JP4411942B2

JP4411942B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4411942B2
Application number: JP2003380280A
Authority: JP
Inventors: 知由小郷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-11-10
Also published as: JP2005140085A

Description

本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の排気浄化技術に関し、特に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を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

近年、内燃機関にて駆動される自動車等から大気中へ排出される煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を低減する技術が望まれているため、内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という場合もある。）を配置し、内燃機関から排出されるＰＭをフィルタにより捕集する技術が知られている。

しかし、フィルタにＰＭが過度に捕集されて、フィルタにＰＭが過堆積すると、フィルタが目詰まりして排気抵抗の増加を生じさせ、エンジンの出力低下を生じさせてしまうため、フィルタに捕集されている微粒子を該フィルタから酸化除去させる、いわゆるＰＭ酸化除去処理を適宜実行する必要がある。

そして、フィルタの前側と後側に設けられた圧力センサにて検出されたフィルタ前後の圧力の差が、所定値以上となった場合に、所定量のＰＭが捕集されていると推定し、ＰＭ酸化除去処理を実行開始することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、フィルタに捕集されるＰＭの総量は内燃機関の回転数及び負荷の積算値の増加につれて増大すると考えられるので、これらの積算値が所定の値になった場合に、所定量のＰＭが捕集されていると推定し、ＰＭ酸化除去処理を実行開始することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平０３−１８６１４号公報特開平０３−２９００１５号公報特開平０７−３４８５６号公報特開平０８−２１８８４７号公報

フィルタの外周近傍では、一般的にはフィルタの外周に断熱材を巻いて容器との間の熱伝導ロスを小さくするようにはしているが、それでもフィルタ外周部の温度は放熱によってフィルタ中心部の温度よりは低い状態に置かれる。それゆえ、ＰＭ酸化除去処理中の単位時間当たりの排気流量（排気流速）によっては、ＰＭ酸化除去処理を実行してもフィルタの外周部分に捕集されたＰＭが酸化除去されずに、ＰＭ酸化除去処理後にＰＭが捕集されたままとなることがある。

そして、この外周部分に捕集されたままとなったＰＭは、フィルタの前後差圧に影響しないので、前後差圧に基づいてＰＭ酸化除去処理を行うと、推定されたＰＭ量より実際に捕集されているＰＭ量が多いため、フィルタが過剰に昇温して溶損するおそれがある。

また、前回のＰＭ酸化除去処理後の内燃機関の回転数及び負荷の積算値（あるいは燃料噴射量の積算値）が所定値になった場合にＰＭ酸化除去処理を実行開始すると、外周部分に捕集されたままとなったＰＭの分、余計にＰＭが捕集されてしまうこととなり、ＰＭの過堆積を生じさせ、フィルタの目詰まりに起因する排気抵抗の増加を生じさせてしまうおそれがある。また、余計にＰＭが捕集されていることにより、次回のＰＭ酸化除去処理時にフィルタが過剰に昇温し易くなるおそれがある。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィルタの溶損あるいは排気抵抗の増加を確実に抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、内燃機関の排気通路に配置され排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、前記パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子を酸化除去するＰＭ酸化除去処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流速を把握する排気流速把握手段と、当該排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理中の排気流速に基づいて次回のＰＭ酸化除去処理に関するパラメータを変更するパラメータ変更手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで、排気流速把握手段としては、吸気通路内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータの検出値に基づいて排気ガスの流速（以下、「排気流速」という場合もある。）を推定することにより排気ガスの流速を把握するもの、あるいはパティキュレートフィルタの上流側の排気通路内を流通する排気ガスの流速を直に検出することにより排気流速を把握するものであることを例示することができる。

また、パティキュレートフィルタとしては、パティキュレートフィルタに酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒などが担持されたものも含むものである。そして、フィルタが円筒形状であり、その長手方向が排気ガスの流れ方向に対して平行に備えられている場合は、フィルタ外周部からの放熱によって、フィルタ中心部の温度よりは外周部の温度が低い状態となるような温度勾配が生じてしまう。それゆえ、ＰＭ酸化除去処理中の排気流速が低い程、その温度勾配が顕著となり、排気流速が低い状態でＰＭ酸化除去を実行してもフィルタの外周部分に捕集されたＰＭが酸化除去されずに、ＰＭ酸化除去処理後にＰＭが捕集されたままとなる場合がある。

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理中の排気流速に基づいて次回のＰＭ酸化除去処理に関するパラメータを変更するパラメータ変更手段を備える。

ＰＭ酸化除去処理に関するパラメータを変更するとは、ＰＭ酸化除去処理条件、ＰＭ酸化除去処理開始条件、ＰＭ酸化除去処理終了条件に関するパラメータを変更するものである。例えば、（１）ＰＭ酸化除去処理条件として、フィルタの温度を所定温度より高めて処理を行うように通常設定されている場合は当該所定温度の値を変更すること、（２）ＰＭ酸化除去処理開始条件として、前回の処理後の燃料噴射量（あるいは機関回転数及び機関負荷）の積算値あるいはフィルタの前後差圧が閾値以上である場合に処理開始するように通常設定されている場合には当該閾値を変更すること、又は通常設定されている条件とは別の条件が成立したときに処理開始するように変更すること、（３）ＰＭ酸化除去処理終了条件として、処理開始からの経過時間が閾値以上である、フィルタの温度と時間の積の履歴が閾値以上である又はフィルタの前後差圧が閾値以下である場合に処理を終了すると通常設定されている場合は当該閾値を変更すること等を例示することができる。

そして、例えば、前回のＰＭ酸化除去処理後の燃料噴射量の積算値が所定値になった場合にフィルタに捕集されているＰＭが所定量以上であると判定してＰＭ酸化除去処理を実行開始する場合には、パラメータ変更手段が、前記燃料噴射量の積算値の所定値よりも小さい値となった場合に次回のＰＭ酸化除去処理を実行開始するように、ＰＭ酸化除去処理
実行開始のトリガーとなる前記燃料噴射量の積算値の閾値を変更する。これにより、前回のＰＭ酸化除去処理後に外周部に捕集されたままとなっているＰＭの分だけ余計にＰＭが捕集されてしまうことに起因して生じる排気抵抗の増加、次回のＰＭ酸化除去処理時のフィルタの過昇温を防止することができる。

また、フィルタの前後差圧が所定値以上となった場合にフィルタに捕集されているＰＭが所定量以上であると判定してＰＭ酸化除去処理を実行開始する場合には、パラメータ変更手段が、フィルタの前後差圧が前記所定値よりも小さい値となった場合に次回のＰＭ酸化除去処理を実行開始するように、ＰＭ酸化除去処理実行開始のトリガーとなる前記前後差圧の閾値を変更する。これにより、前回のＰＭ酸化除去処理後に外周部に捕集されたままとなっているＰＭの分だけ余計に捕集されてしまい、当該ＰＭを酸化除去する際に生じる熱によるフィルタの過昇温を防止することができ、フィルタの溶損を防止することができる。

また、前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理中の排気流速の履歴に基づいて、ＰＭ酸化除去処理後に前記パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の分布を推定し、当該推定した微粒子の分布に基づいて前記パラメータを変更することが好適である。

上述したようにＰＭ酸化除去処理中の排気流速が低い程、フィルタに生じる温度勾配が顕著となるので、ＰＭ酸化除去処理中の排気流速の履歴とＰＭ酸化除去処理後にフィルタの外周部に捕集されたままとなるＰＭの量とは相関関係があり、ＰＭ酸化除去処理中の排気流速の履歴に基づいて、ＰＭ酸化除去処理後にフィルタに捕集されているＰＭの分布を推定できる。それゆえ、パラメータ変更手段が、当該ＰＭの分布を推定し、推定したＰＭの分布に基づいて次回のＰＭ酸化除去処理に関するパラメータを変更すると、精度よくフィルタの溶損あるいは排気抵抗の増加を防止することができる。

また、前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理中の排気流速が低い程、排気流速が高い状態で次回のＰＭ酸化除去処理を行うように前記パラメータを変更することが好適である。

排気流速が高いとフィルタの中心部と外周部に生じる温度勾配が小さいため、フィルタの外周部に捕集されているＰＭを効率よく酸化除去することができる。そのため、パラメータ変更手段が、次回のＰＭ酸化除去処理を排気流速が高い状態で行うようにＰＭ酸化除去処理開始条件に関するパラメータを変更すると、前回のＰＭ酸化除去処理後にＰＭがフィルタの外周部に捕集されたままとなっても、排気流速が高くなるのをトリガーとして再度ＰＭ酸化除去処理が実行されるので、ＰＭがフィルタ外周部に捕集されたままとなることを防止することができる。

上述したように、ＰＭ酸化除去処理後にフィルタの外周部にＰＭが捕集されたままであると、フィルタが過剰に昇温して溶損したり、あるいはＰＭの過堆積に起因してフィルタの目詰まりが生じたりする場合があるが、捕集されたままとなっているＰＭの量が少量である場合は、通常のＰＭ酸化除去処理開始条件でＰＭ酸化除去処理を開始しても、溶損あるいはフィルタの目詰まりまで至る可能性は低くなる。ただし、少量ではあったとしてもその後のＰＭ酸化除去処理毎に繰り返されると徐々にＰＭが増えていくことから、外周部に捕集されたままとなっているＰＭを早期に酸化除去することが好ましい。

そのため、前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理中の排気流速が低い程、次回のＰＭ酸化除去処理の処理時間を長くするように前記パラメータを変更することが好適である。これにより、前回の処理後にフィルタの外周
部にＰＭが捕集されたままとなり、その分余計に捕集されたとしても、次回の処理時間が長くなるので外周部に捕集されたままとなっているＰＭをも酸化除去することができる。

また、前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理中の排気流速が低い程、次回のＰＭ酸化除去処理の際の前記パティキュレートフィルタの目標温度を高くすることが好適である。これにより、たとえフィルタの外周部の温度が放熱により中心部よりも低くなったとしても、ＰＭを酸化除去可能な温度より低くなること抑制することができ、次回に行われるＰＭ酸化除去処理において確実に外周部に捕集されたままとなっているＰＭをも酸化除去することが可能となる。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタの溶損あるいは排気抵抗の増加を確実に抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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、特に特定的な記載がない限りは、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。

図１は、本発明の実施の形態に係る排気浄化装置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、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。

内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、蓄圧室（コモンレール）４と接続され、このコモンレール４は燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。

前記内燃機関１には、吸気通路７が接続されており、この吸気通路７はエアクリーナボックス８に接続されている。前記エアクリーナボックス８より下流の吸気通路７には、該吸気通路７内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。

吸気通路７における前記エアフローメータ９より下流の部位には、過給器（ターボチャージャー）１０のコンプレッサハウジング１０ａが設けられている。

コンプレッサハウジング１０ａより下流の吸気通路７には、インタークーラ１１が取り付けられている。更にインタークーラ１１より下流の吸気通路７には、該吸気通路７内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１２が設けられ、この吸気絞り弁１２には、吸気絞り用アクチュエータ１３が取り付けられている。

前記内燃機関１には、排気通路１４が接続され、この排気通路１４は、下流にてマフラーと接続されている。排気通路１４の途中には、過給機１０のタービンハウジング１０ｂが配置されている。排気通路１４におけるタービンハウジング１０ｂより下流の部位には、排気ガス中の有害ガス成分を浄化するための排気浄化装置１５が配置されている。

前記排気浄化装置１５は、パティキュレートフィルタに酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒などが担持されたものである（以下、「フィルタ１５」と記す）。

フィルタ１５より下流の排気通路１４には、該排気通路１４内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１６と、該排気通路１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ１７とが取り付けられている。

また、内燃機関１の１番気筒２の排気ポートには、排気通路１４内を流通する排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁１８が取り付けられ、この燃料添加弁１８は燃料通路１９を介して前記燃料ポンプ６と接続されている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。

ＥＣＵ２０には、前述したエアフローメータ９、空燃比センサ１６、排気温度センサ１７に加え、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ（図示省略）及び水温センサ（図示省略）や、内燃機関１を搭載した車両の室内に取り付けられたアクセルポジションセンサ（図示省略）等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１３、燃料添加弁１８等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１３及び燃料添加弁１８を制御することが可能になっている。

例えば、ＥＣＵ２０は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ２０が入力した各種信号やＥＣＵ２０が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ２０のＲＡＭに一時的に記憶される。

更に、ＥＣＵ２０は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガーとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁３等を制御する。

また、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサに基づく割り込み処理、或は一定時間毎の割り込み処理として、定期的に、フィルタ１５に捕集されている（堆積している）ＰＭを除去すべくＰＭ酸化除去処理制御を実行する。

このＰＭ酸化除去処理制御では、ＥＣＵ２０は、フィルタ１５の酸化除去処理実行条件（以下、「ＰＭ酸化除去処理実行条件」と記す。）が成立したときに、ＰＭ酸化除去処理を実行する。

ＰＭ酸化除去処理実行条件としては、フィルタ１５に捕集されているＰＭ量が、所定量以上であるという条件を例示することができる。この所定量は、ＰＭがフィルタ１５に捕集されることによりフィルタ１５が目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう量である。

また、フィルタ１５に捕集されているＰＭ量が所定量以上であるか否かを判定する方法としては、フィルタ１５の前後差圧（フィルタ１５より上流の排気圧力とフィルタ１５より下流の排気圧力との差圧）が所定圧以上であるときにフィルタ１５に捕集されているＰ
Ｍ量が所定量以上であると判定する方法、あるいは、前回のＰＭ酸化除去処理実行終了時からの燃料噴射量の積算値が所定量以上であるときにフィルタ１５に捕集されているＰＭ量が所定量以上であると判定する方法、等を例示することができる。

そして、上記したような方法によりＰＭ酸化除去処理実行条件が成立としていると判定された場合には、ＥＣＵ２０は、フィルタ１５の温度を５００℃〜７００℃程度の高温域まで昇温させるための昇温処理を実行するとともに、フィルタ１５へ流入する排気ガスを酸素過剰な雰囲気とするための空燃比処理を行う、ＰＭ酸化除去処理を実行する。

昇温処理の実行方法としては、例えば、（１）排気ガス温度を上昇させて排気ガスの熱をフィルタ１５へ伝達させる方法と、（２）フィルタ１５において未燃燃料を酸化させ、その際に発生する反応熱によりフィルタ１５自体を昇温させる方法とを例示することができる。

上記した（１）の具体的な方法としては、内燃機関１における混合気の燃焼時期を遅角させる方法、内燃機関１の膨張行程時に、気筒２の燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射（副噴射）させて燃焼期間を長引かせる方法、等を例示することができる。

上記した（２）の具体的な方法としては、燃料添加弁１８から排気ガス中へ燃料を添加させる方法、内燃機関１の排気行程時に、気筒２の燃料噴射弁３から副噴射させる方法、等を例示することができる。

空燃比処理は、前述した昇温処理の実行方法として、燃料噴射弁３から副噴射させる方法、又は、燃料添加弁１８から排気ガス中へ燃料を添加させる方法が採用された場合に、空燃比センサ１６の出力信号値がリーン空燃比に相当する値となるように、燃料噴射弁３から副噴射される燃料量又は燃料添加弁１８から排気ガス中へ添加される燃料量を調整する制御である。

そして、このようなＰＭ酸化除去処理が実行されると、フィルタ１５に捕集されているＰＭが酸化され、フィルタ１５からＰＭが除去されることになる。

ところで、フィルタ１５の外周近傍では、一般的には外周に断熱材を巻いて容器との間の熱伝導ロスを小さくするようにはしているが、それでもフィルタ外周部の温度は放熱によってフィルタ中心部の温度より低い状態となる。それゆえ、ＰＭ酸化除去処理中に、アイドル運転が行われた場合等、単位時間当たりの排気ガスの流量（排気流速）が低下すると、フィルタ中心部と外周部との温度勾配が顕著となり、外周部の温度がフィルタに捕集されているＰＭを酸化除去可能な温度の最低温度である約５００℃を下回る場合がある。そのため、ＰＭ酸化除去処理を実行してもフィルタの外周部分に捕集されたＰＭが酸化除去されずに、ＰＭ酸化除去処理後にＰＭが捕集されたままとなることがある。

そして、この外周部分に捕集されたままとなったＰＭは、フィルタ１５の前後差圧に影響しないので、フィルタ１５の前後差圧が所定圧以上であるときにフィルタ１５に捕集されているＰＭ量が所定量以上であると判定してＰＭ酸化除去処理を実行開始すると、推定されたＰＭ量より実際に捕集されているＰＭ量が多いため、フィルタが過剰に昇温して溶損するおそれがある。

また、前回のＰＭ酸化除去処理実行終了時からの燃料噴射量の積算値が所定量以上であるときにフィルタ１５に捕集されているＰＭ量が所定量以上であると判定してＰＭ酸化除去処理を実行開始すると、外周部分に捕集されたままとなったＰＭの分、余計にＰＭが捕集されてしまうこととなり、ＰＭの過堆積を生じさせ、フィルタの目詰まりに起因する排
気抵抗の増加を生じさせてしまうおそれがある。また、余計にＰＭが捕集されていることにより、次回のＰＭ酸化除去処理時にフィルタが過剰に昇温し易くなるおそれがある。

［ＰＭ酸化除去処理の第１の実施例］
そこで、本実施例においては、ＰＭ酸化除去処理中に、フィルタ１５に流入する排気流速が低下したか否かを判定し、低流速となった場合には、当該流速に基づいて酸化除去されずに捕集されたままとなったＰＭの処理残り偏分布量を算出し、当該算出値を基に次回のＰＭ酸化除去処理までのインターバルを短くするようにＰＭ酸化除去処理開始に関連するパラメータを変更する。

以下、本実施例におけるＰＭ酸化除去処理について、図２の制御ルーチンを示すフローチャート図に沿って説明する。

この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガーとした割り込み処理としてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。

本制御ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ず、Ｓ１０１においてＰＭ酸化除去処理開始条件が成立しているか否かを判定する。そして、ＰＭ酸化除去処理実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２へ進み、ＰＭ酸化除去処理を実行開始する。具体的には、ＥＣＵ２０は、前述した昇温処理と空燃比処理とを実行する。一方、ＰＭ酸化除去処理開始条件が不成立であると判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ１０２においてＰＭ酸化除去処理を実行開始した後は、Ｓ１０３へ進み、ＥＣＵ２０は、ＰＭ酸化除去処理終了条件が成立しているか否かを判定する。ＰＭ酸化除去処理終了条件としては、例えば、ＰＭ酸化除去処理の実行時間が予め定められた所定時間以上である、あるいは、上述のようにフィルタ１５の前後差圧が所定圧以下である、あるいは処理開始からのフィルタの温度と時間の積の履歴が所定の値以上である等の条件を例示することができる。

尚、前記した所定時間は、例えば、フィルタ１５のＰＭ捕集容量に応じて決定される時間であり、フィルタ１５のＰＭ捕集容量が多くなるほど長く設定される時間である。また、前記した所定圧は、フィルタ１５がＰＭを捕集していないときの前後差圧に相当する圧力である。

前記Ｓ１０３においてＰＭ酸化除去処理終了条件が不成立であると判定された場合は、このＳ１０２の処理を、ＰＭ酸化除去処理終了条件成立であると判定されるまで実行し、ＰＭ酸化除去処理終了条件成立であると判定された後は、Ｓ１０４へ進み、ＰＭ酸化除去処理実行を終了する。

その後Ｓ１０５へ進み、今回のＰＭ酸化除去処理中に低排気流速となったか否かを判定する。これは、エアフローメータ９の検出値を基にＰＭ酸化除去処理中の排気流速を推定し、推定した排気流速が予め実験等により定められた閾値より低いか否かで判定するものである。あるいは、単にエアフローメータ９の検出値が予め実験等により定められた閾値より低いか否かで判定してもよい。また、フィルタ１５の上流側の排気通路１４に当該排気通路１４内を流通する排気ガスの質量に対応した電気信号を出力する排気流量検出手段を備え、当該排気流量検出手段の検出値を基に排気流速を把握し閾値より低いか否かを判定してもよい。そして、肯定判定された場合はＳ１０６へ進み、否定判定された場合はＳ１０９へ進む。

Ｓ１０６においては、今回のＰＭ酸化除去処理で酸化除去されずにフィルタ１５の外周部分に捕集されたままとなっているＰＭの偏分布量を算出する。これは、排気流速の履歴とフィルタ１５の外周部分に捕集されたままとなっているＰＭの偏分布量との関係を予め実験等によりマップ化してＲＯＭに記憶させておき、当該マップとＳ１０５にて推定あるいは検出された排気流速の履歴に基づいて算出するものである。

その後Ｓ１０７へ進み、ＰＭ堆積可能容量を算出する。これは、フィルタ１５にＰＭが堆積していない状態で堆積可能なＰＭ量から、Ｓ１０６にて算出された捕集されたままとなっているＰＭの偏分布量の分を減算するものである。つまり、ＰＭが捕集されたままとなっている外周部分以外の容積をＰＭ堆積可能容量とする。

その後Ｓ１０８へ進み、ＰＭ酸化除去処理開始条件を変更する。これは、すでに設定されている処理開始条件が、フィルタ１５の前後差圧が閾値以上である場合は、その閾値となる値を、Ｓ１０７にて算出されたＰＭ堆積可能容量に基づいて算出して、算出された値に変更するものである。例えば、今回のＰＭ酸化除去処理中の排気流速が小さい程、フィルタ１５外周部分に捕集されたままとなっているＰＭ量が多くなるため、当該閾値は小さくなるように変更される。

又、処理開始条件が、前回のＰＭ酸化除去処理実行終了時からの燃料噴射量（あるいは機関回転数及び機関負荷）の積算値が閾値以上である場合は、その閾値となる値を、Ｓ１０７にて算出されたＰＭ堆積可能容量に基づいて算出して、算出された値に変更するものである。例えば、今回のＰＭ酸化除去処理中の排気流速が小さい程、フィルタ１５外周部分に捕集されたままとなっているＰＭ量が多くなるため、当該所定値は少なくなるように変更される。

これにより、ＰＭ酸化除去処理中に低排気流速となった場合には、次回のＰＭ酸化除去処理開始条件が変更されることとなるので、ＰＭがフィルタ１５に捕集されたままとなってＰＭ酸化除去処理が終了した場合においても、フィルタが過剰に昇温して溶損すること、あるいはＰＭの過堆積に起因してフィルタの目詰まりが生じることを防止することができる。

一方、Ｓ１０５にて、今回のＰＭ酸化除去処理中に低排気流速となっていないと判定された場合には、Ｓ１０９へ進み、ＰＭ酸化除去処理開始条件が初期値に設定される。これにより、一度ＰＭ酸化除去処理開始条件が変更されても次回のＰＭ酸化除去処理中に低排気流速とならなかった場合には、再度処理開始条件が初期値に設定されることとなり、次々回以降のＰＭ酸化除去処理の開始条件が初期値となる。

［ＰＭ酸化除去処理の第２の実施例]
本実施例における概略としては、ＰＭ酸化除去処理中に、フィルタ１５に流入する排気ガスが低流速となったか否かを判定し、低流速となった場合には、ＰＭ酸化除去処理開始条件を、排気流速が、フィルタ１５の中心部と外周部との温度勾配が小さい所定の流速以上になることとし、低排気流速にて実行したＰＭ酸化除去処理によりフィルタ１５の外周部分に捕集されたＰＭを酸化除去するようにする。

以下、本実施例におけるＰＭ酸化除去処理について、図３の制御ルーチンを示すフローチャート図に沿って説明する。

この制御ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガー
とした割り込み処理としてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。

本制御ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ず、Ｓ２０１において処理残り偏分布フラグがＯＮになっているか否かを判定する。処理残り偏分布フラグは、後述するように、このフローより前に行われたＰＭ酸化除去処理中に、アイドル運転が行われた場合等、低排気流速の下でＰＭ酸化除去処理が実行された結果、フィルタの外周部分に捕集されたＰＭが酸化除去されずに、ＰＭ酸化除去処理後にＰＭが捕集されたままとなっている場合にＯＮにされる。そして、肯定判定された場合はＳ２１２へ進み、否定判定された場合はＳ２０２へ進む。

Ｓ２０２においては、ＰＭ酸化除去処理開始条件が成立しているか否かを判定する。そして、肯定判定された場合は、Ｓ２０３へ進み、ＰＭ酸化除去処理を実行開始する。これらは、図２におけるＳ１０１、Ｓ１０２と各々同一なのでその詳細な説明は省略する。

その後Ｓ２０４へ進み、ＰＭ酸化除去処理終了条件が成立しているか否かを判定する。これは図２におけるＳ１０３と同一なのでその詳細な説明は省略する。そして肯定判定された場合はＳ２０５へ進み、ＰＭ酸化除去処理の実行を終了する。一方、否定判定された場合はＳ２０３以降の処理を再度実行する。

その後Ｓ２０６においては、今回のＰＭ酸化除去処理中に低排気流速となったか否かを判定する。これは、これは図２におけるＳ１０５と同一なのでその詳細な説明は省略する。そして、肯定判定された場合はＳ２０７へ進み、否定判定された場合はＳ２１１へ進む。

Ｓ２０７においては、フィルタ１５の外周部分に捕集されたままとなっているＰＭの偏分布量を算出する。これは、これは図２におけるＳ１０６と同一なのでその詳細な説明は省略する。

その後Ｓ２０８へ進み、処理残り偏分布フラグをＯＮにする。これは、Ｓ２０６にて、今回のＰＭ酸化除去処理中に低排気流速の下で酸化除去処理が実行されたと判定されているので、フィルタ１５の外周部分にＰＭが捕集されたままとなっていることを表すために、本ステップで処理残り偏分布フラグをＯＮにするものである。また、このフラグは内燃機関がＯＦＦされても消去されずに記憶されている。

その後Ｓ２０９へ進み、ＰＭ堆積可能容量を算出する。これは、これは図２におけるＳ１０７と同一なのでその詳細な説明は省略する。

その後Ｓ２１０へ進み、ＰＭ酸化除去処理開始条件を、初期に設定されている処理開始条件から排気流速が所定の値以上となることに変更する。これは、次回のＰＭ酸化除去処理でフィルタ１５の外周部分に捕集されたままとなっているＰＭを酸化除去できるように、排気流速が所定の値以上になった場合にのみ次回のＰＭ酸化除去処理の実行を開始させるようにするものである。なお、この排気流速の所定の値は、ある一定の値でも良いが、Ｓ２０７にて算出されたＰＭの偏分布量に応じて可変させても良い。その際、今回のＰＭ酸化除去処理中の排気流速が小さい程、フィルタ１５外周部分に捕集されたままとなっているＰＭ量が多くなるため、当該所定の値も大きくなるようにする。

一方、Ｓ２０６にて、今回のＰＭ酸化除去処理中に低排気流速となっていないと判定された場合には、Ｓ２１１へ進み、ＰＭ酸化除去処理開始条件が初期値に設定される。これにより、一度ＰＭ酸化除去処理開始条件が変更されても次回以降のＰＭ酸化除去処理中に低排気流速とならなかった場合には、再度処理開始条件が初期値に設定されたままとなる
。

Ｓ２１２には、Ｓ２０１にて処理残り偏分布フラグがＯＮであると判定された場合に進むが、かかる場合はＳ２１０にてＰＭ酸化除去処理開始条件が、排気流速が所定の値以上となることに変更されているため、本ステップでは排気流速が当該所定値以上であるか否かを判定するものである。そして、肯定判定された場合はＳ２１３へ進み、ＰＭ酸化除去処理を実行して、Ｓ２１４へ進む。一方、否定判定された場合は本ルーチンの実行を終了する。なお、排気流速が所定値以上であるか否かは、上述したようにして排気流速を推定あるいは検出し、当該所定値と比較するものである。

Ｓ２１４においては、ＰＭ酸化除去処理中の排気流速が所定値を維持しているか否かを判定する。そして、肯定判定された場合はＳ２１５へ進み、ＰＭ酸化除去処理の実行を継続して、Ｓ２１７へ進む。一方、否定判定された場合はＳ２１６へ進み、ＰＭ酸化除去処理の実行を中断して、本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ２１７においては、ＰＭ酸化除去処理中のフィルタ１５の温度と時間の積の積算値が目標値以上であるか否かを判定する。なお、フィルタ１５の温度と時間の積の積算値の目標値は、Ｓ２０７にて算出した処理残り偏分布量と予め実験等により導き出されたマップに基づいて算出して設定されるものである。そして、本ステップで肯定判定された場合はＳ２１８へ進み、否定判定された場合はＳ２１４以降の処理を再度実行する。

Ｓ２１８においては、ＰＭ酸化除去処理の実行を終了し、Ｓ２１９へ進む。そして、Ｓ２１９においては、今回のＰＭ酸化除去処理で、フィルタ１５の外周部分に捕集されたままとなっていたＰＭが酸化除去されたので、処理残り偏分布フラグをＯＦＦにする。そして、Ｓ２２０に進み、フィルタ１５の外周部分に捕集されたままとなっていたＰＭが酸化除去されたので、ＰＭ酸化除去処理開始条件を初期値に設定して本ルーチンの実行を終了する。

これにより、ＰＭ酸化除去処理中に低排気流速となってフィルタ１５の外周部分にＰＭが捕集されたままとなった場合においても、その後排気流速が所定値以上となった場合には、初期に設定されるＰＭ酸化除去処理開始条件を満足しないでも、つまり、フィルタ１５の前後差圧が所定圧以上あるいは前回のＰＭ酸化除去処理実行終了時からの燃料噴射量の積算値が所定量以上とならなくても、再度ＰＭ酸化除去処理が実行され、フィルタ１５の外周部分に捕集されたままとなっているＰＭが酸化除去されるので、フィルタが過剰に昇温して溶損すること、あるいはＰＭの過堆積に起因してフィルタの目詰まりが生じることを防止することができる。

また、排気流速が所定値以上となってＰＭ酸化除去処理が実行開始されても、ＰＭ酸化除去処理中に排気流速が所定値より小さくなった場合は、その後排気流速が所定値以上となるまでＰＭ酸化除去処理の実行が中断されるので（Ｓ２１６）、燃費が悪化するのを防止することができる。さらに、上述した床温処理が、内燃機関１の排気行程時に気筒２の燃料噴射弁３から副噴射させる方法である場合には、オイル希釈を抑制することができる。

［ＰＭ酸化除去処理の第３の実施例]
上述したように、ＰＭ酸化除去処理後にフィルタ１５の外周部にＰＭが捕集されたままであると、次回のＰＭ酸化除去処理の際にフィルタが過剰に昇温して溶損したり、あるいはＰＭの過堆積に起因してフィルタの目詰まりが生じたりする場合があるが、捕集されたままとなっているＰＭの量が少量である場合は、通常のＰＭ酸化除去処理開始条件でＰＭ酸化除去処理を開始しても、溶損あるいはフィルタの目詰まりまで至る可能性は低くなる
。ただし、少量ではあったとしてもその後のＰＭ酸化除去処理毎に繰り返されると徐々にＰＭが増えていくことから、外周部に捕集されたままとなっているＰＭを早期に酸化除去することが好ましい。

そこで、本実施例においては、次回のＰＭ酸化除去処理で確実に酸化除去できるように次回のＰＭ酸化除去処理終了条件を変更する。

具体的には、通常のＰＭ酸化除去処理の終了条件として処理開始から所定時間経過することが採用されている場合に、次回の処理時間を通常の処理よりも長く設定するようにするものである。これにより、前回の処理後にフィルタ１５の外周部にＰＭが捕集されたままとなり、その分余計に捕集されたとしても、次回の処理時間が長くなるので確実に酸化除去することができる。

以下、本実施例におけるＰＭ酸化除去処理について、図４の制御ルーチンを示すフローチャート図に沿って説明する。

本制御ルーチンにおけるＳ３０１からＳ３０６、Ｓ３０８の処理は、図２におけるＳ１０１からＳ１０６、Ｓ１０９の処理と各々同一であるのでその詳細な説明は省略する。

Ｓ３０７においては、ＰＭ酸化除去処理終了条件を変更する。これは、上述したように通常のＰＭ酸化除去処理の処理時間よりも長い時間が経過した時にＰＭ酸化除去処理を終了するように設定するものである。なお、当該処理時間は所定の時間としても良いし、Ｓ３０６にて算出した処理残り偏分布量に基づいて可変させても良い。その際、今回のＰＭ酸化除去処理中の排気流速が小さい程、フィルタ１５外周部分に捕集されたままとなっているＰＭ量が多くなるため、当該処理時間も長くなるようにする。

そして、このようにすることで、前回のＰＭ酸化除去処理で酸化除去されなかったフィルタ１５外周部のＰＭをも確実に酸化除去できる。

［ＰＭ酸化除去処理の第４の実施例]
第３の実施例においては、次回のＰＭ酸化除去処理で確実にフィルタ１５外周部に捕集されたままとなっているＰＭをも酸化除去できるように次回のＰＭ酸化除去処理終了条件を変更したが、本実施例においては、次回のＰＭ酸化除去処理条件を変更する。

具体的には、ＰＭ酸化除去処理における昇温処理で、フィルタ１５の温度を通常の昇温処理で上昇させる目標温度よりも高くする。例えば、通常の昇温処理で約６００℃まで上昇させるように設定されている場合は、それよりも高い約７００℃あるいは７００℃以上のフィルタ１５が溶損しない程度の温度まで上昇させるようにする。

これにより、次回に行われるＰＭ酸化除去処理において、たとえフィルタ１５の外周部の温度が放熱により中心部よりも低くなったとしても、ＰＭを酸化除去可能な温度である約５００℃より低くなること抑制することができ、確実に外周部に捕集されたままとなっているＰＭを酸化除去することが可能となる。

なお、本実施例におけるＰＭ酸化除去処理の制御ルーチンは、図４に示した第３の実施例における制御ルーチンのＳ３０７及びＳ３０８の「ＰＭ酸化除去処理終了条件」を「Ｐ
Ｍ酸化除去処理条件」に読み替えて用いるものであり、その他の処理は第３の実施例における制御ルーチンと同一なのでその詳細な説明は省略する。

そして、読み替えて適用されるＳ３０７においては、ＰＭ酸化除去処理条件を変更するものであるが、これは、上述したように昇温処理で上昇させるフィルタ１５の目標温度を通常の昇温処理における目標温度よりも高くするものである。なお、当該目標温度は所定の値としても良いし、Ｓ３０６にて算出した処理残り偏分布量に基づいて可変させても良い。その際、今回のＰＭ酸化除去処理中の排気流速が小さい程、フィルタ１５外周部分に捕集されたままとなっているＰＭ量が多くなるため、当該目標温度も高くなるようにする。

本発明の実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。ＰＭ酸化除去処理の第１の実施例の制御ルーチンを示すフローチャート図である。ＰＭ酸化除去処理の第２の実施例の制御ルーチンを示すフローチャート図である。ＰＭ酸化除去処理の第３の実施例の制御ルーチンを示すフローチャート図である。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３燃料噴射弁
４コモンレール
５燃料供給管
６燃料ポンプ
７吸気通路
８エアクリーナ
９エアフローメータ
１０過給機
１１インタークーラ
１２吸気絞り弁
１３吸気絞り用アクチュエータ
１４排気通路
１５排気浄化装置（フィルタ）
１６空燃比センサ
１７排気温度センサ
１８燃料添加弁
１９燃料通路
２０ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に配置され排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを有し、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子を酸化除去するＰＭ酸化除去処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流速を把握する排気流速把握手段と、
当該排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理の実行開始から終了までの排気流速に基づいて、当該ＰＭ酸化除去処理後に次回のＰＭ酸化除去処理に関するパラメータを変更するパラメータ変更手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理の実行開始から終了までの排気流速の履歴に基づいて、当該ＰＭ酸化除去処理後に前記パティキュレートフィルタに捕集されている微粒子の分布を推定し、当該推定した微粒子の分布に基づいて前記パラメータを変更す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。
前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理の実行開始から終了までの排気流速が低い程、排気流速が高い状態で次回のＰＭ酸化除去処理を行うように前記パラメータを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理の実行開始から終了までの排気流速が低い程、次回のＰＭ酸化除去処理の処理時間を長くするように前記パラメータを変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記パラメータ変更手段は、前記排気流速把握手段にて把握されたＰＭ酸化除去処理の実行開始から終了までの排気流速が低い程、次回のＰＭ酸化除去処理の際の前記パティキュレートフィルタの目標温度を高くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機
関の排気浄化装置。