(57)【要約】【課題】フィルタによるＰＭの捕集率を維持しつつフィルタの再生を行うことができる技術を提供する。【解決手段】酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、フィルタ温度検出手段の検出値及び前記運転状態検出手段の検出値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、を備えた。これにより、粒子状物質の堆積量を所定の範囲内になるように制御し、ＰＭの捕集率を維持することが可能となる。【選択図】図３
2004076684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記フィルタ温度検出手段の検出値及び前記運転状態検出手段の検出値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記運転状態検出手段は機関の負荷状態及び機関の回転数を検出し、
機関の負荷状態及び機関の回転数から内燃機関の運転制御を行う制御マップであってフィルタの温度に対して制御値が異なる複数の制御マップをさらに備え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】
前記機関制御手段は、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度が低いほど粒子状物質の排出量が少なくなるように機関の運転を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記フィルタ温度検出手段により検出された温度と該温度のときのフィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度と前記内燃機関から排出される粒子状物質の量とからフィルタに残留する粒子状物質の量を求める残留量推定手段を更に備え、前記機関制御手段は、前記残留量推定手段により推定される粒子状物質の量が所定範囲内となるように機関から排出される粒子状物質の量を制御することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段により検出された堆積量が多いときほど粒子状物質の排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段の検出値からそのときの粒子状物質の捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記捕集率推定手段による推定値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記機関制御手段は、前記捕集率推定出手段により推定される粒子状物質の捕集率が所定範囲内となるように機関の運転を制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記パティキュレートフィルタは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持し、
該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
ＮＯｘ吸蔵量推定手段により推定されたＮＯｘの吸蔵量が多いほどＮＯｘの排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から７の何れか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】
近年、ディーゼルエンジンの排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」という。）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放出されないように排気系にＰＭの捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が知られている。
【０００３】
このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕集され大気中へ放出されることを防止することができる。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが該フィルタに堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを着火燃焼せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
例えば、特開平９−９４４３４号公報では、セル間の隔壁内部に形成された気孔内に触媒を薄く均一に担持させ、隔壁内部の気孔内部でＰＭを燃焼除去できるウォールフロー型のフィルタが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタに捕集されたＰＭは、それ自身がフィルタの役目を果たし、ＰＭの捕集量が多くなるほど排気中のＰＭの捕集率が大きくなる。従って、フィルタの再生を行いフィルタに堆積するＰＭの量が減少するとＰＭの捕集率が低下することがある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタによるＰＭの捕集率を維持しつつフィルタの再生を行うことができる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの温度を検出するフィルタ温度検出手段と、
機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記フィルタ温度検出手段の検出値及び前記運転状態検出手段の検出値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の最大の特徴は、機関から排出される粒子状物質の量をフィルタの温度に基づいて調整し、フィルタに堆積する粒子状物質の量を適正に保つことにある。
【０００９】
フィルタに捕集された粒子状物質は、酸化させることにより除去することが可能となるが、このときの酸化速度は該フィルタの温度（床温）により異なり、温度が高いほど酸化速度は速くなる。従って、内燃機関が高回転高負荷で運転されているときには、機関から排出される粒子状物質の量よりもフィルタでの粒子状物質の酸化速度が速くなり、フィルタに堆積した粒子状物質が除去される。しかし、内燃機関の回転数や負荷が変化しても、フィルタの温度はすぐには変化せずある程度の時間を要する。従って、機関負荷が大きい場合であってもフィルタの温度が低いときがあり、一方、機関負荷が小さい場合であってもフィルタの温度が高いときがある。ここで、フィルタの温度が高い場合には、粒子状物質の酸化速度が速いために機関から排出される粒子状物質の量が多くても酸化することができる。そこで、フィルタの温度に基づいて機関の運転制御を行い、粒子状物質の排出量を制御すれば、フィルタに堆積する粒子状物質の量を制御することが可能となり、フィルタの目詰まりや捕集率の低下を抑制することが可能となる。
【００１０】
本発明においては、前記運転状態検出手段は機関の負荷状態及び機関の回転数を検出し、
機関の負荷状態及び機関の回転数から内燃機関の運転制御を行う制御マップであってフィルタの温度に対して制御値が異なる複数の制御マップをさらに備えることができる。
【００１１】
フィルタの温度により異なる複数の制御マップを備えることにより、フィルタの温度に基づいた内燃機関の運転制御が可能となる。
【００１２】
本発明においては、前記機関制御手段は、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度が低いほど粒子状物質の排出量が少なくなるように機関の運転を制御することができる。
【００１３】
フィルタの温度が低い場合には、粒子状物質の酸化速度が遅いため、粒子状物質の排出量が少なくなるような運転状態とすることにより、フィルタの目詰まりを抑制することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記フィルタ温度検出手段により検出された温度と該温度のときのフィルタに捕集された粒子状物質の酸化速度と前記内燃機関から排出される粒子状物質の量とからフィルタに残留する粒子状物質の量を求める残留量推定手段を更に備え、前記機関制御手段は、前記残留量推定手段により推定される粒子状物質の量が所定範囲内となるように機関から排出される粒子状物質の量を制御することができる。
【００１５】
フィルタで酸化される粒子状物質の量よりも内燃機関から排出される粒子状物質の量が多い場合にはフィルタに堆積する粒子状物質の量が増加する。一方、フィルタで酸化される粒子状物質の量よりも内燃機関から排出される粒子状物質の量が少ない場合にはフィルタに堆積する粒子状物質の量が減少する。従って、内燃機関から排出される粒子状物質の量を制御することにより、フィルタに堆積する粒子状物質の量の増減を所定の範囲内に収めることが可能となり、粒子状物質の捕集率を維持することが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段により検出された堆積量が多いときほど粒子状物質の排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
を更に備えることができる。
【００１７】
フィルタに捕集された粒子状物質の量が多くなると、フィルタに目詰まりが生じる虞がある。また、堆積した粒子状物質が酸化される際に発生する熱によりフィルタが劣化する虞がある。そこで、フィルタに捕集された粒子状物質の量が多くなるほど粒子状物質の排出量が少なくなるように機関を制御することにより、フィルタの目詰まりや劣化を抑制することが可能となる。
【００１８】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
酸化能を有する触媒を担持し且つ内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに堆積している粒子状物質の量を検出する堆積量検出手段と、
前記堆積量検出手段の検出値からそのときの粒子状物質の捕集率を推定する捕集率推定手段と、
前記捕集率推定手段による推定値に基づいて内燃機関の運転を制御する機関制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の最大の特徴は、粒子状物質のフィルタにおける捕集率に基づいて機関から排出される粒子状物質の量を調整してフィルタに堆積する粒子状物質の量を適正に保つことにある。
【００２０】
排気中の粒子状物質のうちフィルタが捕集可能な粒子状物質の率（捕集率）は、フィルタに堆積している粒子状物質の量により異なる。この捕集率はフィルタに堆積している粒子状物質の量が多くなるほど高くなる。一方で、フィルタに堆積する粒子状物質の量が多くなると、フィルタの目詰まりや劣化を誘発する。そこで、フィルタにおける粒子状物質の捕集率に基づいて機関の運転制御を行い、粒子状物質の排出量を制御すれば、フィルタに堆積する粒子状物質の量を制御することが可能となり、フィルタの目詰まりや捕集率の低下を抑制することが可能となる。
【００２１】
本発明においては、前記機関制御手段は、前記捕集率推定出手段により推定される粒子状物質の捕集率が所定範囲内となるように機関の運転を制御することができる。
【００２２】
粒子状物質の捕集率が高い場合には、フィルタに堆積している粒子状物質の量が多くなっている。このような場合には、粒子状物質の排出量を減少させることによりフィルタの目詰まりや劣化を抑制することが可能となる。一方、粒子状物質の捕集率が所定範囲よりも低くなると大気中へ放出される粒子状物質の量が増加してしまう。このような場合には、機関からの粒子状物質の排出量を増加させることによりフィルタでの粒子状物質の堆積量を適正化することが可能となり、捕集率を所定の範囲内に維持することが可能となる。
【００２３】
第１及び第２の発明においては、前記パティキュレートフィルタは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持し、
該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
ＮＯｘ吸蔵量推定手段により推定されたＮＯｘの吸蔵量が多いほどＮＯｘの排出量が少なくなるように前記機関制御手段の制御値を補正する手段と、
をさらに備えることができる。
【００２４】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵することができるＮＯｘの量には限りがある。そこで、ＮＯｘの吸蔵量が多くなった場合には、機関から排出されるＮＯｘの量を減少させることにより、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２８】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２９】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３０】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３１】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３２】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３３】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動するターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。また、ターボチャージャの上流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１２が取り付けられている。
【００３４】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３５】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３６】
一方、エンジン１には、排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３７】
前記排気枝管１３は、前記ターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１４と接続され、この排気管１４は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３８】
前記排気管１４の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持し、且つ排気中のＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１６が設けられている。
【００３９】
ここで、本実施の形態に係るフィルタ１６について説明する。
【００４０】
図２は、フィルタ１６の断面図である。図２（Ａ）は、フィルタ１６の横方向断面を示す図である。図２（Ｂ）は、フィルタ１６の縦方向断面を示す図である。
【００４１】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ１６は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００４２】
フィルタ１６は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。
【００４３】
本実施例では各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が坦持されている。
【００４４】
フィルタ１６は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持して構成される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という。）を採用した。更に、Ｏ２ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ２Ｏ３）を添加しても良い。
【００４５】
このように構成されたＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。
【００４６】
一方、ＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）に還元せしめることができる。
【００４７】
前記ターボチャージャ１５の下流で且つフィルタ１６より上流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ１７が取り付けられている。排気温度センサ１７によりフィルタ１６に流入する排気の温度が検出されるが、この温度によりフィルタ１６の床温を推定することができる。
【００４８】
前記したフィルタ１６より下流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１８が設けられている。この排気絞り弁１８には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１８を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１９が取り付けられている。
【００４９】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１３へ排出され、次いで排気枝管１３からターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００５０】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１４を介してフィルタ１６へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された後マフラーを介して大気中に放出される。
【００５１】
また、排気枝管１３と吸気枝管８とは、排気枝管１３内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２０を介して連通されている。このＥＧＲ通路２０の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２０内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２１が設けられている。
【００５２】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２１が開弁されると、ＥＧＲ通路２０が導通状態となり、排気枝管１３内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２０を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００５３】
ＥＧＲ通路２０を介して排気枝管１３から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００５４】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２２が併設されている。このＥＣＵ２２は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００５５】
ＥＣＵ２２には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２２には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１１、排気絞り用アクチュエータ１９、ＥＧＲ弁２１、後述する還元剤噴射弁２３等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２２は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００５６】
尚、本実施の形態では、フィルタ１６より上流の排気管１４を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ１６に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００５７】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気ポート１ｂ若しくは排気枝管１３内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ２２からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２３と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２３へ導く還元剤供給路２４と、を備えている。
【００５８】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２４を介して還元剤噴射弁２３へ印加される。そして、ＥＣＵ２２からの信号により該還元剤噴射弁２３が開弁して排気枝管１３内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００５９】
還元剤噴射弁２３から排気ポート１ｂ若しくは排気枝管１３内へ噴射された還元剤は、排気枝管１３の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００６０】
その後、ＥＣＵ２２からの信号により還元剤噴射弁２３が閉弁し、排気枝管１３内への還元剤の添加が停止される。
【００６１】
このようにして、フィルタ１６に還元剤が供給された結果、フィルタ１６に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フィルタ１６に流入した燃料により活性酸素が放出されることによって、ＰＭが酸化されやすいものに変質し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、燃料添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、燃料の酸化反応によりフィルタ１６の温度が上昇する。そして、活性酸素によりＰＭは酸化燃焼され除去される。また、フィルタ１６に流入した酸素濃度の低い排気は、フィルタ１６に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する。
【００６２】
ここで、前記フィルタ１６は、ＰＭの捕集量が多くなるとＰＭ自体がフィルタの役目を果たして捕集率が向上していた。従って、フィルタ１６の再生を実施して、フィルタ１６に捕集されたＰＭを全て除去してしまうとＰＭの捕集率が低下することがあった。
【００６３】
ところで、機関の運転状態が変化すると排気の温度が変化し、この排気の温度変化に伴ってフィルタ１６の温度が変化する。このときフィルタ１６の温度は徐々に変化するため、フィルタ１６の温度が機関運転状態に相応したものとなるまでにはある程度の時間を要する。このように温度が変化している間に機関運転状態にのみ基づいて機関運転制御を行うと、フィルタ１６にＰＭが必要以上に堆積したり、またはＰＭが必要以上に除去されたりする虞があった。
【００６４】
例えば、従来の機関では、低負荷運転時にフィルタ１６が低温となるためにＰＭの酸化速度が遅くなるものとして、ＰＭの排出量を減少させるような運転制御を行ってフィルタ１６の詰まりを抑制していた。しかし、高負荷運転が続いた後に低負荷運転に移行した場合には、フィルタ１６の温度はまだ高い状態であるため、ＰＭの酸化速度は速い状態となっている。従って、上述のようなＰＭの排出量を減少させるような運転制御を行う必要はない。また、ＰＭの排出量とＮＯｘの排出量とでは反比例する関係にあるため、ＰＭの排出量を減少させるような運転制御を行わずに、ＮＯｘの排出量を減少させるような運転制御を行えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるための燃料の添加を減少させることができ、燃費低減を図ることができる。
【００６５】
一方、低負荷運転が続いた後に高負荷運転状態に移行した場合には、フィルタ１６の温度はまだ低い状態であるためＰＭの酸化速度が遅い。従って、ＰＭの排出量が多い場合にはフィルタ１６の目詰まりが発生してしまう。このため、速やかにフィルタ１６の温度を上昇させるような運転制御を行ことにより、フィルタ１６の目詰まりを抑制することができる。
【００６６】
図３は、フィルタ１６の温度毎に回転数とトルク（負荷）とからエンジン運転条件を決定するためのマップである。フィルタ１６の床温が例えば２００℃未満の場合にはマップ１を使用し、例えば２００℃以上３００℃未満の場合にはマップ２を使用し、例えば３００℃以上４００℃未満の場合にはマップ３を使用し、例えば４００℃以上の場合にはマップ４を使用する。
【００６７】
このマップにより、ＥＧＲ弁２１の開度、吸気絞り弁１０の開度、燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量等が制御されエンジン１が運転される。ここで、ＥＧＲ弁２１は、開弁することによりエンジン１に吸入されるＥＧＲ量が増加し、閉弁することによりエンジン１に吸入されるＥＧＲ量が減少する。ＥＧＲガスは、気筒２内の燃焼温度を低下させるため、ＮＯｘの排出量を低下させることができるが、燃焼状態が不安定となるためＰＭの排出量が増加させることがある。また、吸気絞り弁１０は、開弁することによりエンジン１に吸入される新気の量が増加し、安定した燃焼状態が得られるため燃焼温度が上昇し、ＮＯｘの排出量が増加するもののＰＭの排出量は減少する。一方、吸気絞り弁１０を閉弁することによりエンジン１に吸入される新気の量が減少し、燃焼状態が不安定となるため燃焼温度が低下する。そのため、ＮＯｘの排出量が減少するもののＰＭの排出量は増加する。更に、燃料噴射時期を遅角させることにより、機関出力とならないまま排出される混合気が増加するので排気の温度を上昇させ、また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において未燃ガスの酸化により発生する熱によりフィルタ１６の温度を上昇させることが可能となる。また、燃料の噴射圧力を上昇させることにより燃料の霧化が促進されるので、燃焼温度を上昇させることができるとともにＰＭの排出量を減少させることができる。他にも、排気絞り弁１８の開度や、ターボチャージャ１５に可変容量型ターボチャージャを採用した場合にはノズルベーンの開度等を制御しても良い。ここで、排気絞り弁１８またはノズルベーンの開度を閉じ側へ制御するとＥＧＲガスの還流量が増加するため、ＰＭの排出量が増加するとともにＮＯｘの排出量が減少する。
【００６８】
これら、ＥＧＲ弁２１の開度、吸気絞り弁１０の開度、燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁１８の開度、ノズルベーンの開度等とフィルタ温度、機関回転数、機関負荷との関係は、予め実験等により求めてマップ化したものをＥＣＵ２２に記憶させておく。
【００６９】
次に、図４は、フィルタ１６の温度と使用マップとの関係を示したタイムチャート図である。図中▲１▼及び▲２▼の範囲は、従来の機関運転制御と異なる運転制御を実施する領域である。この図４では、最初に低負荷で定常状態若しくはアイドル状態で運転されている。この場合、エンジン１から排出される排気の温度は低いためにフィルタ１６の床温は低い状態であり、図３中のマップ１が適用される。次に、車両が加速して次第に速度が速くなるが、フィルタ１６の床温はすぐには上昇しない。従って、車両が加速を始めてからすぐにはマップを変更されず、フィルタ１６の床温が例えば２００℃となった時点で図３中のマップ２に変更される。次いで、フィルタ１６の床温が例えば３００℃となった時点で図３中のマップ３に変更される。ここで、車両速度は一定となるが、フィルタ１６の床温は上昇を続ける。そして、フィルタ１６の床温が例えば４００℃となった時点で図３中のマップ４に変更される。その後、車両は減速されるが、フィルタ１６の床温はすぐには低下しないため引き続きマップ４が適用される。車両が低負荷定常状態若しくはアイドル状態で運転され、フィルタ１６の床温が例えば４００℃まで低下した時点でマップ３に、３００℃まで低下した時点でマップ２に、２００℃まで低下した時点でマップ１に変更される。
【００７０】
このようにして、フィルタ１６床温に基づいたエンジン１の運転制御が可能となる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ１６の床温に基づいて運転制御マップを変更し、ＰＭ排出量及びＮＯｘ排出量に応じたエンジン１の運転制御を行うことが可能となる。
【００７２】
フィルタの床温が高い場合には、ＮＯｘの排出量を減少させる運転制御を行うことができ、ＮＯｘ還元のための燃料添加量を減少させ燃費の悪化を抑制することができる。また、フィルタの床温が低い場合には、燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期を遅角させてフィルタの温度を上昇させることができる。これによりフィルタの目詰まりを抑制することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、第１の実施の形態と比較してフィルタ１６に堆積しているＰＭの量が所定範囲内となるようにエンジン制御を行う点で異なる。尚、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００７３】
フィルタ１６にＰＭが堆積するとＰＭ自体がフィルタの役目を果たす。従って、フィルタ１６に堆積しているＰＭの量が少ないと、該フィルタ１６をＰＭがすり抜けてＰＭの捕集率が低くなることがある。
【００７４】
図５は、ＰＭの堆積量と捕集率との関係を示した図である。
【００７５】
図５中の低捕集率領域では、ＰＭの堆積量が少ないため捕集率が低下する。一方、ＰＭ酸化速度低下領域では、ＰＭの堆積量が多いためＰＭの酸化速度が遅くなりフィルタの目詰まりが発生する虞が生じたり、ＰＭの酸化反応時に発生する熱によりフィルタ１６が溶損若しくは劣化する虞が生じたり、さらにはフィルタ１６の通気抵抗が増大して機関出力が低下する虞が生じたりする。
【００７６】
そこで、本実施の形態では、ＰＭの堆積量が図５中の低捕集率領域よりも多く、且つＰＭ酸化速度低下領域よりも少ない範囲内となるようにエンジン制御を行う。
【００７７】
次に、図６は、本実施の形態によるエンジン制御を行う場合のフィルタ１６の床温とエンジンからのＰＭ排出量との関係を示した図である。ここで、フィルタ１６の床温が高くなるほどＰＭの酸化速度が速くなり、フィルタ１６に捕集されているＰＭの量が少なくなる。一方、フィルタ１６の床温が低くなるほどＰＭの酸化速度が遅くなるため、エンジン１からのＰＭの排出量を減少させる必要がある。
【００７８】
本実施の形態では、ＰＭの排出量が図６中のＰＭ排出量制御領域内に入るようにエンジン１の運転制御が行われる。この領域は、フィルタ１６に捕集されたＰＭが酸化されて減少する量と、エンジン１から排出されるＰＭの量とが同量となるようにＰＭの排出量の上限を設定する（図６中のＰＭ排出量上限の線）。一方、エンジン１から排出されるＰＭの量が少なくなりすぎると、ＰＭの堆積量が減少してＰＭの捕集率が低下するため、予め実験等によりＰＭ排出量の下限を求めて設定しておく（図６中のＰＭ排出量下限の線）。ここで、ＰＭ排出量は、第１の実施の形態と同様にして、ＥＧＲ弁２１の開度、吸気絞り弁１０の開度、燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁１８の開度、ノズルベーンの開度等により制御される。
【００７９】
ＰＭの酸化速度は、フィルタ１６に堆積したＰＭの量により異なるため、ＰＭの堆積量を検出して、この検出値に基づいて制御範囲を変更しても良い。即ち、フィルタ１６に捕集されたＰＭの量が多くなるほどＰＭの酸化速度は遅くなるため、ＰＭの排出量が少なくなるように制御範囲を変更する。フィルタ１６に捕集されたＰＭの量は、例えば、フィルタ１６前後の差圧を検出する差圧センサ（図示省略）を排気管に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたＰＭ量を予め実験等により求めておくことにより求めることができる。また、運転状態に応じたＰＭ排出量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求まるＰＭ排出量を積算してＰＭの堆積量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定しても良い。
【００８０】
尚、フィルタ１６の床温からＰＭの酸化速度（若しくはＰＭ減少量）を求め、一方で、エンジン１から排出されるＰＭ量を求め、これらの値からＰＭ残留量を算出して該ＰＭ残留量を所定の範囲に入るようにエンジン制御を行うとしても良い。フィルタ１６の床温とＰＭ酸化速度（若しくはＰＭ減少量）の関係は予め実験等により求めることができる。ＰＭの減少量と排出量とを積算することによりＰＭの残留量を求めることができる。
【００８１】
また、本実施の形態では、エンジンからのＰＭの排出量に応じてエンジン制御を行う態様について説明したが、これに代えて、フィルタ１６に捕集されるＰＭの捕集率に応じたエンジン制御を行っても良い。ＰＭの捕集率は、図５の関係に基づいて求めることができる。ここで、図５に示した低捕集率領域及び酸化速度低下領域に入らないようにＰＭの排出量を制御する。
【００８２】
このように、本実施の形態によれば、フィルタ１６に堆積するＰＭの減少によるＰＭの捕集率の低下を抑制することができ、且つ、フィルタ１６の目詰まりや劣化を抑制することができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態においては、第１及び第２の実施の形態と比較して、フィルタ１６の床温及びフィルタ１６に堆積しているＰＭの量に応じてエンジン運転制御を行う点で異なる。尚、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００８３】
第１の実施の形態では、フィルタ１６の床温に応じたエンジン制御マップを有していたが、本実施の形態では、フィルタ１６の床温及びフィルタ１６に堆積するＰＭの量に応じたエンジン制御マップを有する。
【００８４】
フィルタ１６に捕集されているＰＭの量が少ないときには、該フィルタ１６をＰＭがすり抜けることがあるため捕集率が低くなる。ここで、フィルタ１６の床温が高い場合には、ＰＭの酸化速度が速いために、フィルタ１６に捕集されているＰＭの量が減少してしまう。一方、フィルタ１６に捕集されたＰＭの量が多くなると、ＰＭの酸化反応時に発生する熱によりフィルタ１６が溶損若しくは劣化する虞が生じる。また、ＰＭの捕集量が多くなると、フィルタ１６の通気抵抗が増大して機関出力が低下してしまう。
【００８５】
ここで、ＰＭの排出量は、第１の実施の形態と同様にして、ＥＧＲ弁２１の開度、吸気絞り弁１０の開度、燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁１８の開度、ノズルベーンの開度等により制御される。
【００８６】
次に、フィルタ１６に捕集されたＰＭの量は、第２の実施の形態と同様にして、フィルタ１６前後の差圧を検出する差圧センサ（図示省略）を排気管に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたＰＭ量を予め実験等により求めておくことにより求めることができる。また、運転状態に応じたＰＭ排出量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求まるＰＭ排出量を積算してＰＭの堆積量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定しても良い。
【００８７】
ＰＭの堆積量とフィルタ１６の床温、機関回転数、機関負荷とで前記ＥＧＲ弁２１の開度、吸気絞り弁１０の開度、燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、排気絞り弁１８の開度、ノズルベーンの開度等を制御するマップを予め実験等により求めてＥＣＵ２２に記憶させておく。このようにして、ＰＭの堆積量、フィルタ１６の床温、機関回転数、機関負荷からエンジン１の運転制御を行い、最適なＰＭ堆積量を維持することが可能となる。
【００８８】
尚、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様にフィルタ１６の床温に応じたエンジン制御マップを有し、該マップをフィルタ１６に堆積しているＰＭの量に基づいて補正するとしても良い。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ１６に堆積するＰＭの減少によるＰＭの捕集率の低下を抑制することができ、且つ、フィルタ１６の目詰まりや劣化を抑制することができる。
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態においては、第１の実施の形態と比較して、フィルタ１６の床温及びフィルタ１６に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量に応じてエンジン運転制御を行う点で異なる。尚、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００９０】
第１の実施の形態では、フィルタ１６の床温に応じたエンジン制御マップを有していたが、本実施の形態では、フィルタ１６の床温に応じたエンジン制御マップを吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量に応じて補正する。
【００９１】
ここで、エンジンから排出されるＮＯｘの量は、ＥＧＲガス量が少なくなるほど、エンジンに吸入される新気量が多くなるほど、燃料噴射時期が早くなると、燃料噴射圧力が高くなるほど多くなる。また、筒内における空燃比が理論空燃比近傍で多くなる。従って、ＮＯｘの吸蔵量が多くなりＮＯｘの排出量を低減させる場合には、ＥＧＲ弁２１の開度を閉じ側へ、吸気絞り弁１０の開度を開き側へ、燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期を進角側へ、燃料噴射圧力を減圧側へ、噴射量を理論空燃比近傍側へ、排気絞り弁１８を開き側へ、ノズルベーンを開き側へ制御するようにエンジン制御マップを補正する。
【００９２】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量は、例えば、フィルタ１６下流の排気管にＮＯｘセンサを取り付けて、該ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘの量により求めることができる。また、運転状態に応じたＮＯｘ排出量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求まるＮＯｘ排出量を積算して吸蔵されたＮＯｘの量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じて吸蔵されたＮＯｘの量を推定しても良い。
【００９３】
このように、エンジン制御マップを補正することにより、ＮＯｘの排出量を減少させることができ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ量が多くなり、且つ、ＮＯｘの還元を行うことができない場合であってもＮＯｘを大気中へ放出することを抑制することができる。また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるための燃料の添加を減少させることができ、燃費低減を図ることができる。
【００９４】
尚、本実施の形態においては、フィルタ１６の床温及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量毎にエンジン制御マップを有していても良い。
【００９５】
また、フィルタ１６のＰＭ堆積量及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を夫々検出して、ＰＭ若しくはＮＯｘの排出量の何れかを目標としてエンジン制御を行っても良い。一般に、ＰＭの排出量が増加すればＮＯｘの排出量は減少し、ＰＭの排出量が減少すればＮＯｘの排出量が増加する。ここで、フィルタ１６の状態若しくはエンジン１の運転状態により、ＰＭまたはＮＯｘの排出量の何れかを優先させてエンジン制御を行うようにしても良い。
【００９６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ１６の床温に基づいて運転制御マップを変更し、且つ運転制御マップをＮＯｘの吸蔵量に基づいて補正して、ＮＯｘ吸蔵量に応じたエンジン１の運転制御を行うことが可能となる。
【００９７】
これにより、ＮＯｘ還元のための燃料添加量を減少させ燃費の悪化を抑制することができる。また、吸蔵量が多くなった場合には、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。
【００９８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタに堆積した粒子状物質の量を所定の範囲内に維持することができ、粒子状物質の捕集率の低下を抑制することができる。また、フィルタの劣化及び目詰まりの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】フィルタ１６の温度毎に回転数とトルク（負荷）とからエンジン運転条件を決定するためのマップである。
【図４】フィルタ１６の温度と使用マップとの関係を示したタイムチャート図である。
【図５】ＰＭの堆積量と捕集率との関係を示した図である。
【図６】第２の実施の形態によるエンジン制御を行う場合のフィルタ床温とエンジンからのＰＭ排出量との関係を示した図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
１ｂ・・・排気ポート
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・吸気絞り弁
１１・・・吸気絞り用アクチュエータ
１２・・・エアフローメータ
１３・・・排気枝管
１４・・・排気管
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・パティキュレートフィルタ
１７・・・排気温度センサ
１８・・・排気絞り弁
１９・・・排気絞り用アクチュエータ
２０・・・ＥＧＲ通路
２１・・・ＥＧＲ弁
２２・・・ＥＣＵ
２３・・・還元剤噴射弁
２４・・・還元剤供給路
【図１】
2004076684.tif 000003
【図２】
2004076684.tif 000004
【図３】
2004076684.tif 000005
【図４】
2004076684.tif 000006
【図５】
2004076684.tif 000007
【図６】
2004076684.tif 000008