JP3882700B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する技術に関し、特に、排気ガス中の微粒子と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に除去するようにした排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子（排気微粒子）を除去すると共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。このような要求に対し、従来よりＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（以下、「ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ」ともいう）を内燃機関の排気ガス通路に配置するようにした装置が提案されている。
【０００３】
このように用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比がリッチとなり排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在する状態であると吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有している。そこで、上述したようなＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを排気ガス通路に配置したタイプの装置においては、ＮＯｘ吸蔵剤のこのような作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させる一方、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流側で還元剤（燃料）を添加する等して排気ガスの空燃比をリッチ化するＮＯｘ還元浄化制御を実施して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に還元浄化するようにしている。
【０００４】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００５】
一方、上記のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおいては、排気ガス中の排気微粒子も捕集される。上記フィルタにより捕集された排気微粒子は、内燃機関の運転状態によって、例えば排気温度が高くなる高負荷運転時等には自然に燃焼するが、通常の運転状態では次第に堆積していく。排気微粒子が堆積すると上記フィルタにおいて生じる排気抵抗（すなわち、圧力損失）が上昇して内燃機関の性能に悪影響を及ぼす要因となる。
【０００６】
このため、例えば、上記フィルタの温度を上昇させる等して堆積した排気微粒子を燃焼し除去するようにする微粒子除去制御が必要に応じて行われる。そしてこの際、微粒子除去制御を行うか否かを判定するために（すなわち上記フィルタの詰りを判定するために）上記フィルタの上流側と下流側との差圧が用いられる。すなわち、測定された上記差圧と吸入空気量等に基づいて算出される基準差圧とを比較し、測定された差圧が基準差圧を超えた時には上記微粒子除去制御を行う必要がある（すなわち上記フィルタが詰まっている）と判定する（例えば、特開平３−１４１８１２）。
【０００７】
しかしながら、このような方法では、定常状態の運転がある程度継続しなければ正確な差圧を測定することが困難であり、測定中の加減速や上記フィルタの温度変化等に影響を受け易いため、誤判定をする可能性がある。また、一つの差圧センサからの出力に基づいて、すなわち測定された差圧を直接用いて判定を行う場合には、何らかの要因で測定機器の零点がずれてしまった時等に、判定に用いる測定値が真値から大きくずれ、誤判定を招く可能性もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを具備した排気ガス浄化装置において、精度良くフィルタの詰り判定を行うことのできる排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
【００１０】
１番目の発明は、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタであって、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタが内燃機関の排気ガス通路に配置された排気ガス浄化装置であって、上記ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを還元浄化すべき時には、上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量を低減すると共に上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの空燃比がリッチになるようにするＮＯｘ還元浄化制御が行われる排気ガス浄化装置において、上記パティキュレートフィルタの上流側圧力を検出する圧力検出手段、もしくは上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、上記ＮＯｘ還元浄化制御の際に上記排気ガス流量を低減した時の上記上流側圧力の変化の大きさまたは上記差圧の変化の大きさを検出し、該変化の大きさが予め定められる所定値以上であるときに上記パティキュレートフィルタが詰まっていると判定する詰まり判定手段とを具備していることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供する。
【００１１】
この発明によれば、上記ＮＯｘ還元浄化制御の際に生じる上記パティキュレートフィルタの上流側圧力の変化の大きさ、または上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧の変化の大きさを用いてパティキュレートフィルタの詰まりが判定されるので、誤判定の可能性が低減される。
すなわち、上記のような圧力の変化または差圧の変化の大きさの検出は、上記ＮＯｘ還元浄化制御の時間が短い（例えば１〜２秒）ため、機関の運転状態の変化や上記パティキュレートフィルタの温度変化等の影響を受け難い。また、同じ検出手段からの検出値の差によって上記の夫々の変化の大きさが求められるため、検出手段の検出値が何らかの要因で一定の誤差を含んでいる場合にも、その誤差が相殺されることになる。このようなことから、本発明のように圧力の変化の大きさまたは差圧の変化の大きさを用いて詰まり判定をすることで、より精度良くパティキュレートフィルタの詰まりを判定することができる。
【００１２】
２番目の発明は１番目の発明において、上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量を推定または検出する手段を有し、該手段により推定または検出された排気ガス流量が多い程、上記所定値が大きい値に補正または決定される。
上記パティキュレートフィルタの上流側圧力、並びに上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧は、共に上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量によって変化する。したがって、本発明のように、詰まり判定の基準となる上記所定値を上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量に基づいて補正することにより、更に精度の良いパティキュレートフィルタの詰まり判定が可能となる。
【００１３】
３番目の発明は１番目または２番目の発明において、上記パティキュレートフィルタの温度を推定または検出する手段を有し、該手段により推定または検出された温度が高い程、上記所定値が大きい値に補正または決定される。
上記パティキュレートフィルタの上流側圧力、並びに上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧は、共に上記パティキュレートフィルタの温度によっても変化する。したがって、本発明のようにすることによっても、２番目の発明と同様、パティキュレートフィルタの詰まり判定の精度を向上することができる。
【００１４】
４番目の発明は１番目から３番目の発明において、上記詰まり判定手段は、上記ＮＯｘ還元浄化制御の際の上記上流側圧力の変化の大きさまたは上記差圧の変化の大きさが予め定めた回数連続して上記所定値以上であるときに上記パティキュレートフィルタが詰まっていると判定する。
上記ＮＯｘ還元浄化制御の際の上記上流側圧力または上記差圧の変化の大きさが、例えば一度上記所定値以上となっても、詰まり以外の原因により偶発的になった可能性もある。そして、詰まりが原因であるならば、これらの圧力または差圧の変化の大きさは連続して上記所定値以上となるはずである。したがって、本発明において上記予め定めた回数を適切に定めることによって、パティキュレートフィルタにおいて詰まりが発生しているか否かを見極めることができ、誤判定の可能性を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
また、以下ではＮＯｘ吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタを用いた場合について説明する。
【００１６】
図１は本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口には排気ガス浄化装置１００が連結される。排気ガス浄化装置１００は後述するようにＮＯｘ吸蔵剤４６を担持しているパティキュレートフィルタ２２（以下、単に「フィルタ」という）を内蔵している。また、フィルタ２２の上流側には、フィルタ２２へ流入する直前における排気ガス圧力（以下「上流側圧力」という。）を検出するための圧力センサ４４が設けられている。
【００１８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１９】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、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および出力ポート３６を具備する。圧力センサ４４及び燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量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３０°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。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６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２０】
図２にフィルタ２２の拡大断面図を示す。図２を参照すると、フィルタ２２は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０に流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００２１】
第１通路５０および第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸蔵剤４６は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸蔵剤４６は流通排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、流通排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ還元剤が存在する状態であると吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。
【００２２】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンである。したがって、通常時においては、フィルタ２２によって、排気ガス中に含まれる排気微粒子が捕集されると共にＮＯｘが吸蔵される。
そして、これらのＮＯｘ及び排気微粒子は次第にフィルタ２２に蓄積されるため、必要に応じて、吸蔵したＮＯｘを離脱させて還元浄化するようにするＮＯｘ還元浄化制御並びに排気微粒子を燃焼して除去するようにする微粒子除去制御を行う必要がある。すなわち、例えば、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤４６の吸蔵効率が低下した時または低下する前に上記ＮＯｘ還元浄化制御が行われるようにされ、フィルタ２２における圧力損失が所定値以上となった時、すなわちフィルタ２２が詰まっていると判定された時に微粒子除去制御が行われるようにされる。
【００２３】
本発明は、このような微粒子除去制御を実施するか否かを判定するため等に利用されるフィルタ２２の詰まり判定を精度良く実施することを可能とするものであり、以下でその方法について、図３を参照しつつ説明する。
図３は、図１に示された構成で実施し得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、この制御ルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００２４】
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ１０１でＮＯｘ還元浄化制御の実施条件が成立したか否かが判定される。この実施条件は、例えばＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵されたＮＯｘ量、すなわち吸蔵ＮＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸蔵ＮＯｘ量を直接求めることは困難であるので例えば機関から排出されるＮＯｘ量、すなわち車両走行距離に基づいて吸蔵ＮＯｘ量を推定する。つまり、前回ＮＯｘ還元浄化制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時にＮＯｘ還元浄化制御実施条件が成立したと判定する。
【００２５】
ステップ１０１においてＮＯｘ還元浄化制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。
ステップ１０３においてはＮＯｘ還元浄化制御が実施されると共に、ＮＯｘ還元浄化制御の実施に伴ってフィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑを低減した時の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰが検出される。
【００２６】
より詳細には、ここでＮＯｘ還元浄化制御はＮＯｘ吸蔵剤４６の有する上述したような作用を利用して、すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤４６（フィルタ２２）を流通する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に還元浄化することによって行われる。そして、この際、排気ガスの空燃比をリッチ化するために必要な燃料量を抑制するために上記排気ガス流量Ｑを低減するような制御が行われる。具体的には本実施形態においては、スロットル弁１７を制御することにより吸入空気量Ａが低減される。この結果、目標とする空燃比までリッチ化するために必要な燃料量が抑制されると共にＮＯｘ吸蔵剤４６（フィルタ２２）を流通する排気ガスの流量Ｑが低減される。そしてこれに伴って、圧力センサ４４で検出される上流側圧力Ｐも変化（減少）し、本ステップ１０３においてはこの上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰも検出される。なお、本実施形態における空燃比の制御は上述したようなスロットル弁１７による吸入空気量Ａの調整と電気制御式噴射弁６による燃料噴射量の調整により達成される。
【００２７】
図４は、上述したようなＮＯｘ還元浄化制御を行った時の排気ガス空燃比、吸入空気量Ａ、排気ガス流量Ｑ及び上流側圧力Ｐの経時変化の一例を示す図である。この例では、ＮＯｘ還元浄化制御を実施すべく排気ガス空燃比をリッチにする際に吸入吸気量ＡがＡ１からＡ２に減少されている。その結果、排気ガス流量ＱがＱ１からＱ２へ減少し、上流側圧力ＰはＰ１からＰ２へ変化している。ステップ１０３において検出される上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは、この図の例ではＰ１−Ｐ２で表される。
【００２８】
上述したような上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰの検出は、上記ＮＯｘ還元浄化制御の時間が短い（例えば１〜２秒）ために機関の運転状態の変化や上記フィルタ２２の温度変化等の影響を受け難く、また、上記ΔＰが同じ検出手段（圧力センサ４４）からの検出値の差によって求められるため、検出手段の検出値が何らかの要因で一定の誤差を含んでいる場合にも、その誤差が相殺されることになること等から、上記ΔＰは精度良く検出され得る。
【００２９】
ステップ１０３で上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰが検出されると、このΔＰは続くステップ１０５において、詰まり判定の基準となる圧力変化の大きさＣＰと比較される。ＣＰの値は、実験等によって目的に合わせて予め設定されるものであり、本実施形態では微粒子除去制御の実施の要否を判定するための値に設定されている。
【００３０】
図５に示すように流通排気ガス流量Ｑが同様に変化した時の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは、フィルタ２２の詰まり度合が高くなるほど大きくなる。すなわち、図５中の曲線ａ、ｂ、ｃは、詰まり度合の異なるフィルタ２２についての上流側圧力Ｐと排気ガス流量Ｑとの関係を示したものであり、詰まり度合は曲線ａの場合が最も低く、ｂ、ｃと次第に高くなる。そして排気ガス流量ＱをＱ１からＱ２へ減少させた時の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは詰まり度合が高くなるほど大きくなっている（ΔＰｃ＞ΔＰｂ＞ΔＰａ）。
【００３１】
したがって、それ以上詰まりの度合が高くなると機関の性能に悪影響が生じてしまう等、微粒子除去制御の実施が必要となる時の詰まり度合に対応した圧力変化の大きさＣＰを事前に求めておけば、ステップ１０５における比較によって微粒子除去制御の実施の要否を判定できる。
そして上述したように上記ΔＰは精度良く検出され得るので、ステップ１０５における詰まり判定の精度についても向上され、より適切に微粒子除去制御の実施の要否を判定できる。
【００３２】
ステップ１０５において上記ΔＰが基準となるＣＰ未満であると判定された場合は、微粒子除去制御が必要な程の詰まり度合ではないということであるので、そのまま制御ルーチンが終了する。一方、上記ΔＰがＣＰ以上であると判定された場合にはステップ１０７に進み、微粒子除去制御が実施される。ここで微粒子除去制御は様々な方法で実施することができるが、例えば、ポスト噴射を行って排気ガス温度を上昇させ、フィルタ２２の温度を上昇させることでフィルタ２２上に堆積した微粒子を燃焼除去するようにしてもよい。
【００３３】
以上説明したように、この方法においてはフィルタ２２の詰まり判定がＮＯｘ還元浄化制御の際に生じるフィルタ２２の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰを用いて行われ、そのことによってフィルタ２２の詰まり判定の精度が向上し、誤判定の可能性が低減される。
また、以上の説明においては、詰まり判定の基準となる圧力変化の大きさＣＰを一定の値として説明したが、ＣＰを排気ガス流量Ｑに応じて、すなわち、流量低減前の排気ガス流量Ｑ１に応じて、または流量低減後の排気ガス流量Ｑ２に応じて、もしくはこれら両方に応じて補正あるいは決定するようにしてもよい。
【００３４】
図６は、同じ詰まり度合の場合において異なる排気ガス流量変化（Ｑ１からＱ２、Ｑ１´からＱ２、Ｑ１´からＱ２´）を行った時に生じる上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰ（ΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３）について示したものであるが、この図に示すように、詰まり度合が同じであっても、流量低減前の排気ガス流量Ｑ１またはＱ１´及び流量低減後の排気ガス流量Ｑ２またはＱ２´によって上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは異なる。したがって、これらの排気ガス流量に応じて詰まり判定の基準となるＣＰを補正することによって、より精度の高い詰まり判定が可能となる。
【００３５】
例えば、ＮＯｘ還元制御の際には流量低減前の排気ガス流量に拘わらず同じ流量まで排気ガス流量が低減される場合を例にとると、この場合のＣＰは、流量低減前の排気ガス流量との関係において図７のように示される。つまり、流量低減前の排気ガス流量が多いほどＣＰは大きくなる。
また、流量低減後の排気ガス流量も異なる場合については、流量低減前の排気ガス流量と流量低減後の排気ガス流量との関係において実験等によって適切なＣＰを求め、マップ（図示なし）を作成しておくことが可能である。すなわち、例えば縦軸に流量低減前の排気ガス流量、横軸に流量低減後の排気ガス流量をとり、これらに対応するＣＰをマップ化する。
【００３６】
図７に示した関係や上記マップに基づいてＣＰを補正あるいは決定することにより、排気ガス流量を考慮したより適切な詰まり判定が可能となる。
なお、この場合、排気ガス流量Ｑを推定または検出する手段が必要となるが、この手段としてフィルタ２２の入口近傍に流量センサ（図示なし）を設けてもよい。あるいは、排気ガス流量Ｑを機関運転状態、例えば機関負荷Ａ／Ｎ（吸入空気量Ａ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて機関負荷Ａ／Ｎと機関回転数Ｎとから推定するようにしてもよい。
【００３７】
また、上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰはフィルタ２２の温度Ｔによっても影響を受けるため、フィルタ２２の温度Ｔに応じたＣＰに対する補正係数を事前に求めておくことにより、温度Ｔに応じたＣＰの補正が可能となって、更に精度の良い詰まり判定が可能となる。すなわち、例えばフィルタ２２の温度Ｔが高い程、ＣＰを大きい値に補正または決定するようにする。
この場合にはフィルタ２２の温度Ｔを推定または検出する手段が必要となるが、この手段としてフィルタ２２に温度センサ（図示なし）を設けてもよい。あるいは、排気ガス流量Ｑの場合と同様に、温度Ｔを機関運転状態、例えば機関負荷Ａ／Ｎ（吸入空気量Ａ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて機関負荷Ａ／Ｎと機関回転数Ｎとから推定するようにしてもよい。
【００３８】
次に図８を参照して本発明の別の実施形態について説明する。図８に示された構成は図１に示された構成とほぼ同様であるが、排気ガス浄化装置１０１の部分が異なっている。より詳細には、排気ガス浄化装置１０１は、図１に示された構成の排気ガス浄化装置１００が有している圧力センサ４４の替わりに、フィルタ２２の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ４５を有している。
【００３９】
図９は、図８に示した構成で実施される方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。この方法は図３を参照して上述した方法とほぼ同様であり、各ステップが順に対応するので詳細な説明は省略するが、この方法においては、上流側圧力Ｐの替わりにフィルタ２２の上流側と下流側との差圧Ｐｄが利用される。
すなわち、ステップ２０３においては、ＮＯｘ還元浄化制御の実施に伴ってフィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑを低減した時の差圧Ｐｄの変化の大きさΔＰｄが検出される。このΔＰｄの検出についても、上述したΔＰの検出と同様の理由で精度良く実施することができる。
【００４０】
そして、このΔＰｄについても、図５に示されたΔＰと同様、フィルタ２２の詰まり度合が高くなるほど大きくなるので、微粒子除去制御の実施が必要となる時の詰まり度合に対応した差圧変化の大きさＣＰｄを事前に実験等によって求めておけば、検出されたΔＰｄとＣＰｄとの比較によって微粒子除去制御の実施の要否を判定できる（ステップ２０５）。ここで、上述したように上記ΔＰｄは精度良く検出され得るので、ステップ２０５における詰まり判定の精度についても向上され、より適切に微粒子除去制御の実施の要否を判定できる。
【００４１】
このように、この方法においてはフィルタ２２の詰まり判定がＮＯｘ還元浄化制御の際に生じるフィルタ２２の上流側と下流側との差圧Ｐｄの変化の大きさΔＰｄを用いて行われ、そのことによってフィルタ２２の詰まり判定の精度が向上し、誤判定の可能性が低減される。
なお、このΔＰｄを用いる方法においても、先に説明したΔＰを用いる方法の場合と同様に、詰まり判定の基準となる差圧変化の大きさＣＰｄを排気ガス流量Ｑ及びフィルタ温度Ｔに応じて補正あるいは決定するようにしてもよい。これにより更に精度の高い詰まり判定が可能となる。
【００４２】
また、上述した各実施形態において、フィルタ２２が詰まっていると判定されたことを報知する報知手段を更に具備するようにしてもよい。報知手段としては、例えば、アラーム、各種インジケータ等を用いることができる。これにより、運転者等がフィルタ２２の状態を認知可能となる。
【００４３】
更に、以上の説明においては、ΔＰまたはΔＰｄが一度詰まり判定の基準となる値であるＣＰまたはＣＰｄ以上となれば、微粒子除去制御の実施が必要である、すなわちフィルタ２２が詰まっていると判定したが、ΔＰまたはΔＰｄが予め定めた回数連続してＣＰまたはＣＰｄ以上となった時にだけ、フィルタ２２が詰まっていると判定するようにしてもよい。ΔＰまたはΔＰｄが、例えば一度ＣＰまたはＣＰｄ以上となったとしても、詰まり以外の原因により偶発的になった可能性もある。そして、詰まりが原因であるならば、これらΔＰまたはΔＰｄは連続してＣＰまたはＣＰｄ以上となるはずである。したがって、上記予め定めた回数を適切に定めることによって、フィルタ２２において詰まりが発生しているか否かを見極めることができ、誤判定の可能性を低減することができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態においてはＮＯｘ還元浄化制御がスロットル弁１７により吸入空気量Ａを低減すること等により行われたが、本発明はこれに限定されるものではなく、これまでの説明からも明らかなようにフィルタ２２を流通する排気ガスの流量の変化を伴う方法であれば他の方法によりＮＯｘ還元浄化制御が行われてもよい。
【００４５】
例えば、図１０に示すような構成における排気ガス浄化装置１０２において、バイパス弁４９を制御して排気ガスの一部がフィルタ２２をバイパスするようにすると共にフィルタ２２の上流で還元剤添加ノズル４７により還元剤（燃料）を添加することで排気ガスをリッチ化してＮＯｘ還元浄化制御を行う場合においても、フィルタ２２を流通する排気ガスの流量の変化を伴うので、圧力センサ４４または差圧センサ４５を備えることにより、図３または図９を参照する等して説明した方法によって詰まり判定をすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればＮＯｘ吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタを具備した排気ガス浄化装置において、そのパティキュレートフィルタの詰り判定を精度良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図３】図３は、図１で示された構成で実施し得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図４は、ＮＯｘ還元浄化制御を行った時の排気ガス空燃比、吸入空気量、排気ガス流量及びパティキュレートフィルタ上流側圧力の経時変化の一例を示す図である。
【図５】図５は、詰まり度合の異なるパティキュレートフィルタにおいて、流通排気ガス流量が同様に変化した時のパティキュレートフィルタ上流側圧力の変化の大きさについて説明するための図である。
【図６】図６は、同じ詰まり度合のパティキュレートフィルタにおいて、異なる流通排気ガス流量変化を行った時に生じるパティキュレートフィルタ上流側圧力の変化の大きさについて示したものである。
【図７】図７は、ＮＯｘ還元浄化制御における流量低減前のパティキュレートフィルタ流通排気ガス流量と詰まり判定の基準となる圧力変化の大きさＣＰとの関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の別の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図９】図９は、図８で示された構成で実施し得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の更に別の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４４…圧力センサ
４５…差圧センサ
４６…ＮＯｘ吸蔵剤
４７…還元剤添加ノズル
４９…バイパス弁
１００、１０１、１０２…排気ガス浄化装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する技術に関し、特に、排気ガス中の微粒子と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に除去するようにした排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子（排気微粒子）を除去すると共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。このような要求に対し、従来よりＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（以下、「ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ」ともいう）を内燃機関の排気ガス通路に配置するようにした装置が提案されている。
【０００３】
このように用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比がリッチとなり排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在する状態であると吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有している。そこで、上述したようなＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを排気ガス通路に配置したタイプの装置においては、ＮＯｘ吸蔵剤のこのような作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させる一方、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの上流側で還元剤（燃料）を添加する等して排気ガスの空燃比をリッチ化するＮＯｘ還元浄化制御を実施して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に還元浄化するようにしている。
【０００４】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００５】
一方、上記のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおいては、排気ガス中の排気微粒子も捕集される。上記フィルタにより捕集された排気微粒子は、内燃機関の運転状態によって、例えば排気温度が高くなる高負荷運転時等には自然に燃焼するが、通常の運転状態では次第に堆積していく。排気微粒子が堆積すると上記フィルタにおいて生じる排気抵抗（すなわち、圧力損失）が上昇して内燃機関の性能に悪影響を及ぼす要因となる。
【０００６】
このため、例えば、上記フィルタの温度を上昇させる等して堆積した排気微粒子を燃焼し除去するようにする微粒子除去制御が必要に応じて行われる。そしてこの際、微粒子除去制御を行うか否かを判定するために（すなわち上記フィルタの詰りを判定するために）上記フィルタの上流側と下流側との差圧が用いられる。すなわち、測定された上記差圧と吸入空気量等に基づいて算出される基準差圧とを比較し、測定された差圧が基準差圧を超えた時には上記微粒子除去制御を行う必要がある（すなわち上記フィルタが詰まっている）と判定する（例えば、特開平３−１４１８１２）。
【０００７】
しかしながら、このような方法では、定常状態の運転がある程度継続しなければ正確な差圧を測定することが困難であり、測定中の加減速や上記フィルタの温度変化等に影響を受け易いため、誤判定をする可能性がある。また、一つの差圧センサからの出力に基づいて、すなわち測定された差圧を直接用いて判定を行う場合には、何らかの要因で測定機器の零点がずれてしまった時等に、判定に用いる測定値が真値から大きくずれ、誤判定を招く可能性もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを具備した排気ガス浄化装置において、精度良くフィルタの詰り判定を行うことのできる排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
【００１０】
１番目の発明は、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタであって、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタが内燃機関の排気ガス通路に配置された排気ガス浄化装置であって、上記ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを還元浄化すべき時には、上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量を低減すると共に上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの空燃比がリッチになるようにするＮＯｘ還元浄化制御が行われる排気ガス浄化装置において、上記パティキュレートフィルタの上流側圧力を検出する圧力検出手段、もしくは上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、上記ＮＯｘ還元浄化制御の際に上記排気ガス流量を低減した時の上記上流側圧力の変化の大きさまたは上記差圧の変化の大きさを検出し、該変化の大きさが予め定められる所定値以上であるときに上記パティキュレートフィルタが詰まっていると判定する詰まり判定手段とを具備していることを特徴とする排気ガス浄化装置を提供する。
【００１１】
この発明によれば、上記ＮＯｘ還元浄化制御の際に生じる上記パティキュレートフィルタの上流側圧力の変化の大きさ、または上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧の変化の大きさを用いてパティキュレートフィルタの詰まりが判定されるので、誤判定の可能性が低減される。
すなわち、上記のような圧力の変化または差圧の変化の大きさの検出は、上記ＮＯｘ還元浄化制御の時間が短い（例えば１〜２秒）ため、機関の運転状態の変化や上記パティキュレートフィルタの温度変化等の影響を受け難い。また、同じ検出手段からの検出値の差によって上記の夫々の変化の大きさが求められるため、検出手段の検出値が何らかの要因で一定の誤差を含んでいる場合にも、その誤差が相殺されることになる。このようなことから、本発明のように圧力の変化の大きさまたは差圧の変化の大きさを用いて詰まり判定をすることで、より精度良くパティキュレートフィルタの詰まりを判定することができる。
【００１２】
２番目の発明は１番目の発明において、上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量を推定または検出する手段を有し、該手段により推定または検出された排気ガス流量が多い程、上記所定値が大きい値に補正または決定される。
上記パティキュレートフィルタの上流側圧力、並びに上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧は、共に上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量によって変化する。したがって、本発明のように、詰まり判定の基準となる上記所定値を上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量に基づいて補正することにより、更に精度の良いパティキュレートフィルタの詰まり判定が可能となる。
【００１３】
３番目の発明は１番目または２番目の発明において、上記パティキュレートフィルタの温度を推定または検出する手段を有し、該手段により推定または検出された温度が高い程、上記所定値が大きい値に補正または決定される。
上記パティキュレートフィルタの上流側圧力、並びに上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧は、共に上記パティキュレートフィルタの温度によっても変化する。したがって、本発明のようにすることによっても、２番目の発明と同様、パティキュレートフィルタの詰まり判定の精度を向上することができる。
【００１４】
４番目の発明は１番目から３番目の発明において、上記詰まり判定手段は、上記ＮＯｘ還元浄化制御の際の上記上流側圧力の変化の大きさまたは上記差圧の変化の大きさが予め定めた回数連続して上記所定値以上であるときに上記パティキュレートフィルタが詰まっていると判定する。
上記ＮＯｘ還元浄化制御の際の上記上流側圧力または上記差圧の変化の大きさが、例えば一度上記所定値以上となっても、詰まり以外の原因により偶発的になった可能性もある。そして、詰まりが原因であるならば、これらの圧力または差圧の変化の大きさは連続して上記所定値以上となるはずである。したがって、本発明において上記予め定めた回数を適切に定めることによって、パティキュレートフィルタにおいて詰まりが発生しているか否かを見極めることができ、誤判定の可能性を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
また、以下ではＮＯｘ吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタを用いた場合について説明する。
【００１６】
図１は本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口には排気ガス浄化装置１００が連結される。排気ガス浄化装置１００は後述するようにＮＯｘ吸蔵剤４６を担持しているパティキュレートフィルタ２２（以下、単に「フィルタ」という）を内蔵している。また、フィルタ２２の上流側には、フィルタ２２へ流入する直前における排気ガス圧力（以下「上流側圧力」という。）を検出するための圧力センサ４４が設けられている。
【００１８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１９】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、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および出力ポート３６を具備する。圧力センサ４４及び燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量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３０°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。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６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２０】
図２にフィルタ２２の拡大断面図を示す。図２を参照すると、フィルタ２２は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０に流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００２１】
第１通路５０および第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸蔵剤４６は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸蔵剤４６は流通排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、流通排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ還元剤が存在する状態であると吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。
【００２２】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンである。したがって、通常時においては、フィルタ２２によって、排気ガス中に含まれる排気微粒子が捕集されると共にＮＯｘが吸蔵される。
そして、これらのＮＯｘ及び排気微粒子は次第にフィルタ２２に蓄積されるため、必要に応じて、吸蔵したＮＯｘを離脱させて還元浄化するようにするＮＯｘ還元浄化制御並びに排気微粒子を燃焼して除去するようにする微粒子除去制御を行う必要がある。すなわち、例えば、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤４６の吸蔵効率が低下した時または低下する前に上記ＮＯｘ還元浄化制御が行われるようにされ、フィルタ２２における圧力損失が所定値以上となった時、すなわちフィルタ２２が詰まっていると判定された時に微粒子除去制御が行われるようにされる。
【００２３】
本発明は、このような微粒子除去制御を実施するか否かを判定するため等に利用されるフィルタ２２の詰まり判定を精度良く実施することを可能とするものであり、以下でその方法について、図３を参照しつつ説明する。
図３は、図１に示された構成で実施し得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、この制御ルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００２４】
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ１０１でＮＯｘ還元浄化制御の実施条件が成立したか否かが判定される。この実施条件は、例えばＮＯｘ吸蔵剤４６に吸蔵されたＮＯｘ量、すなわち吸蔵ＮＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸蔵ＮＯｘ量を直接求めることは困難であるので例えば機関から排出されるＮＯｘ量、すなわち車両走行距離に基づいて吸蔵ＮＯｘ量を推定する。つまり、前回ＮＯｘ還元浄化制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時にＮＯｘ還元浄化制御実施条件が成立したと判定する。
【００２５】
ステップ１０１においてＮＯｘ還元浄化制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。
ステップ１０３においてはＮＯｘ還元浄化制御が実施されると共に、ＮＯｘ還元浄化制御の実施に伴ってフィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑを低減した時の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰが検出される。
【００２６】
より詳細には、ここでＮＯｘ還元浄化制御はＮＯｘ吸蔵剤４６の有する上述したような作用を利用して、すなわち、ＮＯｘ吸蔵剤４６（フィルタ２２）を流通する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に還元浄化することによって行われる。そして、この際、排気ガスの空燃比をリッチ化するために必要な燃料量を抑制するために上記排気ガス流量Ｑを低減するような制御が行われる。具体的には本実施形態においては、スロットル弁１７を制御することにより吸入空気量Ａが低減される。この結果、目標とする空燃比までリッチ化するために必要な燃料量が抑制されると共にＮＯｘ吸蔵剤４６（フィルタ２２）を流通する排気ガスの流量Ｑが低減される。そしてこれに伴って、圧力センサ４４で検出される上流側圧力Ｐも変化（減少）し、本ステップ１０３においてはこの上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰも検出される。なお、本実施形態における空燃比の制御は上述したようなスロットル弁１７による吸入空気量Ａの調整と電気制御式噴射弁６による燃料噴射量の調整により達成される。
【００２７】
図４は、上述したようなＮＯｘ還元浄化制御を行った時の排気ガス空燃比、吸入空気量Ａ、排気ガス流量Ｑ及び上流側圧力Ｐの経時変化の一例を示す図である。この例では、ＮＯｘ還元浄化制御を実施すべく排気ガス空燃比をリッチにする際に吸入吸気量ＡがＡ１からＡ２に減少されている。その結果、排気ガス流量ＱがＱ１からＱ２へ減少し、上流側圧力ＰはＰ１からＰ２へ変化している。ステップ１０３において検出される上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは、この図の例ではＰ１−Ｐ２で表される。
【００２８】
上述したような上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰの検出は、上記ＮＯｘ還元浄化制御の時間が短い（例えば１〜２秒）ために機関の運転状態の変化や上記フィルタ２２の温度変化等の影響を受け難く、また、上記ΔＰが同じ検出手段（圧力センサ４４）からの検出値の差によって求められるため、検出手段の検出値が何らかの要因で一定の誤差を含んでいる場合にも、その誤差が相殺されることになること等から、上記ΔＰは精度良く検出され得る。
【００２９】
ステップ１０３で上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰが検出されると、このΔＰは続くステップ１０５において、詰まり判定の基準となる圧力変化の大きさＣＰと比較される。ＣＰの値は、実験等によって目的に合わせて予め設定されるものであり、本実施形態では微粒子除去制御の実施の要否を判定するための値に設定されている。
【００３０】
図５に示すように流通排気ガス流量Ｑが同様に変化した時の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは、フィルタ２２の詰まり度合が高くなるほど大きくなる。すなわち、図５中の曲線ａ、ｂ、ｃは、詰まり度合の異なるフィルタ２２についての上流側圧力Ｐと排気ガス流量Ｑとの関係を示したものであり、詰まり度合は曲線ａの場合が最も低く、ｂ、ｃと次第に高くなる。そして排気ガス流量ＱをＱ１からＱ２へ減少させた時の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは詰まり度合が高くなるほど大きくなっている（ΔＰｃ＞ΔＰｂ＞ΔＰａ）。
【００３１】
したがって、それ以上詰まりの度合が高くなると機関の性能に悪影響が生じてしまう等、微粒子除去制御の実施が必要となる時の詰まり度合に対応した圧力変化の大きさＣＰを事前に求めておけば、ステップ１０５における比較によって微粒子除去制御の実施の要否を判定できる。
そして上述したように上記ΔＰは精度良く検出され得るので、ステップ１０５における詰まり判定の精度についても向上され、より適切に微粒子除去制御の実施の要否を判定できる。
【００３２】
ステップ１０５において上記ΔＰが基準となるＣＰ未満であると判定された場合は、微粒子除去制御が必要な程の詰まり度合ではないということであるので、そのまま制御ルーチンが終了する。一方、上記ΔＰがＣＰ以上であると判定された場合にはステップ１０７に進み、微粒子除去制御が実施される。ここで微粒子除去制御は様々な方法で実施することができるが、例えば、ポスト噴射を行って排気ガス温度を上昇させ、フィルタ２２の温度を上昇させることでフィルタ２２上に堆積した微粒子を燃焼除去するようにしてもよい。
【００３３】
以上説明したように、この方法においてはフィルタ２２の詰まり判定がＮＯｘ還元浄化制御の際に生じるフィルタ２２の上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰを用いて行われ、そのことによってフィルタ２２の詰まり判定の精度が向上し、誤判定の可能性が低減される。
また、以上の説明においては、詰まり判定の基準となる圧力変化の大きさＣＰを一定の値として説明したが、ＣＰを排気ガス流量Ｑに応じて、すなわち、流量低減前の排気ガス流量Ｑ１に応じて、または流量低減後の排気ガス流量Ｑ２に応じて、もしくはこれら両方に応じて補正あるいは決定するようにしてもよい。
【００３４】
図６は、同じ詰まり度合の場合において異なる排気ガス流量変化（Ｑ１からＱ２、Ｑ１´からＱ２、Ｑ１´からＱ２´）を行った時に生じる上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰ（ΔＰ１、ΔＰ２、ΔＰ３）について示したものであるが、この図に示すように、詰まり度合が同じであっても、流量低減前の排気ガス流量Ｑ１またはＱ１´及び流量低減後の排気ガス流量Ｑ２またはＱ２´によって上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰは異なる。したがって、これらの排気ガス流量に応じて詰まり判定の基準となるＣＰを補正することによって、より精度の高い詰まり判定が可能となる。
【００３５】
例えば、ＮＯｘ還元制御の際には流量低減前の排気ガス流量に拘わらず同じ流量まで排気ガス流量が低減される場合を例にとると、この場合のＣＰは、流量低減前の排気ガス流量との関係において図７のように示される。つまり、流量低減前の排気ガス流量が多いほどＣＰは大きくなる。
また、流量低減後の排気ガス流量も異なる場合については、流量低減前の排気ガス流量と流量低減後の排気ガス流量との関係において実験等によって適切なＣＰを求め、マップ（図示なし）を作成しておくことが可能である。すなわち、例えば縦軸に流量低減前の排気ガス流量、横軸に流量低減後の排気ガス流量をとり、これらに対応するＣＰをマップ化する。
【００３６】
図７に示した関係や上記マップに基づいてＣＰを補正あるいは決定することにより、排気ガス流量を考慮したより適切な詰まり判定が可能となる。
なお、この場合、排気ガス流量Ｑを推定または検出する手段が必要となるが、この手段としてフィルタ２２の入口近傍に流量センサ（図示なし）を設けてもよい。あるいは、排気ガス流量Ｑを機関運転状態、例えば機関負荷Ａ／Ｎ（吸入空気量Ａ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて機関負荷Ａ／Ｎと機関回転数Ｎとから推定するようにしてもよい。
【００３７】
また、上流側圧力Ｐの変化の大きさΔＰはフィルタ２２の温度Ｔによっても影響を受けるため、フィルタ２２の温度Ｔに応じたＣＰに対する補正係数を事前に求めておくことにより、温度Ｔに応じたＣＰの補正が可能となって、更に精度の良い詰まり判定が可能となる。すなわち、例えばフィルタ２２の温度Ｔが高い程、ＣＰを大きい値に補正または決定するようにする。
この場合にはフィルタ２２の温度Ｔを推定または検出する手段が必要となるが、この手段としてフィルタ２２に温度センサ（図示なし）を設けてもよい。あるいは、排気ガス流量Ｑの場合と同様に、温度Ｔを機関運転状態、例えば機関負荷Ａ／Ｎ（吸入空気量Ａ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて機関負荷Ａ／Ｎと機関回転数Ｎとから推定するようにしてもよい。
【００３８】
次に図８を参照して本発明の別の実施形態について説明する。図８に示された構成は図１に示された構成とほぼ同様であるが、排気ガス浄化装置１０１の部分が異なっている。より詳細には、排気ガス浄化装置１０１は、図１に示された構成の排気ガス浄化装置１００が有している圧力センサ４４の替わりに、フィルタ２２の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ４５を有している。
【００３９】
図９は、図８に示した構成で実施される方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。この方法は図３を参照して上述した方法とほぼ同様であり、各ステップが順に対応するので詳細な説明は省略するが、この方法においては、上流側圧力Ｐの替わりにフィルタ２２の上流側と下流側との差圧Ｐｄが利用される。
すなわち、ステップ２０３においては、ＮＯｘ還元浄化制御の実施に伴ってフィルタ２２を流通する排気ガスの流量Ｑを低減した時の差圧Ｐｄの変化の大きさΔＰｄが検出される。このΔＰｄの検出についても、上述したΔＰの検出と同様の理由で精度良く実施することができる。
【００４０】
そして、このΔＰｄについても、図５に示されたΔＰと同様、フィルタ２２の詰まり度合が高くなるほど大きくなるので、微粒子除去制御の実施が必要となる時の詰まり度合に対応した差圧変化の大きさＣＰｄを事前に実験等によって求めておけば、検出されたΔＰｄとＣＰｄとの比較によって微粒子除去制御の実施の要否を判定できる（ステップ２０５）。ここで、上述したように上記ΔＰｄは精度良く検出され得るので、ステップ２０５における詰まり判定の精度についても向上され、より適切に微粒子除去制御の実施の要否を判定できる。
【００４１】
このように、この方法においてはフィルタ２２の詰まり判定がＮＯｘ還元浄化制御の際に生じるフィルタ２２の上流側と下流側との差圧Ｐｄの変化の大きさΔＰｄを用いて行われ、そのことによってフィルタ２２の詰まり判定の精度が向上し、誤判定の可能性が低減される。
なお、このΔＰｄを用いる方法においても、先に説明したΔＰを用いる方法の場合と同様に、詰まり判定の基準となる差圧変化の大きさＣＰｄを排気ガス流量Ｑ及びフィルタ温度Ｔに応じて補正あるいは決定するようにしてもよい。これにより更に精度の高い詰まり判定が可能となる。
【００４２】
また、上述した各実施形態において、フィルタ２２が詰まっていると判定されたことを報知する報知手段を更に具備するようにしてもよい。報知手段としては、例えば、アラーム、各種インジケータ等を用いることができる。これにより、運転者等がフィルタ２２の状態を認知可能となる。
【００４３】
更に、以上の説明においては、ΔＰまたはΔＰｄが一度詰まり判定の基準となる値であるＣＰまたはＣＰｄ以上となれば、微粒子除去制御の実施が必要である、すなわちフィルタ２２が詰まっていると判定したが、ΔＰまたはΔＰｄが予め定めた回数連続してＣＰまたはＣＰｄ以上となった時にだけ、フィルタ２２が詰まっていると判定するようにしてもよい。ΔＰまたはΔＰｄが、例えば一度ＣＰまたはＣＰｄ以上となったとしても、詰まり以外の原因により偶発的になった可能性もある。そして、詰まりが原因であるならば、これらΔＰまたはΔＰｄは連続してＣＰまたはＣＰｄ以上となるはずである。したがって、上記予め定めた回数を適切に定めることによって、フィルタ２２において詰まりが発生しているか否かを見極めることができ、誤判定の可能性を低減することができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態においてはＮＯｘ還元浄化制御がスロットル弁１７により吸入空気量Ａを低減すること等により行われたが、本発明はこれに限定されるものではなく、これまでの説明からも明らかなようにフィルタ２２を流通する排気ガスの流量の変化を伴う方法であれば他の方法によりＮＯｘ還元浄化制御が行われてもよい。
【００４５】
例えば、図１０に示すような構成における排気ガス浄化装置１０２において、バイパス弁４９を制御して排気ガスの一部がフィルタ２２をバイパスするようにすると共にフィルタ２２の上流で還元剤添加ノズル４７により還元剤（燃料）を添加することで排気ガスをリッチ化してＮＯｘ還元浄化制御を行う場合においても、フィルタ２２を流通する排気ガスの流量の変化を伴うので、圧力センサ４４または差圧センサ４５を備えることにより、図３または図９を参照する等して説明した方法によって詰まり判定をすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればＮＯｘ吸蔵剤を担持したパティキュレートフィルタを具備した排気ガス浄化装置において、そのパティキュレートフィルタの詰り判定を精度良く行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図３】図３は、図１で示された構成で実施し得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】図４は、ＮＯｘ還元浄化制御を行った時の排気ガス空燃比、吸入空気量、排気ガス流量及びパティキュレートフィルタ上流側圧力の経時変化の一例を示す図である。
【図５】図５は、詰まり度合の異なるパティキュレートフィルタにおいて、流通排気ガス流量が同様に変化した時のパティキュレートフィルタ上流側圧力の変化の大きさについて説明するための図である。
【図６】図６は、同じ詰まり度合のパティキュレートフィルタにおいて、異なる流通排気ガス流量変化を行った時に生じるパティキュレートフィルタ上流側圧力の変化の大きさについて示したものである。
【図７】図７は、ＮＯｘ還元浄化制御における流量低減前のパティキュレートフィルタ流通排気ガス流量と詰まり判定の基準となる圧力変化の大きさＣＰとの関係を示す図である。
【図８】図８は、本発明の別の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図９】図９は、図８で示された構成で実施し得る方法の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の更に別の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４４…圧力センサ
４５…差圧センサ
４６…ＮＯｘ吸蔵剤
４７…還元剤添加ノズル
４９…バイパス弁
１００、１０１、１０２…排気ガス浄化装置
Claims (4)
- 排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタであって、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比がリッチとなり且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱させ還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタが内燃機関の排気ガス通路に配置された排気ガス浄化装置であって、
上記ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘを還元浄化すべき時には、上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量を低減すると共に上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの空燃比がリッチになるようにするＮＯｘ還元浄化制御が行われる排気ガス浄化装置において、
上記パティキュレートフィルタの上流側圧力を検出する圧力検出手段、もしくは上記パティキュレートフィルタの上流側と下流側との差圧を検出する差圧検出手段と、
上記ＮＯｘ還元浄化制御の際に上記排気ガス流量を低減した時の上記上流側圧力の変化の大きさまたは上記差圧の変化の大きさを検出し、該変化の大きさが予め定められる所定値以上であるときに上記パティキュレートフィルタが詰まっていると判定する詰まり判定手段とを具備していることを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 上記パティキュレートフィルタを流通する排気ガスの流量を推定または検出する手段を有し、該手段により推定または検出された排気ガス流量が多い程、上記所定値が大きい値に補正または決定される、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記パティキュレートフィルタの温度を推定または検出する手段を有し、該手段により推定または検出された温度が高い程、上記所定値が大きい値に補正または決定される、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記詰まり判定手段は、上記ＮＯｘ還元浄化制御の際の上記上流側圧力の変化の大きさまたは上記差圧の変化の大きさが予め定めた回数連続して上記所定値以上であるときに上記パティキュレートフィルタが詰まっていると判定する、請求項１から３の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
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