WO2015045321A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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internal combustion
combustion engine
gpf
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藤井　宏明
真吾 中田
孝亮 中野
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株式会社デンソー
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/32—Controlling fuel injection of the low pressure type
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present disclosure is an invention relating to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including a filter that collects particulate matter discharged from the internal combustion engine.
  • ⁇ In-cylinder injection type gasoline engines emit more PM (particulate matter) than intake port injection type gasoline engines.
  • a filter for collecting PM discharged from the engine is disposed in the exhaust passage of the engine.
  • In-cylinder injection type gasoline engines have a smaller absolute amount of PM than diesel engines, so the amount of time that PM accumulates to some extent after filter regeneration and the PM collection rate of the filter recovers. Becomes longer. For this reason, it is important to improve the collection rate of PM immediately after regeneration of the filter, in particular, smoke particles having a particle size of, for example, 20 to 100 nm.
  • soot particles with a particle size of 20 to 100 nm, for example, are collected in PM.
  • smoke particles are collected mainly by Brownian diffusion (diffusion due to Brownian motion) and inertial collision.
  • Brownian diffusion diffusion due to Brownian motion
  • the Brownian motion of the smoke particles becomes inactive and the collection rate due to Brownian diffusion increases.
  • the decrease in the collection rate due to Brownian diffusion is larger than the increase in the collection rate due to inertial collision.
  • This disclosure is intended to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can improve the PM collection rate immediately after regeneration of the filter in a direct injection gasoline engine.
  • an exhaust emission control device for an internal combustion engine is applied to an in-cylinder injection type internal combustion engine that directly injects gasoline as a fuel into a cylinder, and particulate matter discharged from the internal combustion engine (hereinafter referred to as a particulate matter).
  • the exhaust emission control device includes an estimating means for estimating a PM accumulation amount of the filter, and a particle diameter of PM discharged from the internal combustion engine when the PM accumulation amount estimated by the estimation means is equal to or less than a predetermined value.
  • particle size reduction control means for executing PM particle size reduction control for controlling the particle size to be smaller than the above.
  • soot particles with a particle size of 20 to 100 nm, for example are collected in PM.
  • the particle size range of the soot particles the smaller the particle size, the smaller the inertial force of the soot particles and the lower the collection rate due to inertial collisions.
  • the exhaust purification device of the present disclosure estimates the PM accumulation amount of the filter (the amount of PM accumulated on the filter), and from the internal combustion engine when the PM accumulation amount is a predetermined value or less.
  • PM particle size reduction control is executed to control the particle size of the discharged PM so as to be smaller than that during normal control.
  • the PM accumulation amount becomes equal to or less than a predetermined value immediately after regeneration of the filter
  • the particle size of PM discharged from the internal combustion engine is reduced by the PM particle size reduction control (for example, the particle size distribution of PM is reduced).
  • the ratio of smoke particles having a small particle diameter can be increased.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine control system in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a time chart showing the behavior of the PM collection rate.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a PM collection pattern.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the PM particle diameter and the PM collection rate.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a flow of processing of the control routine for reducing the particle size.
  • FIG. 6 is a time chart showing an execution example of the particle size reduction control.
  • FIG. 7 is a time chart for explaining the effect of the particle size reduction control.
  • Engine 11 that is an in-cylinder injection internal combustion engine is an in-cylinder injection gasoline engine that directly injects gasoline as fuel into the cylinder.
  • An air cleaner 13 is provided at the most upstream portion of the intake pipe 12 of the engine 11, and an air flow meter 14 for detecting the intake air amount is provided downstream of the air cleaner 13.
  • a throttle valve 16 whose opening is adjusted by a motor 15 and a throttle opening sensor 17 for detecting the opening (throttle opening) of the throttle valve 16 are provided on the downstream side of the air flow meter 14.
  • a surge tank 18 is provided on the downstream side of the throttle valve 16, and an intake pipe pressure sensor 19 for detecting the intake pipe pressure is provided in the surge tank 18.
  • the surge tank 18 is provided with an intake manifold 20 that introduces air into each cylinder of the engine 11.
  • Each cylinder of the engine 11 has a fuel injection valve 21 that directly injects fuel (gasoline) into the cylinder. It is attached.
  • An ignition plug 22 is attached to the cylinder head of the engine 11 for each cylinder, and the air-fuel mixture in each cylinder is ignited by spark discharge of the ignition plug 22 of each cylinder.
  • the exhaust pipe 23 of the engine 11 is provided with a catalyst 24 such as a three-way catalyst for purifying exhaust gas, and the exhaust gas air-fuel ratio or rich / lean is set on the upstream side and downstream side of the catalyst 24, respectively.
  • Exhaust gas sensors 31 and 32 air-fuel ratio sensor, oxygen sensor, etc.
  • a GPF Gas Particulate Filter
  • Pressure sensors 33 and 34 for detecting the exhaust pressure are provided on the upstream side and the downstream side of the GPF 25, respectively.
  • a cooling water temperature sensor 26 for detecting the cooling water temperature and a knock sensor 27 for detecting knocking are attached to the cylinder block of the engine 11.
  • a crank angle sensor 29 that outputs a pulse signal every time the crankshaft 28 rotates by a predetermined crank angle is attached to the outer peripheral side of the crankshaft 28, and the crank angle and the engine are determined based on the output signal of the crank angle sensor 29. The rotation speed is detected.
  • the outputs of these various sensors are input to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 30.
  • the ECU 30 is mainly composed of a microcomputer, and executes various engine control programs stored in a built-in ROM (storage medium), so that the fuel injection amount and the ignition timing are determined according to the engine operating state.
  • the throttle opening (intake air amount) and the like are controlled.
  • the regeneration control includes, for example, fuel cut control that is executed when a predetermined fuel cut execution condition is satisfied (for example, during deceleration). Further, for example, control for making the air-fuel ratio lean or control for raising the exhaust temperature may be executed as regeneration control when the PM accumulation amount of the GPF 25 exceeds a predetermined upper limit value.
  • the in-cylinder injection type gasoline engine 11 has a smaller absolute amount of discharged PM than the diesel engine, the PM accumulation amount increases to some extent after the regeneration of the GPF 25, and the PM collection rate of the GPF 25 recovers. The time until is longer. For this reason, an improvement in the collection rate of PM immediately after regeneration of the GPF 25 (especially, smoke particles having a particle diameter of, for example, 20 to 100 nm) is an important technical problem.
  • Brown diffusion diffusion by Brownian motion
  • soot particles having a particle diameter of 20 to 100 nm, for example, of PM are regulated.
  • the soot particles are collected mainly by Brownian diffusion and inertial collision.
  • the smaller the particle size the smaller the inertial force of the soot particles and the lower the collection rate due to inertial collisions, but the smaller the particle size, the more the Brownian motion of the soot particles is activated and the higher the rate of collection due to Brownian diffusion.
  • the increase in the collection rate due to Brownian diffusion is larger than the decrease in the collection rate due to inertial collision.
  • the ECU 30 estimates the PM deposition amount of the GPF 25 (the amount of PM deposited on the GPF 25) by executing a control process for reducing the particle size of FIG.
  • the amount of accumulated PM is equal to or less than a predetermined value
  • the particle size of PM discharged from the engine 11 is controlled to be smaller than that during normal control (when the engine 11 is controlled under normal operating conditions).
  • PM small particle size control is executed.
  • the particle size of PM discharged from the engine 11 is reduced by the PM particle size reduction control (for example, the particle size distribution of PM is reduced).
  • the ratio of smoke particles having a small particle diameter can be increased.
  • PM generated from fuel adhering to the piston has a relatively large particle diameter
  • PM generated from the fuel-rich part of the in-cylinder space has a relatively small particle diameter.
  • the injection timing retardation control (control that retards the fuel injection timing of the intake stroke from the normal control time) and the air-fuel ratio enrichment control (normal control of the air-fuel ratio) At least one of a control for making the fuel pressure higher than the control time) and a control for increasing the fuel pressure (control for making the fuel pressure higher than in the normal control to atomize the injected fuel).
  • the injection timing retardation control, the air-fuel ratio enrichment control, and the fuel pressure high pressure control can all increase the proportion of PM generated from the fuel rich portion of the in-cylinder space, the injection timing retardation control and the air-fuel ratio enrichment control If at least one of the control for increasing the fuel pressure and the control for increasing the fuel pressure is executed, the particle diameter of PM discharged from the engine 11 can be reduced (for example, the particle diameter distribution of PM is shifted to the smaller diameter side).
  • the particle size reduction control routine shown in FIG. 5 is repeatedly executed at a predetermined cycle during the power-on period of the ECU 30 (when the ignition switch is on), and serves as a particle size reduction control means.
  • step 101 the PM deposition amount of the GPF 25 is estimated.
  • the processing in step 101 serves as an estimation means.
  • the pressure (upstream exhaust pressure ⁇ downstream exhaust pressure) is calculated, and the PM accumulation amount of the GPF 25 is calculated by a map or a mathematical formula based on the front-rear differential pressure.
  • the PM accumulation amount of the GPF 25 may be calculated by a map or a mathematical formula based on the history of the engine operating state (for example, parameters related to the generation of PM such as engine rotation speed, engine load, and cooling water temperature). good.
  • a PM sensor for detecting the PM concentration in the exhaust gas is arranged on at least one of the upstream side and the downstream side of the GPF 25, and the PM accumulation amount of the GPF 25 is determined by a map or a mathematical formula based on the output of the PM sensor. It may be calculated.
  • step 102 it is determined whether or not the PM deposition amount of the GPF 25 is equal to or less than a predetermined value K1.
  • the predetermined value K1 is set to a PM deposition amount at which the collection rate of the smoke particles becomes an allowable lower limit value.
  • step 102 If it is determined in step 102 that the amount of PM accumulated in the GPF 25 is larger than the predetermined value K1, this routine is terminated without performing the processes in and after step 103.
  • step 102 determines whether the PM accumulation amount of the GPF 25 is equal to or less than the predetermined value K1 is equal to or less than the predetermined value K1 is equal to or less than the predetermined value K1 is equal to or less than the predetermined value K1 is equal to or less than the predetermined value K1 if it is determined in step 102 that the PM accumulation amount of the GPF 25 is equal to or less than the predetermined value K1, the process proceeds to step 103, where the particle diameter of PM discharged from the engine 11 is smaller than that during normal control.
  • the PM particle size reduction control for example, injection timing retardation control (control that retards the fuel injection timing of the intake stroke from that during normal control) and air-fuel ratio enrichment control (where the air-fuel ratio is richer than during normal control). Control) and fuel pressure increase control (control to increase the fuel pressure higher than that during normal control and atomize the injected fuel).
  • step 104 the PM deposition amount of the GPF 25 is estimated by the same method as in step 101.
  • step 105 it is determined whether or not the PM deposition amount of the GPF 25 is larger than a predetermined value K2.
  • the predetermined value K2 is set to a value slightly larger than the predetermined value K1 in step 102 (or the same value as the predetermined value K1), for example.
  • step 105 If it is determined in step 105 that the PM deposition amount of the GPF 25 is equal to or less than the predetermined value K2, the process returns to step 103 and the PM particle size reduction control is continued.
  • step 105 if it is determined in step 105 that the PM deposition amount of the GPF 25 is larger than the predetermined value K2, the process proceeds to step 106, and after the PM particle size reduction control is finished, this routine is finished.
  • regeneration control is performed to burn and remove the PM collected by the GPF 25 at a time t1 when a predetermined condition is satisfied.
  • fuel cut control is executed as regeneration control.
  • control for making the air-fuel ratio lean or control for raising the exhaust temperature may be executed as regeneration control.
  • PM small particle size reduction control for example, injection timing retardation control, air-fuel ratio enrichment control, fuel pressure increase control, etc. is performed to control the particle size to be smaller than that during normal control.
  • This PM particle size reduction control increases the amount of PM deposited on the GPF 25, and the PM collection rate increases rapidly. Thereafter, at the time t3 when the PM deposition amount of the GPF 25 becomes larger than the predetermined value K2, the PM particle size reduction control is terminated and the normal control is returned to.
  • the PM deposition amount of the GPF 25 is estimated, and when the PM deposition amount is equal to or less than a predetermined value, control is performed so that the particle diameter of PM discharged from the engine 11 is smaller than that during normal control. Execute PM particle size reduction control.
  • the PM particle size reduction control for example, the particle size distribution of PM is reduced. And the ratio of smoke particles having a small particle diameter can be increased.
  • the increase in the collection rate due to Brownian diffusion can be made larger than the decrease in the collection rate due to inertial collision, and the PM capture as a whole.
  • the collection rate (collection rate of smoke particles) can be increased.
  • the PM collection rate can be quickly increased immediately after the regeneration of the GPF 25, and the PM collection rate immediately after the regeneration of the GPF 25 can be improved.
  • At least one of the injection timing retardation control, the air-fuel ratio enrichment control, and the fuel pressure high pressure control is executed as the PM particle size reduction control.
  • the control is not limited to these controls, and may be changed as appropriate.

Abstract

ＰＭのうち規制対象である煤煙粒子の粒子径範囲では、粒子径が小さいほど煤煙粒子の慣性衝突による捕集率が減少するが、粒子径が小さいほど煤煙粒子のブラウン拡散による捕集率が増加し、慣性衝突による捕集率の減少分よりもブラウン拡散による捕集率の増加分の方が大きくなる。この特性に着目して、ＧＰＦ（２５）の再生直後でＰＭ堆積量が所定値以下になったときに、ＰＭ小粒子径化制御を実行してエンジン（１１）から排出されるＰＭの粒子径を小さくする。これにより、小粒子径の煤煙粒子の割合を増加させて、慣性衝突による捕集率の減少分よりもブラウン拡散による捕集率の増加分の方を大きくすることができ、ＰＭ捕集率（煤煙粒子の捕集率）を高くすることができる。

Description

内燃機関の排気浄化装置 関連出願の相互参照
　本開示は、２０１３年９月２６日に出願された日本出願番号２０１３－２００６６５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する発明である。
　筒内噴射式のガソリンエンジンは、吸気ポート噴射式のガソリンエンジンに比べて、ＰＭ（粒子状物質）の排出量が多くなる。この対策として、エンジンの排気通路にエンジンから排出されるＰＭを捕集するフィルタを配置する。
　ＰＭ捕集用のフィルタを備えたシステムでは、フィルタのＰＭ堆積量（フィルタに堆積したＰＭの量）が多くなり過ぎると、フィルタの気孔が目詰まりした状態となって排気の圧力損失が大きくなる。このため、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼させて除去する再生制御を実施して、フィルタを再生させる。すなわち、フィルタのＰＭ堆積量を減少させる。
　しかし、フィルタの再生直後は、フィルタの気孔の内壁面にＰＭがあまり付着していない状態になるため、ＰＭがフィルタの気孔内をすり抜ける割合が高くなって、フィルタのＰＭ捕集率が低くなる。
　例えば、特許文献１に記載されているディーゼルエンジン用の排気浄化装置では、フィルタの再生制御の実施後に、エンジンから排出されるＰＭの粒子径を大きくする大径化制御（例えば燃焼効率を低下させる制御）を実施する。これにより、フィルタの再生後に速やかにフィルタにＰＭを堆積させてＰＭ捕集率を回復させるようにしている。
特開２０１２－１５４２５５号公報
　筒内噴射式のガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンに比べて、排出されるＰＭの絶対量が少ないため、フィルタの再生後にＰＭ堆積量がある程度増加してフィルタのＰＭ捕集率が回復するまでの時間が長くなる。このため、フィルタの再生直後のＰＭ、特に粒子径が例えば２０～１００ｎｍの煤煙粒子の捕集率の向上が重要である。
　しかし、筒内噴射式のガソリンエンジンは、ディーゼルエンジンに比べて、ＰＭの粒子径分布が小径であるため、エンジンから排出されるＰＭを大径化する大径化制御を実施しても、次のような理由により、フィルタの再生直後のＰＭ捕集率を向上させることができない。
　図４に示すように、筒内噴射式のガソリンエンジンでは、ＰＭのうち粒子径が例えば２０～１００ｎｍの煤煙粒子が捕集対象となっている。フィルタの再生直後では、主にブラウン拡散（ブラウン運動による拡散）と慣性衝突によって煤煙粒子が捕集される。また、粒子径が大きいほど煤煙粒子の慣性力が大きくなって慣性衝突による捕集率が増加するが、粒子径が大きいほど煤煙粒子のブラウン運動が不活発になってブラウン拡散による捕集率が減少する傾向がある。その際、慣性衝突による捕集率の増加分よりもブラウン拡散による捕集率の減少分の方が大きくなるという特性がある。このため、大径化制御によって大粒子径の煤煙粒子の割合が増加すると、慣性衝突による捕集率の増加分よりもブラウン拡散による捕集率の減少分の方が大きくなって、全体としてＰＭ捕集率（煤煙粒子の捕集率）が低下してしまう。
　本開示は、筒内噴射式のガソリンエンジンにおいてフィルタの再生直後のＰＭ捕集率を向上させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、内燃機関の排気浄化装置は、燃料としてガソリンを筒内に直接噴射する筒内噴射式の内燃機関に適用され、この内燃機関から排出される粒子状物質（以下「ＰＭ」と表記する）を捕集するフィルタを備える。さらに、排気浄化装置は、フィルタのＰＭ堆積量を推定する推定手段と、この推定手段で推定したＰＭ堆積量が所定値以下のときに、内燃機関から排出されるＰＭの粒子径が通常制御時よりも小さくなるように制御するＰＭ小粒子径化制御を実行する小粒子径化制御手段とを備える。
　図４に示すように、筒内噴射式のガソリンエンジンでは、ＰＭのうち粒子径が例えば２０～１００ｎｍの煤煙粒子が捕集対象となっている。フィルタの再生直後に煤煙粒子の粒子径範囲では、粒子径が小さいほど煤煙粒子の慣性力が小さくなって慣性衝突による捕集率が減少するが、粒子径が小さいほど煤煙粒子のブラウン運動が活発化してブラウン拡散による捕集率が増加する傾向がある。その際、慣性衝突による捕集率の減少分よりもブラウン拡散による捕集率の増加分の方が大きくなるという特性がある。
　このような特性に着目して、本開示の排気浄化装置では、フィルタのＰＭ堆積量（フィルタに堆積したＰＭの量）を推定し、そのＰＭ堆積量が所定値以下のときに、内燃機関から排出されるＰＭの粒子径が通常制御時よりも小さくなるように制御するＰＭ小粒子径化制御を実行する。これにより、フィルタの再生直後でＰＭ堆積量が所定値以下になったときに、ＰＭ小粒子径化制御によって、内燃機関から排出されるＰＭの粒子径を小さくする（例えばＰＭの粒子径分布を小径側にずらす）ことができ、小粒子径の煤煙粒子の割合を増加させることができる。小粒子径の煤煙粒子の割合を増加させることで、慣性衝突による捕集率の減少分よりもブラウン拡散による捕集率の増加分の方を大きくすることができ、全体としてＰＭ捕集率（煤煙粒子の捕集率）を高くすることができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。 図２はＰＭ捕集率の挙動を示すタイムチャートである。 図３はＰＭの捕集パターンを説明する図である。 図４はＰＭ粒子径とＰＭ捕集率との関係を示す図である。 図５は小粒子径化制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図６は小粒子径化制御の実行例を示すタイムチャートである。 図７は小粒子径化制御の効果を説明するタイムチャートである。
　以下、本開示の一実施例を説明する。
　まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。
　筒内噴射式の内燃機関であるエンジン１１は、燃料としてガソリンを筒内に直接噴射する筒内噴射式のガソリンエンジンである。このエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
　更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料（ガソリン）を直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。
　一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられ、この触媒２４の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ３１，３２（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。更に、エンジン１１の排気管２３のうちの触媒２４の下流側には、エンジン１１から排出されるＰＭ（Particulate Matter）を捕集するフィルタとしてＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter ）２５が設けられている。このＧＰＦ２５の上流側と下流側に、それぞれ排気圧を検出する圧力センサ３３，３４が設けられている。
　また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
　これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
　ところで、ＰＭ捕集用のＧＰＦ２５を備えたシステムでは、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量（ＧＰＦ２５に堆積したＰＭの量）が多くなり過ぎると、ＧＰＦ２５の気孔が目詰まりした状態となって排気の圧力損失が大きくなる。このため、ＧＰＦ２５に捕集されたＰＭを燃焼させて除去する再生制御を実施して、ＧＰＦ２５を再生させる（ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量を減少させる）ようにしている。再生制御としては、例えば、所定の燃料カット実行条件が成立したとき（例えば減速時）に実行される燃料カット制御がある。また、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定の上限値以上になったときに再生制御として例えば空燃比をリーンにする制御や排気温度を上昇させる制御等を実行するようにしても良い。
　しかし、ＧＰＦ２５の再生直後は、ＧＰＦ２５の気孔の内壁面にＰＭがあまり付着していない状態になるため、ＰＭがＧＰＦ２５の気孔内をすり抜ける割合が高くなって、ＧＰＦ２５のＰＭ捕集率が低くなる（図２参照）。
　また、筒内噴射式のガソリンエンジン１１は、ディーゼルエンジンに比べて、排出されるＰＭの絶対量が少ないため、ＧＰＦ２５の再生後にＰＭ堆積量がある程度増加してＧＰＦ２５のＰＭ捕集率が回復するまでの時間が長くなる。このため、ＧＰＦ２５の再生直後のＰＭ（特に粒子径が例えば２０～１００ｎｍの煤煙粒子）の捕集率の向上が重要な技術的課題となる。
　ここで、図３に示すように、ＧＰＦ２５の再生直後にＰＭがＧＰＦ２５の気孔３５の内壁面３５ａに付着して捕集される場合のパターンとしては、例えば、ブラウン拡散（ブラウン運動による拡散）による捕集、慣性衝突による捕集、さえぎりによる捕集、重力による捕集等がある。
　また、図４に示すように、筒内噴射式のガソリンエンジン１１では、ＰＭのうち粒子径が例えば２０～１００ｎｍの煤煙粒子が規制対象となっている。ＧＰＦ２５の再生直後に煤煙粒子の粒子径範囲では、主にブラウン拡散と慣性衝突によって煤煙粒子が捕集される。また、粒子径が小さいほど煤煙粒子の慣性力が小さくなって慣性衝突による捕集率が減少するが、粒子径が小さいほど煤煙粒子のブラウン運動が活発化してブラウン拡散による捕集率が増加する傾向がある。その際、慣性衝突による捕集率の減少分よりもブラウン拡散による捕集率の増加分の方が大きくなるという特性がある。
　このような特性に着目して、本実施例では、ＥＣＵ３０により後述する図５の小粒子径化制御ルーチンを実行することで、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量（ＧＰＦ２５に堆積したＰＭの量）を推定し、そのＰＭ堆積量が所定値以下のときに、エンジン１１から排出されるＰＭの粒子径が通常制御時（通常の運転条件でエンジン１１を制御しているとき）よりも小さくなるように制御するＰＭ小粒子径化制御を実行するようにしている。
　これにより、ＧＰＦ２５の再生直後でＰＭ堆積量が所定値以下になったときに、ＰＭ小粒子径化制御によって、エンジン１１から排出されるＰＭの粒子径を小さくする（例えばＰＭの粒子径分布を小径側にずらす）ことができ、小粒子径の煤煙粒子の割合を増加させることができる。小粒子径の煤煙粒子の割合を増加させることで、慣性衝突による捕集率の減少分よりもブラウン拡散による捕集率の増加分の方を大きくすることができ、全体としてＰＭ捕集率（煤煙粒子の捕集率）を高くすることができる。
　筒内に噴射された燃料のうちピストンに付着する燃料（ピストンウエット）から発生するＰＭは粒子径が比較的大きくなり、筒内空間の燃料リッチ部から発生するＰＭは粒子径が比較的小さくなる傾向がある。
　そこで、本実施例では、ＰＭ小粒子径化制御として、噴射時期遅角制御（吸気行程の燃料噴射時期を通常制御時よりも遅角する制御）と空燃比リッチ化制御（空燃比を通常制御時よりもリッチ化する制御）と燃圧高圧化制御（燃料圧力を通常制御時よりも高圧化して噴射燃料を微粒化する制御）のうちの少なくとも一つを実行するようにしている。
　噴射時期遅角制御と空燃比リッチ化制御と燃圧高圧化制御は、いずれも筒内空間の燃料リッチ部から発生するＰＭの割合を増加させることができるため、噴射時期遅角制御と空燃比リッチ化制御と燃圧高圧化制御のうちの少なくとも一つを実行すれば、エンジン１１から排出されるＰＭの粒子径を小さくする（例えばＰＭの粒子径分布を小径側にずらす）ことができる。
　以下、ＥＣＵ３０が実行する図５の小粒子径化制御ルーチンの処理内容を説明する。
　図５に示す小粒子径化制御ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、小粒子径化制御手段としての役割を果たす。ステップ１０１で、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量を推定する。このステップ１０１の処理が推定手段としての役割を果たす。
　この場合、例えば、ＧＰＦ２５の上流側の圧力センサ３３で検出した排気圧（上流側排気圧）と下流側の圧力センサ３４で検出した排気圧（下流側排気圧）とに基づいてＧＰＦ２５の前後差圧（上流側排気圧－下流側排気圧）を算出し、この前後差圧に基づいてＧＰＦ２５のＰＭ堆積量をマップ又は数式等により算出する。
　或は、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度、エンジン負荷、冷却水温等のＰＭの発生に関連するパラメータ）の履歴に基づいてＧＰＦ２５のＰＭ堆積量をマップ又は数式等により算出するようにしても良い。
　或は、ＧＰＦ２５の上流側と下流側のうちの少なくとも一方に、排気中のＰＭ濃度を検出するＰＭセンサを配置し、このＰＭセンサの出力に基づいてＧＰＦ２５のＰＭ堆積量をマップ又は数式等により算出するようにしても良い。
　この後、ステップ１０２に進み、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ１以下であるか否かを判定する。この所定値Ｋ１は、例えば、煤煙粒子の捕集率が許容下限値となるＰＭ堆積量に設定されている。
　このステップ１０２で、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ１よりも大きいと判定された場合には、ステップ１０３以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
　一方、上記ステップ１０２で、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ１以下であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、エンジン１１から排出されるＰＭの粒子径が通常制御時よりも小さくなるように制御するＰＭ小粒子径化制御を実行する。このＰＭ小粒子径化制御として、例えば、噴射時期遅角制御（吸気行程の燃料噴射時期を通常制御時よりも遅角する制御）と空燃比リッチ化制御（空燃比を通常制御時よりもリッチ化する制御）と燃圧高圧化制御（燃料圧力を通常制御時よりも高圧化して噴射燃料を微粒化する制御）のうちの一つ又は二つ以上を実行する。
　この後、ステップ１０４に進み、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量を上記ステップ１０１と同じ方法で推定した後、ステップ１０５に進み、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する。この所定値Ｋ２は、例えば、上記ステップ１０２の所定値Ｋ１よりも少し大きい値（又は所定値Ｋ１と同じ値）に設定されている。
　このステップ１０５で、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ２以下であると判定された場合には、上記ステップ１０３に戻り、ＰＭ小粒子径化制御を継続する。
　その後、上記ステップ１０５で、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ２よりも大きいと判定された場合には、ステップ１０６に進み、ＰＭ小粒子径化制御を終了した後、本ルーチンを終了する。
　次に、図６のタイムチャートを用いて本実施例の小粒子径化制御の実行例を説明する。
　エンジン１１の通常制御中に、所定条件が成立した時点ｔ１で、ＧＰＦ２５に捕集されたＰＭを燃焼させて除去する再生制御を実行する。この場合、例えば、所定の燃料カット実行条件が成立した時点で、再生制御として燃料カット制御を実行する。或は、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定の上限値以上になった時点で、再生制御として例えば空燃比をリーンにする制御や排気温度を上昇させる制御等を実行するようにしても良い。
　この再生制御によってＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が減少してＰＭ捕集率が低下するが、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ１以下になった時点ｔ２で、エンジン１１から排出されるＰＭの粒子径が通常制御時よりも小さくなるように制御するＰＭ小粒子径化制御（例えば、噴射時期遅角制御、空燃比リッチ化制御、燃圧高圧化制御等）を実行する。
　このＰＭ小粒子径化制御によってＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が増加してＰＭ捕集率が速やかに上昇する。その後、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量が所定値Ｋ２よりも大きくなった時点ｔ３で、ＰＭ小粒子径化制御を終了して、通常制御に戻る。
　以上説明した本実施例では、ＧＰＦ２５のＰＭ堆積量を推定し、そのＰＭ堆積量が所定値以下のときに、エンジン１１から排出されるＰＭの粒子径が通常制御時よりも小さくなるように制御するＰＭ小粒子径化制御を実行する。これにより、ＧＰＦ２５の再生直後でＰＭ堆積量が所定値以下になったときに、ＰＭ小粒子径化制御によって、エンジン１１から排出されるＰＭの粒子径を小さくする（例えばＰＭの粒子径分布を小径側にずらす）ことができ、小粒子径の煤煙粒子の割合を増加させることができる。このように小粒子径の煤煙粒子の割合を増加させることで、慣性衝突による捕集率の減少分よりもブラウン拡散による捕集率の増加分の方を大きくすることができ、全体としてＰＭ捕集率（煤煙粒子の捕集率）を高くすることができる。
　図７に示すように、本実施例のようにＧＰＦ２５の再生直後にＰＭを小粒子径化した場合には、ＰＭを大粒子径化した場合や、通常の場合（大粒子径化も小粒子径化もしない場合）に比べて、ＧＰＦ２５の再生直後にＰＭ捕集率を速やかに上昇させることができ、ＧＰＦ２５の再生直後のＰＭ捕集率を向上させることができる。
　尚、上記実施例では、ＰＭ小粒子径化制御として、噴射時期遅角制御と空燃比リッチ化制御と燃圧高圧化制御のうちの少なくとも一つを実行するようにしたが、ＰＭ小粒子径化制御は、これらの制御に限定されず、適宜変更しても良い。
　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (2)

  1. 　燃料としてガソリンを筒内に直接噴射する筒内噴射式の内燃機関（１１）に適用され、前記内燃機関（１１）から排出される粒子状物質を捕集するフィルタ（２５）を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
    　前記フィルタ（２５）の粒子状物質堆積量を推定する推定手段（３０）と、
    　前記推定手段（３０）で推定した粒子状物質堆積量が所定値以下のときに、前記内燃機関（１１）から排出される粒子状物質の粒子径が通常制御時よりも小さくなるように制御するＰＭ小粒子径化制御を実行する小粒子径化制御手段（３０）と
    　を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 　前記小粒子径化制御手段（３０）は、前記ＰＭ小粒子径化制御として、吸気行程の燃料噴射時期を遅角する制御と空燃比をリッチ化する制御と燃料圧力を高圧化する制御のうちの少なくとも一つを実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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