(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性を算出する酸化性算出手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたと判定されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性に応じて定まる温度制御条件に基づきリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備した排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記温度制御手段はパティキュレートフィルタの温度を前記温度制御条件により定まる設定温度まで上昇させかつ該設定温度に維持し、該設定温度はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性が低いときには高いときに比べて高く設定されている請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記温度制御手段はパティキュレートフィルタの温度を前記温度制御条件により定まる設定時間にわたって上昇させ、該設定時間はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性が低いときには高いときに比べて長く設定されている請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させることが可能な温度制御手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた第１の量を越えたか否かを判定する第１の判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が第１の量を越えたときには温度制御手段による温度制御を実行する第１の温度制御実行手段と、温度制御手段による温度制御が中断されたときにパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の堆積量が予め定められた第２の量よりも多いか否かを判定する第２の判定手段と、パティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の堆積量が第２の量よりも多いときにはパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え、次いで温度制御手段による温度制御を実行する第２の温度制御実行手段とを具備した排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる微粒子を除去するために機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置してこのパティキュレートフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、パティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼せしめることによりパティキュレートフィルタを再生するようにしている。この場合、捕集された微粒子を着火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間を要する。
【０００３】
一方、空燃比がリーンのときにはＮＯXを吸収し空燃比をリッチにすると吸収したＮＯXを放出し還元するＮＯX吸収剤をパティキュレートフィルタ上に担持した内燃機関が公知である（特開平６−１５９０３７号公報参照）。この内燃機関では通常リーン空燃比のもとで機関が運転され、ＮＯX吸収剤に吸収されているＮＯX量が許容値を越えるとＮＯX吸収剤からＮＯXを放出させるために空燃比が一時的にリッチされる。
【０００４】
ＮＯX吸収剤からＮＯXが放出され還元されるとＮＯXの還元時に発生する熱によってパティキュレートフィルタの温度が上昇する。そこでこの内燃機関の一例ではＮＯXの放出完了時に空燃比を再びリーンに戻し、このときパティキュレートフィルタの温度が上昇していることを利用してパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。また、他の例ではＮＯX吸収剤からＮＯXを放出すべきときにパティキュレートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えていないときには空燃比を単にリッチにし、パティキュレートフィルタ上流の排圧が一定圧を越えているときには空燃比をリッチしてＮＯX吸収剤からＮＯXを放出させた後に空燃比をリーンにしてパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を燃焼せしめるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで前述したようにパティキュレートフィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼させるにはかなりの高温とかなりの時間を要する。この場合、パティキュレートフィルタの温度を堆積微粒子が着火燃焼する温度まで上昇させるには外部からエネルギを供給しなければならず、そのために通常は追加の燃料を供給したり或いは電気ヒータを用いてパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしている。当然、この外部から供給されるエネルギはできるだけ少ないのが好ましい。
【０００６】
このような観点から堆積した微粒子の性質を研究した結果、堆積した微粒子の性質が次第に明らかになってきた。詳細については後に述べるが簡単に言うとパティキュレートフィルタ上での微粒子の堆積時間が長くなれば長くなるほど堆積した微粒子は酸化しづらくなり、即ち微粒子の酸化性が次第に変化することが判明したのである。
【０００７】
微粒子の酸化性が比較的高いときには微粒子を着火燃焼させるのに必要なエネルギは少なくて済むけれども、微粒子の酸化性が比較的低いときには多くのエネルギがなければ微粒子を着火燃焼させることができない。このため、パティキュレートフィルタの温度をただ単に上昇させるようにすると、微粒子の酸化性が高いときには外部からのエネルギが過剰になり、微粒子の酸化性が低いときには微粒子を確実に着火燃焼させることができない恐れがある。
【０００８】
一方、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子が燃焼しているときに例えば内燃機関が停止されると、微粒子の燃焼が中断されることになる。微粒子の燃焼時には、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子は空燃比がリーンでかつ高温の排気に長時間晒されている。ところが、これも詳しくは後に述べるが空燃比がリーンでかつ高温の排気に微粒子が長時間晒されると微粒子の酸化性が大幅に低下することが判明した。従って、微粒子の燃焼が中断されたときにパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の酸化性はかなり低くなっており、この酸化性がかなり低い微粒子を再び着火燃焼させるためにはかなりの外部エネルギが必要になるという問題点がある。
【０００９】
そこで本発明の目的はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するために外部から供給されるエネルギを有効に利用することができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性を算出する酸化性算出手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたか否かを判定する判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた量を越えたと判定されたときにはパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性に応じて定まる温度制御条件に基づきリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させる温度制御手段とを具備している。
【００１１】
２番目の発明によれば１番目の発明において、前記温度制御手段はパティキュレートフィルタの温度を前記温度制御条件により定まる設定温度まで上昇させかつ該設定温度に維持し、該設定温度はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性が低いときには高いときに比べて高く設定されている。
【００１２】
３番目の発明によれば１番目の発明において、前記温度制御手段はパティキュレートフィルタの温度を前記温度制御条件により定まる設定時間にわたって上昇させ、該設定時間はパティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子の酸化性が低いときには高いときに比べて長く設定されている。
【００１３】
また、前記課題を解決するために４番目の発明によれば、機関排気通路内に排気ガス中の微粒子を捕集し除去するためのパティキュレートフィルタを配置し、リーン空燃比のもとで継続して燃焼が行われる内燃機関において、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させることが可能な温度制御手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が予め定められた第１の量を越えたか否かを判定する第１の判定手段と、パティキュレートフィルタ上における微粒子の堆積量が第１の量を越えたときには温度制御手段による温度制御を実行する第１の温度制御実行手段と、温度制御手段による温度制御が中断されたときにパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の堆積量が予め定められた第２の量よりも多いか否かを判定する第２の判定手段と、パティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の堆積量が第２の量よりも多いときにはパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え、次いで温度制御手段による温度制御を実行する第２の温度制御実行手段とを具備している。
【００１４】
堆積した微粒子が酸化しづらくなったときに微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させることができれば微粒子の燃焼に必要な外部エネルギを低減でき、従って有効に利用できることになる。そこでこの点に関し更に研究を進めた結果、空燃比を一時的にリッチにすれば堆積した微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させうることが判明した。
【００１５】
そこで４番目の発明では、パティキュレートフィルタ上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え、次いでパティキュレートフィルタ上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタの温度を上昇させるようにしている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１７】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口はパティキュレートフィルタ２２を内蔵したケーシング２３に連結される。
【００１８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１９】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、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および出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の温度を検出するための温度センサ３９が取付けられ、この温度センサ３９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、パティキュレートフィルタ２２にはパティキュレートフィルタ２２の上流側排気ガス圧と下流側排気ガス圧との圧力差、即ちパティキュレートフィルタ２２における圧損を検出するための圧力センサ（差圧センサ）４３が取付けられ、この圧力センサ４３の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２０】
一方、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量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３０°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。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６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、および燃料ポンプ２８に接続される。
【００２１】
図２にパティキュレートフィルタ２２の構造を示す。なお、図２において（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ２２の側面断面図を示している。図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ２２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５０，５１を具備する。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ガス流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気ガス流出通路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。従って排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路５０および排気ガス流出通路５１は各排気ガス流入通路５０が４つの排気ガス流出通路５１によって包囲され、各排気ガス流出通路５１が４つの排気ガス流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００２２】
パティキュレートフィルタ２２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、従って排気ガス流入通路５０内に流入した排気ガスは図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ガス流出通路５１内に流出する。
【００２３】
本発明による実施例では各排気ガス流入通路５０および各排気ガス流出通路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、この担体上に白金Ｐｔのような貴金属触媒、又はセリウムＣｅのような希土類触媒が担持されている。なお、リーン空燃比でＮＯXを吸収しリッチ空燃比でＮＯXを放出するＮＯX吸収剤をパティキュレートフィルタ２２上に担持させることもできる。
【００２４】
排気ガス中に含まれる主に炭素の固体からなる微粒子はパティキュレートフィルタ２２上に捕集され、堆積する。パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子は３０秒から１時間程度の間に順次酸化せしめられ、従ってパティキュレートフィルタ２２上には常時微粒子が堆積している。パティキュレートフィルタ２２の温度が微粒子を酸化しうる温度、例えば２５０℃以上に維持されている場合にはパティキュレートフィルタ２２に単位時間当り送り込まれる微粒子量がそれほど多くないときには微粒子はいつかは酸化せしめられ、従ってこの場合全微粒子が連続酸化せしめられる。
【００２５】
一方、パティキュレートフィルタ２２に単位時間当り送り込まれる微粒子量が多くなると、或いはパティキュレートフィルタ２２の温度が低くなると十分に酸化されない微粒子の量が増大するためにパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量が増大する。実際の運転状態ではパティキュレートフィルタ２２に単位時間当り送り込まれる微粒子量が多くなることもあるし、パティキュレートフィルタ２２の温度が低くなることもあるのでパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量は次第に増大する。
【００２６】
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２２上における微粒子の堆積量が予め定められた第１の上限量を越えたか否かを判定し、パティキュレートフィルタ２２上における微粒子堆積量が第１の上限量を越えたときにはパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させるようにしている。即ち、図３に示すようにパティキュレートフィルタ２２上における微粒子堆積量が第１の上限値ＵＬ１を越えたときにはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを設定時間ＳＰにわたって上昇させると共に、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを設定温度ＳＴまで上昇させかつ設定温度ＳＴに維持する昇温制御が行われる。昇温制御が開始されてから設定時間ＳＰだけ経過すると昇温制御が停止され、このとき微粒子堆積量は下限量ＬＬよりも少なくなっている。このようにしてパティキュレートフィルタ２２が再生される。
【００２７】
次に図４を参照しつつパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の酸化のしやすさの程度、即ち微粒子酸化性について説明する。なお、図４においてＡ／Ｆはパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比を示している。本願では吸気通路、燃焼室５およびパティキュレートフィルタ２２上流の排気通路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している。
【００２８】
図４において実線Ｘ1はパティキュレートフィルタ２２の温度が比較的低いときを示しており、破線Ｘ2はパティキュレートフィルタ２２の温度が高いときを示している。パティキュレートフィルタ２２上に微粒子が堆積すると堆積した微粒子の塊まり内には多数の細孔又は空隙が形成されており、従って微粒子の塊まり内の表面積Ｓと微粒子の塊まりの体積Ｖとの比、即ち表面積体積比Ｓ／Ｖはかなり大きな値となっている。表面積体積比Ｓ／Ｖが大きいということは微粒子と酸素との接触面積が大きいことを意味しており、従って微粒子の酸化性がよいことを示している。
【００２９】
一方、微粒子が捕集されてから空燃比Ａ／Ｆがリーンとなっている状態が続くと微粒子同士が凝集して微粒子の寸法が次第に大きくなり、その結果微粒子の塊まり内の細孔又は空隙の個数が次第に減少する。従って微粒子の塊まりの表面積体積比Ｓ／Ｖは次第に減少し、斯くして図４のＸ1，Ｘ2で示されるように微粒子の酸化性は次第に低下する。微粒子同士の凝集作用は温度が高いほど激しくなり、従って図４に示されるように破線Ｘ2で示される高温の場合の方が実線Ｘ1で示される低温の場合よりも早期に微粒子の酸化性が低下する。
【００３０】
微粒子の酸化性が比較的高いときにはパティキュレートフィルタ２２の温度が低くても昇温制御の時間が短くてもパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子を良好に酸化除去することができる。これに対し、微粒子の酸化性が比較的低いときには微粒子を確実に酸化除去するためにはパティキュレートフィルタ２２の温度を高くし又は昇温制御を長時間にわたって行う必要がある。
【００３１】
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２２上に堆積した微粒子を酸化除去すべきときに、パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の酸化性を求め、この微粒子の酸化性に応じて昇温条件を求め、この昇温条件に基づいてパティキュレートフィルタ２２の昇温制御を実行するようにしている。
【００３２】
図５は本発明の実施例による昇温制御の基本的な考え方を示している。なお、図５においてＴＦはパティキュレートフィルタ２２の温度を示している。
【００３３】
図５（Ａ）に示す例では、設定時間ＳＰが一定のＰＣに維持され、設定温度ＳＴが微粒子酸化性に応じて変更されている。即ち、図５（Ａ）において実線Ｗ1で示す微粒子酸化性が比較的高い場合にはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが比較的低い温度ＴＬまで上昇され、図５（Ａ）において破線Ｗ2で示す微粒子酸化性が比較的低い場合にはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが比較的高い温度ＴＨまで上昇される。言い換えると、微粒子酸化性が比較的高い場合には設定温度ＳＴがＴＬに設定され、微粒子酸化性が比較的低い場合には設定温度ＳＴがＴＨに設定されるということになる。
【００３４】
この場合の設定温度ＳＴはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを一定のＰＣにわたって上昇させたときにパティキュレートフィルタ２２上における微粒子堆積量を第１の上限値ＵＬ１から下限量ＬＬよりも少なくするのに必要な時間であって、予め実験により求められている。この設定温度ＳＴは図６（Ａ）に示されるように微粒子酸化性が高くなると低くなる。なお、この設定温度ＳＴは図６（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３５】
一方、図５（Ｂ）に示す例では、設定温度ＳＴが一定のＰＴに維持され、設定時間ＳＰが微粒子酸化性に応じて変更されている。即ち、図５（Ｂ）において実線Ｚ1で示す微粒子酸化性が比較的高い場合にはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが比較的短い時間ＰＳにわたって上昇され、図５（Ｂ）において破線Ｚ2で示す微粒子酸化性が比較的低い場合にはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが比較的長い時間ＰＬにわたって上昇される。言い換えると、微粒子酸化性が比較的高い場合には設定時間ＳＰがＰＳに設定され、微粒子酸化性が比較的低い場合には設定時間ＳＰがＰＬに設定されるということになる。
【００３６】
この場合の設定時間ＳＰはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを一定のＴＣまで上昇させ維持したときにパティキュレートフィルタ２２上における微粒子堆積量を第１の上限値ＵＬ１から下限量ＬＬよりも少なくするのに必要な時間であって、予め実験により求められている。この設定時間ＳＰは図６（Ｂ）に示されるように微粒子酸化性が高くなると短くなる。なお、この設定時間ＳＰは図６（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３７】
ところで、パティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる方法には種々の方法がある。例えばパティキュレートフィルタ２２の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータによりパティキュレートフィルタ２２又はパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスを加熱する方法や、パティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に燃料を噴射してこの燃料を燃焼させることによりパティキュレートフィルタ２２を加熱する方法や、排気ガス温を上昇させてパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させる方法がある。
【００３８】
ここで最後の方法、即ち排気ガス温を上昇させる方法について図７を参照しつつ簡単に説明しておく。
【００３９】
排気ガス温を上昇させるのに有効な方法の一つは燃料噴射時期を圧縮上死点以後まで遅角させる方法である。即ち、通常主燃料Ｑｍは図７において（Ｉ）に示されるように圧縮上死点付近で噴射される。この場合、図７の（ＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期が遅角されると後燃え期間が長くなり、斯くして排気ガス温が上昇する。排気ガス温が高くなるとそれに伴ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００４０】
また、排気ガス温を上昇させるために図７の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射することもできる。このように補助燃料Ｑｖを追加的に噴射すると補助燃料Ｑｖ分だけ燃焼せしめられる燃料が増えるために排気ガス温が上昇し、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇する。
【００４１】
一方、このように吸気上死点付近において補助燃料Ｑｖを噴射すると圧縮行程中に圧縮熱によってこの補助燃料Ｑｖからアルデヒド、ケトン、パーオキサイド、一酸化炭素等の中間生成物が生成され、これら中間生成物によって主燃料Ｑｍの反応が加速される。従ってこの場合には図７の（ＩＩＩ）に示されるように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせても失火を生ずることなく良好な燃焼が得られる。即ち、このように主燃料Ｑｍの噴射時期を大巾に遅らせることができるので排気ガス温はかなり高くなり、斯くしてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦをすみやかに上昇させることができる。
【００４２】
また、図７の（ＩＶ）に示されるように主燃料Ｑｍに加え、膨張行程中又は排気行程中に補助燃料Ｑｐを噴射することもできる。即ち、この場合、大部分の補助燃料Ｑｐは燃焼することなく未燃ＨＣの形で排気通路内に排出される。この未燃ＨＣはパティキュレートフィルタ２２上において過剰酸素により酸化され、このとき発生する酸化反応熱によってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが上昇せしめられる。
【００４３】
ここで、図７の（ＩＩ）に示す例では主燃料の噴射時期を変更することにより、図７の（ＩＩＩ）に示す例では主燃料の噴射時期又は補助燃料Ｑｖの量を変更することにより、図７の（ＩＶ）に示す例では補助燃料Ｑｐの量を変更することにより、排気ガスの温度を変更することができ、従ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを様々な設定温度ＳＴに一致させることができる。
【００４４】
図３を参照して上述したように、微粒子堆積量が第１の上限値ＵＬ１を越えるとパティキュレートフィルタ２２の昇温制御が開始され、設定時間ＳＰだけ経過すると昇温制御が停止され即ち完了される。
【００４５】
ところが、昇温制御時に例えば内燃機関が停止されたり、或いは図７の（ＩＶ）に示す例における補助燃料Ｑｖを噴射することができなくなると昇温制御を継続することができなくなる。言い換えると、このような昇温制御の中断事由が発生すると昇温制御が中断されることになる。このとき、パティキュレートフィルタ２２上には微粒子が残存している。
【００４６】
そこで本発明による実施例では、昇温制御が中断されたときにパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子の堆積量が予め定められた第２の上限量よりも多いか否かを判定し、パティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子の堆積量が第２の上限量よりも多いときにはパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させるようにしている。
【００４７】
ところが、図４を参照して上述したように空燃比Ａ／Ｆがリーンに維持されると微粒子の酸化性が低下し、このときパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いほど微粒子の酸化性が低下する。昇温制御時にはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高い状態で空燃比Ａ／Ｆがリーンに維持されており、従って昇温制御が中断されたときにパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子の酸化性はかなり低くなっている。このように酸化性がかなり低い微粒子を酸化除去するには大きな外部エネルギが必要となる。
【００４８】
ところがこのように微粒子の酸化性が低下したときに図８（Ａ）に示すように空燃比Ａ／Ｆをリッチにすると微粒子の酸化性が回復することが判明したのである。その理由については明確ではないが空燃比Ａ／Ｆをリッチにすることはコークス生成時の賦活作用に類似していると考えられる。即ち、空燃比Ａ／Ｆがリッチにされると酸素が極めて少ないために排気ガス中のＣＯ2やＨ2Ｏが炭素結合を分断するようになり、その結果多数の細孔又は空隙が再び生成されるものと考えられる。事実、空燃比Ａ／Ｆをリッチにした後の微粒子の塊まりの表面積体積比Ｓ／Ｖを測定してみると表面積体積比Ｓ／Ｖがかなり増大する。図８（Ａ）において、実線Ｘ1はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低い場合を、破線Ｘ2はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高い場合をそれぞれ示している。
【００４９】
なお、この場合もパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高い方がＣＯ2やＨ2Ｏによる攻撃が激しくなり、従って図８（Ｂ）において破線Ｙ2で示すパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高い場合の方が実線Ｙ1で示すパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが低い場合に比べて微粒子の酸化性が高くなる。
【００５０】
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２２上に残存している微粒子の堆積量が第２の上限量よりも多いときにはパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換え、次いでパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させるようにしている。
【００５１】
なお、空燃比Ａ／Ｆを一時的にリーンからリッチに切換える方法は種々の方法が存在する。例えば燃焼室５内における平均空燃比をリッチにする方法や、膨張行程後半又は排気行程中に燃焼室５内に追加の燃料を噴射する方法や、パティキュレートフィルタ２２上流の排気通路内に追加の燃料を噴射する方法がある。
【００５２】
図９は本発明の実施例による昇温制御および運転制御の基本的な考え方を示している。
【００５３】
微粒子堆積量が第１の上限値ＵＬ１を越えるとパティキュレートフィルタ２２の温度が設定温度ＳＴまで上昇されＳＴに維持される。この昇温制御時に昇温制御の中断事由が発生すると昇温制御が中断される。次いで中断事由がなくなると、このときパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子の堆積量が第２の上限値ＵＬ２よりも多いか否かが判定され、微粒子堆積量が第２の上限値ＵＬ２よりも多いときにはパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子の性質を酸化しやすい性質に変化させるためにパティキュレートフィルタ２２に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリーンからリッチに切換えられる。次いで、パティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子を酸化除去するためにリーン空燃比のもとでパティキュレートフィルタ２２の温度を設定時間ＳＰにわたって設定温度ＳＴまで上昇させＳＴに維持する昇温制御が行われる。
【００５４】
なお、図９では堆積微粒子を燃焼すべくパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇させるのに図７の（ＩＶ）の方法が用いられている。従って図９に示されるようにパティキュレートフィルタ２２の温度を上昇すべきときには空燃比Ａ／Ｆが少しばかり小さくなる。
【００５５】
図１０は本発明による実施例に従って昇温制御および運転制御を実行するためのフローチャートを示している。
【００５６】
図１０を参照すると、まず初めにステップ７０では昇温制御の中断事由が発生していないか否かが判別される。中断事由が発生していないときには次いでステップ７１に進み、昇温制御の中断中であるか否かが判別される。昇温制御の中断中でないときには次いでステップ７２に進み、パティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が第１の上限量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図３および図９のＵＬ１に相当する許容限界ＰＤＸ１を越えたか否かが判別される。ＰＤ≦ＰＤＸ１のときにはステップ７８にジャンプする。ＰＤ＞ＰＤＸ１のときにはステップ７３に進み、別のルーチンで算出されている微粒子酸化性が読み込まれる。続くステップ７４では、図６（Ａ）又は図６（Ｂ）に示すマップを用いて昇温制御の昇温条件、即ち設定温度ＳＴ又は設定時間ＳＰが算出される。続くステップ７５では算出された昇温条件に基づきリーン空燃比のもとで昇温制御が行われ、それによってパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子が燃焼せしめられる。
【００５７】
続くステップ７６では昇温制御が完了したか否かが判別される。昇温制御が完了していないときには次いでステップ７７に進み、昇温制御の中断事由が発生したか否かが判別される。中断事由が発生していないときには次いでステップ７５に戻り、昇温制御が継続される。これに対し、中断事由が発生したときには次いでステップ７８に進み、通常運転が行われる。即ち、昇温制御が中断される。
【００５８】
昇温制御の中断事由がなくなるまでステップ７０からステップ７８に進み、従って昇温制御が行われない。次いで中断事由がなくなるとステップ７０からステップ７１に進んだ後にステップ７９に進み、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが微粒子を酸化しうる温度Ｔo例えば２５０℃よりも高くかつパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の堆積量が第２の上限量を越えたか否か、即ち圧力センサ４３により検出されたパティキュレートフィルタ２２における圧損ＰＤが図３および図９のＵＬ２に相当する許容限界ＰＤＸ２よりも多いか否かが判別される。ＴＦ≦Ｔo又はＰＤ≦ＰＤＸ２のときには次いでステップ７８に進み、通常運転が行われる。
【００５９】
ＴＦ＞ＴoかつＰＤ＞ＰＤＸ２のときには次いでステップ８０に進み、空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにするリッチ処理が行われ、それによって微粒子の酸化性が回復される。このリッチ処理が完了するとステップ７３に進んで微粒子酸化性が読み込まれ、続くステップ７４で昇温条件が算出される。この場合の昇温条件はパティキュレートフィルタ２２上に残存している微粒子の量に応じて図６を参照して説明した昇温条件を補正される。次いでステップ７５に進み、算出された昇温条件に基づきリーン空燃比のもとで昇温制御が行われる。続くステップ７６において昇温制御が完了したと判断されたときには次いでステップ７８に進み、通常運転が再開され即ち昇温制御が停止される。
【００６０】
次に、図１１から図２４を参照して微粒子酸化性を求めるための第１から第５実施例について説明する。
【００６１】
図１１および図１２に示す第１実施例では、パティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量又は増加量を算出し、これら酸化性の低下量又は増大量に基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。
【００６２】
即ち、図４および図８を参照しつつ説明したように空燃比Ａ／Ｆがリーンに維持されているときにはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いほど微粒子の酸化性が低下し、空燃比Ａ／Ｆがリッチのときにはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いほど微粒子の酸化性が増大する。従って概略的に言うと微粒子の単位時間当りの酸化性の低下量ΔＤＥＯは図１１のように表すことができる。即ち、空燃比Ａ／Ｆがリーンのときには実線Ｌで示されるように微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯはパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど大きくなる。一方、空燃比Ａ／Ｆがリッチのときには実線Ｒで示すように微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯは負となり、低下量ΔＤＥＯの絶対値、即ち微粒子の酸化性の単位時間当りの増大量はパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど大きくなる。
【００６３】
従って図１１に示される微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯを単位時間毎に算出し、これら算出された低下量ΔＤＥＯを積算すれば微粒子の酸化性の低下量が判定できることになる。この第１実施例ではこの微粒子の酸化性の低下量が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【００６４】
図１２は第１実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【００６５】
図１２を参照するとまず初めにステップ１００では、パティキュレートフィルタ２２の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ１０１に進み、微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯが図１１に基づいて算出される。続くステップ１０２では微粒子の酸化性の低下量ΔＤＥＯがＤＥＯに加算される。このようにして微粒子酸化性を表すＤＥＯが算出される。
【００６６】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ１００からステップ１０３に進み、微粒子の酸化性の低下量ＤＥＯがクリアされる。
【００６７】
図１３から図１９に第２実施例を示す。この第２実施例ではパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子のうちで酸化性の最も低下した微粒子量をモデルを用いて算出し、酸化性の最も低下した微粒子量に基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。
【００６８】
まず初めに図１３を参照すると、図１３における実線Ｚはパティキュレートフィルタ２２上における微粒子の酸化速度、即ち例えば１分間当りに酸化除去可能な微粒子量Ｇ（ｇ／ｍｉｎ）とパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦとの関係を示している。即ち、図１３において曲線Ｚはパティキュレートフィルタ２２に流入する微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇに一致しているバランス点を示している。このときには流入微粒子量と酸化除去される微粒子量が等しいのでパティキュレートフィルタ２２上の堆積微粒子量は一定に維持される。一方、図１３の領域Ｉでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも少ないので堆積微粒子量は少なくなり、図１３の領域ＩＩでは流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量よりも多くなるので堆積微粒子量が増大する。
【００６９】
図１４は流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇに一致しているときの堆積微粒子の状態をモデル化して模式的に表している。図１４において横軸に沿い並んでいる数字１から５は堆積微粒子の酸化性を示しており、数字１から５に向けて酸化性が悪くなる。また、図１４においてＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５は或る時刻において堆積している酸化性が夫々１，２，３，４，５である微粒子量を示しており、ＷＯ１，ＷＯ２，ＷＯ３，ＷＯ４，ＷＯ５は一定時間後に酸化除去された微粒子量を示しており、ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５はこのとき依然として堆積している残存微粒子量を示している。
【００７０】
このモデルではパティキュレートフィルタ２２に流入した微粒子Ｗ１は一定期間の間にＷＯ１だけ酸化除去せしめられるのでＷＲ１だけ微粒子が残存し、この微粒子ＷＲ１は酸化性が１から２へと低下し、次いで残存した微粒子Ｗ２は一定期間の間にＷＯ２だけ酸化除去せしめられるのでＷＲ２だけ微粒子が残存し、この微粒子ＷＲ２は酸化性が２から３に低下するように考えている。従って図１４からわかるようにこのモデルではＷ２はＷＲ１に一致し、Ｗ３はＷＲ２に一致し、Ｗ４はＷＲ３に一致し、Ｗ５はＷＲ４に一致する。
【００７１】
また、このモデルでは各堆積微粒子量Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５のうちで一定時間の間に酸化除去せしめられる微粒子量ＷＯ１，ＷＯ２，ＷＯ３，ＷＯ４，ＷＯ５の各割合ＷＯ１／Ｗ１，ＷＯ２／Ｗ２，ＷＯ３／Ｗ３，ＷＯ４／Ｗ４，ＷＯ５／Ｗ５は夫々一定とされている。この場合、微粒子の酸化性が低下するほどこれら割合は小さくなると考えられ、従ってこのモデルではＷＯ１／Ｗ１が６０パーセント、ＷＯ２／Ｗ２が５７パーセント、ＷＯ３／Ｗ３が５４パーセント、ＷＯ４／Ｗ４が５２パーセント、ＷＯ５／Ｗ５が５０パーセントとされている。
【００７２】
また、ＷＯ５／Ｗ５が５０パーセントであるのでＷＲ５／Ｗ５も５０パーセントとなり、この残存している微粒子ＷＲ５は続く一定時間の間に酸化除去される。このように考えて図１４に示すモデルが作成されている。
【００７３】
一方、流入微粒子量が酸化除去可能な微粒子量Ｇよりも多くなると図１５（Ａ）に示されるようにＷ１に対するＷＯ１の割合、Ｗ２に対するＷＯ２の割合、Ｗ３に対するＷＯ３の割合、Ｗ４に対するＷＯ４の割合、Ｗ５に対するＷＯ５の割合が図１４に示す場合に比べて小さくなる。その結果、残留微粒子量ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５が図１４に示す場合に比べて増大する。このような状態が続くと図１５（Ｂ）に示すように酸化性が５の微粒子量Ｗ５が大巾に増大する。
【００７４】
即ち、このようなモデルを考えると最も酸化性の悪い微粒子量Ｗ５を求めることができるようになる。
【００７５】
次にこの最も酸化性の悪い微粒子量Ｗ５を算出する方法について概略的に説明する。
【００７６】
図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）は流入微粒子量と酸化除去可能な微粒子量Ｇとのバランス点が夫々図１３のＡ点およびＢ点である場合を示している。図１６（Ａ），（Ｂ）は図１４と同様に微粒子の状態を示しているが図１６（Ａ），（Ｂ）では横軸が時間で表されている。即ち、図１６（Ａ）では横軸は夫々微粒子が流入してから５分後、１０分後、１５分後、２０分後、２５分後を示しており、図１６（Ｂ）では横軸は夫々微粒子が流入してから２分後、４分後、６分後、８分後、１０分後を示している。
【００７７】
図１３のＢ点はＡ点に比べて酸化除去可能な微粒子量Ｇ、即ち流入微粒子量が多いので図１６（Ｂ）における微粒子量Ｗ１のほうが図１６（Ａ）における微粒子量Ｗ１に比べて大きくなる。一方、図１３のＢ点はＡ点に比べてパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高いので微粒子の酸化性は早期に低下する。それにもかかわらず酸化性が５となる前に微粒子が酸化除去せしめられるということは図１６（Ｂ）に示されるように微粒子は早期に酸化除去せしめられていることになる。
【００７８】
微粒子Ｗ１の６０％が酸化除去せしめられるのに要する時間Δｔ、或いは微粒子Ｗ２の５７％が酸化除去せしめられるのに要する時間Δｔは図１６（Ａ）では５分であるのに対して図１６（Ｂ）では２分である。このようにこの時間Δｔは図１７に示される如くパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦが高くなるほど短かくなる。
【００７９】
この第２実施例ではこの時刻Δｔが経過する毎に残留微粒子量ＷＲ１，ＷＲ２，ＷＲ３，ＷＲ４，ＷＲ５を算出し、残留微粒子量ＷＲ５が多いときには少ないときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【００８０】
また、残留微粒子量を算出するには流入微粒子量、即ち機関から排出される排出微粒子量を求めなければならない。この排出微粒子量は機関の型式によって変化するが機関の型式が定まると要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数となる。図１８（Ａ）は図１に示される内燃機関の排出微粒子量Ｍを示しており、各曲線Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3，Ｍ4，Ｍ5は等排出微粒子量（Ｍ1＜Ｍ2＜Ｍ3＜Ｍ4＜Ｍ5）を示している。図１８（Ａ）に示される例では要求トルクＴＱが高くなるほど排出微粒子量Ｍが増大する。なお、図１８（Ａ）に示される排出微粒子量Ｍは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図１８（Ｂ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００８１】
図１９は第２実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【００８２】
図１５および図１６を参照するとまず初めにステップ２００では、パティキュレートフィルタ２２の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ２０１に進み、図１７に示す関係から時間Δｔが算出される。次いでステップ２０２では図１８（Ｂ）に示される排出微粒子量ＭのΔｔ時間における積算量ΣＭが算出される。次いでステップ２０３では図１３に示す酸化除去可能微粒子量ＧのΔｔ時間における積算量ΣＧが算出される。次いでステップ２０４ではΔｔ時間が経過したか否かが判別される。Δｔ時間が経過していないときには処理サイクルを終了し、Δｔ時間が経過したときにはステップ２０５に進む。
【００８３】
ステップ２０５では酸化除去される微粒子量ＷＯ１（＝ΣＧ×０．６）、ＷＯ２（＝ＷＲ１×０．５７）、ＷＯ３（＝ＷＲ２×０．５４）、ＷＯ４（＝ＷＲ３×０．５２）、ＷＯ５（＝ＷＲ４×０．５）が算出される。次いでステップ２０６では次式に基づいて各残留微粒子量ＷＲ５，ＷＲ４，ＷＲ３，ＷＲ２，ＷＲ１が算出される。
【００８４】
ＷＲ５←ＷＲ４−ＷＯ５
ＷＲ４←ＷＲ３−ＷＯ４
ＷＲ３←ＷＲ２−ＷＯ３
ＷＲ２←ＷＲ１−ＷＯ２
ＷＲ１←ΣＭ−ＷＯ１
これらの式の意味は図１４から明らかであると考えられるので説明を省略する。このようにして微粒子酸化性を表す残留微粒子量ＷＲ５が算出される。
【００８５】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ２００からステップ２０７に進み、初期化が行われる。
【００８６】
図２０および図２１に第３実施例を示す。この実施例では一方ではパティキュレートフィルタ２２における圧損を推定し、他方ではパティキュレートフィルタ２２における実際の圧損を検出し、推定された圧損と実際の圧損との圧損差に基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。即ち、微粒子の酸化性が低下すると微粒子は十分に酸化されることなく堆積するためにパティキュレートフィルタ２２における圧損が増大する。従ってこのことから微粒子の酸化性がどの程度低下したか否かを判定することができる。
【００８７】
そこでまず初めにパティキュレートフィルタ２２における圧損を推定する方法について説明する。この実施例では微粒子の堆積量ΣＷＲが排出微粒子量Ｍおよび酸化除去可能微粒子量Ｇから算出される。図２０（Ａ）は基準状態における微粒子の堆積量ΣＷＲと圧損ΔＰＤとの関係を示しており、従って微粒子の堆積量ΣＷＲが求まると図２０（Ａ）に示す関係から基準状態における圧損ΔＰＤが求まる。
【００８８】
一方、微粒子の堆積量ΣＷＲが同一であってもパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス量ＧＥが変化するとそれに伴なって圧損が変化する。本発明による実施例では基準状態における圧損ΔＰＤに対する補正係数Ｋが図２０（Ｂ）に示されているようにマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、圧損ΔＰＤに補正係数Ｋを乗算することによってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦおよび排気ガス量ＧＥに応じた圧損ＰＤＤが算出される。
【００８９】
微粒子の酸化性が低下すると図２０（Ｃ）に示されるように算出される圧損ＰＤＤに比べて圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤは高くなる。第３実施例ではこれら圧損の差ＤＩＦ（＝ＰＤ−ＰＤＤ）が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【００９０】
図２１は第３実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【００９１】
図２１を参照するとまず初めにステップ３００では、パティキュレートフィルタ２２の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ３０１に進み、図１８（Ｂ）に示すマップから排出微粒子量Ｍが算出され、図１３に示す関係から酸化除去可能微粒子量Ｇが算出される。次いでステップ３０２では前回の処理サイクル時に堆積していた微粒子量ＷＲと排出微粒子量Ｍとの和（Ｍ＋ＷＲ）から酸化除去可能微粒子量Ｇを減算することによって現在の堆積微粒子量ΣＷＲ（＝（Ｍ＋ＷＲ）−Ｇ）が算出される。次いでステップ３０３ではΣＷＲがＷＲとされる。
【００９２】
次いでステップ３０４では一定時間が経過したか否かが判別される。一定時間が経過していないときには処理サイクルを終了し、一定時間が経過したときにはステップ３０５に進む。ステップ３０５では堆積微粒子量ΣＷＲに基づいて図２０（Ａ）に示す関係から圧損ΔＰＤが算出され、この圧損ΔＰＤと図２０（Ｂ）に示す補正係数Ｋから圧損の推定値ＰＤＤが算出される。次いでステップ３０６では圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤと圧損の推定値ＰＤＤとの圧損差ＤＩＦ（＝ＰＤ−ＰＤＤ）が算出される。このようにして微粒子酸化性を表す圧損差ＤＩＦが算出される。
【００９３】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ３００からステップ３０７に進み、圧損差ＤＩＦがクリアされる。
【００９４】
図２２および図２３に第４実施例を示す。この実施例ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを一時的に４５０℃程度まで昇温して一部の堆積微粒子を酸化させ、その後の圧損の大きさに基づいて微粒子酸化性を求めるようにしている。
【００９５】
即ち、パティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させると微粒子の酸化性が高い場合には多量の堆積微粒子が酸化されるが微粒子の酸化性が低い場合には堆積微粒子はほとんど酸化されない。従ってパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを昇温させた後の圧損は微粒子の酸化性が高い場合には図２２（Ａ）において実線ＰＤＤで示すように圧損は低くなり、微粒子の酸化性が低い場合には図２２（Ａ）において破線ＰＤで示すように圧損が高くなる。従ってこれら圧損ＰＤとＰＤＤの差ＤＩＦ（＝ＰＤ−ＰＤＤ）が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判定できることになる。
【００９６】
具体的に云うとこの実施例では圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤが予め定められた目標値ＰＤＴとなったときにパティキュレートフィルタ２２の昇温制御が行われる。この目標値ＰＤＴは図２２（Ｂ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで昇温制御完了後、図２２（Ａ）に示される判定時期ＴＫになると実際の圧損ＰＤと微粒子の酸化性が高いときの圧損ＰＤＤとが比較される。この圧損ＰＤＤは実験等により予め求められており、この圧損ＰＤＤは図２２（Ｃ）に示されるように要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。この実施例では圧損差ＤＩＦ（＝ＰＤ−ＰＤＤ）が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【００９７】
図２３は第４実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【００９８】
図２３を参照するとまず初めにステップ４００では、パティキュレートフィルタ２２の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ４０１に進み、圧力センサ４３により検出された実際の圧損ＰＤが図２２（Ｂ）に示される目標値ＰＤＴとなったか否かが判別される。ＰＤ＝ＰＤＴでないときには処理サイクルを終了し、ＰＤ＝ＰＤＴのときにはステップ４０２に進む。ステップ４０２ではパティキュレートフィルタ２２の温度ＴＦを一時的に昇温するための昇温制御が行われる。昇温制御が完了するとステップ４０３に進んで図２２（Ａ）に示す判定時期ＴＫに達したか否かが判別される。判定時期ＴＫに達するとステップ４０４に進んで圧力センサ４３により検出された実際の圧力ＰＤと図２２（Ｃ）に示すマップから求められた圧損ＰＤＤとの圧損差ＤＩＦ（＝ＰＤ−ＰＤＤ）が算出される。このようにして微粒子酸化性を表す圧損差ＤＩＦが算出される。
【００９９】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ３００からステップ４０５に進み、圧損差ＤＩＦがクリアされる。
【０１００】
次に第５実施例について説明する。パティキュレートフィルタ２２の昇温制御、又はパティキュレートフィルタ２２上に堆積した微粒子の酸化性を高めるためのリッチ処理が完了してからの経過時間が長くなるにつれて微粒子酸化性が次第に低下すると考えられる。従って、例えば昇温制御又はリッチ処理が完了してからの機関の運転時間、機関回転数の累積値又は車両走行距離が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断することができることになる。
【０１０１】
そこでこの実施例では昇温制御又はリッチ処理が完了してからの機関回転数の累積値が大きいときには小さいときに比べて微粒子酸化性が低いと判断するようにしている。
【０１０２】
図２４は第５実施例を実行するためのフローチャートを示している。
【０１０３】
図２４を参照するとまず初めにステップ５００では、パティキュレートフィルタ２２の昇温制御が完了したか又は微粒子酸化性を高めるためにリッチ処理が行われたか否かが判別される。昇温処理が完了しておらずかつリッチ処理が行われていないときには次いでステップ５０１に進み、現在の機関回転数Ｎが累積値ΣＮに加算される。このようにして微粒子酸化性を表すΣＮが算出される。
【０１０４】
一方、昇温制御が完了し又はリッチ処理が行われたときにはステップ５００からステップ５０２に進み、累積値ΣＮがクリアされる。
【０１０５】
次に本発明を実施するのに適した低温燃焼方法について図２５から図２７を参照しつつ簡単に説明する。
【０１０６】
図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについてＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とスモークとの関係を示す図２５を参照しつつ説明する。なお、図２５において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【０１０７】
図２５の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図２５の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。また、図２５の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近でスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
【０１０８】
このようにＥＧＲガス率を５５パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料および周囲のガス温がさほど高くならず、即ち低温燃焼が行われ、その結果炭化水素が煤まで成長しないからである。
【０１０９】
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制しつつＮＯXの発生量を低減することができるという特徴を有する。即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くしてスモークが発生することがない。また、このときＮＯXも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、ＮＯXも極めて少量しか発生しない。
【０１１０】
ところで機関の要求トルクＴＱが高くなると、即ち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料および周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。即ち、低温燃焼を行いうるのは燃焼による発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。図２６（Ａ）において領域Ｉは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室５の不活性ガス量が多い第１の燃焼、即ち低温燃焼を行わせることのできる運転領域を示しており、領域ＩＩは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少ない第２の燃焼、即ち通常の燃焼しか行わせることのできない運転領域を示している。
【０１１１】
図２６（Ｂ）は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の目標空燃比Ａ／Ｆを示しており、図２７は運転領域Ｉにおいて低温燃焼を行う場合の要求トルクＴＱに応じたスロットル弁１７の開度、ＥＧＲ制御弁２５の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射開始時期θＳ、噴射完了時期θＥ、噴射量を示している。なお、図２７には運転領域ＩＩにおいて行われる通常の燃焼時におけるスロットル弁１７の開度等も合わせて示している。
【０１１２】
図２６（Ｂ）および図２７から運転領域Ｉにおいて低温燃焼が行われているときにはＥＧＲ率が５５パーセント以上とされ、空燃比Ａ／Ｆが１５．５から１８程度のリーン空燃比とされることがわかる。前述したように低温燃焼が行われているときにはスモーク、即ち微粒子がほとんど排出されず、従ってパティキュレートフィルタ２２上に多量の微粒子が堆積するのを回避することができるという利点がある。
【０１１３】
また、低温燃焼を用いると多量の煤、即ち多量の微粒子を発生させることなく燃焼室５内における空燃比をリッチにすることができる。従って機関の運転状態が図２６に示す第２の運転領域ＩＩにあるときに微粒子の酸化性を増大すべく空燃比Ａ／Ｆを一時的にリッチにすべきであると判定されたときには機関の運転状態が第１の運転領域Ｉに移行するまで空燃比Ａ／Ｆをリッチにせず、機関の運転状態が第１の運転領域ＩＩに移行した後に空燃比Ａ／Ｆをリッチにすることが好ましい。
【０１１４】
【発明の効果】
パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子を酸化除去するために外部から供給されるエネルギを有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】パティキュレートフィルタを示す図である。
【図３】昇温制御の一例を示す図である。
【図４】微粒子の酸化性の変化を示す図である。
【図５】昇温制御の一例を示す図である。
【図６】昇温条件の一例を示す図である。
【図７】噴射制御を説明するための図である。
【図８】微粒子の酸化性の変化を示す図である。
【図９】昇温制御および機関運転制御の一例を示す図である。
【図１０】昇温制御および機関運転制御を実行するためのフローチャートである。
【図１１】微粒子酸化性の低下量を示す図である。
【図１２】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図１３】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１４】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図１５】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図１６】堆積微粒子の状態を説明するための図である。
【図１７】時間Δｔを示す図である。
【図１８】排出微粒子量を示す図である。
【図１９】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図２０】圧損の変化を説明するための図である。
【図２１】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図２２】圧損の変化を説明するための図である。
【図２３】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図２４】微粒子酸化性を算出するためのフローチャートである。
【図２５】スモークの発生量を示す図である。
【図２６】機関の運転領域等を示す図である。
【図２７】スロットル弁開度等の変化を示す図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【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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