JP5360293B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

内燃機関の排気系に配置されたパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質（ＰＭ）の量を求める技術に関する。

内燃機関の排気系にパティキュレートフィルタを配置した構成において、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質（ＰＭ）の量が一定量を超えたときに、パティキュレートフィルタを加熱することにより該パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化及び除去（ＰＭ再生処理）する技術が知られている。

パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が一定量を超えたか否かを判別する方法としては、パティキュレートフィルタの上流と下流との圧力差（以下、「前後差圧」と称する）が所定値を超えたときにＰＭ捕集量が一定量を超えたと判別する方法も提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００８−１０６６９８号公報 特開２００８−１９０４７０号公報 特開２００８−０８２１９９号公報 特開平０８−０２８２４８号公報 特開平０５−０２６０２９号公報 特開２００９−５１２８１４号公報 特開２００９−５１３８７０号公報 特開２００９−１９７７１８号公報

ところで、上記した前後差圧は排気の温度や流量によって変化する。これに対し、排気温度や排気流量をパラメータとして前後差圧の検出値を補正する方法が考えられるが、補正後の前後差圧と実際のＰＭ捕集量との相関が低くなる可能性がある。

また、特許文献２には、パティキュレートフィルタへ流入するＰＭ量を検出するＰＭセンサを排気系に取り付け、ＰＭセンサの検出値からパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を求める方法も提案されている。しかしながら、パティキュレートフィルタの径方向において、中心部分と周縁部分とのＰＭ捕集量が相異する可能性がある。そのため、ＰＭセンサの検出値に基づいてＰＭ再生処理のタイミングが決定されると、パティキュレートフィルタの中心部分又は周縁部分においてＰＭが除去されずに残る事態や、ＰＭが除去された後もＰＭ再生処理が継続される事態が発生し得る。

本発明は、上記した種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、パティキュレートフィルタの径方向における中心部分と周縁部分とのＰＭ捕集量の偏差を特定することができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、パティキュレートフィルタの径方向における中心部分から流出する排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）の量とパティキュレートフィルタの径方向における周縁部分から流出する排気に含まれるＰＭの量とをＰＭセンサにより測定し、それらの測定結果から前記中心部分のＰＭ捕集量と前記周縁部分のＰＭ捕集量を求めるようにした。

詳細には、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に配置され、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる粒子状物質の量を測定するＰＭセンサと、
前記パティキュレートフィルタの径方向における中心部分から排出される排気に含まれる粒子状物質の量を前記ＰＭセンサに測定させる第１態様と、前記パティキュレートフィルタの径方向における周縁部分から排出される排気に含まれる粒子状物質の量を前記ＰＭセンサに測定させる第２態様と、を切り換える切換機構と、
前記切換機構が前記第１態様にあるときに前記ＰＭセンサが測定した値から前記中心部分のＰＭ捕集量である第１捕集量を演算するとともに、前記切換機構が前記第２態様にあるときに前記ＰＭセンサが測定した値から前記周縁部分のＰＭ捕集量である第２捕集量を演算する演算部と、
を備えるようにした。

パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭ量が多いときは少ないときに比べ、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力が高くなる。これは、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭ量が多いときは少ないときに比べ、パティキュレートフィルタ内の流路断面積が小さくなるからである。

上記した特性によれば、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が多いときは少ないときに比べ、パティキュレートフィルタから流出するＰＭ量（すなわち、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭ量）が少なくなる。そのため、ＰＭセンサにより検出されるＰＭ量が少ないときは多いときに比べ、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が多いことになる。よって、ＰＭセンサの検出値からパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量を演算することができる。

さらに、本発明によれば、パティキュレートフィルタの径方向における中心部分から流出するＰＭ量と、パティキュレートフィルタの径方向における周縁部分から流出するＰＭ量と、を個別に検出することができる。その結果、前記中心部分のＰＭ捕集量（第１捕集量）と前記周縁部分のＰＭ捕集量（第２捕集量）を特定することができる。

第１捕集量及び第２捕集量が特定されると、前記中心部分に捕集されたＰＭ及び前記周縁部分に捕集されたＰＭを過不足なく酸化及び除去することも可能となる。たとえば、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化及び除去するために該パティキュレートフィルタを昇温させる処理であるＰＭ再生処理を行う再生処理部をさらに備え、再生処理部は、第１捕集量及び第２捕集量が目標量以下となったときにＰＭ再生処理を終了することができる。目標量は、内燃機関の仕様やパティキュレートフィルタの仕様などによって決定される量であり、零又は零より大きな値であってもよい。

このような方法によりＰＭ再生処理が実行されると、パティキュレートフィルタの中心部分又は周縁部分において酸化されないＰＭ量が過多となる事態や、第１捕集量及び第２捕集量が目標量以下となった後もＰＭ再生処理が継続される事態を回避することができる。その結果、前記中心部分及び前記周縁部分に捕集されたＰＭが過不足なく酸化及び除去される。

また、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを酸化及び除去するために該パティキュレートフィルタを昇温させる処理であるＰＭ再生処理を行う再生処理部と、前記周縁部分を局所的に加熱するヒータと、をさらに備え、ＰＭ再生処理実行時において前記第１捕集量の減少速度に比べ前記第２捕集量の減少速度が低ければ前記ヒータが作動されるようにしてもよい。

このようにヒータが制御されると、前記中心部分におけるＰＭ酸化速度と前記周縁部分におけるＰＭ酸化速度が略均等になる。よって、ＰＭ再生処理の実行期間を短縮することができる。さらに、前記周縁部分のＰＭ酸化速度が前記中心部分のＰＭ酸化速度と同等以上であるときにヒータが不要に作動される事態を回避することもできる。

なお、第１捕集量の減少速度に対して第２捕集量の減少速度が低い場合であっても、第２捕集量が第１捕集量より少なければ、ヒータが作動されないようにしてもよい。好ましくは、第１捕集量の減少速度に対して第２捕集量の減少速度が低い場合であっても、前記中心部分の再生が終了するまでに前記周縁部分の再生が終了すると予測されるときは、ヒータが作動されないようにしてもよい。このようにヒータが制御されると、ヒータを不要に作動させることなく前記中心部分及び前記周縁部分に捕集されたＰＭを酸化及び除去することが可能になる。

ここで、前記中心部分の再生が終了するまでに前記周縁部分の再生が終了するか否かを予測する方法としては、前記中心部分のＰＭ酸化速度と第１捕集量から前記中心部分の再生終了時期（又は再生に要する時間）を演算するとともに、第２捕集量と前記周縁部分のＰＭ酸化速度から前記周縁部分の再生終了時期（又は再生に要する時間）を演算し、それらを比較する方法を用いることができる。

本発明において、切換機構としては、前記中心部分から流出する排気の流れをＰＭセンサへ指向させる態様と、前記周縁部分から流出する排気の流れをＰＭセンサへ指向させる態様と、を切り換える機構を用いることができる。このような切換機構としては、バタフライ式の弁体を有する弁機構を用いることができる。その場合、パティキュレートフィルタの中心部分とＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して弁体が平行にされると、前記中心部分から流出した排気は弁体によってＰＭセンサへ導かれる。また、パティキュレートフィルタの周縁部分とＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して弁体が平行にされると、前記周縁部分から流出した排気は弁体によってＰＭセンサへ導かれる。このように弁体の状態を切り換えることにより、第１捕集量と第２捕集量とを１つのＰＭセンサによって求めることができる。

なお、パティキュレートフィルタの中心部分とＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して弁体が平行になるとき、又はパティキュレートフィルタの周縁部分とＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して弁体が平行になるときに、該弁体の開度が全開となるようにＰＭセンサが配置されてもよい。その場合、第１態様又は第２態様の何れか一方の態様において弁体が全開となるため、弁体を設けることに起因した圧力損失の増加を最小限に抑えることができる。

また、本発明の切換機構としては、ＰＭセンサの位置を変更する機構を用いることもできる。詳細には、切換機構は、前記中心部分から流出する排気の経路上にＰＭセンサを移動させる態様と、前記周縁部分から流出する排気の経路上にＰＭセンサを移動させる態様と、を切り換える機構であってもよい。

本発明によれば、内燃機関の排気系に配置されたパティキュレートフィルタのＰＭ捕集量をより正確に求めることができる。

本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量とＰＭ流出量との関係を示す図である。 パティキュレートフィルタの中心部分から流出するＰＭ量を検出する場合の弁体の状態を示す図である。 パティキュレートフィルタの周縁部分から流出するＰＭ量を検出する場合の弁体の状態を示す図である。 第１の実施例におけるＰＭ捕集量演算処理ルーチンを示すフローチャートである。 第１の実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施例における排気浄化装置の構成を示す図である。 第２の実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係わる切換機構の他の構成例を示す図である。 本発明に係わる切換機構の他の構成例を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的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＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図６に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関とその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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。

内燃機関１は、気筒２を備えている。気筒２内には、ピストン３が摺動自在に装填されている。内燃機関１は、気筒２内へ新気（空気）を導くための吸気ポート４と、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁５と、気筒２内のガス（既燃ガス）を排出するための排気ポート６と、を備えている。排気ポート６は、排気管７に接続されている。

排気管７の途中には、排気浄化装置のケーシング８が設けられている。ケーシング８の内部には、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ９が配置されている。ケーシング８の内部において、パティキュレートフィルタ９より下流にはＰＭセンサ１０が設けられている。ＰＭセンサ１０は、排気中に含まれるＰＭの量と相関する電気信号を出力するセンサである。

ケーシング８の内部において、パティキュレートフィルタ９とＰＭセンサ１０との間には弁機構１１が設けられている。弁機構１１は、バタフライ式の弁体１１ａと、該弁体１１ａの開度を変更するアクチュエータ１１ｂと、を備えている。

また、内燃機関１には、ＥＣＵ１２が併設されている。ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１２には、上記したＰＭセンサ１０に加え、アクセルポジションセンサ１３やクランクポジションセンサ１４などの出力信号が入力されるようになっている。ＥＣＵ１２は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、燃料噴射弁５やアクチュエータ１１ｂなどを制御する。

たとえば、ＥＣＵ１２は、アクセルポジションセンサ１３やクランクポジションセンサ１４の出力信号をパラメータとして、燃料噴射弁５の開弁タイミング（燃料噴射時期）や燃料噴射弁５の開弁期間（燃料噴射量）を制御（燃料噴射制御）する。さらに、ＥＣＵ１２は、ＰＭセンサ１０の出力信号をパラメータとして、本発明の要旨となるＰＭ捕集量演算処理、及びＰＭ再生処理を実行する。

以下、本実施例におけるＰＭ捕集量演算処理とＰＭ再生処理について説明する。先ず、ＰＭ捕集量演算処理では、ＥＣＵ１２は、ＰＭセンサ１０の出力信号からパティキュレートフィルタ９に捕集されているＰＭ量（ＰＭ捕集量）を演算する。

ここで、パティキュレートフィルタ９は、ＰＭ捕集量が多いときは少ないときよりＰＭ捕集能力が高くなる特性を有している。そのため、パティキュレートフィルタ９のＰＭ捕集量が多いときは少ないときに比べ、パティキュレートフィルタ９から流出するＰＭ量（以下、「ＰＭ流出量」と称する）が少なくなる。

したがって、ＰＭセンサ１０の出力信号（ＰＭ流出量）は、図２に示すように、パティキュレートフィルタ９のＰＭ捕集量が多いときは少ないときより小さい値となる。そこで、図２に示したような相関関係を予め実験的に求めておくことにより、ＰＭセンサ１０の出力信号値をＰＭ捕集量に換算することが可能になる。このような方法によれば、パティキュレートフィルタ９のＰＭ捕集量をより正確に求めることができる。

パティキュレートフィルタ９のＰＭ捕集量が特定されると、特定されたＰＭ捕集量に基づいてＰＭ再生処理の開始時期や終了時期を決定することができる。たとえば、ＥＣＵ１２は、ＰＭ捕集量が上限量以上になったときにＰＭ再生処理を開始することができる。また、ＥＣＵ１２は、ＰＭ再生処理実行中に求められるＰＭ捕集量が下限量以下となったときにＰＭ再生処理を終了することができる。

なお、前記した上限量は、パティキュレートフィルタ９の圧力損失の増加に起因した背圧の大きさが許容値を超えると考えられるＰＭ捕集量に相当する。また、前記した下限量は、ＰＭ再生処理終了時から次回のＰＭ再生処理開始時までインターバルが過剰に短くなることがないと考えられるＰＭ捕集量であり、好ましくは零である。

ところで、ＰＭ再生処理の非実行時におけるＰＭ捕集量の増加度合い、又はＰＭ再生処理の実行時におけるＰＭ捕集量の減少度合いは、パティキュレートフィルタ９の部位によって相異する場合がある。たとえば、パティキュレートフィルタ９の径方向において、中心部分のＰＭ捕集量の変化度合いと周縁部分のＰＭ捕集量の変化度合いとが相異する場合がある。

上記したような場合にパティキュレートフィルタ９の中心部分又は周縁部分の何れか一方のＰＭ捕集量を基準にしてＰＭ再生処理が実施されると、ＰＭ再生処理終了時にパティキュレートフィルタ９に残留しているＰＭ量が過多になる事態、或いはパティキュレートフィルタに残留しているＰＭ量が下限量未満に減少した後もＰＭ再生処理が継続される事態などが発生し得る。

そこで、本実施例のＰＭ捕集量演算処理では、ＥＣＵ１２は、パティキュレートフィルタ９の中心部分におけるＰＭ捕集量と周縁部分におけるＰＭ捕集量とをそれぞれ演算し、それらの演算結果に基づいてＰＭ再生処理の開始時期や終了時期を決定するようにした。

ここで、パティキュレートフィルタ９の中心部分のＰＭ捕集量と周縁部分のＰＭ捕集量とを求める方法について図３，４に基づいて説明する。ＰＭセンサ１０の測定部１０ａは、パティキュレートフィルタ９の中心部分から流出した排気の経路上に配置される。すなわち、ＰＭセンサ１０の測定部１０ａは、排気の流れ方向において中心部分の延長線上に配置される。

このような構成によれば、弁機構１１の弁体１１ａが全開にされたとき（パティキュレートフィルタ９から流出する排気の流れ方向と弁体１１ａとが平行になるとき）は、図３に示すように、パティキュレートフィルタ９の中心部分から流出した排気がＰＭセンサ１０の測定部１０ａを経由して流れることになる。よって、ＥＣＵ１２は、弁体１１ａが全開にされたときのＰＭセンサ１０の測定値をパラメータとして、パティキュレートフィルタ９の中心部分に捕集されたＰＭ量（第１捕集量）を演算することができる。

また、パティキュレートフィルタ９の周縁部分に捕集されたＰＭ量（第２捕集量）を求める場合には、ＥＣＵ１２は、弁体１１ａが図３中の反時計回りへ回転するように弁機構１１を制御する。その際、弁体１１ａは、パティキュレートフィルタ９の周縁部分と測定部１０ａとを結ぶ仮想直線に対して該弁体１１ａが略平行になる開度（以下、「基準開度」と称する）まで回転されるものとする。このように弁機構１１が制御されると、図４に示すように、パティキュレートフィルタ９の周縁部から流出した排気がＰＭセンサ１０の測定部１０ａを経由して流れるようになる。よって、ＥＣＵ１２は、弁体１１ａの開度が基準開度にされたときのＰＭセンサ１０の測定値をパラメータとして第２捕集量を演算することができる。

なお、上記した方法により求められる第２捕集量は、周縁部分のうち特定領域（図３，４中の下方に位置する領域）のＰＭ捕集量である。そのため、周縁部分の全領域のＰＭ捕集量を特定する場合は、周縁部分の全領域に対して特定領域が占める割合（比率）に基づいて第２捕集量を補正すればよい。ただし、本実施例においては、中心部分のＰＭ捕集量と周縁部分のＰＭ捕集量との相対関係（比率又は偏差）が特定されればよいので、周縁部分の全領域のＰＭ捕集量を求めなくとも構わない。

ここで、パティキュレートフィルタ９の中心部分のＰＭ捕集量と周縁部分のＰＭ捕集量とを求める手順について図５に沿って説明する。図５は、ＰＭ捕集量演算処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、予めＥＣＵ１２のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１２によって周期的に実行される。

ＰＭ捕集量演算処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、先ずＳ１０１において弁体１１ａの開度が全開となるように弁機構１１を制御する。なお、弁体１１ａの開度は、第２捕集量を求める場合を除き全開に保持されることが好ましい。ただし、弁機構１１が既知の排気絞り弁としての機能を兼用する場合はこの限りではない。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１２は、ＰＭセンサ１０の測定値を読み込む。続いて、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０３へ進み、前記Ｓ１０２で読み込まれた測定値と前述した図２に示したようなマップとから第１捕集量ΣＰＭ１を演算する。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１２は、弁体１１ａの開度が基準開度となるように弁機構１１を制御する。続いて、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０５へ進み、ＰＭセンサ１０の測定値を読み込む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ１２は、前記Ｓ１０５で読み込まれた測定値と前述した図２に示したようなマップとから第２捕集量ΣＰＭ２を演算する。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１２は、前記Ｓ１０３及び前記Ｓ１０６で算出された第１捕集量ΣＰＭ１及び第２捕集量ΣＰＭ２をバックアップＲＡＭ等に記憶させる。Ｓ１０８では、ＥＣＵ１２は、弁体１１ａの開度を全開に復帰させるべく弁機構１１を制御する。

このようにＥＣＵ１２がＰＭ捕集量演算処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる演算部が実現される。その結果、パティキュレートフィルタ９の径方向におけるＰＭ捕集量の分布、言い換えれば前記中心部分のＰＭ捕集量と前記周縁部分のＰＭ捕集量との偏差を特定することができる。

なお、前記したＳ１０２の処理とＳ１０５の処理は、可能な限り同一の機関運転状態の下で実施されることが好ましい。これは、内燃機関１から排出されるＰＭ量が機関運転状態に応じて変化するためである。また、前記したＳ１０４の処理が実行された場合は、内燃機関１に作用する背圧が上昇する。そのため、前記したＳ１０４の処理は、低負荷運転時に行われることが好ましい。よって、ＰＭ捕集量演算処理ルーチンは、内燃機関１が定常運転状態にあるとき、好ましくはアイドル運転状態にあるときに実行されるようにしてもよい。

次に、ＰＭ再生処理の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、本実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、予めＥＣＵ１２のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１２によって周期的に実行される。

ＰＭ再生処理ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、先ずＳ２０１において、ＰＭ再生処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。ＰＭ再生処理の実行条件としては、パティキュレートフィルタ９の全体のＰＭ捕集量が上限量以上であることを例示することができる。ただし、本実施例では前記した第１捕集量ΣＰＭ１が上限量以上であることを条件にＰＭ再生処理を実行する。これは、パティキュレートフィルタ９の圧力損失の大きさは、主として中心部分のＰＭ捕集量に依存するからである。そこで、ＥＣＵ１２は、前述のＰＭ捕集量演算処理ルーチンで求められた第１捕集量ΣＰＭ１を読み出し、読み出された第１捕集量ΣＰＭ１が上限量以上であるか否かを判別する。

前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ１２は、ＰＭ再生処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１２は、ＰＭが酸化する温度域までパティキュレートフィルタ９を昇温させる。パティキュレートフィルタ９を昇温させる方法としては、パティキュレートフィルタ９へ流入する排気の温度を上昇させる方法、又はパティキュレートフィルタ９において酸化反応熱を発生させる方法を用いることができる。

排気の温度を上昇させる方法としては、膨張行程後半から排気行程前半に燃料噴射弁５から燃料を噴射（副噴射）させることにより、排気中で燃料を酸化させる方法を用いることができる。排気の温度を上昇させる他の方法としては、パティキュレートフィルタ９より上流に酸化触媒を配置し、排気行程中に燃料噴射弁５から噴射された燃料を酸化触媒で酸化させる方法を用いることもできる。なお、酸化触媒より上流に還元剤添加弁が配置されている場合は、還元剤添加弁から排気中に添加された還元剤を酸化触媒において酸化させる方法を用いることも可能である。

パティキュレートフィルタ９において酸化反応熱を発生させる方法としては、パティキュレートフィルタ９に酸化触媒を担持させ、燃料噴射弁５又は還元剤添加弁から排気中へ供給される燃料又は還元剤をパティキュレートフィルタ９において酸化させる方法を用いることができる。

上記した種々の方法を用いてＳ２０２の処理が実行されると、ＥＣＵ１２は、Ｓ２０３へ進む。Ｓ２０３では、ＥＣＵ１２は、ＰＭ捕集量演算処理ルーチンにより算出された最新の第１捕集量ΣＰＭ１及び第２捕集量ΣＰＭ２をバックアップＲＡＭから読み出す。

Ｓ２０４では、ＥＣＵ１２は、前記Ｓ２０３で読み出された第１捕集量ΣＰＭ１及び第２捕集量ΣＰＭ２が下限量以下であるか否かを判別する。Ｓ２０４において否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ２０３へ戻る。一方、Ｓ２０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２はＳ２０５へ進み、ＰＭ再生処理を終了する。

このようにＰＭ再生処理ルーチンにしたがってパティキュレートフィルタ９のＰＭ再生処理が実行されると、ＰＭ再生処理が終了される時点において前記中心部分又は前記周縁部分に残留しているＰＭ量が過多となる事態、及びパティキュレートフィルタ９に残留しているＰＭ量が下限量未満に減少した後もＰＭ再生処理が継続される事態を回避することができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図７及び図８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、ＰＭ再生処理実行中においてパティキュレートフィルタ９の中心部分のＰＭ酸化速度と周縁部分のＰＭ酸化速度を均等にする点にある。

図７は、本実施例における排気浄化装置の構成を示す断面図である。図７において、ケーシング８の内壁とパティキュレートフィルタ９の外壁との間には筒状のヒータ９０が設けられている。ヒータ９０は、たとえば、図示しないバッテリから供給される電気エネルギを熱エネルギに変換することにより、パティキュレートフィルタ９の周縁部分を加熱するものである。ヒータ９０の作動と非作動の切り換えは、ＥＣＵ１２によって制御される。

図８は、本実施例におけるＰＭ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。図８において前述した第１の実施例のＰＭ再生処理ルーチンと同等の処理には同一の符号が付してある。

図８のＰＭ再生処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ１２は、Ｓ２０２の処理を実行した後にＳ３０１へ進む。Ｓ３０１では、ＥＣＵ１２は、第１捕集量ΣＰＭ１の減少速度ｖ１及び第２捕集量ΣＰＭ２の減少速度ｖ２を演算する。

たとえば、ＥＣＵ１２は、ＰＭ捕集量演算処理ルーチンにおいて求められた最新の第１捕集量ΣＰＭ１と前回の第１捕集量ΣＰＭ１ｏｌｄ捕集量との差ΔΣＰＭ１（＝ΣＰＭ１ｏｌｄ−ΣＰＭ１）をＰＭ捕集量演算処理ルーチンの実行間隔ｔで除算することにより、第１捕集量ΣＰＭ１の減少速度ｖ１（＝ΔΣＰＭ１／ｔ）を求める。

同様に、ＥＣＵ１２は、ＰＭ捕集量演算処理ルーチンにおいて求められた最新の第２捕集量ΣＰＭ２と前回の第２捕集量ΣＰＭ２ｏｌｄとの差ΔΣＰＭ２（＝ΣＰＭ２ｏｌｄ-ΣＰＭ２）を実行間隔ｔで除算することにより、第２捕集量ΣＰＭ２の減少速度ｖ２（＝ΔΣＰＭ２／ｔ）を求める。

なお、ＥＣＵ１２は、第１捕集量ΣＰＭ１の減少速度ｖ１の代替値として前記の差ΔΣＰＭ１を用いるとともに、第２捕集量ΣＰＭ２の減少速度ｖ２の代替値として前記の差ΔΣＰＭ２を用いてもよい。

Ｓ３０２では、ＥＣＵ１２は、前記Ｓ３０１において求められた減少速度ｖ１，ｖ２を比較する。具体的には、ＥＣＵ１２は、第２捕集量ΣＰＭ２の減少速度ｖ２が第１捕集量ΣＰＭ１の減少速度ｖ１より低いか否かを判別する。

前記Ｓ３０２において肯定判定された場合（ｖ２＜ｖ１）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ３０３ヘ進み、ヒータ９０を作動させる。その場合、パティキュレートフィルタ９の周縁部分の温度が上昇するため、該周縁部分におけるＰＭ酸化速度が上昇する。その結果、周縁部分におけるＰＭ酸化速度と中心部分におけるＰＭ酸化速度が均等になる。一方、前記Ｓ３０３において否定判定された場合（ｖ２≧ｖ１）は、ＥＣＵ１２は、Ｓ３０４へ進み、ヒータ９０を停止させる。ＥＣＵ１２は、前記Ｓ３０３又は前記Ｓ３０４の処理を実行し終えると、Ｓ２０３以降の処理を実行する。

このようにＰＭ酸化処理ルーチンにしたがってＰＭ再生処理が実行されると、パティキュレートフィルタ９の中心部分におけるＰＭ酸化速度と周縁部分におけるＰＭ酸化速度が略均等になる。よって、ＰＭ再生処理の実行期間を短縮することができる。さらに、前記周縁部分のＰＭ酸化速度が前記中心部分のＰＭ酸化速度と同等以上であるときにヒータ９０が不要に作動される事態を回避することもできる。

以上述べた第１及び第２の実施例では、本発明にかかる切換機構として、バタフライ式の弁体１１ａを備えた弁機構１１を例に挙げたが、パティキュレートフィルタ９の中心部分から流出するＰＭ量と周縁部分から流出するＰＭ量とを個別に測定可能である限り如何なる機構であってもよい。

たとえば、図９に示すように、ケーシング８の内壁面に回動自在に支持されたフラップ１１０を用いてもよい。また、図１０に示すように、ＰＭセンサ１０の測定部１０ａをパティキュレートフィルタ９の径方向と平行に変位させる駆動機構１００を用いてもよい。さらに、パティキュレートフィルタ９の中心部分から流出する排気の経路上と周縁部分から流出する排気の経路上とにそれぞれＰＭセンサが配置されてもよい。

また、以上述べた第１及び第２の実施例では、本発明を適用する内燃機関として圧縮着火式の内燃機関を例示したが、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）に適用することも可能である。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ 吸気ポート
５ 燃料噴射弁
６ 排気ポート
７ 排気管
８ ケーシング
９ パティキュレートフィルタ
１０ ＰＭセンサ
１０ａ 測定部
１１ 弁機構
１１ａ 弁体
１１ｂ アクチュエータ
１３ アクセルポジションセンサ
１４ クランクポジションセンサ
９０ ヒータ
１００ 駆動機構
１１０ フラップ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタより下流の排気通路に配置され、排気中に含まれる粒子状物質の量を測定するＰＭセンサと、
   前記パティキュレートフィルタの径方向における中心部分から排出される排気に含まれる粒子状物質の量を前記ＰＭセンサに測定させる第１態様と、前記パティキュレートフィルタの径方向における周縁部分から排出される排気に含まれる粒子状物質の量を前記ＰＭセンサに測定させる第２態様と、を切り換える切換機構と、
   前記切換機構が前記第１態様にあるときに前記ＰＭセンサが検出する値から前記中心部分のＰＭ捕集量である第１捕集量を演算するとともに、前記切換機構が前記第２態様にあるときに前記ＰＭセンサが検出する値から前記周縁部分のＰＭ捕集量である第２捕集量を演算する演算部と、
   を備える内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、前記切換機構は、前記パティキュレートフィルタより下流かつ前記ＰＭセンサより上流の排気通路に配置され、前記中心部分から流出する排気の流れをＰＭセンサへ指向させる第１態様と前記周縁部分から流出する排気の流れを前記ＰＭセンサへ指向させる第２態様を切り換える機構である内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項２において、前記切換機構は、バタフライ式の弁体を具備し、前記第１態様においては前記中心部分と前記ＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して前記弁体が平行となり、前記第２態様においては前記周縁部分と前記ＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して前記弁体が平行なるように前記弁体の開度を調整する内燃機関の排気浄化システム。
4. 請求項３において、前記ＰＭセンサは、前記中心部分と前記ＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して前記弁体が平行となるとき、又は前記周縁部分と前記ＰＭセンサとを結ぶ仮想直線に対して前記弁体が平行となるときに、該弁体が全開となるように配置される内燃機関の排気浄化システム。
5. 請求項１において、前記切換機構は、前記中心部分から排出される排気の経路上に前記ＰＭセンサを移動させる第１態様と、前記周縁部分から排出される排気の経路上に前記ＰＭセンサを移動させる第２態様と、を切り換える機構である内燃機関の排気浄化システム。
6. 請求項１乃至５の何れか１項において、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化及び除去するために該パティキュレートフィルタを昇温させる処理であるＰＭ再生処理を行う再生処理部をさらに備え、
   前記再生処理部は、前記第１捕集量及び前記第２捕集量が予め定められた目標量以下となったときにＰＭ再生処理を終了する内燃機関の排気浄化システム。
7. 請求項４において、前記周縁部分を局所的に加熱するヒータをさらに備え、
   前記再生処理部は、ＰＭ再生処理の実行中において前記第１捕集量の減少速度に対して前記第２捕集量の減少速度が少ないときは前記ヒータを作動させる内燃機関の排気浄化システム。

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