(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トラップと、機関排気系の前記パティキュレートトラップ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量に制御するための制御弁と、機関吸気系へ取り入れられる新気量を検出する新気量検出手段とを具備し、フューエルカット時において、前記制御弁を所定開度で開弁させた後に前記新気量検出手段によって前記新気量を検出し、検出された前記新気量に基づき前記パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定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】
前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、前記パティキュレートトラップが新品の時に、前記フューエルカット時において前記制御弁を前記所定開度で開弁させた後に前記新気量検出手段によって検出された前記新気量に基づき前記基準値を補正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】
前記フューエルカット時における機関回転変動の大きさが設定値以上である時には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止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４】
前記パティキュレートトラップの温度が設定温度以下である時には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止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５】
前記新気量検出手段は、前記フューエルカット時に前記制御弁を所定開度で開弁させてから新気量安定化期間経過後に前記新気量を検出し、前記新気量安定化期間は、前記フューエルカット直前の機関状態に応じて変更させ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６】
前記排気ガス再循環通路の通気抵抗を直接的又は間接的に検出する通気抵抗検出手段を具備し、前記通気抵抗検出手段によって検出された前記通気抵抗が設定値以上である時には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止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７】
推定された前記パティキュレート捕集量が設定量以上である時に前記パティキュレートトラップの再生処理を実施し、前記再生処理中には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止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８】
機関排気系の前記排気ガス再循環通路の接続部より下流側にはターボチャージャのタービンが配置され、前記新気量検出手段は、前記フューエルカット時に前記制御弁を所定開度で開弁させると共に前記タービンの上流側と下流側との圧力差を低下させた後に前記新気量を検出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９】
前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、機関排気系での熱膨張に伴うガス圧変化を考慮して前記基準値を補正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１０】
前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、機関吸気系の通気抵抗変化を考慮して前記基準値を補正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１１】
前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、前記パティキュレート捕集量が設定量に達した時に前記パティキュレートトラップの再生処理を実施し、前記パティキュレートトラップの再生処理完了直後に前記新気量検出手段によって検出された新気量に基づき前記基準値を大きくする補正だけを実施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１２】
前記パティキュレートトラップの再生処理の実施間隔が設定間隔を下回る時には、前記基準値を大きくする前記補正が不適当であると判断することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、前記排気ガス再循環通路の通気抵抗変化を考慮して前記基準値を補正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１４】
機関排気系に配置されたパティキュレートトラップと、機関排気系の前記パティキュレートトラップ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量に制御するための制御弁と、前記パティキュレートトラップの上流側と下流側との圧力差を直接的又は間接的に検出する圧力差検出手段とを具備し、フューエルカット時において、前記制御弁を全閉すると共に前記機関吸気系のスロットル弁を全開した後に前記圧力差検出手段によって前記圧力差を検出し、検出された前記圧力差に基づき前記パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定することを特徴とする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、パティキュレートトラップ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トラップは、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焼失させ、パティキュレートトラップ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、パティキュレートトラップ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トラップに配置して、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、パティキュレートトラップ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、機関出力を大幅に低下させる。
【０００５】
こうして、パティキュレートトラップ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】
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各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トラップの再生時期を判断することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼に際して有害成分であるＮＯｘ  の生成量を低減するために、排気ガスの一部を気筒内へ再循環して燃焼温度を低下させるための排気ガス再循環（以下ＥＧＲ）装置が公知であり、多くの内燃機関には、このようなＥＧＲ装置が取り付けられている。前述の再生時期判断は比較的正確なものであるが、ＥＧＲ装置を有する内燃機関に適用するためには、判断時に排気ガス再循環を中止する必要があり、通常の機関運転時では、この時のＮＯｘ  生成量が増加してしまう。
【０００８】
従って、本発明の目的は、ＥＧＲ装置を有する内燃機関において、機関排気系に配置されたパティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量をＮＯｘ  生成量を増加させないで正確に推定して、再生時期等を正確に判断することを可能とすることである。
【０００９】
【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トラップと、機関排気系の前記パティキュレートトラップ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量に制御するための制御弁と、機関吸気系へ取り入れられる新気量を検出する新気量検出手段とを具備し、フューエルカット時において、前記制御弁を所定開度で開弁させた後に前記新気量検出手段によって前記新気量を検出し、検出された前記新気量に基づき前記パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定することを特徴とする。
【００１０】
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、前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、前記パティキュレートトラップが新品の時に、前記フューエルカット時において前記制御弁を前記所定開度で開弁させた後に前記新気量検出手段によって検出された前記新気量に基づき前記基準値を補正することを特徴とする。
【００１１】
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、前記フューエルカット時における機関回転変動の大きさが設定値以上である時には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４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、前記パティキュレートトラップの温度が設定温度以下である時には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５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、前記新気量検出手段は、前記フューエルカット時に前記制御弁を所定開度で開弁させてから新気量安定化期間経過後に前記新気量を検出し、前記新気量安定化期間は、前記フューエルカット直前の機関状態に応じて変更させることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６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、前記排気ガス再循環通路の通気抵抗を直接的又は間接的に検出する通気抵抗検出手段を具備し、前記通気抵抗検出手段によって検出された前記通気抵抗が設定値以上である時には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７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、推定された前記パティキュレート捕集量が設定量以上である時に前記パティキュレートトラップの再生処理を実施し、前記再生処理中には、前記パティキュレート捕集量の推定を禁止することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８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、機関排気系の前記排気ガス再循環通路の接続部より下流側にはターボチャージャのタービンが配置され、前記新気量検出手段は、前記フューエルカット時に前記制御弁を所定開度で開弁させると共に前記タービンの上流側と下流側との圧力差を低下させた後に前記新気量を検出することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９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、前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、機関排気系での熱膨張に伴うガス圧変化を考慮して前記基準値を補正することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０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、前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、機関吸気系の通気抵抗変化を考慮して前記基準値を補正することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１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、前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、前記パティキュレート捕集量が設定量に達した時に前記パティキュレートトラップの再生処理を実施し、前記パティキュレートトラップの再生処理完了直後に前記新気量検出手段によって検出された新気量に基づき前記基準値を大きくする補正だけを実施することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２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１１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートトラップの再生処理の実施間隔が設定間隔を下回る時には、前記基準値を大きくする前記補正が不適当であると判断することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３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、前記パティキュレート捕集量を推定するために、検出された前記新気量は基準値と比較され、前記排気ガス再循環通路の通気抵抗変化を考慮して前記基準値を補正することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１４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トラップと、機関排気系の前記パティキュレートトラップ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量に制御するための制御弁と、前記パティキュレートトラップの上流側と下流側との圧力差を直接的又は間接的に検出する圧力差検出手段とを具備し、フューエルカット時において、前記制御弁を全閉すると共に前記機関吸気系のスロットル弁を全開した後に前記圧力差検出手段によって前記圧力差を検出し、検出された前記圧力差に基づき前記パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定することを特徴とする。
【００２３】
【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。
【００２４】
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トラップ６が配置されている。パティキュレートトラップ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。
【００２５】
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トラップ６との間は、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。
【００２６】
パティキュレートトラップ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トラップである。このパティキュレートトラップは、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を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。
【００２７】
また、パティキュレートトラップ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トラップとしても良い。このパティキュレートトラップは、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を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。
【００２８】
このようなパティキュレートトラップ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、パティキュレートトラップ自身を再生する必要がある。
【００２９】
このための手段として、本実施形態では、パティキュレートトラップ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、パティキュレートトラップの再生手段として、酸化触媒等をパティキュレートトラップに配置して、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。
【００３０】
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に示す第一フローチャートに従ってパティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定して再生時期の判断を実施するようになっている。
【００３１】
先ず、ステップ１０１において、アクセルペダルストロークセンサ（図示せず）によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量Ｌが０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、アクセルペダルが踏み込まれており、すなわち、機関運転中であるために、再生時期を判断できず、そのまま終了する。
【００３２】
一方、この判断が肯定される時、すなわち、アクセルペダルが踏み込まれていない時には、ステップ１０２に進み、現在の燃料噴射量Ｑが０であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、燃料噴射が行われて機関運転中であるために、パティキュレート捕集量を推定することができず、そのまま終了する。
【００３３】
しかしながら、ステップ１０２における判断が肯定される時には、ステップ１０３に進み、ブレーキスイッチＢＳがＯＮであるか否かが判断される。このブレーキスイッチＢＳはブレーキペダルを踏むことによりＯＮとなるものであり、この判断が肯定される時には、燃料噴射が行われていないフューエルカット時であるが、ブレーキの作動によって機関回転数が大きく変動している可能性があり、正確なパティキュレート捕集量の推定には好ましくないとして、そのまま終了する。
【００３４】
一方、この判断が否定される時には、ステップ１０４に進み、現在の機関回転数Ｎが所定範囲内であるか否かが判断される。この所定範囲は、例えば、１０００ｒｐｍ  から２０００ｒｐｍ  であり、現在の機関回転数が１０００ｒｐｍ  以下である時には、直ぐにアイドル回転数となって燃料噴射が再開される可能性がある。また、２０００ｒｐｍ  以上のように機関回転数が高いと、すなわち、ピストンの下降速度が速いと、吸入遅れが発生して各気筒へ吸入される吸気量が少なくなる。それにより、現在の機関回転数Ｎが所定範囲外である時には、正確なパティキュレート捕集量の推定には好ましくないとして、そのまま終了する。
【００３５】
しかしながら、ステップ１０４における現在の機関回転数Ｎが所定範囲内である時には、パティキュレート捕集量を推定するべく、ステップ１０５に進んでスロットル弁４を全開又は全開に近い設定開度とし、ステップ１０６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。次いでステップ１０７において、現在の機関回転数Ｎ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。もちろん、機関回転数Ｎ毎の基準値Ｇｎ’をマップ化しておいても良い。
【００３６】
次いでステップ１０８において、ステップ１０７において算出された基準値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との差が所定値Ａより大きいか否かが判断され、この判断が否定される時には、再生時期ではないとして、そのまま終了する。一方、ステップ１０８における判断が肯定される時には、ステップ１０９において再生時期であると判断され、パティキュレートトラップ６に配置されたヒータを作動して再生処理が実施される。
【００３７】
従来において、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、実際の吸入新気量がパティキュレートが全く捕集されていない時の吸入新気量の基準値の例えば８０％に低下した場合に、パティキュレートトラップには適当量のパティキュレートが捕集されたとして再生時期と判断することは公知である。
【００３８】
しかしながら、この判断では、排気ガス再循環を中止する必要があり、通常の機関運転時では、この時のＮＯｘ  生成量が増加してしまう。燃焼が中止されているフューエルカット時であれば、ＮＯｘ  生成量に関係なく、理論的には判断可能であるが、基準値自身が小さいために、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、測定誤差を考慮すると正確に再生時期を判断していることとはならない。
【００３９】
これに対して、本実施形態では、フューエルカット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、パティキュレートトラップ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トラップ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１０８における判断は否定される。
【００４０】
しかしながら、パティキュレートトラップ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のパティキュレートトラップ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、パティキュレートトラップ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。
【００４１】
こうして、パティキュレートトラップ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との間には顕著な差が発生することとなる。それにより、ステップ１０８において、比較的大きな所定値Ａを使用することができ、多少の測定誤差があっても正確に再生時期を判断することができる。ここで、基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとの差は、パティキュレートトラップ６へのパティキュレート捕集量を表す値となる。
【００４２】
本実施形態では、本発明を限定するものではないが、パティキュレート捕集量に基づいて再生時期を判断する際には、スロットル弁４を全開とすると共に機関回転数Ｎを低回転側の所定範囲内としている。それにより、パティキュレートトラップ６へパティキュレートが捕集されていない時の吸入新気量の基準値Ｇｎ’を大きく設定することができ、正確なパティキュレート捕集量の把握及び正確な再生時期の判断に有利となる。また、本発明を限定するものではないが、パティキュレート捕集量に基づいて再生時期を判断する際には、排気ガス再循環通路７に配置された制御弁７ａを全開としているために、パティキュレートトラップ６へパティキュレートが捕集されることによる排気抵抗の増加に対して比較的多量の気体が機関吸気系へ再循環され、それにより、所定値Ａを大きく設定することができ、正確な再生時期の判断に有利である。所定値Ａを機関回転数に応じて変化させるようにしても良い。
【００４３】
本実施形態では、基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとの差をパティキュレート捕集量として、これが所定値Ａを越える時に再生時期と判断するようにしたが、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る。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。それにより、この値が所定値（例えば、０．６）となった時、すなわち、実際の吸入新気量Ｇｎが基準値Ｇｎ’の６０％となった時に、再生時期と判断するようにしても良い。ここで、所定値６０％を使用したが、これは、排気ガス再循環通路７を介しての気体の再循環が起こる結果であり、パティキュレートトラップが４０％も気体を通過させ難くなったことを意味するものではなく、適当量のパティキュレートが捕集された時点で、従来に比較して顕著に吸入新気量が減少することを意味している。
【００４４】
図３は、第一フローチャートに代えてパティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定して再生時期の判断を実施するための第二フローチャートである。第一フローチャートとの違いを以下に説明する。本フローチャートでは、フューエルカット時であれば、ブレーキスイッチがＯＮであるか、又は、機関回転数Ｎが所定範囲内であるかに係わらず、スロットル弁及び制御弁が全開されて再生時期の判断が実施されるようになっている。但し、フューエルカット時においてスロットル弁及び制御弁が全開された後に、ステップ２０５において、安定化期間が経過するまでは、再生時期の判断を実施しないようになっている。この安定化期間は、スロットル弁及び制御弁の開度変化に対する吸入新気量への影響をなくすための期間である。
【００４５】
次いで、ステップ２０６では機関回転数Ｎが検出され、ステップ２０７では、この機関回転数Ｎに基づいて吸入新気量の基準値Ｇｎ’がマップから読み取られ、ステップ２０８において実際の吸入新気量Ｇｎが検出される。次いで、ステップ２０９では、パティキュレートトラップ６が新品であるか否かが判断される。パティキュレートトラップが始めて運転で使用される時、すなわち、新車時又はパティキュレートトラップの交換時には、この判断は肯定されてステップ２１０へ進み、パティキュレート捕集量に相当するＧｎ’−Ｇｎが算出される。
【００４６】
マップから読み取られたＧｎ’が正確な値であれば、新品のパティキュレートトラップでは、パティキュレート捕集量が０であるために、Ｇｎ’−Ｇｎは０となるはずであるが、０以外の値となるのであれば、マップ値が正確ではなく、この値に基づいてマップを変更する。この変更は、現在の機関回転数Ｎに対応するマップ値だけでも良いが、同じ割合で他の機関回転数に対応する全てのマップ値を変更しても良い。また、マップを使用することなく、機関回転数に基づき吸入新気量の基準値Ｇｎ’を算出する場合には、正確な基準値が算出されるように、値Ｇｎ’−Ｇｎに基づいて算出式で使用する係数等を変更するようにしても良い。こうして、パティキュレート捕集量の推定をさらに正確なものとすることができる。
【００４７】
パティキュレートトラップが新品でなくなれば、ステップ２１１以降において、第一フローチャートと同様に、パティキュレート捕集量に相当する値Ｇｎ’−Ｇｎに基づき再生時期が判断される。
【００４８】
図４は、パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定して再生時期の判断を実施するための第三フローチャートである。第一フローチャートとの違いを以下に説明する。本フローチャートでは、フューエルカット時であれば、ブレーキスイッチがＯＮであるか、又は、機関回転数Ｎが所定範囲内であるかに係わらず、スロットル弁及び制御弁が全開されて再生時期の判断が実施されるようになっている。但し、第二フローチャートと同様な安定化期間の経過後には、さらに、ステップ３０６において単位時間当たりの回転変動ｄＮが設定値ａより大きいか否かが判断され、この判断が否定される時には、第一フローチャートと同様なパティキュレート捕集量に基づく再生時期の判断を実施するようになっている。
【００４９】
一方、ステップ３０６における判断が肯定される時には、ブレーキペダル又はクラッチペダルが踏み込まれたか、又は、変速機において変速された等の理由によって、大きな回転変動が発生していることを示し、実際に検出される新気量Ｇｎが安定しないために、正確なパティキュレート捕集量の推定は不可能として、そのまま終了するようになっている。こうして、パティキュレート捕集量の推定をさらに正確なものとすることができる。
【００５０】
図５は、パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定して再生時期の判断を実施するための第四フローチャートである。第一フローチャートとの違いを以下に説明する。本フローチャートでは、フューエルカット時であれば、ブレーキスイッチがＯＮであるか、又は、機関回転数Ｎが所定範囲内であるかに係わらず、スロットル弁及び制御弁が全開されて再生時期の判断が実施されるようになっている。但し、第二フローチャートと同様に、再生時期の判断は安定化期間の経過後に実施することに加えて、ステップ４０３では、これまでにパティキュレートトラップへ流入した排気ガスの温度及び流量等に基づき推定されるパティキュレートトラップの温度Ｔｆが、設定温度Ｔｆ１より高いか否かが判断され、この判断が肯定される時には、第一フローチャートと同様な再生時期の判断が実施される。
【００５１】
しかしながら、この判断が否定される時には、ステップ４０４においてスロットル弁は小開とされると共に、ステップ４０５において制御弁は全閉され、再生時期の判断は実施しないようになっている。ステップ４０３における判断が否定される時、すなわち、パティキュレートトラップの温度が低い時に、再生時期の判断のために、スロットル弁を全開して未燃焼の低温度の排気ガスが多量にパティキュレートトラップを通過するようにすると、パティキュレートトラップの温度をさらに低下させ、捕集されているパティキュレートを硬化させることとなる。これは、前述したパティキュレートトラップの再生処理において、パティキュレートを焼失させ難くする。本フローチャートでは、パティキュレートトラップの温度が低い時には、再生時期の判断を禁止すると共に、スロットル弁を小開として制御弁を全閉させ、パティキュレートトラップを通過する低温度の排気ガス量を少量とすることにより、捕集パティキュレートの硬化を防止している。本フローチャートにおいて、パティキュレートトラップの温度は、パティキュレートトラップへ流入する排気ガスから推定するようにしたが、もちろん、パティキュレートトラップの温度を直接的に測定するようにしても良い。
【００５２】
図６は、これまで説明した再生時期判断のフローチャートの実施を許可するか否かの判断をするための第五フローチャートである。先ず、ステップ５０１において、現在の機関運転状態における排気ガス温度Ｔｅが設定温度Ｔｅ１より高いか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ５０２においてカウント値ｎは０にリセットされ、ステップ５０３において実施許可フラグＦは０とされ、再生時期判断のフローチャートの実施は許可される。
【００５３】
一方、ステップ５０１における判断が肯定される時、すなわち、現在の機関運転状態における排気ガス温度Ｔｅが非常に高い時には、ステップ５０４に進んで、カウント値ｎを１だけ増加させ、ステップ５０５において、カウント値ｎが設定値ｎ１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、ステップ５０３において実施許可フラグＦは０とされるが、カウント値ｎが設定値ｎ１以上である時、すなわち、排気ガス温度Ｔｅを高温度とする機関運転状態が比較的長く連続した時には、捕集パティキュレートは自動的に焼失してパティキュレートトラップは再生されたとして、ステップ５０６において、実施許可フラグＦは１とされ、再生時期判断のフローチャートの実施は不許可とされる。
【００５４】
こうして、パティキュレートトラップが再生された時には、再生時期の判断を実施することは防止され、不必要に未燃焼の低温度の排気ガスがパティキュレートトラップを通過して、パティキュレートトラップの温度を降下させることがない。それにより、パティキュレートトラップは比較的高温度に維持され、効率的な再生処理が実現可能となる。
【００５５】
図７は、これまで説明した再生時期判断のフローチャートで使用される安定化期間を変更するための第六フローチャートである。先ず、ステップ６０１において、アクセルペダルの踏み込み量Ｌが第一設定量Ｌ１以上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、フューエルカット時となって再生時期を判断するには、大きくアクセルペダルが戻されて大きな機関負荷変動がもたらされるために、吸入新気量が安定するのに比較的長い時間を必要とする。それにより、ステップ６０２において安定化期間ｔは比較的長い時間ｔ１とされる。
【００５６】
また、ステップ６０１における判断が否定される時には、ステップ６０３において、アクセルペダルの踏み込み量Ｌが第二設定量Ｌ２以上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、フューエルカット時となって再生時期を判断するには、アクセルペダルがそれほど大きく戻されることはなく、機関負荷変動は小さいために、吸入新気量が安定するのに、それほど長い時間を必要としない。それにより、ステップ６０４において安定化期間ｔは比較的短い時間ｔ２とされる。
【００５７】
また、ステップ６０３における判断が否定される時には、アクセルペダルの踏み込み量Ｌは僅かであり、フューエルカット時となって再生時期を判断するには、アクセルペダルは僅かに戻されるだけであり、ほとんど機関負荷変動はないために、短時間で吸入新気量が安定する。それにより、ステップ６０５において安定化期間ｔは非常に短い時間ｔ３とされる。
【００５８】
本フローチャートが繰り返されることにより、再生時期判断の直前におけるアクセルペダルの踏み込み量に応じて安定化期間が設定され、再生時期の判断が必要以上に長引くことはなくなり、再生時期の判断において、低温度の排気ガスの通過に伴って、不必要にパティキュレートトラップの温度が降下することを防止する。本フローチャートは、アクセルペダルの踏み込み量に応じて、三段階に安定化期間を設定するようにしたが、もちろん、さらにアクセルペダルの踏み込み量を細分化して、安定化期間をさらに多段階に設定することもできる。
【００５９】
図８は、第六フローチャートに代えて実施される安定化期間を変更するための第七フローチャートである。先ず、ステップ７０１において、制御弁の開度Ｅｇが設定開度Ｅｇ１以下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７０２において、スロットル弁の開度Ｔｈが設定開度Ｔｈ１以下であるか否かが判断される。この判断が肯定される時、すなわち、制御弁の開度Ｅｇ及びスロットル弁の開度Ｔｈのいずれも小さい時には、フューエルカット時となって再生時期を判断するためには、制御弁及びスロットル弁を全開まで大きく開弁しなければならないために、吸入新気量が安定するのに比較的長い時間を必要とする。それにより、ステップ７０３において安定化期間ｔは比較的長い時間ｔａとされる。
【００６０】
また、ステップ７０２における判断が否定される時には、制御弁の開度Ｅｇは小さいがスロットル弁の開度Ｔｈは比較的大きく、フューエルカット時となって再生時期を判断するためには、制御弁は全開までに大きく開弁しなければならないが、スロットル弁は全開まで僅かに開弁すれば良いために、吸入新気量が安定するのにそれほど長い時間を必要としない。それにより、ステップ７０４において安定化期間ｔは比較的短い時間ｔｂとされる。
【００６１】
また、ステップ７０１における判断が否定される時には、ステップ７０５において、スロットル弁の開度Ｔｈが設定開度Ｔｈ以下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、制御弁の開度Ｅｇは比較的大きいがスロットル弁の開度Ｔｈは小さく、フューエルカット時となって再生時期を判断するためには、スロットル弁は全開までに大きく開弁しなければならないが、制御弁は全開まで僅かに開弁すれば良いために、吸入新気量が安定するのにそれほど長い時間を必要としない。それにより、ステップ７０６において安定化期間ｔは比較的短い時間ｔｃとされる。制御弁の開度変化よりスロットル弁の開度変化の方が、吸入新気量の変化に直接的に影響するために、ステップ７０６の設定時間ｔｃは、ステップ７０４の設定時間ｔｂより長くされることが好ましい。
【００６２】
また、ステップ７０５における判断が否定される時には、制御弁の開度Ｅｇ及びスロットル弁の開度Ｔｈのいずれも大きく、フューエルカット時となって再生時期を判断するためには、制御弁及びスロットル弁は全開まで僅かに開弁すれば良く、短時間で吸入新気量が安定する。それにより、ステップ７０７において安定化期間ｔは非常に短い時間ｔｄとされる。
【００６３】
こうして、本フローチャートによって、再生時期判断の直前における制御弁及びスロットル弁の開度に応じて安定化期間が設定され、再生時期の判断が必要以上に長引くことはなくなり、再生時期の判断において、低温度の排気ガスの通過に伴って、不必要にパティキュレートトラップの温度が降下することを防止可能である。本フローチャートでも、制御弁及びスロットル弁の開度をさらに細分化することで、安定化期間をさらに多段階に設定可能であり、また、本フローチャートと第六フローチャートとを組み合わせて安定化期間を設定するようにしても良い。
【００６４】
図９は、本発明による内燃機関の排気浄化装置のもう一つの実施形態を示す概略図である。図１に示す実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態における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トラップ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。
【００６５】
図１０は、排気ガス再循環通路の通気抵抗に基づいて、これまで説明した再生時期判断のフローチャートの実施を許可するか否かの判断をするための第八フローチャートである。先ず、ステップ８０１において、現在の機関運転状態がアイドル時であるか否が判断される。この判断が肯定される時には、ステップ８０２において、制御弁７ａの開度Ｅｇが設定開度Ｅｇ’以上であるか否かが判断される。
【００６６】
アイドル時には、安定した燃焼を実現するために、所望量の新気を気筒内へ供給することが必要である。そのために、所定開度のスロットル弁に対して、エアフローメータ５によって検出される新気量が少なければ、制御弁７ａの開度減少により再循環排気ガス量を減少させて新気量を増加させ、また、エアフローメータ５によって検出される新気量が多ければ、制御弁７ａの開度増加により再循環排気ガス量を増加させて新気量を減少させるように、制御弁７ａをフィードバック制御している。
【００６７】
アイドル時において、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が新品時と同様に低ければ、制御弁７ａは、所定開度近傍で小幅にフィードバック制御されるだけである。しかしながら、新気が通過する機関吸気系２とは異なり、排気ガスが通過する排気ガス再循環通路７では、パティキュレートが制御弁７ａに付着する等して通気抵抗がかなり増加する可能性がある。図９に示す実施形態では、排気ガス再循環通路７に排気冷却器７ｂが設けられているために、この排気冷却器７ｂにもパティキュレートの付着が起こり易い。こうして、排気ガス再循環通路７の通気抵抗がかなり増加すると、アイドル時において、再循環排気ガス量は非常に少なくなって新気量が増大することとなるために、前述のフィードバック制御によって制御弁７ａの開度は非常に大きくされる。従って、ステップ８０２における判断が肯定される時には、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなっていることを示している。
【００６８】
前述したパティキュレートトラップの再生時期判断では、排気ガス再循環通路７の通気抵抗は新品時と同様に低いことが前提となっており、ステップ８０２における判断が否定され、すなわち、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなっている時には、正確なパティキュレート捕集量の推定に伴う再生時期の判断は不可能である。それにより、ステップ８０４において、実施許可フラグＦは１とされ、再生時期判断のフローチャートの実施は不許可とされる。一方、ステップ８０１及び８０２における判断が否定される時には、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなっていると判断されることはなく、ステップ８０３において、実施許可フラグＦは０とされ、再生時期判断のフローチャートの実施は許可される。
【００６９】
本フローチャートでは、アイドル時において、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなっていることを判断している。もちろん、アイドル時以外の定常運転状態でも、アイドル時同様な考え方に基づき、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなっていることを判断可能である。しかしながら、この判断は、厳密には、パティキュレートトラップの通気抵抗が低く一定であることを必要とするために、パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量変化の影響を最小限とするには、本フローチャートのように、排気ガス量の少ないアイドル時に、排気ガス再循環通路７の通気抵抗判断を実施することが好ましい。
【００７０】
排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなった時には、その再生手段がないために、車両を整備工場等へ搬入して、排気ガス再循環通路７を清掃又は交換しなければならない。この搬入の間に、パティキュレートトラップが実際に再生時期となる可能性も否定できない。それにより、本フローチャートのように、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなった時に、パティキュレートトラップの再生時期の判断を禁止するのではなく、搬入の間にも再生時期の判断を実施し、正確でないにしろ一旦再生時期と判断された時には、搬入されるまで再生処理を実施し続けるようにしても良い。また、排気ガス再循環通路７の通気抵抗が非常に高くなった時には、パティキュレートトラップの再生時期と判断されなくても、車両が整備工場へ搬入されるまで再生処理を実施し続けるようにしても良い。
【００７１】
図１１は、これまで説明した再生時期判断のフローチャートによって、パティキュレートトラップが再生時期であると判断された時に、再生処理を実施するための第九フローチャートである。先ず、ステップ９０１において、再生処理を実行する。次いで、ステップ９０２において、実施許可フラグＦは１とされ、再生時期判断のフローチャートの実施は不許可とされる。前述したように、再生時期の判断は、フューエルカット時の低温度の排気ガスが多量のパティキュレートトラップを通過することとなるために、捕集パティキュレートの温度を低下させて再生し難くする。それにより、再生処理中には、再生時期判断を不許可とするようになっている。
【００７２】
次いで、ステップ９０３では、パティキュレートトラップのパティキュレート捕集量ＰＭが設定量ＰＭ１以下となったか否かが判断される。パティキュレート捕集量ＰＭは、再生処理によって単位時間当たりに焼失するパティキュレート量をマイナス値とし、現在の機関回転数及び機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量等に基づき単位時間当たりに燃焼室から排出されるパティキュレート量をプラス値とし、再生処理開始時点でのパティキュレート捕集量に積算していくことにより算出される。
【００７３】
ステップ９０３における判断が肯定されるまで再生処理は継続され、ステップ９０３における判断が肯定されると、計算上はパティキュレートトラップの再生が完了したとして、ステップ９０４において、アクセルペダルの踏み込み量Ｌが０であるか否かが判断され、第三フローチャートの再生時期判断と同様な処理が実施される。但し、本フローチャートは、機関排気系３のパティキュレートトラップ上流側にターボチャージャ・タービン８ａが設けられている場合であり、ステップ９０６では、タービン８ａのウェストゲートバルブは全開され、タービン８ａの上流側と下流側との差圧が、好ましくはゼロへ低減される。こうして、実際の吸入新気量の安定化を早めるようにしている。
【００７４】
ステップ９１１では、現在の機関回転数に基づき算出された又はマップから読み取られた吸気量基準値Ｇｎ’と、エアフローメータによって測定される実際の新気量Ｇｎとの差が、設定値Ｂより小さいか否かが判断され、この判断が肯定される時には、吸気量基準値Ｇｎ’と実際の新気量Ｇｎとはほぼ等しく、これは、パティキュレート捕集量がほぼゼロとなってパティキュレートトラップの再生が完了したことを示し、ステップ９１２では、次回の再生時期の判断のために、実施許可フラグＦは０とされ、再生時期判断のフローチャートの実施は許可される。
【００７５】
一方、ステップ９１１における判断が否定される時には、パティキュレートトラップの再生は十分に完了しておらず、ステップ９０３におけるパティキュレート捕集量の判断に問題があるとして、ステップ９１３において、ステップ９０３で使用する再生完了しきい値ＰＭ１を設定値ｄＰＭだけ減少させ、再び、ステップ９０１から再生処理を実行する。このように、機関回転数に基づき推定される吸気量基準値と実際の吸入新気量との差は、パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を示すために、再生時期の判断だけでなく、本フローチャートのように、再生処理完了の判断にも使用することができる。
【００７６】
本フローチャートでは、パティキュレートトラップの上流側にターボチャージャのタービンが配置されている場合において、実際の吸入新気量を早期に安定化させるためにウェストゲートバルブを全開としたが、もちろん、これは、本発明を限定するものではない。しかしながら、再生処理完了の判断中に、ウェストゲートバルブの開度を変化させ続けると、実際の吸入空気量が、タービンの負荷変化に影響されることとなる。それにより、再生処理完了の判断中において、少なくともウェストゲートバルブは所定開度に固定して、パティキュレートトラップのパティキュレート捕集量に応じた通気抵抗の変化だけが、実際の吸入新気量に影響を与えるようにすることが好ましい。この場合において、機関回転数に基づき推定される吸気量基準値は、この時のタービン負荷を考慮する必要がある。
【００７７】
また、パティキュレートトラップの下流側にターボチャージャのタービンが配置されている場合においても、再生処理完了の判断中にウェストゲートバルブの開度を変化させると、パティキュレートトラップの通気抵抗が影響を受けるために、ウェストゲートバルブは所定開度に固定又は全開に固定することが好ましい。もちろん、このようなウェストゲートバルブの全開又は所定開度への固定は、再生処理完了の判断だけでなく、実際の吸入新気量を早期に安定化させるために、再生時期判断にも有効である。
【００７８】
図１２は、再生時期判断のための第十フローチャートである。本フローチャートは、これまでの再生時期判断のためのフローチャートと異なり、フューエルカット時において、ウェストゲートバルブ及びスロットル弁は全開するが、ステップ１００５において制御弁は全閉して排気ガス再循環を停止する。こうして、機関回転数Ｎのみに応じた排気ガス量がパティキュレートトラップを通過するようにする。排気ガス再循環を停止しても、フェーエルカット中のために、ＮＯｘ  発生量増加の問題は生じない。次いで、ステップ１００８では、パティキュレートトラップにはパティキュレートが全く捕集されていないとして、この機関回転数Ｎに応じた排気ガス量がパティキュレートトラップを通過した際のパティキュレートトラップの上流側と下流側との基準差圧ｄＰ’が算出され又はマップから読み取られる。次いで、ステップ１００９では、パティキュレートトラップの直上流側と直下流側とに配置された圧力センサの出力に基づき測定される実際の差圧ｄＰと、ステップ１００８で算出された基準差圧ｄＰ’との差が算出されて、設定値Ｃより大きいか否かが判断される。ステップ１００９で算出された差は、機関回転数Ｎに応じた排気ガス量に対して実際のパティキュレート捕集量だけによってもたらされる値であり、パティキュレート捕集量を表している。それにより、この差が設置値Ｃより大きい時には、ステップ１００９の判断が肯定され、ステップ１０１０において再生時期であると判断される。このようにして、フェーエルカット中において、ＮＯｘ  発生量を増加させることなくスロットル弁全開によって機関回転数に応じた最大量の排気ガスがパティキュレートトラップを通過するようにし、パティキュレート捕集量に伴う実差圧の上昇を顕著にすることができ、正確なパティキュレート捕集量の推定が可能となる。再生時期の判断に使用する設定値Ｃは機関回転数に応じて変化させるようにしても良い。
【００７９】
本フローチャートは、これまでの再生時期判断のフローチャートとは異なり、パティキュレートトラップの上流側と下流側との実差圧と基準差圧とを比較するものであるが、パティキュレートが全く捕集されていないとした基準差圧を正確にするために、マップ化された基準差圧を、第二フローチャートのように、パティキュレートトラップの新品時における実差圧に基づき補正するようにしても良い。また、実差圧も回転変動によって不安定となるために、第四フローチャートのように、回転変動が小さくなるまで、実差圧の測定を遅延させるようにしても良い。また、吸入新気量に基づく再生時期の判断のフローチャートで説明した他の考え方も、差圧に基づき再生時期を判断する本フローチャートに適用可能である。
【００８０】
これまで説明したフローチャートにおいて、基準値Ｇｎ’と実際に測定された吸入新気量Ｇｎとの差が一度でも設定値より大きくなった時に、再生時期と判断するようにしたが、この判断をさらに正確にするために、基準値Ｇｎ’と実際に測定された吸入新気量Ｇｎとの差が繰り返して設定値より大きくなる時に始めて再生時期と判断するようにしても良い。また、繰り返し算出される差が連続的に設定値より大きくならなくても、所定頻度で設定値より大きくなる時を再生時期と判断するようにしても良い。この考え方は、第九フローチャートにおける再生完了の判断にも適用可能であり、また、第十フローチャートのように、パティキュレートトラップの差圧により再生時期を判断する場合にも適用可能である。
【００８１】
図１３は、前述したヒータ等の再生手段を有するパティキュレートトラップとは異なるパティキュレートトラップ６’の周囲構造を示す平面図であり、図１４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、パティキュレートトラップ６’と、パティキュレートトラップ６’の一方側と切換部９とを接続する第一接続部３ｄと、パティキュレートトラップ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１３に矢印で示すように、パティキュレートトラップ６’の一方側から他方側へ流れる。
【００８２】
また、図１５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１５に矢印で示すように、パティキュレートトラップ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、パティキュレートトラップ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、パティキュレートトラップ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。
【００８３】
このようにして、本パティキュレートトラップの周囲構造は、非常に簡単な構成によってパティキュレートトラップ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、パティキュレートトラップにおいては、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トラップ周囲構造は、車両搭載性を悪化させることなく、図１３及び１４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トラップを使用可能となる。
【００８４】
図１６にパティキュレートトラップ６’の構造を示す。なお、図１６において、（Ａ）はパティキュレートトラップ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トラップ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１６（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トラップ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。
【００８５】
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。
【００８６】
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くとも一つが用いられている。
【００８７】
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。
【００８８】
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トラップによって、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。
【００８９】
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トラップ６’の排気上流側へ流入することになる。
【００９０】
図１７（Ａ）及び（Ｂ）はパティキュレートトラップ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１７（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。
【００９１】
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トラップの排ガス接触面内に接触すると、図１７（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１７（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トラップ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。
【００９２】
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Ｋ２  ＳＯ４  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Ｋ２  ＳＯ４  が生成される。
【００９３】
排気ガス中のパティキュレートは、図１７（Ｂ）において６２で示されるように、パティキュレートトラップ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。
【００９４】
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Ｋ２  ＳＯ４  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Ｋ２  ＳＯ４  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。
【００９５】
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Ｋ２  ＳＯ４  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。
【００９６】
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トラップ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トラップ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トラップ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トラップの温度が高くなるほど増大する。
【００９７】
図１８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１８において横軸はパティキュレートトラップの温度ＴＦを示している。単位時間当りに燃焼室から排出されるパティキュレートの量を排出微粒子量Ｍと称するとこの排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも少ないとき、即ち図１８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トラップに捕集されるや否や短時間のうちにパティキュレートトラップにおいて輝炎を発することなく酸化除去せしめられる。
【００９８】
これに対し、排出微粒子量Ｍが酸化除去可能微粒子量Ｇよりも多いとき、即ち図１８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１９（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。
【００９９】
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１９（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トラップ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１９（Ｂ）に示されるようにパティキュレートトラップ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。
【０１００】
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１９（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、排出微粒子量Ｍ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トラップ上にはパティキュレートが積層状に堆積してしまう。
【０１０１】
このように図１８の領域Ｉではパティキュレートはパティキュレートトラップ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１８の領域ＩＩではパティキュレートがパティキュレートトラップ上に積層状に堆積する。従って、排出微粒子量Ｍと酸化除去可能微粒子量Ｇとの関係を領域Ｉにすれば、パティキュレートトラップ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、何もしなければパティキュレートトラップにはパティキュレートが堆積することがある。
【０１０２】
このようなパティキュレートの堆積が車両走行に悪影響を与えるようになる以前に、前述のフローチャート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られるようにしても良い。ウォールフロー型パティキュレートトラップでは、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し、この残留パティキュレートに、次々にパティキュレートが堆積する。
【０１０３】
弁体９ａの切り換えによって、パティキュレートトラップ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２０（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。
【０１０４】
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、残留及び堆積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及び堆積するパティキュレートを酸化除去する。
【０１０５】
すなわち、隔壁の一方の捕集面の残留及び堆積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、パティキュレートトラップ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トラップ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トラップ隔壁の一方の捕集面にある程度パティキュレートが積層状に堆積していたとしても、排気ガスの逆流によって、この残留及び堆積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堆積することはないために、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。こいして、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及び堆積す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及び堆積するパティキュレートを十分に酸化除去可能である。
【０１０６】
また、排気ガスの空燃比をリッチにすると、即ち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。こうして、弁体９ａによってパティキュレートトラップの排気上流側と排気下流側とを逆転する時に、又は、その直後に排気ガスの空燃比をリッチにすれば、パティキュレートトラップ隔壁のパティキュレートが残留及び堆積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、残留及び堆積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。
【０１０７】
ところで、排気ガス中のカルシウムＣａはＳＯ３  が存在すると、前述したアッシュのような硫酸カルシウムＣａＳＯ４  を生成する。この硫酸カルシウムＣａＳＯ４  によるパティキュレートトラップ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Ｋ２  ＳＯ４  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トラップ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。
【０１０８】
また、パティキュレートトラップに白金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１８に示す実線に比べて若干右側に移動する。また、活性酸素放出剤としてセリアを用いることも可能である。セリアは、排気ガス中の酸素濃度が高いと酸素を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると活性酸素を放出するものであるために、パティキュレートの酸化除去のために、排気ガスの空燃比を定期的に又は不定期にリッチにする必要がある。
【０１０９】
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トラップの上流側と下流側との逆転後に実施することが好ましい。
【０１１０】
図２１は、再生時期判断のための第十一フローチャートである。これまで説明したフローチャートと同様に、フューエルカット時には、ステップ１１０７において、機関回転数Ｎに基づいて吸入新気量の基準値Ｇｎ’が算出され又はマップから読み取られる。次いで、ステップ１１０８において、この基準値Ｇｎ’は、補正係数ｋが乗算され補正される。ステップ１１０９では、こうして補正された基準値Ｇｎ”と実際の吸入新気量Ｇｎとが比較され、これまで説明したフローチャートと同様に、パティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定して再生時期の判断を実施する。
【０１１１】
当初の補正係数ｋは、１とされ、又は、好ましくは、車両の初走行におけるフューエルカット時の基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとに基づき決定される。図２２は補正係数を更新するための第十二フローチャートである。本フローチャートは、第十一フローチャートに優先して実施されるものである。先ず、ステップ１２０１では、パティキュレートトラップの再生処理が完了したか否かが判断される。第十一フローチャートにおいて、再生時期と判断された時には、前述したような再生処理が実施される。この再生処理が完了すると、ステップ１２０１における判断が肯定され、ステップ１２０２及び１２０３において、フューエルカット時であるか否かが判断される。
【０１１２】
フューエルカット時である時には、ステップ１２０４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１２０５において、制御弁７ａを全閉とする。次いで、ステップ１２０６において現在の機関回転数Ｎが検出され、ステップ１２０７においては、スロットル弁全開、制御弁全閉、及び、再生処理完了に伴ってパティキュレートトラップにはパティキュレートが捕集されていないことを考慮して、現在の機関回転数Ｎに基づく吸入新気量の基準値Ｇｎ’が算出され、又は、マップから読み取られる。
【０１１３】
ステップ１２０８では、基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとに基づき補正係数ｋを算出する。補正係数ｋは、例えば、Ｇｎ／Ｇｎ’とすることができる。この時の実際の吸入新気量Ｇｎは、制御弁全閉であるために、ほぼ、機関吸気系の通気抵抗だけによって影響される。すなわち、当初は、エアクリーナ及びエアフローメータ等における通気抵抗のバラツキによって補正係数ｋが算出されるが、経時的にエアクリーナ等の通気抵抗が徐々に増加すれば、それに伴って実際の吸入新気量Ｇｎが徐々に減少し、補正係数ｋは徐々に小さくなる。
【０１１４】
こうして、第十一フローチャートにおいて、この補正係数ｋによって補正された基準値Ｇｎ”が使用されるために、パティキュレートトラップの再生時期の判断は、機関吸気系の通気抵抗の増加に伴って、パティキュレート捕集量に関係なく、実際の吸入新気量Ｇｎが減少することが考慮され、パティキュレート捕集量が少ないにも係わらず、再生時期と判断されることは防止される。第十二フローチャートは、フューエルカット時に制御弁を全閉することとなるために、第十一フローチャートと同時には実施不可能であり、また、パティキュレートフィルタにパティキュレートが再捕集されては意味がなく、パティキュレートフィルタの再生処理の完了直後に一度だけ補正係数ｋを算出する。従って、厳密には、この時の機関回転数Ｎにおける最適な補正係数しか算出できないこととなるが、この補正係数ｋは、吸入新気量Ｇｎと基準値Ｇｎ’との比であり、他の機関回転数に十分に適用可能である。
【０１１５】
図２３は、第十二フローチャートに代えて実施される補正係数を更新するための第十三フローチャートである。本フローチャートは、第十二フローチャートのように、パティキュレートフィルタの再生処理完了直後に再生時期の判断のための第十一フローチャートを中止して実施するものではなく、再生時期の判断と同時に実施されるものである。ステップ１３０１及び１３０２において、フューエルカット時と判断されると、ステップ１３０３において、機関排気系における排気ガス再循環通路７の接続部近傍のガス温度Ｔ１と、機関吸気系における排気ガス再循環通路７の接続部近傍のガス温度Ｔ２とに基づき補正係数ｋを算出する。
【０１１６】
これらのガス温度を検出するために、それぞれの位置に温度センサが必要となるが、機関吸気系のガス温度Ｔ２に関しては、受熱による熱膨張は僅かであるために、外気温度を使用しても良い。補正係数ｋを算出するためには、ガス温度Ｔ１と、機関排気系のパティキュレートフィルタ上流側の容積Ｖ１とに基づき、機関排気系における温度上昇に伴うガス分圧Ｐ１を求める。一方、ガス温度Ｔ２と、機関吸気系のスロットル弁下流側の容積Ｖ２とに基づき、機関吸気系における温度上昇に伴うガス圧力Ｐ２とを求める。このガス圧力Ｐ２は、ほぼ大気圧であるとして、０を使用しても良い。これらの圧力差ΔＰ（Ｐ１−Ｐ２）は、主に、機関排気系からの受熱によって気体が熱膨張するために発生する圧力差であり、パティキュレート捕集量に関係なく、排気ガス再循環通路７を介して一部の気体を再循環させる。
【０１１７】
この再循環気体量はΔＰ１／２  に比例し、それにより、補正係数ｋは１−Ｃ１・ΔＰ１／２  （Ｃ１は定数）とすることができる。こうして、第十一フローチャートにおいて、この補正係数ｋによって補正された基準値Ｇｎ”が使用されるために、パティキュレートトラップの再生時期の判断は、機関排気系からの受熱による気体の熱膨張によって、パティキュレート捕集量に関係なく、実際の吸入新気量Ｇｎが減少することが考慮され、パティキュレート捕集量が少ないにも係わらず、再生時期と判断されることは防止される。
【０１１８】
図２４は、第十二フローチャート及び第十三フローチャートに代えて実施される補正係数を更新するための第十四フローチャートである。本フローチャートは、機関運転状態がアイドル時となる毎に、制御弁７ａの実際の開度Ｅｇと基準開度Ｅｇ”とに基づき補正係数ｋを算出するものである。アイドル時には、前述したように、安定した燃焼を実現するために、所望量の新気を気筒内へ供給すべく、制御弁７ａの開度がフィードバック制御される。この結果として、実際の開度Ｅｇが基準開度Ｅｇ”を上回る時には、制御弁７ａ、排気ガス再循環通路７自身、及び排気冷却器７ｂにはパティキュレートが付着する等して排気ガス再循環通路の通気抵抗が増加して、パティキュレート捕集量に応じて排気ガス再循環通路７を介して再循環するはずの気体の一部が再循環せず、その分、実際の吸入新気量が増加することとなる。
【０１１９】
この気体量はＥｇ／Ｅｇ”に比例し、それにより、補正係数ｋは１＋Ｃ２・Ｅｇ／Ｅｇ”（Ｃ２は定数）とすることができる。こうして、第十一フローチャートにおいて、この補正係数ｋによって補正された基準値Ｇｎ”が使用されるために、パティキュレートトラップの再生時期の判断は、排気ガス再循環通路の通気抵抗の増加によって、パティキュレート捕集量に応じて実際の吸入新気量Ｇｎが十分に減少しないことが考慮され、パティキュレート捕集量が多いにも係わらず、再生時期と判断されないことは防止される。第十二フローチャート、第十三フローチャート、及び第十四フローチャートによる補正係数ｋの更新は、説明を簡単にするために、単独で行うようにしたが、それぞれの考え方を複合させて、現状に最適な補正係数を算出するようにしても良い。
【０１２０】
図２５及び図２６は、再生時期判断のための第十五フローチャートである。これまで説明したフローチャートと同様に、フューエルカット時には、ステップ１５０７において、機関回転数Ｎに基づいて吸入新気量の基準値Ｇｎ’が算出され又はマップから読み取られる。次いで、ステップ１５０８において、第二フローチャートと同様に、パティキュレートトラップが新品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１５０９に進み、基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとに基づき補正係数ｋ１が算出される。補正係数ｋ１は、例えば、Ｇｎ／Ｇｎ’とすることができる。パティキュレートトラップが新品であれば、パティキュレート捕集量は０であるために、Ｇｎ／Ｇｎ’は１となるはずであるが、機関吸気系及び機関排気系のバラツキ等によって１以外の値となる場合もある。次いで、ステップ１５１０において、実際の補正係数ｋがｋ１とされ、パティキュレートトラップは新品であるために、特に再生時期の判断は不要あり、本フローチャートを終了する。
【０１２１】
一方、パティキュレートトラップが新品でなくなれば、ステップ１５０８における判断が否定されてステップ１５１１へ進み、基準値Ｇｎ’は補正係数ｋによって補正され、新たな基準値Ｇｎ”が算出される。次いで、ステップ１５１２では、この基準値Ｇｎ”と実際の吸入新気量Ｇｎとの差が所定値Ａより大きいか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ１５１３において、再生処理間隔ｔが設定間隔ｔ’以上であるか否かが判断される。設定間隔ｔ’は、パティキュレートの排出量が多い機関運転が持続した場合にも、パティキュレートトラップの容量によって再生処理を不必要とする最短の時間間隔である。この判断が肯定される時には、ステップ１５１４において再生時期と判断され、ステップ１５１５において再生処理を実施し、ステップ１５１６において前述の再生処理間隔ｔを０にリセットし、ステップ１５１７において再生処理間隔ｔを再び積算開始する。
【０１２２】
第十五フローチャートで使用する補正係数ｋは、図２７及び図２８に示す第十六フローチャートによって更新される。この第十六フローチャートを先に説明する。本フローチャートは、パティキュレートトラップの再生処理の完了直後のフューエルカット時に、スロットル弁及び制御弁を全開して、機関回転数Ｎに基づき算出される又はマップから読み取られる基準値Ｇｎ’と実際の吸入新気量Ｇｎとによって補正係数ｋ２（Ｇｎ／Ｇｎ’）を算出する。こうして算出された補正係数ｋ２は、ステップ１６０９において、現在において使用される補正係数ｋより大きいか否かが判断され、この判断が否定される時には、補正係数ｋを更新することなく終了する。
【０１２３】
ステップ１６０９における判断が肯定される時には、ステップ１６１０に進み、ステップ１６０８で算出された補正係数ｋ２が設定値Ｇより大きいか否かが判断される。この判断が肯定される時には、補正係数ｋ２は異常に大きい値であり、ステップ１６０８での算出までに何らかの問題があるとして、補正係数ｋを更新することなく終了する。一方、ステップ１６１０における判断が否定されれば、ステップ１６１１において実際の補正係数ｋは今回算出された補正係数ｋ２とされる。
【０１２４】
こうして、補正係数の更新は、新たに算出される補正係数ｋ２が、基準値Ｇｎ’を異常にではなく大きく補正する場合にだけ採用され、これは、第十五フローチャートのステップ１５１２における判断を肯定し易くし、再生処理後も残留するパティキュレートを含めてパティキュレートトラップには再生を必要とする以上にパティキュレートが捕集されているにも係わらずに再生時期と判断されないことを確実に防止することができる。これは、機関出力の低下を防止するだけでなく、多量のパティキュレートが一度に燃焼してパティキュレートトラップが溶損することを確実に防止可能とする。
【０１２５】
第十五フローチャートに説明を戻す。ステップ１５１２において、補正された基準値Ｇｎ”と実際の吸入空気量Ｇｎとの差が所定値Ａを上回っても、再生処理間隔ｔが設定間隔ｔ’を下回る時には、ステップ１５１８に進み、機器異常、例えば、制御装置２０の異常、燃料噴射系の異常、排気ガス再循環系の異常等が発生しているか否かが判断され、これらの異常が発生していれば、再生処理間隔ｔが設定間隔ｔ’より短くなることが十分に考えられるために、ステップ１５１４以降の処理を実施する。
【０１２６】
しかしながら、これらの異常が発生していないにも係わらずに、再生処理間隔ｔが設定間隔ｔ’を下回れば、第十六フローチャートにおける補正係数の更新に問題があるとして、ステップ１５１９において、補正係数ｋは、パティキュレートトラップの新品時に算出した補正係数ｋ１に戻される。次いで、ステップ１５２０では、再生処理間隔ｔを０にリセットし、再生処理を実施することなく終了する。
【０１２７】
こうして、第十五フローチャート及び第十六フローチャートによれば、パティキュレートトラップの再生を必要に応じて頻繁に実施するが、必要以上に頻繁となることなく、パティキュレートトラップの再生を効果的に実施することが可能となる。
【０１２８】
【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によれば、機関排気系に配置されたパティキュレートトラップと、機関排気系のパティキュレートトラップ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量に制御するための制御弁と、機関吸気系へ取り入れられる新気量を検出する新気量検出手段とを具備し、ＮＯｘ  発生に関係のないフューエルカット時において、制御弁を所定開度で開弁させた後に新気量検出手段によって新気量を検出し、検出された新気量に基づきパティキュレート捕集量を推定するようになっている。このような構成により、パティキュレートトラップへパティキュレートが捕集されると、パティキュレートトラップが気体を通過させ難くなるだけでなく、排気ガス再循環通路を介して気体の再循環を起こし、この再循環気体量はパティキュレート捕集量が増加するほど多くなる。こうして、パティキュレート捕集量が増加するほど、検出される新気量が顕著に減少するために、ＮＯｘ  発生に関係のないフェーエルカット時において絶対的な新気量が少なくても、パティキュレート捕集量を正確に推定することができる。それにより、再生時期等を正確に判断することが可能となる。
【０１２９】
また、本発明によるもう一つの内燃機関の排気浄化装置によれば、機関排気系に配置されたパティキュレートトラップと、機関排気系のパティキュレートトラップ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量に制御するための制御弁と、パティキュレートトラップの上流側と下流側との圧力差を直接的又は間接的に検出する圧力差検出手段とを具備し、ＮＯｘ  発生に関係のないフューエルカット時において、制御弁を全閉すると共に機関吸気系のスロットル弁を全開した後に圧力差検出手段によって圧力差を検出し、検出された圧力差に基づきパティキュレートトラップへのパティキュレート捕集量を推定するようになっている。このような構成により、ＮＯｘ  発生に関係のないフェーエルカット時において、機関回転数に応じた最大量の排気ガスがパティキュレートトラップを通過するようにして、パティキュレート捕集量に伴う圧力差の上昇を顕著にし、パティキュレート捕集量を正確に推定することができる。それにより、再生時期等を正確に判断することが可能となる。
【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第一フローチャートである。
【図３】再生時期の判断のための第二フローチャートである。
【図４】再生時期の判断のための第三フローチャートである。
【図５】再生時期の判断のための第四フローチャートである。
【図６】再生時期判断のフローチャートの実施を許可するか否かの判断をするための第五フローチャートである。
【図７】安定化期間を変更するための第六フローチャートである。
【図８】安定化期間を変更するための第七フローチャートである。
【図９】本発明による内燃機関の排気浄化装置のもう一つの実施形態を示す概略図である。
【図１０】再生時期判断のフローチャートの実施を許可するか否かの断定をするための第八フローチャートである。
【図１１】再生完了の判断のための第九フローチャートである。
【図１２】再生時期の判断のための第十フローチャートである。
【図１３】もう一つのパティキュレートトラップの周囲構造を示す平面図である。
【図１４】図１３の側面図である。
【図１５】切換部内の弁体の図１３とは異なるもう一つの遮断位置を示す図である。
【図１６】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０】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２１】再生完了の判断のための第十一フローチャートである。
【図２２】第十一フローチャートで使用する補正係数の更新のための第十二フローチャートである。
【図２３】第十一フローチャートで使用する補正係数の更新のための第十三フローチャートである。
【図２４】第十一フローチャートで使用する補正係数の更新のための第十四フローチャートである。
【図２５】再生完了の判断のための第十五フローチャートの一部である。
【図２６】第十五フローチャートの残り一部である。
【図２７】第十五フローチャートで使用する補正係数の更新のための第十六フローチャートの一部である。
【図２８】第十六フローチャートの残り一部である。
【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…パティキュレートトラップ
７…排気ガス再循環通路
７ａ…制御弁
２０…制御装置
【図１】
0003558022.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003558022.tif 000004
【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】
0003558022.tif 000011
【図１１】
0003558022.tif 000012
【図１２】
0003558022.tif 000013
【図１３】
0003558022.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003558022.tif 000016
【図１６】
0003558022.tif 000017
【図１７】
0003558022.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0003558022.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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