(57)【要約】【課題】酸素を効率良く利用してＰＭフィルタを再生する技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路２に設けられ、内燃機関１から排出される排気中のＰＭを、セル壁３ａを排気が透過する際に捕集するＰＭフィルタ３において、ＰＭフィルタ３よりも上流の排気通路２に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置せず、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面に酸素吸蔵能力を有する触媒をコートした。ＰＭフィルタ３よりも上流の排気通路２に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置していないので、ＰＭフィルタ３に流入する酸素量を最大限確保することができる。またＰＭフィルタ３でのＰＭの酸化除去に消費されなかった酸素を利用してＰＭフィルタ３を昇温させ、ＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度以上になると、ＰＭフィルタ３に流入する酸素がＰＭの酸化除去に消費されて、ＰＭフィルタ３を再生することができる。【選択図】図１
2012219732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気中のＰＭを、壁部を排気が透過する際に捕集するＰＭフィルタにおいて、
前記ＰＭフィルタよりも上流の前記排気通路に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置せず、
前記ＰＭフィルタの前記壁部の下流側背面に酸素吸蔵能力を有する触媒をコートしたことを特徴とするＰＭフィルタ。
【請求項２】
前記ＰＭフィルタは、排気空燃比がリッチとリーンとに交互に強制的に制御されることで、再生されることを特徴とする請求項１に記載のＰＭフィルタ。
【請求項３】
前記ＰＭフィルタの前記壁部の上流側表面に酸素吸蔵能力の無い触媒をコートしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＭフィルタ。
【請求項４】
前記ＰＭフィルタは、前記ＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度よりも低い場合に、前記内燃機関の複数の気筒のうち、一部の気筒が、排気空燃比が目標排気空燃比よりもリッチに制御されると共に、少なくとも１つの他の気筒が、排気空燃比が目標排気空燃比よりもリーンに制御されることで、再生されることを特徴とする請求項３に記載のＰＭフィルタ。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気中のＰＭを、壁部を排気が透過する際に捕集するＰＭフィルタであって、前記ＰＭフィルタよりも上流の前記排気通路に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置せず、前記ＰＭフィルタの前記壁部の下流側背面に酸素吸蔵能力を有する触媒をコートしたＰＭフィルタの再生方法であって、
前記ＰＭフィルタを、排気空燃比をリッチとリーンとに交互に強制的に制御して、再生することを特徴とするＰＭフィルタの再生方法。
【請求項６】
前記ＰＭフィルタは、前記ＰＭフィルタの前記壁部の上流側表面に酸素吸蔵能力の無い触媒がコートされており、
前記ＰＭフィルタを、前記ＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度よりも低い場合に、前記内燃機関の複数の気筒のうち、一部の気筒を、排気空燃比を目標排気空燃比よりもリッチに制御すると共に、少なくとも１つの他の気筒を、排気空燃比を目標排気空燃比よりもリーンに制御することで、再生することを特徴とする請求項５に記載のＰＭフィルタの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＭフィルタ及びＰＭフィルタの再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気中には、ＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）が含まれる。このＰＭを捕集するため、ＰＭフィルタが備えられる。ＰＭフィルタは、多孔質の壁部を用いたハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口又は出口のどちらかが目封じされ、出口が目封じされた流路に流入した排気が壁部を透過して入口が目封じされた流路から流出する際に、多孔質の壁部を透過できなかったＰＭが捕集されて行く。ＰＭフィルタには捕集されたＰＭが堆積して行き、目詰まりにより排気抵抗が増大し、燃費悪化等の弊害を招く。そこで、ＰＭフィルタに規定以上のＰＭが堆積した場合に、ＰＭフィルタに堆積したＰＭを燃焼除去してＰＭフィルタの再生を強制的に図る技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６１６２９号公報
【特許文献２】特開２０１０−０１３９７４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＭフィルタの再生では、ＰＭフィルタよりも上流に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置し、この酸素吸蔵能力を有する触媒に燃料を供給して排気を昇温し、その下流のＰＭフィルタをも昇温してＰＭを酸化除去するものが一般的である。ところで、排気空燃比がストイキ近傍に制御されるストイキ制御車等に搭載された内燃機関から排出される排気中の酸素濃度は低い。このように排気中の酸素が少ない場合に、上記のようにＰＭフィルタの上流に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置して排気を昇温してしまうと、排気中の酸素が当該酸素吸蔵能力を有する触媒で吸蔵や反応に用い尽くされ、触媒下流のＰＭフィルタにおいてＰＭと結びつきＰＭを酸化除去させるための酸素が不足してしまう。つまり、ＰＭフィルタを再生するために必要な酸素の確保が困難となる。
【０００５】
また一方で、上記問題を解決するため、電気加熱式等のような酸素を消費せずにＰＭフィルタを加熱する装置を別途設けると、コストアップとなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、酸素を効率良く利用してＰＭフィルタを再生する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気中のＰＭを、壁部を排気が透過する際に捕集するＰＭフィルタにおいて、
前記ＰＭフィルタよりも上流の前記排気通路に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置せず、
前記ＰＭフィルタの前記壁部の下流側背面に酸素吸蔵能力を有する触媒をコートしたことを特徴とするＰＭフィルタである。
【０００８】
本発明によると、ＰＭフィルタよりも上流の排気通路に酸素吸蔵能力を有する触媒を配
置していないので、ＰＭフィルタよりも上流で内燃機関から排出された排気中の酸素が吸蔵や反応に利用されることがない。よって、ＰＭフィルタに流入する酸素量を最大限確保することができる。また、ＰＭフィルタの壁部の下流側背面に酸素吸蔵能力を有する触媒をコートしたので、酸素は、まず、ＰＭフィルタの壁部を透過できなかった壁部の上流側表面に堆積したＰＭと結びつくことができ、ＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度であれば、ＰＭを酸化除去することができる。そしてＰＭの酸化除去に消費されなかった酸素は、ＰＭフィルタの壁部を透過し壁部の下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒に供給・吸蔵されるので、酸素吸蔵能力を有する触媒が酸素を反応に利用して発熱し、ＰＭフィルタを昇温させることができる。このように、ＰＭフィルタでのＰＭの酸化除去に消費されなかった酸素を利用してＰＭフィルタを昇温させ、ＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度以上になると、ＰＭフィルタに流入する酸素がＰＭの酸化除去に消費されて、ＰＭフィルタを再生することができ、酸素を効率良く利用する。したがって、酸素を効率良く利用してＰＭフィルタを再生することができる。また本発明であると、電気加熱式等のような酸素を消費せずにＰＭフィルタを加熱する装置を別途設けないので、コストアップを抑制することができる。
【０００９】
前記ＰＭフィルタは、排気空燃比がリッチとリーンとに交互に強制的に制御されることで、再生されるとよい。
【００１０】
本発明によると、排気空燃比がリーンに制御された際に多量に含まれる酸素が、ＰＭと結びつきＰＭを酸化除去することができると共に、ＰＭフィルタの壁部の下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒に供給・吸蔵される。また排気空燃比がリッチに制御された際に内燃機関から排出される、例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスが、ＰＭフィルタの壁部の下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒に供給される。以上のことから、ＰＭフィルタの壁部の下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒に供給・吸蔵された酸素及び還元性ガスが酸化反応して酸化反応熱を生じ、ＰＭフィルタを早期に昇温することができる。そして、ＰＭフィルタを早期に昇温させてＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度以上になると、排気空燃比がリーンに制御された際に多量に含まれる酸素がＰＭと結びつきＰＭの酸化除去に消費されて、ＰＭフィルタを早期に再生することができる。このように本発明であると、ＰＭフィルタを早期に昇温させることができ、ＰＭフィルタを早期に再生することができる。
【００１１】
前記ＰＭフィルタの前記壁部の上流側表面に酸素吸蔵能力の無い触媒をコートするとよい。
【００１２】
酸素吸蔵能力の無い触媒は、酸素を吸蔵することができないので、あまり酸素を消費せず、酸素及び例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスが同時に供給される場合に酸化反応する。よって、本発明によると、ＰＭフィルタの壁部の上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒が、あまり酸素を消費することなく酸化反応熱を生じ、ＰＭフィルタをより早期に昇温させることができる。
【００１３】
前記ＰＭフィルタは、前記ＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度よりも低い場合に、前記内燃機関の複数の気筒のうち、一部の気筒が、排気空燃比が目標排気空燃比よりもリッチに制御されると共に、少なくとも１つの他の気筒が、排気空燃比が目標排気空燃比よりもリーンに制御されることで、再生されるとよい。
【００１４】
ＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度よりも低い場合には、ＰＭが酸素と結びつき難くＰＭを酸化除去し難いので、ＰＭフィルタをより早期に昇温させることが望まれる。本発明によると、一部の気筒が、排気空燃比が目標排気空燃比よりもリッチに制御されて例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスが排気に多量に含まれることになる。一方、少なく
とも１つの他の気筒が、排気空燃比が目標排気空燃比よりもリーンに制御されて酸素が排気に多量に含まれることになる。このような酸素及び還元性ガスの両方が多量に含まれた排気をＰＭフィルタに供給することができる。これにより、ＰＭフィルタの壁部の上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒では、多量の酸素及び還元性ガスが同時に供給されて酸化反応して高い酸化反応熱を生じる。また、ＰＭフィルタの壁部の下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒でも、多量の酸素及び還元性ガスが同時に供給されて酸化反応して高い酸化反応熱を生じる。よって、ＰＭフィルタをより早期に昇温させることができる。
【００１５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気中のＰＭを、壁部を排気が透過する際に捕集するＰＭフィルタであって、前記ＰＭフィルタよりも上流の前記排気通路に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置せず、前記ＰＭフィルタの前記壁部の下流側背面に酸素吸蔵能力を有する触媒をコートしたＰＭフィルタの再生方法であって、
前記ＰＭフィルタを、排気空燃比をリッチとリーンとに交互に強制的に制御して、再生することを特徴とするＰＭフィルタの再生方法である。
【００１６】
前記ＰＭフィルタは、前記ＰＭフィルタの前記壁部の上流側表面に酸素吸蔵能力の無い触媒がコートされており、
前記ＰＭフィルタを、前記ＰＭフィルタの温度がＰＭ自己燃焼温度よりも低い場合に、前記内燃機関の複数の気筒のうち、一部の気筒を、排気空燃比を目標排気空燃比よりもリッチに制御すると共に、少なくとも１つの他の気筒を、排気空燃比を目標排気空燃比よりもリーンに制御することで、再生するとよい。
【００１７】
これらの発明によっても、酸素を効率良く利用してＰＭフィルタを再生することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、酸素を効率良く利用してＰＭフィルタを再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係るＰＭフィルタの詳細を示す図である。
【図３】実施例１に係るフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図である。
【図４】実施例１に係るフィルタ再生制御時の酸素の挙動を示す図である。
【図５】実施例２に係るＰＭフィルタの詳細を示す図である。
【図６】実施例２に係るＰＭ自己燃焼温度より低い場合のフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図である。
【図７】実施例２に係るＰＭ自己燃焼温度より低い場合のフィルタ再生制御時の酸素の挙動を示す図である。
【図８】実施例２に係るＰＭ自己燃焼温度以上の場合のフィルタ再生制御時の酸素の挙動を示す図である。
【図９】実施例３に係るＰＭフィルタにおける酸素吸蔵能力を有する触媒の分布を示す図である。
【図１０】実施例３に係るＰＭ自己燃焼温度以上の場合のフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２１】
＜実施例１＞
（内燃機関）
図１は、本発明の実施例１に係るＰＭフィルタを適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、気筒を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ガソリンエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。この車両は、内燃機関１がガソリンエンジンであることから、通常走行時の内燃機関１の排気空燃比がストイキ近傍に制御されて三元触媒等の触媒で排気浄化を行うストイキ制御車である。なお、内燃機関１は、ディーゼルエンジン等の他の内燃機関であってもよく、その場合にもストイキ制御が行われても良い。
【００２２】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、ＰＭフィルタ３が配置されている。ＰＭフィルタ３は、内燃機関１から排出され排気通路２内を流通する排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する。ＰＭフィルタ３は、壁部としてのハニカム構造となるコーディエライト等の耐熱性セラミックス基材のセル壁３ａを用い、排気の流路となる多数のセルを入口又は出口のどちらかが互い違いとなるように目封じされて構成されている。ＰＭフィルタ３のセル壁３ａは多孔性を有する多孔質の壁部である。ＰＭフィルタ３に流入した排気は、出口が目封じされた流路に流入し、セル壁３ａを透過しながら下流へ流れ、入口が目封じされた流路から流出する。その間に、ＰＭがセル壁３ａの孔やセル壁面に捕集されて堆積して行く。つまり、ＰＭは、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａを排気が透過する際にＰＭフィルタ３に捕集される。
【００２３】
図２は、本実施例に係るＰＭフィルタ３の詳細を示す図である。図２に示すように、ＰＭフィルタ３の排気がセル壁を透過した後に現れるセル壁３ａの下流側裏面には、酸素吸蔵能力を有する触媒４がコートされている。セル壁３ａの下流側裏面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４は、Ｐｄ、Ｒｈを担持したセリア（ＣｅＯ２）をコートしたもの等が用いられる。
【００２４】
ＰＭフィルタ３よりも下流の排気通路２には、三元触媒等の触媒ユニット５が配置されている。触媒ユニット５は、Ｐｔ、Ｒｈを担持したセリア（ＣｅＯ２）をコートしたモノリス触媒等が用いられる。触媒ユニット５は、酸素吸蔵能力を有する。
【００２５】
本実施例では、ＰＭフィルタ３が、触媒ユニット５等の他の酸素吸蔵能力を有する触媒の最上流側に配置されている。つまり、ＰＭフィルタ３よりも上流の排気通路２に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置していない。
【００２６】
以上述べたように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ６が併設されている。ＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ６には、クランクポジションセンサ、アクセルポジションセンサ等の各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ６に入力される。ＥＣＵ６は、クランクポジションセンサ、アクセルポジションセンサ等の出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１等を電気的に制御する。
【００２７】
例えば、ＥＣＵ６は、燃料噴射制御などの既知の制御の他に、ＰＭフィルタ３を強制的に再生する制御（以下、フィルタ再生制御という）を実行する。フィルタ再生制御は、ＰＭフィルタ３にＰＭが規定量以上に捕集された場合に行われる。
【００２８】
（フィルタ再生制御）
本実施例に係るフィルタ再生制御は、ＰＭフィルタ３にＰＭが規定量以上に捕集された場合に、ＰＭフィルタ３を、ＰＭが自己燃焼するＰＭ自己燃焼温度である５８０℃以上に
昇温させて、ＰＭフィルタ３に堆積したＰＭを酸化除去（自己燃焼）するものである。具体的なフィルタ再生制御は、内燃機関１の運転状態から推定されるＰＭフィルタ３の温度が、ＰＭフィルタ３の活性温度である３５０℃以上、且つ、過昇温となる温度である７８０℃以下の場合に、図３に示すように内燃機関１から排出される排気空燃比をリッチとリーンとに交互に強制的に制御する。図３は、本実施例に係るフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図である。図３に示すように、ストイキ（理論空燃比）であるλ＝１を中心に、排気通路２に配置された全触媒の酸素吸蔵能力の範囲内で排気空燃比をリッチとリーンとに交互に制御する。ここで、フィルタ再生制御中は、予め導出したマップを用いて、推定されるＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度以上の所定温度に制御されるようにするとよい。
【００２９】
なお、推定されるＰＭフィルタ３の温度が３５０℃よりも低い場合や、７８０℃を超える場合には、このフィルタ再生制御、すなわち排気空燃比をリッチとリーンとに交互に制御することは行わない。
【００３０】
図４は、本実施例に係るフィルタ再生制御時の酸素の挙動を示す図である。図４に示すように、本実施例のフィルタ再生制御を実施すると、排気空燃比がリーンに制御された際に、排気に酸素が多量に含まれることになる。この排気空燃比がリーンに制御された際に多量に含まれる酸素が、ＰＭと結びつきＰＭを酸化除去することができると共に、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給・吸蔵される。一方、排気空燃比がリッチに制御された際に、排気に内燃機関１から排出される、例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスが多量に含まれることになる。この排気空燃比がリッチに制御された際に多量に含まれる還元性ガスが、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給される。以上のことから、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給・吸蔵された酸素及び還元性ガスが酸化反応して酸化反応熱を生じ、ＰＭフィルタ３を早期に昇温することができる。そして、ＰＭフィルタ３を早期に昇温させてＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度（５８０℃）以上になると、排気空燃比がリーンに制御された際に多量に含まれる酸素がＰＭと結びつきＰＭの酸化除去に消費されて、ＰＭフィルタ３を早期に再生することができる。このように本実施例であると、ＰＭフィルタ３を早期に昇温させることができ、ＰＭフィルタを早期に再生することができる。
【００３１】
以上の本実施例では、ＰＭフィルタ３よりも上流の排気通路２に酸素吸蔵能力を有する触媒を配置していないので、ＰＭフィルタ３よりも上流で内燃機関１から排出された排気中の酸素が吸蔵や反応に利用されることがない。よって、ＰＭフィルタ３に流入する酸素量を最大限確保することができる。また、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面に酸素吸蔵能力を有する触媒４をコートしたので、上述のように、酸素は、まず、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａを透過できなかったセル壁３ａの上流側表面に堆積したＰＭと結びつくことができ、ＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度であれば、ＰＭを酸化除去することができる。そしてＰＭの酸化除去に消費されなかった酸素は、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａを透過しセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給・吸蔵されるので、酸素吸蔵能力を有する触媒４が酸素及び還元性ガスを反応に利用して発熱し、ＰＭフィルタ３を昇温させることができる。このように、ＰＭフィルタ３でのＰＭの酸化除去に消費されなかった酸素を利用してＰＭフィルタ３を昇温させ、ＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度以上になると、ＰＭフィルタ３に流入する酸素がＰＭの酸化除去に消費されて、ＰＭフィルタ３を再生することができ、酸素を効率良く利用する。したがって、酸素を効率良く利用してＰＭフィルタ３を再生することができる。また本実施例であると、電気加熱式等のような酸素を消費せずにＰＭフィルタ３を加熱する装置を別途設けないので、コストアップを抑制することができる。
【００３２】
＜実施例２＞
（ＰＭフィルタ）
本実施例では、フィルタ再生制御時にＰＭフィルタ３をより早期に昇温するものである。本実施例では、その特徴部分のみを説明し、その他の部分は説明を省略する。
【００３３】
図５は、本実施例に係るＰＭフィルタ３の詳細を示す図である。図５に示すように、ＰＭフィルタ３の排気がセル壁を透過する前に現れるセル壁３ａの上流側表面には、酸素吸蔵能力の無い触媒７がコートされている。セル壁３ａの上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒７は、Ｐｄ、Ｒｈを担持したＡｌ２Ｏ３をコートしたもの等が用いられる。酸素吸蔵能力の無い触媒７は、酸素を吸蔵することができないので、あまり酸素を消費せず、酸素及び例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスが同時に供給される場合に酸化反応する。よって、本実施例によると、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒７が、あまり酸素を消費することなく酸化反応熱を生じ、ＰＭフィルタ３をより早期に昇温させることができる。また実施例１と同様に、ＰＭフィルタ３の排気がセル壁を透過した後に現れるセル壁３ａの下流側裏面には、酸素吸蔵能力を有する触媒４がコートされている。セル壁３ａの下流側裏面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４は、Ｐｄ、Ｒｈを担持したセリア（ＣｅＯ２）をコートしたもの等が用いられる。
【００３４】
（フィルタ再生制御）
本実施例に係るフィルタ再生制御は、ＰＭフィルタ３にＰＭが規定量以上に捕集された場合に、ＰＭフィルタ３を、ＰＭが自己燃焼するＰＭ自己燃焼温度である５８０℃以上に昇温させて、ＰＭフィルタ３に堆積したＰＭを酸化除去（自己燃焼）するものである。具体的なフィルタ再生制御は、内燃機関１の運転状態から推定されるＰＭフィルタ３の温度が、ＰＭフィルタ３の触媒ライトオフ温度である２３０℃以上、且つ、ＰＭ自己燃焼温度である５８０℃より低い場合に、図６に示すように内燃機関１の一部の気筒（第２、第３気筒）を、排気空燃比が目標排気空燃比（ストイキ：λ＝１）よりもリッチに制御すると共に、他の気筒（第１、第４気筒）を、排気空燃比が目標排気空燃比（ストイキ：λ＝１）よりもリーンに制御する。図６は、本実施例に係るＰＭ自己燃焼温度より低い場合のフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図である。図６に示すように、ストイキ（理論空燃比）であるλ＝１よりもリッチ状態に第２、第３気筒を制御し、λ＝１よりもリーン状態に第１、第４気筒を制御する。この制御を気筒別空燃比制御という。
【００３５】
一方、フィルタ再生制御は、内燃機関１の運転状態から推定されるＰＭフィルタ３の温度が、ＰＭ自己燃焼温度である５８０℃以上、且つ、過昇温となる温度である７８０℃以下の場合に、図３に示すように内燃機関１から排出される排気空燃比をリッチとリーンとに交互に強制的に制御する。図３は、本実施例に係るＰＭ自己燃焼温度以上の場合のフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図でもある。図３に示すように、ストイキ（理論空燃比）であるλ＝１を中心に、排気通路２に配置された全触媒の酸素吸蔵能力の範囲内で排気空燃比をリッチとリーンとに交互に制御する。この制御をリッチ・リーン制御という。ここで、フィルタ再生制御中は、予め導出したマップを用いて、推定されるＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度以上の所定温度に制御されるようにするとよい。
【００３６】
なお、推定されるＰＭフィルタ３の温度が２３０℃よりも低い場合や、７８０℃を超える場合には、このフィルタ再生制御は行わない。
【００３７】
図７は、本実施例に係るＰＭ自己燃焼温度より低い場合のフィルタ再生制御時の酸素の挙動を示す図である。図７に示すように、本実施例のフィルタ再生制御を実施すると、まず、ＰＭ自己燃焼温度より低い場合には気筒別空燃比制御が実施され、第２、第３気筒が、排気空燃比がλ＝１よりもリッチに制御されて例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガス
が排気に多量に含まれることになる。一方、第１、第４気筒が、排気空燃比がλ＝１よりもリーンに制御されて酸素が排気に多量に含まれることになる。このような酸素及び還元性ガスの両方が多量に含まれた排気をＰＭフィルタ３に供給することができる。ここで、酸素吸蔵能力の無い触媒７は、酸素を吸蔵することができないので、あまり酸素を消費せず、酸素及び還元性ガスが同時に供給される場合に酸化反応する。これにより、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒７では、多量の酸素及び還元性ガスが同時に供給されて酸化反応して高い酸化反応熱を生じる。また、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４でも、多量の酸素及び還元性ガスが同時に供給されて酸化反応して高い酸化反応熱を生じる。よって、ＰＭフィルタ３をより早期に昇温させることができる。
【００３８】
図８は、本実施例に係るＰＭ自己燃焼温度以上の場合のフィルタ再生制御時の酸素の挙動を示す図である。図８に示すように、本実施例のフィルタ再生制御でＰＭ自己燃焼温度以上の場合にはリッチ・リーン制御が実施され、排気空燃比がリーンに制御された際に、排気に酸素が多量に含まれることになる。この排気空燃比がリーンに制御された際に多量に含まれる酸素が、ＰＭと結びつきＰＭを酸化除去することができると共に、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給・吸蔵される。一方、排気空燃比がリッチに制御された際に、排気に内燃機関１から排出される、例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスが多量に含まれることになる。この排気空燃比がリッチに制御された際に多量に含まれる還元性ガスが、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給される。以上のことから、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給・吸蔵された酸素及び還元性ガスが酸化反応して酸化反応熱を生じ、ＰＭフィルタ３を昇温してＰＭフィルタ３の高温状態を維持することができる。また、ＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度以上であるので、排気空燃比がリーンに制御された際に多量に含まれる酸素がＰＭと結びつきＰＭの酸化除去に消費されて、ＰＭフィルタ３を早期に再生することができる。このとき、セル壁３ａの上流側表面の酸素吸蔵能力の無い触媒７が、ＰＭの酸化反応を促進するので、ＰＭフィルタ３をより早期に再生することができる。
【００３９】
以上のように本実施例であると、ＰＭ自己燃焼温度を閾値としてフィルタ再生制御を気筒別空燃比制御とリッチ・リーン制御とに切り換えて、ＰＭフィルタ３をより早期に昇温させることができ、ＰＭフィルタを早期に再生することができる。
【００４０】
＜実施例３＞
（ＰＭフィルタ）
本実施例では、フィルタ再生制御時にＰＭフィルタ３での温度分布を均一化するものである。本実施例では、その特徴部分のみを説明し、その他の部分は説明を省略する。
【００４１】
実施例２と同様に、ＰＭフィルタ３の排気がセル壁を透過する前に現れるセル壁３ａの上流側表面には、酸素吸蔵能力の無い触媒７がコートされている。セル壁３ａの上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒７は、Ｐｄ、Ｒｈを担持したＡｌ２Ｏ３をコートしたもの等が用いられる。また実施例１，２と同様に、ＰＭフィルタ３の排気がセル壁を透過した後に現れるセル壁３ａの下流側裏面には、酸素吸蔵能力を有する触媒４がコートされている。セル壁３ａの下流側裏面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４は、Ｐｄ、Ｒｈを担持したセリア（ＣｅＯ２）をコートしたもの等が用いられる。図９は、本実施例に係るＰＭフィルタ３における酸素吸蔵能力を有する触媒４の分布を示す図である。図９に示すように、酸素吸蔵能力を有する触媒４は、フィルタ再生制御時のＰＭフィルタ３での温度分布を均一化するようにコート量を変更している。具体的には、フィルタ中心部は、過剰な昇温を回避するように発熱量を少なくするためコート量を少なくする。一方、フィルタ外周部は、放熱して低温になることを回避するように発熱量を多くするため
コート量を多くする。以上のように酸素吸蔵能力を有する触媒４のコート量を変更すると、ＰＭフィルタ３のフィルタ中心部では過昇温を回避し、熱劣化や破損を抑制することができる。また、ＰＭフィルタ３のフィルタ外周部が低温となることがなく、フィルタ全域でＰＭを効率的に燃焼させることができるので、フィルタ再生制御後にＰＭの燃え残りを無くすことができる。
【００４２】
（フィルタ再生制御）
本実施例に係るフィルタ再生制御は、ＰＭフィルタ３にＰＭが規定量以上に捕集された場合に、ＰＭフィルタ３を、ＰＭが自己燃焼するＰＭ自己燃焼温度である５８０℃以上に昇温させて、ＰＭフィルタ３に堆積したＰＭを酸化除去（自己燃焼）するものである。具体的なフィルタ再生制御は、内燃機関１の運転状態から推定されるＰＭフィルタ３の温度が、ＰＭフィルタ３の触媒ライトオフ温度である２３０℃以上、且つ、ＰＭ自己燃焼温度である５８０℃より低い場合に、図６に示すように内燃機関１の一部の気筒（第２、第３気筒）を、排気空燃比が目標排気空燃比（ストイキ：λ＝１）よりもリッチに制御すると共に、他の気筒（第１、第４気筒）を、排気空燃比が目標排気空燃比（ストイキ：λ＝１）よりもリーンに制御する。図６は、本実施例に係るＰＭ自己燃焼温度より低い場合のフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図でもある。図６に示すように、ストイキ（理論空燃比）であるλ＝１よりもリッチ状態に第２、第３気筒を制御し、λ＝１よりもリーン状態に第１、第４気筒を制御する。この制御を気筒別空燃比制御という。
【００４３】
一方、フィルタ再生制御は、内燃機関１の運転状態から推定されるＰＭフィルタ３の温度が、ＰＭ自己燃焼温度である５８０℃以上、且つ、過昇温となる温度である７８０℃以下の場合に、図１０に示すように内燃機関１から排出される排気空燃比をＰＭ自己燃焼温度より低い場合に偏らせた排気空燃比の値を中心にリッチとリーンとに交互に強制的に制御する。図１０は、本実施例に係るＰＭ自己燃焼温度以上の場合のフィルタ再生制御中の排気空燃比の制御を示す図でもある。図１０に示すように、ＰＭ自己燃焼温度より低い場合に偏らせたλ＝１よりもリッチの値を中心に、第２、第３気筒を排気通路２に配置された全触媒の酸素吸蔵能力の範囲内で排気空燃比をリッチとリーンとに交互に制御する。またＰＭ自己燃焼温度より低い場合に偏らせたλ＝１よりもリーンの値を中心に、第１、第４気筒を排気通路２に配置された全触媒の酸素吸蔵能力の範囲内で排気空燃比をリッチとリーンとに交互に制御する。この制御は気筒別空燃比制御及びリッチ・リーン制御を同時に行っているといえる。ここで、気筒別空燃比制御及びリッチ・リーン制御の同時制御中では、気筒別空燃比制御における基準となるリッチとリーンとの差を変えることで、フィルタ全体の温度を制御する。一方、リッチ・リーン制御の振幅を変えることで、フィルタ外周部である低温部を昇温するようにしている。
【００４４】
なお、推定されるＰＭフィルタ３の温度が２３０℃よりも低い場合や、７８０℃を超える場合には、このフィルタ再生制御は行わない。
【００４５】
図７は、本実施例に係るＰＭ自己燃焼温度より低い場合のフィルタ再生制御時の酸素の挙動を示す図である。図７に示すように、本実施例のフィルタ再生制御を実施すると、まず、ＰＭ自己燃焼温度より低い場合には気筒別空燃比制御が実施され、第２、第３気筒が、排気空燃比がλ＝１よりもリッチに制御されて例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスが排気に多量に含まれることになる。一方、第１、第４気筒が、排気空燃比がλ＝１よりもリーンに制御されて酸素が排気に多量に含まれることになる。このような酸素及び還元性ガスの両方が多量に含まれた排気をＰＭフィルタ３に供給することができる。ここで、酸素吸蔵能力の無い触媒７は、酸素を吸蔵することができないので、あまり酸素を消費せず、酸素及び還元性ガスが同時に供給される場合に酸化反応する。これにより、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒７では、多量の酸素及び還元性ガスが同時に供給されて酸化反応して高い酸化反応熱を生じる。また、Ｐ
Ｍフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４でも、多量の酸素及び還元性ガスが同時に供給されて酸化反応して高い酸化反応熱を生じる。よって、ＰＭフィルタ３をより早期に昇温させることができる。
【００４６】
本実施例のフィルタ再生制御でＰＭ自己燃焼温度以上の場合には気筒別空燃比制御及びリッチ・リーン制御が同時に実施され、第１、第４気筒が、排気空燃比がリーンに制御された際に、排気に酸素がより多量に含まれることになる。この排気空燃比がリーンに制御された際に多量に含まれる酸素が、ＰＭと結びつきＰＭを酸化除去することができると共に、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給・吸蔵される。一方、第２、第３気筒が、排気空燃比がリッチに制御された際に、排気に内燃機関１から排出される、例えばＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元性ガスがより多量に含まれることになる。この排気空燃比がリッチに制御された際に多量に含まれる還元性ガスが、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給される。以上のことから、ＰＭフィルタ３のセル壁３ａの下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒４に供給・吸蔵された酸素及び還元性ガスが酸化反応して酸化反応熱を生じ、ＰＭフィルタ３を昇温してＰＭフィルタ３の高温状態を維持することができる。また、ＰＭフィルタ３の温度がＰＭ自己燃焼温度以上であるので、第１、第４気筒が、排気空燃比がリーンに制御された際により多量に含まれる酸素がＰＭと結びつきＰＭの酸化除去に消費されて、ＰＭフィルタ３をより早期に再生することができる。このとき、セル壁３ａの上流側表面の酸素吸蔵能力の無い触媒７が、ＰＭの酸化反応を促進するので、ＰＭフィルタ３をより早期に再生することができる。
【００４７】
以上のように本実施例であると、ＰＭ自己燃焼温度を閾値としてフィルタ再生制御を気筒別空燃比制御と気筒別空燃比制御及びリッチ・リーン制御の同時制御とに切り換えて、ＰＭフィルタ３をより早期に昇温させることができ、ＰＭフィルタをより早期に再生することができる。
【００４８】
＜その他＞
本発明に係るＰＭフィルタは、上述の実施例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内において種々の変更を加えてもよい。また、上記実施例は、ＰＭフィルタだけでなくＰＭフィルタの再生方法の実施例でもある。
【符号の説明】
【００４９】
１：内燃機関、２：排気通路、３：フィルタ、３ａ：セル壁、４：セル壁の下流側背面にコートされた酸素吸蔵能力を有する触媒、５：触媒ユニット、６：ＥＣＵ、７：セル壁の上流側表面にコートされた酸素吸蔵能力の無い触媒
【図１】
2012219732.tif 000003
【図２】
2012219732.tif 000004
【図３】
2012219732.tif 000005
【図４】
2012219732.tif 000006
【図５】
2012219732.tif 000007
【図６】
2012219732.tif 000008
【図７】
2012219732.tif 000009
【図８】
2012219732.tif 000010
【図９】
2012219732.tif 000011
【図１０】
2012219732.tif 000012