(57)【要約】【課題】フィルタの使用開始時から圧力損失が高くなることがなく、フィルタ再生時の異常昇温を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】制御部６５は、フィルタ６２ａの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように燃焼ユニット６４を制御する。制御部６５は、第１再生処理条件においてフィルタ６２ａの外周部６２ｅでフィルタ６２ａの温度を５００℃未満にしてＰＭの燃焼を抑制するとともにフィルタ６２ａの内周部６２ｆでフィルタ６２ａの温度を５００℃以上５８０℃以下にしてＰＭを燃焼させフィルタ６２ａを通過するガス流によってＰＭの燃焼後のアッシュをフィルタ６２ａの下流側へ移動させるように燃焼ユニット６４を制御する。また、制御部６５は、第２再生処理条件においてフィルタ６２ａの外周部６２ｅおよび内周部６２ｆでフィルタ６２ａの温度を５８０℃よりも高温にしてＰＭの燃焼を促進させるように燃焼ユニット６４を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化装置であって、
銀触媒を担持して前記内燃機関の排気に含まれる可燃性の粒子状物質および不燃成分を捕捉するフィルタと、前記フィルタに捕捉された前記粒子状物質を前記銀触媒によって燃焼させて前記フィルタを再生する燃焼ユニットと、前記フィルタの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように前記燃焼ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記第１再生処理条件において前記フィルタの外周部で前記フィルタの温度を５００℃未満にして前記粒子状物質の燃焼を抑制するとともに前記フィルタの内周部で前記フィルタの温度を５００℃以上５８０℃以下にして前記粒子状物質を燃焼させ前記フィルタを通過するガス流によって前記粒子状物質の燃焼後のアッシュを前記フィルタの下流側へ移動させるように前記燃焼ユニットを制御し、前記第２再生処理条件において前記フィルタの前記外周部および前記内周部で前記フィルタの温度を５８０℃よりも高温にして前記粒子状物質の燃焼を促進させるように前記燃焼ユニットを制御することを特徴とする排気浄化装置。
【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】
従来からフィルタ再生率に優れ、かつエンジン排圧の圧損を最小限に抑えることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたディーゼルエンジンの排気浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレートを捕集するためのハニカム型のフィルタと、上記排気ガスの排気通路に設けられ上記フィルタを装着するトラップ容器とを有する。上記フィルタは、ほぼ平行に設けた複数のセルを有するとともに、フィルタの周辺部には上記セルの上流側および下流側を共に閉塞栓により栓詰めした周辺セル断熱部を有している。上記フィルタの直径方向の全断面積に対する周辺セル断熱部の断面積の割合を示す栓詰率は、１０〜２０％である（同文献、請求項１等を参照）。
【０００４】
この従来の排気浄化装置においては、フィルタの周辺部に両端を閉塞した周辺セル断熱部を設けているため、フィルタの外周部からトラップ容器への熱放散を防止することができる。また、上記栓詰率を１０〜２０％としているため、フィルタ周辺部からの放熱がほとんどなく、捕集されたパティキュレートを効率よく燃焼除去でき、フィルタ再生率に優れている。さらに、エンジン排圧の圧損を最小限に抑えることができ、エンジン性能の低下を招くこともない。したがって、フィルタ再生率に優れ、かつエンジン排圧の圧損を最小限に抑えることができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することができる（同文献、段落００１３等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１８２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記従来の排気浄化装置においては、フィルタの周辺部に両端を閉塞した周辺セル断熱部を設けているため、新品のフィルタであっても、周辺セル断熱部を有しない通常のフィルタと比較して、使用開始時から圧力損失が高くなるという課題がある。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、フィルタの使用開始時から圧力損失が高くなることがなく、フィルタ再生時の異常昇温を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気浄化装置であって、銀触媒を担持して前記内燃機関の排気に含まれる可燃性の粒子状物質および不燃成分を捕捉するフィルタと、前記フィルタに捕捉された前記粒子状物質を前記銀触媒によって燃焼させて前記フィルタを再生する燃焼ユニットと、前記フィルタの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように前記燃焼ユニットを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１再生処理条件において前記フィルタの外周部で前記フィルタの温度を５００℃未満にして前記粒子状物質の燃焼を抑制するとともに前記フィルタの内周部で前記フィルタの温度を５００℃以上５８０℃以下にして前記粒子状物質を燃焼させ前記フィルタを通過するガス流によって前記粒子状物質の燃焼後のアッシュを前記フィルタの下流側へ移動させるように前記燃焼ユニットを制御し、前記第２再生処理条件において前記フィルタの前記外周部および前記内周部で前記フィルタの温度を５８０℃よりも高温にして前記粒子状物質の燃焼を促進させるように前記燃焼ユニットを制御することを特徴とする。
【０００９】
この構成により、本発明の排気浄化装置は、前記特許文献１に記載された従来の排気浄化装置のように、フィルタの周辺部に両端を閉塞した周辺セル断熱部を設けていないため、フィルタの使用開始時から圧力損失が高くなることがない。また、本発明の排気浄化装置において、制御部は、燃焼ユニットを制御して、フィルタの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように構成されている。
【００１０】
制御部は、第１再生処理条件において、フィルタの外周部でフィルタの温度を５００℃未満にして粒子状物質の燃焼を抑制するとともに、フィルタの内周部でフィルタの温度を５００℃以上５８０℃以下にする。この５００℃以上５８０℃以下の温度域は、フィルタに堆積した可燃性の粒子状物質を燃焼させつつ、フィルタに堆積した不燃成分のアッシュ（灰分）を浮かせてフィルタを通過するガス流によってフィルタの下流側へ移動させることが可能な温度域である。
【００１１】
すなわち、制御部は、第１再生処理条件において、フィルタの内周部で粒子状物質を燃焼させてフィルタを再生させつつ、フィルタの外周部で粒子状物質の燃焼を抑制して粒子状物質をフィルタに堆積させる。
【００１２】
また、制御部は、第２再生処理条件において、フィルタの外周部および内周部、すなわちフィルタの全域で、フィルタの温度を５８０℃よりも高温にする。これにより、第１再生処理条件においてフィルタの外周部で燃焼が抑制されて堆積した粒子状物質も燃焼する。しかし、フィルタの温度が５８０℃よりも高温であるため、不燃成分のアッシュは、フィルタから浮き上がることがなく、ガス流によってフィルタの下流側に流されることもなくなる。
【００１３】
制御部によって、第１再生処理条件と第２再生処理条件とが繰り返されたフィルタは、内燃機関の運転時間が長くなるにつれて、外周部におけるアッシュの堆積量が増加して圧力損失が増加していく。これにより、フィルタに捕捉される粒子状物質の体積が減少していき、フィルタの再生時に粒子状物質の燃焼によるフィルタの異常昇温が防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フィルタの使用開始時から圧力損失が高くなることがなく、フィルタ再生時の異常昇温を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。したがって、粒子状物質の燃焼による異常昇温でフィルタの最外周が熱応力割れを起こすのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エンジンとその周辺の機器の一例を示す概略構成図。
【図２】図１に示すＤＰＦの一例を示す拡大断面図。
【図３】図１に示すＤＰＦの他の例を示す拡大断面図。
【図４】本実施形態の排気浄化装置の概略構成を示すブロック図。
【図５】図１に示すＤＰＦのフィルタの外周部と内周部を示す概略図。
【図６】図４に示す制御部による第１再生処理条件を説明する説明図。
【図７】図４に示す制御部による第２再生処理条件を説明する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、内燃機関であるエンジン１０と、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置６０を含むエンジン１０の周辺の機器の一例を示す概略構成図である。
【００１８】
エンジン１０は、たとえば、燃焼室１１とインジェクタ１２を備えた４気筒のディーゼルエンジンである。エンジン１０は、給気通路２０に給気マニホールド２１を介して接続され、排気通路３０に排気マニホールド３１を介して接続されている。給気通路２０には、ターボチャージャ５０のコンプレッサ５１が設けられている。給気通路２０は、コンプレッサ５１の下流側に、吸入空気の流量を調節するスロットルバルブ２２を有している。
【００１９】
排気マニホールド３１は、排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気側へ再循環させるＥＧＲ通路４０を介して給気マニホールド２１に接続されている。ＥＧＲ通路４０は、ＥＧＲクーラ４１とＥＧＲバルブ４２を有している。ＥＧＲバルブ４２は、排気通路３０に流れる排気の流量を制御する流量制御手段として用いることができる。排気通路３０は、排気マニホールド３１よりも下流側にターボチャージャ５０のタービン５２が設けられ、タービン５２の下流側に排気の後処理をする排気浄化装置６０が設けられている。
【００２０】
排気浄化装置６０は、たとえば、酸化触媒（ＤＯＣ）６１と、その下流側に設けられた排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）６２とを備えている。
【００２１】
図２は、図１に示すＤＰＦ６２の一例を示す拡大断面図である。ＤＰＦ６２は、たとえば、ハニカム構造のフィルタ６２ａと、このフィルタ６２ａの表面に形成された触媒層６２ｂと、この触媒層６２ｂに担持された図示しない酸化触媒とによって構成される。酸化触媒としては、たとえば銀触媒を用いることができる。なお、ＤＰＦ６２は、図２に示す構成に限定されない。
【００２２】
図３は、図１に示すＤＰＦ６２の他の例を示す拡大断面図である。ＤＰＦ６２は、たとえば、多孔質のフィルタ６２ａと、第２フィルタ層６２ｃと、この第２フィルタ層６２ｃに積層される触媒層６２ｄと、この触媒層６２ｄに担持される図示しない酸化触媒とによって構成されている。酸化触媒としては、たとえば銀触媒を用いることができる。
【００２３】
図１に示すように、排気通路３０における排気浄化装置６０の上流側と下流側には、たとえば、ＤＰＦ６２を含む排気浄化装置６０の入口と出口の差圧を測定する差圧センサ７０が設けられている。差圧センサ７０は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８０の入出力部８１に接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ８０は、入出力部８１と、たとえばＣＰＵ等によって構成された演算部８２と、たとえばＲＯＭやＲＡＭ等のメモリによって構成された記憶部８３とを有している。入出力部８１、演算部８２、および記憶部８３は、アドレスバス８４、コントロールバス８５、およびデータバス８６によって互いに接続されている。また、ＥＣＵ８０は、入出力部８１を介してインジェクタ１２に接続されている。
【００２５】
エンジン１０の吸気行程では、スロットルバルブ２２によって吸入空気量が調整され、インジェクタ１２によって燃焼室１１内に燃料が噴射され、燃焼が行われる。燃焼後の排気は、排気マニホールド３１から排気通路３０に流れ、排気中の、未燃焼の炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、一酸化窒素ＮＯは、排気浄化装置６０に備えられたＤＯＣ６１によって無害化処理される。また、排気に含まれるＰＭは、ＤＰＦ６２によって捕捉される。
【００２６】
ＤＰＦ６２によって捕捉されたＰＭおよび不燃成分は、ＤＰＦ６２のフィルタ６２ａに堆積して排気の流れを妨げ、浄化能力を低下させるため、ＰＭおよび不燃成分の堆積物を燃焼させて除去するＤＰＦ６２の再生が行われる。ＤＰＦ６２の再生段階では、ＤＰＦ６２に堆積した堆積物に含まれるＰＭが燃焼することで、ＤＰＦ６２からＰＭおよび不燃成分の堆積物が除去される。
【００２７】
図４は、本実施形態の排気浄化装置６０の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の排気浄化装置６０は、たとえば、フィルタ６２ａと、燃焼ユニット６４と、制御部６５とを備えている。また、排気浄化装置６０は、ＤＰＦ６２の温度を取得する温度センサ６６を備えてもよい。
【００２８】
フィルタ６２ａは、たとえば、銀触媒を担持して、内燃機関であるエンジン１０の排気に含まれる可燃性の粒子状物質であるＰＭおよび不燃成分を捕捉するフィルタである。図１、図２および図３に示す例において、フィルタ６２ａは、排気通路３０に配置された排気浄化装置６０のＤＯＣ６１の下流側に設けられたＤＰＦ６２のフィルタ６２ａである。
【００２９】
燃焼ユニット６４は、たとえば、ＤＰＦ６２のフィルタに捕捉されたＰＭを銀触媒によって燃焼させるための構成である。図１に示す例において、燃焼ユニット６４は、たとえば、インジェクタ１２とＥＣＵ８０とによって構成されている。燃焼ユニット６４は、たとえば、ＥＣＵ８０によってインジェクタ１２を制御して、未燃焼の燃料が排気に混じって排出されやすい状況を作り出す。これにより、燃焼ユニット６４は、ＰＭを燃焼させることができる温度までＤＰＦ６２の温度を上昇させ、フィルタ６２ａの壁に堆積した堆積物に含まれるＰＭを銀触媒によって燃焼させることができる。
【００３０】
制御部６５は、フィルタ６２ａの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように燃焼ユニット６４を制御する構成になっている。図１に示す例において、制御部６５は、たとえば、ＥＣＵ８０によって構成されている。制御部６５を構成するＥＣＵ８０は、たとえば、記憶部８３に記憶されたフィルタ６２ａの第１再生処理条件および第２再生処理条件のいずれかに基づいて燃焼ユニット６４を制御する。
【００３１】
また、制御部６５は、たとえば、記憶部８３に、燃焼ユニット６４を制御するための制御プログラムが保存されている。制御部６５は、演算部８２によって、記憶部８３に保存された制御プログラムを実行することで、燃焼ユニット６４を制御することができる。
【００３２】
図５は、図１に示すＤＰＦ６２のフィルタ６２ａの外周部６２ｅと内周部６２ｆとを示す概略図である。図５において、（ａ）はフィルタ６２ａの中心軸に沿う断面図であり、（ｂ）はフィルタ６２ａの斜視図であり、（ｃ）はフィルタ６２ａの中心軸方向から見た端面の平面図である。
【００３３】
図５に示すように、フィルタ６２ａは、たとえば、おおむね円柱状の形状を有し、中心軸に沿ってエンジン１０からの排気を含む気体を通過させ、排気に含まれるＰＭおよび不燃成分を捕捉する。本実施形態において、フィルタ６２ａの外周部６２ｅとは、たとえばフィルタ６２ａの中心軸に垂直な断面において、フィルタ６２ａの外周縁から、フィルタ６２ａの中心軸に垂直な径方向に所定の幅を有する円環状の部分である。すなわち、フィルタ６２ａの外周部６２ｅは、フィルタ６２ａの径方向内側の円柱状の内周部６２ｆを除く円筒状の部分である。
【００３４】
また、本実施形態において、フィルタ６２ａの内周部６２ｆは、たとえばフィルタ６２ａの中心軸に垂直な断面において、フィルタ６２ａの中心軸と同軸の中心軸を有し、フィルタ６２ａの半径よりも小さい半径を有する円柱状の部分である。すなわち、フィルタ６２ａの内周部６２ｆは、フィルタ６２ａの径方向外側の円筒状の外周部６２ｅを除く、フィルタ６２ａの径方向内側の円柱状の中心部分である。図示の例において、内周部６２ｆの半径は、外周部６２ｅの径方向の寸法よりも大きくなっている。
【００３５】
フィルタ６２ａの半径および外周部６２ｅの径方向の寸法は、たとえば、後述する第１再生処理条件におけるフィルタ６２ａの再生時に、外周部６２ｅの温度が５００℃未満になるように決定することができる。より具体的には、フィルタ６２ａの外周部６２ｅの径方向の寸法は、たとえば、約１０ｍｍ程度である。なお、ＤＰＦ６２のフィルタ６２ａは、たとえばＤＰＦ６２の前段のＤＯＣ６１に燃料が噴霧され、ＤＯＣ６１から排出されるガス流によって加熱される。そのため、ＤＰＦ６２のフィルタ６２ａの温度は、図５（ｃ）でより濃色で示すように、フィルタ６２ａの中心軸に近いほど高温になる。
【００３６】
図１に示す温度センサ６６は、フィルタ６２ａの温度を取得するためのセンサである。温度センサ６６は、たとえば、ＤＰＦ６２のケーシングに取り付けられ、ケーシングの温度を計測することで、フィルタ６２ａの温度を取得する。すなわち、ＤＰＦ６２のケーシングの温度とフィルタ６２ａの温度には相関関係がある。より詳細には、ＤＰＦ６２のケーシングの温度と、フィルタ６２ａの外周部６２ｅの温度と、フィルタ６２ａの内周部６２ｆの温度との間には、相関関係がある。
【００３７】
そのため、ＤＰＦ６２のケーシングの温度とフィルタ６２ａの温度の相関関係と、ＤＰＦ６２のケーシングの温度とに基づいて、温度センサ６６は、フィルタ６２ａの温度を取得することができる。なお、たとえば複数の温度センサ６６をフィルタ６２ａの下流の排気通路３０内に配置して、フィルタ６２ａの外周部６２ｅの温度と、フィルタ６２ａの内周部６２ｆの温度をそれぞれ取得するようにしてもよい。
【００３８】
本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０は、前述の制御部６５の構成に特徴を有している。制御部６５は、前述のように、燃焼ユニット６４を制御して、フィルタ６２ａの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように構成されている。以下、制御部６５による、第１再生処理条件における燃焼ユニット６４の制御と、第２再生処理条件における燃焼ユニット６４の制御について、詳細に説明する。
【００３９】
（第１再生処理条件）
制御部６５は、第１再生処理条件において、フィルタ６２ａの外周部６２ｅで、フィルタ６２ａの温度を５００℃未満にして、粒子状物質であるＰＭの燃焼を抑制するように、燃焼ユニット６４を制御する。より詳細には、制御部６５は、たとえば、記憶部８３に記憶された制御プログラムに基づいて、差圧センサ７０によって取得した差圧が所定値に達した時に、温度センサ６６によってフィルタ６２ａの外周部６２ｅの温度を取得し、燃焼ユニット６４を構成するインジェクタ１２を制御する。これにより、制御部６５は、第１再生処理条件において、フィルタ６２ａの外周部６２ｅで、フィルタ６２ａの温度を５００℃未満にしてＰＭの燃焼を抑制する。
【００４０】
また、制御部６５は、第１再生処理条件において、フィルタ６２ａの内周部６２ｆで、フィルタ６２ａの温度を５００℃以上５８０℃以下にしてＰＭを燃焼させるように、燃焼ユニット６４を制御する。より詳細には、制御部６５は、たとえば、記憶部８３に記憶された制御プログラムに基づいて、温度センサ６６によってフィルタ６２ａの内周部６２ｆの温度を取得し、燃焼ユニット６４を構成するインジェクタ１２を制御する。これにより、制御部６５は、第１再生処理条件において、フィルタ６２ａの内周部６２ｆで、フィルタ６２ａの温度を５００℃以上５８０℃以下にしてＰＭを燃焼させる。
【００４１】
また、制御部６５は、第１再生処理条件において、フィルタ６２ａを通過するガス流によってＰＭの燃焼後のアッシュをフィルタ６２ａの下流側へ移動させるように、燃焼ユニット６４を制御する。より詳細には、制御部６５は、たとえば、記憶部８３に記憶された制御プログラムに基づいて、たとえばＥＧＲバルブ４２を制御して排気通路３０に流れる排気の流量を制御する。これにより、制御部６５は、第１再生処理条件において、フィルタ６２ａを通過するガス流の流量を調節し、そのガス流によってＰＭの燃焼後のアッシュをフィルタ６２ａの下流側へ移動させる。
【００４２】
（第２再生処理条件）
制御部６５は、第２再生処理条件において、フィルタ６２ａの外周部６２ｅおよび内周部６２ｆでフィルタ６２ａの温度を５８０℃よりも高温にして、粒子状物質であるＰＭの燃焼を促進させるように、燃焼ユニット６４を制御する。より詳細には、制御部６５は、たとえば、記憶部８３に記憶された制御プログラムに基づいて、前述の第１再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生後、第２再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生を開始する。
【００４３】
たとえば、制御部６５は、前述の第１再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生後、温度センサ６６によってフィルタ６２ａの外周部６２ｅおよび内周部６２ｆの温度を取得し、燃焼ユニット６４を構成するインジェクタ１２を制御する。これにより、制御部６５は、第２再生処理条件において、フィルタ６２ａの外周部６２ｅおよび内周部６２ｆでフィルタ６２ａの温度を５８０℃よりも高温にして、ＰＭの燃焼を促進させる。
【００４４】
以上のように、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０は、フィルタ６２ａと、燃焼ユニット６４と、制御部６５と、を備えている。フィルタ６２ａは、銀触媒を担持して内燃機関であるエンジン１０の排気に含まれる可燃性の粒子状物質（ＰＭ）および不燃成分を捕捉する。燃焼ユニット６４は、フィルタ６２ａに捕捉されたＰＭを銀触媒によって燃焼させてフィルタ６２ａを再生する。制御部６５は、フィルタ６２ａの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように燃焼ユニット６４を制御するように構成されている。
【００４５】
制御部６５は、第１再生処理条件においてフィルタ６２ａの外周部６２ｅでフィルタ６２ａの温度を５００℃未満にしてＰＭの燃焼を抑制するとともにフィルタ６２ａの内周部６２ｆでフィルタ６２ａの温度を５００℃以上５８０℃以下にするように構成されている。これにより、制御部６５は、第１再生処理条件においてフィルタ６２ａの内周部６２ｆでＰＭを燃焼させ、フィルタ６２ａを通過するガス流によってＰＭの燃焼後のアッシュをフィルタ６２ａの下流側へ移動させるように燃焼ユニット６４を制御する。また、制御部６５は、第２再生処理条件においてフィルタ６２ａの外周部６２ｅおよび内周部６２ｆでフィルタ６２ａの温度を５８０℃よりも高温にしてＰＭの燃焼を促進させるように燃焼ユニット６４を制御する構成になっている。
【００４６】
次に、従来の内燃機関の排気浄化装置との比較に基づき、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０の作用について説明する。
【００４７】
従来の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関から排出される固体の凝集炭素粒子（soot）などの粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタを再生処理する場合、通常、フィルタの温度を６５０℃前後まで上昇させる。これにより、ＰＭを燃焼および酸化させて、フィルタをＰＭ捕集前の状態に戻す必要がある。しかし、たとえば、フィルタの温度を６５０℃前後まで上昇させた時に内燃機関が停止すると、フィルタを通過する排気を含む気体の流れが停止した状態でＰＭの燃焼のみが進行する。
【００４８】
そのため、従来の内燃機関の排気浄化装置は、フィルタの断熱効果によって、フィルタの温度が９００℃以上の高温まで異常昇温するおそれがある。また、従来の内燃機関の排気浄化装置は、フィルタの外周部まで熱が行き渡りにくく、フィルタの外周部においてＰＭが燃焼せずに残留しやすい。そのため、フィルタの外周部において燃焼せずに残留したＰＭが、内燃機関の急な停止などによって異常昇温しやすく、フィルタの最外周において熱応力割れを引き起こすおそれがある。
【００４９】
これに対し、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０は、銀触媒を担持して内燃機関の排気に含まれる可燃性のＰＭおよび不燃成分を捕捉するフィルタ６２ａを備えている。フィルタ６２ａに担持された銀触媒は、５００℃台からＰＭを燃焼させることができるため、フィルタ６２ａが９００℃以上の異常昇温に至りにくく、フィルタ６２ａにＰＭが残留しにくい。そのため、銀触媒を担持したフィルタ６２ａは、最外周部における熱応力割れも発生しにくいという特性がある。しかし、フィルタ６２ａの使用履歴の増加に伴い、徐々にＰＭの燃焼性能が劣化し、最外周部にＰＭが堆積しやすくなる。
【００５０】
前記特許文献１に記載された従来の排気浄化装置のように、フィルタの周辺部に両端を閉塞した周辺セル断熱部を設けることで、フィルタの最外周部にＰＭが堆積しないようにすることが可能である。しかし、フィルタの周辺部に周辺セル断熱部を設けると、新品のフィルタであっても、周辺セル断熱部を有しないフィルタと比較して、使用開始時から圧力損失が高くなるという課題がある。
【００５１】
これに対し、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０は、フィルタ６２ａの外周部６２ｅに周辺セル断熱部を設けることなく、フィルタ６２ａの外周部６２ｅにＰＭが堆積しないようにすることが可能である。したがって、周辺セル断熱部を有しない通常のフィルタと比較して、使用開始時から圧力損失が高くなることがない。
【００５２】
より具体的には、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０は、制御部６５によって、フィルタ６２ａの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように燃焼ユニット６４を制御する。これにより、第２再生処理条件によってフィルタ６２ａの外周部６２ｅのＰＭを燃焼および酸化させて除去することができる。したがって、フィルタ６２ａの使用開始時から、アッシュの堆積によって外周部６２ｅの圧力損失が所定値を超えて上昇するまでの間は、特許文献１に記載の従来の排気浄化装置と比較して、フィルタ６２ａの圧力損失が低減されるメリットを享受することができる。
【００５３】
より詳細には、制御部６５は、第１再生処理条件において、前述のように、フィルタ６２ａの外周部６２ｅにおけるフィルタ６２ａの温度を５００℃未満にして、粒子状物質であるＰＭの燃焼を抑制するように、燃焼ユニット６４を制御する。なお、たとえば２０分以内である第１再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生中に、５００℃未満の外周部６２ｅではＰＭの燃焼はほとんど進行しない。これにより、第１再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生では、フィルタ６２ａの外周部６２ｅにおいて、ＰＭが燃焼せずに残存する。
【００５４】
図６は、図４に示す制御部６５による第１再生処理条件を説明する説明図である。図６は、第１再生処理条件でフィルタ６２ａを再生した時のフィルタ６２ａの内周部６２ｆにおけるＰＭを含む堆積物Ｄの様子を示している。図６では、（ａ）から（ｅ）へ進むにしたがって、時間が経過している。
【００５５】
制御部６５は、第１再生処理条件において、前述のように、フィルタ６２ａの内周部６２ｆで、フィルタ６２ａの温度を５００℃以上５８０℃以下にしてＰＭを燃焼させるように、燃焼ユニット６４を制御する。これにより、フィルタ６２ａの内周部６２ｆに堆積したＰＭを含む堆積物Ｄは、図６の（ａ）に示すように、フィルタ６２ａに堆積して基材内部までＰＭが入り込んだ状態から、まず、図６の（ｂ）に示すように、基材内部のＰＭの少なくとも一部が消失した状態になる。
【００５６】
これにより、フィルタ６２ａからの堆積物Ｄの剥離を妨げるアンカーとしての基材内部のＰＭの少なくとも一部が消失し、堆積物Ｄがフィルタ６２ａから浮き上がるように剥離する。そして、フィルタ６２ａを通過するガス流によって、図６（ｃ）に示すように、剥離した堆積物Ｄがフィルタ６２ａを通過するガス流によって下流側に流されて、フィルタ６２ａの後方へ移動する。その後、図６（ｄ）に示すように、フィルタ６２ａの後方へ移動した堆積物Ｄが酸化および燃焼して減少し、図６（ｅ）に示すように、フィルタ６２ａの後方でアッシュＡになる。
【００５７】
すなわち、第１再生処理条件では、フィルタ６２ａの内周部６２ｆで５００℃以上５８０℃以下の比較的に低温でフィルタ６２ａに堆積したＰＭを含む堆積物Ｄを燃焼および酸化させることで、フィルタ６２ａの基材に接触したＰＭの少なくとも一部が消失する。そして、フィルタ６２ａの基材に接触していないＰＭが、燃焼および酸化した不燃成分のアッシュＡとともに、ガス流によってフィルタ６２ａの後方へ流され、フィルタ６２ａの後方で燃焼および酸化する。したがって、アッシュＡは、フィルタ６２ａの後方のみに溜まる。
【００５８】
以上により、第１再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生が終了し、フィルタ６２ａの外周部６２ｅではＰＭを含む堆積物Ｄが残留し、フィルタ６２ａの内周部６２ｆではＰＭを含む堆積物Ｄが除去される。制御部６５は、この第１再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生が終了した後に、前述のように、第２再生処理条件によるフィルタ６２ａの再生を行う。
【００５９】
図７は、図４に示す制御部６５による第２再生処理条件を説明する説明図である。図７は、第２再生処理条件でフィルタ６２ａを再生した時のフィルタ６２ａの外周部６２ｅにおけるＰＭを含む堆積物Ｄの様子を示している。図７では、（ａ）から（ｄ）へ進むにしたがって、時間が経過している。
【００６０】
制御部６５は、第２再生処理条件において、前述のように、フィルタ６２ａの外周部６２ｅおよび内周部６２ｆでフィルタ６２ａの温度を５８０℃よりも高温にして、ＰＭの燃焼を促進させるように、燃焼ユニット６４を制御する。これにより、図７の（ａ）に示すように、フィルタ６２ａの外周部６２ｅに堆積したＰＭを含む堆積物Ｄは、図７の（ｂ）から（ｄ）に示すように、フィルタ６２ａから剥離する間もなくその場で燃焼および酸化し、その場にアッシュＡが残る。
【００６１】
このように、制御部６５によって、フィルタ６２ａの第１再生処理条件と第２再生処理条件とを繰り返すように燃焼ユニット６４を制御することで、内燃機関の運転時間の経過にともなって、フィルタ６２ａの外周部６２ｅのセルに選択的にアッシュＡを徐々に堆積させることができる。これにより、内燃機関の運転時間の経過にともなって、フィルタ６２ａのＰＭの燃焼性能が劣化していくと、フィルタ６２ａの外周部６２ｅに堆積したアッシュＡにより外周部６２ｅの圧力損失が上昇し、外周部６２ｅにＰＭが堆積しにくくなるメリットを享受することができる。
【００６２】
これにより、フィルタ６２ａの使用開始からＰＭの燃焼性能が低下するまでの長期間にわたって、フィルタ６２ａの外周部６２ｅの圧力損失を緩やかに上昇させ、フィルタ６２ａの外周部６２ｅに堆積するＰＭを緩やかに減少させることができる。そのため、たとえば、エンジン１０が急に停止し、フィルタ６２ａを通過する排気を含む気体の流れが停止した状態でＰＭの燃焼のみが進行した場合でも、フィルタ６２ａの再生時の異常昇温を防止することができる。したがって、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置６０によれば、たとえば５万ｋｍ以上の走行時にも、ＰＭの燃焼による異常昇温でフィルタ６２ａの最外周が熱応力割れを起こすのを防止することができる。
【００６３】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６４】
１０    エンジン（内燃機関）
６０    排気浄化装置
６２ａ  フィルタ
６４    燃焼ユニット
６５    制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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