JP4534959B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排出ガス中の排気微粒子を捕集する内燃機関の排気浄化装置に関する。

近年、軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼルエンジン（以下、内燃機関という）では、排気通路に捕集器を配置して、排出ガス中の排気微粒子を捕集している。この捕集器は、多孔質の隔壁を有し、排出ガスが隔壁を通過する際に排出ガス中の排気微粒子を捕集するようになっている。

そして、捕集された排気微粒子の堆積量が過剰に増えると、捕集器における流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し、出力の低下等をもたらすため、捕集器を適宜、昇温することにより捕集された排気微粒子を捕集器から燃焼除去して捕集器を再生する。ここで、排気微粒子が過剰に堆積してから再生を行うと、排気微粒子が急速に燃焼して捕集器の温度がきわめて高くなり（例えば１５００℃）、捕集器の破損を引き起こす危険性がある。

そこで、この捕集器の再生を適正な時期に行うために、排気微粒子の堆積量と前後差圧とを対応付ける堆積特性に基づき、前後差圧を入力として排気微粒子の堆積量を推定し、その堆積量の推定値が所定値を超えると再生を行うようにしている（特許文献１参照）。
特開２００４−２８６０１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置のように排気微粒子の堆積量と前後差圧とを対応付ける堆積特性から堆積量を推定するものでは、堆積した排気微粒子が燃焼して堆積量が減少する際に、一部条件下において、堆積量が過小に推定されてしまうことが明らかになった。このように堆積量が一旦過小に推定されてしまうと、その後に堆積量が増加して堆積量の推定値が所定値に達した時点では、排気微粒子が過剰に堆積した状態になっているため、再生時に排気微粒子が急速に燃焼して捕集器の破損を引き起こす危険性がある。

本発明は上記点に鑑みて、前後差圧を入力として排気微粒子の堆積量を推定する排気浄化装置において、堆積量が減少する際の堆積量推定精度の悪化による捕集器の破損等の不具合を回避することを目的とする。

前述したように、排気微粒子の堆積量と前後差圧とを対応付ける堆積特性から堆積量を推定するものでは、一部条件下において、堆積した排気微粒子が燃焼して堆積量が減少する際に堆積量が過小に推定されてしまう。その原因について検討したところ、堆積した排気微粒子によって捕集器の隔壁における排出ガス流入側の表面が覆われた後に、堆積した排気微粒子が燃焼して隔壁の表面の一部が露出した状態になった場合には、排出ガスが隔壁を通過する際の圧損が急減して前後差圧も急減するため、排気微粒子の堆積量と前後差圧との関係が堆積特性から外れてしまい、堆積量が過小に推定されてしまうことが分かった。

本発明は、上記の検討結果に基づいてなされたもので、排気微粒子の堆積量と捕集器（４０）の前後差圧とを対応付ける堆積特性に基づき、前後差圧を入力として排気微粒子の堆積量を推定する第１推定手段（Ｓ１０４）と、堆積した排気微粒子が燃焼して隔壁（４００）の表面の一部が露出した隔壁露出状態を検出する隔壁露出検出手段（Ｓ１０１）と、隔壁露出状態が検出された場合に、捕集器（４０）に堆積した排気微粒子を強制的に完全に燃焼させる隔壁露出時再生手段（Ｓ１０７）とを備えることを第１の特徴とする。

これによると、隔壁露出状態が検出された場合には、捕集器に堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させるため、この強制燃焼による完全再生が完了した時点で排気微粒子の堆積量と前後差圧との関係を堆積特性と一致させることができる。したがって、隔壁露出を原因とする堆積量推定精度の悪化を回避し、捕集器の破損等の不具合を回避することができる。

なお、第１の特徴でいう「捕集器に堆積した排気微粒子を完全に燃焼させる」とは、捕集器内の排気微粒子の量を実用上０と見なせる量まで減少させることを意味し、例えば通常再生の要否判定に用いる第１所定値の１０％以下まで捕集器内の排気微粒子を減少させた状態が、それに相当する。

本発明は、第１の特徴を有する内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関（１）の運転状態情報および捕集器（４０）の温度を入力として排気微粒子の堆積量を推定する第２推定手段（Ｓ１０６）を備え、隔壁露出検出手段（Ｓ１０１）にて隔壁露出状態が検出された場合には、第２推定手段（Ｓ１０６）にて排気微粒子の堆積量を推定することを第２の特徴とする。

これによると、隔壁露出時再生手段による完全再生の完了時期を、第２推定手段にて検出することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図、図２は図１の捕集器の要部構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、車両に搭載される水冷式ディーゼル内燃機関であり、その車両は内燃機関１にて駆動される。内燃機関１は、高圧燃料を蓄える１つのコモンレール１１と、このコモンレール１１に連結されて内燃機関１のシリンダ内に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁１２を有している。因みに、内燃機関１に駆動される図示しないポンプによって燃料を高圧化して、その高圧燃料をコモンレール１１に圧送するようになっている。

内燃機関１の吸気マニホールド２１は、吸気管２０に連結されており、その連結部に吸気スロットル２２が設けられている。そして、吸気スロットル２２によって、吸気系の通路面積が調整されて吸気流量が調整されるようになっている。

内燃機関１の排気マニホールド３１は、排気管３０に連結されており、排気管３０の途中には、排出ガス中の排気微粒子（以下、ＰＭという）を捕集する捕集器４０が設置されている。

この捕集器４０は、図２にも示すように、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、多孔質の隔壁４００で区画された多数の排気流路４１０の入口または出口を互い違いに目封じしてなる。また、多孔質の隔壁４００には、酸化触媒が担持されている。そして、内燃機関１からの排出ガスＧは、入口側が開口している排気流路４１０内に入り、多孔質の隔壁４００を通過して隣の排気流路４１０に流入するようになっており、多孔質の隔壁４００を通過する際にＰＭが捕集される。

排気管３０における捕集器４０の上流側には、遠心過給機１３のタービン１４が設けられ、このタービン１４は、吸気管２０に設けられたコンプレッサ１５とタービン軸を介して連結されている。これにより、排出ガスの熱エネルギーを利用してタービン１４を駆動するとともに、タービン軸を介してコンプレッサ１５を駆動し、吸気管２０に導入される吸気をコンプレッサ１５内で圧縮する。また、遠心過給機１３は、コンプレッサ１５側に設けた図示しないノズルの傾きを変えることにより過給圧を調整可能になっている。

コンプレッサ１５よりも下流側で且つ吸気スロットル２２よりも上流側の吸気管２０内には、インタークーラ２３が設けられ、コンプレッサ１５で圧縮されて高温となった吸気はインタークーラ２３で冷却される。

排気マニホールド３１は、ＥＧＲ通路５０によって吸気マニホールド２１と連結されており、排出ガスの一部がＥＧＲ通路５０を介して吸気系に戻されるようになっている。ＥＧＲ通路５０と吸気マニホールド２１との連結部にはＥＧＲバルブ５１が設けられ、ＥＧＲバルブ５１によってＥＧＲ通路５０の通路面積が調整されて吸気系へ還流される排出ガスの量が調整されるようになっている。また、ＥＧＲ通路５０の途中には、還流される排出ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２が設けられている。

排気管３０には、捕集器４０の前後差圧に応じた電気信号を出力する、前後差圧検出手段としての差圧センサ６１が設けられている。この差圧センサ６１の一端側は捕集器４０の上流側にて排気管３０に接続され、差圧センサ６１の他端側は捕集器４０の下流側にて排気管３０に接続されている。

また、排気管３０における捕集器４０の上流側には、捕集器４０に流入する排出ガスの温度に応じた電気信号を出力する第１排気温センサ６２が設置され、排気管３０における捕集器４０の下流側には、捕集器４０を通過した排出ガスの温度に応じた電気信号を出力する第２排気温センサ６３が設置されている。

さらに、コンプレッサ１５よりも上流側の吸気管２０には、吸気流量を検出するエアフロメータ６４が設置されている。

ＥＣＵ７０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。そして、ＥＣＵ７０には、差圧センサ６１、第１排気温センサ６２、第２排気温センサ６３およびエアフロメータ６４からの信号が入力され、さらに、吸気スロットル２２の開度、ＥＧＲバルブ５１の弁開度、内燃機関回転数、車速、冷却水温、クランク位置、燃料圧等を検出する各種センサ（図示せず）から信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ７０は、演算結果に基づいて、燃料噴射弁１２、遠心過給機１３、吸気スロットル２２、ＥＧＲバルブ５１等を制御する。

次に、捕集器４０に堆積したＰＭの量と捕集器４０の前後差圧との関係について説明する。図３は、ＰＭが堆積していない新品若しくは捕集器４０を完全に再生した直後（すなわちＰＭ堆積量が０）の状態からＰＭが堆積していくときの、OLE_LINK1ある一定のエンジン運転条件におけるOLE_LINK1前後差圧とＰＭ堆積量との関係を示すもので、ＰＭ堆積量の増加に伴って前後差圧は増加する。

このＰＭ堆積量が増加する際の増加特性線は、２種類の直線で表され、ＰＭ堆積量がある大きさになる点Ｚ１（以下、増加時遷移点という）で２種類の直線の傾きが不連続に変化する。以下、本明細書では、増加時遷移点Ｚ１におけるＰＭ堆積量を増加時遷移点堆積量といい、増加特性線のうち、ＰＭ堆積量が０の初期点から増加時遷移点Ｚ１に至るまでの増加特性線を増加第１特性線Ｕ１といい、ＰＭ堆積量が増加時遷移点Ｚ１を超えた領域の増加特性線を増加第２特性線Ｕ２という。

図３から明らかなように、ＰＭの増加量に対する前後差圧の増加量は、増加第１特性線Ｕ１よりも増加第２特性線Ｕ２の方が少なくなっている。これについて、図４に基づいて詳細に説明する。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、捕集器４０の隔壁４００でＰＭの堆積が進行していく様子を示している。まず、ＰＭ堆積量が０の状態から増加時遷移点Ｚ１に至るまでは、図４（Ａ）に示すように、隔壁４００の細孔内にＰＭ８０が侵入して細孔が詰まり、ＰＭ堆積量の増加に伴って前後差圧が急峻に増加する。

また、細孔の多くが詰まった後、すなわちＰＭ堆積量が遷移点Ｚ１を超えた領域では、図４（Ｂ）に示すように、隔壁４００における排出ガスＧ流入側の表面にＰＭ８１が層状に堆積していく。このＰＭ堆積量が増加時遷移点Ｚ１を超えた領域では、ＰＭ堆積量が０の状態から増加時遷移点Ｚ１に至る領域よりも、ＰＭ堆積量の増加に伴って前後差圧が緩やかに増加する。

図５は、ＰＭが堆積した状態からＰＭが燃焼してＰＭが減少していくときのある一定のエンジン運転条件における前後差圧とＰＭ堆積量との関係を示すもので、ＰＭ堆積量の減少に伴って前後差圧は減少する。

このＰＭ堆積量が減少する際の減少特性線は、２種類の直線で表され、ＰＭ堆積量がある大きさになる点Ｚ２（以下、減少時遷移点という）で２種類の直線の傾きが不連続に変化する。以下、本明細書では、減少時遷移点Ｚ２におけるＰＭ堆積量を減少時遷移点堆積量といい、減少特性線のうち、ＰＭの減少に伴って増加第２特性線Ｕ２と交差する点から減少時遷移点Ｚ２に至るまでの減少特性線を減少第１特性線Ｄ１といい、ＰＭの減少に伴って減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る減少特性線を減少第２特性線Ｄ２という。

図５から明らかなように、ＰＭの減少量に対する前後差圧の減少量は、減少第１特性線Ｄ１よりも減少第２特性線Ｄ２の方が少なくなっている。これについて、図６に基づいて詳細に説明する。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、捕集器４０の隔壁４００に堆積したＰＭが燃焼、消失していく様子を示している。まず、ＰＭ堆積量が増加第２特性線Ｕ２と交差する点から減少時遷移点Ｚ２に至るまでは、図６（Ａ）に示すように、隔壁４００の細孔内に詰まったＰＭ８０が燃焼、消失し、ＰＭ堆積量の減少に伴って前後差圧が急峻に減少する。

また、細孔内のＰＭが燃焼後、すなわちＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至るまでは、図６（Ｂ）に示すように、隔壁４００の表面に層状に堆積していたＰＭ８１が燃焼、消失していく。このＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る領域では、ＰＭ堆積量が増加第２特性線Ｕ２と交差する点から減少時遷移点Ｚ２に至る領域よりも、ＰＭ堆積量の減少に伴って前後差圧が緩やかに減少する。

図７はＰＭ増加時の堆積特性とＰＭ減少時の堆積特性とを併せたものである。ここで、増加第１特性線Ｕ１は細孔にＰＭが詰まっていく過程に対応するものであり、減少第１特性線Ｄ１は細孔に詰まったＰＭが消失する過程に対応するものである。いずれも、細孔内の堆積ＰＭの増減に基因しているので、特性線の傾きは実質的に同じであり、増加第１特性線Ｕ１と減少第１特性線Ｄ１は平行となる。

また、増加第２特性線Ｕ２は、細孔が略詰まった後、隔壁４００の表面のＰＭ堆積層の厚さが増していく過程に対応するものであり、減少第２特性線Ｄ２は細孔内のＰＭが燃焼し尽くした後、隔壁４００の表面のＰＭ堆積層の厚さが減っていく過程に対応するものである。いずれも、ＰＭ堆積層のＰＭの増減に基因しているので、特性線の傾きは実質的に同じであり、増加第２特性線Ｕ２と減少第２特性線Ｄ２は平行となる。

但し、実際には、ＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る過程において、図８に示すように隔壁４００の表面に層状に堆積していたＰＭ８１が燃焼して隔壁４００の表面の一部が露出する。そして、隔壁４００における表面露出部は圧損が小さくなるため、隔壁４００の表面の一部が露出した時点で、図７に一点鎖線で示すように前後差圧が急減する。

なお、増加第１特性線Ｕ１、増加第２特性線Ｕ２、減少第１特性線Ｄ１、および減少第２特性線Ｄ２からなる堆積特性のマップが、ＥＣＵ５１のＲＯＭに記憶されている。この堆積特性は、予め実験により求められる。

次に、本実施形態の排気浄化装置の作動を説明する。本実施形態は、差圧センサ６１にて検出した捕集器４０の前後差圧を主な情報としてＰＭ堆積量を算出する差圧式と、内燃機関１から捕集器４０へのＰＭの流入速度と捕集器４０内でのＰＭの燃焼速度とに基づいてＰＭ堆積量を推定する履歴式とを、内燃機関１の運転状態に応じて切り替えて用いることにより、捕集器４０に堆積したＰＭの堆積量を推定するものである。因みに、内燃機関１から捕集器４０へのＰＭの流入速度は、内燃機関１の運転状態情報、例えば内燃機関１の回転数や燃料噴射量から求めることができる。また、捕集器４０内でのＰＭの燃焼速度は、捕集器４０の温度から求めることができる。

図９はＥＣＵ７０で実行される捕集器再生制御処理を示す流れ図である。この制御処理は、キースイッチの操作によりＥＣＵ７０に電源が投入されると開始され、所定の周期で繰り返し実行される。

図９に示すように、まず隔壁露出検出手段としてのステップＳ１０２では、隔壁４００の表面の一部が露出した状態が否かを判定する。具体的には、ＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る過程において、後述するステップＳ１０４またはステップＳ１０６で算出されたＰＭ堆積量が所定値Ｋ１（図７参照）以下になったときに、隔壁４００の表面の一部が露出した状態と判定される。なお、ステップＳ１０４またはステップＳ１０６で算出されたＰＭ堆積量は、ＥＣＵ７０のＥＥＰＲＯＭに記憶されている。また、ステップＳ１０１では、後述するステップＳ１０７で隔壁露出時再生中のフラグがセットされている場合も、隔壁４００の表面の一部が露出した状態と判定される。

隔壁４００の表面の一部が露出していない状態の場合（ステップＳ１０１で否定判定の場合）、ステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０２でＰＭ堆積量の推定方法を選択する。

そして、内燃機関１が定常運転状態（ステップＳ１０２で肯定判定）の場合、ステップＳ１０３およびステップＳ１０４に進んで差圧式にてＰＭ堆積量を推定する。ステップＳ１０４は、本発明の第１推定手段に相当する。因みに、ステップＳ１０２では、排出ガス流量の時間当たり変化量および前後差圧の時間当たり変化量がともに小さいときに、内燃機関１が定常運転状態と判定される。

一方、内燃機関１が過渡運転状態の場合（ステップＳ１０２で否定判定の場合）、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６に進んで履歴式にて堆積量を推定する。ステップＳ１０６は、本発明の第２推定手段に相当する。また、ＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る過程において隔壁４００の表面の一部が露出している状態の場合（ステップＳ１０２で肯定判定の場合）、ステップＳ１０７を経て、ステップＳ１０５およびステップＳ１０６に進んで履歴式にて堆積量を推定する。

まず、差圧式にて堆積量を推定する場合、ステップＳ１０３にて、差圧センサ６１にて検出した捕集器４０の前後差圧を読み込む。次いで、ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３にて読み込んだ前後差圧に基づいて、ＥＣＵ５１のＲＯＭに記憶された堆積特性のマップからＰＭ堆積量を求める。

一方、運転履歴式にて堆積量を推定する場合、ステップＳ１０５にて、第１排気温センサ６２および第２排気温センサ６３からの信号、ＥＣＵ７０のＥＥＰＲＯＭに記憶された直前のＰＭ堆積量、内燃機関回転数、燃料噴射量を読み込む。次いで、ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５にて読み込んだ情報に基づいて、周知の方法にてＰＭ堆積量を算出する。

ステップＳ１０４またはステップＳ１０６の後ステップＳ１０８に進み、再生判定手段としてのステップＳ１０８では、ＰＭを強制的に燃焼させて捕集器４０の通常再生を行うか否かを判断するために、ステップＳ１０４またはステップＳ１０６で算出したＰＭ堆積量が所定値を超えているか否かを判定する。また、ステップＳ１１０では再生が完了したか否かを判断するために、ＰＭ堆積量が０になったか否かを判定する。

そして、ＰＭ堆積量が所定値以下で（ステップＳ１０８で否定判定）、且つＰＭ堆積量が０でない場合（ステップＳ１１０で否定判定の場合）は、以上の処理を繰り返し実行する。

内燃機関１の運転継続によりＰＭ堆積量が増加し、ステップＳ１０４またはステップＳ１０６で算出したＰＭ堆積量が所定値を超えた場合は、ステップＳ１０８で肯定判定され、ステップＳ１０９に進み、ステップＳ１０９にて周知の方法による捕集器４０の通常再生が開始される。

この通常再生が開始されてＰＭ堆積量が減少すると、以後の処理においてステップＳ１０８で否定判定され、ステップＳ１１０に進む。そして、算出されたＰＭ堆積量が０でない場合（ステップＳ１１０で否定判定の場合）は、通常再生を継続する。そして、通常再生の実行によりＰＭ堆積量が０になると再生が完了したと判断（ステップＳ１１０で肯定判定）し、ステップＳ１１１に進んで通常再生を終了させる。

ところで、ステップＳ１０１で肯定判定された場合、すなわち、ＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る過程において隔壁４００の表面の一部が露出した場合は、ステップＳ１０７に進む。この隔壁露出時再生手段としてのステップＳ１０７では、例えばポスト噴射、或いは燃料噴射時期の遅角を行って、捕集器４０の隔壁露出時再生を開始する。

このように、ステップＳ１０１で肯定判定された状況下では、図７に一点鎖線で示すように前後差圧が急減して、差圧式ではＰＭ堆積量が過小に推定されてしまうため、この場合にはステップＳ１０５およびステップＳ１０６に進んで履歴式にて堆積量を推定する。

隔壁露出時再生が開始されてＰＭ堆積量が減少すると、以後の処理においてステップＳ１０８で否定判定され、ステップＳ１１０に進む。そして、履歴式にて算出されたＰＭ堆積量が０になると再生が完了したと判断（ステップＳ１１０で肯定判定）し、ステップＳ１１１に進む。このステップＳ１１１では、隔壁露出時再生を終了させるとともに、隔壁露出時再生中のフラグをリセットする。

この隔壁露出時再生による捕集器４０の完全再生が完了した時点で、ＰＭ堆積量と前後差圧との関係を、ＥＣＵ５１のＲＯＭに記憶された堆積特性のマップと一致させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図１０は第２実施形態に係る排気浄化装置においてＥＣＵで実行される捕集器再生制御処理を示す流れ図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

上記第１実施形態では、ＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る過程においてＰＭ堆積量が所定値Ｋ１以下になったときに、隔壁４００の表面の一部が露出した状態と判定したが、本実施形態は、ＮＯｘとの反応によるＰＭの燃焼量を推定して、隔壁４００の表面の一部が露出した状態か否かを判定するようにしたものである。

図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、層状のＰＭ８１とＮＯｘとの反応が進行していく様子を示している。図１１（Ａ）に示すように隔壁４００の表面に層状のＰＭ８１が堆積した状態でＮＯｘ濃度が高い排出ガスが流入すると、ＰＭ８１とＮＯｘとが反応してＰＭが燃焼し、特にＮＯｘ濃度が高い排出ガスが通過する部位でＰＭが優先的に燃焼し、その結果、図１１（Ｂ）に示すように、隔壁４００の表面の一部が露出する。そこで、ＮＯｘとの反応によるＰＭ燃焼量の推定値が所定値を超えたときに、隔壁４００の表面の一部が露出した状態と判定する。

以下、ＥＣＵで実行される捕集器再生制御処理について説明する。図１０に示すように、まず、ＮＯｘ濃度推定手段としてのステップＳ２０１にて排出ガスのＮＯｘ濃度を求める。排出ガスのＮＯｘ濃度は、内燃機関回転数および燃料噴射量とＮＯｘ濃度との関係を定義するマップをＥＣＵのＲＯＭに記憶させておき、そのマップから求めてもよいし、或いは、排出ガスのＮＯｘ濃度に応じた電気信号を出力するＮＯｘセンサにて検出してもよい。

次いで、ステップＳ２０２に進み、ステップＳ２０２では、ステップＳ１０４またはステップＳ１０６にて算出されてＥＣＵのＥＥＰＲＯＭに記憶されたＰＭ堆積量情報を読み込む。

次いで、ステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０３では、捕集器４０内の温度を求める。捕集器４０内の温度は、例えば第１排気温センサ６２および第２排気温センサ６３で検出した温度の平均値を用いる。

次いで、ステップＳ２０４に進み、ＮＯｘ−ＰＭ燃焼量推定手段としてのステップＳ２０４では、ＮＯｘとの反応によるＰＭ燃焼量を算出する。

ステップＳ２０４でのＰＭ燃焼量の算出方法について説明する。図１２に示すように、ＮＯｘとの反応によるＰＭ燃焼量は、ＮＯｘ濃度が高くなるほど多くなるとともに、ＰＭ堆積量が多くなるほど多くなる。そして、図１２に示す特性は、マップとしてＥＣＵのＲＯＭに記憶されている。

また、捕集器４０内の温度が低い場合は（約３００℃以下）、ＰＭはＮＯｘと反応し難い。さらに、ＰＭは、ＮＯよりもＮＯ_２ と反応しやすいが、捕集器４０内の温度が高い場合は（約５００℃以上）、ＮＯ_２ は、ＮＯに分解される。したがって、捕集器４０内の温度が約４００℃前後のときにＰＭはＮＯｘと最も反応しやすい。そこで、図１３に示すような、捕集器４０内の温度が約４００℃のときに数値が最大となる補正係数を設定したマップを、ＥＣＵのＲＯＭに記憶させておく。

そして、ＮＯｘとの反応によるＰＭ燃焼量と、ＮＯｘ濃度およびＰＭ堆積量との関係を定義するマップに基づいて、ＮＯｘ濃度およびＰＭ堆積量からＰＭ燃焼量を求め、また、捕集器４０内の温度と補正係数との関係を定義するマップに基づいて、捕集器４０内の温度から補正係数を求め、先に算出したＰＭ燃焼量に補正係数を乗算して、最終的なＰＭ燃焼量を算出する。

ステップＳ２０４でＮＯｘとの反応によるＰＭ燃焼量を算出した後、ステップＳ２０５に進み、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で算出したＰＭ燃焼量が所定値を超えたか否かを判定する。そして、ＰＭ燃焼量が所定値を超えた場合には（ステップＳ２０５で肯定判定の場合）、隔壁４００の表面の一部が露出した状態と判断し、ステップＳ１０７に進んで捕集器４０の隔壁露出時再生を開始する。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、ＰＭ堆積量が減少時遷移点Ｚ２から初期点に至る過程においてＰＭ堆積量が所定値Ｋ１以下になったときに、隔壁４００の表面の一部が露出した状態と判定したが、捕集器４０よりも下流側における排出ガスの温度に基づいて、隔壁４００の表面の一部が露出した状態か否かを判定してもよい。

すなわち、高負荷運転にて捕集器４０内の温度が高くなった後に低負荷運転に移行した場合、低負荷運転における低流量の排出ガスは、捕集器４０内で燃焼したＰＭによって、加熱されつつ排気流路４１０を移動するため、排気流路４１０の下流側に行くほど高温になり、排気流路４１０の下流側付近でＰＭの燃焼が活発になって隔壁４００の表面の一部が露出するとともに、捕集器４０を通過した排出ガスは極めて高温になりやすい。

そこで、捕集器４０を通過した排出ガスの温度を第２排気温センサ６３で検出し、その温度が所定値以上になったときには、隔壁４００の表面の一部が露出した状態と判定してもよい。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図である。 図１の捕集器の要部構成を示す図である。 ＰＭが堆積していくときの前後差圧とＰＭ堆積量との関係を示す図である。 図１の捕集器でＰＭの堆積が進行していく様子を示す図である。 ＰＭが減少していくときの前後差圧とＰＭ堆積量との関係を示す図である。 図１の捕集器に堆積したＰＭが燃焼、消失していく様子を示す図である。 前後差圧とＰＭ堆積量との関係を示す図である。 図１の捕集器において隔壁が露出した状態を示す図である。 図１のＥＣＵで実行される捕集器再生制御処理を示す流れ図である。 本発明の第２実施形態に係る排気浄化装置においてＥＣＵで実行される捕集器再生制御処理を示す流れ図である。 層状のＰＭとＮＯｘとの反応が進行していく様子を示す図である。 ＮＯｘとの反応によるＰＭ燃焼量とＮＯｘ濃度およびＰＭ堆積量との関係を示す図である。 捕集器内温度と補正係数との関係を示す図である。

符号の説明

１…内燃機関、４０…捕集器、６１…差圧センサ（前後差圧検出手段）、４００…隔壁。

Claims (9)

1. 多孔質の隔壁（４００）を有する捕集器（４０）を内燃機関（１）の排気系に配設し、排出ガスが前記隔壁（４００）を通過する際に前記捕集器（４０）により排出ガス中の排気微粒子を捕集し、前記捕集器（４０）の排気微粒子の堆積量が第１所定値を超えると堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させて前記捕集器（４０）の通常再生を行う内燃機関の排気浄化装置において、
   排気微粒子の堆積量が前記第１所定値を超えると、前記捕集器（４０）の通常再生が必要と判定する再生判定手段（Ｓ１０８）と、
   前記捕集器（４０）の前後差圧を検出する前後差圧検出手段（６１）と、
   排気微粒子の堆積量と前記前後差圧とを対応付ける堆積特性に基づき、前記前後差圧を入力として排気微粒子の堆積量を推定する第１推定手段（Ｓ１０４）と、
   堆積した排気微粒子によって前記隔壁（４００）における排出ガス流入側の表面が覆われた後に、堆積した排気微粒子が燃焼して前記隔壁（４００）の表面の一部が露出した隔壁露出状態を検出する隔壁露出検出手段（OLE_LINK2Ｓ１０１OLE_LINK2）と、
   前記隔壁露出検出手段（Ｓ１０１）にて前記隔壁露出状態が検出された場合に、前記捕集器（４０）に堆積した排気微粒子を強制的に完全に燃焼させる隔壁露出時再生手段（Ｓ１０７）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. 前記内燃機関（１）の運転状態情報および前記捕集器（４０）の温度を入力として排気微粒子の堆積量を推定する第２推定手段（Ｓ１０６）を備え、
   前記隔壁露出検出手段（Ｓ１０１）にて前記隔壁露出状態が検出された場合には、前記第２推定手段（Ｓ１０６）にて排気微粒子の堆積量を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記第２推定手段（Ｓ１０６）は、前記内燃機関（１）からの排気微粒子の排出量および前記捕集器（４０）での排気微粒子の燃焼量に基づいて、前記排気微粒子の堆積量を推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記第１推定手段（Ｓ１０４）の堆積特性は、排気微粒子の増加に伴って前記前後差圧が増加するときに用いられる増加特性線と、排気微粒子の減少に伴って前記前後差圧が減少するときに用いられる減少特性線とを有し、
   前記増加特性線は、排気微粒子の堆積量が０の初期点から増加時遷移点（Ｚ１）に至るまでの増加第１特性線（Ｕ１）と、排気微粒子の堆積量が前記増加時遷移点（Ｚ１）を超えた領域の増加第２特性線（Ｕ２）とを有し、排気微粒子の増加量に対する前記前後差圧の増加量は、前記増加第１特性線（Ｕ１）よりも前記増加第２特性線（Ｕ２）の方が少なくなっており、
   前記減少特性線は、排気微粒子の減少に伴って前記増加第２特性線（Ｕ２）と交差する点から減少時遷移点（Ｚ２）に至る減少第１特性線（Ｄ１）と、排気微粒子の減少に伴って前記減少時遷移点（Ｚ２）から前記初期点に至る減少第２特性線（Ｄ２）とを有し、排気微粒子の減少量に対する前記前後差圧の減少量は、前記減少第１特性線（Ｄ１）よりも前記減少第２特性線（Ｄ２）の方が少なくなっており、
   前記隔壁露出検出手段（Ｓ１０１）は、前記第１推定手段（Ｓ１０４）により前記減少第２特性線（Ｄ２）に基づいて推定された排気微粒子の堆積量が第２所定値（Ｋ１）以下になったときに前記隔壁露出状態であると判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記隔壁露出検出手段（Ｓ１０１）は、前記捕集器（４０）よりも下流側における排出ガスの温度が第３所定値以上になったときに前記隔壁露出状態であると判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排出ガスのＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段（Ｓ２０１）と、
   ＮＯｘとの反応による排気微粒子の燃焼量を推定するＮＯｘ−ＰＭ燃焼量推定手段（Ｓ２０４）とを具備し、
   前記隔壁露出検出手段（Ｓ１０１）は、前記ＮＯｘ−ＰＭ燃焼量推定手段（Ｓ２０４）により推定された排気微粒子の燃焼量が第４所定値以上になったときに前記隔壁露出状態であると判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記ＮＯｘ−ＰＭ燃焼量推定手段（Ｓ２０４）は、ＮＯｘ濃度、排気微粒子の堆積量、および前記捕集器（４０）の温度を用いて、ＮＯｘとの反応による排気微粒子の燃焼量を推定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記ＮＯｘ−ＰＭ燃焼量推定手段（Ｓ２０４）は、ＮＯｘ濃度が高くなるほど、ＮＯｘとの反応による排気微粒子の燃焼量を多く推定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記ＮＯｘ−ＰＭ燃焼量推定手段（Ｓ２０４）は、排気微粒子の堆積量が多くなるほど、ＮＯｘとの反応による排気微粒子の燃焼量を多く推定することを特徴とする請求項７または８に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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