(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを予測する予測手段と、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換える空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備した排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記空燃比切換手段は、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測されてもパティキュレートフィルタの温度が予め定められた温度よりも低いときにはリーンからリッチへの空燃比の切換えを行わない請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記予測手段は、機関始動時又は高速運転が予め定められた時間以上継続したときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測する請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記予測手段は、機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行距離が予め定められた値を越えたときにパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測する請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されている請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する第１の判定手段と、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換える空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備した排気ガス浄化装置。
【請求項７】
上記空燃比切換手段は、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定されてもパティキュレートフィルタの温度が予め定められた温度よりも低いときにはリーンからリッチへの空燃比の切換えを行わない請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量および増大量を算出する算出手段を具備し、上記第１の判定手段は該酸化性の低下量および増大量に基づいてパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子のうちで酸化性の最も低下した微粒子量をモデルを用いて算出する算出手段を具備し、上記第１の判定手段は該酸化性の最も低下した微粒子量が予め定められた量を越えたときにパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定する請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１０】
パティキュレートフィルタにおける圧損を推定する推定手段と、パティキュレートフィルタにおける実際の圧損を検出する検出手段とを具備し、上記第１の判定手段は該推定手段により推定された圧損と該検出手段により検出された実際の圧損との圧損差からパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１１】
該推定手段はパティキュレートフィルタに流入する微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度からパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量を算出し、この堆積微粒子量からパティキュレートフィルタにおける圧損を推定する請求項１０に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１２】
パティキュレートフィルタ上の微粒子を部分的に酸化除去するためにパティキュレートフィルタの温度を一時的に上昇させるための温度上昇手段を具備し、上記第１の判定手段は該温度上昇手段による昇温作用完了後における上記圧損差からパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する請求項１０に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１３】
上記第１の判定手段は、上記検出手段により検出された実際の圧損が予め記憶されている目標値に達したときに上記温度上昇手段によってパティキュレートフィルタの温度を一時的に上昇させ、予め記憶されている昇温作用完了後の圧損と上記検出手段により検出された実際の圧損との圧損差からパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する請求項１２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１４】
パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されている請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１５】
機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え可能な空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えた後、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備した排気ガス浄化装置。
【請求項１６】
パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されている請求項１５に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティキュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィルタを再生するようにしている。この場合、捕集された微粒子を着火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間を要する。
【０００３】
一方、空燃比がリーンのときにはＮＯx を吸収し空燃比をリッチにすると吸収したＮＯx を放出し還元するＮＯx 吸収剤をパティキュレートフィルタ上に担持した内燃機関が公知である（特開平６−１５９０３７号公報参照）。この内燃機関では通常リーン空燃比のもとで機関が運転され、ＮＯx 吸収剤に吸収されているＮＯx 量が許容値を越えるとＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出させるために空燃比が一時的にリッチされる。
【０００４】
ＮＯx 吸収剤からＮＯx が放出され還元されるとＮＯx の還元時に発生する熱によってパティキュレートフィルタの温度が上昇する。そこでこの内燃機関の一例ではＮＯx の放出完了時に空燃比を再びリーンに戻し、このときパティキュレートフィルタの温度が上昇していることを利用してパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。また、他の例ではＮＯx 吸収剤からＮＯxを放出すべきときにパティキュレートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えていないときには空燃比を単にリッチにし、パティキュレートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えているときには空燃比をリッチしてＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出させた後に空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで前述したようにパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間を要する。この場合、パティキュレートフィルタの温度を堆積微粒子が着火燃焼する温度まで上昇させるには外部からエネルギを供給しなければならず、そのために通常は追加の燃料を供給したり或いは電気ヒータを用いてパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしている。従って微粒子の燃焼に時間を要するとそれだけ余分なエネルギが必要となり、この余分なエネルギの消費量を低減するには微粒子の燃焼に要する時間をできるだけ短縮する必要がある。
【０００６】
このような観点から堆積した微粒子の性質を研究した結果、堆積した微粒子の性質が次第に明らかになってきた。詳細については後に述べるが簡単に言うとパティキュレートフィルタ上での微粒子の堆積時間が長くなれば長くなるほど堆積した微粒子は酸化しずらくなり、その結果堆積した微粒子を着火燃焼させるのにかなりの高温とかなりの時間を要することが判明したのである。即ち、堆積した微粒子が酸化しずらくなったときに微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させることができれば微粒子の燃焼に要する時間を短縮できることが判明したのである。
【０００７】
そこでこの点に関し更に研究を進めた結果、空燃比を一時的にリッチにすれば堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させうることが判明した。即ち、堆積した微粒子が酸化しずらくなったときには空燃比を一時的にリッチにすれば微粒子は酸化しやすくなり、斯くして微粒子の燃焼に要する時間を短縮できることが判明したのである。
【０００８】
前述した公知の内燃機関ではＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出するために空燃比が時折一時的にリッチにされ、従って空燃比の変化パターンは本発明と類似している。しかしながらこの公知の内燃機関ではＮＯx 吸収剤のＮＯx 吸収量が許容量を越えたときに空燃比が一時的にリッチにされるのに対して、本発明では堆積した微粒子が酸化しずらくなったときに空燃比が一時的にリッチされ、空燃比をリッチにする目的が異なっているばかりでなく、リッチにするタイミングも異なっている。即ち、ＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出するタイミングでリッチにしても堆積した微粒子を必ずしも良好に酸化しやすい状態に変化させ続けることはできない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、１番目の発明では、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを予測する予測手段と、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換える空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備している。
【００１０】
２番目の発明では１番目の発明において、空燃比切換手段は、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測されてもパティキュレートフィルタの温度が予め定められた温度よりも低いときにはリーンからリッチへの空燃比の切換えを行わない。
３番目の発明では１番目の発明において、予測手段は、機関始動時又は高速運転が予め定められた時間以上継続したときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測する。
【００１１】
４番目の発明では１番目の発明において、予測手段は、機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行距離が予め定められた値を越えたときにパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測する。
５番目の発明では１番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されている。
【００１２】
６番目の発明では、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する第１の判定手段と、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換える空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する第２の判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備している。
【００１３】
７番目の発明では６番目の発明において、空燃比切換手段は、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定されてもパティキュレートフィルタの温度が予め定められた温度よりも低いときにはリーンからリッチへの空燃比の切換えを行わない。
８番目の発明では６番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量および増大量を算出する算出手段を具備し、第１の判定手段はこの酸化性の低下量および増大量に基づいてパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する。
【００１４】
９番目の発明では６番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子のうちで酸化性の最も低下した微粒子量をモデルを用いて算出する算出手段を具備し、第１の判定手段は酸化性の最も低下した微粒子量が予め定められた量を越えたときにパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定する。
【００１５】
１０番目の発明では６番目の発明において、パティキュレートフィルタにおける圧損を推定する推定手段と、パティキュレートフィルタにおける実際の圧損を検出する検出手段とを具備し、第１の判定手段は推定手段により推定された圧損と検出手段により検出された実際の圧損との圧損差からパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する。
【００１６】
１１番目の発明では１０番目の発明において、推定手段はパティキュレートフィルタに流入する微粒子量およびパティキュレートフィルタの温度からパティキュレートフィルタ上の堆積微粒子量を算出し、この堆積微粒子量からパティキュレートフィルタにおける圧損を推定する。
１２番目の発明では１０番目の発明において、パティキュレートフィルタ上の微粒子を部分的に酸化除去するためにパティキュレートフィルタの温度を一時的に上昇させるための温度上昇手段を具備し、第１の判定手段は温度上昇手段による昇温作用完了後における圧損差からパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する。
【００１７】
１３番目の発明では１２番目の発明において、第１の判定手段は、検出手段により検出された実際の圧損が予め記憶されている目標値に達したときに温度上昇手段によってパティキュレートフィルタの温度を一時的に上昇させ、予め記憶されている昇温作用完了後の圧損と検出手段により検出された実際の圧損との圧損差からパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定する。
【００１８】
１４番目の発明では６番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されている。
１５番目の発明では、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え可能な空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えた後、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備している。
【００１９】
１６番目の発明では１５番目の発明において、パティキュレートフィルタ上に触媒が担持されている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口はパティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。
【００２１】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２２】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、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および出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取付けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の上流側排気ガス圧と下流側排気ガス圧との圧力差、即ちパティキュレートフィルタ２２における圧損を検出するための圧力センサ４３が取付けられ、この圧力センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２３】
一方、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１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３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。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６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２４】
図２にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２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５０，５１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４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５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２５】
パティキュレートフィルタ２２は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気ガス流出通路５１内に流出する。
本発明による第１実施例から第５実施例では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に白金Ｐｔのような貴金属触媒、又はセリウムＣｅのような希土類触媒が担持されている。なお、本発明において用いられているパティキュレートフィルタ２２上には、リーン空燃比でＮＯx を吸収しリッチ空燃比でＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤は担持されていない。
【００２６】
排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ２２上に捕集され、堆積する。パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子は３０秒から１時間程度の間に順次酸化せしめられ、従ってパティキュレートフィルタ２２上には常時微粒子が堆積している。パティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されている場合にはパティキュレートフィルタ２２に単位時間当り送り込まれる微粒子量がそれほど多くないときには微粒子はいつかは酸化せしめられ、従ってこの場合全微粒子が連続酸化せしめられる。
【００２７】
一方、パティキュレートフィルタ２２に単位時間当り送り込まれる微粒子量が多くなると、或いはパティキュレートフィルタ２２の温度が低くなると十分に酸化されない微粒子の量が増大するためにパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が増大する。実際の運転状態ではパティキュレートフィルタ２２に単位時間当り送り込まれる微粒子量が多くなることもあるし、パティキュレートフィルタ２２の温度が低くなることもあるのでパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量は次第に増大する。
【００２８】
次に図３を参照しつつパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の酸化のしやすさの程度、即ち微粒子酸化性について説明する。なお、図３においてＡ／Ｆはパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比を示している。本願では吸気通路、燃焼室５およびパティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に供給された空気と燃料との比を排気ガスの空燃比と称している。
【００２９】
図３（Ａ）において実線Ｘ1 はパティキュレートフィルタ２２の温度が比較的低いときを示しており、破線Ｘ2 はパティキュレートフィルタ２２の温度が高いときを示している。パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積すると堆積した微粒子の塊まり内には多数の細孔又は空隙が形成されており、従って微粒子の塊まり内の表面積Ｓと微粒子の塊まりの体積Ｖとの比、即ち表面積体積比Ｓ／Ｖはかなり大きな値となっている。表面積体積比Ｓ／Ｖが大きいということは微粒子と酸素との接触面積が大きいことを意味しており、従って微粒子の酸化性がよいことを示している。
【００３０】
一方、微粒子が捕集されてから空燃比Ａ／Ｆがリーンとなっている状態が続くと微粒子同志が凝集して微粒子の寸法が次第に大きくなり、その結果微粒子の塊まり内の細孔又は空隙の個数が次第に減少する。従って微粒子の塊まりの表面積体積比Ｓ／Ｖは次第に減少し、斯くして図３（Ａ）のＸ1 ，Ｘ2 で示されるように微粒子の酸化性は次第に低下する。微粒子同志の凝集作用は温度が高いほど激しくなり、従って図３（Ａ）に示されるようにＸ2 で示される高温の場合の方がＸ1 で示される低温の場合よりも早期に微粒子の酸化性が低下する。このような微粒子の酸化性の低下を放置しておくと微粒子は極めて酸化しずらくなり、その結果堆積した微粒子を燃焼させるのに長い時間を要することになる。
【００３１】
ところがこのように微粒子の酸化性が低下したときに図３（Ａ）に示すように空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると微粒子の酸化性が回復することが判明したのである。その理由については明確ではないが空燃比Ａ／Ｆをリッチにすることはコークス生成時の賦活作用に類似していると考えられる。即ち、空燃比Ａ／Ｆがリッチにされると酸素が極めて少ないために排気ガス中のＣＯ2 やＨ2Ｏ が炭素結合を分断するようになり、その結果多数の細孔又は空隙が再び生成されるものと考えられる。事実、空燃比Ａ／Ｆをリッチにした後の微粒子の塊まりの表面積体積比Ｓ／Ｖを測定してみると表面積体積比Ｓ／Ｖがかなり増大する。
【００３２】
なお、この場合もパティキュレートフィルタ２２の温度が高い方がＣＯ2 やＨ2Ｏ による攻撃が激しくなり、従って図３（Ｂ）において破線Ｙ2 で示すパティキュレートフィルタ２２の温度が高い場合の方が実線Ｙ1 で示すパティキュレートフィルタ２２の温度が低い場合に比べて微粒子の酸化性が高くなる。
このように空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると微粒子の酸化性がよくなり、従ってリーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われているときに時折空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると微粒子を酸化しやすい状態に維持することができることになる。
【００３３】
図４および図５は本発明による運転制御の基本的な考え方を示している。なお、図４および図５においてＴＦはパティキュレートフィルタ２２の温度を示している。
図４に示す例では微粒子の酸化性が許容限界ＬＬまで低下すると空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチに切換えられ、空燃比がリッチにされる毎に微粒子の酸化性が高められる。次いでパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が予め定められた量ＵＬを越えるとリーン空燃比の状態を継続しつつパティキュレートフィルタ２２の温度を６００℃以上まで上昇し、次いで６００℃以上に維持する昇温制御が行われる。昇温制御が行われるとパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられる。
【００３４】
即ち、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したときにはパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを一時的にリーンからリッチに切換える空燃比切換手段と、パティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量ＵＬを越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量ＵＬを越えたときにはパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる温度制御手段とが設けられている。
【００３５】
なお、空燃比Ａ／Ｆを一時的にリーンからリッチに切換える方法は種々の方法が存在する。例えば燃焼室５内における平均空燃比をリッチにする方法や、膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室５内に追加の燃料を噴射する方法や、パティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に追加の燃料を噴射する方法がある。
一方、パティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる方法も種々の方法がある。例えばパティキュレートフィルタ２２の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりパティキュレートフィルタ２２又はパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスを加熱する方法や、パティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に燃料を噴射してこの燃料を燃焼させることによりパティキュレートフィルタ２２を加熱する方法や、排気ガス温を上昇させてパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる方法がある。
【００３６】
ここで最後の方法、即ち排気ガス温を上昇させる方法について図６を参照しつつ簡単に説明しておく。
排気ガス温を上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑm は図６において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図６の（II）に示されるように主燃料Ｑm の噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００３７】
また、排気ガス温を上昇させるために図６の（III)に示されるように主燃料Ｑm に加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑv を噴射することもできる。このように補助燃料Ｑv を追加的に噴射すると補助燃料Ｑv 分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００３８】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑv を噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑv からアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑm の反応が加速される。従ってこの場合には図６の（III)に示されるように主燃料Ｑm の噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑm の噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをすみやかに上昇させることができる。
【００３９】
また、図６の（IV）に示されるように主燃料Ｑm に加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑp を噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑp は燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはパティキュレートフィルタ２２上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。
【００４０】
図４では堆積微粒子を燃焼すべくパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させるのに図６の（IV）の方法が用いられている。従って図４に示されるようにパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇すべきときには空燃比Ａ／Ｆが少しばかり小さくなる。
一方、図５に示す例でも微粒子の酸化性が許容限界ＬＬまで低下すると空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチに切換えられ、空燃比がリッチにされる毎に微粒子の酸化性が高められる。ただし、図５に示す例ではパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が予め定められた量ＵＬを越えると微粒子の酸化性を高めるために空燃比Ａ／Ｆが一時的にリーンからリッチに切換えられ、次いでリーン空燃比の状態を継続しつつパティキュレートフィルタ２２の温度を６００℃以上まで上昇し、次いで６００℃以上に維持する昇温制御が行われる。このように図５に示す例では堆積微粒子の酸化性が高められた状態で堆積微粒子の燃焼が開始されるので堆積微粒子の燃焼時間が更に短縮される。
【００４１】
運転制御としては図４に示す方法と図５に示す方法のいずれの方法を用いることもできるが以下に述べる実施例では図５に示す方法を用いた場合を例にとって説明がなされている。次に各実施例について順次説明する。
図７および図８は第１実施例を示している。この実施例ではパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量又は増加量を算出し、これら酸化性の低下量又は増大量に基づいてパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定するようにしている。
【００４２】
即ち、図３を参照しつつ説明したように空燃比Ａ／Ｆがリーンに維持されているときにはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いほど微粒子の酸化性が低下し、空燃比Ａ／Ｆがリッチのときにはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いほど微粒子の酸化性が増大する。従って概略的に言うと微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量ΔＤＥＯは図７のように表すことができる。即ち、空燃比Ａ／Ｆがリーンのときには実線Ｌで示されるように微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど大きくなる。一方、空燃比Ａ／Ｆがリッチのときには実線Ｒで示すように微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯは負となり、低下量ΔＤＥＯの絶対値、即ち微粒子の酸化性の単位時間当りの増大量はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど大きくなる。
【００４３】
従って図７に示される微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯを単位時間毎に算出し、これら算出された低下量ΔＤＥＯを積算すれば微粒子の酸化性の低下量が判定できることになる。この実施例ではこの微粒子の酸化性の低下量が図５のＬＬに相当する許容限界ＸＯを越えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするようにしている。
【００４４】
図８は第１実施例を実行するためのフローチャートを示している。
図８を参照するとまず初めにステップ１００において図７に基づき算出された微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯがＤＥＯに加算され、従ってこのＤＥＯは微粒子の酸化性の低下量を表していることになる。次いでステップ１０１では微粒子の酸化性の低下量ＤＥＯが許容限界ＸＯを越えかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。ＤＥＯ＜ＸＯ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ１０２に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ１０５に進む。
【００４５】
一方、ステップ１０１においてＤＥＯ≧ＸＯでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ１０３に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、ＤＥＯ≧ＸＯとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ１０４ではＤＥＯがクリアされる。次いでステップ１０５に進む。
【００４６】
ステップ１０５ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ１０６に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ１０７に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００４７】
図９から図１６に第２実施例を示す。この第２実施例ではパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子のうちで酸化性の最も低下した微粒子量をモデルを用いて算出し、酸化性の最も低下した微粒子量が予め定められた量を越えたときにパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと判定するようにしている。
【００４８】
まず初めに図９を参照すると、図９における実線Ｚはパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化速度、即ち例えば１分間当りに酸化除去可能な微粒子量Ｇ（ｇ／min)とパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦとの関係を示している。即ち、図９において曲線Ｚはパティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇに一致しているバランス点を示している。このときには流入微粒子量と酸化除去される微粒子量が等しいのでパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量は一定に維持される。一方、図９の領域Ｉでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも少ないので堆積微粒子量は少なくなり、図９の領域IIでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも多くなるので堆積微粒子量が増大する。
【００４９】
図１０は流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇに一致しているときの堆積微粒子の状態をモデル化して模式的に表している。図１０において横軸に沿い並んでいる数字１から５は堆積微粒子の酸化性を示しており、数字１から５に向けて酸化性が悪くなる。また、図１０においてＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５は或る時刻において堆積している酸化性が夫々１，２，３，４，５である微粒子量を示しており、ＷＯ１，ＷＯ２，ＷＯ３，ＷＯ４，ＷＯ５は一定時間後に酸化除去された微粒子量を示しており、ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５はこのとき依然として堆積している残存微粒子量を示している。
【００５０】
このモデルではパティキュレートフィルタ２２に流入した微粒子Ｗ１は一定期間の間にＷＯ１だけ酸化除去せしめられるのでＷＲ１だけ微粒子が残存し、この微粒子ＷＲ１は酸化性が１から２へと低下し、次いで残存した微粒子Ｗ２は一定期間の間にＷＯ２だけ酸化除去せしめられるのでＷＲ２だけ微粒子が残存し、この微粒子ＷＲ２は酸化性が２から３に低下するように考えている。従って図１０からわかるようにこのモデルではＷ２はＷＲ１に一致し、Ｗ３はＷＲ２に一致し、Ｗ４はＷＲ３に一致し、Ｗ５はＷＲ４に一致する。
【００５１】
また、このモデルでは各堆積微粒子量Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５のうちで一定時間の間に酸化除去せしめられる微粒子量ＷＯ１，ＷＯ２，ＷＯ３，ＷＯ４，ＷＯ５の各割合ＷＯ１／Ｗ１，ＷＯ２／Ｗ２，ＷＯ３／Ｗ３，ＷＯ４／Ｗ４，ＷＯ５／Ｗ５は夫々一定とされている。この場合、微粒子の酸化性が低下するほどこれら割合は小さくなると考えられ、従ってこのモデルではＷＯ１／Ｗ１が６０パーセント、ＷＯ２／Ｗ２が５７パーセント、ＷＯ３／Ｗ３が５４パーセント、ＷＯ４／Ｗ４が５２パーセント、ＷＯ５／Ｗ５が５０パーセントとされている。
【００５２】
また、ＷＯ５／Ｗ５が５０パーセントであるのでＷＲ５／Ｗ５も５０パーセントとなり、この残存している微粒子ＷＲ５は続く一定時間の間に酸化除去される。このように考えて図１０に示すモデルが作成されている。
一方、流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇよりも多くなると図１１（Ａ）に示されるようにＷ１に対するＷＯ１の割合、Ｗ２に対するＷＯ２の割合、Ｗ３に対するＷＯ３の割合、Ｗ４に対するＷＯ４の割合、Ｗ５に対するＷＯ５の割合が図１０に示す場合に比べて小さくなる。その結果、残留微粒子量ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５が図１０に示す場合に比べて増大する。このような状態が続くと図１１（Ｂ）に示すように酸化性が５の微粒子量Ｗ５が大巾に増大する。
【００５３】
即ち、このようなモデルを考えると最も酸化性の悪い微粒子量Ｗ５を求めることができるようになる。
次にこの最も酸化性の悪い微粒子量Ｗ５を算出する方法について概略的に説明する。
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は流入微粒子量と酸化除去可能な微粒子量Ｇとのバランス点が夫々図９のＡ点およびＢ点である場合を示している。図１２（Ａ），（Ｂ）は図１０と同様に微粒子の状態を示しているが図１２（Ａ），（Ｂ）では横軸が時間で表されている。即ち、図１２（Ａ）では横軸は夫々微粒子が流入してから５分後、１０分後、１５分後、２０分後、２５分後を示しており、図１２（Ｂ）では横軸は夫々微粒子が流入してから２分後、４分後、６分後、８分後、１０分後を示している。
【００５４】
図９のＢ点はＡ点に比べて酸化除去可能な微粒子量Ｇ、即ち流入微粒子量が多いので図１２（Ｂ）における微粒子量Ｗ１のほうが図１２（Ａ）における微粒子量Ｗ１に比べて大きくなる。一方、図９のＢ点はＡ点に比べてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いので微粒子の酸化性は早期に低下する。それにもかかわらず酸化性が５となる前に微粒子が酸化除去せしめられるということは図１２（Ｂ）に示されるように微粒子は早期に酸化除去せしめられていることになる。
【００５５】
微粒子Ｗ１の６０％が酸化除去せしめられるのに要する時間Δｔ、或いは微粒子Ｗ２の５７％が酸化除去せしめられるのに要する時間Δｔは図１２（Ａ）では５分であるのに対して図１２（Ｂ）では２分である。このようにこの時間Δｔは図１３に示される如くパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど短かくなる。
【００５６】
この実施例ではこの時刻Δｔが経過する毎に残留微粒子量ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５を算出し、残留微粒子量ＷＲ５が図５のＬＬに相当する許容限界ＷＲＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするようにしている。
また、残留微粒子量を算出するには流入微粒子量、即ち機関から排出される排出微粒子量を求めなければならない。この排出微粒子量は機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数となる。図１４（Ａ）は図１に示される内燃機関の排出微粒子量Ｍを示しており、各曲線Ｍ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 ，Ｍ4 ，Ｍ5 は等排出微粒子量（Ｍ1 ＜Ｍ2 ＜Ｍ3 ＜Ｍ4 ＜Ｍ5 ）を示している。図１４（Ａ）に示される例では要求トルクＴＱが高くなるほど排出微粒子量Ｍが増大する。なお、図１４（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１４（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００５７】
図１５および図１６は第２実施例を実行するためのフローチャートを示している。
図１５および図１６を参照するとまず初めにステップ２００において図１３に示す関係から時間Δｔが算出される。次いでステップ２０１では図１４（Ｂ）に示される排出微粒子量ＭのΔｔ時間における積算量ΣＭが算出される。次いでステップ２０２では図９に示す酸化除去可能微粒子量ＧのΔｔ時間における積算量ΣＧが算出される。次いでステップ２０３ではΔｔ時間が経過したか否かが判別される。Δｔ時間が経過したときにはステップ２０４に進む。
【００５８】
ステップ２０４では酸化除去される微粒子量ＷＯ１（＝ΣＧ×０．６）、ＷＯ２（＝ＷＲ１×０．５７）、ＷＯ３（＝ＷＲ２×０．５４）、ＷＯ４（＝ＷＲ３×０．５２）、ＷＯ５（＝ＷＲ４×０．５）が算出される。次いでステップ２０５では次式に基づいて各残留微粒子量ＷＲ５，ＷＲ４，ＷＲ３，ＷＲ２，ＷＲ１が算出される。
【００５９】
ＷＲ５←ＷＲ４−ＷＯ５
ＷＲ４←ＷＲ３−ＷＯ４
ＷＲ３←ＷＲ２−ＷＯ３
ＷＲ２←ＷＲ１−ＷＯ２
ＷＲ１←ΣＭ−ＷＯ１
これらの式の意味は図１０から明らかであると考えられるので説明を省略する。
【００６０】
次いでステップ２０６では残留微粒子量ＷＲ５が許容限界ＷＲＸよりも大きくなりかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。ＷＲ５≦ＷＲＸ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ２０７に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ２１０に進む。
【００６１】
一方、ステップ２０６においてＷＲ５＞ＷＲＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ２０８に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、ＷＲ５＞ＷＲＸとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ２０９では初期化が行われる。次いでステップ２１０に進む。
【００６２】
ステップ２１０ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ２１１に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ２１２に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００６３】
図１７および図１８に第３実施例を示す。この実施例では一方ではパティキュレートフィルタ２２における圧損を推定し、他方ではパティキュレートフィルタ２２における実際の圧損を検出し、推定された圧損と実際の圧損との圧損差からパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かを判定するようにしている。即ち、微粒子の酸化性が低下すると微粒子は十分に酸化されることなく堆積するためにパティキュレートフィルタ２２における圧損が増大する。従ってこのことから微粒子の酸化性が低下したか否かを判定することができる。
【００６４】
そこでまず初めにパティキュレートフィルタ２２における圧損を推定する方法について説明する。この実施例では微粒子の堆積量ΣＷＲが排出微粒子量Ｍおよび酸化除去可能微粒子量Ｇから算出される。図１７（Ａ）は基準状態における微粒子の堆積量ΣＷＲと圧損ΔＰＤとの関係を示しており、従って微粒子の堆積量ΣＷＲが求まると図１７（Ａ）に示す関係から基準状態における圧損ΔＰＤが求まる。
【００６５】
一方、微粒子の堆積量ΣＷＲが同一であってもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス量ＧＥが変化するとそれに伴なって圧損が変化する。本発明による実施例では基準状態における圧損ΔＰＤに対する補正係数Ｋが図１７（Ｂ）に示されているようにマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、圧損ΔＰＤに補正係数Ｋを乗算することによってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス量ＧＥに応じた圧損ＰＤＤが算出される。
【００６６】
微粒子の酸化性が低下すると図１７（Ｃ）に示されるように算出される圧損ＰＤＤに比べて圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤは高くなる。第３実施例ではこれら圧損の差（ＰＤ−ＰＤＤ）が設定値ＰＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされる。
図１８は第３実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【００６７】
図１８を参照するとまず初めにステップ３００において図１４（Ｂ）に示すマップから排出微粒子量Ｍが算出され、図９に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ３０１では前回の処理サイクル時に堆積していた微粒子量ＷＲと排出微粒子量Ｍとの和（Ｍ＋ＷＲ）から酸化除去可能微粒子量Ｇを減算することによって現在の堆積微粒子量ΣＷＲ（＝（Ｍ＋ＷＲ）−Ｇ）が算出される。次いでステップ３０２ではΣＷＲがＷＲとされる。
【００６８】
次いでステップ３０３では一定時間が経過したか否かが判別される。一定時間が経過していないときにはステップ３０６にジャンプし、一定時間が経過したときにはステップ３０４に進む。ステップ３０４では堆積微粒子量ΣＷＲに基づいて図１７（Ａ）に示す関係から圧損ΔＰＤが算出され、この圧損ΔＰＤと図１７（Ｂ）に示す補正係数Ｋから圧損の推定値ＰＤＤが算出される。次いでステップ３０５では圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤと圧損の推定値ＰＤＤとの圧損差（ＰＤ−ＰＤＤ）が設置値ＰＸよりも大きくかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。
【００６９】
ＰＤ−ＰＤＤ≦ＰＸ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ３０６に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ３０８に進む。
一方、ステップ３０５においてＰＤ−ＰＤＤ＞ＰＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ３０７に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、ＰＤ−ＰＤＤ＞ＰＸとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ３０８に進む。
【００７０】
ステップ３０８ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ３０９に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ３１０に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００７１】
図１９および図２０に第４実施例を示す。この実施例ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを一時的に４５０℃程度まで昇温して一部の堆積微粒子を酸化させ、その後の圧損の大きさから微粒子の酸化性が低下したか否かを判断するようにしている。即ち、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させると微粒子の酸化性が高い場合には多量の堆積微粒子が酸化されるが微粒子の酸化性が低い場合には堆積微粒子はほとんど酸化されない。従ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させた後の圧損は微粒子の酸化性が高い場合には図１９（Ａ）においてＰＤＤで示すように圧損は低くなり、微粒子の酸化性が低い場合には図１９（Ａ）においてＰＤで示すように圧損が高くなる。従ってこれら圧損ＰＤとＰＤＤの差から微粒子の酸化性が低下したか否かが判定できることになる。
【００７２】
具体的に云うとこの実施例では圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤが予め定められた目標値ＰＤＴとなったときにパティキュレートフィルタ２２の昇温制御が行われる。この目標値ＰＤＴは図１９（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで昇温制御完了後、図１９（Ａ）に示される判定時期ＴＫになると実際の圧損ＰＤと微粒子の酸化性が高いときの圧損ＰＤＤとが比較される。この圧損ＰＤＤは実験等により予め求められており、この圧損ＰＤＤは図１９（Ｃ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。この実施例では圧損差（ＰＤ−ＰＤＤ）が設定値ＰＸＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされる。
【００７３】
図２０は第４実施例を実行するためのフローチャートを示している。
図２０を参照するとまず初めにステップ４００において圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤが図１９（Ｂ）に示される目標値ＰＤＴとなったか否かが判別される。ＰＤ＝ＰＤＴでないときにはステップ４０４にジャンプし、ＰＤ＝ＰＤＴのときにはステップ４０１に進む。ステップ４０１ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを一時的に昇温するための昇温制御が行われる。昇温制御が完了するとステップ４０２に進んで図１９（Ａ）に示す判定時期ＴＫに達したか否かが判別される。判定時期ＴＫに達するとステップ４０３に進んで圧力センサ４３により検出された実際の圧力ＰＤと図１９（Ｃ）に示すマップから求められた圧損ＰＤＤとの圧損圧（ＰＤ−ＰＤＤ）が設定値ＰＸＸよりも大きくかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。
【００７４】
ＰＰ−ＰＰＤ≦ＰＸＸ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ４０４に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ４０６に進む。
一方、ステップ４０３においてＰＤ−ＰＤＤ＞ＰＸＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ４０５に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、ＰＤ−ＰＤＤ＞ＰＸＸとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ４０６に進む。
【００７５】
ステップ４０６ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ４０７に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ４０８に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００７６】
次に第５実施例について説明する。パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したか否かは或る程度予測することができる。例えば機関始動時にはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低いので多量の微粒子が酸化されることなくパティキュレートフィルタ２２上に堆積し、これら微粒子はパティキュレートフィルタ２２の温度が高くなってもただちに酸化しない。従って多量の微粒子がパティキュレートフィルタ２２上に堆積し続けることになり、この間に微粒子の酸化性が低下してしまう。また、高速運転が継続すると微粒子はリーン空燃比のもとで長時間に亘り高温にさらされ、従って微粒子の酸化性が低下する。従って、機関始動時又は高速運転が予め定められた時間以上継続したときにはパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測できることになる。
【００７７】
また、機関の運転が或る期間以上継続するとこの間に微粒子の酸化性が低下すると考えられる。従って機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行距離が予め定められた値を越えたときにもパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測できることになる。
【００７８】
従ってこの実施例ではパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測されたときには空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするようにしている。
図２１は第５実施例を実行するためのフローチャートを示している。
図２１を参照するとまず初めにステップ５００においてパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測できかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したとは予測できないか又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ５０１に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ５０３に進む。
【００７９】
一方、パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測できかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ５０２に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の性質が堆積直後に比べて酸化しずらい性質に変化したと予測できてもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ５０３に進む。
【００８０】
ステップ５０３ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ５０４に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ５０５に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００８１】
次に本発明を実施するのに適した低温燃焼方法について図２２から図２４を参照しつつ簡単に説明する。
図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについてＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とスモークとの関係を示す図２２を参照しつつ説明する。なお、図２２において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【００８２】
図２２の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図２２の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。また、図２２の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近でスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
【００８３】
このようにＥＧＲガス率を５５パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲のガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制しつつＮＯx の発生量を低減することができるという特徴を有する。即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くしてスモークが発生することがない。また、このときＮＯx も極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、ＮＯx も極めて少量しか発生しない。
【００８４】
ところで機関の要求トルクＴＱが高くなると、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料および周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。即ち、低温燃焼を行いうるのは燃焼による発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。図２３（Ａ）において領域Ｉは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室５の不活性ガス量が多い第１の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域を示しており、領域IIは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運転領域を示している。
【００８５】
図２３（Ｂ）は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の目標空燃比Ａ／Ｆを示しており、図２４は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の要求トルクＴＱに応じたスロットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２５の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射開始時期θＳ、噴射完了時期θＥ、噴射量を示している。なお、図２４には運転領域IIにおいて行われる通常の燃焼時におけるスロットル弁１７の開度等も合わせて示している。
【００８６】
図２３（Ｂ）および図２４から運転領域Ｉにおいて低温燃焼が行われているときにはＥＧＲ率が５５パーセント以上とされ、空燃比Ａ／Ｆが１５．５から１８程度のリーン空燃比とされることがわかる。前述したように低温燃焼が行われているときにはスモーク、即ち微粒子がほとんど排出されず、従ってパティキュレートフィルタ２２上に多量の微粒子が堆積するのを回避することができるという利点がある。
【００８７】
また、低温燃焼を用いると多量の煤、即ち多量の微粒子を発生させることなく燃焼室５内における空燃比をリッチにすることができる。従って機関の運転状態が図２３に示す第２の運転領域IIにあるときに微粒子の酸化性を増大すべく空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにすべきであると判定又は予測されたときには機関の運転状態が第１の運転領域Ｉに移行するまで空燃比Ａ／Ｆをリッチにせず、機関の運転状態が第１の運転領域IIに移行した後に空燃比Ａ／Ｆをリッチにすることが好ましい。
【００８８】
図２５から図３０はパティキュレートフィルタ２２上に触媒を担持していない場合の種々の実施例を示している。パティキュレートフィルタ２２上に触媒を担持していない場合には図２５に示されるように微粒子の酸化速度、即ち酸化除去可能微粒子量Ｇはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが６００℃付近において急激に立上り、従ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがほぼ６００℃以下のときには微粒子の酸化除去されることなくパティキュレートフィルタ２２上に堆積することになる。圧縮着火式内燃機関では通常パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦは６００℃よりもかなり低く、従って触媒を担持していないパティキュレートフィルタ２２を用いるとパティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積し続けることになる。
【００８９】
従って触媒を担持していないパティキュレートフィルタ２２を用いた場合には更に堆積微粒子の酸化性は低下しやすくなり、従ってこの場合にも堆積微粒子の酸化性を高めるために空燃比Ａ／Ｆを時折一時的にリッチにする必要がある。
図２６および図２７はパティキュレートフィルタ２２が触媒を担持していない場合に適した第６実施例を示している。図２６はパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量Ｗを表わしており、図２６における各数字および記号の意味は図１０に示すものと同じである。パティキュレートフィルタ２２が触媒を担持していない場合には流入した微粒子Ｗ１は全て残留微粒子ＷＲ１となり、この残留微粒子ＷＲ１は時間を経過する毎に酸化性の悪い微粒子ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５へと順次変化する。従って最も酸化性の悪い微粒子量ＷＲ５は徐々に増大する。この実施例では残留微粒子量ＷＲ５が許容限界ＷＲＸＸを越えたときに微粒子の酸化性を増大すべく空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされる。
【００９０】
図２７は第６実施例を実行するためのフローチャートを示している。
図２７を参照するとまず初めにステップ６００において次式に基づき各残留微粒子量ＷＲ５，ＷＲ４，ＷＲ３，ＷＲ２，ＷＲ１が算出される。
ＷＲ５←ＷＲ５＋ＷＲ４
ＷＲ４←ＷＲ３
ＷＲ３←ＷＲ２
ＷＲ２←ＷＲ１
ＷＲ１←Ｍ
ここで上述のＭは図１４（Ｂ）のマップから算出された排出微粒子量である。
【００９１】
次いでステップ６０１では最も酸化性の低い残留微粒子量ＷＲ５が許容限界ＷＲＸＸを越えかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。ＷＲ５≦ＷＲＸＸ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ６０２に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ６０５に進む。
【００９２】
一方、ステップ６０１においてＷＲ５＞ＷＲＸＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ６０３に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、ＷＲ５＞ＷＲＸＸとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ６０４では初期化が行われる。次いでステップ６０５に進む。
【００９３】
ステップ６０５ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ６０６に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ６０７に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００９４】
次に第７実施例について説明する。パティキュレートフィルタ２２に微粒子が流入するとこの微粒子はいずれは最も酸化性の低い残留微粒子ＷＲ５となる。従ってパティキュレートフィルタ２２への微粒子の流入量から或る程度最も酸化性の低い残留微粒子量ＷＲ５を推定することができる。従ってこの実施例ではパティキュレートフィルタ２２への流入微粒子量の積算量が設定量ＭＸを越えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするようにしている。
【００９５】
図２８は第７実施例を実行するためのフローチャートを示している。
図２８を参照するとまず初めにステップ７００において図１４（Ｂ）に示すマップから算出された排出微粒子量ＭがΣＭに加算される。従ってこのΣＭはパティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子量の積算値を表していることになる。次いでステップ７０１ではパティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子量の積算値ΣＭが設定値ＭＸを越えかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。ΣＭ≦ＭＸ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ７０２に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ７０５に進む。
【００９６】
一方、ステップ７０１においてΣＭ＞ＭＸでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ７０３に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、ΣＭ＞ＭＸとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ７０４ではΣＭがクリアされる。次いでステップ７０５に進む。
【００９７】
ステップ７０５ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ７０６に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ７０７に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【００９８】
図２９および図３０に第８実施例を示す。前述したようにパティキュレートフィルタ２２に微粒子が流入するとこの微粒子はいずれは最も酸化性の低い残留微粒子ＷＲ５となり、従ってパティキュレートフィルタ２２への微粒子の流入量の積算値から最も酸化性の低い残留微粒子量ＷＲ５を推定することができる。言い換えるとパティキュレートフィルタ２２における圧損の増大量から最も酸化性の低い残留微粒子量ＷＲ５を推定することができる。従ってこの実施例ではパティキュレートフィルタ２２における実際の圧損ＰＤが設定値ＤＰＴＴを越えたときに空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするようにしている。この場合、空燃比Ａ／Ｆのリッチ処理が完了すると再び空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするために設定値ＤＰＴＴがΔＤだけ増大せしめられる。
【００９９】
初期の設定値ＤＰＴＴは図２９（Ａ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、設置値ＤＰＴＴの増大量ΔＤも図２９（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
図３０は第８実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【０１００】
図８を参照するとまず初めにステップ８００において圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤが図２９（Ａ）のマップから算出された設定値ＤＰＴＴよりも大きくかつパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo 、例えば２５０℃よりも高いか否かが判別される。ＤＰ≦ＤＰＴＴ又はＴＦ≦Ｔo のときにはステップ８０１に進んで通常運転が行われる。このときリーン空燃比のもとで継続的に燃焼が行われる。次いでステップ８０４に進む。
【０１０１】
一方、ステップ８００においてＤＰ＞ＤＰＴＴでかつＴＦ＞Ｔo であると判別されたときにはステップ８０２に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。なお、ＤＰ＞ＤＰＴＴとなってもＴＦ≦Ｔo のときにはリッチ処理は行われない。次いでステップ８０３では図２９（Ｂ）に示すマップから算出された増大量ΔＤが設定値ＤＰＴＴに加算され、その加算結果が新たな設定値ＤＰＴＴとされる。次いでステップ８０４に進む。
【０１０２】
ステップ８０４ではパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図５のＵＬに相当する許容限界ＰＤＸを越えたか否かが判別される。ＰＤ＞ＰＤＸのときにはステップ８０５に進んで空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ８０６に進んでリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを６００℃以上まで昇温させかつ６００℃以上に維持する昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。パティキュレートフィルタ２２の再生が完了すると昇温制御が停止され、再び通常の運転が行われる。
【０１０３】
【発明の効果】
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を短時間で燃焼させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】微粒子の酸化性の変化を示す図である。
【図４】運転制御の一例を示す図である。
【図５】運転制御の他の例を示す図である。
【図６】噴射制御を説明するための図である。
【図７】微粒子酸化性の低下量を示す図である。
【図８】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図９】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図１０】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図１１】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図１２】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図１３】時間Δｔを示す図である。
【図１４】排出微粒子量を示す図である。
【図１５】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１６】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１７】圧損の変化を説明するための図である。
【図１８】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１９】圧損の変化を説明するための図である。
【図２０】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２１】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２２】スモークの発生量を示す図である。
【図２３】機関の運転領域等を示す図である。
【図２４】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【図２５】酸化除去可能微粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示す図である。
【図２６】堆積微粒子量を示す図である。
【図２７】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２８】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２９】設定値等のマップを示す図である。
【図３０】機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
【図１】
0003707395.tif 000002
【図２】
0003707395.tif 000003
【図３】
0003707395.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003707395.tif 000006
【図６】
0003707395.tif 000007
【図７】
0003707395.tif 000008
【図８】
0003707395.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003707395.tif 000013
【図１３】
0003707395.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003707395.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0003707395.tif 000019
【図１９】
0003707395.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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