(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設される排気浄化装置であって、
機関排気中のＮＯをＮＯ２に酸化する機能を有する酸化触媒と、
この酸化触媒の下流に設けられ、機関排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
このパティキュレートフィルタに堆積するパティキュレート堆積量を検知する堆積量検知手段と、
このパティキュレート堆積量を調整するために、上記パティキュレートフィルタでパティキュレートがＮＯ２とともに燃焼する燃焼速度を制御する燃焼速度制御手段と、を有し、
この燃焼速度制御手段は、上記パティキュレート堆積量が下限値以下であってこのパティキュレート堆積量に応じて変化するパティキュレート浄化率が目標浄化率に満たない場合に、パティキュレートを堆積させるパティキュレート堆積運転を行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記パティキュレートフィルタが、濾過捕集型のフィルタであ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】
上記燃焼速度制御手段は、上記パティキュレート堆積量を増加させるときには、パティキュレートフィルタへ流入するＮＯ2とパティキュレートとの比ＮＯ2／ＰＭを小さくし、パティキュレート堆積量を減少させるときには、上記比ＮＯ2／ＰＭを大きく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】
上記比ＮＯ2／ＰＭを調整するために、上記酸化触媒に流入する排気温度が制御されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記比ＮＯ2／ＰＭが最大となる温度よりも高い場合、この排気温度を上昇させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記比ＮＯ2／ＰＭが最大となる温度よりも低い場合、この排気温度を低下させることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の燃焼室に排気を還流させる排気還流通路と、この排気還流通路に配置され、排気還流率を調整する排気還流制御弁と、を有し、
上記パティキュレート堆積量を調整するために、上記排気還流率が制御され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８】
上記パティキュレート堆積量を調整するために、上記パティキュレートフィルタへ流入する排気温度が制御されることを特徴とする請求項１，２，７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記酸化触媒が最も活性化する温度よりも高い場合、上記酸化触媒へ流入する排気温度を上昇させる一方、
上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記酸化触媒が最も活性化する温度よりも低い場合、上記酸化触媒に流入する排気温度を低下させることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記酸化触媒又はパティキュレートフィルタに流入する排気温度を調整するために、主燃料の噴射後に副燃料を噴射する後噴射が行われることを特徴とする請求項４，８，９のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記酸化触媒又はパティキュレートフィルタに流入する排気温度を調整するために、絞り弁を用いて機関吸気量又は機関排気量が制御されることを特徴とする請求項４，８〜１０のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
過給効率を変化させて過給圧を調整可能な過給機を備え、
上記酸化触媒又はパティキュレートフィルタに流入する排気温度を調整するために、上記過給機による過給圧が制御されることを特徴とする請求項４，８〜１１のいず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】
この発明は、内燃機関から排出された排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に、酸素を過剰に含むリーンバーン排気中の窒素酸化物（ＮＯx）およびパティキュレート（排気微粒子，特に煤；以下ＰＭと呼ぶ）を浄化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火を行うディーゼル内燃機関では、ＣＯ２の排出量が少ないという利点がある反面、ＮＯxとトレードオフの関係にあるＰＭの低減が大きな課題となっている。そこで、排気中のＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと呼ぶ）を排気通路に配設し、更に、このＤＰＦの上流に酸化触媒を配置し、この酸化触媒で排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させてＮＯ2（二酸化窒素）を生成させ、この生成された高酸化力のあるＮＯ2によって、ＤＰＦに捕集されているＰＭを燃焼させて除去することにより、ＤＰＦを再生するようにしたものがある（特開平８−３０３２２７号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＤＰＦ、特にセラミック繊維製のキャンドルタイプのＤＰＦのように、その捕集形態が濾過捕集型のＤＰＦの場合、一般的に、ＤＰＦのＰＭ堆積量とＰＭ浄化率とが図２に示すような関係になる。つまり、ＰＭ堆積量が多すぎても少なすぎてもＰＭ浄化率（ＰＭ捕集効率）が低くなり、所望のＰＭ浄化性能が得られない。つまり、濾過捕集型のフィルタでは、ＰＭ堆積量がある程度堆積している方が、排気の通過可能面積が小さくなって、捕集効率が向上する、という特性がある。
【０００４】
本願発明は、このようなパティキュレートフィルタ（特に濾過捕集型）特有の特性に着目してなされたものであって、所望のＰＭ捕集性能を効果的に得ることができる新規な内燃機関の排気浄化装置を提供することを一つの目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に配設される排気浄化装置であって、機関排気中のＮＯをＮＯ２に酸化する機能を有する酸化触媒と、この酸化触媒の下流に設けられ、機関排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、このパティキュレートフィルタに堆積するパティキュレート堆積量を検知する堆積量検知手段と、このパティキュレート堆積量を調整するために、上記パティキュレートフィルタでパティキュレートがＮＯ２とともに燃焼する燃焼速度を制御する燃焼速度制御手段を有し、この燃焼速度制御手段は、上記パティキュレート堆積量が下限値以下であってこのパティキュレート堆積量に応じて変化するパティキュレート浄化率が目標浄化率に満たない場合に、パティキュレートを堆積させるパティキュレート堆積運転を行うことを特徴としている。
【０００６】
つまり、パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）の捕集効率はパティキュレート（ＰＭ）堆積量によって変化するので、この発明では、所望のＰＭ捕集効率を安定的に得るために、ＰＭ堆積量を直接的あるいはＤＰＦの入口部の排圧等から間接的に検知し、このＰＭ堆積量を所定の範囲内に調整する。
【０００７】
特に請求項２に係る発明のように、上記パティキュレートフィルタが濾過捕集型のフィルタである場合、典型的には図２に示すように、パティキュレートフィルタの捕集特性がＰＭ堆積量に応じて大きく変化する。従って、ＰＭ堆積量を所定範囲（例えば所定の下限値ＡＣＣ以上）に調整することによって、所期のＰＭ捕集性能を安定的に得ることができる。
【０００８】
好ましくは請求項３に係る発明のように、上記燃焼速度制御手段は、上記パティキュレート堆積量を増加させるときには、パティキュレートフィルタへ流入するＮＯ2とパティキュレートとの比ＮＯ2／ＰＭを小さくし、パティキュレート堆積量を減少させるときには、上記比ＮＯ2／ＰＭを大きくする。
【０００９】
つまり、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭは、排気ガス中のＮＯ2を用いることによって酸化除去が可能となることから、流入してくるＮＯ2とＰＭの比が所定の値以上であれば、ＮＯ2によるＰＭ酸化（燃焼）が進み、ＤＰＦへのＰＭ堆積量が少なくなっていく。よってＤＰＦにＰＭがあまり堆積しておらず、ＰＭ堆積量を増加させるべきときには、上記の比ＮＯ2／ＰＭを小さくする。逆に、ＤＰＦにＰＭが堆積し過ぎて、排圧の過度な上昇及びこれに起因する燃費悪化を招くような状態のときには、上記の比ＮＯ2／ＰＭを大きくして、ＤＰＦに堆積したＰＭを、ＮＯ2を酸化剤とした連続燃焼によって除去させる。このようにＰＭ堆積量に応じて上記の比ＮＯ2／ＰＭを制御することで、所望のＰＭ捕集性能を安定して得ることが可能となる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、上記比ＮＯ2／ＰＭを調整するために、上記酸化触媒に流入する排気温度が制御されることを特徴としている。
【００１１】
つまり、酸化触媒におけるＮＯ→ＮＯ2の酸化活性反応は排気温度に大きく依存することから、触媒入口の排気温度を制御することにより、ＤＰＦへ流入するＮＯ2／ＰＭ比を有効に制御することができる。すなわち、ＤＰＦに堆積したＰＭ堆積量に応じて酸化触媒へ流入する排気温度を制御することにより、所望のＰＭ捕集性能を効果的に得ることが可能となる。
【００１２】
酸化触媒の入口部の排気温度に対するＮＯ→ＮＯ2の転化率は、典型的には図９に示すように、所定の温度Ｔ１をピークとした特性を示す。従って、上記の比ＮＯ2／ＰＭも、図１０に示すように、この温度Ｔ１をピークとした特性を示す。このため、上記の温度Ｔ１を基準とした所定の温度範囲Ｔ２〜Ｔ３が、連続燃焼によってＰＭの堆積が低減していく連続燃焼成立温度域となる。逆に、このＴ２〜Ｔ３から外れた範囲が、連続燃焼速度よりもＰＭの堆積速度が速く、ＰＭ堆積量が増加していく運転領域となる。
【００１３】
従って、好ましくは請求項５に係る発明のように、上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記比ＮＯ2／ＰＭが最大となる温度（Ｔ１）よりも高い場合、この排気温度を（Ｔ３よりも）上昇させる。一方、請求項６に係る発明のように、上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記比ＮＯ2／ＰＭが最大となる温度（Ｔ１）よりも低い場合、機関吸気量を増加させる等の手法を用いて、この排気温度を（Ｔ２よりも）低下させる。
【００１４】
また、好ましくは請求項９に係る発明のように、上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記酸化触媒が最も活性化する温度（Ｔ１）よりも高い場合、上記酸化触媒に流入する排気温度を（Ｔ３よりも）上昇させる一方、上記パティキュレート堆積量が所定の下限値よりも低く、このパティキュレート堆積量を増加させるべき運転状態で、かつ、上記酸化触媒に流入する排気温度が、上記酸化触媒が最も活性化する温度（Ｔ１）よりも低い場合、上記酸化触媒に流入する排気温度を（Ｔ２よりも）低下させる。
【００１５】
このように、排気温度が所定の温度（Ｔ１）よりも高い場合には排気温度を上昇させる一方、低い場合には排気温度を低下させることにより、この排気温度をパティキュレート堆積量が増加していく温度領域へ迅速に変化させることができる。
【００１６】
請求項７に係る発明は、内燃機関の燃焼室に排気を還流させる排気還流通路と、この排気還流通路に配置され、排気還流率を調整する排気還流制御弁と、を有し、上記パティキュレート堆積量を調整するために、上記排気還流率が制御されることを特徴としている。
【００１７】
つまり、エンジンから排出されるＮＯの量を制御してやれば、ＤＰＦへ流入するＮＯ2／ＰＭの比を制御できる。例えば、ＰＭ堆積量を増やすべきときには、排気還流率を高くしてエンジンから排出されるＮＯxの量を減らし、ＤＰＦへ流入するＮＯ2／ＰＭ比を下げれば良い。このように、ＰＭ堆積量に応じて排気還流率を制御することにより、所望のＰＭ捕集性能を得ることが可能となる。
【００１８】
請求項８に係る発明は、上記パティキュレート堆積量を調整するために、上記パティキュレートフィルタへ流入する排気温度が制御されることを特徴としている。
【００１９】
このように酸化触媒又はパティキュレートフィルタに流入する排気温度を調整する手法として、例えば請求項１０に係る発明では、主燃料の噴射後に副燃料を噴射する後噴射が行われ、請求項１１に係る発明では、絞り弁を用いて機関吸気量又は機関排気量が制御され、請求項１２に係る発明では、過給効率を変化させて過給圧を調整可能な過給機を備え、この過給機による過給圧が制御される。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、パティキュレートの堆積量を検知して、このパティキュレート堆積量を適宜に調整することによって、パティキュレートフィルタにおけるパティキュレートの捕集性能を高いレベルに維持することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の排気浄化装置を、直列４気筒のディーゼル内燃機関１の排気通路５に適用した実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１に示すように、この内燃機関１は、いわゆるコモンレール型の燃料噴射装置２を備えており、一方の側面に、吸気マニホールド３と排気マニホールド４とが上下に重ねて配置されている。排気マニホールド４に連なる排気管（排気通路）５には、上流側より順に、後述する酸化触媒７とディーゼルパーティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）９とが配設されている。酸化触媒７の入口には、酸化触媒７に流入する排気温度を検出する排気温度センサ６が設けられ、ＤＰＦ９の入口には、ＤＰＦ９の排圧（背圧）を検出する排圧センサ８が設けられている。
【００２３】
また、排気管５から吸気マニホールド３へ排気の一部を還流させる排気還流通路１０が設けられており、この排気還流通路１０に、排気還流率を調整する例えば電子制御型の排気還流制御弁１１が介装されている。更に、排気を利用して吸気管１２内の吸気を予圧する可変ノズル式のターボ過給機１３が設けられている。このターボ過給機１３は、過給効率を変化させて過給圧を調整可能であって、このターボ過給機１３の下流側に、水冷式もしくは空冷式のインタークーラ１４が設けられている。
【００２４】
制御ユニット（エンジンコントロールユニット）１５は、各種演算処理を記憶，実行するメモリ，ＣＰＵ等を備えた周知のコンピュータシステムであって、上記のセンサ６，８の他、機関回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ１６や、アクセル開度Ｌを検出するアクセル開度センサ１７等の機関運転状態を検出する各種センサが接続されており、これらセンサからの検出信号等に基づいて、様々なエンジン制御を行う。つまり制御ユニット１５は、アクセル開度Ｌや機関回転数Ｎｅ等に基づいて、燃料の噴射時期及び噴射量を演算し、その演算結果に基づいて燃料噴射装置２を駆動制御し、同様に、機関運転状態に応じて排気還流制御弁１１やターボ過給機１３を駆動制御して、排気還流率（ＥＧＲ率）や過給圧を制御する。
【００２５】
上記の酸化触媒７は、還元成分（ＨＣ）吸着触媒付きであり、機関排気中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成する機能を有し、かつ同時に、ＨＣの吸着性能をも併せ持つ。具体的には、例えばコージェライト製のモノリス担体に、貴金属成分を担持させた活性アルミナと、触媒もしくは排気の温度変化により排気中のＨＣを吸着および脱離する作用を有するＨＣ吸着触媒としてのゼオライト成分とを混ぜてコーティングさせたものである。なお、それぞれを層別にコーティングしてもよい。
【００２６】
上記の貴金属成分としてはＰｔ、Ｐｄ等が、ゼオライト成分としてはＺＳＭ−５、β、ＵＳＹ、モルデナイト型が知られており、これらを単独で、あるいは組み合せて用いることが望ましいが、例えば貴金属成分としてＰｔが、ゼオライト成分としては比較的ＨＣの吸着力の弱いゼオライト（例えばＺＳＭ−５）を担持し、酸化触媒の酸化活性が強くなる温度ではＨＣを脱離させるようにして、触媒で酸化燃焼させないようにするのが望ましい。これは、ＨＣの酸化燃焼に伴うＨＣ濃度変動の低下が生じないようにするためである。
【００２７】
このような構成にすることで、低排気温度では排気中の未燃成分であるＨＣを吸着するため、低排気温度でのＨＣの低減率が向上する。また昇温時には排気中の未燃成分であるＨＣ、ＣＯを高い効率で酸化して浄化できるとともに、ＮＯ成分を酸化してＮＯ2成分を生成する。
【００２８】
ＤＰＦ９は、排気中のＰＭを捕集し、捕集したＰＭを排気中のＮＯ2と反応させるＰＭの捕集・処理用のフィルタであり、一端が閉塞した中空円筒形状で深層濾過方式のものが用いられている。具体的には、周面部分に多数の孔を設けた有底円筒状をなす芯部材と、この芯部材にセラミックファイバーを幾層にも巻き回して形成される外層部とで構成されており、底部として閉塞されている端部が下流側となるように配置され、芯部材の他方の開口端から排気が導入されるように取り付けられている。従って、排気は内層部から外層部へと半径方向外周側へ流れ、排気中のＰＭがセラミックファイバーによって捕集される。なおＤＰＦ９としては、このタイプのものに限らず、従来より公知のニット状のファイバー、もしくはセラミックフォームタイプのもの、あるいはこれらを組み合わせて用いてもよい。
【００２９】
このＤＰＦ９に用いるセラミックファイバーの性質について述べると、一般的にセラミックファイバーは、単位容積当りに用いる繊維表面積が非常に大きい（約１００００ｃｍ2／ｃｃ）のが一つの特徴である。これは、例えば一般的な触媒の担体に用いるコージェライト製のモノリス担体の単位容積当りの表面積（約２０〜３０ｃｍ2／ｃｃ）と比べて圧倒的に大きく、つまり、少ない容積で大きな表面積が得られるため、触媒化には好適な材料である。
【００３０】
図５は、本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャートで、このルーチンは、例えば上記の制御ユニット１５により所定時間毎に繰り返し実行される。
【００３１】
先ずＳ（ステップ）１では、エンジン運転状態を読み込む。具体的には、エンジン回転数センサ１６から機関回転数Ｎｅを、アクセル開度センサ１７からアクセル開度Ｌを読み込む。Ｓ２では、機関回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｌ等に基づいて、燃料噴射量Ｑを演算する。
【００３２】
Ｓ３では、ＤＰＦ９へのＰＭ堆積量を検知する。ＤＰＦ９へのＰＭ堆積量を直接検知することは困難であるので、この実施例では、排圧センサ８によりＤＰＦ９の入口部の排圧をモニタすることで、ＰＭ堆積量を予測している。これに代えて、吸入空気量に基づいて排圧値の予測を行なうようにしてもよい。なお、排圧は、ＰＭ堆積量以外の因子によっても変化し、例えば排気ガス量が増えれば排圧は上昇する。図６，７はＰＭ堆積量推定用のマップであり、同図に示すように、ＰＭ堆積量の上限値ＡＣＣ２や下限値ＡＣＣ１に対応する排圧は、機関回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｑに応じて変化する。
【００３３】
Ｓ４ではＤＰＦ９の強制再生運転状態フラグｒｅｇ．１が立っているかを判定する。強制再生フラグが１の場合はＳ１５へ進み、後述する強制再生運転を続行する。Ｓ５ではＤＰＦ９のＰＭ堆積運転状態フラグｒｅｇ．２が立っているかを判定する。ＰＭ堆積運転状態フラグが１の場合はＳ１０へ進み、後述するＰＭ堆積運転を続行する。
【００３４】
Ｓ６ではＤＰＦ９ヘのＰＭ堆積量が所定の上限値ＡＣＣ２未満であるかを判定する。実際には、現在の機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて図６に示すマップを参照することにより、上限値ＡＣＣ２に対応する排圧上限値を算出し、現在の排圧値Ｐｆが排圧上限値未満であるかを判定する。
【００３５】
ＰＭ堆積量が上限値ＡＣＣ２未満であると判定された場合には、Ｓ７へ進み、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量が所定の下限値ＡＣＣ１より多いかを判定する。実際には、現在の機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて図７に示すマップを参照することにより、下限値ＡＣＣ１に対応する排圧下限値を決定し、現在の排圧値Ｐｆが上記の排圧下限値を越えているかを判定する。
【００３６】
ここで、微粒子を捕捉するＤＰＦが本実施形態のように深層濾過方式であると、図２に示すように、ＤＰＦへのＰＭ堆積量に応じてＰＭ浄化率が変化する。一般的にはＰＭの堆積量が増加するに従ってＰＭ浄化率が上昇する傾向にある。つまり、目標のＰＭ浄化率を得るためには、ＰＭ堆積量が上記の下限値ＡＣＣ１を越えている必要がある。
【００３７】
ＤＰＦ９のＰＭ堆積量が所定の下限値ＡＣＣ１を越えていないと判定された場合、Ｓ８へ進み、ＤＰＦ９にＰＭを積極的に堆積させるＰＭ堆積運転を開始する。ＰＭを積極的に堆積させるためには、ＰＭのＤＰＦへの堆積速度に対し、ＤＰＦに堆積しているＰＭがＮＯ2と反応して燃焼（浄化）する連続燃焼速度を遅くすればよい。
【００３８】
図３は触媒入口温度が４５０℃の場合の特性を示しており、図中の圧力比ｄＰは、評価開始直後のＤＰＦの圧力損失と、所定時間経過後の圧力損失との比を表している。この圧力比ｄＰが１より大きい場合、浄化されるＰＭ量より堆積するＰＭ量が多く、ＰＭ堆積量が増加する運転状態（ＰＭ堆積運転状態）であることを意味している。この図３に示すように、触媒入口温度が４５０℃の条件では、ＤＰＦ入口のＮＯ2／ＰＭの比を所定値（この図の例では８）未満とすれば、ＤＰＦへのＰＭの堆積速度がＮＯ2によるＰＭの燃焼速度よりも早くなり、ＤＰＦへのＰＭ堆積量が増加していく。逆に、ＮＯ2／ＰＭの比が８を越えていれば、ＤＰＦへのＰＭの堆積速度よりもＮＯ2によるＰＭの燃焼速度が早くなり、ＰＭ堆積量が低下していく。
【００３９】
上記の比ＮＯ2／ＰＭは、図４に示すようにＥＧＲ率と関連している。つまり、ＥＧＲ率が高くなるほど、ＮＯ2／ＰＭの比が小さくなる関係にある。従って、ＰＭ堆積運転を行うためには、排気還流制御弁１１を駆動制御することにより、ＥＧＲ率を、ＮＯ2／ＰＭの比が８となる所定値ＴEGRよりも大きくすれば良い。
【００４０】
より具体的には、通常の運転状態では、ＤＰＦでの連続燃焼速度がＰＭの堆積速度よりも速くなるようなＥＧＲ率の設定としてあるが、ＤＰＦへＰＭを堆積させたい場合は、通常の運転条件よりもＥＧＲ率を高く設定して、ＤＰＦへ流入するＮＯ2の量を減らし、ＰＭの連続燃焼速度を下げれば良い。逆に、通常の運転条件よりもＥＧＲ率を低くすれば、ＤＰＦへ堆積したＰＭが更に浄化され易くなる。
【００４１】
Ｓ９では、ＰＭ堆積運転が続行中であることを示すフラグｒｅｇ．２を１とする。Ｓ１０では、ＰＭ堆積を行う運転時間が所定の時間ｔ１より長いかを判定する。ＰＭ堆積運転時間が所定時間ｔ１を経過すると、Ｓ１１へ進み、上記のＰＭ堆積運転を終了する。具体的には、ＥＧＲ率の設定を通常の設定状態に復帰させる。そして、Ｓ１２でｒｅｇ．２フラグを０に戻して本ルーチンを終了する。
【００４２】
上記のＳ６でＰＭ堆積量が上限値ＡＣＣ２以上であると判定された場合、つまりＤＰＦ９に所定量ＡＣＣ２以上のＰＭが堆積し、連続燃焼では排圧上昇を回避できないと判定された場合には、Ｓ１３へ進み、強制的にＤＰＦ９を再生する強制再生運転を開始する。具体的には、酸化触媒７やＤＰＦ９へ流入する排気温度を、ＰＭの自己燃焼温度である６００℃程度まで上昇させる。
【００４３】
このように排気温度を調整する手法としては、主燃料の噴射後に副燃料を噴射するｐｏｓｔ噴射を行うことや、絞り弁を用いて機関吸気量又は機関排気量を制御することや、ターボ過給機１３による過給圧を制御することの他、酸化触媒７やＤＰＦ９の入口部にバーナを設けることや、このようなバーナの使用と共に燃料等のＨＣ成分を添加すること等が挙げられる。
【００４４】
Ｓ１４では、強制再生運転を続行中であることを示すために、強制再生フラグｒｅｇ１を１とする。Ｓ１５では強制再生運転の運転時間が所定時間ｔ３を経過したかを判定する。所定時間ｔ３が経過すると、Ｓ１６へ進み、強制再生運転を終了するとともに、Ｓ１７で再生フラグｒｅｇ１を０として、本ルーチンを終了する。
【００４５】
図８は、本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャートである。
【００４６】
先ずＳ２１では、エンジン運転状態を読み込む。具体的には、エンジン回転数センサ１６から機関回転数Ｎｅを、アクセル開度センサ１７からアクセル開度Ｌを読み込む。Ｓ２２では、機関回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｌ等に基づいて、燃料噴射量Ｑを演算する。
【００４７】
Ｓ２３では、ＤＰＦ９へのＰＭ堆積量を検知する。ここでは第１実施例と同様、排圧センサ８で検出されるＤＰＦ９の入口の排圧に基づいて、ＰＭ堆積量を間接的に検知している。なお、上記の排圧値を吸入空気量に基づいて推測するようにしてもよい。なお、排圧は、ＰＭ堆積量以外の因子によっても変化し、例えば排気ガス量が増えれば排圧は上昇する。つまり図６，７にも示すように、ＰＭ堆積量の上限値ＡＣＣ２や下限値ＡＣＣ１に対応する排圧は、機関回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｑに応じて変化する。
【００４８】
Ｓ２４ではＤＰＦの強制再生運転状態フラグｒｅｇ．１が立っているかを判定する。強制再生フラグが１の場合はＳ４３へ進み、後述する強制再生運転を続行する。Ｓ２５ではＤＰＦの第１ＰＭ堆積運転状態フラグｒｅｇ．２が立っているかを判定する。第１ＰＭ堆積運転状態フラグが１の場合はＳ３３へ進み、後述する第１ＰＭ堆積運転を続行する。Ｓ２６ではＤＰＦの第２ＰＭ堆積運転状態フラグｒｅｇ．３が立っているかを判定する。第２ＰＭ堆積運転状態フラグが１の場合はＳ３８へ進み、後述する第２ＰＭ堆積運転を続行する。
【００４９】
Ｓ２７ではＤＰＦ９ヘのＰＭ堆積量が所定の上限値ＡＣＣ２未満であるかを判定する。実際には、現在の機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて図６に示すマップを参照することにより、上限値ＡＣＣ２に対応する排圧上限値を算出し、現在の排圧値Ｐｆが排圧上限値未満であるかを判定する。
【００５０】
ＰＭ堆積量が上限値ＡＣＣ２未満であると判定された場合には、Ｓ２８へ進み、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量が所定の下限値ＡＣＣ１より多いかを判定する。実際には、現在の機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて図７に示すマップを参照することにより、下限値ＡＣＣ１に対応する排圧下限値を決定し、現在の排圧値Ｐｆが上記の排圧下限値を越えているかを判定する。
【００５１】
ここで、微粒子を捕捉するＤＰＦが本実施形態のように深層濾過方式であると、図２に示すように、ＤＰＦへのＰＭ堆積量に応じてＰＭ浄化率が変化する。一般的にはＰＭの堆積量が増加するに従ってＰＭ浄化率が上昇する傾向にある。つまり、目標のＰＭ浄化率を得るためには、ＰＭ堆積量が上記の下限値ＡＣＣ１を越えている必要がある。
【００５２】
ＤＰＦ９のＰＭ堆積量が所定の下限値ＡＣＣ１を越えていないと判定された場合、Ｓ２９へ進み、ＤＰＦにＰＭを堆積させるべき運転条件であるか否かを判定する。具体的には、排気温度センサ６により検出される酸化触媒７の入口温度が、Ｔ２からＴ３までの範囲内にあるかを判定する。
【００５３】
この点について詳述すると、図９に示すように、酸化触媒７の入口温度に対するＮＯ→ＮＯ2の転化率は、所定の温度Ｔ１をピークとした特性を示し、この入口温度に対する上記の比ＮＯ2／ＰＭも、図１０に示すように、所定の温度Ｔ１をピークとした特性を示す。上記第１実施例の場合と同様、比ＮＯ2／ＰＭが所定値（ここでは８）以上の場合にＰＭ堆積量が低下していくとすれば、図１０に示すように、Ｔ１を基準とするＴ２〜Ｔ３の範囲が、連続燃焼によってＰＭ堆積量が低下していく連続燃焼成立温度域となる。逆に、このＴ２〜Ｔ３から外れた領域が、連続燃焼速度よりもＰＭの堆積速度が速く、ＤＰＦのＰＭ堆積量が増加していくＰＭ堆積運転領域となる。
【００５４】
従って、触媒入口温度（排温）が上記の温度域Ｔ２〜Ｔ３にある場合には、Ｓ３０へ進み、排温を温度域Ｔ２〜Ｔ３から外れるように調整する。つまり、Ｓ３０において、排温が、ＮＯ→ＮＯ2への転化率がピークとなる排気温度Ｔ１より大きいと判定された場合、つまりＴ１〜Ｔ３の領域にある場合には、Ｓ３１へ進み、第１ＰＭ堆積運転を開始する。具体的には、主燃料噴射終了後、つまり圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０〜１５０°の範囲で副噴射を行なうことにより、排温をＴ３よりも上昇させる。ただし、排温が過度に上昇すると（例えば５５０℃〜６００℃以上）、ＰＭの自己着火によりＤＰＦ９の浄化が促進されて、ＰＭが堆積され難くなるため、好ましくは、排温を４５０〜５００℃程度とする。
【００５５】
上記排気温度を上昇させる他の手法として、絞り弁を用いて機関吸気量又は機関排気量を制御することや、ターボ過給機１３による過給圧を制御する（作動ガス量を減少させる）ことの他、酸化触媒７やＤＰＦ９の入口にバーナを設けることや、このようなバーナの使用と共に燃料等のＨＣ成分を添加すること等が挙げられる。
【００５６】
続くＳ３２では、第１ＰＭ堆積運転が続行中であることを示すために、フラグｒｅｇ２を１とする。第１ＰＭ堆積運転の運転時間が所定時間ｔ１を経過すると、Ｓ３３からＳ３４へ進み、排温上昇による第１ＰＭ堆積運転を終了する。具体的には、ｐｏｓｔ噴射を終了する。そして、Ｓ３５でフラグｒｅｇ２を０に戻して、本ルーチンを終了する。
【００５７】
一方、Ｓ３０で排温がＴ１以下であると判定された場合には、Ｓ３６へ進み、第２ＰＭ堆積運転を開始する。具体的には、排気温度をＴ２よりも低下させる。この実施例では、過給圧制御（吸入空気量の増加）によって、排気温度をＴ２よりも低くさせている。つまり、酸化触媒７よりも上流に配置されているターボ過給機１３の可変ノズル（図示省略）を通常の状態よりも閉じることにより、過給圧を上昇させて、排気温度を低下させる。
【００５８】
次いでＳ３７では、排温低下による第２ＰＭ堆積運転が続行中であることを示すために、フラグｒｅｇ３を１とする。第２ＰＭ堆積運転が所定時間ｔ１を経過したと判定されると、Ｓ３８からＳ３９へ進み、排温低下による第２ＰＭ堆積運転を終了する。つまり、ターボ過給機１３のノズルを通常の制御による開度に戻す。そして、Ｓ４０でフラグｒｅｇ３を０に戻し、本ルーチンを終了する。
【００５９】
上記のＳ２７において、ＤＰＦ９のＰＭ堆積量が上限値ＡＣＣ２以上である、つまりＰＭが過度に堆積しており、連続燃焼では排圧上昇を回避できないと判定された場合、Ｓ４１へ進み、強制的にＤＰＦ９を再生する強制再生運転を開始する。具体的には、上述した吸排気絞り、ＥＧＲ率の制御、ｐｏｓｔ噴射等によって、ＰＭの自己燃焼温度である６００℃程度まで排気温度を上昇させる。あるいは、上述したようにバーナを設けたり、ＨＣを添加する等により排温を上昇させても良い。
【００６０】
続くＳ４２では、強制再生運転が続行中であることを示すために、強制再生フラグｒｅｇ１を１とする。この強制再生運転が所定時間ｔ３経過すると、Ｓ４３からＳ４４へ進み、強制再生運転を終了する。具体的には、ＰＭ自己燃焼温度への排温上昇を終了する。そして、Ｓ４５で再生フラグｒｅｇ１を０に戻して、本ルーチンを終了する。
【００６１】
以上のような第１，第２実施例によれば、ＰＭ堆積量を検知し、このＰＭ堆積量を所定の範囲、具体的には下限値ＡＣＣ１から上限値ＡＣＣ２までの範囲に調整することによって、ＤＰＦ９におけるＰＭ捕集性能を高いレベルに維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略構成図。
【図２】ＰＭ堆積量とＤＰＦのＰＭ浄化率との関係を示す特性図。
【図３】ＤＰＦへ流入するＮＯ2とＰＭの比と、ＤＰＦの圧力比ｄＰとの関係を示す特性図。
【図４】ＥＧＲ率と、ＤＰＦへ流入するＮＯ2とＰＭの比との関係を示す特性図。
【図５】本発明の第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図６】ＰＭ堆積量の上限値ＡＣＣ２に対応する排圧推定用のマップ。
【図７】ＰＭ堆積量の下限値ＡＣＣ１に対応する排圧推定用のマップ。
【図８】本発明の第２実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】酸化触媒の入口温度と、ＮＯ→ＮＯ2転化率との関係を示す特性図。
【図１０】酸化触媒の入口温度と、ＤＰＦへ流入するＮＯ2とＰＭの比との関係を示す特性図。
【符号の説明】
５…排気管（排気通路）
７…酸化触媒
９…ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
８…排圧センサ（堆積量検知手段）
１０…排気還流通路
１１…排気還流制御弁
１３…ターボ過給機
１５…制御ユニット
【図１】
0003870673.tif 000002
【図２】
0003870673.tif 000003
【図３】
0003870673.tif 000004
【図４】
0003870673.tif 000005
【図５】
0003870673.tif 000006
【図６】
0003870673.tif 000007
【図７】
0003870673.tif 000008
【図８】
0003870673.tif 000009
【図９】
0003870673.tif 000010
【図１０】
0003870673.tif 000011