JP4508078B2

JP4508078B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4508078B2
Application number: JP2005309438A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　　博
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2025-10-25
Also published as: JP2007120309A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関から排出される排気ガスには、粒径数（ｎｍ）〜１０００（ｎｍ）程度の粒子状物質（以下、単に「ＰＭ（Particulate Matter）」とも呼ぶ。）が含まれている。この粒子状物質が大気に排出されることを抑制する技術として、排気通路の上流側に目の粗いフィルタを設け、下流側に目の細かいフィルタを設ける技術がある（特許文献１参照）。

また、内燃機関から排出される排気ガスには、粒径５０ｎｍ以下の粒子（以下、「ナノ粒子」と呼ぶ。）が含まれていることが知られている。このようなナノ粒子が大気に排出されることを抑制する技術として、排気通路内でナノ粒子を生成するために空気を導入し、その導入位置の下流にナノ粒子を吸着する活性炭素を設置する技術がある（特許文献２参照）。

特開平６−２２１１３３号公報特開２００５−１６５０２号公報

ところで、最近、アイドル運転時や低負荷運転時などの運転状態だけでなく、高速走行時（例えば１００（Ｋｍ/ｈ）以上の速度）や空燃比がリッチである状態などにおいて、大量のナノ粒子が排出されることがわかっている。このような運転状態においては排気ガスの温度が高いため、前述した特許文献１に記載されたフィルタや特許文献２に記載された活性炭素などを排気ガスが通過する時点では、ナノ粒子が粒子化しておらず、ガス状で存在している可能性が高い。したがって、上記した特許文献１及び２に記載された技術では、高速走行時などにおいて、大気中にナノ粒子を放出してしまうおそれがあった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高速走行時や空燃比がリッチである運転状態においても、ナノ粒子の大気中への排出を適切に抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の運転状態に基づいて、排気ガス中にナノ粒子が発生しているか否かを判定するナノ粒子発生領域判定手段と、前記ナノ粒子発生領域判定手段によって排気ガス中にナノ粒子が発生していると判定された場合に、空燃比をリーンにする制御を行う制御手段と、を備える。

上記の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するために好適に利用される。ナノ粒子発生領域判定手段は、内燃機関の運転状態がナノ粒子が発生するような領域にあるか否かを判定する。即ち、ナノ粒子発生領域判定手段は、内燃機関の運転状態に基づいて、排気ガス中にナノ粒子が発生しているか否かを判定する。制御手段は、ナノ粒子発生領域判定手段によって排気ガス中にナノ粒子が発生していると判定された場合に、空燃比をリーンにする制御を行う。このように空燃比をリーンにする制御を行うことによって、内燃機関からスート粒子が発生される。これにより、高速走行時や空燃比がリッチである運転状態においてナノ粒子の状態がガス状態であっても、ナノ粒子がスート粒子に吸着されることによって、ナノ粒子そのものが大気中に排出されることを抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記粒子発生領域判定手段は、高速走行時に、排気ガス中に前記ナノ粒子が発生していると判定する。

この態様では、粒子発生領域判定手段は、高速走行時にナノ粒子が発生していると判定する。高速走行時には、ナノ粒子が多量に発生すると共に、発生したナノ粒子はフィルタ通過時点ではガス状で存在する可能性が高い。したがって、粒子発生領域判定手段が上記のような判定を行い、制御手段が空燃比をリーンにする制御を行うことによって、ナノ粒子が大気中に排出されることを適切に抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記粒子発生領域判定手段は、空燃比がリッチであるときに、排気ガス中に前記ナノ粒子が発生していると判定する。

この態様では、粒子発生領域判定手段は、空燃比がリッチであるときにナノ粒子が発生していると判定する。空燃比がリッチであるときには、ナノ粒子が多量に発生すると共に、発生したナノ粒子はフィルタ通過時点ではガス状で存在する可能性が高い。したがって、粒子発生領域判定手段が上記のような判定を行い、制御手段が空燃比をリーンにする制御を行うことによって、ナノ粒子が大気中に排出されることを適切に抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記制御手段は、所定周期で所定時間だけ、前記空燃比をリーンにするために、前記内燃機関への燃料噴射量を減少させる制御を行う。

この態様では、制御手段は、所定周期で所定時間だけ、内燃機関への燃料噴射量を減少させる制御を行う。具体的には、制御手段は、スート粒子を排気通路中に滞留させ続けることが可能な時間ごとに、ナノ粒子を吸着するために適切な量のスート粒子を発生させることが可能な燃料噴射時間だけ、燃料噴射量を減少させるリーンスパイク制御を行う。これにより、空燃比をリーンに変化させることによって発生する運転性の悪化を抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置の他の一態様では、前記排気ガス中の微粒子を捕集する捕集手段と、前記捕集手段を通過する際の前記ナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定するナノ粒子状態判定手段と、更に備え、前記制御手段は、前記ナノ粒子状態判定手段によって前記ナノ粒子の状態がガス状であると判定された場合にのみ、前記制御を実行する。

この態様では、捕集手段は、排気ガス中のＰＭやナノ粒子などの微粒子を捕集し、ナノ粒子状態判定手段は、捕集手段を通過する際のナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定する。このような判定を行うのは、捕集手段を通過する際のナノ粒子の状態がガス状である場合には、ナノ粒子を捕集手段によって捕集することが困難であるためである。一方、制御手段は、ナノ粒子の状態がガス状であると判定された場合にのみ、空燃比をリーンにする制御を実行する。ナノ粒子がガス状でなければ捕集することができるため、制御手段は、ナノ粒子が発生したか否かにかかわらず、ナノ粒子の状態がガス状である状況においてのみ上記の制御を行う。これにより、運転性の悪化を効果的に抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を抑制することができる。

上記の内燃機関の排気浄化装置において好適には、前記ナノ粒子状態判定手段は、前記捕集手段の温度が所定温度以上であるときに、前記ナノ粒子の状態がガス状であると判定することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［車両の構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された、車両の全体構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスなどの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

車両は、主に、吸気通路３と、燃料噴射弁４と、内燃機関（エンジン）５と、排気通路６と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒７と、フィルタ８と、酸化触媒９と、温度センサ１０と、Ａ／Ｆセンサ１１と、車速センサ１２と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１５と、を備える。

内燃機関５には、吸気通路３を通過した空気が供給されると共に、燃料噴射弁４から燃料が供給される。内燃機関５は、このようにして供給された空気と燃料を爆発させて動力を発生する。内燃機関５は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのエンジンによって構成される。なお、燃料噴射弁４は、ＥＣＵ１５によって制御される。

内燃機関５における燃焼により生成した排気ガスは、排気通路６に排出される。排気通路６には、上流側から順に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒７、フィルタ８、及び酸化触媒９が設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒７は、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）などを浄化する機能を有する。フィルタ８は、排気ガス中のＰＭやナノ粒子（以下、これらをまとめて「微粒子」とも呼ぶ。）を捕集する機能を有する。即ち、フィルタ８は、排気ガス中の微粒子を捕集する捕集手段として機能する。なお、粒子化しておらずガス状であるナノ粒子を、フィルタ８によって捕集することは困難である。酸化触媒９は、酸化能を有しており、フィルタ８において捕集されなかったＰＭを酸化する。

温度センサ１０は、フィルタ８の温度を検出する。Ａ／Ｆセンサ１１は、フィルタ８と酸化触媒９の間の排気通路６に設けられており、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する。車速センサ１２は、車両の速度を検出する。これらのセンサによって検出された値は、検出信号としてＥＣＵ１５に出力される。

ＥＣＵ１５は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ１５は、上記したセンサから取得する出力に基づいて、車両内の制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ１５は、現在の運転状態がナノ粒子が発生するような領域（以下、「ナノ粒子発生領域」とも呼ぶ。）にあるか否かの判定、及びナノ粒子がガス状で存在しているか否かの判定のうち、少なくともいずれかを行う。更に、ＥＣＵ１５は、これらの判定結果に基づいて、空燃比がリーンとなるように燃料噴射弁４の制御を行う。このように、ＥＣＵ１５は、ナノ粒子発生領域判定手段、ナノ粒子状態判定手段、及び制御手段として機能して、後述する第１実施形態乃至第４実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法を実行する。

［ナノ粒子の排出抑制方法］
次に、本実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法について具体的に説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法について、図２及び図３を用いて説明する。

図２は、ナノ粒子が発生する運転状態を具体的に説明するための図である。具体的には、図２は、横軸に車速（Ｋｍ/ｈ）を示し、縦軸に発生するナノ粒子量を示しており、実線は実験などによって得られた車速とナノ粒子量との関係の一例を示している。これより、車速が６０（Ｋｍ/ｈ）程度であるときは、ナノ粒子はほとんど発生していないことがわかる。一方、車速が１００（Ｋｍ/ｈ）以上になると、ナノ粒子は多量に発生していることがわかる。以上より、車速が１００（Ｋｍ/ｈ）以上となる高速走行時に、ナノ粒子が多量に発生するということがわかる。

第１実施形態では、車両が高速走行を行っているか否かに基づいて、ナノ粒子が発生しているか否かを判定する。即ち、第１実施形態では、車速を用いてナノ粒子発生領域を設定して、ナノ粒子が発生しているか否かの判定を行う。具体的には、ＥＣＵ１５が、車速センサ１２の出力に基づいて車両が高速走行を行っているか否かの判定を行い、高速走行を行っている場合にナノ粒子が発生していると判定する。この場合、ＥＣＵ１５が、現在の車速が所定速度以上であるか否かの判定を行う。例えば、所定速度は１００（Ｋｍ/ｈ）〜１２０（Ｋｍ/ｈ）に設定される。なお、車両によってナノ粒子が多量に発生する車速が異なるため、実験などによって車速とナノ粒子量との関係（図２参照）を得て、これに基づいて判定に用いる所定速度を設定することが好ましい。

更に、第１実施形態では、車両が高速走行を行っていると判定された場合に、即ちナノ粒子が発生していると判定された場合に、ナノ粒子の大気中への排出が抑制されるように制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ１５は、空燃比をリーンにする制御、具体的には燃料噴射量を減少させる制御を行う。この場合、ＥＣＵ１５は、燃料噴射弁４を制御することによって燃料噴射量を減少させる。

空燃比をリーンにすることによってナノ粒子の排出が抑制される理由は、以下の通りである。空燃比をリーンにすると、内燃機関５における燃料の着火性が低下するために、内燃機関５がスート粒子（ＰＭの中に含まれる物質であり、「煤」を意味する。）を排出することがわかっている。このスート粒子は、固体状でありサイズは比較的大きいため、即座に排気通路６から排出されずに排気通路６中に滞留する。一方、高速走行時には、内燃機関５がナノ粒子を発生するが（図２参照）、排気ガスが高温であるため、フィルタ８通過時点ではナノ粒子は粒子化しておらず主にガス状で存在することがわかっている。このようなガス状のナノ粒子はサイズがかなり小さいため、フィルタ８によってナノ粒子を捕集することは困難である。しかしながら、前述したように空燃比をリーンに制御して、スート粒子を排気通路６中に滞留させることにより、ガス状のナノ粒子は、スート粒子が滞留した排気通路６中を通過する際にスート粒子に吸着する。このようにナノ粒子が吸着したスート粒子のサイズは、フィルタ８によって十分に捕集できる程度の大きさであるため、ナノ粒子が吸着したスート粒子はフィルタ８によって捕集される。以上より、高速走行時に空燃比をリーンにすることによって、ナノ粒子そのものを大気中に放出することを抑制することができる。

また、第１実施形態では、空燃比をリーンに変化させることに起因して運転性が悪化してしまうことを防止するために、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を行う。このような制御を行う理由は、以下の通りである。高速走行時には、フィルタ８通過時点ではナノ粒子は主にガス状で存在するため、ナノ粒子が排気通路６中を流れる速度は速い。これに対して、前述したスート粒子は固体状であるため、スート粒子は即座に排出されずに排気通路６中に滞留する。したがって、燃料噴射量を減少させる制御を長時間の間行わなくても、燃料噴射量を減少させる制御を短時間の間行うことによっても、しばらくの期間スート粒子を排気通路６中に滞留させることができる。つまり、短時間の間、燃料噴射量を減少させる制御を行うことによっても、十分にスート粒子にナノ粒子を吸着させることができる。

したがって、第１実施形態では、スート粒子を排気通路６中に滞留させ続けることが可能な時間（「所定周期」に対応する）ごとに、ナノ粒子を吸着するために適切な量のスート粒子を発生させることが可能な燃料噴射時間（「所定時間」に対応する）だけ、燃料噴射量を減少させるリーンスパイク制御を行う。例えば、ＥＣＵ１５は、２秒の周期で、０．３秒間だけ燃料噴射量を減少する制御を燃料噴射弁４に対して行う。即ち、０．０３秒ごとに燃料噴射が行われる場合には、継続する１０回の燃料噴射において、燃料噴射量を減少させればよい。このようなリーンスパイク制御を行うことによって、空燃比をリーンに変化させることによって発生し得る運転性の悪化を防止しつつ、ナノ粒子の排出を適切に抑制することができる。

次に、第１実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理について、図３を用いて説明する。図３は、ナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ１５によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１１では、ＥＣＵ１５は、車両が高速走行しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１５は、車速センサ１２の出力に基づいて高速走行しているか否かの判定を行うことによって、ナノ粒子が発生しているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ１５は、車速が１００（Ｋｍ/ｈ）以上であるか否かを判定する。高速走行している場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ１２に進む。この場合には、ナノ粒子が発生していると判定される。一方、高速走行していない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ナノ粒子が発生していないと判定される。

ステップＳ１２では、ナノ粒子が発生していると判定されているため、ＥＣＵ１５は、燃料噴射量を減少する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１５は、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。このようなリーンスパイク制御を実行することによって、運転性の悪化を抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を抑制することができる。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法について説明する。

第２実施形態では、車速の代わりに、空燃比に基づいてナノ粒子が発生しているか否かを判定する点で、第１実施形態とは異なる。即ち、第２実施形態では、空燃比を用いてナノ粒子発生領域を設定して、ナノ粒子が発生しているか否かを判定する。具体的には、第２実施形態では、空燃比がリッチである状態（以下、単に「リッチ状態」とも呼ぶ。）であるときにリーンスパイク制御を実行する。より詳しくは、ＥＣＵ１５が、Ａ／Ｆセンサ１１が検出した空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりも濃い状態を示している場合に、リーンスパイク制御を実行する。こうするのは、空燃比がリッチ状態にあるときには、言い換えると運転状態が高負荷状態にあるときには、ナノ粒子が多量に発生するからである。このように空燃比がリッチ状態であるときには、フィルタ８通過時点ではナノ粒子はガス状で存在する可能性が高い。

更に、第２実施形態では、空燃比がリッチ状態にあると判定された場合に、第１実施形態で示したリーンスパイク制御と同様の制御を行う。即ち、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。これにより、発生したナノ粒子がガス状であっても、スート粒子にナノ粒子を吸着させることによって、ナノ粒子の大気中への排出を抑制することができる。また、所定周期で所定時間だけ燃料噴射量を減少させるため、運転性の悪化を抑制することができる。

なお、空燃比がリッチ状態であるか否かの判定は、空燃比が所定値よりも小さいか否かによって行うことも可能である。この場合、車両によってナノ粒子が多量に発生する空燃比が異なるため、実験などによって空燃比とナノ粒子量との関係を得て、これに基づいて判定に用いる所定値を設定することが好ましい。

図４は、第２実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。この処理も、ＥＣＵ１５によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２１では、ＥＣＵ１５は、空燃比がリッチ状態であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１５は、Ａ／Ｆセンサ１１が検出した空燃比が理論空燃比よりも濃い状態を示しているか否かを判定することによって、ナノ粒子が発生しているか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ１５は、内燃機関５がガソリンエンジンであるときには空燃比が「１３．５」以下である場合に、内燃機関５がディーゼルエンジンであるときには空燃比が「２０」以下である場合に、空燃比がリッチ状態にあると判定する。空燃比がリッチ状態である場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ２２に進む。この場合には、ナノ粒子が発生していると判定される。一方、空燃比がリッチ状態ではない場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ナノ粒子が発生していないと判定される。

ステップＳ２２では、ナノ粒子が発生していると判定されているため、ＥＣＵ１５は、燃料噴射量を減少する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１５は、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。このようなリーンスパイク制御を実行することによって、運転性の悪化を抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を抑制することができる。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法について説明する。

第３実施形態では、現在の運転状態がナノ粒子発生領域にあるか否かの判定を行う代わりに、フィルタ８通過時点におけるナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定することによって、リーンスパイク制御を実行する点で、第１実施形態及び第２実施形態とは異なる。言い換えると、第３実施形態では、ナノ粒子が発生しているか否かにかかわらず、ナノ粒子がガス状で存在するような状況において、リーンスパイク制御を実行する。こうするのは、仮にナノ粒子が発生していても、ナノ粒子の状態がガス状でない場合にはフィルタ８によってナノ粒子を捕集することができるが、ナノ粒子の状態がガス状である場合にはフィルタ８によってナノ粒子を捕集することができない可能性が高いからである。なお、このようにナノ粒子がガス状で存在する場合における運転状態は、高速走行時や空燃比がリッチ状態である場合などに対応する。

具体的には、ＥＣＵ１５が、温度センサ１０が検出するフィルタ８の温度に基づいて、詳しくはフィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かに基づいて、フィルタ８通過時点におけるナノ粒子の状態がガス状であるか否かの判定を行う。このような判定に用いる所定温度は、ナノ粒子を構成するＣ_２０などの沸点に対応する。したがって、ＥＣＵ１５は、フィルタ８の温度が所定温度以上である場合には、ナノ粒子は気化しており、ナノ粒子の状態がガス状であると判定する。上記のようにフィルタ８の温度を用いて判定を行うのは、ナノ粒子がフィルタ８を通過する時点で、ナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定するためである。即ち、フィルタ８を通過する時点でナノ粒子がガス状であるか否かに応じて、フィルタ８がナノ粒子を捕集することができるか否かが決まるからである。例えば、フィルタ８を通過する前にナノ粒子がガス状であっても、フィルタ８を通過する時点でナノ粒子がガス状でない場合には、フィルタ８によってナノ粒子を捕集することができる。この場合には、フィルタ８の温度は所定温度未満となっている。

また、第３実施形態でも、フィルタ８通過時点におけるナノ粒子の状態がガス状であると判定された場合に、第１実施形態で示したリーンスパイク制御と同様の制御を行う。即ち、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。これにより、発生したスート粒子にナノ粒子を吸着させることによって、ガス状であるナノ粒子の排出を抑制することができる。また、所定周期で所定時間だけ燃料噴射量を減少させるため、運転性の悪化を抑制することができる。

図５は、第３実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。この処理も、ＥＣＵ１５によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ３１では、ＥＣＵ１５は、フィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１５は、温度センサ１０が検出した温度に基づいてフィルタ８の温度を取得して、このフィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かを判定することによって、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定する。この判定に用いる所定温度は、ナノ粒子を構成するＣ_２０などの沸点に対応し、例えば３００〜４００℃に設定される。この場合、ＥＣＵ１５は、フィルタ８の温度が３００〜４００℃以上の温度であるか否かを判定する。フィルタ８の温度が所定温度以上である場合（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ３２に進む。この場合には、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態はガス状であると判定される。一方、フィルタ８の温度が所定温度未満である場合（ステップＳ３１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態はガス状ではないと判定される。

ステップＳ３２では、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態がガス状であると判定されているため、ＥＣＵ１５は、燃料噴射量を減少する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１５は、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。このようなリーンスパイク制御を実行することによって、運転性の悪化を抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を抑制することができる。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法について説明する。

第４実施形態では、現在の運転状態がナノ粒子が発生するようなナノ粒子発生領域にあるか否かを判定すると共に、フィルタ８通過時点におけるナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定し、これらの判定結果に基づいてリーンスパイク制御を実行する点で、第１実施形態乃至第３実施形態とは異なる。具体的には、第４実施形態では、運転状態がナノ粒子発生領域にあり、且つナノ粒子の状態がガス状である場合にのみ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。より詳しくは、高速走行時であるか否かに基づいて運転状態がナノ粒子発生領域にあるか否かを判定し、高速走行時であり、且つフィルタ８の温度が所定温度以上である場合にリーンスパイク制御を行う。なお、第４実施形態でも、第１実施形態で示したリーンスパイク制御と同様の制御を行う。

図６は、第４実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。この処理も、ＥＣＵ１５によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ４１では、ＥＣＵ１５は、車両が高速走行しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１５は、車速センサ１２の出力に基づいて高速走行しているか否かの判定を行うことによって、ナノ粒子が発生しているか否かの判定を行う。高速走行している場合（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ４２に進む。この場合には、ナノ粒子が発生していると判定される。一方、高速走行していない場合（ステップＳ４１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ナノ粒子が発生していないと判定される。

ステップＳ４２では、ＥＣＵ１５は、フィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１５は、温度センサ１０が検出した温度に基づいてフィルタ８の温度を取得して、このフィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かを判定することによって、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定する。フィルタ８の温度が所定温度以上である場合（ステップＳ４２；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ４３に進む。この場合には、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態はガス状であると判定される。一方、フィルタ８の温度が所定温度未満である場合（ステップＳ４２；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ナノ粒子が発生していると判定されているが（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）、フィルタ８を通過する際のナノ粒子はガス状ではないため、フィルタ８によって捕集することができる。よって、ステップＳ４３のリーンスパイク制御を行わない。

ステップＳ４３では、ＥＣＵ１５は、燃料噴射量を減少する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１５は、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

このように、第４実施形態では、高速走行時であり、且つフィルタ８通過時点におけるナノ粒子の状態がガス状である場合にのみ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。これにより、運転性の悪化を更に効果的に抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を適切に抑制することができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係るナノ粒子の排出抑制方法について説明する。

第５実施形態においても、現在の運転状態がナノ粒子発生領域にあるか否かを判定すると共に、フィルタ８通過時点におけるナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定し、これらの判定結果に基づいてリーンスパイク制御を実行する点で、第４実施形態と同様である。しかしながら、第５実施形態では、車速の代わりに空燃比に基づいて運転状態がナノ粒子発生領域にあるか否かを判定する点で、第４実施形態とは異なる。詳しくは、第５実施形態では、空燃比がリッチ状態にあり、且つフィルタ８の温度が所定温度以上である場合に、リーンスパイク制御を行う。なお、第５実施形態でも、第１実施形態で示したリーンスパイク制御と同様の制御を行う。

図７は、第５実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。この処理も、ＥＣＵ１５によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ５１では、ＥＣＵ１５は、空燃比がリッチ状態であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１５は、Ａ／Ｆセンサ１１が検出した空燃比が理論空燃比よりも濃い状態を示しているか否かを判定することによって、ナノ粒子が発生しているか否かを判定する。空燃比がリッチ状態である場合（ステップＳ５１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ５２に進む。この場合には、ナノ粒子が発生していると判定される。一方、空燃比がリッチ状態ではない場合（ステップＳ５１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ナノ粒子が発生していないと判定される。

ステップＳ５２では、ＥＣＵ１５は、フィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１５は、温度センサ１０が検出した温度に基づいてフィルタ８の温度を取得して、このフィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かを判定することによって、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定する。フィルタ８の温度が所定温度以上である場合（ステップＳ５２；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ５３に進む。この場合には、フィルタ８を通過する際のナノ粒子の状態はガス状であると判定される。一方、フィルタ８の温度が所定温度未満である場合（ステップＳ５２；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、ナノ粒子が発生していると判定されているが（ステップＳ５１；Ｙｅｓ）、フィルタ８を通過する際のナノ粒子はガス状ではないため、フィルタ８によって捕集することができる。よって、ステップＳ５３のリーンスパイク制御を行わない。

ステップＳ５３では、ＥＣＵ１５は、燃料噴射量を減少する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１５は、所定周期で所定時間だけ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

このように、第５実施形態では、空燃比がリッチ状態であり、且つフィルタ８通過時点におけるナノ粒子の状態がガス状である場合にのみ、燃料噴射量を減少するリーンスパイク制御を実行する。これにより、運転性の悪化を更に効果的に抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を適切に抑制することができる。

［変形例］
本発明の他の例では、現在の運転状態がナノ粒子発生領域にあるか否かの判定を、車速及び空燃比に基づいて行ってもよい。つまり、高速走行時であり、且つ空燃比がリッチ状態であるときに、現在の運転状態がナノ粒子発生領域にある（即ち、ナノ粒子が発生している）と判定することができる。このような判定を行ったときに実行される、第１の変形例に係るナノ粒子排出抑制処理及び第２の変形例に係るナノ粒子排出抑制処理を、以下で説明する。これらの処理も、前述したＥＣＵ１５が行う。

第１の変形例では、車速及び空燃比を用いてナノ粒子が発生しているか否かの判定を行い、ナノ粒子が発生していると判定された場合に燃料噴射量を減少させるリーンスパイク制御を行う。第１の変形例に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートを、図８に示す。これより、高速走行時であり（ステップＳ６１；Ｙｅｓ）、且つ空燃比がリッチ状態である場合（ステップＳ６２；Ｙｅｓ）に、ＥＣＵ１５は、ステップＳ６３において燃料噴射量を減少させるリーンスパイク制御を行う。これによっても、運転性の悪化を効果的に抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を適切に抑制することができる。

第２の変形例では、車速及び空燃比を用いてナノ粒子が発生しているか否かの判定を行い、ナノ粒子が発生していると判定された後に、ナノ粒子の状態がガス状であるか否かの判定を行う。そして、ナノ粒子が発生していると判定された場合に燃料噴射量を減少させるリーンスパイク制御を行う。第２の変形例に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートを、図９に示す。これより、高速走行時であり（ステップＳ７１；Ｙｅｓ）、且つ空燃比がリッチ状態である場合（ステップＳ７２；Ｙｅｓ）に、ＥＣＵ１５は、ステップＳ７３において、フィルタ８の温度が所定温度以上であるか否かの判定、即ちナノ粒子の状態がガス状であるか否かの判定を行う。そして、ナノ粒子の状態がガス状であると判定された場合（ステップＳ７３；Ｙｅｓ）に、ＥＣＵ１５は、ステップＳ７４において燃料噴射量を減少させるリーンスパイク制御を行う。これによっても、運転性の悪化を効果的に抑制しつつ、ナノ粒子の大気中への排出を適切に抑制することができる。

なお、本発明は、フィルタ８に設けられた温度センサ１０によってフィルタ８の温度を検出し、検出されたフィルタ８の温度に基づいて前述した処理や制御を行うことに限定はされない。他の例では、フィルタ８に温度センサ１０を設ける代わりに、排気通路６中に温度センサを設け、この温度センサが検出する排気ガスの温度に基づいてフィルタ８の温度を推定し、推定したフィルタ８の温度に基づいて前述した処理や制御を行うことができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用された車両の概略構成を示す模式図である。車速とナノ粒子量との関係の一例を示す図である。第１実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。第２実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。第３実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。第４実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。第５実施形態に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。第１の変形例に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。第２の変形例に係るナノ粒子排出抑制処理を示すフローチャートである。

符号の説明

３吸気通路
４燃料噴射弁
５内燃機関
６排気通路
７ＮＯｘ吸蔵還元触媒
８フィルタ
１０温度センサ
１１Ａ／Ｆセンサ
１２車速センサ
１５ＥＣＵ

Claims

内燃機関の運転状態に基づいて、排気ガス中にナノ粒子が発生しているか否かを判定するナノ粒子発生領域判定手段と、
前記ナノ粒子発生領域判定手段によって排気ガス中にナノ粒子が発生していると判定された場合に、空燃比をリーンにする制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記粒子発生領域判定手段は、高速走行時に、排気ガス中に前記ナノ粒子が発生していると判定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。
前記粒子発生領域判定手段は、空燃比がリッチであるときに、排気ガス中に前記ナノ粒子が発生していると判定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。
前記制御手段は、所定周期で所定時間だけ、前記空燃比をリーンにするために、前記内燃機関への燃料噴射量を減少させる制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気ガス中の微粒子を捕集する捕集手段と、
前記捕集手段を通過する際の前記ナノ粒子の状態がガス状であるか否かを判定するナノ粒子状態判定手段と、更に備え、
前記制御手段は、前記ナノ粒子状態判定手段によって前記ナノ粒子の状態がガス状であると判定された場合にのみ、前記制御を実行することを特徴とする請求項１乃至４のいずか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ナノ粒子状態判定手段は、前記捕集手段の温度が所定温度以上であるときに、前記ナノ粒子の状態がガス状であると判定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。