(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段と、前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生手段とを具備し、前記第一判断手段及び前記第二判断手段の少なくとも一方によって前記パティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタを再生し、前記内燃機関は、機関排気系の前記パティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、前記排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、前記第二判断手段は、フューエルカット時に前記制御弁を設定開度へ開弁させた後の前記新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第一判断手段及び前記第二判断手段は、前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定した後に再生時期を判断するものであり、前記第一判断手段により推定された前記パティキュレート捕集量が前記第二判断手段により同時期に推定された前記パティキュレート捕集量より設定値以上下回る時には、前記内燃機関及び前記再生手段の少なくとも一方が異常であると判断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。
【請求項３】
前記第一判断手段は、前記パティキュレートフィルタ上で酸化除去されるパティキュレート量を考慮して前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボンを主成分とする有害なパティキュレートが含まれており、大気中へのパティキュレート排出量を低減することが望まれている。そのためにディーゼルエンジンの排気系には、パティキュレートを捕集するフィルタとして、パティキュレートフィルタを配置することが提案されている。このようなパティキュレートフィルタは、パティキュレート捕集量の増加に伴い大きな排気抵抗となるために、捕集したパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートフィルタ自身を再生する必要がある。
【０００３】
機関高負荷高速運転のように排気ガスが約６００℃以上の高温となれば、パティキュレートは自然発火して燃焼するために、パティキュレートフィルタを再生することができる。しかしながら、このような機関高負荷高速運転が頻繁に行われる保証はなく、一般的には、ヒータ又は酸化触媒等をパティキュレートフィルタに配置して、再生時期において、ヒータを作動させたり、又は、酸化触媒へ未燃燃料等を供給する等の再生処理が実施されることとなる。
【０００４】
従って、パティキュレートフィルタの再生時期を判断することが必要とされるが、判断された再生時期が早過ぎると不必要に再生処理が行われることとなり、バッテリの大型化又は多量の燃料消費等の問題が発生する。また、判断された再生時期が遅過ぎると機関排気系の排気抵抗が非常に大きくなり、機関出力を低下させる。
【０００５】
こうして、パティキュレートフィルタの再生時期を正確に判断することが望まれている。例えば、車両走行距離が多いほどパティキュレート捕集量が増大することに基づき、再生時期を判断することが提案されているが、所定走行距離の間の運転状態によってパティキュレート捕集量に顕著な違いが発生するために、この方法では、正確な再生時期を判断することはできない。
【０００６】
また、パティキュレートフィルタの上流側と下流側とに圧力センサを配置して、パティキュレート捕集量が増加するほど、これら二つの圧力センサにより検出される差圧が増大することに基づき再生時期を判断することも提案されているが、圧力センサが高価であると共に圧力センサ自身が比較的大きな測定誤差を有するために、この方法もあまり好ましくはない。
【０００７】
安価で比較的正確にパティキュレートフィルタの再生時期を判断するために、特開平３−４１１１２号公報には、パティキュレート捕集量が増加するほど吸入新気量が減少することに基づき、測定された吸入新気量と機関運転状態毎の基準値とを比較してパティキュレートフィルタの再生時期を判断することが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような吸入新気量に基づくパティキュレートフィルタの再生時期の判断では、吸入新気量が安定していることが重要であり、定常運転時又は機関減速時のような特定運転状態の時にしか再生時期を判断することができない。それにより、判断間隔が長期化して、パティキュレートフィルタに多量のパティキュレートが捕集されているにも係らずに、再生時期と判断されないことがある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、吸入新気量に基づき機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタの再生時期を判断してパティキュレートフィルタの再生処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、吸入新気量に基づく再生時期の判断間隔が長期化してもパティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されないようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に配置されたパティキュレートフィルタと、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段と、前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生手段とを具備し、前記第一判断手段及び前記第二判断手段の少なくとも一方によって前記パティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、前記再生手段によって前記パティキュレートフィルタを再生し、前記内燃機関は、機関排気系の前記パティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、前記排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、前記第二判断手段は、フューエルカット時に前記制御弁を設定開度へ開弁させた後の前記新気量に基づき前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第一判断手段及び前記第二判断手段は、前記パティキュレートフィルタへのパティキュレート捕集量を推定した後に再生時期を判断するものであり、前記第一判断手段により推定された前記パティキュレート捕集量が前記第二判断手段により同時期に推定された前記パティキュレート捕集量より設定値以上下回る時には、前記内燃機関及び前記再生手段の少なくとも一方が異常であると判断することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の本発明による内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第一判断手段は、前記パティキュレートフィルタ上で酸化除去されるパティキュレート量を考慮して前記パティキュレートフィルタの再生時期を判断することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。同図において、１は機関本体、２は機関吸気系、３は機関排気系である。機関吸気系２において、各気筒へ接続されたインテークマニホルド２ａの上流側にはスロットル弁４が配置され、スロットル弁４の上流側には機関吸気系２へ取り入れられた新気量を検出するためのエアフローメータ５が配置されている。エアフローメータ５の上流側はエアクリーナを介して大気へ通じている。本実施形態において、スロットル弁４は、アクセルペダルに連動して機械的に駆動されるものではなく、ステップモータ等によって自由に開度設定が可能なものである。
【００１５】
一方、機関排気系３においては、各気筒へ接続されたエキゾーストマニホルド３ａの下流側にパティキュレートフィルタ６が配置されている。パティキュレートフィルタ６の下流側は、触媒コンバータ及び消音器等を介して大気へ通じている。
【００１６】
機関吸気系におけるインテークマニホルド２ａとスロットル弁４との間と、機関排気系におけるエキゾーストマニホルド３ａとパティキュレートフィルタ６との間とは、排気ガス再循環通路７によって連通され、排気ガス再循環通路７には再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適量に制御するための制御弁７ａが配置されている。
【００１７】
また、排気ガス再循環通路７には、多量の排気ガスを再循環させることを可能とするために再循環排気ガスを冷却する排気冷却器７ｂが設けられている。また、機関排気系３における排気ガス再循環通路７の接続部とパティキュレートフィルタ６との間には、ターボチャージャのタービン８ａが設けられ、機関吸気系２におけるスロットル弁４とエアフローメータとの間には、ターボチャージャのコンプレッサ８ｂが設けられている。また、機関吸気系２には、多量の新気を気筒内へ導入することを可能とするために新気を冷却する吸気冷却器２ｂが設けられている。
【００１８】
パティキュレートフィルタ６は、例えば、セラミック等の多孔性物質からなる多孔性物質パティキュレートフィルタである。このパティキュレートフィルタは、複数の長手方向に延在する隔壁によって細分化された複数の軸線方向空間を有し、隣接する二つの軸線方向空間において、一方が排気上流側を、他方が排気下流側をセラミック等の閉塞材によって閉塞されている。こうして、隣接する二つの軸線方向空間は、排気上流側から流入した排気ガスが隔壁を介して排気下流側に流出するトラップ通路となり、多孔質物質からなる隔壁は、トラップ壁として、排気ガス通過の際にパティキュレートを捕集するようになっている。
【００１９】
また、パティキュレートフィルタ６は、例えば、耐熱性金属繊維の不織布と耐熱性金属の波板から構成された金属繊維パティキュレートフィルタとしても良い。このパティキュレートフィルタは、二枚の不織布と二枚の波板とが互いに違いに厚さ方向に積層されて螺旋状に巻かれ、不織布と波板とによって複数の軸線方向空間が形成されているものである。不織布を構成する耐熱性金属繊維及び波板を構成する耐熱金属として、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金又はＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金等が利用可能である。二枚の不織布は、排気上流側端部において一方の面同士を互いに密着させて螺旋状に連続して溶接され、また、排気下流側端部において他方の面同士を互いに密着させて螺旋状に連続して溶接される。こうして、半径方向に隣接する二つの軸線方向空間は、排気上流側から流入した排気ガスがいずれかの不織布を介して排気下流側に流出するトラップ通路となり、不織布は、トラップ壁として、排気ガス通過の際にパティキュレートを捕集するようになっている。
【００２０】
このようなパティキュレートフィルタ６に捕集されるパティキュレートが多量となると、排気抵抗を大きくして機関出力を大幅に低下させるために、適当量のパティキュレートが捕集された時点でパティキュレートを燃焼させ、パティキュレートフィルタ自身を再生する必要がある。
【００２１】
このための手段として、本実施形態では、パティキュレートフィルタにヒータが配置されており、このヒータを作動させるための再生時期の判断が必要である。また、パティキュレートフィルタの再生手段として、酸化触媒等をパティキュレートフィルタに配置して、再生時期に酸化触媒へ未燃燃料等を供給するようにしても良い。
【００２２】
再生時期の判断は、早過ぎても遅過ぎても好ましくなく、適当量のパティキュレートが捕集されたことを正確に判断することが必要である。本実施形態では、制御装置２０によって、図２及び３に示すフローチャートに従って再生時期を判断して再生手段を作動するようになっている。
【００２３】
先ず、ステップ１０１において、単位時間（本フローチャートの実行間隔）当たりに気筒から排出される排出パティキュレート量ｐｍを算出する。この排出パティキュレート量は、機関型式によって異なるが、機関型式が定まれば、現在の要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとの関数となる。図４（Ａ）は、図１に示された内燃機関の排出パティキュレート量ｐｍを示しており、各曲線ｐｍ１，ｐｍ２，ｐｍ３，ｐｍ４，ｐｍ５は、等排出パティキュレート量（ｐｍ１＜ｐｍ２＜ｐｍ３＜ｐｍ４＜ｐｍ５）を示している。図４（Ａ）に示される例では、要求トルクＴＱが高くなるほど排出パティキュレート量ｐｍが増大する。なお、図４（Ａ）に示される排出パティキュレート量ｐｍは、要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図４（Ｂ）に示すようにマップ化しておいても良い。
【００２４】
次いで、ステップ１０２では、排出パティキュレートのほぼ全てがパティキュレートフィルタ６に捕集されたとして、排出パティキュレート量ｐｍを積算し、パティキュレート捕集量ＰＭ１を算出する。一般的に、パティキュレートフィルタの目の大きさはパティキュレートの大きさに比較して大きく、実際的には、排出パティキュレートの一部は、パティキュレートフィルタへ捕集されることなく、大気中へ放出されてしまう。従って、ステップ１０１において算出された排出パティキュレート量ｐｍから捕集されない分を除くために所定係数を乗算し、これをステップ１０２において積算するようにしても良い。また、パティキュレートフィルタ上では、フィルタ温度が低い時であっても、僅かながらパティキュレートが酸化減量されている。このために、排出パティキュレートｐｍからパティキュレートフィルタ上で酸化減量される分を除くために所定係数を乗算し、これをステップ１０２において積算するようにしても良い。特に、パティキュレートフィルタ上に活性酸素放出剤を担持させた場合には、パティキュレートの酸化減量する分が極めて大きいために、詳しくは後述するように、酸化除去される量を考慮してパティキュレート捕集量を判断する必要がある。
【００２５】
ステップ１０３においては、こうして積算されたパティキュレート捕集量ＰＭ１が設定捕集量Ａ以上となったか否かが判断される。この判断が肯定される時には、パティキュレートフィルタ６は再生時期であるとして、ステップ１０４に進み、再生手段を作動させてパティキュレートフィルタ６の再生処理を実施する。ステップ１０５では、再生処理開始からの経過時間ｔが所定時間ｔ１以上となったか否かが判断され、この判断が否定される時には再生処理を継続する。一方、再生処理が所定時間ｔ１だけ実施されれば、再生は完了したとして、ステップ１０６に進んでパティキュレート捕集量ＰＭ１は０とされる。
【００２６】
次いで、ステップ１０７では、アクセルペダルの踏み込み量Ｌが０であるか否か、すなわち、アクセルペダルが開放されているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ１０８において、燃料噴射量Ｑが０であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ１０９においてスロットル弁４を全開又は全開に近い設定開度とし、ステップ１１０において制御弁７ａを全開又は全開に近い設定開度とする。
【００２７】
次いでステップ１１１において、現在の機関回転数に基づき各気筒へ吸入されるはずの吸気量基準値Ｇｎ’が算出されると共に、この吸気量基準値Ｇｎ’とエアフローメータ５により検出される実際の新気量Ｇｎとの差ΔＧｎが算出される。吸気量基準値Ｇｎ’の算出では、機関回転数毎の基準値Ｇｎ’をマップ化しておいても良い。
【００２８】
パティキュレートフィルタ６へのパティキュレート捕集量が増加するほど排気抵抗が増加して吸入新気量が減少することとなり、ステップ１１１において算出された差ΔＧｎは現在のパティキュレート捕集量を表している。ステップ１１２では、この差ΔＧｎをパティキュレート捕集量ＰＭ２に換算する。
【００２９】
このような吸入空気量に基づくパティキュレート捕集量の推定では、吸入空気量が安定していることが必要であり、定常運転時でもこの推定は可能である。しかしながら、本実施形態のように、排気ガス再循環通路７を備える内燃機関では、吸気量基準値の算出に際して、制御弁７ａを閉弁して排気ガス再循環を停止するか、又は、少なくとも制御弁７ａを所定開度に固定する必要があり、再循環排気ガス量が現在の運転に適さなくなることがあり、排気エミッション又は燃焼が悪化してしまう。
【００３０】
本フローチャートでは、定常運転を含めて機関運転中には、ステップ１０７又はステップ１０８の判断が否定されて、パティキュレート捕集量の推定を実施しないようになっており、ステップ１０７及びステップ１０８の判断が肯定される時、すなわち、機関減速を意図したフューエルカット時にだけ、パティキュレート捕集量の推定を実施するようになっている。フューエルカット時は、吸入空気量が安定していることに加えて、当然のことながら、燃焼が行われていないために、制御弁７ａを閉弁しても開弁しても特に問題はない。
【００３１】
しかしながら、機関減速時には、基準値自身が小さくなるために、パティキュレートの捕集に伴って実際の吸入新気量が基準値の８０％となっても、僅かな差であり、正確にパティキュレート捕集量を推定するためには、吸入空気量を非常に正確に測定することが必要である。
【００３２】
本実施形態では、本発明を限定するものではないが、機関減速時にスロットル弁４を全開近傍へ開弁増加させて、吸入新気量を増大させると共に基準値を増大させている。フューエルカットされていれば、吸入新気量を増大させても特に問題はなく、こうして、吸入空気量の測定に多少の誤差が含まれていても、比較的正確なパティキュレート捕集量の推定が可能となる。
【００３３】
また、本発明を限定するものではないが、本実施形態では、さらに、機関減速時において排気ガス再循環通路７の制御弁を全開している。もし、パティキュレートフィルタ６にパティキュレートが捕集されていないならば、機関吸気系２のスロットル弁４の下流側と、機関排気系６のパティキュレートフィルタ６の上流側とは、ほぼ等しい圧力となるために、排気ガス再循環通路７を通過する気体は存在してもわずかであり、それにより、基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとはほぼ等しくなり、ステップ１１１において算出された差ΔＧｎはほぼゼロであり、ステップ１１２で算出されるパティキュレート捕集量ＰＭ２はゼロとなる。
【００３４】
しかしながら、パティキュレートフィルタ６へパティキュレートが捕集されて排気抵抗が増加すると、機関排気系６におけるパティキュレートフィルタ６の上流側の圧力は高まり、排気ガス再循環通路７を通過して機関吸気系へ気体が再循環し始め、その量は、パティキュレート捕集量が増加するほど多くなる。それにより、実際の吸入新気量は、パティキュレートフィルタ６の排気抵抗の増加に伴って減少すると共に、この再循環気体量に伴って減少することとなる。
【００３５】
こうして、パティキュレートフィルタ６へ適当量のパティキュレートが捕集された時点では、基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとの間にはさらに顕著な差が発生することとなる。それにより、ステップ１１１において算出される差ΔＧｎは比較的大きくなり、多少の測定誤差があっても正確にパティキュレート捕集量を推定することができる。
【００３６】
本実施形態では、基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとの差ΔＧｎに基づきパティキュレート捕集量を推定するようにしたが、もちろん、実際の吸入新気量Ｇｎと基準値Ｇｎ’との比Ｇｎ／Ｇｎ’もパティキュレート捕集量を表す値であり、この値に基づきパティキュレート捕集量を推定するようにしても良い。この値は、捕集量が０の時には１となり、捕集量の増加と共に減少するものである。
【００３７】
ステップ１１３では、ステップ１１２において吸入新気量に基づき推定されたパティキュレート捕集量ＰＭ２と、ステップ１０２において排出パティキュレート量ｐｍの積算により算出されたパティキュレート捕集量ＰＭ１との差が所定値Ｂ以上であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、吸入新気量に基づき推定されたパティキュレート捕集量ＰＭ２と排出パティキュレート量に基づき推定されたパティキュレート捕集量ＰＭ１との間には大きな差はなく、ステップ１１８へ進み、実際の吸入空気量により推定されるために信頼性の高いパティキュレート捕集量ＰＭ２がステップ１０３で使用した設定捕集量Ａ以上であるか否かを判断する。この判断が否定される時には、ステップ１１９において、排出パティキュレート量ｐｍに基づくパティキュレート捕集量ＰＭ１を正確なパティキュレート捕集量ＰＭ２に置き換えて終了する。
【００３８】
一方、ステップ１１３における判断が肯定される時、すなわち、吸入新気量に基づき推定された正確なパティキュレート捕集量ＰＭ２と排出パティキュレート量に基づき推定されたパティキュレート捕集量ＰＭ１との差が大きい時には、パティキュレート捕集量ＰＭ１が不正確であると考えられる。
【００３９】
ステップ１１４では、パティキュレート捕集量ＰＭ１が現在０であるか否かが判断され、すなわち、ステップ１０６において再生処理が終了した状態であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、再生処理が終了しているはずであるにもかかわらずに、パティキュレートフィルタ６にはパティキュレートが残留していることとなり、パティキュレートフィルタ６に設けたヒータが正常に動作していなかったか、又は、パティキュレートフィルタ６に担持させた酸化触媒が劣化して未燃燃料等の十分に燃焼させることができなかった等が考えられ、ステップ１１５においてパティキュレートフィルタの再生不良であると判断する。これを運転者に知らせることにより、パティキュレートフィルタ６の再生手段を早期に修理することが可能となる。
【００４０】
次いで、ステップ１１６では、再生手段の修理までの間の暫定処置として、ステップ１０５及び後述するステップ１２１における再生処理の継続時間を所定時間ｔ１からそれより長い時間ｔ２へ変更して、ステップ１１８以降の処理を実施する。
【００４１】
また、ステップ１１４における判断が否定される時には、機関運転状態により推定された排出パティキュレート量ｐｍが実際より少ないこととなり、例えば、意図する以上に燃料が噴射されている燃料噴射系の異常であるか、又は、意図する以上に排気ガスが再循環されている排気ガス再循環系の異常である等が考えられ、ステップ１１７において機関異常であると判断する。これを運転者に知らせることにより、エンジンを早期に修理することが可能となる。次いで、ステップ１１８以降の処理を実施する。
【００４２】
ステップ１１８において、正確に推定されたパティキュレート捕集量ＰＭ２が設定捕集量Ａ以上であると判断されれば、ステップ１２０に進み、再生手段を作動させる。次いで、ステップ１２１において、この再生処理開始からの経過時間ｔが所定時間ｔ１に達したか否かが判断され、この判断が肯定されるまで再生処理が継続される。次いで、ステップ１２２において、ステップ１０２で使用するパティキュレート捕集量ＰＭ１を０にして終了する。もし、ステップ１１５において、再生手段が不良であると判断された場合には、所定時間は、長い時間ｔ２に変更されており、ヒータの発熱不足を通電時間延長によって補い、また、酸化触媒の劣化を未燃燃料の供給時間延長によって補うことにより、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートをほぼ完全に焼失させることができる。
【００４３】
しかしながら、再生処理の時間延長は、あくまで暫定処置であり、ヒータの通電時間延長及び未燃燃料の供給時間延長は共に好ましくはなく、さらに、ヒータの断線等のように再生時間延長では対処できない再生異常もあり、いずれにしても、ステップ１１５において再生異常と判断された場合には、早期に再生手段を修理することが必要である。
【００４４】
実際の吸入新気量に基づくパティキュレート捕集量の推定は、正確なものであるが、吸入新気量が安定していなければならず、定常運転時又は機関減速時のような特定運転状態の時にしかパティキュレート捕集量を推定することができない。それにより、このパティキュレート捕集量の推定だけでは推定間隔が長期化して、パティキュレートフィルタに多量のパティキュレートが捕集されているにも係らずに、再生時期と判断されないことがある。
【００４５】
本フローチャートでは、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づきパティキュレート捕集量を推定してパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づきパティキュレート捕集量を推定してパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段とを有し、第一判断手段及び第二判断手段の少なくとも一方によってパティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、再生手段によってパティキュレートフィルタを再生するようになっている。
【００４６】
それにより、単位時間当たりの排出パティキュレート量自身が、機関運転状態に基づく推定値であるために、その積算値を使用するパティキュレート捕集量の推定値は、それほど正確なものとはならないが、この第一判断手段によるパティキュレートフィルタの再生時期の判断が、第二判断手段によるパティキュレートフィルタの再生時期の判断に加えて、機関運転状態に係らずに常に実施されるために、第二判断手段による再生時期の判断間隔が長期化しても、第一判断手段によって再生時期と判断されれば、パティキュレートフィルタの再生が実施され、パティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されることはない。
【００４７】
図５は、前述したパティキュレートフィルタとは異なるパティキュレートフィルタ６’の周囲構造を示す平面図であり、図６は、その側面図である。この周囲構造には、エキゾーストマニホルド３ａの下流側に排気管３ｂを介して接続された切換部９と、パティキュレートフィルタ６’と、パティキュレートフィルタ６’の一方側と切換部９とを接続する第一接続部３ｄと、パティキュレートフィルタ６’の他方側と切換部９とを接続する第二接続部３ｅと、切換部９の下流側の排気通路３ｃとが設けられている。切換部９は、切換部９内で排気流れを遮断することを可能とする弁体９ａを具備している。弁体９ａの一方の遮断位置において、切換部９内の上流側が第一接続部３ｄと連通されると共に切換部９内の下流側が第二接続部３ｅと連通され、排気ガスは、図５に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ６’の一方側から他方側へ流れる。
【００４８】
また、図７は、弁体９ａの他方の遮断位置を示している。この遮断位置において、切換部９内の上流側が第二接続部３ｅと連通されると共に切換部９内の下流側が第一接続部３ｄと連通され、排気ガスは、図７に矢印で示すように、パティキュレートフィルタ６’の他方側から一方側へ流れる。こうして、弁体９ａを切り換えることによって、パティキュレートフィルタ６’へ流入する排気ガスの方向を逆転することができ、すなわち、パティキュレートフィルタ６’の排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。
【００４９】
このようにして、本パティキュレートフィルタの周囲構造は、非常に簡単な構成によってパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転することが可能となる。また、パティキュレートフィルタにおいては、排気ガスの流入を容易にするために、大きな開口面積が必要とされるが、本パティキュレートフィルタ周囲構造は、車両搭載性を悪化させることなく、図５及び６に示すように、大きな開口面積を有するパティキュレートフィルタを使用可能となる。
【００５０】
図８にパティキュレートフィルタ６’の構造を示す。なお、図８において、（Ａ）はパティキュレートフィルタ６’の正面図であり、（Ｂ）は側面断面図である。これらの図に示すように、本パティキュレートフィルタ６’は、長円正面形状を有し、例えば、コージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム構造をなすウォールフロー型であり、多数の軸線方向に延在する隔壁５４によって細分された多数の軸線方向空間を有している。隣接する二つの軸線方向空間において、栓５２，５３によって、一方は排気下流側で閉鎖され、他方は排気上流側で閉鎖される。こうして、隣接する二つの軸線方向空間の一方は排気ガスの流入通路５０となり、他方は流出通路５１となり、排気ガスは、図８（Ｂ）に矢印で示すように、必ず隔壁５４を通過する。排気ガス中のパティキュレートは、隔壁５４の細孔の大きさに比較して非常に小さいものであるが、隔壁５４の排気上流側表面上及び隔壁５４内の細孔表面上に衝突して捕集される。こうして、各隔壁５４は、パティキュレートを捕集する捕集壁として機能する。本パティキュレートフィルタ６’において、捕集されたパティキュレートを酸化除去するために、隔壁５４の両側表面上、及び、好ましくは隔壁５４内の細孔表面上にアルミナ等を使用して以下に説明する活性酸素放出剤と貴金属触媒とが担持されている。
【００５１】
活性酸素放出剤とは、活性酸素を放出することによってパティキュレートの酸化を促進するものであり、好ましくは、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出するものである。
【００５２】
この貴金属触媒としては、通常、白金Ｐｔが用いられており、活性酸素放出剤としてカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒのようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類、及び遷移金属から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【００５３】
なお、この場合、活性酸素放出剤としては、カルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましい。
【００５４】
次に、このような活性酸素放出剤を担持するパティキュレートフィルタによって、捕集されたパティキュレートがどのように酸化除去されるかについて、白金Ｐｔ及びカリウムＫの場合を例にとって説明する。他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類、遷移金属を用いても同様なパティキュレート除去作用が行われる。
【００５５】
ディーゼルエンジンでは通常空気過剰のもとで燃焼が行われ、従って排気ガスは多量の過剰空気を含んでいる。即ち、機関吸気系及び燃焼室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すると、この空燃比はリーンとなっている。また、燃焼室内ではＮＯが発生するので排気ガス中にはＮＯが含まれている。また、燃料中にはイオウＳが含まれており、このイオウＳは燃焼室内で酸素と反応してＳＯ２  となる。従って排気ガス中にはＳＯ２  が含まれている。従って過剰酸素、ＮＯ及びＳＯ２  を含んだ排気ガスがパティキュレートフィルタ６’の排気上流側へ流入することになる。
【００５６】
図９（Ａ）及び（Ｂ）はパティキュレートフィルタ６’における排気ガス接触面の拡大図を模式的に表わしている。なお、図９（Ａ）及び（Ｂ）において６０は白金Ｐｔの粒子を示しており、６１はカリウムＫを含んでいる活性酸素放出剤を示している。
【００５７】
上述したように排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれているので排気ガスがパティキュレートフィルタの排ガス接触面内に接触すると、図９（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２  がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２  となる（２ＮＯ＋Ｏ２  →２ＮＯ２  ）。次いで生成されたＮＯ２  の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら図７（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３−の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硝酸カリウムＫＮＯ３  を生成する。このようにして、排気ガスに含まれる有害なＮＯＸ  をパティキュレートフィルタ６’に吸収し、大気中への放出量を大幅に減少させることができる。
【００５８】
一方、上述したように排気ガス中にはＳＯ２  も含まれており、このＳＯ２  もＮＯと同様なメカニズムによって活性酸素放出剤６１内に吸収される。即ち、上述したように酸素Ｏ２  がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、排気ガス中のＳＯ２  は白金Ｐｔの表面でＯ２−又はＯ２−と反応してＳＯ３  となる。次いで生成されたＳＯ３  の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ４２−  の形で活性酸素放出剤６１内に拡散し、硫酸カリウムＫ２ＳＯ４を生成する。このようにして活性酸素放出触媒６１内には硝酸カリウムＫＮＯ３  及び硫酸カリウムＫ２ＳＯ４が生成される。
【００５９】
排気ガス中のパティキュレートは、図９（Ｂ）において６２で示されるように、パティキュレートフィルタに担持された活性酸素放出剤６１の表面上に付着する。この時、パティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面では酸素濃度が低下する。酸素濃度が低下すると酸素濃度の高い活性酸素放出剤６１内との間で濃度差が生じ、斯くして活性酸素放出剤６１内の酸素がパティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向けて移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤６１内に形成されている硝酸カリウムＫＮＯ３  がカリウムＫと酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏがパティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＮＯは下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。
【００６０】
一方、このとき活性酸素放出剤６１内に形成されている硫酸カリウムＫ２ＳＯ４もカリウムＫと酸素ＯとＳＯ２  とに分解され、酸素Ｏがパティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かい、ＳＯ２  が活性酸素放出剤６１から外部に放出される。外部に放出されたＳＯ２  は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出剤６１内に吸収される。但し、硫酸カリウムＫ２ＳＯ４は、安定化しているために、硝酸カリウムＫＮＯ３  に比べて活性酸素を放出し難い。
【００６１】
一方、パティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素Ｏは硝酸カリウムＫＮＯ３  や硫酸カリウムＫ２ＳＯ４のような化合物から分解された酸素である。化合物から分解された酸素Ｏは高いエネルギを有しており、極めて高い活性を有する。従ってパティキュレート６２と活性酸素放出剤６１との接触面に向かう酸素は活性酸素Ｏとなっている。これら活性酸素Ｏがパティキュレート６２に接触するとパティキュレート６２は輝炎を発することなく酸化せしめられる。
【００６２】
ところで白金Ｐｔ及び活性酸素放出剤６１はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど活性化するので単位時間当りに活性酸素放出剤６１が放出される活性酸素Ｏの量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。従ってパティキュレートフィルタ上において単位時間当りに輝炎を発することなくパティキュレートを酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量はパティキュレートフィルタの温度が高くなるほど増大する。
【００６３】
図１０の実線は単位時間当りに輝炎を発することなく酸化除去可能な酸化除去可能微粒子量Ｇを示している。なお、図１０において横軸はパティキュレートフィルタの温度ＴＦを示している。単位時間当りに燃焼室から排出される排出パティキュレートｐｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、即ち図１０の領域Ｉでは燃焼室から排出された全てのパティキュレートがパティキュレートフィルタに捕集されるや否や短時間のうちにパティキュレートフィルタにおいて輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００６４】
これに対し、排出パティキュレート量ｐｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図１０の領域ＩＩでは全てのパティキュレートを酸化するには活性酸素量が不足している。図１１（Ａ）〜（Ｃ）はこのような場合のパティキュレートの酸化の様子を示している。
【００６５】
即ち、全てのパティキュレートを酸化するには活性酸素量が不足している場合には図１１（Ａ）に示すようにパティキュレート６２が活性酸素放出剤６１上に付着するとパティキュレート６２の一部のみが酸化され、十分に酸化されなかったパティキュレート部分がパティキュレートフィルタの排気上流側面上に残留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続すると次から次へと酸化されなかったパティキュレート部分が排気上流面上に残留し、その結果図１１（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタの排気上流面が残留パティキュレート部分６３によって覆われるようになる。
【００６６】
このような残留パティキュレート部分６３は、次第に酸化され難いカーボン質に変質し、また、排気上流面が残留パティキュレート部分６３によって覆われると白金ＰｔによるＮＯ，ＳＯ２  の酸化作用及び活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が抑制される。それにより、時間を掛ければ徐々に残留パティキュレート部分６３を酸化させることができるが、図１１（Ｃ）に示されるように残留パティキュレート部分６３の上に別のパティキュレート６４が次から次へと堆積して、即ち、パティキュレートが積層状に堆積すると、これらパティキュレートは、白金Ｐｔや活性酸素放出剤から距離を隔てているために、例え酸化され易いパティキュレートであっても活性酸素によって酸化されることはない。従ってこのパティキュレート６４上に更に別のパティキュレートが次から次へと堆積する。即ち、排出パティキュレート量ｐｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多い状態が継続するとパティキュレートフィルタ上にはパティキュレートが積層状に堆積してしまう。
【００６７】
このように図１０の領域Ｉではパティキュレートはパティキュレートフィルタ上において輝炎を発することなく短時間のうちに酸化せしめられ、図１０の領域ＩＩではパティキュレートがパティキュレートフィルタ上に積層状に堆積する。従って、排出パティキュレート量ｐｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの関係を領域Ｉにすれば、パティキュレートフィルタ上へのパティキュレートの堆積を防止することができる。しかしながら、これが常に実現されるとは限らず、パティキュレートフィルタにはパティキュレートが堆積することがある。
【００６８】
このようなパティキュレートフィルタ６’が使用される場合には、前述した図２及び３に示すフローチャートにおいて、ステップ１０２では、排出パティキュレートｐｍと現在のパティキュレートフィルタ温度ＴＦに基づく酸化除去可能微粒子量Ｇとの差を積算することとなる。もちろん、酸化除去可能微粒子量Ｇの方が大きくて、この差がマイナス値である時には、ゼロを加算することとなるが、この時点でパティキュレート捕集量ＰＭ１が値を有していれば、すなわち、これまでに排出パティキュレート量ｐｍが酸化除去可能微粒子量Ｇを上回ってパティキュレートフィルタ上にパティキュレートが残留していれば、酸化除去可能微粒子量Ｇの余裕によって残留パティキュレートが酸化除去されるために、マイナス値を加算するようにしても良い。
【００６９】
こうして算出されるパティキュレート捕集量ＰＭ１又は吸入新気量に基づき推定されるパティキュレート捕集量ＰＭ２が設定捕集量Ａ以上となる時に実施される再生処理は、例えば、排気ガスの空燃比をリッチにすることである。こうして排気ガス中の酸素濃度を低下させると活性酸素放出剤６１から外部に活性酸素Ｏが一気に放出され、これら一気に放出された活性酸素Ｏによって堆積したパティキュレートが輝炎を発することなく一気に燃焼除去させることができる。
【００７０】
排気ガスの空燃比をリッチにするためには、排気行程での気筒内への燃料噴射や機関排気系のパティキュレートフィルタ６’の上流側への燃料噴射等を利用することができる。特に、パティキュレートフィルタ６’へ未燃燃料等の還元剤が供給されると、この還元剤は、パティキュレートフィルタ６’に担持された白金Ｐｔ等の酸化触媒によって排気ガス中の酸素を使用して燃焼する。こうして、排気ガス中の酸素濃度が低下すると共に、還元剤の燃焼熱によってパティキュレートフィルタの温度ＴＦが上昇して酸化除去可能微粒子量Ｇが増大することとなり、残留パティキュレートを酸化除去するのに有利である。
【００７１】
パティキュレートフィルタ６’の再生手段として、パティキュレートフィルタ６’にヒータを配置し、パティキュレートフィルタ６’の温度を単に上昇させて酸化除去可能微粒子量を増大させるようにしても良い。また、点火時期の遅角又は燃料噴射時期の遅角によって排気ガス温度を高めてパティキュレートフィルタ６’を昇温するようにしても良い。
【００７２】
本実施形態では、前述したように、パティキュレートフィルタ６’の排気上流側と排気下流側とを容易に逆転可能となっており、再生手段として、これを実施しても良い。パティキュレート捕集量が車両走行に悪影響を与えるようになる以前に、例えば、図１２（Ａ）に示す程度にパティキュレートが堆積した時点で、前述のフローチャートにより第一判断手段又は第二判断手段によって再生時期であると判断されれば、再生処理として、弁体９ａを他方の遮断位置へ切り換える。ウォールフロー型パティキュレートフィルタでは、パティキュレートは、排気ガスが主に衝突する隔壁５４の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面、すなわち、隔壁５４の一方の捕集面に衝突捕集され、この一方の捕集面からの活性酸素の放出が捕集パティキュレートに対して不十分であると、全て酸化除去されずに残留する。
【００７３】
弁体９ａの切り換えによって、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とが逆転されれば、隔壁の一方の捕集面に堆積するパティキュレート上には、さらにパティキュレートが堆積することはなく、一方の捕集面から放出される活性酸素によって残留及び堆積パティキュレートは徐々に酸化除去される。また、特に隔壁の細孔内に残留及び堆積するパティキュレートは、逆方向の排気ガス流によって、図１２（Ｂ）に示すように、容易に破壊されて細分化され、細孔内を主に下流側へ移動する。
【００７４】
それにより、細分化された多くのパティキュレートは、隔壁の細孔内に分散し、隔壁の細孔内表面に担持させた活性酸素放出剤と直接的に接触して酸化除去される機会が多くなる。こうして、隔壁の細孔内にも活性酸素放出剤を担持させることで、残留パティキュレートを格段に酸化除去させ易くなる。さらに、この酸化除去に加えて、排気ガスの逆流によって上流側となった隔壁５４の他方の捕集面、すなわち、現在において排気ガスが主に衝突する隔壁５４の排気上流側表面及び細孔内の排気ガス流対向面（一方の捕集面とは反対側の関係となる）では、排気ガス中の新たなパティキュレートが付着して活性酸素放出剤から放出された活性酸素によって酸化除去される。これらの酸化除去の際に活性酸素放出剤から放出された活性酸素の一部は、排気ガスと共に下流側へ移動し、排気ガスの逆流によっても依然として残留するパティキュレートを酸化除去する。
【００７５】
すなわち、隔壁における一方の捕集面の残留パティキュレートには、この捕集面から放出される活性酸素だけでなく、排気ガスの逆流によって隔壁の他方の捕集面でのパティキュレートの酸化除去に使用された残りの活性酸素が排気ガスと共に到来する。それにより、パティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側とを逆転させてパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面と他方の捕集面とをパティキュレートの捕集に交互に使用することにより、逆転時にパティキュレートフィルタ隔壁の一方の捕集面にある程度パティキュレートが残留捕集されていたとしても、排気ガスの逆流によって、この残留捕集パティキュレートへも活性酸素が到来することに加えて、さらにパティキュレートが捕集されることはないために、残留パティキュレートは徐々に酸化除去される。こうして、現在パティキュレートを捕集する他方の捕集面にパティキュレートが残留捕集されることにより再生時期となって再び弁体９ａが切り換えられるまでには、一方の捕集面に残留するパティキュレートを十分に酸化除去可能である。
【００７６】
もちろん、このパティキュレートフィルタの排気上流側と排気下流側との逆転時に、又は、その直後に、排気ガスの空燃比をリッチにすれば、パティキュレートフィルタ隔壁のパティキュレートが残留していない他方の捕集面では、一方の捕集面に比較して活性酸素を放出し易いために、さらに多量に放出される活性酸素によって、残留パティキュレートを、さらに確実に酸化除去することが可能となる。
【００７７】
ところで、排気ガス中のカルシウムＣａはＳＯ３  が存在すると、硫酸カルシウムＣａＳＯ４  を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ４  はアッシュと称され、酸化除去することが困難である。それにより、このアッシュによるパティキュレートフィルタの目詰まりを防止するためには、活性酸素放出剤６１としてカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、例えばカリウムＫを用いると活性酸素放出剤６１内に拡散するＳＯ３  はカリウムＫと結合して硫酸カリウムＫ２ＳＯ４を形成し、カルシウムＣａはＳＯ３  と結合することなく触媒コンバータの隔壁を通過する。従ってパティキュレートフィルタがアッシュによって目詰まりすることがなくなる。こうして、前述したように活性酸素放出剤６１としてはカルシウムＣａよりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒを用いることが好ましいことになる。
【００７８】
また、パティキュレートフィルタに白金Ｐｔのような貴金属のみを担持させても、白金Ｐｔの表面上に保持されるＮＯ２  又はＳＯ３  から活性酸素を放出させることができる。ただし、この場合には酸化除去可能微粒子量Ｇを示す実線は図１０に示す実線に比べて若干右側に移動する。
【００７９】
また、活性酸素放出剤として排気ガス中のＮＯＸ  浄化に使用されるＮＯＸ  吸蔵還元触媒を用いることも可能である。この場合においては、吸蔵したＮＯＸ  及びＳＯＸ  を放出させるために排気ガスの空燃比を少なくとも一時的にリッチにする必要があり、このリッチ化制御をパティキュレートフィルタの再生手段として利用しても良い。
【００８０】
ところで、図１０においては酸化除去可能微粒子量Ｇがパティキュレートフィルタ６’の温度ＴＦのみの関数として示されているがこの酸化除去可能微粒子量Ｇは実際には排気ガス中の酸素濃度、排気ガス中のＮＯｘ  濃度、排気ガス中の未燃ＨＣ濃度、微粒子の酸化のしやすさの程度、パティキュレートフィルタ６’内における排気ガス流の空間速度、排気ガス圧等の関数でもある。従って酸化除去可能微粒子量Ｇはパティキュレートフィルタ６’の温度ＴＦを含む上述の全ての因子の影響を考慮に入れて算出することが好ましい。
【００８１】
しかしながら、これら因子のうちで酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるのはパティキュレートフィルタ６’の温度ＴＦであり、比較的大きな影響を与えるのは排気ガス中の酸素濃度とＮＯＸ  濃度である。図１３（Ａ）はパティキュレートフィルタ６’の温度ＴＦ及び排気ガス中の酸素が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示しており、図１３（Ｂ）はパティキュレートフィルタ６’の温度ＴＦ及び排気ガス中のＮＯｘ  濃度が変化したときの酸化除去可能微粒子量Ｇの変化を示している。なお、図１３（Ａ），（Ｂ）において破線は排気ガス中の酸素濃度及びＮＯＸ  濃度が基準値であるときを示しており、図１３（Ａ）において〔Ｏ２  〕１  は基準値よりも排気ガス中の酸素濃度が高いとき、〔Ｏ２  〕２  は〔Ｏ２  〕１  よりも更に酸化濃度が高いときを夫々示しており、図１３（Ｂ）において〔ＮＯ〕１  は基準値よりも排気ガス中のＮＯＸ  濃度が高いとき、〔ＮＯ〕２  は〔ＮＯ〕１  よりも更にＮＯＸ  濃度が高いときを夫々示している。
【００８２】
排気ガス中の酸素濃度が高くなるとそれだけでも酸化除去可能微粒子量Ｇが増大するが更に活性酸素放出剤６１内に取込まれる酸素量が増大するので活性酸素放出剤６１から放出される活性酸素も増大する。従って図１３（Ａ）に示されるように排気ガス中の酸素濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。
【００８３】
一方、排気ガス中のＮＯは前述したように白金Ｐｔの表面上において酸化されてＮＯ２  となる。このようにして生成されたＮＯ２  の一部は活性酸素放出剤６１内に吸収され、残りのＮＯ２  は白金Ｐｔの表面から外部に離脱する。このときパティキュレートはＮＯ２  と接触すると酸化反応が促進され、従って図１３（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯＸ  濃度が高くなるほど酸化除去可能微粒子量Ｇは増大する。ただし、このＮＯ２  によるパティキュレートの酸化促進作用は排気ガス温がほぼ２５０℃からほぼ４５０℃の間でしか生じないので図１３（Ｂ）に示されるように排気ガス中のＮＯＸ  濃度が高くなるとパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦがほぼ２５０℃から４５０℃の間のときに酸化除去可能微粒子量Ｇが増大する。
【００８４】
前述したように酸化除去可能微粒子量Ｇは酸化除去可能微粒子量Ｇに影響を与える全ての因子を考慮に入れて算出することが好ましいが、酸化除去可能微粒子量Ｇに最も大きな影響を与えるパティキュレートフィルタ６’の温度ＴＦに加えて、比較的大きな影響を与える排気ガス中の酸素濃度及びＮＯＸ  濃度に基づいて酸化除去可能微粒子量Ｇを算出するようにすれば、前述のフローチャートにおけるステップ１０２で使用する積算値ｐｍをさらに正確に算出することができる。
【００８５】
具体的には、図１４の（Ａ）から（Ｆ）に示されるようにパティキュレートフィルタ６’の各温度ＴＦ（２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃）における酸化除去可能微粒子量Ｇが夫々排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２  〕と排気ガス中のＮＯｘ  濃度〔ＮＯ〕の関数としてマップ化して有し、各パティキュレートフィルタ６’の温度ＴＦ、酸化濃度〔Ｏ２  〕及びＮＯｘ  濃度〔ＮＯ〕に応じた酸化除去可能微粒子量Ｇを図１４の（Ａ）から（Ｆ）に示されるマップから比例配分により算出することができる。
【００８６】
なお、排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２  〕及びＮＯｘ  濃度〔ＮＯ〕は酸素濃度センサ及びＮＯＸ  濃度センサを用いて検出することができる。しかしながら、排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２  〕が要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図１５（Ａ）に示すようにマップ化して有し、排気ガス中のＮＯＸ  濃度〔ＮＯ〕も要求トルクＴＱ及び機関回転数Ｎの関数として図１５（Ｂ）に示すようにマップ化して有し、これらのマップから排気ガス中の酸素濃度〔Ｏ２  〕及びＮＯＸ  濃度〔ＮＯ〕を算出するようにしても良い。
【００８７】
パティキュレートフィルタに活性酸素放出剤を担持させた時の再生処理として、未燃燃料等の還元剤の供給及びヒータ通電等によってパティキュレートフィルタを昇温する場合において、前述のフローチャートでは、ステップ１０５又はステップ１２１において、このような再生処理を所定時間ｔ１又はｔ２だけ実施することにより再生完了としている。しかしながら、昇温されたパティキュレートフィルタの温度に基づく酸化除去可能微粒子量Ｇが、算出又は推定されたパティキュレート捕集量ＰＭ１又はＰＭ２を上回るようになれば、再生は完了しているはずであり、還元剤の供給及びヒータ通電等の再生処理を中止するようにしても良い。
【００８８】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、気筒内から排出された排出パティキュレート量に基づきパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第一判断手段と、機関吸気系へ取り入れられる新気量に基づきパティキュレートフィルタの再生時期を判断する第二判断手段と、パティキュレートフィルタを再生させるための再生手段とを具備し、第一判断手段及び第二判断手段の少なくとも一方によってパティキュレートフィルタが再生時期であると判断された時には、再生手段によってパティキュレートフィルタを再生するようになっている。
【００８９】
内燃機関は、機関排気系のパティキュレートフィルタ上流側と機関吸気系とを連通する排気ガス再循環通路と、排気ガス再循環通路を介して再循環させる排気ガス量を機関運転状態に応じた最適値に制御するための制御弁とを具備し、第二判断手段は、フューエルカット時に制御弁を設定開度へ開弁させた後の新気量に基づきパティキュレートフィルタの再生時期を判断するために正確な判断が可能であるが、第二判断手段だけでは判断間隔が長期化してパティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されてしまう可能性がある。しかしながら、本発明による内燃機関の排気浄化装置では、この第二判断手段に加えて、第一判断手段が、排出パティキュレート量に基づき特定機関運転状態に係らずにパティキュレートフィルタの再生時期を判断してパティキュレートフィルタを再生するために、この判断が多少不正確なものであっても、パティキュレートフィルタへ多量のパティキュレートが捕集されるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】再生時期の判断のためのフローチャートの一部である。
【図３】図２のフローチャートの残り部である。
【図４】排出パティキュレート量を示す図である。
【図５】もう一つのパティキュレートフィルタの周囲構造を示す平面図である。
【図６】図５の側面図である。
【図７】切換部内の弁体の図５とは異なるもう一つの遮断位置を示す図である。
【図８】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図９】パティキュレートの酸化作用を説明するための図である。
【図１０】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１１】パティキュレートの堆積作用を説明するための図である。
【図１２】パティキュレートフィルタの隔壁の拡大断面図である。
【図１３】酸化除去可能微粒子量を示す図である。
【図１４】酸化除去可能微粒子量のマップを示す図である。
【図１５】排気ガス中の酸素濃度及びＮＯＸ  濃度のマップを示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…機関吸気系
３…機関排気系
４…スロットル弁
５…エアフローメータ
６…パティキュレートフィルタ
７…排気ガス再循環通路
７ａ…制御弁
２０…制御装置
【図１】
0003632587.tif 000002
【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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