WO2006041187A1

WO2006041187A1 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: WO2006041187A1
Application number: PCT/JP2005/019152
Authority: WO
Inventors: Takeshi Hashizume
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2006-04-20
Also published as: EP1801371A1; EP1801371B1; JP2006112252A; EP1801371A4; JP4214982B2

Abstract

　本発明が解決しようとする課題は、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭの酸化率に応じて適切なＰＭ強制再生処理を行える技術を提供することにある。この課題を解決するために、本発明は、パティキュレートフィルタのＰＭ強制再生処理を所定期間毎に実行する内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの高酸化率部位に捕集されているＰＭ量（ΣＰＭｐ）と低酸化率部位に捕集されているＰＭ量（ΣＰＭｆ）を各々演算し、ＰＭ強制再生処理実行開始時点で高酸化率部位のＰＭ捕集量（ΣＰＭｐ）が多く且つ低酸化率部位のＰＭ捕集量（ΣＰＭｆ）が少なければ、ＰＭ強制再生処理実行時の目標フィルタ温度を低酸化率部位のＰＭが酸化可能な温度（Ｔｅｍｐ２）より低い温度（Ｔｅｍｐ１）に設定するようにした。

Description

内燃機関の排気浄化装置

技術分野

本発明は、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し、特にパティキュレートフィルタの PM捕集能力を再生する技術に関する。

明

糸

背景技術

書

近年、車両などに搭載される内燃機関の排気浄化装置として、パティキュレートフィルタを備えたものが普及してきている。パティキュレートフィルタが捕集可能なパティキュレート（以下、 PMと記す）の量には限りがあるため、パティキユレートフィルタを所定の目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集されている P Mを酸化除去する P M強制再生処理が必要となる。

上記したような要求に対し、特公平 5— 5 0 5 7 1号公報には、パティキュレートフィルタの PM捕集量を逐次推定するとともに、その推定値が所定の上限量以上となった時に PM強制再生処理を開始し、前記推定値が所定の下限値以下となった時に PM強制再生処理を終了する技術が開示されている。

特許第 3 1 9 9 9 7 0号公報には、パティキュレートフィルタの PM捕集量が多くなるほど、 PM強制再生処理時におけるパティキュレートフィルタの温度上昇量を大きくする技術が開示されている。

特開 2 0 0 3— 1 6 6 4 1 2号公報には、パティキュレートフィルタを構成する隔壁の內部に堆積した P Mは酸化され易い旨の知見が開示されている。

特許第 2 6 2 3 8 7 9号公報には、 PMが自ずと燃焼することを考慮してパティキュレートフィルタの P M捕集量を演算する方法が開示されている。

発明の開示 PMの酸化率はパティキュレートフィルタの部位毎に異なる場合がある。しかしながら、前述したような従来の技術ではパティキュレートフィルタの部位毎に P M 酸化率が異なる点を考慮して P M強制再生処理が行われていないため、 P M強制再生処理実行時の目標フィルタ温度や P M強制再生処理の実行時期が不適切となる可能性がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされてものであり、その目的はパティキュレートフィルタに捕集された P Mの酸化率に応じて適切な P M強制再生処理を行える技術を提供する点にある。

本発明は、上記した目的を解決するために以下のような手段を採用した。本発明の特徴は、パティキュレートフィルタを昇温させるための P M強制再生処理を行うことにより該パティキュレートフィルタに捕集された P Mを強制的に酸化除去する内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに捕集された P M量を P M酸化率が異なる部位毎に求め、各部位の PM捕集量に応じて P M強制再生処理の目標フィルタ温度や実行時期を変更する点にある。

例えば、本発明は、パティキュレートフィルタを目標フィルタ温度まで昇温させるための P M強制再生処理が所定期間毎に行われる内燃機関の排気浄ィヒ装置において、パティキュレートフィルタの P M捕集量を P M酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、 P M強制再生処理の実行を開始する時点で酸化率が高い部位 (以下、高酸化率部位と称する）の捕集量が多く且つ酸化率が低い部位（以下、低酸化率部位と称する）の捕集量が少なくなるほど P M強制再生処理実行時の目標フ」ィルタ温度を低くするようにしてもよい。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置は、所定期間毎に P M強制再生処理を実行する。 P M強制再生処理が開始される際に高酸化率部位の P M捕集量が多く且つ低酸化率部位の P M捕集量が少なければ、 P M強制再生処理実行時の目標フ ' イノレタ温度は低く設定さ^ Lる。

高酸ィヒ率部位に捕集された P Mは低酸ィヒ率部位に捕集された P Mより低い温度で酸化される。このため、 P M強制再生処理が開始される際に高酸化率部位の P M捕集量が多く且つ低酸化率部位の P M捕集量が少なければ、 P M強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低くされてもパティキュレートフィルタに捕集された大部分の P Mが酸ィヒされる。その結果、パティキュレートフィルタの PM捕集能力が必要十分に再生される。

PM強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低く抑えられると、パティキユレートフィルタが高温に曝されなくなるため、該パティキュレートフィルタの耐久性を向上させることが可能となる。更に、 PM強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低く抑えられると、パティキュレートフィルタを目標フィルタ温度まで昇温させる際に必要となるエネルギが少なくなるため、内燃機関の燃費を向上させることも可能となる。

従って、パティキュレートフィルタの再生効率の低下を抑えつつパティキュレートフィルタの耐久性や内燃機関の燃費を向上させることが可能となる。

一方、 PM強制再生処理が開始される際に高酸化率部位の PM捕集量が少なく且つ低酸化率部位の PM捕集量が多いと、 P M強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が高く設定される。この場合、高酸化率部位に捕集されている PMに加え、低酸化率部位に捕集されている P Mも酸化され得るようになる。目標フィルタ温度が高く設定されると、その結果、パティキュレートフィルタの P M捕集能力が好適に再生される。

' 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタに捕集された PM量を P M酸化率が異なる部位毎に求め、各部位の PM捕集量に応じて PM強制再生処理の実行方法を変更することにより、 PM強制再生処理に起因したパティキュレートフィルタの耐久性低下や内燃機関の燃費低下を抑制しつつパティキュレートフィルタの P M捕集能力を再生させることが可能となる。

尚、低酸化率部位の捕集量がある程度多くなつた場合は、高酸化率部位の捕集量にかかわらず目標フィルタ温度が高くされるようにしてもよい。例えば、 P M強制再生処理実行開始時において低酸ィヒ率部位の捕集量が零である時は目標フィルタ温度を高酸化率部位の PMが酸化可能な温度に抑え、低酸化率部位の捕集量が零より多い時は目標フィルタ温度を低酸化率部位の PMが酸化可能な温度まで高めるようにしてもよい。

これは、低酸化率部位の捕集量がある程度多くなつた場合に、 PM強制再生処理実行時の目標フィルタ温度が低く設定されると、低酸化率部位に捕集されている比較的多量の PMが酸化されずに残留してしまうからである。

次に、本発明は、 PM捕集量が所定量を超えた時に PM強制再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置においては、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキユレ一ト量をパティキュレートの酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、高酸化率部位の PM捕集量が第 1所定量を超えた時にパティキユレ一トフィルタを第 1目標フィルタ温度まで昇温させる第 1 PM強制再生処理を行う第 1再生手段と、低酸化率部位の P M捕集量が第 2所定量を超えた時にパティキュレートフィルタを第 1目標フィルタ温度より高い第 2目標フィルタ温度まで昇温させる第 2 PM強制再生処理を行う第 2再生手段と、を備えるようにしてもよレ、。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、低酸化率部位の PM捕集量が第 2所定量を越えるより先に高酸化率部位の PM捕集量が第 1所定量を超えると、第 1再生手段が第 1 PM強制再生処理を実行する。一方、高酸化率部位の PM捕集量が第 1所定量を超えるより先に低酸化率部位の PM捕集量が第 2所定量を超えると、第 2再生手段が第 2 PM強制再生処理を実行する。

第 2 PM強制再生処理が行われた場合には、パティキュレートフィルタが比較的高い温度域まで昇温されるため、低酸化率部位に捕集された P Mを酸化させることが可能となる。

第 1 PM強制再生処理が行われた場合には、パティキュレートフィルタの温度が第 2 P M強制再生処理より低い温度に抑えられるため、パティキュレートフィルタを高温に曝すことなく高酸化率部位に捕集された PMを酸化させることが可能となる。更にパティキュレートフィルタの再生に起因した燃費の低下を抑制することも可能となる。

従って、パティキュレートフィルタにおいて P M酸化率が異なる部位毎の P M捕集量に応じて P M強制再生処理の目標フィルタ温度や実行時期を変更することにより、パティキュレートフィルタが高温に曝される機会を減少させつつパティキュレートフィルタの P M捕集能力を再生させることが可能となる。

ここで、第 2所定量は、第 1所定量より少なく設定されるようにしてもよい。第 2所定量が第 1所定量より少なく設定されると、低酸化率部位の P M捕集量が比較的多い時に第 1 P M強制再生処理が行われる可能性が低くなる。その結果、パティキュレートフィルタの再生効率低下を抑えることが可能となる。

本発明における捕集量演算手段は、高酸化率部位の捕集量を減算する時に、低酸化率部位の捕集量を減算する時に比べて減算量を多くするようにしてもよい。これは、高酸化率部位に捕集された P Mは、低酸化率部位に捕集された P Mに比べ、低い温度で酸化されるとともに酸ィヒ速度も速くなるからである。

本発明に係るパティキュレートフィルタとしては、多孔質から形成されるパティキュレートフィルタを例示することができる。この場合、酸化率が高い部位は基材の孔内及び孔近傍の基材表面であり、酸ィヒ率が低い部位は基材表面のうち孔近傍の部位を除いた部位である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図 2は、パティキュレートフィルタの構成を示す拡大断面図である。

図 3は、パティキュレートフィルタに捕集された P Mの酸化状態を示す説明する図である。

図 4は、フィルタ前後差圧とパティキュレートフィルタ全体の PM捕集量との関係を示す図である。

図 5は、第 1の実施例における P M捕集量算出ルーチンを示すフローチヤ一トである。

図 6は、第 1の実施例における目標フィルタ温度設定ルーチンを示すフローチヤートである。図 7は、第 2の実施例における目標フィルタ温度設定ルーチンを示すフローチヤートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

(実施例 1 )

先ず、本発明の第 1の実施例について図 1〜図 6に基づいて説明する。図 1は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図 1において、内燃機関 1は、軽油を燃料として運転される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、複数のシリンダ 2を有し、各シリンダ 2にはシリンダ 2内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁 3が設けられている。内燃機関 1には吸気通路 4が接続されている。吸気通路 4には遠心過給器（ターボチャージャ） 5のコンプレッサハウジング 5 0が配置されている。コンプレッサハウジング 5 0より上流の吸気通路 4にはエアフローメータ 6が配置されている。コンプレッサハウジング 5 0より下流の吸気通路 4には給気冷却器（インタークーラ） 7が配置されている。インタークーラ 7より下流の吸気通路 4には吸気絞り弁 8が配置されている。

また、内燃機関 1には排気通路 9が接続されている。排気通路 9の途中には、ターボチャージャ 5のタービンハウジング 5 1が配置されている。タービンハウジング 5 1より下流の排気通路 9にはパティキュレートフィルタ 1 0が配置されているパティキュレートフィルタ 1 0は、図 2に示すように、下流端が閉塞された流路 1 0 aと上流端が閉塞された流路 1 O bが交互に隣接するよう配置されるとともに、流路 1 0 aと流路 1 0 bの隔壁が多孔質の基材で形成されるウォールフロー型のパティキュレートフィルタである。前記した碁材には、酸化能を有する触媒が担持されている。ここで図 1に戻り、タービンハウジング 51より上流の排気通路 9には、該排気通路 9内を流れる排気中へ燃料を添加する燃料添加弁 1 1が配置されている。パティキュレートフィルタ 10より下流の排気通路 9には、排気温度センサ 12が配置されている。更に、排気通路 9には、パティキュレートフィルタ 10より上流の排気圧力と下流の排気圧力との差圧（以下、フィルタ前後差圧と称する）を検出する差圧センサ 1 3が設けられている。

このように構成された内燃機関 1には、 ECU 14が併設されている。 ECU1 4は、 CPU、 ROM, RAM、バックアップ RAM等から構成される算術論理演算回路である。

ECU 14は、上記したエアフローメータ 6、排気温度センサ 1 2、差圧センサ 1 3等の各種センサと電気的に接続されている。また、 ECU14は、燃料噴射弁 3、吸気絞り弁 8、燃料添加弁 1 1等と電気的に接続されている。

このように構成された内燃機関 1では、 E CU 14が燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となる PM再生制御を実行する。

PM再生制御では、 ECU 14は、 PM強制再生処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。本実施例における PM強制再生処理実行条件は、前回の PM強制再生処理実行時からの経過時間が一定時間以上である、前回の PM強制再生処理実行時からの車両走行距離が一定距離以上である等を例示することができる。

ECU14は、上記したような PM強制再生処理実行条件が成立していると判定した場合に、 PM強制再生処理を実行する。 PM強制再生処理では、 ECU 14は、吸気絞り弁 8の開度を減少させるとともに燃料添加弁 1 1から排気中へ燃料を添加させることにより、パティキュレートフィルタ 10を PM酸化可能な温度域まで昇温させる。パティキュレートフィルタ 10が PM酸化可能な温度域まで昇温させられると、該パティキュレートフィルタ 10に捕集されていた PMが酸化及び除去さ bる。

ところで、パティキュレートフィルタ 10に捕集された PMの酸ィ匕率は、その捕集部位によって異なる。例えば、パティキュレートフィルタ 10の細孔 10 d内や細孔 1 0 d近傍の部位は P M酸化率が高く、細孔 1 0 dから離れた部位（流路 1 0 a、 1 0 b内の中心寄りの部位）は PM酸化率が低くなる。

ここで、パティキュ.レートフィルタ 1 0に捕集された PMの酸ィ匕状態について図 3に基づいて述べる。図 3の（a ) は、パティキュレートフィルタ 1 0の P M捕集能力が飽和する直前の流路 1 0 aの状態を示している。図 3 ( a ) 中の塗りつぶし部分は、捕集された PMを示している。この場合、細孔 1 0 d内に PMが捕集されている上、隔壁 1 0 cの表面（流路 1 0 a内）にも P Mが堆積している。

図 3の（b ) は、 PM強制再生処理実行開始後の比較的早い時期における流路 1 0 aの状態を示している。この場合、細孔 1 0 d内や細孔 1 0 d近傍に捕集されていた PMが酸化除去され、細孔 1 0 dから離れた部分（言い換えれば、流路 1 0 a 内の中心寄りの部分）に捕集されいる P Mは酸化されずに残留している。

このように細孔 1 0 d内や細孔 1 0 d近傍に捕集された PMは、隔壁 1 0 cの表面に堆積した PMより酸化され易い。具体的には、隔壁 1 0 cの表面に堆積した P Mは 6 0 0〜7 0 0 °Cの雰囲気に曝されなければ酸化しづらいが、細孔 1 0 d内や細孔 1 0 d近傍に捕集された PMは 5 0 0 °C〜5 5 0 °C程度の雰囲気に曝されれば十分に酸化され得る。

これは、細孔 1 0 d内や細孔 1 0 d近傍に捕集された P Mはパティキュレートフィルタ 1 0に担持された酸化触媒の酸化作用を受け易レ、が、流路 1 0 a内の中心寄りに捕集された P Mは酸化触媒の酸化作用を受け難いためであると考えられる。本実施例では、細孔 1 0 d内及び細孔 1 0 d近傍（高酸化率部位）に捕集された PM量と、流路 1 0 a、 1 0 b (低酸化率部位）に捕集された PM量とを個別に求め、 PM強制再生処理実行開始時における各部位の PM捕集量に応じて PM強制再生処理実行時の目標フィルタ温度を変更するようにした。

先ず、細孔 1 0 d内及び細孔 1 0 d近傍（以下、単に細孔 1 0 d内と記す）の P M捕集量と流路 1 0 a、 1 0 b内の PM捕集量を個別に求める方法について述べるパティキュレートフイノレタ 1 0内を流れる排気は、流路 1 0 aから細孔 1 0 dを経て流路 1 0 bへ流れる。細孔 1 0 dの通路断面積は流路 1 0 aに比べて極めて小さいため、排気中の PMは流路 1 0 a内に比べて細孔 1 0 d内に捕集され易くなる従って、パティキュレートフィルタ 1 0が P Mを捕集する場合に、排気中の PM は先ず細孔 1 0 d内に捕集される。続いて、細孔 1 0 d内の P M捕集能力が飽和すると、排気中の PMが流路 1 0 a内に捕集されるようになる。この傾向は、本実施例で例示したようなゥォールフ口一型のパティキュレートフィルタにおいて顕著となる。

尚、ウォールフロー型のパティキュレートフィルタでは、細孔 1 0 d内の P M捕集能力が飽和した後は、排気中に含まれる PMの大部分が流路 1 0 a内に捕集され、流路 1 0 b内には殆ど捕集されない。このため、 '以下では、細孔 1 0 d内の PM 捕集能力が飽和した後は、排気中に含まれる PMの略全てが流路 1 0 a内に捕集されると仮定して説明を進める。

上記したようにパティキュレートフィルタ 1 0が PMを捕集する過程では、フィルタ前後差圧がパティキュレートフィルタ 1 0全体の P M捕集量が増加するほど大きくなるが、細孔 1 0 d内に PMが捕集される過程と流路 1 0 a内に PMが捕集される過程とではフィルタ前後差圧の増加率が異なる。

図 4は、フィルタ前後差圧とパティキュレートフィルタ 1 0全体の総 P M捕集量との関係を示す図である。図 4中の D p 0はパティキュレートフィルタ 1 0の総 P M捕集量が零であるときのフィルタ前後差圧を示し、 D p sは細孔 1 0 d内の PM 捕集能力が飽和した時のフィルタ前後差圧（以下、基準フィルタ前後差圧と称する ) を示し、更に∑P M sはフィルタ前後差圧が基準フィルタ前後差圧 D p sであるときの総 PM捕集量であって細孔 1 0 d内に捕集可能な PM捕集量の最大値（以下、細孔内最大捕集量と称する）を示している。

フィルタ前後差圧が基準フィルタ前後差圧 D p s以下である時（細孔 1 0 d内に PMが捕集される過程）は、フィルタ前後差圧が急激に増加している。これに対し、フィルタ前後差圧が基準フィルタ前後差圧 D p sより高くなつた時（流路 1 0 a 内に PMが捕集される過程）は、フィルタ前後差圧が穏やかに増加している。従って、基準フィルタ前後差圧 Dp sを予め実験的に求めておき、 PM強制再生処理実行開始時における差圧センサ 13の出力信号値と前記基準フィルタ前後差圧 D p sとを比較することにより、細孔 10 d内のみに PMが捕集されている力或いは細孔 10 d内と流路 10 a内の双方に PMが捕集されているかを判別することができる。 .

具体的には、 PM強制再生処理実行開始時における差圧センサ 1 3の出力信号値が基準フィルタ前後差圧 D p s以下である時は細孔 10 d内のみに PMが捕集されていると判定することができるとともに、差圧センサ 1 3の出力信号値が基準フィルタ前後差圧 Dp sより高い時は細孔 10 d内と流路 10 a内の双方に PMが捕集されている判定することができる。

差圧センサ 13の出力信号値が基準フィルタ前後差圧 Dp s以下である時は、パティキュレートフィルタ 1 0の総 PM捕集量を細孔 10 d内の PM捕集量とみなすことができるとともに、流路 10 a内の PM捕集量が零であるとみなすことができる。一方、差圧センサ 13の出力信号値が基準フィルタ前後差圧 Dp sより大きい時は、細孔 10 d内の PM捕集量が細孔内最大捕集量∑PMsと等しく且つ流路 1 0 a内の PM捕集量が総 PM捕集量から細孔内最大捕集量∑PMsを減算した量に等しいとみなすことができる。

尚、 PM強制再生処理が実行されていない時であっても内燃機関 1が高負荷運転されると、排気温度が 500°C以上まで上昇する場合がある。このような場合には、パティキュレートフィルタ 10に捕集された PMが酸化されるため、 PM捕集量を減算処理する必要がある。

例えば、排気温度が細孔 10 d内の PMが酸化可能な温度以上であり且つ流路 1 0 a内の PMが酸化可能な温度未満である場合は、流路 10 a内の PMが酸化されずに細孔 10 d内の PMのみが酸ィ匕される。そこで、 ECU 14は、細孔 10 d内の p M捕集量のみを減算処理する。

また、排気温度が流路 10 a内の PMが酸化可能な温度以上である場合は、細孔 1 0 d内と流路 1 0 a内の双方の PMが酸化される。そこで、 E C U 1 4は、細孔 1 0 d内の P M捕集量と流路 1 0 a内の PM捕集量とを減算処理する。

但し、細孔 1 0 d内の PMは流路 1 0 a内の PMに比して酸化率が高いため、細孔 1 0 d内の PM捕集量を減算する場合には流路 1 0 a内の PM捕集量を減算する場合より減算量を多くする。

PM強制再生処理実行開始時における各部位の捕集量が求められると、 E C U 1 4は、細孔 1 0 d内の PM捕集量と流路 1 0 a内の PM捕集量とに基づいて目標フィルタ温度を設定する。

例えば、細孔 1 0 d内の PM捕集量が多く且つ流路 1 0 a内の PM捕集量が少ない時は、細孔 1 0 d内の PMのみを酸化除去することによりパティキュレートフィノレタ 1 0の PM捕集能力を必要十分に再生させることができる。このため、 E C U 1 4は、細孔 1 0 d内の P M捕集量が多く且つ流路 1 0 a内の P M捕集量が少ない場合は、目標フィルタ温度を細孔 1 0 d内の PMが酸化可能な温度（例えば、 5 0 0 °C〜5 5 0 °C) に設定する。

この場合、パティキュレートフィルタ 1 0の温度を低く抑えつつパティキュレートフィルタ 1 0の PM捕集能力を再生させることができる。このため、パティキュレートフィルタ 1 0が不要に高い温度まで昇温させられることがなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ 1 0の耐久性を向上させることができるとともに、パティキュレートフィルタ 1 0の昇温に要する燃料消費量を低減させることができる。

また、流路 1 0 a内の P M捕集量がある程度多くなつた場合には、 E C U 1 4は、目標フィルタ温度を流路 1 0 a内の PMが酸化可能な温度（例えば、 6 0 0 °C〜 7 0 0 °C) まで高める。

この場合、細孔 1 .0 d内に捕集されている P Mに加え、流路 1 0 a内に捕集されている PMも酸化されるため、パティキュレートフィルタ 1 0に捕集されている略全ての PMを酸化除去することが可能となる。

以下、本実施例における P M再生制御について図 5、図 6に沿って説明する。図 5はパティキュレートフィルタ 10の PM捕集量を演算するためのルーチンを示すフローチヤ一トであり、図 6は PM強制再生処理の目標フィルタ温度を設定するためのルーチンを示すフローチャートである。これらのルーチンは、 ECU 14の R OMに予め記憶されているルーチンであり、 ECU14によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。 '

先ず、図 5のルーチンにおいて、 ECU 14は、 S 101で排気温度センサ 12 の出力信号値 T e Xが第 1の温度 T 1より低いか否かを判別する。第 1の温度 T 1 は、細孔 10 d内に捕集された PMが酸化可能な温度の下限値である。 '

前記 S 101において肯定判定された場合は、 ECU14は、 S 102において差圧センサ 13の出力信号値（フィルタ前後差圧） Dpを読み込む。

S 103では、 ECU14は、前記 S 102で読み込まれたフィルタ前後差圧 D pと前述した図 4に示すようなマップに基づいてパティキュレートフィルタ 10の総 PM捕集量∑ PMを算出する。

S 104では、 ECU 14は、前記 S 102で読み込まれたフィルタ前後差圧 D pが基準フィルタ前後差圧 Dp s以下であるか否かを判別する。

前記 S 104において肯定判定された場合は、 ECU14は、 S 105へ進み、前記 S 103で算出された総 PM捕集量∑ PMを細孔 10 d内に捕集されている P Mi (以下、細孔内捕集量と称する） ΣΡΜρとして設定するとともに、流路 10 a内に捕集されている ΡΜ量（以下、流路内捕集量と称する） ∑PMf を零に設定する。

前記 S 104において否定判定された場合は、 ECU14は、 S 106へ進み、基準フィルタ前後差圧 Dp sに対応した PM捕集量 ΣΡΜ (二細孔内最大捕集量∑ PMs) を細孔内捕集量 ΣΡΜρとして設定するとともに、前記 S 103で算出された総 ΡΜ捕集量∑ ΡΜから細孔内最大捕集量∑ PMsを減算して得られる量△∑ PM (=∑ ΡΜ-Σ PMs) を流路内捕集量∑ PMf として設定する。

また、前記 S 101において否定判定された場合 (T e x≥T 1) は、 ECU1 4は、 S 107へ進み、排気温度 Te Xが第 2の温度 T 2より低いか否かを判別する。第 2の温度 T 2は、流路 10 a内に捕集された ΡΜが酸化可能な温度の下限値である。

前記 S 107において肯定判定された場合（T e x<T2) は、 ECU 14は、 S 108へ進み、細孔内捕集量 ΣΡΜρの減算処理を行う。その際、単位時間当たりに酸化される ΡΜ量は排気温度 Te Xに応じて変化するため、排気温度 Te xをパラメータとして減算量が決定されるようにしてもよい。

また、前記 S 107において否定判定された場合（Te x≥T2) は、 ECU1 4は、 S 109へ進み、細孔内捕集量∑ PMp及び流路内捕集量∑ PMf の双方について減算処理を行う。その際、流路内捕集量∑ PMf の減算量は、細孔内捕集量 ∑ PMpの減算量より小さくなるようにする。

また、図 6のルーチンでは、 ECU 14は、先ず S 201において、前回の PM 強制再生処理実行時からの経過時間が所定時間以上であるか否かを判別する。前記 S 20 1において否定判定された場合は、 ECU 14は本ルーチンの実行を一旦終了する。また、前記 S 201において肯定判定された場合は、 ECU 14は S 202へ進む。

S 202では、 ECU14は、前述した図 5のルーチンで求められた最新の細孔内捕集量∑ PMp及ぴ流路内捕集量∑ PMf を読み込む。

前記 S 203では、流路内捕集量∑ PMf が所定量 PM1より少ないか否かを判別する。所定量 PM1は、該所定量 PM1の PMがパティキュレートフィルタ 10 の流路 10 a内に残留した状態で内燃機関 1が所定時間運転されてもパティキュレートフィルタ 10の PM捕集能力が飽和しない量であればよいが、本実施例では零に設定される。

前記 S 203において肯定判定された場合は、 ECU14は、 S 204へ進み、 PM強制再生処理の目標フィルタ温度を第 1の目標フィルタ温度 T emp 1に設定する。第 1の目標フィルタ温度 T emp 1は、細孔 10 d内に捕集されている PM が酸化可能な温度であり、例えば 500°C〜550°C程度に設定される。

目標フィルタ温度が第 1の目標フィルタ温度 T e nip 1に抑えられると、細孔 1 0 d内に捕集された PMが酸化除去されるが、流路 10 a内に捕集されている PM が殆ど酸化除去されないようになる。但し、流路内捕集量∑PMf が零であるため、細孔 10 d内に捕集されている PMが再生されれば、パティキュレートフィルタ 10の PM捕集能力が再生されることになる。

更に、目標フィルタ温度が第 1の目標フィルタ温度 Temp 1に抑えられると、パティキュレートフィルタ 10が不要に高温な雰囲気に曝されることがなくなる。その結果、パティキュレートフィルタ 10の耐久性を向上させることが可能になるとともに、パティキュレートフィルタ 10の昇温に要する燃料消費量を低減することが可能になる。

尚、上記した PM強制再生処理は、細孔内捕集量 ΣΡΜρが零となるまで実行されるようにしてもよい。その場合、 ECU14は、 ΡΜ強制再生処理実行中も前述した図 5の ΡΜ捕集量算出ルーチンを実行し、該 ΡΜ捕集量算出ルーチンによって算出される細孔内捕集量∑ Ρ Μ ρが零となった時点で Ρ Μ強制再生処理を終了すればよい。

一方、前記 S 203において否定判定された場合は、 ECU14は、 S 205へ進み、目標フィルタ温度を前記した第 1の目標フィルタ温度 T e m ρ 1より高い第 2の目標フィルタ温度 T emp 2に設定する。第 2の目標フィルタ温度 T e m p 2 は、流路 10 a内に捕集されている PMが酸化可能な温度であり、例えば 600 °C 〜700°C程度に設定される。

目標フィルタ温度が第 2の目標フィルタ温度 T emp 2まで高められると、細孔 10 d内に捕集されている PMに加え、流路 10 a内に捕集されている PMも酸化除去されることになる。その結果、パティキュレートフィルタ 10の PM捕集能力を好適に再生させることが可能となる。

尚、上記した PM強制再生処理は、細孔内捕集量 ΣΡΜρ及び流路内捕集量 ΣΡ Mf が零となるまで実行されるようにしてもよい。その場合、 ECU 14は、 PM 強制再生処理実行中も前述した図 5の PM捕集量算出ルーチンを実行し、該 PM捕集量算出ルーチンによって算出される細孔内捕集量∑ P M pが零となり且つ流路内捕集量∑ PM f が零となった時点で PM強制再生処理を終了すればよい。

このように ECU 14が図 5、 6のルーチンを実行すると、所定時間毎に PM強制再生処理が実行される内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ 10の PM捕集量を PM酸化率が異なる部位毎に求めることができるとともに、各部位の PM捕集量に応じた最適な目標フィルタ温度を設定することができる。この結果、パティキュレートフィルタ 10が不要に高い温度に曝されることがなくなるため、パティキュレートフィルタ 10の耐久性を向上させることが可能になるとともに、パティキュレートフイノレタ 10の昇温に要する燃料消費量を低減することが可能となる。

(実施例 2)

次に、本発明の第 2の実施例について図 7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、同様の説明については説明を省略する。

前述した第 1の実施例では、所定期間毎に PM強制再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用する場合について述べたが、本実施例ではパティキュレートフィルタの P M捕集量が所定量以上となったときに P M強制再生処理が行われる内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用する例について述べる。

この場合、 E C U 14は、前述した第 1の実施例と同様の方法により細孔内捕集量 ΣΡΜρと流路内捕集量∑PMf を求め、細孔内捕集量 ΣΡΜρが第 1の所定量 ΡΜ 2以上となった時、或いは流路内捕集量∑PMf が第 2の所定量 ΡΜ 3以上となった時に PM強制再生処理を行う。

細孔内捕集量∑ P M pが第 1の所定量 P M 2以上となったことを条件に P M強制再生処理が行われる場合には、 ECU14は、目標フィルタ温度を第 1の目標フィルタ温度 T emp 1に設定して PM強制再生処理を実行する（以下、第 1 PM強制再生処理と称する）。流路内捕集量∑PMf が第 2の所定量 PM 3以上となったことを条件に PM強制再生処理が行われる場合には、 ECU 14は、目標フィルタ温度を第 2の目標フィルタ温度 T emp 2に設定して PM強制再生処理を実行する（以下、第 2 PM強制再生処理と称する）。

'尚、前記した第 1の所定量 PM 2は、細孔内捕集量 ΣΡΜρの最大量、すなわち、細孔内最大捕集量∑PM sと同量である。前記した第 2の所定量 PM3は、該第 2の PM所定量 PM3の PMがパティキュレートフィルタ 10の流路 10 a、 10 b内に残留した状態で内燃機関 1が運転されても背圧が過剰に高くならず、且つ高負荷運転から減速運転状態へ移行した場合等に該第 2の所定量 P M 3の P Mが一斉に酸化されてもパティキュレートフィルタ 10が過昇温しない量である。

以下、本実施例における PM再生制御について図 7に沿って説明する。図 7は、 PM再生制御ルーチンを示すフローチヤ一トである。この PM再生制御ルーチンは、予め ECU 14の ROMに記憶されているルーチンであり、 ECU14によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。

PM再生制御ルーチンにおいて、 E CU 14は、先ず S 301において細孔内捕集量∑ PMpと流路内捕集量∑ PM f を読み込む。

S 302では、 ECU 14は、前記流路内捕集量∑ PMf が第 2の所定量 PM3 より少ないか否かを判別する。

前記 S 302において肯定判定された場合は、 ECU14は、 S 303へ進む。 S 303では、 ECU 14は、細孔内捕集量∑ P'Mpが第 1の所定量 PM 2以上であるか否かを判別する。

前記 S 303において否定判定された場合は、 E CU 14は本ルーチンの実行を一旦終了する。前記 S 303において肯定判定された場合は、 ECU14はS 30 4へ進む。 S 304では、 E C U 14は、前述した第 1 PM強制再生処理を実行する。

この場合、パティキュレートフィルタ 10の温度が第 1の目標フィルタ温度 Te mp lに抑えられるため、細孔 10 d内の PMが適当に酸化されるが、流路 10 a 内に捕集された PMは殆ど酸化されない。伹し、流路内捕集量∑ PMf が十分に少ないため、パティキュレートフィルタ 10の再生効率が大幅に低下することはない。依って、パティキュレートフィルタ 10を不要に高い温度に曝すことなく、パティキュレートフィルタ 10の PM捕集能力を必要十分に再生させることが可能となる。

前記 S 302において否定判定された場合は、 ECU 14は、 S 305へ進む。 S 305では、 ECU14は、細孔内捕集量∑ PMpに関わらず第 2 PM強制再生処理を実行する。 .

この場合、パティキュレートフィルタ 1 0が第 2の目標フィルタ温度 T emp 2 まで昇温させられるため、細孔 10 d内及び流路 10 a内に捕集された PMが酸化除去されることになる。

以上述べた第 2の実施例によれば、 P M捕集量が所定量以上となったことを条件に PM強制再生処理が実行される内燃機関の排気浄化装置において、前述した第 1 の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 内燃機関の排気通路に配置された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を目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集された PMを酸化除去する PM強制再生処理を行う再生手段と、

前記パティキュレートフイノレタに捕集されたパティキュレート量を、パティキュレー卜の酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、

前記 P M強制再生処理の実行開始時に酸化率が高い部位の捕集量が多く且つ酸化率が低レ、部位の捕集量が少なくなるほど前記目標フィルタ温度を低く補正する再生温度制御手段と、

を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

2 . 請求項 1において、再生温度制御手段は、酸化率が低い部位にパティキユレ一トが捕集されていなければ前記目標フィルタ温度を第 1目標フィルタ温度に設定し、酸ィ匕率が低い部位にパティキュレートが捕集されていれば前記目標フィルタ温度を前記第 1目標フィルタ温度より高い第 2目標フィルタ温度に設定することを特徴とする内燃機関の排気浄ィ匕装置。

3 . 内燃機関の排気通路に配置された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に捕集されたパティキュレート量を、パティキュレートの酸化率が異なる部位毎に演算する捕集量演算手段と、

酸化率が高い部位の捕集量が第 1所定量を超えた時に、前記パティキュレートフィルタを第 1目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを酸化除去する第 1 PM強制再生処理を行う第 1再生手段と、

酸化率が低い部位の捕集量が第 2所定量を超えた時に、前記パティキュレートフィルタを前記第 1目標フィルタ温度より高い第 2目標フィルタ温度まで昇温させて該パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを酸化除去する第 2 P M強制再生処理を行う第 2再生手段と、

を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

4 . 請求項 1又は 3において、前記捕集量演算手段は、前記酸化率が高い部位の捕集量を減算する時は、前記酸ィヒ率が低い部位の捕集量を減算する時に比べて減算量を多くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

5 . 請求項 1〜4の何れか一において、前記パティキュレートフィルタは多孔質の基材を有し、前記酸化率が高い部位は前記基材の孔内及び孔近傍の表面であり、且つ、前記酸化率が低い部位は前記孔近傍を除く前記基材の表面であること ¾r特徴とする内燃機関の排気浄化装置。