除去することを目的とする。【解決手段】ウォールフロー型のフィルタと、フィルタを下流側から昇温させる昇温手段と、排気シャット弁と、排気流量が所定流量以上である場合に、排気シャット弁を一旦全閉にした後全開にすることでフィルタにおける排気流れを制御し、該フィルタに堆積したＰＭを該フィルタにおける下流側の部分に移動させる制御手段と、制御手段がＰＭを前記下流側の部分に移動させた後において、昇温手段を用いてフィルタに堆積したＰＭを酸化除去する処理である再生処理を実行する処理手段と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称する場合もある）を捕集するウォールフロー型のフィルタを設ける技術が知られている。そして、特許文献１には、ウォールフロー型のフィルタを昇温させて該フィルタに堆積したＰＭを酸化除去する技術が開示されている。

特開２００６−１８３５０７号公報

ウォールフロー型のフィルタにＰＭが堆積していくと、フィルタの圧力損失が増大するため、フィルタを昇温させＰＭを酸化除去することで、フィルタの再生が行われる。ここで、ＰＭは、フィルタにおいて排気流れ方向における上流側の部分から下流側の部分に亘って堆積する傾向がある。したがって、フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するためには、フィルタを上流側の部分から下流側の部分に亘って昇温させる必要がある。そうすると、フィルタの昇温対象が広範囲に及ぶことになるため、フィルタの再生に多くのエネルギを要することになる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ウォールフロー型のフィルタに堆積したＰＭを好適に酸化除去することを目的とする。

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係る発明である。そして、この排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタであって、排気流れ方向に沿った隔壁により区画された複数のセルを有し、該複数のセルにおいて、排気流れ方向における下流側端部が閉塞され且つ上流側端部が開放されたセルと、排気流れ方向における上流側端部が閉塞され且つ下流側端部が開放されたセルと、が交互に並べられたウォールフロー型のフィルタを備える。

このようなフィルタにおいて、或る一部分に集中してＰＭを堆積させることができれば、ＰＭが集中して堆積している部分を昇温させることで、フィルタの再生を行うことができる。また、フィルタにおけるＰＭの堆積密度が高い部分においては、ＰＭの堆積密度が低い部分よりも、フィルタの再生時にＰＭが連続的に延焼する傾向がある。つまり、フィルタの或る一部分に集中してＰＭを堆積させることができれば、ＰＭが集中して堆積している部分を昇温させることによって、フィルタ全体を昇温させる場合よりも、少ないエネルギで短時間にフィルタの再生を行うことができる。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記フィルタを排気流れ方向における下流側から昇温させる昇温手段と、前記フィルタよりも下流の前記排気通路に設けられ、全開、全閉を切替えて弁を開閉するように構成されている排気シャット弁と、排気流量が所定流量以上である場合に、前記排気シャット弁を一旦全閉にした後全開にすることで前記フィルタにおける排気流れを制御し、該フィルタに堆積した粒子状物質を該フィルタ
において排気流れ方向における下流側の部分に移動させる制御手段と、前記制御手段が粒子状物質を前記下流側の部分に移動させた後において、前記昇温手段を用いて前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化除去する処理である再生処理を実行する処理手段と、を備える。

排気シャット弁は、制御手段による排気流れの制御が実行されていない内燃機関の通常運転時（以下、単に「通常運転時」と称する場合もある。）には全開にされている。そして、通常運転時には、内燃機関から排出された排気は、脈動を伴って排気通路における上流側から下流側に流れている。以下の説明において、排気流れにおける上流側から下流側への流れを「順流」と称し、下流側から上流側への流れを「逆流」と称する。ここで、制御手段が、排気シャット弁を一時的に全閉状態に制御すると、排気通路における排気流れが一時的に逆流し得る。または、排気流れは順流のままでも、脈動の大きさが一時的に増大し得る。そして、このように排気通路における排気流れが比較的大きく変化すると、フィルタ内における排気流れも変化し得る。

ここで、フィルタの隔壁におけるＰＭの堆積状態に着目すると、通常運転時には、排気は隔壁の一方の表面の側から壁内を通過して他方の表面の側に流れる傾向にあるため、ＰＭは隔壁の該一方の表面および壁内に堆積し易くなる。一方、制御手段が排気シャット弁を一時的に全閉状態に制御すると、フィルタ内における排気流れが変化し得る。詳しくは、前記制御によって排気通路における排気流れが一時的に逆流する場合には、隔壁を通過する排気も一時的に通常運転時とは逆（すなわち、隔壁の前記他方の表面の側から前記一方の表面の側）に流れる。また、排気流れは順流のままで脈動の大きさが一時的に増大する場合にも、隔壁を通過する排気が一時的に通常運転時とは逆に流れ得る。なぜなら、その大きさが増大した脈動の影響により、隔壁の前記一方の表面の側の圧力が前記他方の表面の側の圧力よりも低くなることがあり、フィルタ内における排気流れに乱れが生じ易くなるからである。そして、隔壁を通過する排気が一時的に通常運転時とは逆に流れるようなフィルタ内の排気流れの乱れが生じると、隔壁に堆積したＰＭが該隔壁から剥離し易くなる。

ところで、通常運転時においては、排気流量が多いときは少ないときよりも、ＰＭは、フィルタにおける下流側の部分（以下、「フィルタの下流側部分」と称する場合もある。）に堆積し易くなる。制御手段は、この傾向を利用して、排気シャット弁を一時的に全閉状態に制御することによって隔壁から剥離させたＰＭをフィルタの下流側部分に移動させることができる。これについて、以下に説明する。上述したように、排気シャット弁を一時的に全閉状態に制御すると、隔壁を通過する排気が一時的に通常運転時とは逆に流れるようなフィルタ内の排気流れの乱れが生じ易くなる。ここで、フィルタ内の排気流れにこのような乱れが生じたままとなると、隔壁から剥離させたＰＭをフィルタの所望の部分に堆積させ難くなる。そこで、制御手段は、全閉状態の排気シャット弁を全開状態に制御することによって、局所的に逆流が生じていたフィルタ内の流れを順流に戻す。詳しくは、制御手段は、排気流量が所定流量以上である場合に、排気シャット弁の制御を行うことによって、フィルタ内に所定流量以上の順流を生じさせる。その結果、剥離したＰＭが、フィルタの下流側部分に移動することになる。なお、所定流量とは、隔壁から剥離したＰＭをフィルタの下流側部分に移動させることができる流量として定義される。

そして、制御手段がフィルタにおける排気流れを制御してＰＭをフィルタの下流側部分に移動させた後において、処理手段が再生処理を実行することによって、フィルタの再生が行われる。上述したように、再生処理は昇温手段を用いて実行されるため、再生処理では、フィルタが下流側から、すなわち排気流れの制御によって移動したＰＭが集中して堆積している側から昇温されることになる。このように、フィルタの下流側部分に集中して堆積したＰＭを酸化除去する場合には、ＰＭが連続的に延焼し易くなる。なお、昇温手段
として、電気加熱装置等の周知の構成を用いることができる。

以上のようなフィルタの再生においては、少ないエネルギで短時間にフィルタの再生を行うことができる。つまり、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィルタに堆積したＰＭを好適に酸化除去することを可能とする。

また、前記フィルタは、前記隔壁に選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたＳＣＲフィルタであってもよい。ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒は、ＰＭが酸化除去され得る温度に曝されると劣化し易くなる傾向がある。そこで、本発明に係るＳＣＲフィルタは、該選択還元型ＮＯｘ触媒が、該フィルタにおいて排気流れ方向における下流側の所定の部分よりも上流側に担持されていることを特徴とする。ここで、前記所定の部分とは、排気流れの制御によって移動したＰＭが集中して堆積する部分である。上述した再生処理によるフィルタの再生においては、このような下流側の所定の部分が昇温され易くなる。すなわち、再生処理の実行中において、選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されている上流側の部分は、前記所定の部分よりも温度が低くなる傾向にある。つまり、選択還元型ＮＯｘ触媒が、ＰＭの酸化除去の際に、該選択還元型ＮＯｘ触媒が劣化し得る温度に曝される事態が生じ難くなる。

このようなＳＣＲフィルタにおけるフィルタの再生では、少ないエネルギで短時間にフィルタの再生を行うことができるとともに、フィルタの再生に伴う選択還元型ＮＯｘ触媒の劣化が抑制される。したがって、フィルタに堆積したＰＭを好適に酸化除去することができる。

また、前記処理手段は、前記内燃機関の停止中に前記再生処理を行ってもよい。この場合、内燃機関の運転中に制御手段による処理が行われ、その後、内燃機関が停止したときに再生処理が行われることになる。このように、内燃機関の停止中に再生処理を行うことによって、再生処理が選択還元型ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化に影響を及ぼしてしまうことを排除することができる。

本発明によれば、ウォールフロー型のフィルタに堆積したＰＭを好適に酸化除去することができる。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明に係るフィルタの概略構成を示す縦断面図である。 本発明に係るフィルタの概略構成を示す横断面図である。 排気流れ制御の制御フローを示すフローチャートである。 排気通路における排気流れが一時的に逆流した場合の、フィルタの隔壁を通過する排気流れ、およびフィルタにおけるＰＭの挙動の概念を示す図である。 排気通路における排気流れは順流のままで脈動の大きさが一時的に増大した場合の、フィルタの隔壁を通過する排気流れ、およびフィルタにおけるＰＭの挙動の概念を示す図である。 排気流れ制御によってＰＭがフィルタの下流側部分に移動した状態を示す図である。 フィルタを再生する処理の制御フローを示す第一のフローチャートである。 フィルタ後端側温度と通電時間との相関を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 フィルタを再生する処理の制御フローを示す第二のフローチャートである。 本発明の第２の実施例の変形例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の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＞
以下、図面を用いて本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本実施例に係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、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。

内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。

内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。

内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には排気の流れに従って順に、フィルタケース５０、第一温度センサ５５、尿素水添加弁５４、触媒ケース５１、ＮＯｘセンサ５６、および排気シャット弁５３が設けられている。フィルタケース５０は、略筒状のケース内にパティキュレートフィルタ５０ａ（以下、「フィルタ５０ａ」と称する場合もある。）を収容している。また、フィルタケース５０は、フィルタ５０ａよりも下流側に電気加熱装置５２を収容している。フィルタ５０ａは、ウォールフロー型のフィルタであり、排気中のＰＭを捕集するために、その基材は多孔質体を有している。なお、フィルタ５０ａの詳細については後述する。また、本実施例における電気加熱装置５２は、電熱線ヒーターである。この電熱線ヒーターに通電することによって、フィルタ５０ａを下流側から昇温させることができる。なお、このようにフィルタ５０ａを下流側から昇温させることができる構成であれば周知の構成を用いることができ、例えば、電圧の印加によりフィルタ５０ａの基材を抵抗体として発熱させる構成を用いてもよい。なお、本実施例においては電気加熱装置５２が、本発明における昇温手段に相当する。

また、触媒ケース５１は、略筒状のケース内に選択還元型ＮＯｘ触媒５１ａ（以下、「ＳＣＲ触媒５１ａ」と称する場合もある。）を収容している。ＳＣＲ触媒５１ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。ここで、ＳＣＲ触媒５１ａよりも上流側に設けられている尿素水添加弁５４は、排気通路５内を流れる排気中に尿素水を添加し、該尿素水がＳＣＲ触媒５１ａに供給される。つまり、ＳＣＲ触媒５１ａに、アンモニアの前駆体である尿素が供給される。そして、供給された尿素が加水分解されることで生成されたアンモニアがＳＣＲ触媒５１ａに吸着する。このＳＣＲ触媒５１ａに吸着したアンモニアを還元剤として、排気中のＮＯｘが還元される。なお、尿素水添加弁５４に代えて、アンモニアガスを排気中に添加するアンモニア添加弁を設けてもよい。

また、第一温度センサ５５は、排気の温度に応じた電気信号を出力し、ＮＯｘセンサ５６は、排気中のＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力する。また、排気シャット弁５３は、全開・全閉を切替えて弁を開閉するように構成されている。なお、排気シャット弁５３は、制御上の全閉時であっても、該排気シャット弁５３よりも下流の排気通路５へ比較的少ない量の排気が構造的に流出し得る。

そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、第一温度センサ５５、およびＮＯｘセンサ５６に加え、アクセルポジションセンサ７、クランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した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８は、内燃機関１の機関出力軸（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。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、アクセルポジションセンサ７の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出し、クランクポジションセンサ８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて内燃機関１から排出される排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推定する。

また、ＥＣＵ１０には、上記の燃料噴射弁３、スロットル弁４１、電気加熱装置５２、排気シャット弁５３、および尿素水添加弁５４等の各種機器が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１０は、これら各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、電気加熱装置５２を作動することによって、フィルタ５０ａを下流側から昇温させることができる。そして、フィルタ５０ａにおいて、その温度が所定温度（例えば、６００℃）以上となった部分では、基材に捕集されたＰＭが燃焼する。

次に、図２および図３に基づいて、フィルタ５０ａの構造について説明する。図２はフィルタ５０ａの概略構成を示す縦断面図であり、図３はフィルタ５０ａの概略構成を示す横断面図である。図２および図３に示すように、フィルタケース５０内にフィルタ５０ａを構成する円柱状の基材５１０が内装されている。基材５１０には、軸方向（排気の流れ方向）に延在する複数の通路５１１、５１２が形成されるとともに、それら複数の通路５１１、５１２がハニカム状に配置されている。言い換えると、基材５１０は、ハニカム状に配置される複数の通路５１１、５１２を画定するように形成されている。なお、図２、３に示す通路５１１、５１２の本数は一例に過ぎず、それら通路５１１、５１２の本数は車両や内燃機関の諸元に応じて適宜決定されればよい。

複数の通路５１１、５１２のうち、一部の通路５１１は、排気の流れ方向における上流側端部が栓体５１３により閉塞されている。複数の通路５１１、５１２のうち、残りの通路５１２は、排気の流れ方向における下流側端部が栓体５１４により閉塞されている。なお、通路５１１と通路５１２は、交互に配置されている。これにより、ウォールフロー型のフィルタが形成される。以下では、通路５１１を第１通路５１１と称し、通路５１２を第２通路５１２と称する。

基材５１０において、第１通路５１１と第２通路５１２の間に位置する隔壁５１５は、多孔質体により形成されている。なお、基材５１０のうちの隔壁５１５のみが多孔質体により形成されてもよく、栓体５１３、５１４を含む基材５１０の全体が多孔質体により形成されていてもよい。ここでいう多孔質体の材料としては、排気中のＰＭを捕集するのに適した公知の材料を採用することができる。

そして、このようなフィルタ５０ａによって、排気中のＰＭが捕集され、捕集されたＰ
Ｍは基材５１０に堆積する。このようにフィルタ５０ａにＰＭが堆積していくと、フィルタ５０ａの圧力損失が増大するため、フィルタ５０ａを昇温させＰＭを酸化除去することで、フィルタ５０ａの再生が行われる。ここで、ＰＭは、フィルタ５０ａにおいて上流側の部分から下流側の部分に亘って堆積する傾向がある。したがって、フィルタ５０ａに堆積したＰＭを酸化除去するためには、フィルタ５０ａを上流側の部分から下流側の部分に亘って広範囲に昇温させる必要があり、フィルタ５０ａの再生に多くのエネルギを要することになる。一方で、このようなフィルタ５０ａにおいて、或る一部分に集中してＰＭを堆積させることができれば、ＰＭが集中して堆積している部分を昇温させることによって、全体を昇温させる場合よりも、少ないエネルギで短時間にフィルタ５０ａの再生を行うことができる。

そこで、ＥＣＵ１０は、排気流量が所定流量以上である場合に、排気シャット弁５３を一旦全閉にした後全開にすることでフィルタ５０ａにおける排気流れを制御し、フィルタ５０ａに堆積したＰＭを、フィルタ５０ａにおける下流側の部分（以下、「フィルタの下流側部分」と称する場合もある。）に移動させる。このように、ＰＭを下流側の部分に移動させるために行う排気流れの制御を「排気流れ制御」と称する。なお、ＥＣＵ１０が排気流れ制御を実行することで、本発明に係る制御手段として機能する。

ここで、ＥＣＵ１０が実行する排気流れ制御の制御フローについて図４に基づいて説明する。図４は、排気流れ制御の制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。つまり、排気流れ制御は、フィルタ５０ａの再生要求が成立しているか否かにかかわらず、実行されることになる。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、燃料カット処理の実行中であるか否かが判別される。そして、Ｓ１０１において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２の処理へ進み、Ｓ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。仮に燃料カット処理が実行されていない場合に排気流れ制御が実行されると、一時的に閉弁された排気シャット弁５３の影響により内燃機関１の背圧が変化し、気筒２内での燃焼等に影響を及ぼす場合がある。そのため、本フローでは、燃料カット処理の実行中でない場合には、排気流れ制御が実行されないとしている。ただし、燃料カット処理の実行中にのみ排気流れ制御が行われると限定する意図はない。ＥＣＵ１０が排気シャット弁５３の制御を行ったとしても、内燃機関１の運転に悪影響を及ぼさない場合には、燃料カット処理が実行されていないときであってもＥＣＵ１０は該制御を行うことができる。この場合には、Ｓ１０１において、燃料カット処理の実行中であるか否かの判別に代えて、排気シャット弁５３の制御を行ったとしても内燃機関１の運転に悪影響を及ぼさないか否かが判別される。

Ｓ１０１において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０２において、排気流量Ｆｒｅが算出される。Ｓ１０２では、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、排気流量Ｆｒｅが算出される。なお、Ｓ１０２の処理は、燃料カット処理の実行中に行われるため、Ｓ１０２で算出される排気流量Ｆｒｅは、内燃機関１から排出される空気の流量である。そして、Ｓ１０３において、Ｓ１０２で算出した排気流量Ｆｒｅが所定の閾値Ｆｒｅｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、所定の閾値Ｆｒｅｔｈは、後述するＳ１０４の処理によりフィルタ５０ａの隔壁５１５から剥離したＰＭを、後述するＳ１０５の処理によりフィルタの下流側部分に移動させることができる流量として定義される。なお、所定の閾値Ｆｒｅｔｈが、本発明における所定流量に相当する。そして、Ｓ１０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ進み、Ｓ１０３において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。

Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、全開状態の排気シャ
ット弁５３を全閉状態に制御する処理が実行される。その結果、フィルタ５０ａ内の排気流れに一時的な乱れが生じ、隔壁５１５に堆積したＰＭが剥離する。これについて、図５Ａおよび図５Ｂを用いて説明する。図５Ａは、Ｓ１０４の処理によって排気通路５における排気流れが一時的に逆流した場合の、フィルタ５０ａの隔壁５１５を通過する排気流れ、およびフィルタ５０ａにおけるＰＭの挙動の概念を示す図である。図５Ａに示すように、排気通路５における排気流れが逆流すると、フィルタ５０ａ内の排気流れに一時的な乱れが生じ、隔壁５１５を通過する排気が、排気流れ制御が実行されていない内燃機関１の通常運転時（以下、単に「通常運転時」と称する場合もある。）とは逆に流れる。その結果、隔壁５１５からＰＭが剥離する。

また、図５Ｂは、Ｓ１０４の処理によって、排気通路５における排気流れは順流のままで脈動の大きさが一時的に増大した場合の、フィルタ５０ａの隔壁５１５を通過する排気流れ、およびフィルタ５０ａにおけるＰＭの挙動の概念を示す図である。排気通路５における排気流れが順流のままでも脈動の大きさが増大すると、フィルタ５０ａ内の排気流れに一時的な乱れが生じ、図５Ｂに示すように、隔壁５１５を通過する排気が順方向、逆方向の両方向に流れる。これは、その大きさが増大した脈動の影響により、第２通路５１２の圧力が第１通路５１１の圧力よりも大きくなる場合（この場合は、隔壁５１５を通過する排気が順方向に流れる。）と、第２通路５１２の圧力が第１通路５１１の圧力よりも小さくなる場合（この場合は、隔壁５１５を通過する排気が逆方向に流れる。）と、があるからである。そして、フィルタ５０ａ内に一時的に生じた排気流れの乱れによって、隔壁５１５を通過する排気が逆方向に流れるときに、隔壁５１５からＰＭが剥離する。

そして、Ｓ１０４の処理の後、Ｓ１０５において、全閉状態の排気シャット弁５３を全開状態に制御する処理が実行される。その結果、局所的に逆流が生じていたフィルタ５０ａ内の流れが順流に戻り、Ｓ１０４の処理によって剥離したＰＭが、フィルタの下流側部分に移動する。そして、Ｓ１０５の処理の後、本フローの実行が終了される。なお、Ｓ１０５の処理は、Ｓ１０４の処理によって隔壁５１５から剥離させたＰＭを、フィルタの下流側部分に移動させることができるタイミングで実行される。例えば、Ｓ１０５の処理は、Ｓ１０４の処理の後、所定期間経過後に実行されてもよいし、Ｓ１０４の処理により排気シャット弁５３が全閉状態となった直後に実行されてもよい。

図５Ｃは、Ｓ１０５の処理によって、ＰＭがフィルタの下流側部分に移動した状態を示す図である。ＥＣＵ１０が、上述したＳ１０１からＳ１０５の処理によって表される排気流れ制御を実行することによって、図５Ｃに示すように、ＰＭがフィルタの下流側部分（破線で表される線Ｌ１よりも下流側）に集中して堆積する。

以上に述べた排気流れ制御によって、フィルタの下流側部分に集中してＰＭを堆積させることができる。そのため、該下流側の部分を昇温させることによって、フィルタ５０ａ全体を昇温させる場合よりも、少ないエネルギで短時間にフィルタ５０ａの再生を行うことができる。そこで、ＥＣＵ１０は、電気加熱装置５２を作動することによって、フィルタ５０ａを下流側から昇温させる。これにより、フィルタの下流側部分に集中して堆積したＰＭが酸化除去され、以て、フィルタ５０ａが再生される。なお、ＥＣＵ１０がこのようにフィルタ５０ａを再生する処理を実行することで、本発明に係る処理手段として機能する。

ここで、ＥＣＵ１０が実行するフィルタ５０ａの再生の制御フローについて図６に基づいて説明する。図６は、フィルタ５０ａを再生する処理の制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。

本フローでは、先ず、Ｓ１１１において、フィルタ５０ａの再生要求が成立しているか否かが判別される。ここで、フィルタ５０ａの再生要求は、例えば、フィルタ５０ａに所定量以上のＰＭが堆積していると推定される場合に成立する。この場合、ＰＭ堆積量の推定が、本フローとは異なる周知のフローにしたがって実行される。そして、Ｓ１１１において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１２の処理へ進み、Ｓ１１１において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。

Ｓ１１１において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１２において、フィルタ５０ａの再生を実行する実行条件が成立しているか否かが判別される。上述したように、電気加熱装置５２は、フィルタ５０ａを下流側から昇温させる。したがって、仮にＰＭがフィルタの下流側部分に集中して堆積していない場合には、電気加熱装置５２を作動させてもフィルタ５０ａからＰＭを十分に酸化除去することができない。そこで、ＥＣＵ１０は、ＰＭがフィルタの下流側部分に集中して堆積しているか否かを推定する。そして、ＰＭがフィルタの下流側部分に集中して堆積していると推定される場合には、Ｓ１１２において、フィルタ５０ａの再生を実行する実行条件が成立していると判別される。例えば、前回フィルタ５０ａの再生を行ってから現在までに排気流れ制御が実行されていれば、該排気流れ制御によってＰＭがフィルタの下流側部分に集中して堆積するため、フィルタ５０ａの再生を実行する実行条件が成立しているとして、Ｓ１１２において肯定判定される。そして、Ｓ１１２において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１３の処理へ進み、Ｓ１１２において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。

Ｓ１１２において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１３において、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒが算出される。フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒは、フィルタの下流側部分の推定温度を表していて、第一温度センサ５５の出力値に基づいて算出される。詳しくは、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒと第一温度センサ５５の出力値との相関がマップまたは関数として予め記憶されていて、Ｓ１１３では、該マップまたは関数と、第一温度センサ５５の出力値と、に基づいて、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒが算出される。

次に、Ｓ１１４において、電気加熱装置５２への通電時間Ｔｍｅｈが算出される。ここで、通電時間Ｔｍｅｈは、ＰＭがフィルタの下流側部分に集中して堆積していることを前提として、そのような状態でＰＭを酸化除去することが可能な電気加熱装置５２への通電時間として定義される。なお、フィルタ５０ａにおけるＰＭの堆積密度が高い場合においては、ＰＭの堆積密度が低い場合よりも、フィルタ５０ａの再生時にＰＭが連続的に延焼する傾向があるため、上記のように定義される通電時間Ｔｍｅｈは比較的短くなる。また、フィルタ５０ａにおいて、その温度が所定温度（例えば、６００℃）以上となった部分で捕集されたＰＭが燃焼し始める。したがって、フィルタの下流側部分の温度を所定温度以上にすることができるような電気加熱装置５２の作動時間として、通電時間Ｔｍｅｈが算出される。ここで、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒと通電時間Ｔｍｅｈとの相関を図７に示す。図７に示すように、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒが高いほど通電時間Ｔｍｅｈが短くされる。Ｓ１１４では、Ｓ１１３で算出したフィルタ後端側温度Ｔｃｒｒと、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されたマップまたは関数であって、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒと通電時間Ｔｍｅｈとの相関を表すマップまたは関数と、に基づいて、通電時間Ｔｍｅｈが算出される。

次に、Ｓ１１５において、電気加熱装置５２への通電が開始される。これにより、電気加熱装置５２の作動が開始され、フィルタ５０ａが下流側から昇温される。そして、Ｓ１１６において、電気加熱装置５２への通電が開始されてから通電時間Ｔｍｅｈが経過したか否かが判別される。Ｓ１１６において肯定判定された場合、この場合はフィルタの下流側部分の温度が所定温度以上となっていると推定される場合であって、ＥＣＵ１０はＳ１
１７の処理へ進む。なお、フィルタの下流側部分の温度が所定温度以上となると、当該部分に堆積したＰＭが燃焼し始める。そして、ＰＭが連続的に延焼する。その結果、フィルタ５０ａからＰＭが酸化除去される。一方、Ｓ１１６において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１５の処理へ戻り、Ｓ１１５において、電気加熱装置５２への通電が継続される。

Ｓ１１６において肯定判定された場合、次に、Ｓ１１７において、電気加熱装置５２への通電が終了される。そして、Ｓ１１７の処理の後、本フローの実行が終了される。なお、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１７の処理の後、更に、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒを算出してもよい。これにより、フィルタの下流側部分の温度が十分上昇していることを確認することができる。ここで、仮にフィルタ後端側温度Ｔｃｒｒが所定の下限温度よりも低くなっている場合には、フィルタの下流側部分の温度が、何らかの理由でＰＭが酸化除去され得る所定温度に達していないとして、ＥＣＵ１０は、電気加熱装置５２への通電を再開することができる。

以上に述べたように、ＥＣＵ１０が、排気流れ制御を実行することによってＰＭをフィルタの下流側部分に移動させ、更に、電気加熱装置５２を用いて該下流側部分を昇温させることによって、少ないエネルギで短時間にフィルタ５０ａの再生を行うことができる。つまり、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィルタ５０ａに堆積したＰＭを好適に酸化除去することを可能とする。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図８は、本実施例に係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８に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。なお、本実施例において、上述した実施例１と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

内燃機関１の排気通路５には排気の流れに従って順に、尿素水添加弁５４、フィルタケース５０、第一温度センサ５５、ＮＯｘセンサ５６、および排気シャット弁５３が設けられている。フィルタケース５０は、略筒状のケース内にＳＣＲフィルタ５０ｂを収容している。また、フィルタケース５０は、ＳＣＲフィルタ５０ｂよりも下流側に電気加熱装置５２を収容している。ＳＣＲフィルタ５０ｂは、多孔質の基材により形成されたウォールフロー型のフィルタに、ＳＣＲ触媒５１ａが担持されて構成されている。ここで、フィルタは、排気中のＰＭを捕集する機能を有する。また、ＳＣＲ触媒５１ａは、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する機能を有する。そのため、ＳＣＲフィルタ５０ｂは、ＰＭ捕集機能およびＮＯｘ浄化機能を有している。ここで、本実施例では、図８に示すように、ＳＣＲ触媒５１ａが、ＳＣＲフィルタ５０ｂにおいて排気流れ方向における上流側の部分に担持されている。このようにＳＣＲ触媒５１ａが担持される部分は、少なくとも上記の図５Ｃに示した破線で表される線Ｌ１（上述したように、線Ｌ１よりも下流側にＰＭが集中して堆積している。）よりも上流側であって、ＰＭの燃焼に伴って発生する熱のＳＣＲ触媒５１ａへの伝熱がある程度緩和されるように、線Ｌ１よりもある程度離れた上流側であることが好ましい。

このような排気浄化装置においても、ＥＣＵ１０は、上述した実施例１と同様にして排気流れ制御を実行する。そして、ＥＣＵ１０が排気流れ制御を実行すると、ＳＣＲフィルタ５０ｂに堆積したＰＭが該ＳＣＲフィルタ５０ｂの下流側部分に移動し、ＰＭが該下流側部分に集中して堆積することになる。

そして、ＥＣＵ１０は、上述した実施例１と同様にしてＳＣＲフィルタ５０ｂの再生を行う。詳しくは、電気加熱装置５２を用いてＳＣＲフィルタ５０ｂの下流側部分を昇温させることによって、該下流側部分に集中して堆積したＰＭを酸化除去する。これにより、少ないエネルギで短時間にＳＣＲフィルタ５０ｂの再生を行うことができる。

ここで、本実施例において、ＰＭの酸化除去の際に、ＳＣＲ触媒５１ａが担持されたＳＣＲフィルタ５０ｂにおける上流側の部分は下流側の部分よりも温度が低くなる傾向にある。つまり、ＰＭの酸化除去の際に、ＳＣＲ触媒５１ａが、該ＳＣＲ触媒５１ａが劣化し得る温度に曝される事態が生じ難くなる。その結果、ＳＣＲフィルタ５０ｂの再生に伴うＳＣＲ触媒５１ａの劣化が抑制される。このように、本実施例の構成においても、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＳＣＲフィルタ５０ｂに堆積したＰＭを好適に酸化除去することを可能とする。

また、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転中に排気流れ制御を実行し、その後、内燃機関１が停止したときにＳＣＲフィルタ５０ｂの再生を行ってもよい。なお、内燃機関１の運転中とは、イグニッションオフされていない状態を表し、上述した燃料カット処理の実行は、内燃機関１の運転中に含まれるものとする。ＥＣＵ１０が実行するこのようなＳＣＲフィルタ５０ｂの再生の制御フローについて、図９に基づいて説明する。図９は、ＳＣＲフィルタ５０ｂを再生する処理の制御フローを示すフローチャートである。

図９に示すフローでは、上記の図６に示したフローと同様に、Ｓ１１１において、フィルタ５０ａの再生要求が成立しているか否かが判別される。このＳ１１１の処理は、内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。そして、Ｓ１１１において肯定判定された場合、次に、Ｓ２１１において、内燃機関１が停止したか否かが判別される。そして、Ｓ２１１において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１１２の処理へ進み、Ｓ２１１において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ２１１の処理を所定の周期で繰り返す。なお、ＥＣＵ１０がＳ２１１の処理を所定の周期で繰り返している間は、本フローの次回の実行タイミングが訪れても、ＥＣＵ１０はＳ２１１の処理を優先して継続する。

このように図９に示すフローでは、ＳＣＲフィルタ５０ｂの再生が内燃機関１の停止中に行われる。ここで、尿素水添加弁５４からの尿素水は高温で酸化しＮＯｘ化する傾向にあるものの、内燃機関１の停止中には尿素水添加弁５４から尿素水が供給されないため、ＳＣＲフィルタ５０ｂの再生が内燃機関１の停止中に行われる場合には、尿素水のＮＯｘ化が抑制される。つまり、内燃機関１の停止中にＳＣＲフィルタ５０ｂの再生を行うことによって、当該再生の処理がＳＣＲ触媒５１ａによるＮＯｘ浄化に影響を及ぼしてしまうことを排除することができる。

［実施例２の変形例］
次に、上述した実施例２の変形例について説明する。図１０は、本変形例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。なお、本変形例において、上述した実施例２と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

本変形例に係る内燃機関１の排気通路５には、フィルタケース５０よりも上流側に、尿素水添加弁５４に加えて、エア供給弁６１および第二温度センサ６２が設けられる。エア供給弁６１は、図示しないポンプに接続されていて、排気通路５内にエアを供給する。ここで、エア供給弁６１においては、内燃機関１が停止していてもＳＣＲフィルタ５０ｂに上流側から下流側へのエアの流れを生じさせることができるように、その配置が定められ、また、該エア供給弁６１からのエアの供給量や供給圧力等が定められる。

このような排気浄化装置においても、ＥＣＵ１０は、上述した実施例１と同様にして排気流れ制御を実行する。そして、ＥＣＵ１０が排気流れ制御を実行すると、ＳＣＲフィルタ５０ｂに堆積したＰＭが該ＳＣＲフィルタ５０ｂの下流側部分に移動し、ＰＭが該下流側部分に集中して堆積することになる。

そして、ＥＣＵ１０は、上述した実施例２と同様に、内燃機関１の停止中にＳＣＲフィルタ５０ｂの再生を行うこともできる。ここで、ＳＣＲフィルタ５０ｂの再生においては、該ＳＣＲフィルタ５０ｂが過昇温してしまう事態が生じ得る。そして、仮に内燃機関１の停止中にＳＣＲフィルタ５０ｂが過昇温してしまった場合には、該ＳＣＲフィルタ５０ｂを速やかに冷却し難くなる。そこで、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の停止中におけるＳＣＲフィルタ５０ｂの再生に伴って、該ＳＣＲフィルタ５０ｂが過昇温してしまう虞がある場合には、エア供給弁６１を用いて該ＳＣＲフィルタ５０ｂに上流側から下流側へのエアの流れを生じさせる。ここで、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲフィルタ５０ｂを速やかに冷却することができるように、エア供給弁６１からのエアの供給量や供給圧力等を設定する。これにより、内燃機関１の停止中にＳＣＲフィルタ５０ｂの再生を行う場合において、好適にＳＣＲフィルタ５０ｂの過昇温を抑制することができる。

また、上記の図９に示したフローにおいて、ＥＣＵ１０は、ＳＣＲフィルタ５０ｂの下流側部分の温度が十分上昇していることを確認するために、Ｓ１１７の処理の後、更に、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒを算出してもよいが、内燃機関１の停止中には排気の流れがないため、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒが正確に算出されない虞がある。そこで、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１７の処理の後にフィルタ後端側温度Ｔｃｒｒを算出する際に、エア供給弁６１を用いてＳＣＲフィルタ５０ｂに上流側から下流側へのエアの流れを生じさせてもよい。なお、この場合、エア供給弁６１からＳＣＲフィルタ５０ｂに供給されるエアの温度が第二温度センサ６２によって検出される。そして、第二温度センサ６２によって検出されるＳＣＲフィルタ５０ｂに流入するエアの温度と、第一温度センサ５５によって検出されるＳＣＲフィルタ５０ｂから流出するエアの温度と、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されたマップまたは関数であって、これら温度とフィルタ後端側温度Ｔｃｒｒとの相関を表すマップまたは関数と、に基づいて、フィルタ後端側温度Ｔｃｒｒを算出することができる。

１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
１０・・ＥＣＵ
４０・・エアフローメータ
５０・・フィルタケース
５０ａ・フィルタ
５０ｂ・ＳＣＲフィルタ
５１・・触媒ケース
５１ａ・ＳＣＲ触媒
５２・・電気加熱装置
５３・・排気シャット弁
５４・・尿素水添加弁
５５・・第一温度センサ
５６・・ＮＯｘセンサ
５１０・基材
５１１・第１通路
５１２・第２通路
５１５・隔壁

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたフィルタであって、排気流れ方向に沿った隔壁により区画された複数のセルを有し、該複数のセルにおいて、排気流れ方向における下流側端部が閉塞され且つ上流側端部が開放されたセルと、排気流れ方向における上流側端部が閉塞され且つ下流側端部が開放されたセルと、が交互に並べられたウォールフロー型のフィルタと、
   前記フィルタを排気流れ方向における下流側から昇温させる昇温手段と、
   前記フィルタよりも下流の前記排気通路に設けられ、全開、全閉を切替えて弁を開閉するように構成されている排気シャット弁と、
   排気流量が所定流量以上である場合に、前記排気シャット弁を一旦全閉にした後全開にすることで前記フィルタにおける排気流れを制御し、該フィルタに堆積した粒子状物質を該フィルタにおいて排気流れ方向における下流側の部分に移動させる制御手段と、
   前記制御手段が粒子状物質を前記下流側の部分に移動させた後において、前記昇温手段を用いて前記フィルタに堆積した粒子状物質を酸化除去する処理である再生処理を実行する処理手段と、
   を備える、内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタは、前記隔壁に選択還元型ＮＯｘ触媒が担持されたＳＣＲフィルタであって、該選択還元型ＮＯｘ触媒が、該フィルタにおいて排気流れ方向における下流側の所定の部分よりも上流側に担持されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記処理手段は、前記内燃機関の停止中に前記再生処理を行う、
   請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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