(57)【要約】【課題】ＰＭの堆積量を正確に推定でき、燃費の悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の排気中のＰＭを捕捉するＤＰＦ９と、ＤＰＦ９の差圧が予め設定された再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、ＤＰＦ９の細孔内に捕捉されて堆積したＰＭを自己着火温度未満の温度で燃焼させる触媒燃焼処理を再生処理の実行前に実行する触媒燃焼制御部と、触媒燃焼処理の前後においてＤＰＦ９の差圧の減少量が所定の閾値以上であるときに、ＤＰＦ９の表層に堆積したＰＭを自己着火燃焼させる再生処理の実行を禁止する再生制御部と、を備える内燃機関の排気浄化装置である。【選択図】図８
2010270671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタに担持され、当該フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を自己着火温度未満の温度で燃焼させる触媒と、
前記フィルタの温度を昇温させる昇温手段と、
前記フィルタの上流側と下流側との間の差圧を検出する差圧検出手段と、
前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度未満の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を前記触媒の作用により燃焼させる触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼手段と、
前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度以上の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの表層に堆積した粒子状物質を自己着火燃焼させる再生処理を実行する再生手段と、
前記差圧検出手段により検出された差圧が、予め設定された前記再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、前記再生処理の実行前に前記触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼制御手段と、
前記触媒燃焼処理の実行前後における前記差圧検出手段により検出された差圧の減少量が所定の閾値以上であるときに、前記再生処理の実行を禁止する再生制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィルタに担持され、当該フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を自己着火温度未満の温度で燃焼させる触媒と、
前記フィルタの温度を昇温させる昇温手段と、
前記フィルタの上流側と下流側との間の差圧を検出する差圧検出手段と、
前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度未満の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を前記触媒の作用により燃焼させる触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼手段と、
前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度以上の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの表層に堆積した粒子状物質を自己着火燃焼させる再生処理を実行する再生手段と、
前記差圧検出手段により検出された差圧が、予め設定された前記再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、前記再生処理の実行前に前記触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼制御手段と、
前記触媒燃焼処理の実行後における前記差圧検出手段により検出された差圧が前記所定の値未満であるときに、前記再生処理の実行を禁止する再生制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記フィルタの細孔内に粒子状物質が捕捉されて堆積する形態を深層濾過形態とし、粒子状物質の堆積度合に応じて前記深層濾過形態から推移し且つ前記フィルタの表層に粒子状物質が堆積する形態を表層濾過形態としたときに、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積形態が前記表層濾過形態に推移したか否かを判断する堆積形態判断手段をさらに備え、
前記触媒燃焼制御手段は、前記堆積形態判断手段により前記フィルタにおける粒子状物質の堆積形態が前記表層濾過形態に推移したと判断されるまでは、前記触媒燃焼処理の実行を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記再生処理を実行した際に、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質の燃焼熱により前記触媒が劣化しない範囲内での粒子状物質の最大堆積量を堆積限界量としたときに、
前記所定の値は、
前記フィルタの細孔内に粒子状物質が存在しない状態で前記触媒燃焼処理を実行した後の前記フィルタの差圧が、前記フィルタの細孔内に粒子状物質が実質的に存在しない状態で粒子状物質を前記堆積限界量まで堆積させたときに生じる差圧を超えない範囲で最大の差圧となるように設定されることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、銀、銅、鉄、及びマンガンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒は、酸素吸放出能力を有する酸化物をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕捉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。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに搭載される内燃機関、とりわけ圧縮着火式（以下、「ディーゼル」という）内燃機関においては、排出される排気中に多量の粒子状物質が含まれる。この粒子状物質は人体に有害であり、またエミッション規制対象物質である。このため、粒子状物質を除去するためのフィルタが、上記内燃機関の排気通路に設けられているのが一般的である。
【０００３】
上記フィルタでは、粒子状物質が堆積すると、フィルタの上流側と下流側との間の差圧が大きくなり、出力の低下や燃費の悪化を招く。このため、ある程度粒子状物質が堆積した段階で、堆積した粒子状物質を燃焼させる再生処理を実行する必要がある。これにより、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去でき、フィルタを継続使用できる。
【０００４】
ここで、再生処理時に、フィルタに堆積した粒子状物質の量が過大であると、粒子状物質の燃焼熱でフィルタが過昇温され、フィルタの溶損・破損を招く。また、再生処理時に、フィルタに堆積した粒子状物質の量が過小であると、再生処理頻度が増加する。その結果、例えば膨張行程・排気工程にて燃料を噴射し、その燃料の発熱エネルギーを利用して再生処理を実行する場合にあっては、燃費の悪化を招く。
従って、上記のような不具合を回避するためには、粒子状物質の堆積量を正確に把握することが望まれる。例えば、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を精度良く推定する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−６３９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フィルタの再生処理前においても、フィルタの差圧の上昇は、出力の低下や燃費の悪化を防止する観点から回避することが望ましい。しかしながら、特許文献１の方法では、粒子状物質の堆積量の推定をいずれの時期に行うかについての開示はない。また、特許文献１の方法では、必要に応じてフィルタに堆積した粒子状物質を触媒の作用により触媒燃焼させているが、触媒燃焼処理の時期を誤ると却って、粒子状物質の堆積量の推定精度が低下し、ひいては燃費の悪化を招く。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、粒子状物質の堆積量を正確に推定でき、燃費の悪化を抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉するフィルタ（９）を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに担持され、当該フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を自己着火温度未満の温度で燃焼させる触媒と、前記フィルタの温度を昇温させる昇温手段（４，８，１６）と、前記フィルタの上流側と下流側との間の差圧を検出する差圧検出手段（２０，２０）と、前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度未満の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を前記触媒の作用により燃焼させる触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼手段（２２）と、前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度以上の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの表層に堆積した粒子状物質を自己着火燃焼させる再生処理を実行する再生手段（２２）と、前記差圧検出手段により検出された差圧が、予め設定された前記再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、前記再生処理の実行前に前記触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼制御手段（２２）と、前記触媒燃焼処理の実行前後における前記差圧検出手段により検出された差圧の減少量が所定の閾値以上であるときに、前記再生処理の実行を禁止する再生制御手段（２２）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕捉するフィルタ（９）を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタに担持され、当該フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を自己着火温度未満の温度で燃焼させる触媒と、前記フィルタの温度を昇温させる昇温手段（４，８，１６）と、前記フィルタの上流側と下流側との間の差圧を検出する差圧検出手段（２０，２０）と、前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度未満の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を前記触媒の作用により燃焼させる触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼手段（２２）と、前記昇温手段により前記フィルタの温度を前記自己着火温度以上の所定温度まで昇温させ、前記フィルタの表層に堆積した粒子状物質を自己着火燃焼させる再生処理を実行する再生手段（２２）と、前記差圧検出手段により検出された差圧が、予め設定された前記再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、前記再生処理の実行前に前記触媒燃焼処理を実行する触媒燃焼制御手段（２２）と、前記触媒燃焼処理の実行後における前記差圧検出手段により検出された差圧が前記所定の値未満であるときに、前記再生処理の実行を禁止する再生制御手段（２２）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタの細孔内に粒子状物質が捕捉されて堆積する形態を深層濾過形態とし、粒子状物質の堆積度合に応じて前記深層濾過形態から推移し且つ前記フィルタの表層に粒子状物質が堆積する形態を表層濾過形態としたときに、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積形態が前記表層濾過形態に推移したか否かを判断する堆積形態判断手段（２２）をさらに備え、前記触媒燃焼制御手段は、前記堆積形態判断手段により前記フィルタにおける粒子状物質の堆積形態が前記表層濾過形態に推移したと判断されるまでは、前記触媒燃焼処理の実行を禁止することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１から３いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記再生処理を実行した際に、前記フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質の燃焼熱により前記触媒が劣化しない範囲内での粒子状物質の最大堆積量を堆積限界量としたときに、前記所定の値は、前記フィルタの細孔内に粒子状物質が存在しない状態で前記触媒燃焼処理を実行した後の前記フィルタの差圧が、前記フィルタの細孔内に粒子状物質が実質的に存在しない状態で粒子状物質を前記堆積限界量まで堆積させたときに生じる差圧を超えない範囲で最大の差圧となるように設定されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項１から４いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、銀、銅、鉄、及びマンガンからなる群より選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒は、酸素吸放出能力を有する酸化物をさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、差圧検出手段により検出された差圧が、予め設定された再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、再生処理の実行前に触媒燃焼処理を実行するとともに、触媒燃焼処理の前後において差圧検出手段により検出された差圧の減少量が所定の閾値以上であるときに再生処理の実行を禁止した。
後述するように、フィルタにおける粒子状物質の堆積形態には、深層濾過形態と表層濾過形態の２つの形態があり、堆積度合に応じて深層濾過形態から表層濾過形態へと推移する。深層濾過形態では、フィルタの細孔内に粒子状物質が捕捉されて堆積するため、排気の通過が粒子状物質により大きく妨害される結果、フィルタの差圧が急激に上昇する。これに対して、表層濾過形態では、表層に堆積した粒子状物質自身がフィルタの役割を担うため、細孔内に捕捉された粒子状物質の堆積量に応じてフィルタの差圧が急激に上昇することがない。フィルタの再生処理を実行するにあたっては、差圧に基づいて粒子状物質の堆積量を正確に推定することが重要であることから、表層濾過形態は深層濾過形態よりも好ましいと言える。
しかしながら、粒子状物質の堆積形態が表層濾過形態に推移した後に、粒子状物質の堆積量とフィルタの差圧との相関が取れなくなることがあり、粒子状物質の堆積量を正確に推定できなくなることがある。相関が取れなくなる理由は、フィルタ細孔内に捕捉されて堆積している粒子状物質が、内燃機関の運転状態によって触媒燃焼するためである。このため、表層濾過形態に推移した後、表層に堆積した粒子状物質を維持したまま、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を触媒燃焼により除去することにより、その後堆積する粒子状物質の堆積量とフィルタの差圧との間に極めて良好な相関性が得られるようになる。
これに対して本発明では、フィルタの差圧が再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、再生処理の実行前に触媒燃焼処理を実行するとともに、触媒燃焼処理の前後におけるフィルタの差圧の減少量が所定の閾値以上であるときに、再生処理の実行を禁止する。即ち、再生処理の実行前に触媒燃焼処理を実行するため、粒子状物質の堆積量を正確に推定することができるようになる。また、フィルタの差圧の減少量が閾値以上である場合にはフィルタの細孔内に堆積した粒子状物質がまだ残存していることを意味しているため、この場合には再生処理の実行を禁止することにより、再度、触媒燃焼処理に供されることとなる。その結果、再生処理の頻度を低減できるうえ、粒子状物質の堆積限界量まで粒子状物質を堆積させることができ、再生処理に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【００１５】
請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、差圧検出手段により検出された差圧が、予め設定された再生処理を実行すべき所定の値に達したときに触媒燃焼処理を実行するとともに、触媒燃焼処理後における差圧検出手段により検出された差圧が上記所定の値未満であるときに再生処理の実行を禁止した。
フィルタの差圧が再生処理を実行すべき所定の値に達したときには、粒子状物質の堆積限界量まで粒子状物質が堆積している一方、フィルタの細孔内には粒子状物質が実質的に存在していない場合がある。このような状況においては、触媒燃焼処理を実行してもフィルタの差圧は低下せず、逆に触媒燃焼処理の実行中にフィルタに捕捉された粒子状物質によってフィルタの差圧が上昇する場合がある。即ち、粒子状物質が堆積限界量を超えてフィルタに堆積する場合があり、この場合に再生処理を実行すると、フィルタが溶損・破損する不具合が生じる虞がある。
これに対して本発明では、触媒燃焼処理後における差圧が、再生処理を実行すべき所定の値未満であるときに再生処理の実行を禁止する。これにより、差圧が上記所定の値以上である場合には再生処理が実行されることとなるため、上記不具合を回避しつつ、請求項１記載の発明と同様に、粒子状物質の堆積量を正確に推定することができる。また、再生処理の頻度を低減できるうえ、粒子状物質の堆積限界量まで粒子状物質を堆積させることができ、再生処理に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【００１６】
請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタにおける粒子状物質の堆積形態が表層濾過形態に推移したと判断されるまでは、触媒燃焼処理の実行を禁止した。
上述したように、フィルタの堆積形態が表層濾過形態に推移した後、触媒燃焼処理を実行することにより、表層に堆積した粒子状物質を維持したまま、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を触媒燃焼により除去することができ、その後堆積する粒子状物質の堆積量と差圧との間に極めて良好な相関性が得られる。
これに対して本発明では、粒子状物質の堆積形態が表層濾過形態に推移したと判断されるまでは触媒燃焼処理の実行を禁止する。これにより、フィルタにおける粒子状物質の堆積形態が表層濾過形態に推移するまでは、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質が触媒燃焼することがないため、表層濾過形態に推移するまで粒子状物質が迅速に堆積する。即ち、粒子状物質の堆積形態が表層濾過形態に推移するまでの時間を短縮することができ、より早期に粒子状物質の堆積形態を表層濾過形態に推移させることができる。また、一旦、表層濾過形態に推移した後は、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を触媒燃焼させた場合であっても、フィルタ表層に堆積した粒子状物質は触媒燃焼されないため、表層濾過形態が維持される。
以下、早期に表層濾過形態に推移できる本発明の効果について説明する。
表層濾過形態に推移した後、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を触媒燃焼により除去すると、その後堆積する粒子状物質の堆積量と圧損との間に極めて良好な相関性が得られるようになる。これは、フィルタ細孔内に捕捉されて堆積している粒子状物質が、内燃機関の運転状態によっては触媒燃焼するため、堆積量と圧損との相関性を悪化させる原因とされているからである。従って、上記の良好な相関性に基づいて、粒子状物質の堆積量を正確に推定できるため、フィルタ再生を適切な時期に実行することが可能となる。このため、粒子状物質の堆積量が過大となってフィルタ再生時に粒子状物質の燃焼熱でフィルタが過昇温されてしまうことがなくなり、フィルタの溶損・破損を回避できる。また、堆積量が過小であるにも関わらずフィルタ再生を実行してしまうことがなくなり、燃費の悪化を抑制できる。さらには、フィルタの堆積限界量ぎりぎりまで粒子状物質を堆積させることができるようになり、フィルタ再生頻度を低減することができるため、燃費の悪化を抑制できる。
【００１７】
請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、再生処理を実行すべき所定の値を、
フィルタの細孔内に粒子状物質が存在しない状態で触媒燃焼処理を実行した後のフィルタの差圧が、フィルタの細孔内に粒子状物質が実質的に存在しない状態で粒子状物質を堆積限界量まで堆積させたときに生じる差圧を超えない範囲で最大の差圧となるように設定した。
ここで、本発明における「堆積限界量」とは、再生処理を実行した際に、フィルタに捕捉されて堆積した粒子状物質の燃焼熱によって触媒が劣化しない範囲内での粒子状物質の最大堆積量を意味する。また、「フィルタの細孔内に粒子状物質が実質的に存在しない状態」とは、粒子状物質がほぼ又は全く存在せず、粒子状物質の堆積量とフィルタの差圧との間の相関性に影響を与えない状態を意味する。
粒子状物質の堆積形態が表層濾過形態に推移した場合において、フィルタに実際に堆積している粒子状物質の量は、フィルタの細孔内に堆積している粒子状物質の量に強く依存する。即ち、フィルタの細孔内に粒子状物質が存在しない状態のときが、フィルタにおける粒子状物質の堆積量が最も多い。従って、本発明では、細孔内に粒子状物質が存在しない状態で触媒燃焼処理を１回実行した後のフィルタの差圧が、細孔内に粒子状物質が実質的に存在しない状態で粒子状物質を堆積限界量まで堆積させたときに生じる差圧を超えない範囲で最大の差圧となるように、再生処理を実行すべき所定の値を設定しておくことで、フィルタへの粒子状物質の過堆積によるフィルタの溶損・破損を回避できる。また、再生処理の頻度を抑制でき、燃費の悪化を抑制できる。
【００１８】
請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、銀、銅、鉄、及びマンガンからなる群より選択される少なくとも１種を含む触媒を用いた。
これらの元素は、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を、低温領域から触媒燃焼させ得る能力を有する。このため、これらの元素を含む触媒を用いた本発明によれば、低温領域からフィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を触媒燃焼させることができ、燃費の悪化をさらに抑制できる。
【００１９】
請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素吸放出能力を有する酸化物をさらに含む触媒を用いた。
酸素吸放出能力を有する酸化物は、上記の白金、パラジウム、ロジウムなどの活性化温度をより低温側にシフトさせる作用を有する。このため、酸素吸放出能力を有する酸化物をさらに含む触媒を用いた本発明によれば、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を、より低温領域から触媒燃焼させることができ、燃費の悪化をさらに抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態で用いられるＤＰＦの構造を示す図である。
【図３】ＰＭ実堆積量と圧損との関係を示す図である。
【図４】従来のＰＭ堆積量の推定におけるばらつき範囲を示す図である。
【図５】ＤＰＦに捕捉されて堆積したＰＭを説明するための図である。
【図６】深層濾過形態でＤＰＦ細孔内のＰＭを触媒燃焼により除去したときの挙動を示す図である。
【図７】表層濾過形態に推移した後可及的速やかにＤＰＦ細孔内のＰＭを触媒燃焼により除去したときの挙動を示す図である。
【図８】第１実施形態の再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】通常運転時に第１実施形態の再生処理を実行したときの経過時間と圧損との関係を示す図である。
【図１０】通常運転時に第１実施形態の再生処理を実行したときのＰＭ実堆積量と圧損との関係を示す図である。
【図１１】高負荷運転時に第１実施形態の再生処理を実行したときの経過時間と圧損との関係を示す図である。
【図１２】高負荷運転時に第１実施形態の再生処理を実行したときのＰＭ実堆積量と圧損との関係を示す図である。
【図１３】第２実施形態の再生処理の手順を示すフローチャートである。
【図１４】第２実施形態の再生処理を実行したときの経過時間と圧損との関係を示す図である。
【図１５】第２実施形態の再生処理を実行したときのＰＭ実堆積量と圧損との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成については同様の符号を用い、共通する構成、作用効果の説明については、適宜その説明を省略化又は簡略化する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。本実施形態の内燃機関（以下、「エンジン」という）は、ディーゼルエンジンである。
【００２３】
先ず、本実施形態の全体構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態では、エアクリーナ１、コンプレッサ２、インタークーラ３、新気量調整のためのスロットル４、インテークマニホールド５が備えられており、新気がこの順に導入される。スロットル４は、後述するＥＣＵ２２からの制御信号により、弁開度が決定される。
【００２４】
また、本実施形態では、エギゾーストマニホールド６、ターボチャージャ７、少なくとも還元性ガスを酸化する機能を有する触媒（以下、「酸化触媒」という）８、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」という）９、サイレンサ１０が備えられており、排気がこの順に排出されて車外に放出される。
【００２５】
また、排気の一部はＥＧＲクーラ１１を通じてインテークマニホールド５に戻され、再びエンジン本体１７の燃焼室１８内に送り込まれる。ＥＧＲ流量は、後述するＥＣＵ２２からの制御信号によりその弁開度が決定されるＥＧＲバルブ１２にて調整される。
【００２６】
タンク１３から供給された燃料は、燃料ポンプ１４にて加圧され、コモンレール１５を経由してインジェクタ１６から燃焼室１８内に送り込まれる。インジェクタ１６は、後述するＥＣＵ２２からの制御信号により、燃料噴射量、噴射タイミングが決定される。
【００２７】
また、本実施形態では、新気量を検出するエアフローセンサ１９、ＤＰＦ９の上流側と下流側との間の差圧を検出する差圧センサ２０，２０、ＤＰＦ９前段の排気の温度を検出する温度センサ２１が備えられている。これらセンサは、ＥＣＵ２２と電気的に接続されており、これらセンサの検出信号がＥＣＵ２２に供給される。
【００２８】
ＥＣＵ２２は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、ＣＰＵという）とを備える。この他、ＥＣＵ２２は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、インジェクタ１６、スロットル４、ＥＧＲバルブ１２などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。
以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ２２には、触媒燃焼部、再生部、触媒燃焼制御部、再生制御部、及び堆積形態判断部の各モジュールが構成される。
【００２９】
次に、本実施形態のＤＰＦ９について、詳細に説明する。
図２は、ＤＰＦ９の側面断面図の一部である。ＤＰＦ９は、ウォールフロー型のハニカム構造体をなしており、フィルタ壁３３により各セルに区画されている。また、隣接するセルの入口側又は出口側が、交互に栓３１又は３２により閉塞されている。このような構造のため、ＤＰＦ９内に導入された排気は、全てフィルタ壁３３を通過する。排気中に含まれる粒子状物質（以下、「ＰＭ」という）は、排気がフィルタ壁３３を通過する際に、フィルタ壁３３の細孔内やフィルタ壁３３の表層に捕捉される。
【００３０】
ところで、ＤＰＦ９に捕捉されたＰＭの燃焼速度は、通常のディーゼルエンジンの低い排気温度下では著しく遅い。このため、機関運転中に徐々に、フィルタ壁３３の細孔内やフィルタ壁３３の表層にＰＭが堆積していく。このＰＭの堆積により、ＤＰＦ９の上流側と下流側との間の差圧（以下、「圧損」という）が上昇し、排気温度の上昇、機関出力の低下、及び燃費の悪化などの問題が生じる。
【００３１】
このため、ＤＰＦ９に堆積しているＰＭ量を推定し、推定されたＰＭ量が予め設定された所定の堆積限界量を超えた場合に、ＰＭの自己着火温度以上の所定温度までＤＰＦ９を昇温させ、ＤＰＦ９に堆積したＰＭを自己着火燃焼させる再生処理が実行される。この再生処理は、ＥＣＵ２２の再生部により実行される。これにより、ＤＰＦ９に捕捉されて堆積していたＰＭが燃焼除去され、ＤＰＦ９が再生される。
ここで、「自己着火温度」とは、ＰＭの温度を昇温させた場合に、外部から引火されることなく着火（発火）するときの温度をいう。従って、自己着火温度未満の温度でＰＭを燃焼させたい場合には、燃焼させたいＰＭの近傍に、後述する触媒を配置することが必要となる。
【００３２】
ＤＰＦ９の再生処理では、ＰＭの自己着火温度以上の所定温度までＤＰＦ９を昇温させる再生処理が実行され、ＤＰＦ９の温度がＰＭの自己着火温度以上の所定温度に維持される。具体的には、先ず、温度センサ２１によりＤＰＦ９前段の排気温度が検出され、その検出信号がＥＣＵ２２に供給されることにより、ＤＰＦ９の温度が推定される。そして、推定されたＤＰＦ９の温度がＰＭの自己着火温度以上の所定温度になるように、フィードバック制御が実行される。
【００３３】
本実施形態では、再生部により再生処理が実行される。また、再生処理に際して、昇温部によるフィルタの昇温方法としては、以下の２つの方法が実行可能である。
第１の方法は、ＤＰＦ９の前段に設けられた酸化触媒８で発熱反応である酸化反応を生じさせ、高温の排気をＤＰＦ９に流入させる方法である。具体的には、酸化触媒８が活性状態にある場合において、エンジンが排気行程又は膨張行程にあるときに燃焼室１８内に燃料をポスト噴射する。ここで噴射された燃料は、機関出力にほとんど寄与することなくそのまま排気通路内を流通し、酸化触媒８で酸化される。その結果、酸化触媒８の後段の排気温度が上昇し、高温化された排気がＤＰＦ９に供給される。これにより、ＤＰＦ９の昇温が可能となる。
なお、酸化触媒８が活性状態にあるか否かは、温度センサ２１により検出される排気温度により判断する。
【００３４】
第２の方法は、エンジンから排出される排気の温度自体を上昇させ、高温の排気をＤＰＦ９に流入させる方法である。具体的には、スロットルバルブ４を調整して吸入空気量を低減したり、エンジンの燃焼室１８内に噴射する主噴射の噴射タイミングを遅らせたり、主噴射後さらに少量の燃料を噴射することにより、排気温度が上昇し、高温の排気がＤＰＦ９に供給される。これにより、ＤＰＦ９の昇温が可能となる。
【００３５】
ところで本実施形態では、上記のＤＰＦ９の再生処理は、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量に基づいて実行される。このため、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量を正確に推定することが望まれる。これは、ＰＭの実際の堆積量（以下、「実堆積量」という）が推定堆積量よりも多い場合に、再生処理によってＤＰＦ９が溶損・破損することを防止し、またＤＰＦ９に担持されている触媒が急激に劣化することを防止するためである。また、通常、再生処理は燃費の悪化やＮＯｘ排出量の増加という不利益をもたらすところ、ＰＭの実堆積量が推定堆積量よりも少ない場合に、ＤＰＦ９の再生頻度が増加してしまうのを防止するためである。
即ち、ＰＭ堆積量を正確に推定し、ＤＰＦ９のＰＭ堆積限界量までＰＭを堆積させた後、再生処理を実行するのが最も望ましい。この点、後述するように、本実施形態ではＰＭ堆積限界量までＰＭを堆積させた後、再生処理を実行することが可能となっている。
【００３６】
また、本実施形態では、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量の推定は、ＤＰＦ９の圧損に基づいて行われる。これは、ＤＰＦ９のＰＭ実堆積量とＤＰＦ９の圧損との間には相関性があるためである。
図３に、ＰＭ実堆積量と圧損との関係を示す。図３の曲線（ａ）は、フィルタ壁３３の細孔内に捕捉されて堆積しているＰＭ（以下、「細孔内ＰＭ」という）が触媒燃焼により除去されることなく、さらにＰＭがＤＰＦ９に堆積していく場合のＰＭ実堆積量と圧損との関係を示している。ＰＭのＤＰＦ９への堆積初期段階においては、ＰＭがフィルタ壁３３の細孔内に捕捉されて堆積する深層濾過形態にあるため、急激に圧損が上昇する（図３の深層濾過領域に相当）。その後、ＰＭの堆積が進行すると、堆積度合に応じてＤＰＦ９の表層にＰＭが堆積する表層濾過形態へと推移するため、圧損の上昇率は緩やかになる（図３の表層濾過領域に相当）。この表層濾過領域では、ＰＭ自身がフィルタとして機能するため、その後に堆積するＰＭ実堆積量と圧損とは、ほぼ比例する関係となる。
ここで、「細孔内ＰＭ」は、具体的には図５に示す細孔内ＰＭを表し、この細孔内ＰＭが堆積していくと、排気流路（細孔）が閉塞して急激に圧損が上昇することとなる。また、ＤＰＦ９の表層に堆積したＰＭを「表層ＰＭ（細孔外ＰＭ）」という。
【００３７】
次に、本実施形態のＤＰＦ９に担持されている触媒について説明する。
本実施形態では、ＤＰＦ９に担持され、ＰＭを触媒燃焼させる触媒を備える。このため、ＥＣＵ２２の触媒燃焼部によって、ＤＰＦ９の温度をＰＭの自己着火温度未満の所定温度まで昇温させる触媒燃焼処理が実行されることにより、触媒近傍に存在するＰＭ、即ち細孔内ＰＭを触媒燃焼させることができる。
なお、触媒燃焼処理の実行に際しては、昇温部によりフィルタ温度の昇温が行われる。具体的には、上述の再生処理に際しての昇温部による昇温方法と同様の方法により実行される。
【００３８】
ＤＰＦ９に担持される触媒としては、従来公知の酸化触媒が使用される。
例えば、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、銀、銅、鉄、及びマンガンからなる群より選択される少なくとも１種を含む酸化触媒が好ましく用いられる。また、酸素吸放出能力を有する酸化物をさらに含む酸化触媒がより好ましく用いられる。
【００３９】
触媒燃焼の形態としては、触媒自体がＰＭと酸素との反応を促進してＰＭの自己着火温度を下げる形態と、触媒が排気中のＮＯをＮＯ２に酸化し、そのＮＯ２が下記式（１）の反応を起こすことによりＰＭを燃焼させる形態と、がある。
［化１］
２ＮＯ２＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ２      ・・・式（１）
従って、細孔内ＰＭはその近傍に触媒が存在するため、触媒燃焼されて除去される結果、ＤＰＦ９の圧損が低下する。一方、表層ＰＭは、その近傍に触媒が存在しないため、触媒燃焼されない。このため、細孔内ＰＭのみが触媒燃焼により除去された後は、表層ＰＭはフィルタ機能を発揮し、この表層ＰＭのフィルタ機能によりＰＭが新たに捕捉されて堆積していく。即ち、表層濾過形態が維持される。
【００４０】
ここで、上記の触媒燃焼処理の実行時期を誤ると、ＰＭ堆積量の推定精度が低下する。以下、その理由について図４を参照しながら説明する。図４は、図３と同様に、ＰＭ実堆積量と圧損との関係を示す図である。
ＤＰＦ９の再生処理を、ＤＰＦ９の圧損がある一定値（図４のＰ１）に達したときに実行する場合、ＤＰＦ９には触媒が担持されているため、エンジンの運転状態によっては細孔内ＰＭが触媒燃焼により除去されることがある。このため、ＤＰＦ９の圧損が、再生トリガーである圧損Ｐ１に達したときに、実際にＤＰＦ９に堆積しているＰＭ実堆積量は、Ａ１（細孔内ＰＭが全く触媒燃焼されていない状態）からＡ２（細孔内ＰＭ全てが触媒燃焼されて除去された状態）の間の何れかの値であることは確かであるが、正確に特定するのは困難である。
【００４１】
従って、エンジンの運転状態に関わらず、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量を精度良く推定するためには、細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去する必要がある。ところが、その触媒燃焼処理の実行時期を誤ると、ＤＰＦ９の圧損とＰＭ堆積量の相関性が悪化する。具体的には、ＤＰＦ９の堆積形態が深層濾過形態から表層濾過形態に推移する前に、触媒燃焼処理を実行してしまうと、ＤＰＦ９の圧損とＰＭ堆積量の相関性が悪化する。
以下、相関性が悪化する理由について、図６を参照しながら詳しく説明する。
図６は、ＤＰＦ９のＰＭ堆積形態が深層濾過形態のときに、細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去したときの、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量と圧損の挙動を示す図である。図６に示すように、ＰＭ捕捉時（図６のＩ）は、ＰＭ捕捉量が増加するにつれて急激にＤＰＦ９の圧損が上昇する。この圧損の上昇途中、即ち深層濾過形態のときに、細孔内ＰＭを触媒燃焼させた場合（図６のＩＩ）は、圧損上昇の原因である細孔内ＰＭが触媒燃焼するため圧損が低下するが、その後、新たに堆積するＰＭは、再び深層濾過形態により捕捉されて堆積することとなる。このため、ＤＰＦ９のＰＭ堆積形態が表層濾過形態に推移した（図６のＩＩＩ）後も、細孔内ＰＭの触媒燃焼による影響を受け、ＤＰＦ９の圧損とＰＭ堆積量の良好な相関性が得られないため、精度良くＰＭ堆積量を推定することができない（図６のＩＶ）。従って、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭの触媒燃焼処理は、ＤＰＦ９におけるＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移した後に行う必要がある。
【００４２】
これに対して本実施形態の触媒燃焼制御部では、後述する堆積形態判断部によりＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移したと判断されるまでは、触媒燃焼処理の実行を禁止する。そして、ＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移したと判断された後に、差圧検出部としての差圧センサ２０，２０で検出された差圧、即ち圧損が、再生処理を実行すべき所定の値に達したときに、再生処理の実行前に触媒燃焼処理を実行する。これにより、ＤＰＦ９のＰＭ堆積形態が表層濾過形態に推移した状態で細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去できるため、再生処理を実行するにあたって、精度良くＰＭ堆積量を推定することができるようになる。
なお、再生処理を実行すべき所定の値は、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが存在しない状態で触媒燃焼処理を実行した後のＤＰＦ９の圧損が、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態でＰＭを堆積限界量まで堆積させたときに生じる圧損を超えない範囲で最大の圧損となるように所定の実験により設定され、予めＥＣＵ２２に格納されている。ここで、本実施形態における「堆積限界量」とは、再生処理を実行した際に、ＤＰＦ９に捕捉されて堆積したＰＭの燃焼熱によって触媒が劣化しない範囲内でのＰＭの最大堆積量を意味する。また、「ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態」とは、ＰＭがほぼ又は全く存在せず、ＰＭの堆積量とＤＰＦ９の圧損との間の相関性に影響を与えない状態を意味する。
【００４３】
以下、精度良くＰＭ堆積量を推定することができる理由について、図７を参照しながら詳しく説明する。
図７は、ＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移した後に、細孔内ＰＭを触媒燃焼させたときの、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量と圧損の挙動を示す図である。図７に示すように、ＤＰＦ９のＰＭ堆積形態が表層濾過形態に推移した（図７のＩ）後、細孔内ＰＭの一部が触媒燃焼すると、細孔の閉塞が開放されて圧損が低下する（図７のＩＩ）。その後、新たにＰＭがＤＰＦ９に堆積する場合、該ＰＭは表層濾過形態をとるため、急激な圧損の上昇は生じない（図７のＩＩＩ）。そして、細孔内ＰＭの触媒燃焼を継続し（図７のＩＶ）、最終的に細孔内ＰＭが焼失した後（図７のＶ）は、ＰＭ堆積量と圧損との間に良好な相関性が得られる。
以上より、ＤＰＦ９のＰＭ堆積形態が表層濾過形態に推移した後に、細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去することで、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量と圧損との関係が図７の（ｂ）に示すような比例関係を示すようになる。このため、本実施形態では、ＤＰＦ９の圧損を、差圧センサ２０，２０で検出することにより、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量を精度良く推定することができる。
【００４４】
次に、堆積形態判断部について詳しく説明する。
本実施形態の堆積形態判断部では、ＤＰＦ９におけるＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移したか否かを判断する。
図６に示したように、ＤＰＦ９のＰＭ堆積形態が深層濾過形態であるときは、ＰＭ堆積量が増加するにつれてＤＰＦ９の圧損は急激に上昇する関係にある。また、圧損の上昇中に細孔内ＰＭが触媒燃焼されても、この関係は変わらず維持される。
これに対して、ＤＰＦ９におけるＰＭ堆積形態が表層濾過形態に推移した後は、ＤＰＦ９に触媒が担持されていなければ、図６の（ａ）のようにＰＭ堆積量とＤＰＦ９の圧損との間に良好な比例関係が認められるはずである。しかしながら、本実施形態ではＤＰＦ９に触媒が担持されており、運転状態によっては細孔内ＰＭが触媒燃焼する。その結果、ＰＭ堆積量とＤＰＦ９の圧損との間の比例関係が崩れ、正確なＰＭ堆積量を推定するのが困難な状態となる。
従って、上記のような深層濾過形態と表層濾過形態の相違点を利用して、深層濾過形態から表層濾過形態に推移するときの圧損Ｐ０は、所定の実験を行うことにより予め求めておくことが可能である。このため、本実施形態の堆積形態判断部では、予め求めた圧損Ｐ０をＥＣＵ２２に格納し、差圧センサ２０，２０により検出される圧損がＰ０を超えたときに、ＰＭの堆積形態が表層濾過形態にあると判断する。
なお、表層濾過形態に推移した後、細孔内ＰＭの触媒燃焼度合によっては、ＤＰＦ９の圧損がＰ０未満となることがある。この場合であっても、フィルタ再生の実行前までは表層濾過形態が維持されるため、フィルタ再生が実行されない限り、圧損が再度Ｐ０に達しても、深層濾過形態から表層濾過形態に推移したとの判断を禁止する。
【００４５】
次に、本実施形態の再生制御部について説明する。
本実施形態の再生制御部では、触媒燃焼処理の実行前後における圧損の減少量が所定の閾値Ｐｘ以上であるときに、再生部による再生処理の実行を禁止する。即ち、圧損の減少量が所定の閾値Ｐｘ以上であるときは、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭがまだ存在している状態であるため、ＤＰＦ９の再生処理を禁止する。これにより、再度、触媒燃焼処理に供されることとなる結果、再生処理の頻度を低減できる。また、ＰＭの堆積限界量までＰＭを堆積させることができるようになる。
なお、所定の閾値は、所定の実験に基づいて設定され、予めＥＣＵ２２に格納されている。
【００４６】
次に、本実施形態の再生処理の手順について説明する。図８は、ＥＣＵ２２によるＤＰＦ９の再生処理の手順を示すフローチャートである。この再生処理は、ＥＣＵ２２により繰り返し実行される。
【００４７】
ステップＳ１１では、ＤＰＦ９のＰＭ堆積形態が表層濾過形態にあるか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合には、ステップＳ１２に移り、ＮＯの場合には、ステップＳ１１に戻る。
具体的には、表層濾過形態にあるか否かは、ＤＰＦ９の上流側と下流側との間の差圧、即ち圧損に基づいて判断する。圧損は、差圧センサ２０，２０により、直接計測される。
【００４８】
ステップＳ１２では、ＤＰＦ９の圧損Ｐｉを計測する。計測後はステップＳ１３に移る。
具体的には、圧損Ｐｉは、差圧センサ２０，２０により直接計測される。
【００４９】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で計測された圧損Ｐｉが、ＤＰＦ９の再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１未満であるか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合には、ステップＳ１２に戻り、ＮＯの場合には、ステップＳ１４に移る。
再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１は、所定の実験に基づいて設定され、予めＥＣＵ２２に格納されている。具体的には、所定の値Ｐ１は、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが存在しない状態で触媒燃焼処理を実行した後のＤＰＦ９の圧損が、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態でＰＭを堆積限界量まで堆積させたときに生じる圧損を超えない範囲で最大の圧損となるように設定される。
【００５０】
ステップＳ１４では、ＤＰＦ９の温度をＰＭの自己着火温度未満の所定温度まで昇温させる昇温処理、即ち触媒燃焼処理を実行する。触媒燃焼処理を実行後、ステップＳ１５に移る。
具体的には、ポスト噴射により燃料成分を酸化触媒８に供給して酸化させ、ＤＰＦ９に流入する排気を高温化させる。その際には、温度センサ２１の検出信号に基づいてＤＰＦ９の温度を推定し、推定したＤＰＦ９の温度が、ＰＭの自己着火温度未満の所定温度に所定時間の間保持されるように、フィードバック制御を実行する。これにより、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが、触媒燃焼により除去される。ただし、表層ＰＭ（細孔外ＰＭ）は触媒燃焼されず、維持される。
【００５１】
ステップＳ１５では、ステップＳ１４の触媒燃焼処理後におけるＤＰＦ９の圧損Ｐｉｉを計測する。計測後はステップＳ１６に移る。
具体的には、圧損Ｐｉｉは、差圧センサ２０，２０により直接計測される。
【００５２】
ステップＳ１６では、ステップＳ１２で計測された圧損ＰｉからステップＳ１５で計測された圧損Ｐｉｉを減じた値が、所定の閾値Ｐｘ以上であるか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合には、ステップＳ１２に戻り、ＮＯの場合には、ステップＳ１７に移る。
ここで、閾値Ｐｘは、所定の実験に基づいて決定され、予めＥＣＵ２２に格納されている。また、圧損Ｐｉから圧損Ｐｉｉを減じた値とは、触媒燃焼処理前後における圧損の減少量を表している。
この圧損減少量が閾値Ｐｘ未満であるときには、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態を意味する。このため、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量と圧損との相関がとれていると判断し、ステップＳ１７に移ってＤＰＦ９の再生処理を実行する。
一方、この圧損減少量がＰｘ以上であるときには、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭがまだ存在している状態を意味する。このため、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量と圧損との相関がとれていないと判断してＤＰＦ９の再生処理を禁止し、ステップＳ１２に戻る。
【００５３】
ステップＳ１７では、ＤＰＦ９の温度をＰＭの自己着火温度以上の所定温度まで昇温させる再生処理を実行する。実行後、ＥＣＵ２２によるＤＰＦ９の再生処理を終了する。
具体的には、ポスト噴射により燃料成分を酸化触媒８に供給して酸化させ、ＤＰＦ９に流入する排気を高温化させる。その際には、温度センサ２１の検出信号に基づいてＤＰＦ９の温度を推定し、推定したＤＰＦ９の温度が、ＰＭの自己着火温度以上の所定温度に所定時間の間保持されるように、フィードバック制御を実行する。これにより、ＤＰＦ９の表層ＰＭ（細孔外ＰＭ）が自己着火燃焼により除去され、ＤＰＦ９が再生される。
【００５４】
次に、本実施形態の再生処理の具体例について、図面を参照しながら説明する。
図９は、本実施形態の再生処理を実行したときの経過時間と圧損との関係の一例を示している。上述したように、ＤＰＦ９の圧損が増大して再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１に達すると、触媒燃焼処理を実行し、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去する。触媒燃焼処理後、再び圧損を計測して触媒燃焼処理前後の圧損の減少量を算出し、圧損の減少量が閾値Ｐｘ以上であるか否かを判断する。
本事例では、Ｔ１１〜Ｔ１２、Ｔ１３〜Ｔ１４、及びＴ１５〜Ｔ１６の計３回の触媒燃焼処理においては、触媒燃焼処理前後の圧損の減少量が閾値Ｐｘ以上であるため、再生処理の実行を禁止し、再度、圧損がＰ１に達するまで通常運転を行っている。そして、Ｔ１７〜Ｔ１８の４回目の触媒燃焼処理において、触媒燃焼処理前後の圧損の減少量が閾値Ｐｘ未満となったため、再生処理を実行している。
【００５５】
図１０は、本実施形態の再生処理を実行したときのＰＭ実堆積量と圧損との関係の一例を示している。図１０は、図９の横軸を、経過時間からＰＭ実堆積量に変更したものである。図１０のＴ１１〜Ｔ１８はそれぞれ、図９のＴ１１〜Ｔ１８に対応している。また、図１０の（ａ）は、ＰＭの堆積形態が深層濾過形態から表層濾過形態に推移したときのＰＭ実堆積量と圧損との関係を示しており、図１０の（ｂ）は、表層濾過形態に推移してから細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去した後のＰＭ実堆積量と圧損との関係を示している。
図１０に示すように、触媒燃焼処理を実行する度に、触媒燃焼処理前後における圧損の減少量は小さくなっていくとともに、ＰＭ実堆積量と圧損との関係は、（ａ）の関係から（ｂ）の関係に移行していく。即ち、触媒燃焼処理によりＤＰＦ９の細孔内ＰＭが触媒燃焼されて除去されたため、運転中における細孔内ＰＭの触媒燃焼による影響を回避でき、ＰＭ実堆積量と圧損との間に良好な相関性が得られるようになる。
【００５６】
また、図１１は、ユーザーが高負荷で運転した場合において、本実施形態の再生処理を実行したときの経過時間と圧損との関係の一例を示している。図１２は、図１１の横軸を
経過時間からＰＭ実堆積量に変更したものを示している。図１２のＴ２１〜Ｔ２４はそれぞれ、図１１のＴ２１〜Ｔ２４に対応している。また、図１２の（ａ）及び（ｂ）は、図１０と同様である。
図１１及び図１２に示すように、本事例においても上記事例と同様に、触媒燃焼処理を実行する度に、触媒燃焼処理前後における圧損の減少量は小さくなっていくとともに、ＰＭ実堆積量と圧損との関係は、（ａ）の関係から（ｂ）の関係に移行していく。
しかしながら、本事例では、ユーザーは高負荷運転を行っているため、圧損が再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１に達する前に、ＤＰＦ９の温度が細孔内ＰＭを触媒燃焼可能な温度以上にまで上昇する。このため、圧損が所定の値Ｐ１に達した後、Ｔ２１〜Ｔ２２及びＴ２３〜Ｔ２４の２回の触媒燃焼処理で、触媒燃焼処理前後における圧損の減少量が閾値Ｐｘ未満となっている。即ち、再生処理前に実行される触媒燃焼処理の回数が低減されており、燃費の悪化が抑制されている。従って、本実施形態の再生処理によれば、ユーザーの運転状態に応じてＤＰＦ９の触媒燃焼処理回数を低減でき、燃費の悪化を抑制できる。
【００５７】
本実施形態の効果をまとめると、以下のとおりである。
本実施形態によれば、差圧センサ２０，２０により検出された差圧（圧損）が、予め設定された再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１に達したときに、再生処理の実行前に触媒燃焼処理を実行するとともに、触媒燃焼処理の前後において差圧センサ２０，２０により検出された差圧の減少量が所定の閾値以上であるときに再生処理の実行を禁止した。
これにより、再生処理の実行前に触媒燃焼処理を実行するため、ＰＭの堆積量を正確に推定することができるようになる。また、ＤＰＦ９の差圧の減少量が閾値以上である場合にはＤＰＦ９の細孔内ＰＭがまだ残存していることを意味しているため、この場合には再生処理の実行を禁止することにより、再度、触媒燃焼処理に供されることとなる。その結果、再生処理の頻度を低減できるうえ、ＰＭの堆積限界量までＰＭを堆積させることができ、再生処理に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、ＤＰＦ９におけるＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移したと判断されるまでは、触媒燃焼処理の実行を禁止した。
これにより、ＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移するまでは、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが触媒燃焼することがないため、表層濾過形態に推移するまでＰＭが迅速に堆積する。即ち、ＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移するまでの時間を短縮することができ、より早期にＰＭの堆積形態を表層濾過形態に推移させることができる。また、一旦、表層濾過形態に推移した後は、細孔内ＰＭを触媒燃焼させた場合であっても、ＤＰＦ９の表層ＰＭは触媒燃焼されないため、表層濾過形態が維持される。
表層濾過形態に推移した後、細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去すると、その後堆積するＰＭの堆積量と圧損との間に極めて良好な相関性が得られるようになる。これは、細孔内ＰＭが内燃機関の運転状態によっては触媒燃焼するため、堆積量と圧損との相関性を悪化させる原因とされているからである。従って、上記の良好な相関性に基づいて、ＰＭの堆積量を正確に推定できるため、ＤＰＦ９の再生を適切な時期に実行することが可能となる。このため、ＰＭの堆積量が過大となってＤＰＦ９の再生時にＰＭの燃焼熱でＤＰＦ９が過昇温されてしまうことがなくなり、ＤＰＦ９の溶損・破損を回避できる。また、堆積量が過小であるにも関わらずＤＰＦ９の再生を実行してしまうことがなくなり、燃費の悪化を抑制できる。さらには、ＤＰＦ９の堆積限界量ぎりぎりまでＰＭを堆積させることができるようになり、ＤＰＦ９の再生頻度を低減することができるため、燃費の悪化を抑制できる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、再生処理を実行すべき所定の値を、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが存在しない状態で触媒燃焼処理を実行した後のＤＰＦ９の圧損が、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態でＰＭを堆積限界量まで堆積させたときに生じる圧損を超えない範囲で最大の差圧となるように設定した。
ＰＭの堆積形態が表層濾過形態に推移した場合において、ＤＰＦ９に実際に堆積しているＰＭの量は、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭ量に強く依存する。即ち、細孔内ＰＭが存在しない状態のときが、ＤＰＦ９におけるＰＭの堆積量が最も多い。従って、本実施形態では、細孔内ＰＭが存在しない状態で触媒燃焼処理を１回実行した後のＤＰＦ９の圧損が、細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態でＰＭを堆積限界量まで堆積させたときに生じる圧損を超えない範囲で最大の圧損となるように、再生処理を実行すべき所定の値を設定しておくことで、ＤＰＦ９へのＰＭの過堆積によるＤＰＦ９の溶損・破損を回避できる。また、再生処理の頻度を抑制でき、燃費の悪化を抑制できる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、銀、銅、鉄、及びマンガンからなる群より選択される少なくとも１種を含む触媒を用いた。
これらの元素は、フィルタの細孔内に捕捉されて堆積した粒子状物質を、低温領域から触媒燃焼させ得る能力を有する。このため、低温領域からＤＰＦ９の細孔内ＰＭを触媒燃焼させることができ、燃費の悪化をさらに抑制できる。
【００６１】
また、本実施形態によれば、酸素吸放出能力を有する酸化物をさらに含む触媒を用いた。
酸素吸放出能力を有する酸化物は、上記の白金、パラジウム、ロジウムなどの活性化温度をより低温側にシフトさせる作用を有する。このため、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭを、より低温領域から触媒燃焼させることができ、燃費の悪化をさらに抑制できる。
【００６２】
本実施形態では、ＥＣＵ２２が、触媒燃焼手段、再生手段、触媒燃焼制御手段、再生制御手段、堆積形態判断手段を構成する。また、図８のステップＳ１１の実行に係る手段が堆積形態判断手段に相当し、ステップＳ１２、１３の実行に係る手段が触媒燃焼制御手段に相当し、ステップＳ１４の実行に係る手段が触媒燃焼手段に相当し、ステップＳ１２、１５、１６の実行に係る手段が再生制御手段に相当し、ステップＳ１７の実行に係る手段が再生手段に相当する。
【００６３】
［第２実施形態］
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、再生制御部の構成が第１実施形態と異なる以外は、第１実施形態と同様の構成である。
具体的には、第１実施形態の再生制御部では、触媒燃焼処理の実行後における圧損の減少量が所定の閾値Ｐｘ以上であるときに再生処理の実行を禁止するのに対して、本実施形態の再生制御部では、触媒燃焼処理の実行後における圧損が、再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１未満であるときに再生処理の実行を禁止する。
【００６４】
次に、本実施形態の再生処理の手順について説明する。図１３は、ＥＣＵによる再生処理の手順を示すフローチャートである。この再生処理は、ＥＣＵにより繰り返し実行される。
【００６５】
ステップＳ２１〜ステップＳ２５では、第１実施形態の再生処理の手順を示すフローチャートのステップＳ１１〜ステップＳ１５と同様の処理を実行する。
【００６６】
ステップＳ２６では、昇温処理、即ち触媒燃焼処理後、ステップＳ２５で計測した圧損Ｐｉｉが再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１未満であるか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合には、ステップＳ２２に戻り、ＮＯの場合には、ステップＳ２７に移る。
即ち、触媒燃焼処理後の圧損がＰ１未満である場合には再生処理を禁止する一方、触媒燃焼処理後の圧損がＰ１以上である場合には、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態であり、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量と圧損との相関がとれていることから、ステップＳ２７に移って再生処理を実行する。これにより、触媒燃焼処理後の圧損がＰ１以上となった場合には再生処理が実行され、堆積限界量を超えたＰＭが堆積してしまったときの再生処理実行時におけるＤＰＦ９の溶損・破損の虞を回避できる。
再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１は、所定の実験に基づいて設定され、予めＥＣＵに格納されている。具体的には、所定の値Ｐ１は、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが存在しない状態で触媒燃焼処理を実行した後のＤＰＦ９の圧損が、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態でＰＭを堆積限界量まで堆積させたときに生じる圧損を超えない範囲で最大の圧損となるように設定される。
【００６７】
ステップＳ２７では、第１実施形態の再生処理の手順を示すフローチャートのステップＳ１７と同様の再生処理を実行する。実行後、ＥＣＵによるＤＰＦの再生処理を終了する。
【００６８】
次に、本実施形態の再生処理の具体例について、図面を参照しながら説明する。
図１４は、本実施形態の再生処理を実行したときの経過時間と圧損との関係の一例を示している。上述したように、ＤＰＦ９の圧損が増大して再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１に達すると、ＤＰＦ９の触媒燃焼処理を実行し、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去する。触媒燃焼処理後、再び圧損を計測して触媒燃焼処理後の圧損を計測し、計測された圧損がＰ１未満であるか否かを判断する。
本事例では、Ｔ３１〜Ｔ３２、Ｔ３３〜Ｔ３４、及びＴ３５〜Ｔ３６の計３回の触媒燃焼処理においては、触媒燃焼処理後の圧損がＰ１未満であるため、再生処理の実行を禁止し、再度、圧損がＰ１に達するまで通常運転を行っている。そして、Ｔ３７〜Ｔ３８の４回目の触媒燃焼処理において、触媒燃焼処理後の圧損がＰ１以上となったため、再生処理を実行している。
なお、図１４のＰｙは、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在しない状態で、ＰＭを堆積限界量まで堆積させたときに生じる圧損である。
【００６９】
図１５は、本実施形態の再生処理を実行したときのＰＭ実堆積量と圧損との関係の一例を示している。図１５は、図１４の横軸を、経過時間からＰＭ実堆積量に変更したものである。図１５のＴ３１〜Ｔ３８はそれぞれ、図１４のＴ３１〜Ｔ３８に対応している。また、図１５の（ａ）は、ＰＭの堆積形態が深層濾過形態から表層濾過形態に推移したときのＰＭ実堆積量と圧損との関係を示しており、図１５の（ｂ）は、表層濾過形態に推移してから細孔内ＰＭを触媒燃焼により除去した後のＰＭ実堆積量と圧損との関係を示している。
図１５に示すように、触媒燃焼処理を実行する度に、触媒燃焼処理後の圧損は徐々に大きくなっていくとともに、ＰＭ実堆積量と圧損との関係は、（ａ）の関係から（ｂ）の関係に移行していく。即ち、触媒燃焼処理によりＤＰＦ９の細孔内ＰＭが触媒燃焼されて除去されたため、運転中における細孔内ＰＭの触媒燃焼による影響を回避でき、ＰＭ実堆積量と圧損との間に良好な相関性が得られるようになる。
【００７０】
本実施形態によれば、触媒燃焼処理の前後における差圧の減少量が所定の閾値以上であるときに再生処理の実行を禁止することにより奏される第１実施形態の効果の代わりに、以下の効果が奏され、それ以外は第１実施形態と同様の効果が奏される。
本実施形態によれば、差圧センサ２０，２０により検出された差圧（圧損）が、予め設定された再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１に達したときに触媒燃焼処理を実行するとともに、触媒燃焼処理後における差圧センサ２０，２０により検出された差圧が上記所定の値Ｐ１未満であるときに再生処理の実行を禁止した。
ＤＰＦ９の差圧が再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１に達したときには、ＰＭの堆積限界量ぎりぎりまでＰＭが堆積している一方、ＤＰＦ９の細孔内ＰＭが実質的に存在していない場合がある。このような状況においては、触媒燃焼処理を実行してもＤＰＦ９の差圧は低下せず、逆に触媒燃焼処理の実行中にＤＰＦ９に捕捉されたＰＭによってＤＰＦ９の差圧が上昇する場合がある。即ち、ＰＭが堆積限界量を超えてＤＰＦ９に堆積する場合があり、この場合に再生処理を実行すると、ＤＰＦ９が溶損・破損する不具合が生じる虞がある。
これに対して本実施形態によれば、触媒燃焼処理後における差圧が、再生処理を実行すべき所定の値Ｐ１未満であるときに再生処理の実行を禁止する。これにより、差圧が上記所定の値Ｐ１以上である場合には再生処理が実行されることとなるため、上記不具合を回避することができる。
【００７１】
本実施形態では、図１３のステップＳ２１の実行に係る手段が堆積形態判断手段に相当し、ステップＳ２２、２３の実行に係る手段が触媒燃焼制御手段に相当し、ステップＳ２４の実行に係る手段が触媒燃焼手段に相当し、ステップＳ２２、２５、２６の実行に係る手段が再生制御手段に相当し、ステップＳ２７の実行に係る手段が再生手段に相当する。
【００７２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
例えば、エンジンはディーゼルエンジンに限られず、火花式点火機関にも本発明を適用することができる。特に、ガソリンを筒内に直接噴射する火花点火式内燃機関は、運転状態によりＰＭが発生する場合があるため、本発明の適用は有用である。
また、本実施形態では、ＤＰＦ９の圧損は、ＤＰＦ９におけるＰＭ堆積量のみに基づくものとして、差圧センサ２０，２０から直接求めた実際の差圧を用いているが、これに限られない。実際には、ＤＰＦ９の圧損は、ＰＭ堆積量以外にも排気流量や排気温度などにより変化する。従って、例えば、差圧センサから直接求められる差圧と、排気流量や排気温度との関係を所定の実験により予め求めておき、一定温度、一定流量のときの差圧を算出し、それを排圧として用いてもよい。
また、ＤＰＦ９の下流側の圧力については、ＤＰＦ９へのＰＭの堆積によってはほとんど変化するものではないため、運転負荷、回転数、又はエンジンに流入する新気量などから推定してもよい。
【符号の説明】
【００７３】
４…スロットル（昇温手段）
８…酸化触媒（昇温手段）
９…ＤＰＦ（フィルタ）
１６…インジェクタ（昇温手段）
２０…差圧センサ（差圧検出手段）
２２…ＥＣＵ（触媒燃焼手段、再生手段、触媒燃焼制御手段、再生制御手段、堆積形態判断手段）
３３…フィルタ壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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