JP2021001576A

JP2021001576A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2021001576A
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Authority: JP
Inventors: 徹植西; Toru Uenishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
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Filing date: 2019-06-21
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Abstract

【課題】マイクロ波によって大量のＰＭが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制する。【解決手段】内燃機関１００は、機関本体１と、機関本体１の排気通路に設けられた筐体３４ａと、筐体３４ａ内に収容されて排気中のＰＭを捕集するフィルタ３４ｂと、筐体３４ａ内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置３５と、を備える。そして、この内燃機関１００を制御するための制御装置２００は、筐体３４ａ内にマイクロ波を照射してＰＭを加熱する場合において、フィルタ３４ｂのＰＭ堆積量が多いときは、少ないときと比べてマイクロ波の振幅が小さくなるように、マイクロ波照射装置３５を制御するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、従来の内燃機関として、排気中の粒子状物質（Particulate Matter；以下「ＰＭ」という。）を捕集するＰＭフィルタ本体を、マイクロ波によって加熱することができるように構成されたものが開示されている。そして特許文献１には、この従来の内燃機関の制御装置として、ＰＭフィルタ本体をマイクロ波によって加熱する際にＰＭフィルタ本体の内部において生じる温度差を抑制するために、マイクロ波の周波数を制御するように構成されたものが開示されている。

特開２０１６−２０００６３号公報

マイクロ波をＰＭフィルタに向けて照射することで、フィルタ本体以外にも、フィルタに捕集されたＰＭを加熱することも可能である。そして、ＰＭフィルタに捕集されたＰＭをマイクロ波によって加熱した場合には、ＰＭフィルタ内のＰＭ堆積量が多くなるほど、ＰＭフィルタ内のＰＭのマイクロ波吸収率が高くなる傾向にある。そのため、ＰＭフィルタ内のＰＭ堆積量が多いと、マイクロ波によって大量のＰＭが急速に加熱されて燃焼し、その結果ＰＭフィルタを収容している筐体内の温度が過度に上昇してＰＭフィルタを含むＰＭ捕集装置を劣化させてしまうおそれがある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、ＰＭフィルタに捕集されたＰＭをマイクロ波によって加熱する場合において、マイクロ波によって大量のＰＭが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による内燃機関は、機関本体と、機関本体の排気通路に設けられた筐体と、筐体内に収容されて排気中のＰＭを捕集するフィルタと、筐体内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、を備える。そして、この内燃機関の制御装置は、筐体内にマイクロ波を照射してＰＭを加熱する場合において、フィルタのＰＭ堆積量が多いときは、少ないときと比べてマイクロ波の振幅が小さくなるように、マイクロ波照射装置を制御するように構成されている。

本発明のこの態様によれば、ＰＭ堆積量が多い場合には、マイクロ波の振幅が相対的に小さくされるので、マイクロ波によって大量のＰＭが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関、及び内燃機関を制御するための電子制御ユニットの概略構成図である。図２Ａは、本発明の第１実施形態によるＰＭフィルタの正面図である。図２Ｂは、本発明の第１実施形態によるＰＭフィルタの側面断面図である。図３Ａは、マイクロ波照射アンテナからＰＭ捕集装置の筐体内に向けてマイクロ波を照射したときの筐体内の様子を示した図である。図３Ｂは、マイクロ波照射アンテナからＰＭ捕集装置の筐体内に向けてマイクロ波を照射したときに筐体内に形成される定在波の様子を示した図である。図４は、ＰＭフィルタ内のＰＭ堆積量と、ＰＭフィルタ内のＰＭのマイクロ波吸収率と、の関係を示した図である。図５は、ＰＭ堆積量推定値に応じたマイクロ波の振幅の設定について説明するための図である。図６は、本発明の第１実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。図７は、ＰＭフィルタ内のＰＭ堆積量と、ＰＭフィルタ本体及びＰＭフィルタ内のＰＭのマイクロ波吸収率と、の関係を示した図である。図８は、本発明の第２実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。図９は、本発明の第３実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。

本実施形態による内燃機関１００は、火花点火式のガソリンエンジンであって、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、を備える。なお、内燃機関１００の種類は、特に限られるものではなく、予混合圧縮着火式のガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３と、を備える。

シリンダブロック２には、複数のシリンダ４が形成される。シリンダ４の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ４の内部を往復運動するピストン５が収められる。ピストン５は、コンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）と連結されており、クランクシャフトによってピストン５の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、シリンダ４の内壁面及びピストン５の冠面によって区画された空間が燃焼室６となる。

シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する吸気ポート７と、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する排気ポート８と、が形成される。

またシリンダヘッド３には、燃焼室６と吸気ポート７との開口を開閉するための吸気弁９と、燃焼室６と排気ポート８との開口を開閉するための排気弁１０と、吸気弁９を開閉駆動する吸気カムシャフト１１と、排気弁１０を開閉駆動する排気カムシャフト１２と、が取り付けられる。

さらにシリンダヘッド３には、燃焼室６内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１３と、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室６内で点火するための点火プラグ１４と、が取り付けられる。なお、燃料噴射弁１３は、吸気ポート７内に燃料を噴射することができるように、シリンダヘッド３に取り付けてもよい。

吸気装置２０は、吸気ポート７を介してシリンダ４内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、吸気マニホールド２３と、エアフローメータ２１１と、電子制御式のスロットル弁２４と、スロットルアクチュエータ２５と、スロットルセンサ２１２と、を備える。

エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。

吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに連結される。吸気管２２によって、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気（吸気）が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに導かれる。

吸気マニホールド２３は、サージタンク２３ａと、サージタンク２３ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート７の開口に連結される複数の吸気枝管２３ｂと、を備える。サージタンク２３ａに導かれた空気は、吸気枝管２３ｂを介して各シリンダ４内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２３及び吸気ポート７が、各シリンダ４内に空気を導くための吸気通路を形成する。

エアフローメータ２１１は、吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１１は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。

スロットル弁２４は、エアフローメータ２１１よりも下流側の吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２４は、スロットルアクチュエータ２５によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ２５によってスロットル弁２４の開度（以下「スロットル開度」という。）を調整することで、各シリンダ４内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。

排気装置３０は、燃焼室６内で生じた燃焼ガス（以下「排気」という。）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気管３２と、触媒装置３３と、ＰＭ捕集装置３４と、マイクロ波照射装置３５と、排気温度センサ２１３と、差圧センサ２１４と、を備える。

排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート８の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて１本にまとめた集合管と、を備える。

排気管３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管に連結され、他端が外気に開口している。各シリンダ４から排気ポート８を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３２を流れて外気に排出される。

触媒装置３３は、担体に排気浄化触媒を担持させたものであって、排気管３２に設けられる。排気浄化触媒は、例えば酸化触媒（二元触媒）や三元触媒であり、これらに限らず内燃機関１００の種類や用途に応じて適当な触媒を用いることができる。本実施形態では、排気浄化触媒として三元触媒を用いる。排気浄化触媒として三元触媒を用いた場合は、排気中の有害物質であるハイドロカーボン（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）が触媒装置３３によって浄化される。

ＰＭ捕集装置３４は、触媒装置３３よりも排気流れ方向下流側の排気管３２に設けられる。ＰＭ捕集装置３４は、筐体３４ａと、筐体の内部に収容されたウォールフロー型のＰＭフィルタ３４ｂと、を備え、ＰＭフィルタ３４ｂによって排気中に含まれるＰＭを捕集する。ＰＭフィルタ３４ｂは、内燃機関１００がガソリンエンジンの場合には、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）と称され、内燃機関１００がディーゼルエンジンの場合には、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と称されることがある。

図２Ａ及び図２Ｂは、本実施形態によるＰＭフィルタ３４ｂの構造について説明する図である。図２ＡはＰＭフィルタ３４ｂの正面図であり、図２ＢはＰＭフィルタ３４ｂの側面断面図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ＰＭフィルタ３４ｂはハニカム構造をしており、互いに平行に延びる複数個の排気流通路３４１，３４２と、排気流通路３４１，３４２を互いに隔てる隔壁３４３と、を備える。

排気流通路３４１，３４２は、上流端が開放されかつ下流端が下流栓３４５により閉塞された排気流入通路３４１と、上流端が上流栓３４４により閉塞されかつ下流端が開放された排気流出通路３４２と、により構成される。なお、図２Ａにおいては、ハッチングを付した部分が上流栓３４４を示す。したがって、排気流入通路３４１及び排気流出通路３４２は薄肉の隔壁３４３を介して交互に配置される。言い換えると排気流入通路３４１及び排気流出通路３４２は各排気流入通路３４１が４つの排気流出通路３４２によって包囲され、各排気流出通路３４２が４つの排気流入通路３４１によって包囲されるように配置される。

隔壁３４３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。したがって、図２Ｂに矢印で示すように、排気はまず排気流入通路３４１内に流入し、次いで周囲の隔壁３４３の内部の細孔を通って隣接する排気流出通路３４２内に流出する。このように隔壁３４３は排気流入通路３４１の内周面を構成する。

図１に戻り、マイクロ波照射装置３５は、マイクロ波電源３５１と、マイクロ波発振器３５２と、伝送ケーブル３５３と、マイクロ波照射アンテナ３５４と、を備える。

マイクロ波電源３５１は、マイクロ波発振器３５２と電気的に接続されており、マイクロ波発振器３５２でマイクロ波を発生させるために必要な電力をマイクロ波発振器３５２に対して供給する。マイクロ波電源３５１は、専用の電源であってもよいし、また内燃機関１００が車両に搭載されている場合であれば、車両用のバッテリであってもよい。

マイクロ波発振器３５２は、マイクロ波電源３５１の電力によって駆動されてマイクロ波を発生させる。マイクロ波発振器３５２は、マイクロ波の周波数ｆ及び振幅Ａを変更することができるように構成されている。

伝送ケーブル３５３は、マイクロ波発振器３５２で発生させたマイクロ波をマイクロ波照射アンテナ３５４まで伝送するためのケーブルであって、一端がマイクロ波発振器３５２に接続され、他端がマイクロ波照射アンテナ３５４に接続される。

マイクロ波照射アンテナ３５４は、ＰＭ捕集装置３４よりも排気流れ方向上流側に位置する排気管３２の内部に配置される。マイクロ波照射アンテナ３５４は、伝送ケーブル３５３を介して伝送されてきたマイクロ波をＰＭ捕集装置３４の筐体３４ａ内に向けて照射する。

このように構成されたマイクロ波照射装置３５を駆動し、マイクロ波照射アンテナ３５４からＰＭ捕集装置３４の筐体３４ａ内に向けてマイクロ波を照射すると、図３Ａに示すように、マイクロ波照射アンテナ３５４から照射されたマイクロ波の進行波ＭＷ１が、ＰＭ捕集装置３４の筐体３４ａの入口端からその内部に進入する。その結果、筐体３４ａの内部において、マイクロ波の進行波ＭＷ１と、この進行波ＭＷ１が筐体３４ａの出口端側の内壁面で反射して生じた反射波ＭＷ２と、が重なり合って、図３Ｂに示すように筐体３４ａ内に三次元的に広がる定在波ＭＷ３が形成され、この定在波ＭＷ３によって筐体３４ａの内部の物体が加熱される。

具体的には、炭素を主成分とするＰＭのマイクロ波吸収率（照射されたマイクロ波のエネルギのうち、吸収されるマイクロ波のエネルギの割合）は、酸化鉄を主成分とするＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３のマイクロ波吸収率と比較して高いため、ＰＭフィルタ３４ｂ内にＰＭが捕集されている状態においては、マイクロ波照射アンテナ３５４からＰＭ捕集装置３４に向けてマイクロ波を照射することで、筐体３４ａ内のＰＭを主に加熱して、当該ＰＭを燃焼除去することができる。

再び図１に戻り、排気温度センサ２１３は、ＰＭフィルタ３４ｂの入口側近傍の排気管３２に設けられて、ＰＭフィルタ３４ｂに流入する排気の温度ＴＥを検出する。

差圧センサ２１４は、ＰＭフィルタ３４ｂに設けられて、ＰＭフィルタ３４ｂの前後差圧（以下「フィルタ前後差圧」という。）ＰＤを検出する。本実施形態では、この差圧センサ２１４によって検出されたフィルタ前後差圧ＰＤに基づいて、ＰＭフィルタ３４ｂ内に堆積しているＰＭ量の推定値（以下「ＰＭ堆積量推定値」という。）Ｍｐｍを電子制御ユニット２００によって算出している。しかしながら、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍの算出方法は、このような方法に限られるものではなく、例えば機関運転状態（機関負荷や機関回転速度など）に応じて機関本体１からのＰＭ排出量を算出し、これを積算することでＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍを算出するなど、公知の種々の手法の中から適宜選択して算出すればよいものである。

電子制御ユニット２００は、双方向性バスによって相互に接続された中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力ポート、及び出力ポートを備えたマイクロコンピュータである。

電子制御ユニット２００には、前述したエアフローメータ２１１やスロットルセンサ２１２、排気温度センサ２１３、差圧センサ２１４の他にも機関本体１の負荷（機関負荷）に相当するアクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２２１、機関回転速度などを算出するための信号として機関本体１のクランクシャフト（図示せず）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２２２などの各種センサからの出力信号が入力される。

そして電子制御ユニット２００は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、燃料噴射弁１３やスロットル弁２４、マイクロ波照射装置３５などを制御して、内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００によって実施される内燃機関１００の制御の一つであるマイクロ波照射制御について説明する。

ウォールフロー型のＰＭフィルタ３４ｂは、ＰＭを捕集し続けるとやがて目詰まりを起こす。そのため本実施形態では、ＰＭフィルタ３４ｂが目詰まりを起こす前に、捕集したＰＭを強制的に燃焼除去してＰＭフィルタ３４ｂを再生する再生処理を実施するようにしている。具体的には本実施形態では、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが所定の再生開始閾値ＭｐｍＨ以上となったときに、マイクロ波を照射し、ＰＭフィルタ３４ｂに捕集されているＰＭを直接的に加熱して当該ＰＭを燃焼除去するようにしている。

ＰＭフィルタ３４ｂにマイクロ波を照射してＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭを加熱する場合、ＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭは、前述したように筐体３４ａの内部に形成された定在波ＭＷ３によって加熱される。このとき、定在波ＭＷ３の振幅が大きい位置（すなわち、図３Ｂに示す腹近傍の位置）におけるＰＭの加熱速度と、定在波ＭＷ３の振幅が小さい位置（すなわち、図３Ｂに示す節近傍の位置）におけるＰＭの加熱速度と、を比較すると、定在波ＭＷ３の振幅が大きい位置の方が、ＰＭの加熱速度が速くなる傾向にある。なお、定在波ＭＷ３の各腹（及び各節）の位置は、マイクロ波の周波数ｆを変更することで調整することが可能であり、本実施形態では、定在波ＭＷ３の各腹の位置が、ＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭを効率良く加熱することができるような位置となるように、マイクロ波の周波数ｆを設定している。

ここで、ＰＭフィルタ３４ｂのＰＭ堆積量が多くなるにつれて、ＰＭが排気流入通路３４１の上流端側から下流端側に亘って全体的に堆積するようになるので、定在波ＭＷ３の振幅が大きくなる位置にＰＭが堆積している確率が上がると共に、定在波ＭＷ３の振幅が大きくなる位置に堆積しているＰＭの量も多くなる（定在波ＭＷ３の振幅が大きくなる位置の排気流入通路３４１の表面に形成されるＰＭの層が厚くなる）。そのため、ＰＭフィルタ３４ｂのＰＭ堆積量が多くなるにつれて、ＰＭを効率的に加熱することができるようになる。したがって、ＰＭフィルタ３４ｂ全体で考えると、図４に示すように、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が多くなるほど、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭのマイクロ波吸収率が高くなる傾向にある。

そのため、ＰＭフィルタ３４ｂのＰＭ堆積量にかかわらず、一定の周波数ｆ及び振幅Ａのマイクロ波を照射してＰＭを加熱すると、ＰＭフィルタ３４ｂのＰＭ堆積量が多いときには、大量のＰＭが急速に加熱されて燃焼し、筐体３４ａ内の温度が過度に上昇してしまって、ＰＭフィルタ３４ｂを含むＰＭ捕集装置３４が劣化するおそれがある。

そこで本実施形態では、ＰＭフィルタ３４ｂのＰＭ堆積量が多い場合は、少ない場合と比較してマイクロ波の振幅Ａが小さくなるように、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍに応じてＰＭフィルタ３４ｂに向けて照射するマイクロ波の振幅Ａの大きさを制御することとした。

具体的には本実施形態では、図５に示すように、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが再生開始閾値ＭｐｍＨ以上となってマイクロ波の照射が開始されてから、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが所定の第１閾値Ｍｐｍ１（＜ＭｐｍＨ）に低下するまでの間は、マイクロ波の振幅Ａを所定の低振幅値ＡＬに制御することとした。そして、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第１閾値Ｍｐｍ１まで低下した後は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが所定の第２閾値Ｍｐｍ２（＜Ｍｐｍ１）に低下するまでの間、マイクロ波の振幅Ａを所定の中間振幅値ＡＭ（＞ＡＬ）に制御することとした。そして、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第２閾値Ｍｐｍ２まで低下した後は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが所定の再生停止閾値ＭｐｍＬ（＜Ｍｐｍ２）まで低下してマイクロ波の照射が停止されるまでの間、マイクロ波の振幅Ａを所定の高振幅値ＡＨ（＞ＡＭ）に制御することとした。

これにより、ＰＭ堆積量が多い場合には、ＰＭフィルタ３４ｂに向けて照射するマイクロ波の振幅Ａを相対的に小さくし、ひいては定在波ＭＷ３の振幅（腹の位置の振幅）を小さくすることができるので、ＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭをマイクロ波によって加熱する場合において、マイクロ波によって大量のＰＭが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することができる。

図６は、この本実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、機関運転中に本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、差圧センサ２１４によって検出されたフィルタ前後差圧ＰＤを読み込む。そして電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照して、フィルタ前後差圧ＰＤに基づいて、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍを算出する。ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍは、基本的にフィルタ前後差圧ＰＤが大きくなるほど大きくなる。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置駆動フラグＦが０に設定されているか否かを判定する。マイクロ波照射装置駆動フラグＦは、マイクロ波照射装置３５を駆動しているとき、すなわちマイクロ波照射アンテナ３５４からＰＭ捕集装置３４の筐体３４ａ内に向けてマイクロ波を照射して、ＰＭフィルタ３４ｂの再生処理を実施しているときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定されている。電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置駆動フラグＦが０に設定されていれば、ステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置駆動Ｆが１に設定されていれば、ステップＳ６の処理に進む。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが再生開始閾値ＭｐｍＨ以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが再生開始閾値ＭｐｍＨ以上であれば、ＰＭフィルタ３４ｂの再生処理を実施するべくステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが再生開始閾値ＭｐｍＨ未満であれば、今回の処理を終了する。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、ＰＭフィルタ３４ｂの再生処理を開始する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射アンテナ３５４から照射されるマイクロ波の周波数ｆ及び振幅Ａを、それぞれ所定の第１周波数ｆ１及び前述した低振幅値ＡＬに制御して、マイクロ波の照射を開始する。第１周波数ｆ１は、定在波ＭＷ３の各腹の位置が、ＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭを効率良く加熱することができるような位置となるような周波数であって、予め実験等によって設定された周波数である。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置駆動フラグＦを１に設定する。

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが、再生開始閾値ＭｐｍＨよりも小さい第１閾値Ｍｐｍ１以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第１閾値Ｍｐｍ１以上であれば、今回の処理を終了する。すなわち、マイクロ波の周波数ｆ及び振幅Ａを第１周波数ｆ１及び低振幅値ＡＬから変更することなく、マイクロ波の照射を継続する。一方で電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第１閾値Ｍｐｍ１未満であれば、ステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが、第１閾値Ｍｐｍ１よりも小さい第２閾値Ｍｐｍ２以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第２閾値Ｍｐｍ２以上であれば、ステップＳ８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第２閾値Ｍｐｍ２未満であれば、ステップＳ９の処理に進む。

ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射アンテナ３５４から照射するマイクロ波の振幅Ａを、低振幅値ＡＬから中間振幅値ＡＭに変更して、マイクロ波の照射を継続する。

ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが、第２閾値Ｍｐｍ２よりも小さい再生停止閾値ＭｐｍＬ以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが再生停止閾値ＭｐｍＬ以上であれば、ステップＳ１０の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが再生停止閾値ＭｐｍＬ未満であれば、ステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射アンテナ３５４から照射するマイクロ波の振幅Ａを、中間振幅値ＡＭから高振幅値ＡＨに変更して、マイクロ波の照射を継続する。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置３５の駆動を停止して、マイクロ波の照射を停止する。

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射装置駆動フラグＦを０に設定する。

以上説明した本実施形態による内燃機関１００は、機関本体１と、機関本体１の排気通路に設けられた筐体３４ａと、筐体３４ａ内に収容されて排気中のＰＭを捕集するＰＭフィルタ３４ｂ（フィルタ）と、筐体３４ａ内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置３５と、を備える。そして、この内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）は、筐体３４ａ内にマイクロ波を照射してＰＭを加熱する場合において、ＰＭフィルタ３４ｂのＰＭ堆積量が多いときは、少ないときと比べてマイクロ波の振幅Ａが小さくなるように、マイクロ波照射装置３５を制御するように構成されている。

これにより、ＰＭ堆積量が多い場合には、筐体３４ａ内に向けて照射するマイクロ波の振幅Ａを相対的に小さくすることができるので、ＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭをマイクロ波によって加熱する場合において、マイクロ波によって大量のＰＭが急速に加熱されてしまって筐体内の温度が過度に上昇してしまうのを抑制することができる。したがって、ＰＭフィルタ３４ｂを含むＰＭ捕集装置３４が劣化するのを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が少なくなったときに、ＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３を加熱することによってＰＭを間接的に加熱して燃焼除去する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図４を参照して前述したように、ＰＭフィルタ３４ｂ全体で考えると、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が多くなるほど、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭのマイクロ波吸収率が高くなる傾向にある。逆を言えば、ＰＭフィルタ３４ｂ全体で考えると、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が少なくなるほど、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭのマイクロ波吸収率が低くなる傾向にある。これは、定在波ＭＷ３の振幅が大きくなる位置に堆積しているＰＭが燃焼してＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が少なくなるにつれて、効率的に加熱することのできない定在波ＭＷ３の振幅が小さくなる位置に堆積しているＰＭの割合が増加するためである。

そのため、図７に示すように、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が或る一定量よりも少なくなった場合には、ＰＭフィルタ３４ｂ全体で考えると、定在波ＭＷ３の各腹の位置が、ＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３を効率良く加熱することができるような位置となるようにマイクロ波の周波数ｆを変更することで、ＰＭのマイクロ波吸収率よりもＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３のマイクロ波吸収率の方が高くなる場合がある。すなわち、マイクロ波によってＰＭを直接的に加熱するよりも、マイクロ波によってＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３を加熱することによってＰＭを間接的に加熱した方が、ＰＭを効率的に加熱して燃焼除去できる場合がある。

そこで本実施形態では、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が或る一定量よりも少なくなった場合には、定在波ＭＷ３の各腹の位置が、ＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３を効率良く加熱することができるような位置となるように、マイクロ波の周波数ｆを最適化することとした。具体的には本実施形態では、ＰＭフィルタ３４ｂの再生中にＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第２閾値Ｍｐｍ２未満になったときは、マイクロ波の周波数ｆを第１周波数ｆ１から所定の第２周波数ｆ２に変更して、マイクロ波によってＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３を加熱し、ＰＭを間接的に加熱することとした。

図８は、この本実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、機関運転中に本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。なお図７において、ステップＳ１からステップＳ９、ステップＳ１１及びステップＳ１２の処理の内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射アンテナ３５４から照射するマイクロ波の周波数ｆを、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に変更して、マイクロ波の照射を継続する。

以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）は、ＰＭフィルタ３４ｂ（フィルタ）のＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍ（ＰＭ堆積量）が第２閾値Ｍｐｍ２（所定堆積量）未満のときは、筐体３４ａ内においてＰＭと熱交換を行うことが可能な物体が加熱されるように、マイクロ波の周波数ｆを変更するように構成されている。ＰＭと熱交換を行うことが可能な物体は、本実施形態ではフィルタ本体、すなわちフィルタ３４ｂの隔壁３４３とされているが、これに限らず、例えば排気流入通路３４１の表面にマイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体を層状に設け、当該マイクロ波吸収体を加熱することによりＰＭを間接的に加熱できるようにしてもよい。

このように、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が或る一定量よりも少なくなってＰＭのマイクロ波吸収率が低下した場合には、マイクロ波によってＰＭフィルタ３４ｂの隔壁３４３を加熱することによってＰＭを間接的に加熱することで、マイクロ波によってＰＭを直接的に加熱するよりもＰＭを効率的に加熱して燃焼除去することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、ＰＭフィルタ３４ｂ内のＰＭ堆積量が少なくなったときに、マイクロ波の周波数ｆを高くして、筐体３４ａの入口端からその内部に進入するマイクロ波の分散を促進させる点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図３Ｂを参照して前述したように、定在波ＭＷ３の振幅が大きい位置におけるＰＭの加熱速度と、定在波ＭＷ３の振幅が小さい位置におけるＰＭの加熱速度と、を比較すると、定在波ＭＷ３の振幅が大きい位置の方が、ＰＭの加熱速度が速くなる傾向にある。すなわち、定在波ＭＷ３の節の位置に堆積しているＰＭは、定在波ＭＷ３の腹の位置に堆積しているＰＭと比較して加熱されにくい。そのため、マイクロ波をＰＭフィルタ３４ｂに照射してＰＭフィルタ３４ｂの再生処理を実施する場合、定在波ＭＷ３の腹の位置に堆積しているＰＭが燃焼せずに残存しやすく、ＰＭフィルタ３４ｂ内にＰＭが偏った状態で堆積してしまうおそれがある。

そこで本実施形態では、このようにＰＭフィルタ３４ｂ内にＰＭが偏った状態で堆積してしまうのを抑制するべく、ＰＭ堆積量が少なくなったときには、筐体３４ａ内に照射するマイクロ波の周波数を高めて、筐体３４ａの入口端からその内部に進入するマイクロ波が筐体３４ａで分散しやすくなるようにした。

これにより、分散させたマイクロ波によって、筐体３４ａのＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭを、より均一に加熱することが可能となる。そのため、ＰＭフィルタ３４ｂ内にＰＭが偏った状態で堆積するのを抑制することができる。

図９は、この本実施形態によるマイクロ波照射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、機関運転中に本ルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。なお図７において、ステップＳ１からステップＳ９、ステップＳ１１及びステップＳ１２の処理の内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、マイクロ波照射アンテナ３５４から照射するマイクロ波の周波数ｆを、第１周波数ｆ１から第１周波数ｆ１よりも大きい所定の第３周波数ｆ３に変更して、マイクロ波の照射を継続する。

以上説明した本実施形態による電子制御ユニット２００（制御装置）は、ＰＭフィルタ３４ｂ（フィルタ）のＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍ（ＰＭ堆積量）が第２閾値Ｍｐｍ２（所定堆積量）未満のときは、ＰＭフィルタ３４ｂのＰＭ堆積量推定値Ｍｐｍが第２閾値Ｍｐｍ２以上のときよりも、マイクロ波の周波数ｆを高くするように構成されている。

これにより、筐体３４ａの入口端からその内部に進入するマイクロ波が筐体３４ａで分散しやすくなるため、分散させたマイクロ波によって、筐体３４ａのＰＭフィルタ３４ｂに捕集されたＰＭを、より均一に加熱することが可能となる。そのため、ＰＭフィルタ３４ｂ内にＰＭが偏った状態で堆積するのを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１機関本体
３４ａ筐体
３４ｂＰＭフィルタ（フィルタ）
３５マイクロ波照射装置
１００内燃機関
２００電子制御ユニット（制御装置）

Claims

機関本体と、
前記機関本体の排気通路に設けられた筐体と、
前記筐体内に収容されて排気中のＰＭを捕集するフィルタと、
前記筐体内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記筐体内にマイクロ波を照射してＰＭを加熱する場合において、前記フィルタのＰＭ堆積量が多いときは、少ないときと比べてマイクロ波の振幅が小さくなるように、前記マイクロ波照射装置を制御する、
内燃機関の制御装置。
前記フィルタのＰＭ堆積量が所定堆積量未満のときは、前記筐体内においてＰＭと熱交換を行うことが可能な物体が加熱されるように、マイクロ波の周波数を変更する、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
ＰＭと熱交換を行うことが可能な前記物体は、前記フィルタ本体である、
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記フィルタのＰＭ堆積量が所定堆積量未満のときは、前記フィルタのＰＭ堆積量が前記所定堆積量以上のときよりも、マイクロ波の周波数を高くする、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。