WO2014010064A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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中山　茂樹
寛真 西岡
大地 今井
寛 大月
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine.
  • a compression ignition type internal combustion engine in which a particulate filter for collecting particulate matter in exhaust gas is disposed in an exhaust passage is known. As a result, the amount of particulate matter discharged into the atmosphere is suppressed.
  • the pressure loss of the particulate filter gradually increases. As a result, the engine output may be reduced.
  • Patent Document 1 an internal combustion engine that performs PM removal processing for burning particulate matter to be removed from the particulate filter by raising the temperature of the particulate filter while maintaining the particulate filter in an oxidizing atmosphere.
  • Patent Document 1 an internal combustion engine that performs PM removal processing for burning particulate matter to be removed from the particulate filter by raising the temperature of the particulate filter while maintaining the particulate filter in an oxidizing atmosphere.
  • Patent Document 1 an internal combustion engine that performs PM removal processing for burning particulate matter to be removed from the particulate filter by raising the temperature of the particulate filter while maintaining the particulate filter in an oxidizing atmosphere.
  • the exhaust gas contains an incombustible component called ash, and this ash is collected by the particulate filter together with the particulate matter.
  • ash does not burn or vaporize and remains on the particulate filter.
  • the engine operation time becomes longer, the ash amount on the particulate filter gradually increases, and the pressure loss of the particulate filter gradually increases.
  • the engine output may be reduced.
  • a particulate filter disposed in an engine exhaust passage for collecting particulate matter contained in exhaust gas, the exhaust gas inflow disposed alternately. And a porous partition wall that separates the exhaust gas inflow passage and the exhaust gas outflow passage from each other.
  • the partition wall is formed by a coat layer having an average pore diameter smaller than the average pore diameter of the partition wall substrate. A coating region where the material surface is covered and a non-coating region where the substrate surface is not covered by the coating layer on the downstream side of the coating region are partitioned, and the ash contained in the exhaust gas in the non-coating region forms partition walls.
  • the particulate filter pore size is set so that it can pass, and whether the particulate matter collection rate of the particulate filter has fallen beyond the allowable lower limit.
  • an exhaust gas purification device for an internal combustion engine comprising PM removal means for performing processing.
  • a particulate filter disposed in an engine exhaust passage for collecting particulate matter contained in exhaust gas, wherein the particulate matter trapping of the particulate filter is performed.
  • the concentration is kept almost constant regardless of the increase of the pressure loss of the particulate filter or increases as the pressure loss of the particulate filter increases, and the pressure of the particulate filter
  • the particulate filter decreases as the pressure loss increases, and the particulate filter and the determination to determine whether the particulate matter collection rate of the particulate filter has fallen beyond the allowable lower limit
  • the discriminating means for processing and the particulate matter trapping of the particulate filter Provided is an internal combustion engine exhaust gas purification device comprising PM removal means for performing PM removal processing for removing particulate matter from a particulate filter when it is determined that the rate has dropped beyond an allowable lower limit.
  • a particulate filter disposed in an exhaust passage for collecting particulate matter contained in exhaust gas, the particulate matter trapping on the particulate filter.
  • the rate of change in the pressure loss of the particulate filter with respect to the collected amount is maintained almost constant regardless of the increase in the collected amount of particulate matter when the collected amount of the particulate matter is small, or the collected amount of particulate matter is increased.
  • the particulate filter and the particulate matter collection rate of the particulate filter that increase as the amount of particulate matter collected increases and decrease as the amount of particulate matter collected increases and increases through a minimum value.
  • Determining means for determining whether or not the amount of the particulate matter has fallen beyond the allowable lower limit, and the particulate matter collection rate of the particulate filter exceeds the allowable lower limit When it is determined that beat the exhaust gas purification device for an internal combustion engine equipped with PM removal means for performing a PM removal process for removing particulate matter from the particulate filter, it is provided.
  • the discriminating means detects the pressure loss of the particulate filter, and when the detected pressure loss increases beyond the allowable upper limit value, the particulate matter collection rate decreases beyond the allowable lower limit value. Is determined.
  • the determining means determines a change rate of the pressure loss of the particulate filter with respect to the particulate matter trapped amount on the particulate filter and determines whether or not a minimum value has occurred in the change rate of the pressure loss, When it is determined that a minimum value has occurred in the rate of change of the pressure loss, it is determined that the particulate matter collection rate has decreased beyond an allowable lower limit.
  • the determination means obtains the amount of particulate matter that has flowed into the particulate filter, obtains the amount of particulate matter that has flowed out of the particulate filter, and based on the obtained amount of particulate matter.
  • the particulate matter collection rate of the filter is obtained, and it is determined whether or not the obtained particulate matter collection rate has fallen beyond an allowable lower limit.
  • FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. It is a front view of a particulate filter. It is side surface sectional drawing of a particulate filter. It is a partial expanded sectional view of a partition. It is a partial expanded sectional view of a coat layer. It is the schematic explaining the collection mechanism of a particulate filter. It is the schematic explaining the collection mechanism of a particulate filter. It is the schematic explaining the collection mechanism of a particulate filter. It is the schematic explaining the collection mechanism of a particulate filter. It is the schematic explaining the collection mechanism of a particulate filter. It is the schematic explaining the collection mechanism of a particulate filter. It is a diagram which shows the particulate matter collection rate of a particulate filter with respect to the pressure difference of a particulate filter.
  • 1 is a main body of a compression ignition internal combustion engine
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber 2
  • 4 is an intake manifold.
  • Reference numeral 5 denotes an exhaust manifold.
  • the intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 c of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 c is connected to the air cleaner 9 via the air flow meter 8.
  • An electrically controlled throttle valve 10 is arranged in the intake duct 6, and a cooling device 11 for cooling intake air flowing in the intake duct 6 is arranged around the intake duct 6.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7 t of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 t is connected to the exhaust aftertreatment device 20.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 16 through a fuel supply pipe 15. Fuel is supplied into the common rail 16 from an electronically controlled fuel pump 17 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 16 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 15. In the embodiment shown in FIG. 1, this fuel is composed of light oil.
  • the internal combustion engine comprises a spark ignition internal combustion engine. In this case, the fuel is composed of gasoline.
  • the exhaust aftertreatment device 20 includes an exhaust pipe 21 connected to the outlet of the exhaust turbine 7t, a catalytic converter 22 connected to the exhaust pipe 21, and an exhaust pipe 23 connected to the catalytic converter 22.
  • a wall flow type particulate filter 24 is disposed in the catalytic converter 22.
  • the catalyst converter 22 is provided with a temperature sensor 25 for detecting the temperature of the particulate filter 24.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter 24 is disposed in the exhaust pipe 21.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out from the particulate filter 24 is disposed in the exhaust pipe 23. The temperature of these exhaust gases represents the temperature of the particulate filter 24.
  • the catalyst converter 22 is further provided with a pressure loss sensor 26 for detecting the pressure loss of the particulate filter 24.
  • the pressure loss sensor 26 includes a pressure difference sensor for detecting a pressure difference upstream and downstream of the particulate filter 24.
  • the pressure loss sensor 26 is a sensor that is attached to the exhaust pipe 21 and detects the engine back pressure.
  • a fuel addition valve 27 is attached to the exhaust manifold 5. Fuel is added from the common rail 16 to the fuel addition valve 27, and fuel is added from the fuel addition valve 27 into the exhaust manifold 5. In another embodiment, the fuel addition valve 27 is disposed in the exhaust pipe 21.
  • the electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31.
  • Output signals of the air flow meter 8, the temperature sensor 25, and the pressure difference sensor 26 are input to the input port 35 via corresponding AD converters 37, respectively.
  • the accelerator pedal 39 is connected to a load sensor 40 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 39.
  • the output voltage of the load sensor 40 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done.
  • the input port 35 is connected to a crank angle sensor 41 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 °.
  • the CPU 34 calculates the engine speed Ne based on the output pulse from the crank angle sensor 41.
  • the output port 36 is connected to the fuel injection valve 3, the throttle valve 10 drive device, the EGR control valve 13, the fuel pump 17, and the fuel addition valve 27 through corresponding drive circuits 38.
  • FIGS. 2A and 2B show the structure of the wall flow type particulate filter 24.
  • FIG. 2A shows a front view of the particulate filter 24, and
  • FIG. 2B shows a side sectional view of the particulate filter 24.
  • the particulate filter 24 has a honeycomb structure, and a plurality of exhaust flow passages 71i and 71o extending in parallel with each other, and a partition wall separating the exhaust flow passages 71i and 71o from each other. 72.
  • FIG. 1 shows a honeycomb structure, and a plurality of exhaust flow passages 71i and 71o extending in parallel with each other, and a partition wall separating the exhaust flow passages 71i and 71o from each other. 72.
  • the exhaust flow passages 71i and 71o are composed of an exhaust gas inflow passage 71i having an upstream end opened and a downstream end closed by a plug 73d, and an upstream end closed by a plug 73u and a downstream end.
  • the exhaust gas outflow passage 71o is opened.
  • hatched portions indicate plugs 73u. Therefore, the exhaust gas inflow passages 71 i and the exhaust gas outflow passages 71 o are alternately arranged via the thin partition walls 72.
  • each exhaust gas inflow passage 71i is surrounded by four exhaust gas outflow passages 71o, and each exhaust gas outflow passage 71o is surrounded by four exhaust gas inflow passages 71i.
  • the exhaust flow passage is constituted by an exhaust gas inflow passage whose upstream end and downstream end are opened, and an exhaust gas outflow passage whose upstream end is closed by a plug and whose downstream end is opened.
  • the partition wall 72 is divided into a coat region CZ and a non-coat region NCZ located on the downstream side of the coat region CZ.
  • the surface of the base material 72 s of the partition wall 72 is covered with the coat layer 75 in the coat region CZ.
  • the surface of the partition wall base material 72s is not covered with the above-described coat layer 75.
  • the coat layer 75 is provided on one surface of the partition wall substrate 72s facing the exhaust gas inflow passage 71i. In another embodiment, the coat layer 75 is provided on one surface of the partition wall substrate 72s facing the exhaust gas outflow passage 71o. In yet another embodiment, the coat layer 75 is provided on both surfaces of the partition wall base 72s facing the exhaust gas inflow passage 71i and the exhaust gas outflow passage 71o.
  • the partition wall base 72s in the coat region CZ is thinner than the partition base 72s in the non-coat region NCZ, and the thickness of the partition 72 in the coat region CZ and the non-coat region NCZ.
  • the thickness of the partition wall 72 is substantially equal to each other. Therefore, the exhaust gas inflow passage and the flow passage area of 71i in the coat region CZ and the flow passage area of the exhaust gas inflow passage and 71i in the non-coat region NCZ are substantially equal to each other.
  • the thickness of the partition wall base material 72s in the coat region CZ and the thickness of the partition wall base material 72s in the non-coat region NCZ are substantially equal, and the flow area of the exhaust gas inflow passage 71i in the coat region CZ is the same.
  • the exhaust gas inflow passage in the non-coat region NCZ and the flow passage area of 71i are smaller by the coat layer 75.
  • the upstream edge of the coating region CZ substantially coincides with the upstream end of the partition wall 72.
  • the upstream edge of the coat region CZ is located downstream of the upstream end of the partition wall 72.
  • the downstream edge of the non-coated region NCZ substantially coincides with the downstream end of the partition wall 72.
  • the downstream edge of the uncoated region NCZ is located upstream from the downstream end of the partition wall 72.
  • the longitudinal length of the coat region CZ is set to, for example, 50% to 90% of the longitudinal length of the particulate filter 24.
  • the partition wall substrate 72s is formed of a porous material, for example, a ceramic such as cordierite, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, titania, alumina, silica, mullite, lithium aluminum silicate, and zirconium phosphate.
  • a ceramic such as cordierite, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, titania, alumina, silica, mullite, lithium aluminum silicate, and zirconium phosphate.
  • the coat layer 75 is formed of a large number of particles 76 as shown in FIG. 4, and has a large number of gaps or pores 77 between the particles 76. Therefore, the coat layer 75 has porosity. Therefore, as shown by an arrow in FIG. 2B, the exhaust gas first flows into the exhaust gas inflow passage 71i, and then flows into the adjacent exhaust gas outflow passage 71o through the surrounding partition wall 72.
  • the particles 76 are made of a metal having an oxidation function.
  • a platinum group metal such as platinum Pt, rhodium Rh, or palladium Pd can be used.
  • the particles 76 are composed of a ceramic similar to the partition wall substrate 72s.
  • the particles 76 are composed of one or both of ceramic and metal.
  • the average pore diameter of the partition wall substrate 72s is set to 25 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the pore diameter of the partition wall 72 is set so that the ash contained in the exhaust gas can pass through the partition wall 72 in the uncoated region NCZ.
  • the pore diameter of the partition wall 72 is set so that the particulate material and the ash can pass through the partition wall 72 in the uncoated region NCZ. You can also see that.
  • the average pore diameter of the partition wall substrate 72s is 50 ⁇ m or less, the mechanical strength of the partition wall 72 can be secured.
  • the average pore diameter of the coat layer 75 is set smaller than the average pore diameter of the partition wall substrate 72s. Specifically, the average pore diameter of the coat layer 75 is set so that the coat layer 75 can collect the particulate matter contained in the exhaust gas. Furthermore, the average diameter of the particles 76 (secondary particles) is set to 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. If the average diameter of the particles 76 is smaller than 1 ⁇ m, the amount of the particulate matter passing through the coat layer 75 becomes larger than the allowable amount. If the average diameter of the particles 76 is larger than 10 ⁇ m, the pressure loss of the particulate filter 24 or the coat layer 75 becomes larger than the allowable value.
  • the exhaust gas contains particulate matter mainly formed from solid carbon. This particulate matter is collected on the particulate filter 24.
  • ash is contained in the exhaust gas, and this ash is also collected by the particulate filter 24 together with the particulate matter. It has been confirmed by the present inventors that this ash is mainly formed from calcium salts such as calcium sulfate CaSO 4 and zinc phosphate calcium Ca 19 Zn 2 (PO 4 ) 14 .
  • Calcium Ca, zinc Zn, phosphorus P and the like are derived from engine lubricating oil, and sulfur S is derived from fuel. That is, taking calcium sulfate CaSO 4 as an example, engine lubricating oil flows into combustion chamber 2 and burns, and calcium Ca in the lubricating oil combines with sulfur S in the fuel to produce calcium sulfate CaSO 4. Is done.
  • a conventional particulate filter having an average pore diameter of about 10 ⁇ m to 25 ⁇ m and not provided with the coat layer 75 in other words, a particulate filter that hardly allows ash to pass, is disposed in the engine exhaust passage. It is confirmed that the particulate matter tends to accumulate in the upstream portion of the partition wall 72 rather than the downstream portion of the partition wall 72, and the ash tends to accumulate in the downstream portion of the partition wall 72 rather than the upstream portion of the partition wall 72. Has been.
  • the coat region CZ is provided on the upstream side of the partition wall 72, and the non-coat region NCZ is provided on the downstream side of the partition wall 72.
  • the particulate matter is collected in the coat layer 75 in the upstream coat region CZ, and the ash passes through the partition wall 72 in the downstream non-coat region NCZ. Therefore, it is possible to suppress the accumulation of ash on the particulate filter 24 while suppressing the particulate matter from passing through the particulate filter 24. In other words, it is possible to suppress the pressure loss of the particulate filter 24 from being increased by ash while reliably collecting the particulate matter.
  • Combustion chamber 2 is burning under excess oxygen. Therefore, unless the fuel is secondarily supplied from the fuel injection valve 3 and the fuel addition valve 27, the particulate filter 24 is in an oxidizing atmosphere.
  • the coat layer 75 is made of a metal having an oxidation function. As a result, the particulate matter collected in the coat layer 75 is sequentially oxidized. However, when the amount of particulate matter collected per unit time is larger than the amount of particulate matter oxidized per unit time, the amount of particulate matter collected on the particulate filter 24 is reduced. It increases with the passage of period operating time.
  • 5A to 5E show the collection mechanism of the particulate filter 24 when the amount of the particulate matter collected on the particulate filter 24 increases with the passage of the engine operation time.
  • the particulate matter 80 is mainly collected in the pores of the coat layer 75 in the coat region CZ. In this case, the particulate matter hardly reaches the uncoated region NCZ.
  • the state where the engine operating time is zero corresponds to a state where the particulate filter 24 is not used. As the engine operation time elapses, the amount of particulate matter trapped in the pores of the coat layer 75 increases.
  • the particulate matter 80 is mainly collected in the pores on the surface of the coat layer 75 as shown in FIG. 5B. As the engine operation time further elapses, the amount of particulate matter collected on the surface of the coat layer 75 increases.
  • the particulate matter 80 reaches the uncoated region NCZ and passes through the partition wall 72 as shown in FIG. 5C. At this time, the amount of particulate matter collected in the coat region CZ hardly increases.
  • a part of the particulate matter that has reached the uncoated region NCZ collides with the inner wall surface of the pores of the partition wall 72 and is collected in the pores of the partition wall 72. That is, as shown in FIG. 5D, the particulate matter 80 is mainly collected in the pores of the partition walls 72 in the uncoated region NCZ. As the engine operation time further elapses, the amount of particulate matter collected in the pores of the partition walls 72 in the uncoated region NCZ increases.
  • the particulate matter 80 is mainly collected on the surface of the partition wall 72 in the uncoated region NCZ.
  • the amount of particulate matter collected on the surface of the partition wall 72 in the uncoated region NCZ increases.
  • FIG. 6 shows the particulate matter collection rate TR of the particulate filter 24 as a function of the pressure difference PD of the particulate filter 24.
  • the pressure difference PD represents the pressure loss of the particulate filter 24 and is detected by the pressure difference sensor 26 (FIG. 1).
  • the pressure difference PD represents the amount of particulate matter collected on the particulate filter 24.
  • the pressure difference PD represents the engine operation time.
  • the particulate matter collection rate TR is calculated by using the amount of particulate matter qPMi flowing into the particulate filter 24 per unit time and the amount of particulate matter qPMo flowing out of the particulate filter 24 per unit time. It is represented by Formula (1).
  • the particulate matter collection rate TR decreases as the pressure difference PD increases. This is because the particulate matter passes through the partition wall 72 mainly in the uncoated region NCZ (see FIG. 5C).
  • the particulate matter collection rate TR increases through the minimum value MNTR as the pressure difference PD increases. This is because the particulate matter is mainly collected in the pores of the partition walls 72 in the uncoated region NCZ (see FIG. 5D).
  • the particulate matter collection rate TR is maintained substantially constant regardless of the increase in the pressure difference PD, or as the pressure difference PD increases. Increase. This is because the particulate matter is mainly collected on the surface of the partition wall 72 in the uncoated region NCZ (see FIG. 5E).
  • the particulate filter 24 maintains the particulate matter collection rate of the particulate filter substantially constant regardless of the increase in the pressure loss of the particulate filter when the pressure loss of the particulate filter is small, or the particulate filter. It is composed of a particulate filter that increases as the pressure loss of the filter increases and decreases as the pressure loss of the particulate filter increases as the pressure loss of the particulate filter further increases. Alternatively, the particulate filter 24 may maintain the particulate matter collection rate of the particulate filter substantially constant regardless of the increase in the pressure loss of the particulate filter when the pressure loss of the particulate filter is small, or the particulate filter. It consists of a particulate filter that increases as the pressure loss of the filter increases, and decreases as the pressure loss of the particulate filter increases and increases via the minimum value MNTR when the pressure loss of the particulate filter further increases.
  • the particulate matter collection rate TR is maintained higher than the allowable lower limit value LTR.
  • the pressure difference PD becomes larger than the threshold value PD1
  • the particulate matter collection rate TR decreases beyond the allowable lower limit value LTR.
  • the pressure difference PD becomes larger than the threshold value PD2
  • it increases beyond the allowable lower limit value LTR and is maintained higher than the allowable lower limit value LTR.
  • the particulate filter 24 maintains the particulate matter collection rate of the particulate filter higher than the allowable lower limit value regardless of the increase in the pressure loss of the particulate filter when the pressure loss of the particulate filter is small.
  • the particulate filter is constituted by a particulate filter that decreases as the pressure loss of the particulate filter increases and decreases beyond the allowable lower limit value.
  • the particulate filter 24 maintains the particulate matter collection rate of the particulate filter higher than the allowable lower limit LTR regardless of the increase in the pressure loss of the particulate filter when the pressure loss of the particulate filter is small, When the pressure loss of the particulate filter further increases, it decreases as the pressure loss of the particulate filter increases and decreases beyond the allowable lower limit value LTR. When the pressure loss of the particulate filter further increases, the pressure loss of the particulate filter It consists of a particulate filter that increases as the value increases and increases beyond the allowable lower limit LTR.
  • FIG. 7 shows the pressure difference PD of the particulate filter 24 and the rate of change CRPD of the pressure difference PD as a function of the amount QPM of the particulate matter collected in the particulate filter 24.
  • the particulate matter collection amount QPM represents the engine operation time.
  • the solid line shows the case of the embodiment according to the present invention, and the broken line shows the case of the conventional particulate filter described above.
  • the pressure difference PD increases relatively abruptly as indicated by Y1 in FIG. Therefore, as indicated by Z1 in FIG. 7, it is maintained almost constant regardless of the increase in the particulate matter collection amount QPM or increases as the particulate matter collection amount QPM increases. This is because the particulate matter is mainly collected in the pores of the coat layer 75 (see FIG. 5A).
  • the pressure difference change rate CRPD decreases as the particulate matter trapping amount QPM increases. This is because the particulate matter is mainly collected on the surface of the coat layer 75 (see FIG. 5B).
  • the particulate matter collection amount QPM increases through the minimum value MNCR as it increases. This is because the particulate matter is mainly collected in the pores of the partition walls 72 in the uncoated region NCZ (see FIG. 5D).
  • the pressure difference change rate CRPD decreases through the maximum value MXCR as the particulate matter trapping amount QPM increases, and then is maintained substantially constant. This is because the particulate matter is mainly collected on the surface of the partition wall 72 in the uncoated region NCZ (see FIG. 5E).
  • the particulate matter collection amount increases when the particulate matter collection amount is small. It is maintained almost constant or increases as the amount of collected particulate matter increases. When the amount of collected particulate matter further increases, it decreases as the amount of collected particulate matter increases and increases through a minimum value. It is also composed of a particulate filter.
  • the particulate filter 24 is associated with an increase in the amount of particulate matter collected when the change rate of the pressure loss of the particulate filter relative to the amount of particulate matter collected on the particulate filter is small.
  • the particulate matter collection rate TR becomes lower than the allowable lower limit value LTR. That is, the amount of the particulate matter passing through the particulate filter 24 is undesirably increased.
  • the allowable upper limit value PD1 can be obtained in advance by experiments, for example.
  • the pressure difference PD becomes larger than the threshold value PD1
  • PM removal processing for removing particulate matter on the particulate filter 24 is performed.
  • the particulate matter is removed from the particulate filter 24, particularly from the coated region CZ, before the particulate matter begins to pass through the partition wall 72 in the non-coated region NCZ. Therefore, the particulate matter is suppressed from reaching the non-coated region NCZ, and the particulate matter is suppressed from passing through the partition wall 72 in the non-coated region NCZ.
  • the PM removal process includes a temperature raising process for raising the temperature of the particulate filter 24 to the PM removal temperature in order to oxidize and remove the particulate matter.
  • the PM removal process includes a NOx increasing process for increasing the amount of NOx in the exhaust gas flowing into the particulate filter 24 in order to oxidize and remove particulate matter with NOx. In order to increase the amount of NOx, for example, the amount of EGR gas is decreased.
  • the PM removal treatment is performed by supplying ozone to the particulate filter 24 from an ozone supply device connected to an exhaust passage upstream of the particulate filter 24 in order to oxidize and remove particulate matter by ozone. Consists of supply processing.
  • FIG. 8 shows a routine for executing the exhaust purification control of the embodiment according to the present invention.
  • step 101 the pressure difference PD of the particulate filter 24 is detected.
  • step 102 it is determined whether or not the pressure difference PD is larger than the allowable upper limit value PD1.
  • PD ⁇ PD1 the processing cycle ends.
  • PD> PD1 the routine proceeds to step 103 where PM removal processing is executed.
  • FIG. 9 shows a routine for executing the PM removal processing of the embodiment according to the present invention.
  • the target temperature TTF is set to a predetermined PM processing temperature TPM.
  • the PM processing temperature TPM is 600 ° C., for example.
  • temperature increase control is performed to increase and maintain the temperature TF of the particulate filter 24 to the target temperature TTF.
  • the fuel added from the fuel addition valve 27 is combusted in the exhaust passage or the particulate filter 24.
  • the fuel secondarily injected from the fuel injection valve 3 is combusted in the combustion chamber 2, the exhaust passage, or the particulate filter 24.
  • the amount of the particulate matter trapped in the particulate filter 24 is obtained, and the PM removal processing is finished when the obtained particulate matter trapped amount is reduced to the threshold value. It is determined that it should be done.
  • the amount of collected particulate matter is determined by setting the increase in the amount of collected particulate matter per unit time and the decrease in the amount of collected particulate matter reduced per unit time to the engine operating state. Each is calculated based on each, and is represented by a counter value obtained by integrating the total of the increase and decrease.
  • the trapped amount of particulate matter is represented by the pressure difference PD of the particulate filter 24.
  • no coating layer is provided in the non-coated region NCZ.
  • another coating layer different from the coating layer 75 is provided in the uncoated region NCZ.
  • the average pore diameter of the partition wall 72 in the non-coated region NCZ is set to 25 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less in a state where another coat layer is provided.
  • Another coat layer is formed from, for example, a catalyst coat layer supporting a metal having an oxidation function. As a result, the particulate matter that has reached the uncoated region NCZ can be easily oxidized and removed.
  • the coat layer 75 has a substantially uniform thickness over the exhaust gas flow direction. In another embodiment, the coat layer 75 becomes thinner toward the downstream end. In this way, the particulate matter can be reliably collected while suppressing an increase in pressure loss due to the coat layer 75.
  • the pressure difference change rate CRPD is repeatedly obtained, and the PM removal process is performed when the minimum value MNCR occurs in the pressure difference change rate CRPD.
  • the particulate matter is suppressed from passing through the partition wall 72 in the uncoated region NCZ.
  • FIG. 10 shows a routine for executing the exhaust purification control of another embodiment according to the present invention.
  • step 111 the pressure difference PD of the particulate filter 24 is detected.
  • step 112 the pressure difference change rate CRPD is calculated.
  • step 113 it is determined whether or not a minimum value MNCR has occurred in the pressure difference change rate CRPD.
  • the processing cycle is ended.
  • the routine proceeds to step 114 where PM removal processing is executed.
  • the amount of particulate matter flowing into the particulate filter 24 is obtained, the amount of particulate matter flowing out from the particulate filter 24 is obtained, and these obtained particulate matters are obtained.
  • the particulate matter collection rate TR of the particulate filter is obtained based on the amount of the substance. Then, it is determined whether or not the obtained particulate matter collection rate TR is lower than the allowable lower limit value LTR, and when it is determined that the particulate matter collection rate TR is lower than the allowable lower limit value LTR. PM removal processing is performed.
  • the amount of particulate matter qPMi flowing into the particulate filter 24 per unit time is calculated based on the engine operating state. That is, the particulate matter inflow amount qPMi is stored in advance in the ROM 32 in the form of a map shown in FIG. 12 as a function of the fuel injection amount QF representing the engine load and the engine speed Ne, and is calculated using this map.
  • the particulate matter inflow qPMi is detected by an additional particulate matter sensor attached to the exhaust passage upstream of the particulate filter 24.
  • the amount of particulate matter qPMo flowing out from the particulate filter 24 per unit time is detected by the particulate matter sensor 51.
  • the particulate matter collection rate TR is calculated using the above-described formula (1).
  • FIG. 13 shows a routine for executing exhaust purification control of still another embodiment according to the present invention.
  • the particulate matter inflow qPMi is calculated using the map of FIG.
  • the particulate matter outflow amount qPMo is calculated from the output of the particulate matter sensor 51.
  • the particulate matter collection rate TR is calculated using the formula (1).
  • the particulate matter collection rate is determined by determining whether the particulate matter collection rate of the particulate filter has fallen beyond the allowable lower limit value. When it is determined that the rate has dropped beyond the allowable lower limit value, the PM removal process is performed. In addition, in the embodiment shown in FIG. 8, when the pressure loss of the particulate filter is detected, and the detected pressure loss increases beyond the allowable upper limit value, the particulate matter trapping rate has the allowable lower limit value. It is determined that it has dropped beyond that. In the embodiment shown in FIG.
  • the rate of change of the pressure loss of the particulate filter relative to the amount of particulate matter collected on the particulate filter 24 is obtained, and whether or not a minimum value has occurred in the rate of change of pressure loss.
  • a minimum value has occurred in the rate of change of the pressure loss
  • the particulate matter collection rate has decreased beyond the allowable lower limit.
  • the amount of particulate matter that has flowed into the particulate filter is determined, the amount of particulate matter that has flowed out of the particulate filter is determined, and based on the determined amount of particulate matter.
  • the electronic control unit 30 is programmed to perform a discrimination process and a PM removal process.
  • the solid line shows the oxidation rate OR of the particulate matter in the coated region CZ
  • the broken line shows the oxidation rate OR of the particulate matter in the non-coated region NCZ.
  • the PM removal process is performed at a timing before the amount of the particulate matter reaching the uncoated region NCZ increases. Therefore, the PM removal process in this case is mainly performed to remove the particulate matter collected in the coat region CZ. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 9, the target temperature TTF is set to the PM removal temperature TPM.
  • particulate matter may be collected in the uncoated region NCZ.
  • the PM removal process is performed at the PM removal temperature TPM, it is difficult to quickly remove the particulate matter collected in the uncoated region NCZ.
  • the amount of particulate matter collected in the non-coated region NCZ increases, and it may be difficult for the ash to pass through the partition wall 72 in the non-coated region NCZ.
  • the amount QPMNCZ of the particulate matter collected in the uncoated region NCZ is obtained, and the particulate matter collected amount QPMNCZ in the uncoated region NCZ is larger than the allowable upper limit amount UPMNCZ.
  • the target temperature TTF is set to a temperature TPMR set higher than the PM removal temperature TPM.
  • the particulate matter collected in the uncoated region NCZ is quickly and reliably removed. Therefore, the ash can surely pass through the partition wall 72 in the uncoated region NCZ.
  • the particulate matter collection amount QPMNCZ in the uncoated region NCZ is obtained from the amount of particulate matter flowing into the particulate filter 24 and the particulate matter collection efficiency in the non-coated region NCZ.
  • the amount of particulate matter flowing into the particulate filter 24 and the particulate matter collection efficiency of the uncoated region NCZ are obtained in advance in the form of a map, for example, as a function of the engine operating state, and stored in the ROM 32.
  • the particulate matter collection amount QPMNCZ is calculated using a model equation that models the particulate matter collection action in the uncoated region NCZ.
  • FIG. 16 shows a routine for executing the PM removal processing of the embodiment according to the present invention.
  • step 211 the particulate matter collection amount QPMNCZ in the uncoated region NCZ is read.
  • the particulate matter collection amount QPMNCZ is calculated by a routine (not shown), for example.
  • step 212 it is determined whether or not the particulate matter collection amount QPMNCZ is larger than the allowable upper limit amount UPMNCZ.
  • the routine proceeds to step 213, where the target temperature TTF is set to the raised PM processing temperature TPMR.
  • the routine proceeds to step 215.
  • step 214 the target temperature TTF is set to the PM processing temperature TPM.
  • step 215. temperature increase control for increasing and maintaining the temperature TF of the particulate filter 24 to the target temperature TTF is performed.
  • step 216 it is determined whether or not the temperature raising control or PM removal processing should be terminated. When it is not time to end the PM removal process, the process returns to step 215 and the temperature increase control is continued. When the PM removal process is to be terminated, the process cycle is terminated.

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Abstract

　機関排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタは、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備える。隔壁に、平均細孔径が隔壁基材の平均細孔径よりも小さいコート層により基材表面が覆われたコート領域と、コート領域の下流側において基材表面が前記コート層により覆われていない非コート領域とが区画され、非コート領域において排気ガス中に含まれるアッシュが隔壁を通過できる。パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行う。粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときにＰＭ除去処理を行う。

Description

内燃機関の排気浄化装置
　本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
　排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを排気通路内に配置した圧縮着火式内燃機関が公知である。その結果、大気中に排出される粒子状物質の量が抑制される。
　ところが、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質の量が多くなると、パティキュレートフィルタの圧力損失が次第に大きくなる。その結果、機関出力が低下するおそれがある。
　そこで、パティキュレートフィルタを酸化雰囲気に維持しつつパティキュレートフィルタの温度を上昇させることにより粒子状物質を燃焼させてパティキュレートフィルタから除去するＰＭ除去処理を行う内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関では、パティキュレートフィルタ２４の上流及び下流の圧力差を検出し、圧力差があらかじめ定められた上限値以上になったときにＰＭ除去処理が行われる。
特開２０００－０１８０１９号公報
　ところで、排気ガス中にはアッシュと称される不燃性成分が含まれており、このアッシュは粒子状物質と共にパティキュレートフィルタに捕集される。ところが、ＰＭ除去処理が行われても、アッシュは燃焼せず又は気化せず、パティキュレートフィルタ上に残留する。このため、機関運転時間が長くなるにつれて、パティキュレートフィルタ上のアッシュ量が次第に増大し、パティキュレートフィルタの圧力損失が次第に大きくなる。その結果、ＰＭ除去処理が繰り返し行われても、機関出力が低下するおそれがある。
　上述の特許文献１ではこの問題点について何ら考慮されておらず、ましてその解決策も開示されていない。
　本発明の第１の観点によれば、機関排気通路内に配置された、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタであって、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備え、隔壁に、平均細孔径が隔壁基材の平均細孔径よりも小さいコート層により基材表面が覆われたコート領域と、コート領域の下流側において基材表面が前記コート層により覆われていない非コート領域とが区画され、非コート領域において排気ガス中に含まれるアッシュが隔壁を通過できるように隔壁の細孔径が設定されている、パティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行う判別手段と、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときに、パティキュレートフィルタから粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を行うＰＭ除去手段と、を具備した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
　本発明の第２の観点によれば、機関排気通路内に配置された、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタであって、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が、パティキュレートフィルタの圧力損失が小さいときにはパティキュレートフィルタの圧力損失の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又はパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて増大し、パティキュレートフィルタの圧力損失が更に増大したときにはパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて低下する、パティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行う判別手段と、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときに、パティキュレートフィルタから粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を行うＰＭ除去手段と、を具備した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
　本発明の第３の観点によれば、排気通路内に配置された、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタであって、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量に対するパティキュレートフィルタの圧力損失の変化率が、粒子状物質捕集量が少ないときには粒子状物質捕集量の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又は粒子状物質捕集量が増大するにつれて増大し、粒子状物質捕集量が更に増大したときには粒子状物質捕集量が増大するにつれて減少し極小値を経て増大する、パティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行う判別手段と、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときに、パティキュレートフィルタから粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を行うＰＭ除去手段と、を具備した内燃機関の排気浄化装置が提供される。
　好ましくは、前記判別手段は、パティキュレートフィルタの圧力損失を検出し、検出された圧力損失が許容上限値を越えて増大したときに前記粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別する。
　好ましくは、前記判別手段は、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量に対するパティキュレートフィルタの圧力損失の変化率を求めると共に圧力損失の変化率に極小値が発生したか否かを判別し、前記圧力損失の変化率に極小値が発生したと判別されたときに粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別する。
　好ましくは、前記判断手段は、パティキュレートフィルタに流入した粒子状物質の量を求め、パティキュレートフィルタから流出した粒子状物質の量を求め、これら求められた粒子状物質の量に基づいてパティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率を求め、求められた粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する。
　粒子状物質を確実に捕集しつつ、パティキュレートフィルタの圧力損失がアッシュにより増大するのを抑制することができる。
本発明による実施例の内燃機関の全体図である。 パティキュレートフィルタの正面図である。 パティキュレートフィルタの側面断面図である。 隔壁の部分拡大断面図である。 コート層の部分拡大断面図である。 パティキュレートフィルタの捕集メカニズムを説明する概略図である。 パティキュレートフィルタの捕集メカニズムを説明する概略図である。 パティキュレートフィルタの捕集メカニズムを説明する概略図である。 パティキュレートフィルタの捕集メカニズムを説明する概略図である。 パティキュレートフィルタの捕集メカニズムを説明する概略図である。 パティキュレートフィルタの圧力差に対するパティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率を示す線図である。 パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集量に対する圧力差を示す線図である。 本発明による実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。 ＰＭ除去処理を実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明による別の実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明による更に別の実施例の内燃機関の全体図である。 単位時間当たりに増大する粒子状物質捕集量の増大分を示すマップである。 本発明による更に別の実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。 粒子状物質の酸化速度を示す線図である。 ＰＭ除去処理の別の実施例を説明するタイムチャートである。 ＰＭ除去処理の別の実施例を実行するルーチンを示すフローチャートである。
　図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口はエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。
　排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。図１に示される実施例ではこの燃料は軽油から構成される。別の実施例では、内燃機関は火花点火式内燃機関から構成される。この場合には燃料はガソリンから構成される。
　排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結された触媒コンバータ２２と、触媒コンバータ２２に連結された排気管２３とを具備する。触媒コンバータ２２内にはウォールフロー型のパティキュレートフィルタ２４が配置される。
　触媒コンバータ２２には、パティキュレートフィルタ２４の温度を検出するための温度センサ２５が設けられる。別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサが排気管２１に配置される。更に別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４から流出する排気ガスの温度を検出するための温度センサが排気管２３に配置される。これら排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ２４の温度を表している。
　触媒コンバータ２２には更に、パティキュレートフィルタ２４の圧力損失を検出するための圧力損失センサ２６が設けられる。図１に示される実施例では、圧力損失センサ２６はパティキュレートフィルタ２４の上流及び下流の圧力差を検出するための圧力差センサから構成される。別の実施例では、圧力損失センサ２６は排気管２１に取り付けられて機関背圧を検出するセンサから構成される。
　一方、排気マニホルド５には燃料添加弁２７が取り付けられる。この燃料添加弁２７にはコモンレール１６から燃料が添加され、燃料添加弁２７から排気マニホルド５内に燃料が添加される。別の実施例では、燃料添加弁２７が排気管２１に配置される。
　電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータから構成され、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及び出力ポート３６を具備する。エアフローメータ８、温度センサ２５、及び圧力差センサ２６の出力信号はそれぞれ対応する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３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０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１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。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３、スロットル弁１０駆動装置、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７、及び燃料添加弁２７に接続される。
　図２Ａ及び図２Ｂはウォールフロー型パティキュレートフィルタ２４の構造を示している。なお、図２Ａはパティキュレートフィルタ２４の正面図を示しており、図２Ｂはパティキュレートフィルタ２４の側面断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにパティキュレートフィルタ２４はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７１ｉ，７１ｏと、これら排気流通路７１ｉ，７１ｏを互いに隔てる隔壁７２とを具備する。図２Ａに示される実施例では、排気流通路７１ｉ，７１ｏは、上流端が開放されかつ下流端が栓７３ｄにより閉塞された排気ガス流入通路７１ｉと、上流端が栓７３ｕにより閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路７１ｏとにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓７３ｕを示している。したがって、排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは薄肉の隔壁７２を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは各排気ガス流入通路７１ｉが４つの排気ガス流出通路７１ｏによって包囲され、各排気ガス流出通路７１ｏが４つの排気ガス流入通路７１ｉによって包囲されるように配置される。別の実施例では、排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とにより構成される。
　図２Ｂに示されるように、隔壁７２には、コート領域ＣＺと、コート領域ＣＺの下流側に位置する非コート領域ＮＣＺとが区画される。図３に示されるように、コート領域ＣＺでは、隔壁７２の基材７２ｓの表面がコート層７５により覆われる。これに対し、非コート領域ＮＣＺでは、隔壁基材７２ｓの表面が上述のコート層７５により覆われていない。
　図３に示される実施例では、コート層７５が排気ガス流入通路７１ｉに対面する隔壁基材７２ｓの一表面に設けられる。別の実施例では、コート層７５が排気ガス流出通路７１ｏに対面する隔壁基材７２ｓの一表面に設けられる。更に別の実施例では、コート層７５が排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏに対面する隔壁基材７２ｓの両表面に設けられる。
　また、図３に示される実施例では、コート領域ＣＺにおける隔壁基材７２ｓが非コート領域ＮＣＺにおける隔壁基材７２ｓよりも薄くなっており、コート領域ＣＺにおける隔壁７２の厚さと非コート領域ＮＣＺにおける隔壁７２の厚さとが互いにほぼ等しくなっている。したがって、コート領域ＣＺにおける排気ガス流入通路と７１ｉの流路面積と、非コート領域ＮＣＺにおける排気ガス流入通路と７１ｉの流路面積とが互いにほぼ等しくなっている。別の実施例では、コート領域ＣＺにおける隔壁基材７２ｓの厚さと非コート領域ＮＣＺにおける隔壁基材７２ｓの厚さとがほぼ等しくなっており、コート領域ＣＺにおける排気ガス流入通路７１ｉの流路面積が非コート領域ＮＣＺにおける排気ガス流入通路と７１ｉの流路面積よりも、コート層７５の分だけ小さくなっている。
　更に、図２Ｂに示される実施例では、コート領域ＣＺの上流縁は隔壁７２の上流端にほぼ一致している。別の実施例では、コート領域ＣＺの上流縁は隔壁７２の上流端よりも下流側に位置する。また、図２Ｂに示される実施例では、非コート領域ＮＣＺの下流縁は隔壁７２の下流端にほぼ一致している。別の実施例では、非コート領域ＮＣＺの下流縁は隔壁７２の下流端よりも上流側に位置する。コート領域ＣＺの長手方向長さはパティキュレートフィルタ２４の長手方向長さの例えば５０％から９０％に設定される。
　隔壁基材７２ｓは多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。
　一方、コート層７５は図４に示されるように多数の粒子７６から形成され、粒子７６同士の間に多数の隙間ないし細孔７７を有する。したがって、コート層７５は多孔性を有する。したがって、図２Ｂに矢印で示されるように、排気ガスはまず排気ガス流入通路７１ｉ内に流入し、次いで周囲の隔壁７２内を通って隣接する排気ガス流出通路７１ｏ内に流出する。
　図４に示される実施例では、粒子７６は酸化機能を有する金属から構成される。酸化機能を有する金属として、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄのような白金族の金属を用いることができる。別の実施例では、粒子７６は隔壁基材７２ｓと同様のセラミックから構成される。更に別の実施例では、粒子７６はセラミック及び金属の一方又は両方から構成される。
　隔壁基材７２ｓの平均細孔径は２５μｍ以上かつ５０μｍ以下に設定される。隔壁基材７２ｓの平均細孔径が２５μｍ以上であると、排気ガス中に含まれるアッシュの大部分が隔壁７２を通過できる。したがって、言い換えると、非コート領域ＮＣＺにおいて排気ガス中に含まれるアッシュが隔壁７２を通過できるように隔壁７２の細孔径が設定される。なお、粒子状物質の平均粒径がアッシュの平均粒径よりも小さいことを考えると、非コート領域ＮＣＺにおいて粒子状物質及びアッシュが隔壁７２を通過できるように隔壁７２の細孔径が設定されるという見方もできる。一方、隔壁基材７２ｓの平均細孔径が５０μｍ以下であると、隔壁７２の機械的強度を確保することができる。
　コート層７５の平均細孔径は隔壁基材７２ｓの平均細孔径よりも小さく設定される。具体的には、コート層７５の平均細孔径は、コート層７５が排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集できるように設定される。更に、粒子７６（二次粒子）の平均径は１μｍ以上かつ１０μｍ以下に設定される。粒子７６の平均径が１μｍよりも小さいと、コート層７５を通過する粒子状物質の量が許容量よりも多くなる。また、粒子７６の平均径が１０μｍよりも大きいと、パティキュレートフィルタ２４ないしコート層７５の圧力損失が許容値よりも大きくなる。
　さて、排気ガス中には主として固体炭素から形成される粒子状物質が含まれている。この粒子状物質はパティキュレートフィルタ２４上に捕集される。
　また、排気ガス中にはアッシュも含まれており、このアッシュも粒子状物質と共にパティキュレートフィルタ２４に捕集される。このアッシュは主として硫酸カルシウムＣａＳＯ４、リン酸亜鉛カルシウムＣａ１９Ｚｎ２（ＰＯ４）１４のようなカルシウム塩から形成されることが本願発明者により確認されている。カルシウムＣａ，亜鉛Ｚｎ，リンＰ等は機関潤滑油に由来し、イオウＳは燃料に由来する。すなわち、硫酸カルシウムＣａＳＯ４を例にとって説明すると、機関潤滑油が燃焼室２内に流入して燃焼し、潤滑油中のカルシウムＣａが燃料中のイオウＳと結合することにより硫酸カルシウムＣａＳＯ４が生成される。
　本願発明者らによれば、平均細孔径が１０μｍから２５μｍ程度でコート層７５を備えていない従来のパティキュレートフィルタ、言い換えるとアッシュがほとんど通過できないパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置した場合、粒子状物質は隔壁７２の下流側部分よりも隔壁７２の上流側部分に堆積する傾向にあり、アッシュは隔壁７２の上流側部分よりも隔壁７２の下流側部分に堆積する傾向にあることが確認されている。
　そこで、本発明による実施例では、隔壁７２の上流側にコート領域ＣＺを設け、隔壁７２の下流側に非コート領域ＮＣＺを設けている。その結果、粒子状物質が上流側のコート領域ＣＺにおいてコート層７５に捕集され、アッシュが下流側の非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２を通過する。したがって、粒子状物質がパティキュレートフィルタ２４を通過するのを抑制しつつ、アッシュがパティキュレートフィルタ２４に堆積するのを抑制することができる。言い換えると、粒子状物質を確実に捕集しつつパティキュレートフィルタ２４の圧力損失がアッシュにより増大するのを抑制することができる。
　燃焼室２では酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び燃料添加弁２７から燃料が２次的に供給されない限り、パティキュレートフィルタ２４は酸化雰囲気にある。また、コート層７５は酸化機能を有する金属から構成される。その結果、コート層７５に捕集された粒子状物質は順次酸化される。ところが、単位時間当たりに捕集される粒子状物質の量が単位時間当たりに酸化される粒子状物質の量よりも多くなると、パティキュレートフィルタ２４上に捕集されている粒子状物質の量が期間運転時間の経過と共に増大する。
　図５Ａから図５Ｅは、パティキュレートフィルタ２４上に捕集されている粒子状物質の量が機関運転時間の経過と共に増大する場合における、パティキュレートフィルタ２４の捕集メカニズムを示している。
　機関運転時間が短いときすなわち機関運転の初期には、図５Ａに示されるように、粒子状物質８０は主として、コート領域ＣＺにおいてコート層７５の細孔内に捕集される。この場合、粒子状物質は非コート領域ＮＣＺまでほとんど到達しない。なお、機関運転時間がゼロの状態はパティキュレートフィルタ２４が未使用の状態に相当する。機関運転時間が経過するにつれて、コート層７５の細孔内に捕集されている粒子状物質の量が増大する。
　機関運転時間が更に経過したときには、図５Ｂに示されるように、粒子状物質８０は主として、コート層７５の表面上に細孔内に捕集される。機関運転時間が更に経過するにつれて、コート層７５の表面上に捕集されている粒子状物質の量が増大する。
　機関運転時間が更に経過したときには、図５Ｃに示されるように、粒子状物質８０が非コート領域ＮＣＺに到達し、隔壁７２を通過するようになる。このとき、コート領域ＣＺに捕集されている粒子状物質の量はほとんど増大しない。
　機関運転時間が更に経過したときには、非コート領域ＮＣＺに到達した粒子状物質の一部が隔壁７２の細孔内壁面に衝突し、隔壁７２の細孔内に捕集されるようになる。すなわち、図５Ｄに示されるように、粒子状物質８０は主として、非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２の細孔内に捕集される。機関運転時間が更に経過するにつれて、非コート領域ＮＣＺにおける隔壁７２の細孔内に捕集されている粒子状物質の量が増大する。
　機関運転時間が更に経過したときには、図５Ｅに示されるように、粒子状物質８０が主として、非コート領域ＮＣＺにおける隔壁７２の表面上に捕集される。機関運転時間が更に経過するにつれて、非コート領域ＮＣＺにおける隔壁７２の表面上に捕集されている粒子状物質の量が増大する。
　図６は、このようなパティキュレートフィルタ２４の粒子状物質捕集率ＴＲをパティキュレートフィルタ２４の圧力差ＰＤの関数として示したものである。圧力差ＰＤはパティキュレートフィルタ２４の圧力損失を表しており、圧力差センサ２６（図１）により検出される。あるいは、圧力差ＰＤはパティキュレートフィルタ２４上に捕集されている粒子状物質の量を表している。更に、圧力差ＰＤは機関運転時間を表している。一方、粒子状物質捕集率ＴＲは、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２４に流入した粒子状物質の量ｑＰＭｉ及び単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２４から流出した粒子状物質の量ｑＰＭｏを用いて次式（１）で表される。
　　　ＴＲ＝（ｑＰＭｉ－ｑＰＭｏ）／ｑＰＭｉ　（１）
　圧力差ＰＤが小さいときには、図６にＸ１で示されるように、粒子状物質捕集率ＴＲは圧力差ＰＤの増大にかかわらずほぼ一定に維持されるか又は圧力差ＰＤが増大するにつれて増大する。これは、粒子状物質が主としてコート層７５の細孔内又は表面上に捕集されるからである（図５Ａ、図５Ｂ参照）。
　圧力差ＰＤが更に増大したときには、図６にＸ２で示されるように、粒子状物質捕集率ＴＲは圧力差ＰＤが増大するにつれて低下する。これは、粒子状物質が主として非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２を通過するからである（図５Ｃ参照）。
　圧力差ＰＤが更に増大したときには、図６にＸ３で示されるように、粒子状物質捕集率ＴＲは圧力差ＰＤが増大するにつれて極小値ＭＮＴＲを経て増大する。これは、粒子状物質が主として非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２の細孔内に捕集されるからである（図５Ｄ参照）。
　圧力差ＰＤが更に増大したときには、図６にＸ４で示されるように、粒子状物質捕集率ＴＲは圧力差ＰＤの増大にかかわらずほぼ一定に維持されるか又は圧力差ＰＤが増大するにつれて増大する。これは、粒子状物質が主として非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２の表面上に捕集されるからである（図５Ｅ参照）。
　したがって、パティキュレートフィルタ２４は、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が、パティキュレートフィルタの圧力損失が小さいときにはパティキュレートフィルタの圧力損失の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又はパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて増大し、パティキュレートフィルタの圧力損失が更に増大したときにはパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて低下する、パティキュレートフィルタから構成されるということになる。あるいは、パティキュレートフィルタ２４は、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が、パティキュレートフィルタの圧力損失が小さいときにはパティキュレートフィルタの圧力損失の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又はパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて増大し、パティキュレートフィルタの圧力損失が更に増大したときにはパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて低下し極小値ＭＮＴＲを経て増大する、パティキュレートフィルタから構成される。
　更に図６を参照すると、圧力差ＰＤがしきい値ＰＤ１よりも小さいときには、粒子状物質捕集率ＴＲは許容下限値ＬＴＲよりも高く維持される。圧力差ＰＤがしきい値ＰＤ１よりも大きくなると、粒子状物質捕集率ＴＲは許容下限値ＬＴＲを越えて低下する。次いで、圧力差ＰＤがしきい値ＰＤ２よりも大きくなると、許容下限値ＬＴＲを越えて増大し、許容下限値ＬＴＲよりも高く維持される。
　したがって、パティキュレートフィルタ２４は、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が、パティキュレートフィルタの圧力損失が小さいときにはパティキュレートフィルタの圧力損失の増大に関わらず許容下限値よりも高く維持され、パティキュレートフィルタの圧力損失が更に増大したときにはパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて低下し許容下限値を越えて低下する、パティキュレートフィルタから構成される。あるいは、パティキュレートフィルタ２４は、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が、パティキュレートフィルタの圧力損失が小さいときにはパティキュレートフィルタの圧力損失の増大に関わらず許容下限値ＬＴＲよりも高く維持され、パティキュレートフィルタの圧力損失が更に増大したときにはパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて低下し許容下限値ＬＴＲを越えて低下し、パティキュレートフィルタの圧力損失が更に増大したときにはパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて増大し許容下限値ＬＴＲを越えて増大する、パティキュレートフィルタから構成される。
　図７は、パティキュレートフィルタ２４の圧力差ＰＤ及び圧力差ＰＤの変化率ＣＲＰＤをパティキュレートフィルタ２４に捕集されている粒子状物質の量ＱＰＭの関数として示したものである。粒子状物質捕集量ＱＰＭは機関運転時間を表している。なお、図７において、実線は本発明による実施例の場合を示しており、破線は上述した従来のパティキュレートフィルタの場合を示している。
　粒子状物質捕集量ＱＰＭが少ないときには、図７にＹ１で示されるように、圧力差ＰＤは比較的急激に増大する。したがって、図７にＺ１で示されるように、粒子状物質捕集量ＱＰＭの増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又は粒子状物質捕集量ＱＰＭが増大するにつれて増大する。これは、粒子状物質が主としてコート層７５の細孔内に捕集されるからである（図５Ａ参照）。
　粒子状物質捕集量ＱＰＭが更に増大したときには、図７にＹ２で示されるように、圧力差ＰＤは比較的緩やかに増大する。したがって、図７にＺ２で示されるように、圧力差変化率ＣＲＰＤは粒子状物質捕集量ＱＰＭが増大するにつれて減少する。これは、粒子状物質が主としてコート層７５の表面上に捕集されるからである（図５Ｂ参照）。
　粒子状物質捕集量ＱＰＭが更に増大したときには、図７にＹ３で示されるように、圧力差ＰＤは比較的急激に増大する。したがって、図７にＺ３で示されるように、粒子状物質捕集量ＱＰＭが増大するにつれて極小値ＭＮＣＲを経て増大する。これは、粒子状物質が主として非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２の細孔内に捕集されるからである（図５Ｄ参照）。
　粒子状物質捕集量ＱＰＭが更に増大したときには、図７にＹ４で示されるように、圧力差ＰＤは比較的緩やかに増大する。したがって、図７にＺ４で示されるように、圧力差変化率ＣＲＰＤは粒子状物質捕集量ＱＰＭが増大するにつれて極大値ＭＸＣＲを経て減少し、次いでほぼ一定に維持される。これは、粒子状物質が主として非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２の表面上に捕集されるからである（図５Ｅ参照）。
　したがって、パティキュレートフィルタ２４は、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量に対するパティキュレートフィルタの圧力損失の変化率が、粒子状物質捕集量が少ないときには粒子状物質捕集量の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又は粒子状物質捕集量が増大するにつれて増大し、粒子状物質捕集量が更に増大したときには粒子状物質捕集量が増大するにつれて減少し極小値を経て増大する、パティキュレートフィルタから構成されるということにもなる。あるいは、パティキュレートフィルタ２４は、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量に対するパティキュレートフィルタの圧力損失の変化率が、粒子状物質捕集量が少ないときには粒子状物質捕集量の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又は粒子状物質捕集量が増大するにつれて増大し、粒子状物質捕集量が更に増大したときには粒子状物質捕集量が増大するにつれて減少し極小値を経て増大し、粒子状物質捕集量が更に増大したときには極大値を経て減少し、次いでほぼ一定に維持される、パティキュレートフィルタから構成される。
　これに対し、図７に破線で示される従来のパティキュレートフィルタの場合、圧力差変化率ＣＲＰＤに極小値及び極大値は発生しない。
　さて、図６を参照して説明したように、圧力差ＰＤがしきい値ないし許容上限値ＰＤ１よりも大きくなると粒子状物質捕集率ＴＲが許容下限値ＬＴＲよりも低くなる。すなわち、パティキュレートフィルタ２４を通過する粒子状物質の量が好ましくなく多くなる。許容上限値ＰＤ１は例えば実験によりあらかじめ求めることができる。
　一方、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２４の温度を上昇させると、パティキュレートフィルタ２４に捕集されている粒子状物質が酸化され、除去される。
　そこで本発明による実施例では、圧力差ＰＤがしきい値ＰＤ１よりも大きくなったときに、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を行うようにしている。その結果、粒子状物質が非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２を通過し始める前に、パティキュレートフィルタ２４、特にコート領域ＣＺから粒子状物質が除去される。したがって、粒子状物質が非コート領域ＮＣＺに到達するのが抑制され、粒子状物質が非コート領域ＮＣＺおいて隔壁７２を通過するのが抑制される。
　本発明による実施例では、ＰＭ除去処理は、粒子状物質を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ２４の温度をＰＭ除去温度まで上昇させる昇温処理から構成される。別の実施例では、ＰＭ除去処理は、粒子状物質をＮＯｘにより酸化除去するために、パティキュレートフィルタ２４に流入する排気ガス中のＮＯｘ量を増大させるＮＯｘ増大処理から構成される。ＮＯｘ量を増大させるために例えばＥＧＲガス量が減少される。更に別の実施例では、ＰＭ除去処理は、粒子状物質をオゾンにより酸化除去するために、パティキュレートフィルタ２４上流の排気通路に連結されたオゾン供給器からオゾンをパティキュレートフィルタ２４に供給するオゾン供給処理から構成される。
　図８は本発明による実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図８を参照すると、ステップ１０１ではパティキュレートフィルタ２４の圧力差ＰＤが検出される。続くステップ１０２では圧力差ＰＤが許容上限値ＰＤ１よりも大きいか否かが判別される。ＰＤ≦ＰＤ１のときには処理サイクルを終了する。ＰＤ＞ＰＤ１のときにはステップ１０３に進み、ＰＭ除去処理が実行される。
　図９は本発明による実施例のＰＭ除去処理を実行するルーチンを示している。図９を参照すると、ステップ２０１では目標温度ＴＴＦがあらかじめ定められたＰＭ処理温度ＴＰＭに設定される。ＰＭ処理温度ＴＰＭは例えば６００℃である。続くステップ２０２では、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを目標温度ＴＴＦまで上昇し維持する昇温制御が行われる。パティキュレートフィルタ２４の温度を上昇させるために、一実施例では、燃料添加弁２７から添加された燃料が排気通路又はパティキュレートフィルタ２４で燃焼される。別の実施例では、燃料噴射弁３から２次的に噴射された燃料が燃焼室２、排気通路、又はパティキュレートフィルタ２４で燃焼される。
　続くステップ２０３では昇温制御ないしＰＭ除去処理を終了すべきか否かが判別される。本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２４に捕集されている粒子状物質の量が求められ、求められた粒子状物質捕集量がしきい値まで減少されたときにＰＭ除去処理を終了すべきと判別される。粒子状物質捕集量は、一実施例では、単位時間当たりに増大する粒子状物質捕集量の増大分と単位時間当たりに減少する粒子状物質捕集量の減少分とを機関運転状態に基づきそれぞれ求め、増大分及び減少分の合計を積算して得られるカウンタ値により表される。別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４の圧力差ＰＤによって粒子状物質捕集量が表される。ＰＭ除去処理を終了すべきときでないときにはステップ２０２に戻り、昇温制御が継続される。ＰＭ除去処理を終了すべきときには処理サイクルを終了する。したがって、昇温制御が終了される。
　本発明による実施例では、非コート領域ＮＣＺにコート層が設けられていない。別の実施例では、非コート領域ＮＣＺに、コート層７５とは異なる別のコート層が設けられる。この場合、非コート領域ＮＣＺにおける隔壁７２の平均細孔径は別のコート層が設けられた状態において、２５μｍ以上５０μｍ以下に設定される。別のコート層は例えば酸化機能を有する金属を担持した触媒コート層から形成される。その結果、非コート領域ＮＣＺに到達した粒子状物質を容易に酸化除去することができる。
　また、本発明による実施例では、コート層７５は排気ガス流れ方向にわたりほぼ均一の厚さになっている。別の実施例では、コート層７５は下流端に向かうにつれて薄くなっている。このようにすると、コート層７５に起因する圧力損失の増大を抑制しつつ、粒子状物質を確実に捕集することができる。
　次に、本発明による別の実施例を説明する。
　図７を参照して説明したように、圧力差変化率ＰＤが極小値ＭＮＣＲを経て増大したときには、粒子状物質が主として非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２の細孔内に捕集される（図５Ｄ参照）。このとき、粒子状物質の一部は非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２を通過するおそれがある。
　そこで本発明による別の実施例では、圧力差変化率ＣＲＰＤを繰り返し求め、圧力差変化率ＣＲＰＤに極小値ＭＮＣＲが発生したときにＰＭ除去処理を行うようにしている。その結果、粒子状物質が非コート領域ＮＣＺおいて隔壁７２を通過するのが抑制される。
　図１０は本発明による別の実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図１０を参照すると、ステップ１１１ではパティキュレートフィルタ２４の圧力差ＰＤが検出される。続くステップ１１２では圧力差変化率ＣＲＰＤが算出される。続くステップ１１３では圧力差変化率ＣＲＰＤに極小値ＭＮＣＲが発生したか否かが判別される。圧力差変化率ＣＲＰＤに極小値ＭＮＣＲが発生していないときには処理サイクルを終了する。圧力差変化率ＣＲＰＤに極小値ＭＮＣＲが発生したときにはステップ１１４に進み、ＰＭ除去処理が実行される。
　本発明による別の実施例の他の構成及び作用は本発明による実施例の構成及び作用と同様であるので説明を省略する。
　次に、本発明による更に別の実施例を説明する。本発明による更に別の実施例では、図１１に示されるように、パティキュレートフィルタ２４下流の排気管２３に、流入する排気ガス中の粒子状物質の量を検出するための粒子状物質センサ５１が取り付けられる。
　また、本発明による更に別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４に流入した粒子状物質の量が求められ、パティキュレートフィルタ２４から流出した粒子状物質の量が求められ、これら求められた粒子状物質の量に基づいてパティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率ＴＲが求められる。その上で、求められた粒子状物質捕集率ＴＲが許容下限値ＬＴＲよりも低いか否かが判別され、粒子状物質捕集率ＴＲが許容下限値ＬＴＲよりも低いと判別されたときにＰＭ除去処理が行われる。
　具体的には、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２４に流入した粒子状物質の量ｑＰＭｉが機関運転状態に基づいて算出される。すなわち、粒子状物質流入量ｑＰＭｉは機関負荷を表す燃料噴射量ＱＦ及び機関回転数Ｎｅの関数として図１２に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されており、このマップを用いて算出される。別の実施例では、パティキュレートフィルタ２４上流の排気通路に取り付けられた追加の粒子状物質センサにより粒子状物質流入量ｑＰＭｉが検出される。また、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２４から流出した粒子状物質の量ｑＰＭｏが粒子状物質センサ５１により検出される。更に、上述の式（１）を用いて粒子状物質捕集率ＴＲが算出される。
　図１３は本発明による更に別の実施例の排気浄化制御を実行するルーチンを示している。図１３を参照すると、ステップ１２１では粒子状物質流入量ｑＰＭｉが図１２のマップを用いて算出される。続くステップ１２２では粒子状物質流出量ｑＰＭｏが粒子状物質センサ５１の出力から算出される。続くステップ１２３では粒子状物質捕集率ＴＲが式（１）を用いて算出される。続くステップ１２４では、算出された粒子状物質捕集率ＴＲが許容下限値ＬＴＲよりも低いか否かが判別される。ＴＲ≧ＬＴＲのときには処理サイクルを終了する。ＴＲ＜ＬＴＲのときには次いでステップ１２５に進み、ＰＭ除去処理が実行される。
　本発明による別の実施例の他の構成及び作用は本発明による実施例の構成及び作用と同様であるので説明を省略する。
　したがって、これまで説明した本発明による実施例をまとめると、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行い、粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときにＰＭ除去処理を行うということになる。その上で、図８に示される実施例では、パティキュレートフィルタの圧力損失が検出され、検出された圧力損失が許容上限値を越えて増大したときに粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別される。図１０に示される実施例では、パティキュレートフィルタ２４上の粒子状物質捕集量に対するパティキュレートフィルタの圧力損失の変化率が求められると共に圧力損失の変化率に極小値が発生したか否かが判別され、前記圧力損失の変化率に極小値が発生したと判別されたときに粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別される。図１３に示される実施例では、パティキュレートフィルタに流入した粒子状物質の量が求められ、パティキュレートフィルタから流出した粒子状物質の量が求められ、これら求められた粒子状物質の量に基づいてパティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が求められ、求められた粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かが判別される。なお、電子制御ユニット３０は判別処理及びＰＭ除去処理を行うようにプログラムされている。
　次に、ＰＭ除去処理の別の実施例を説明する。
　図１４において、実線はコート領域ＣＺでの粒子状物質の酸化速度ＯＲを、破線は非コート領域ＮＣＺでの粒子状物質の酸化速度ＯＲを、それぞれ示している。図１４からわかるように、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦをＰＭ除去温度ＴＰＭにすると、コート領域ＣＺに捕集された粒子状物質を目標酸化速度ＴＯＲで酸化除去することができる。
　一方、これまで説明した本発明による各実施例では、要するに、非コート領域ＮＣＺに到達する粒子状物質の量が多くなる前のタイミングでＰＭ除去処理が行われる。したがって、この場合のＰＭ除去処理は主として、コート領域ＣＺに捕集された粒子状物質を除去するために行われる。そこで図９に示される実施例では、目標温度ＴＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭに設定される。
　ところが、上述のタイミングでＰＭ除去処理を行ったとしても、非コート領域ＮＣＺにおいて粒子状物質が捕集される場合がある。しかも、ＰＭ除去温度ＴＰＭでもってＰＭ除去処理が行われる限り、非コート領域ＮＣＺに捕集された粒子状物質を速やかに除去するのは困難である。その結果、非コート領域ＮＣＺに捕集されている粒子状物質の量が多くなり、アッシュが非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２を通過するのが困難になるおそれがある。
　そこで、ＰＭ除去処理の別の実施例では、非コート領域ＮＣＺに捕集されている粒子状物質の量ＱＰＭＮＣＺを求め、非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺが許容上限量ＵＰＭＮＣＺよりも多いときにＰＭ除去処理を行うときには、目標温度ＴＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭよりも高く設定された温度ＴＰＭＲに設定される。その結果、非コート領域ＮＣＺに捕集された粒子状物質が速やかにかつ確実に除去される。したがって、アッシュが非コート領域ＮＣＺにおいて隔壁７２を確実に通過することができる。
　すなわち、図１５にＷ１，Ｗ２で示されるように、非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺが許容上限量ＵＰＭＮＣＺよりも少ないときには、ＰＭ除去処理においてパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦがＰＭ除去温度ＴＰＭまで上昇される。これに対し、非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺが許容上限量ＵＰＭＮＣＺよりも多いときには、図１５にＷ３で示されるように、ＰＭ除去処理においてパティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦが上昇されたＰＭ除去温度ＴＰＭＲまで上昇される。その結果、非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺが速やかに減少される。
　非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺは、一実施例では、パティキュレートフィルタ２４に流入する粒子状物質の量と、非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集効率とから求められる。パティキュレートフィルタ２４への粒子状物質流入量及び非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集効率はそれぞれ、例えば機関運転状態の関数としてあらかじめマップの形で求められ、ＲＯＭ３２内に記憶される。別の実施例では、粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺは非コート領域ＮＣＺにおける粒子状物質の捕集作用をモデル化したモデル式を用いて算出される。
　図１６は本発明による実施例のＰＭ除去処理を実行するルーチンを示している。図１６を参照すると、ステップ２１１では、非コート領域ＮＣＺの粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺが読み込まれる。粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺは例えば図示しないルーチンで算出されている。続くステップ２１２では粒子状物質捕集量ＱＰＭＮＣＺが許容上限量ＵＰＭＮＣＺよりも多いか否かが判別される。ＱＰＭＮＣＺ＞ＵＰＭＮＣＺのときには次いでステップ２１３に進み、目標温度ＴＴＦが上昇されたＰＭ処理温度ＴＰＭＲに設定される。次いでステップ２１５に進む。これに対し、ＱＰＭＮＣＺ≦ＵＰＭＮＣＺのときには次いでステップ２１４に進み、目標温度ＴＴＦがＰＭ処理温度ＴＰＭに設定される。次いでステップ２１５に進む。ステップ２１５では、パティキュレートフィルタ２４の温度ＴＦを目標温度ＴＴＦまで上昇し維持する昇温制御が行われる。続くステップ２１６では昇温制御ないしＰＭ除去処理を終了すべきか否かが判別される。ＰＭ除去処理を終了すべきときでないときにはステップ２１５に戻り、昇温制御が継続される。ＰＭ除去処理を終了すべきときには処理サイクルを終了する。
　１　　機関本体
　２１　　排気管
　２４　　パティキュレートフィルタ
　７１ｉ　　排気ガス流入通路
　７１ｏ　　排気ガス流出通路
　７２　　隔壁
　７５　　コート層
　ＣＺ　　コート領域
　ＮＣＺ　　非コート領域

Claims (6)

  1. 　機関排気通路内に配置された、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタであって、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備え、隔壁に、平均細孔径が隔壁基材の平均細孔径よりも小さいコート層により基材表面が覆われたコート領域と、コート領域の下流側において基材表面が前記コート層により覆われていない非コート領域とが区画され、非コート領域において排気ガス中に含まれるアッシュが隔壁を通過できるように隔壁の細孔径が設定されている、パティキュレートフィルタと、
    　パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行う判別手段と、
    　パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときに、パティキュレートフィルタから粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を行うＰＭ除去手段と、
    を具備した内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　機関排気通路内に配置された、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタであって、パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が、パティキュレートフィルタの圧力損失が小さいときにはパティキュレートフィルタの圧力損失の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又はパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて増大し、パティキュレートフィルタの圧力損失が更に増大したときにはパティキュレートフィルタの圧力損失が増大するにつれて低下する、パティキュレートフィルタと、
    　パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行う判別手段と、
    　パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときに、パティキュレートフィルタから粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を行うＰＭ除去手段と、
    を具備した内燃機関の排気浄化装置。
  3. 　排気通路内に配置された、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタであって、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量に対するパティキュレートフィルタの圧力損失の変化率が、粒子状物質捕集量が少ないときには粒子状物質捕集量の増大に関わらずほぼ一定に維持されるか又は粒子状物質捕集量が増大するにつれて増大し、粒子状物質捕集量が更に増大したときには粒子状物質捕集量が増大するにつれて減少し極小値を経て増大する、パティキュレートフィルタと、
    　パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する判別処理を行う判別手段と、
    　パティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別されたときに、パティキュレートフィルタから粒子状物質を除去するＰＭ除去処理を行うＰＭ除去手段と、
    を具備した内燃機関の排気浄化装置。
  4. 　前記判別手段は、パティキュレートフィルタの圧力損失を検出し、該検出された圧力損失が許容上限値を越えて増大したときに前記粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 　前記判別手段は、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量に対するパティキュレートフィルタの圧力損失の変化率を求めると共に該圧力損失の変化率に極小値が発生したか否かを判別し、前記圧力損失の変化率に極小値が発生したと判別されたときに粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したと判別する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 　前記判断手段は、パティキュレートフィルタに流入した粒子状物質の量を求め、パティキュレートフィルタから流出した粒子状物質の量を求め、これら求められた粒子状物質の量に基づいてパティキュレートフィルタの粒子状物質捕集率を求め、該求められた粒子状物質捕集率が許容下限値を越えて低下したか否かを判別する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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