(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、該パティキュレートフィルタは、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備え、隔壁の上流側に細孔領域が区画されると共に隔壁の下流側に粗孔領域が区画され、粒子状物質及びアッシュが細孔領域における隔壁により捕集可能であるように細孔領域における隔壁の細孔径が設定されると共に、アッシュが粗孔領域における隔壁を通過可能であるように粗孔領域における隔壁の細孔径が設定される、内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量があらかじめ定められた限界量よりも少ないときには、パティキュレートフィルタからアッシュを除去するためにパティキュレートフィルタに流入するガスの流量を一時的に増大するガス増量制御が実行される、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記粒子状物質捕集量が前記限界量よりも少ないときにおいて、機関運転状態に基づくガス増量制御の実行条件が成立していないときにはガス増量制御が実行されず、該実行条件が成立しているときにガス増量制御が実行される、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
パティキュレートフィルタ上のアッシュ捕集量があらかじめ定められた設定量よりも多いときには、その後の機関運転停止時又は機関再始動時にガス増量制御が実行される、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
機関運転停止時又は機関再始動時にガス増量制御を実行すべきときには、該ガス増量制御に先立ってパティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量が減少される、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの流量を一時的に増大することによりガス増量制御が行なわれる、請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
パティキュレートフィルタ上流の排気通路内に二次空気を供給可能な空気ポンプを備え、空気ポンプからパティキュレートフィルタに二次空気を供給することによりガス増量制御が行なわれる、請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記粗孔領域における隔壁の平均細孔径が２５μｍ以上かつ１００μｍ以下に設定される、請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記隔壁が細孔領域及び粗孔領域に対し共通の基材を備え、アッシュが該基材を通過可能であるように該基材の細孔径が設定されており、細孔領域において基材表面がコート層により覆われ、粗孔領域において基材表面が該コート層により覆われておらず、コート層の細孔径は粒子状物質を捕集可能であるように設定されている、請求項１から７までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを排気通路内に配置した内燃機関が公知である。その結果、大気中に排出される粒子状物質の量が抑制される。ところが、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質の量が多くなると、パティキュレートフィルタの圧力損失が次第に大きくなる。その結果、機関出力が低下するおそれがある。そこで、パティキュレートフィルタから粒子状物質を除去するＰＭ除去制御を行う内燃機関が公知である。このようにすると、粒子状物質によるパティキュレートフィルタの圧力損失の増大が抑制される。
【０００３】
ところで、排気ガス中にはアッシュと称される不燃性成分が含まれており、このアッシュは粒子状物質と共にパティキュレートフィルタに捕集される。ところが、ＰＭ除去制御が行われても、アッシュは燃焼せず又は気化せず、パティキュレートフィルタ上に残留する。このため、機関運転時間が長くなるにつれて、パティキュレートフィルタ上のアッシュ捕集量が次第に増大し、パティキュレートフィルタの圧力損失が次第に大きくなる。その結果、ＰＭ除去制御が繰り返し行われても、機関出力が低下するおそれがある。
【０００４】
そこで、排気脈動を発生させてパティキュレートフィルタ内を逆流する排気ガス流れを生成し、それによりアッシュをパティキュレートフィルタから離脱させる、内燃機関が公知である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３２４６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、排気脈動によりパティキュレートフィルタから離脱されたアッシュはパティキュレートフィルタ上流の排気通路内に戻されるに過ぎない。このため、このアッシュはパティキュレートフィルタに再び捕集されることになる。したがって、特許文献１では、アッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失の増大を抑制することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置し、該パティキュレートフィルタは、交互に配置された排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路と、これら排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路を互いに隔てる多孔性の隔壁とを備え、隔壁の上流側に細孔領域が区画されると共に隔壁の下流側に粗孔領域が区画され、粒子状物質及びアッシュが細孔領域における隔壁により捕集可能であるように細孔領域における隔壁の細孔径が設定されると共に、アッシュが粗孔領域における隔壁を通過可能であるように粗孔領域における隔壁の細孔径が設定される、内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量があらかじめ定められた限界量よりも少ないときには、パティキュレートフィルタからアッシュを除去するためにパティキュレートフィルタに流入するガスの流量を一時的に増大するガス増量制御が実行される、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
アッシュによるパティキュレートフィルタの圧力損失の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による実施例の内燃機関の全体図である。
【図２Ａ】パティキュレートフィルタの正面図である。
【図２Ｂ】パティキュレートフィルタの側面断面図である。
【図３】隔壁の部分拡大断面図である。
【図４】コート層の部分拡大断面図である。
【図５】ＰＭ除去制御を説明するタイムチャートである。
【図６Ａ】本発明による実施例を説明するための隔壁の概略拡大図である。
【図６Ｂ】本発明による実施例を説明するための隔壁の概略拡大図である。
【図６Ｃ】本発明による実施例を説明するための隔壁の概略拡大図である。
【図７】アッシュ除去制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図８】本発明による別の実施例を説明するタイムチャートである。
【図９】本発明による別の実施例を説明するタイムチャートである。
【図１０】本発明による別の実施例のアッシュ除去制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明による更に別の実施例の内燃機関の全体図である。
【図１２】本発明による更に別の実施例を説明するタイムチャートである。
【図１３】本発明による更に別の実施例を説明するタイムチャートである。
【図１４】本発明による更に別の実施例のアッシュ除去制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】本発明による更に別の実施例の停止時制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明による更に別の実施例を説明するタイムチャートである。
【図１７】本発明による更に別の実施例の停止時制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】本発明による更に別の実施例の始動時制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】本発明による更に別の実施例を説明するタイムチャートである。
【図２０】本発明による更に別の実施例の加速時制御を実行するルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアフローメータ８が配置された吸気導入管８ａを介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。
【００１１】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気管１２を介してパティキュレートフィルタ１３に連結される。
【００１２】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８が配置される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１９を介してコモンレール２０に連結され、このコモンレール２０は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２１を介して燃料タンク２２に連結される。燃料タンク２２内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２１によってコモンレール２０内に供給され、コモンレール２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３に供給される。なお、別の実施例では内燃機関１は火花点火式内燃機関から構成される。
【００１３】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータから構成され、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及び出力ポート３６を具備する。パティキュレートフィルタ１３にはパティキュレートフィルタ１３の前後差圧を検出するための差圧センサ１４が取付けられている。エアフローメータ８及び差圧センサ１４の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏み込み量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１５°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。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４２からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。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３、スロットル弁１０の駆動用アクチュエータ、ＥＧＲ制御弁１７、及び燃料ポンプ２１に接続される。
【００１４】
図２Ａ及び図２Ｂはウォールフロー型パティキュレートフィルタ１３の構造を示している。なお、図２Ａはパティキュレートフィルタ１３の正面図を示しており、図２Ｂはパティキュレートフィルタ１３の側面断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにパティキュレートフィルタ１３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７１ｉ，７１ｏと、これら排気流通路７１ｉ，７１ｏを互いに隔てる隔壁７２とを具備する。図２Ａに示される実施例では、排気流通路７１ｉ，７１ｏは、上流端が開放されかつ下流端が栓７３ｄにより閉塞された排気ガス流入通路７１ｉと、上流端が栓７３ｕにより閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路７１ｏとにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓７３ｕを示している。したがって、排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは薄肉の隔壁７２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７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは各排気ガス流入通路７１ｉが４つの排気ガス流出通路７１ｏによって包囲され、各排気ガス流出通路７１ｏが４つの排気ガス流入通路７１ｉによって包囲されるように配置される。隔壁７２は多孔性を有しており、したがって図２Ｂに矢印で示されるように排気ガスはまず排気ガス流入通路７１ｉ内に流入し、次いで周囲の隔壁７２内を通って隣接する排気ガス流出通路７１ｏ内に流出する。別の実施例では、排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とにより構成される。この別の実施例でも排気ガス流入通路内に流入した排気ガスは隔壁を通過し、排気ガス流出通路内に流出する。
【００１５】
図２Ｂに示されるように、隔壁７２には、上流側に細孔領域ＺＭＩが画定され、下流側に粗孔領域ＺＭＡが区画される。細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の細孔径は、粒子状物質及びアッシュを捕集可能であるように設定される。これに対し、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔径は、アッシュが粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過可能であるように設定される。
【００１６】
細孔領域ＺＭＩ及び粗孔領域ＺＭＡは例えば次のようにして形成される。すなわち、図３に示されように、隔壁７２は細孔領域ＺＭＩ及び粗孔領域ＺＭＡに対し共通の基材７２ｓを備えている。この場合、アッシュが基材７２ｓを通過可能であるように基材７２ｓの細孔径が設定される。その上で、細孔領域ＺＭＩにおいて基材７２ｓの表面がコート層７５により覆われる。コート層７５は図４に示されるように多数の粒子７６から形成され、粒子７６同士の間に多数の隙間ないし細孔７７を有する。コート層７５の細孔径は基材７２ｓの細孔径よりも小さく、粒子状物質及びアッシュを捕集可能であるように設定される。この場合、コート層７５の細孔径は細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の細孔径を表している。これに対し、粗孔領域ＺＭＡでは、基材７２ｓの表面が上述のコート層７５により覆われていない。この場合、基材７２の細孔径は粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔径を表している。その結果、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２の細孔径及び粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔径がそれぞれ上述のように設定されることになる。
【００１７】
具体的には、基材７２ｓの平均細孔径、すなわち粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の平均細孔径は２５μｍ以上かつ１００μｍ以下に設定される。基材７２ｓの平均細孔径が２５μｍ以上であると、アッシュの大部分が基材７２ｓを通過可能であることが本願発明者により確認されている。一方、コート層７５の平均細孔径、すなわち細孔領域ＺＭＩの平均細孔径は１０μｍから２５μｍに設定される。このために、粒子７６（二次粒子）の平均径は１μｍ以上かつ１０μｍ以下に設定される。粒子７６の平均径が１μｍよりも小さいと、コート層７５を通過する粒子状物質の量が許容量よりも多くなる。また、粒子７６の平均径が１０μｍよりも大きいと、パティキュレートフィルタ１３ないしコート層７５の圧力損失が許容値よりも大きくなる。
【００１８】
なお、本発明による実施例では、隔壁基材の細孔の平均径は水銀圧入法により得られた細孔径分布のメディアン径（５０％径）を意味し、粒子の平均径はレーザ回折・散乱法により得られた体積基準の粒度分布のメディアン径（５０％径）を意味する。
【００１９】
基材７２ｓは多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。一方、コート層７５を形成する粒子７６は例えば酸化機能を有する金属から構成される。酸化機能を有する金属として、白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄのような白金族の金属を用いることができる。別の実施例では、粒子７６は隔壁基材７２ｓと同様のセラミックから構成される。更に別の実施例では、粒子７６はセラミック及び金属の両方から構成される。
【００２０】
図３に示される実施例では、コート層７５が排気ガス流入通路７１ｉに対面する隔壁基材７２ｓの一表面に設けられる。別の実施例では、コート層７５が排気ガス流出通路７１ｏに対面する基材７２ｓの一表面に設けられる。更に別の実施例では、コート層７５が排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏに対面する基材７２ｓの両表面に設けられる。
【００２１】
更に、図２Ｂに示される実施例では、細孔領域ＺＭＩの上流縁は隔壁７２の上流端にほぼ一致している。また、粗孔領域ＺＭＡの下流縁は隔壁７２の下流端にほぼ一致している。細孔領域ＺＭＩの長手方向長さはパティキュレートフィルタ１３の長手方向長さの例えば５０％から９０％に設定される。
【００２２】
さて、排気ガス中には主として固体炭素から形成される粒子状物質が含まれている。この粒子状物質はパティキュレートフィルタ１３上に捕集される。具体的には、粒子状物質はまず、隔壁７２の上流側部分、すなわち細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２に捕集される。機関運転時間が長くなるにつれて、あるいはパティキュレートフィルタ１３上に捕集されている粒子状物質の量が多くなるにつれて、隔壁７２のうち粒子状物質が堆積している領域が下流側に向けて拡大していく。
【００２３】
燃焼室２では酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び燃料添加弁から燃料が２次的に供給されない限り、パティキュレートフィルタ１３は酸化雰囲気にある。また、コート層７５は酸化機能を有する金属から構成される。その結果、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に捕集された粒子状物質は順次酸化される。ところが、単位時間当たりに捕集される粒子状物質の量が単位時間当たりに酸化される粒子状物質の量よりも多くなると、パティキュレートフィルタ１３上に捕集されている粒子状物質の量が機関運転時間の経過と共に増大する。パティキュレートフィルタ１３上の粒子状物質捕集量が多くなると、パティキュレートフィルタ１３の圧力損失が大きくなってしまう。
【００２４】
そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１３から粒子状物質を除去するＰＭ除去制御が繰り返し行われる。その結果、パティキュレートフィルタ１３上の粒子状物質が除去され、パティキュレートフィルタ１３の圧力損失が低減される。
【００２５】
すなわち、図５に示されるように、時間ｔａ１において、パティキュレートフィルタ１３上に捕集されている粒子状物質の量ＱＰＭが上限量ＱＰＭＵに達すると、ＰＭ除去制御すなわち昇温制御が開始される。その結果、パティキュレートフィルタ１３上の粒子状物質が酸化除去され、粒子状物質捕集量ＱＰＭが減少する。次いで、時間ｔａ２において粒子状物質ＱＰＭが下限量ＱＰＭＬに達すると、ＰＭ除去制御が終了される。次いで、時間ｔａ３において粒子状物質捕集量ＱＰＭが再び上限量ＱＰＭＵに達するとＰＭ除去制御が再び開始される。このように、ＰＭ除去制御が繰り返し行われる。
【００２６】
図１に示される実施例では、ＰＭ除去制御は、粒子状物質を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ１３を酸化雰囲気に維持しながらパティキュレートフィルタ１３の温度をＰＭ除去温度まで上昇させ保持する昇温制御から構成される。昇温制御を実行するために、一実施例では、燃料噴射弁３から燃焼用燃料とは別に追加の燃料が圧縮行程又は排気行程に噴射され、この追加の燃料が燃焼室２、排気通路、又はパティキュレートフィルタ１３で燃焼される。別の実施例では、パティキュレートフィルタ１３上流の排気通路内に配置された燃料添加弁から追加の燃料が添加され、この追加の燃料が排気通路又はパティキュレートフィルタ１３で燃焼される。ＰＭ除去温度は例えば６００℃から６５０℃までに設定される。更に別の実施例では、ＰＭ除去制御は、粒子状物質をＮＯｘにより酸化除去するために、パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガス中のＮＯｘ量を増大させるＮＯｘ増大制御から構成される。ＮＯｘ量を増大させるために例えばＥＧＲガス量が減少される。更に別の実施例では、ＰＭ除去制御は、粒子状物質をオゾンにより酸化除去するために、パティキュレートフィルタ１３上流の排気通路に連結されたオゾン供給器からオゾンをパティキュレートフィルタ１３に供給するオゾン供給制御から構成される。
【００２７】
粒子状物質捕集量ＱＰＭは、一実施例では、差圧センサ１４により検出される差圧によって表される。別の実施例では粒子状物質捕集量ＱＰＭは、単位時間当たりの増大分ｑＰＭｉ及び単位時間当たりの減少分ｑＰＭｄを繰り返し積算して得られるカウンタ値により表される（ＱＰＭ＝ＱＰＭ＋ｑＰＭｉ−ｑＰＭｄ）。増大分ｑＰＭｉ及び減少分ｑＰＭｄはそれぞれ機関運転状態に基づいて繰り返し算出される。
【００２８】
ところで、排気ガス中にはアッシュも含まれており、このアッシュも粒子状物質と共にパティキュレートフィルタ１３に捕集される。このアッシュは主として硫酸カルシウムＣａＳＯ４、リン酸亜鉛カルシウムＣａ１９Ｚｎ２（ＰＯ４）１４のようなカルシウム塩から形成されることが本願発明者により確認されている。カルシウムＣａ，亜鉛Ｚｎ，リンＰ等は機関潤滑油に由来し、イオウＳは燃料に由来する。すなわち、硫酸カルシウムＣａＳＯ４を例にとって説明すると、機関潤滑油が燃焼室２内に流入して燃焼し、潤滑油中のカルシウムＣａが燃料中のイオウＳと結合することにより硫酸カルシウムＣａＳＯ４が生成される。
【００２９】
ところが、ＰＭ除去制御が行われても、アッシュは燃焼せず又は気化しない。すなわち、アッシュはパティキュレートフィルタ１３から除去されず、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に残留する。その結果、パティキュレートフィルタ１３の圧力損失を十分に回復することができないおそれがある。
【００３０】
そこで、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ１３上の粒子状物質捕集量ＱＰＭがあらかじめ定められた限界量ＱＰＭＸよりも少ないか否かが判別され、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないと判別されたときには、パティキュレートフィルタ１３からアッシュを除去するためにパティキュレートフィルタ１３に流入するガスの流量を一時的に増大するガス増量制御が実行される。その結果、細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上のアッシュが粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２まで移動され、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を容易に通過することになる。したがって、パティキュレートフィルタ１３の圧力損失のアッシュによる増大が抑制される。
【００３１】
すなわち、粒子状物質捕集量ＱＰＭが比較的多いときには、図６Ａに示されるように、主として細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に粒子状物質８０及びアッシュ８１が捕集されている。次いで、例えばＰＭ除去制御が行なわれることにより粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少なくなると、図６Ｂに示されるように、ほとんどのアッシュ８１が細孔領域ＺＭＩにおける隔壁７２上に留まる。次いで、ガス増量制御が行なわれると、図６Ｃに示されるように、アッシュ８１が細孔領域ＺＭＩから粗孔領域ＺＭＡに移動される。このアッシュ８１は次いで粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過し、排気ガス流出通路７１ｏ内に流入する。このようにして、アッシュ８１がパティキュレートフィルタ１３から除去される。
【００３２】
図１に示される実施例では、パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの流量、すなわち体積流量又は質量流量を一時的に増大する排気ガス増量制御を行うことによりガス増量制御が行なわれる。排気ガス増量制御を行うために、一実施例では機関負荷ないし燃料噴射量が増大される。別の実施例では機関回転数が増大される。更に別の実施例では、燃料噴射時期が遅角される。更に別の実施例では、排気弁の開弁時期が進角される。更に別の実施例では、ＥＧＲ制御弁１７が閉弁される。更に別の実施例では、排気タービン７ｂに設けられている可変ノズルの開口面積が減少される。更に別の実施例では、機関本体１の出力軸が連結された自動変速機により変速比を制御することにより、機関回転数が増大される。この場合、機関出力を変更することなく変速比を変更するのが好ましい。
【００３３】
このように本発明による実施例では、ガス増量制御が行なわれるので、アッシュをパティキュレートフィルタ１３から確実に除去することができる。したがって、アッシュによるパティキュレートフィルタ１３の圧力損失の増大を抑制することができる。
【００３４】
ガス増量制御が行なわれると、細孔領域ＺＭＩに存在する粒子状物質８０もアッシュ８１と共に粗孔領域ＺＭＡまで移動され、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過し、したがってパティキュレートフィルタ１３から排出されるおそれがある。しかしながら、本発明による実施例では、粒子状物質捕集量ＱＰＭが少ないときにガス増量制御が行なわれるので、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過する粒子状物質の量を低減することができる。
【００３５】
また、粒子状物質捕集量ＱＰＭが多くなると、一部の粒子状物質８０が粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２上に捕集される場合がある。粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２上に粒子状物質８０が捕集されていると、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の細孔が粒子状物質８０により塞がれ、アッシュ８１が粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を通過するのが困難になる。本発明による実施例では、粒子状物質捕集量ＱＰＭが少ないときにガス増量制御が行なわれるので、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２が粒子状物質８０により塞がれていない。したがって、アッシュ８１が粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２を容易に通過することができる。
【００３６】
ここで、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少なくなるのは、ＰＭ除去制御が行われたときのほか、機関高負荷運転が長時間に亘り行なわれたときなどである。なお、限界量ＱＰＭＸの一例が図５に示されている。
【００３７】
図７は本発明による実施例のアッシュ除去制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図７を参照すると、ステップ１００では粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないか否かが判別される。ＱＰＭ≧ＱＰＭＸのときには処理サイクルを終了する。すなわち、ガス増量制御が行なわれない。これに対し、ＱＰＭ＜ＱＰＭＸのときには次いでステップ１０１に進み、ガス増量制御が行なわれる。
【００３８】
上述の実施例では、粒子状物質捕集量ＱＰＭが算出され、算出された粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸと比較されることにより粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないか否かが判別される。別の実施例では、ＰＭ除去制御が終了したか否かが判別され、ＰＭ除去制御が終了したときに粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないと判別される。この場合、ＰＭ除去制御に引き続いてガス増量制御が行なわれることになる。
【００３９】
次に、本発明による別の実施例を説明する。
上述した排気ガス増量制御が行なわれると、機関出力、騒音、振動などが一時的に増大する。その結果、ドライバビリティが悪化するおそれがある。
【００４０】
そこで本発明による別の実施例では、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないと判別されたときに機関運転状態に基づくガス増量制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。ガス増量制御が行なわれたときにドライバビリティが悪化しにくいとき、すなわち例えば、機関高負荷運転時、アイドル運転時、クラッチが非接続状態にあるときに実行条件が成立していると判断され、それ以外は実行条件が成立していないと判断される。その上で、実行条件が成立していないと判別されたときにはガス増量制御が実行されず、実行条件が成立していると判別されたときにガス増量制御が実行される。その結果、ガス増量制御によりドライバビリティが悪化するのが抑制される。
【００４１】
図８及び図９を参照しながら本発明による別の実施例を更に説明する。図８及び図９において、第１のフラグＸ１はガス増量制御を行うべきときにセットされ（Ｘ１＝１）、それ以外はリセットされる（Ｘ１＝０）ものである。具体的には、第１のフラグＸ１は、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少なくなるとセットされ、ガス増量制御が行なわれるか又は粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも多くなるとリセットされる。別の実施例では、ＰＭ除去制御が終了したときに第１のフラグＸ１がセットされる。
【００４２】
図８を参照すると、時間ｔｂ１において、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少なくなると第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。図８に示される例では、このとき機関運転状態に基づく実行条件は成立しておらず、したがってガス増量制御は行なわれない。次いで、時間ｔｂ２において、実行条件が成立すると、ガス増量制御が開始される。次いで、時間ｔｂ３において、ガス増量制御が終了されると、第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。このようにすると、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないときにガス増量制御が繰り返し行なわれるのが阻止される。別の実施例では、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないときにガス増量制御が繰り返し行なわれる。
【００４３】
一方、図９を参照すると、時間ｔｃ１において、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少なくなると第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。図９に示さされる例ではこのとき機関運転状態に基づく実行条件は成立しておらず、したがってガス増量制御は行なわれない。次いで、時間ｔｃ２において、粒子状物質ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも多くなると、第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。したがって、図９に示される例ではガス増量制御が行なわれない。なお、第１のフラグＸ１がリセットされているときに実行条件が成立してもガス増量制御は行なわれない。
【００４４】
図１０は本発明による別の実施例のアッシュ除去制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１０を参照すると、ステップ２００では第１のフラグＸ１がセットされているか否か（Ｘ１＝１）が判別される。第１のフラグＸ１がリセットされているとき（Ｘ１＝０）にはステップ２０１に進み、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないか否かが判別される。ＱＰＭ≧ＱＰＭＸのときには処理サイクルを終了する。ＱＰＭ＜ＱＰＭＸのときにはステップ２０１からステップ２０２に進み、第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。
【００４５】
第１のフラグＸ１がセットされているとき（Ｘ１＝１）にはステップ２００からステップ２０３に進み、粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないか否かが判別される。ＱＰＭ＜ＱＰＭＸのときにはステップ２０４に進み、機関運転状態に基づくガス増量制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。実行条件が成立していないときには処理サイクルを終了する。すなわち、ガス増量制御が行なわれない。実行条件が成立しているときにはステップ２０４からステップ２０５に進み、ガス増量制御が行なわれる。続くステップ２０６では第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。一方、ステップ２０３においてＱＰＭ≧ＱＰＭＸのときにはステップ２０７に進み、第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。この場合もガス増量制御が行なわれない。
【００４６】
図１１は本発明による更に別の実施例を示している。
図１１に示される実施例では、空気ポンプ２３が設けられ、空気ポンプ２３の吐出側はパティキュレートフィルタ１３上流の排気管１２に連結される。
【００４７】
図１１に示される実施例では、上述したＰＭ除去制御とは別のＰＭ除去制御を行うことができる。すなわち、空気ポンプ２３からパティキュレートフィルタ１３に二次空気を供給することによりパティキュレートフィルタ１３上の粒子状物質が酸化除去される。この別のＰＭ除去制御は機関運転中でも機関運転停止中でも行うことができる。
【００４８】
また、図１１に示される実施例では、上述した排気ガス増量制御とは別のガス増量制御を行うことができる。すなわち、空気ポンプ２３から二次空気を供給する二次空気供給制御を行うことによりガス増量制御が行なわれる。この二次空気供給制御は機関運転中でも機関運転停止中でも行うことができる。
【００４９】
図８及び図９に示される実施例では、第１のフラグＸ１がセットされている期間中に機関運転状態に基づく実行条件が成立しないとガス増量制御が行なわれない。ところが、ガス増量制御が行なわれない状態が繰り返されると、パティキュレートフィルタ１３上に捕集されているアッシュの量が増大してしまう。
【００５０】
そこで本発明による更に別の実施例では、パティキュレートフィルタ１３上のアッシュ捕集量があらかじめ定められた設定量よりも多いか否かが判別され、アッシュ捕集量が設定量よりも多いと判別されたときにはその後の機関運転停止時にガス増量制御、すなわち二次空気供給制御が実行される。このようにすると、機関運転中にガス増量制御が行なわれずアッシュ捕集量が多くなったとしても、機関停止中にガス増量制御が行なわれ、したがってアッシュ捕集量を減少させることができる。
【００５１】
図１２及び図１３を参照しながら本発明による更に別の実施例を説明する。図１２及び図１３において、第２のフラグＸ２は別のＰＭ除去制御を行った後にガス増量制御を行うべきときにセットされ（Ｘ２＝１）、それ以外はリセットされる（Ｘ２＝０）ものである。一方、カウンタ値ＣＦはパティキュレートフィルタ１３上のアッシュ捕集量を表しており、カウンタ値ＣＦが設定値ＣＦＳよりも大きいときにアッシュ捕集量が設定量よりも大きいと判別される。
【００５２】
図１２を参照すると、時間ｔｄ１において第１のフラグＸ１がセットされ（Ｘ１＝１）、時間ｔｄ２において第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。この時間ｔｄ１から時間ｔｄ２までの期間中にガス増量制御が行なわれておらず、したがって時間ｔｄ２においてカウンタ値ＣＦが１だけインクリメントされる。同様に、時間ｔｄ３から時間ｔｄ４までの第１のフラグＸ１がセットされている期間中にガス増量制御が行なわれておらず、したがって時間ｔｄ４においてカウンタ値ＣＦが１だけインクリメントされる。同様に、時間ｔｄ５から時間ｔｄ６までの第１のフラグＸ１がセットされている期間中にガス増量制御が行なわれておらず、したがって時間ｔｄ６においてカウンタ値ＣＦが１だけインクリメントされる。このとき、カウンタ値ＣＦが設定値ＣＦＳよりも大きくなり、その結果第２のフラグＸ２がセットされる（Ｘ２＝１）。
【００５３】
図１３を参照すると、時間ｔｅ１において、機関運転が停止される。このとき第２のフラグＸ２がセットされている（Ｘ２＝１）ので、別のＰＭ除去制御が開始される。次いで、時間ｔｅ２において、別のＰＭ除去制御が終了されると、第２のフラグＸ２がリセットされる（Ｘ２＝０）。別のＰＭ除去制御が行なわれると粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少なくされる。その結果、第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。第１のフラグＸ１がセットされると、ガス増量制御、すなわち二次空気供給制御が行なわれる。したがって、アッシュがパティキュレートフィルタ１３から除去される。次いで、時間ｔｅ３において、ガス増量制御が終了されると、第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。また、カウンタ値ＣＦがクリアされる（ＣＦ＝０）。
【００５４】
図１４は図１２及び図１３に示される実施例のアッシュ除去制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１４に示されるルーチンは図１０に示されるルーチンと次の点で相違している。
【００５５】
ステップ２０６からステップ２０６ａに進み、カウンタ値ＣＦがクリアされる（ＣＦ＝０）。
【００５６】
第１のフラグＸ１がセットされた状態で粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも大きくなったときにはステップ２０３からステップ２０７に進んで第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。続くステップ２０７ａではカウンタ値ＣＦが１だけインクリメントされる（ＣＦ＝ＣＦ＋１）。続くステップ２０８ではカウンタ値ＣＦが設定値ＣＦＳよりも大きいか否かが判別される。ＣＦ≦ＣＦＵのときには処理サイクルを終了する。ＣＦ＞ＣＦＵのときにはステップ２０９に進み、第２のフラグＸ２がセットされる（Ｘ２＝１）。
【００５７】
図１５は図１２及び図１３に示される実施例の停止時制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１５を参照すると、ステップ２２０では機関運転停止中であるか否かが判別される。機関運転停止中でないとき、すなわち機関運転中は処理サイクルを終了する。機関運転停止中のときにはステップ２２１に進み、第２のフラグＸ２がセットされているか否かが判別される。第２のフラグＸ２がセットされている（Ｘ２＝１）ときには次いでステップ２２２に進み、別のＰＭ除去制御が行われる。続くステップ２２３では第２のフラグＸ２がリセットされ（Ｘ２＝０）、続くステップ２２４では第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。続くステップ２２５ではガス増量制御、すなわち二次空気供給制御が行なわれる。続くステップ２２６ではカウンタ値ＣＦがクリアされる（ＣＦ＝０）。続くステップ２２７では第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。
【００５８】
これに対し、第２のフラグＸ２がリセットされている（Ｘ２＝０）ときにはステップ２２１からステップ２２８に進み、第１のフラグＸ１がセットされているか否かが判別される。第１のフラグＸ１がセットされている（Ｘ１＝１）ときにはステップ２２５にジャンプする。この場合、別のＰＭ除去制御が行なわれることなくガス増量制御が行なわれる。一方、第１のフラグＸ１がリセットされている（Ｘ１＝０）ときには処理サイクルを終了する。
【００５９】
次に、図１６を参照して本発明による更に別の実施例を説明する。
図１２及び図１３に示される実施例では、アッシュ捕集量が設定量よりも多いと判別されたときにはその後の機関運転停止時にガス増量制御、すなわち二次空気供給制御が実行される。これに対し、図１６に示される例では、アッシュ捕集量が設定量よりも多いと判別されたときにはその後の機関再始動時にガス増量制御が実行される。
【００６０】
すなわち、図１６に示されるように、時間ｔｆ１において、機関運転が停止される。このとき第２のフラグＸ２がセットされている（Ｘ２＝１）ので、別のＰＭ除去制御が開始される。次いで、時間ｔｆ２において、別のＰＭ除去制御が終了されると、第２のフラグＸ２がリセットされ（Ｘ２＝０）、第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。次いで、時間ｔｆ３において機関が再始動され、このとき第１のフラグＸ１がセットされているので、ガス増量制御が行なわれる。この場合、排気ガス増量制御又は二次空気供給制御が行なわれることによりガス増量制御が行われる。次いで、時間ｔｆ４において、ガス増量制御が終了されると、第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。また、カウンタ値ＣＦがクリアされる（ＣＦ＝０）。
【００６１】
図１７は図１６に示される実施例の停止時制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１７を参照すると、ステップ２３０では機関運転停止中であるか否かが判別される。機関運転停止中でないとき、すなわち機関運転中は処理サイクルを終了する。機関運転停止中のときにはステップ２３１に進み、第２のフラグＸ２がセットされているか否かが判別される。第２のフラグＸ２がリセットされている（Ｘ２＝０）ときには処理サイクルを終了する。第２のフラグＸ２がセットされている（Ｘ２＝１）ときには次いでステップ２３２に進み、別のＰＭ除去制御が行われる。続くステップ２３３では第２のフラグＸ２がリセットされ（Ｘ２＝０）、続くステップ２３４では第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。
【００６２】
図１８は図１６に示される実施例の始動時制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１８を参照すると、ステップ２４０では機関始動中であるか否かが判別される。機関始動中でないときには処理サイクルを終了する。機関始動中であるときには次いでステップ２４１に進み、第１のフラグＸ１がセットされているか否かが判別される。第１のフラグＸ１がリセットされている（Ｘ１＝０）ときには処理サイクルを終了する。第１のフラグＸ１がセットされている（Ｘ１）ときにはステップ２４２に進み、ガス増量制御が行なわれる。続くステップ２４３ではカウンタ値ＣＦがクリアされる（ＣＦ＝０）。続くステップ２４４では第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。なお、図１６に示される実施例でも例えば図１４に示されるアッシュ除去制御ルーチンが実行される。
【００６３】
図１３に示される実施例及び図１６に示される実施例をまとめると、アッシュ捕集量があらかじめ定められた設定量よりも多いか否かが判別され、アッシュ捕集量が設定量よりも多いと判別されたときには、その後の機関運転停止時又は機関再始動時にガス増量制御が実行されるということになる。また、機関運転停止時又は機関再始動時にガス増量制御を実行すべきときには、ガス増量制御に先立ってパティキュレートフィルタ上の粒子状物質捕集量が減少されるということになる。
【００６４】
別の実施例では、アッシュ捕集量が設定量よりも多いと判別されたときには機関運転状態に基づくガス増量制御の実行条件が成立していないと判別されたときであっても、ガス増量制御が実行される。このようにすると、機関停止時又は機関再始動時にガス増量制御及び別のＰＭ除去制御を行う必要がない。
【００６５】
次に、本発明による更に別の実施例を説明する。
機関加速運転が行われると、パティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの流量が増大する。
【００６６】
そこで本発明による更に別の実施例では、ガス増量制御を行うべきときに機関加速運転が行なわれたときには、ガス増量制御が省略される。その結果、ガス増量制御により消費エネルギが増大するのを阻止することができる。この場合、機関負荷の変化率があらかじめ定められた設定率よりも大きいときに機関加速運転が行なわれたと判別される。機関負荷の変化率があらかじめ定められた設定率よりも大きいときにパティキュレートフィルタ１３に流入する排気ガスの流量は排気ガス増量制御が行なわれたときの排気ガス流量以上になっている。
【００６７】
すなわち、図１９に示されるように、時間ｔｇ１において第１のフラグＸ１がセットされる（Ｘ１＝１）。次いで、時間ｔｇ２において機関加速運転が行なわれると、第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。したがって、時間ｔｇ３までは粒子状物質捕集量ＱＰＭが限界量ＱＰＭＸよりも少ないけれども、ガス増量制御が行なわれない。
【００６８】
図２０は図１９に示される実施例の加速時制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図２０を参照すると、ステップ３００では第１のフラグＸ１がセットされているか否かが判別される。第１のフラグＸ１がリセットされている（Ｘ１＝０）ときには処理サイクルを終了する。第１のフラグＸ１がセットされている（Ｘ１＝１）ときにはステップ３００からステップ３０１に進み、加速運転が行われているか否かが判別される。加速運転が行なわれていないときには処理サイクルを終了する。加速運転が行なわれているときにはステップ３０１からステップ３０２に進み、第１のフラグＸ１がリセットされる（Ｘ１＝０）。したがって、ガス増量制御が行なわれない。
【００６９】
これまで述べてきた本発明による実施例では、粗孔領域ＺＭＡにコート層が設けられていない。別の実施例では、粗孔領域ＺＭＡに、コート層７５とは異なる別のコート層が設けられる。この場合、粗孔領域ＺＭＡにおける隔壁７２の平均細孔径は別のコート層が設けられた状態において、２５μｍ以上１００μｍ以下に設定される。別のコート層は例えば酸化機能を有する金属を担持した触媒コート層から形成される。その結果、粗孔領域ＺＭＡに到達した粒子状物質を容易に酸化除去することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１    機関本体
１２    排気管
１３    パティキュレートフィルタ
７１ｉ    排気ガス流入通路
７１ｏ    排気ガス流出通路
７２    隔壁
ＺＭＡ    粗孔領域
ＺＭＩ    細孔領域
【図１】
0006028710.tif 000002
【図２Ａ】
0006028710.tif 000003
【図２Ｂ】
0006028710.tif 000004
【図３】
0006028710.tif 000005
【図４】
0006028710.tif 000006
【図５】
0006028710.tif 000007
【図６Ａ】
0006028710.tif 000008
【図６Ｂ】
0006028710.tif 000009
【図６Ｃ】
0006028710.tif 000010
【図７】
0006028710.tif 000011
【図８】
0006028710.tif 000012
【図９】
0006028710.tif 000013
【図１０】
0006028710.tif 000014
【図１１】
0006028710.tif 000015
【図１２】
0006028710.tif 000016
【図１３】
0006028710.tif 000017
【図１４】
0006028710.tif 000018
【図１５】
0006028710.tif 000019
【図１６】
0006028710.tif 000020
【図１７】
0006028710.tif 000021
【図１８】
0006028710.tif 000022
【図１９】
0006028710.tif 000023
【図２０】
0006028710.tif 000024