(57)【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、排気中に含まれる微粒子を捕集可能な捕集機構と、
前記捕集機構による圧力損失を検出する圧損検出手段と、
前記圧損検出手段により検出された圧力損失が所定の判定基準値以上となった時点で前記捕集機構に捕集された微粒子を除去する再生手段と、
前記再生手段により前記捕集機構の再生が行われた直後の前記圧損検出手段の検出値を非捕集時圧力損失として学習する学習手段と、
前記学習手段により学習された非捕集時圧力損失が増加するほど、前記判定基準値を増加させる補正を行う補正手段と、を備え、
前記非捕集時圧力損失の増加量に対する前記判定基準値の増加補正量は、前記非捕集時圧力損失が増加するほど多くされることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記捕集機構に捕集される微粒子量の上限値と、前記捕集機構に捕集される微粒子量の増加に対する圧力損失の増加率とを乗算し、その乗算値に前記非捕集時圧力損失を加算した値を判定基準値とする補正を行うものであり、
前記増加率は前記非捕集時圧力損失が増加するほど大きくされ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】
前記捕集機構に吸蔵された硫黄酸化物を除去する被毒解消手段を更に備え、
前記学習手段は、前記再生手段により前記捕集機構の再生が行われた直後、およびまたは、前記被毒解消手段により前記捕集機構の被毒が解消された直後の前記圧損検出手段の検出値を非捕集時圧力損失として学習することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記学習手段により学習された圧力損失が所定値を越えた場合に前記捕集機構が異常で
あると判定する異常判定手段を更に備える請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記捕集機構は、酸化触媒とＮＯx吸蔵剤とが担持されたパティキュレートフィルタで
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に、排気中に含まれる微粒子を捕集する機構を備えた排気浄化技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上が要求されており、特に軽油を燃料とする圧縮着火式のディーゼル機関では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれる煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化もしくは除去することが要求されている。
【０００３】
このため、ディーゼル機関では、断面積が非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパティキュレートフィルタを排気通路に配置し、そのパティキュレートフィルタの細孔に排気を流すことにより、排気中のＰＭを捕集する方法が知られている。
【０００４】
一方、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が過剰に増加すると、パティキュレートフィルタにおける排気抵抗が高くなり、それに応じて内燃機関に作用する背圧が過剰に高くなる虞があるため、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを適当な時期に浄化してパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させる必要がある。
【０００５】
このような要求に対し、例えば、特開平５−３１２０２１号公報に記載されているようなディーゼルエンジンの排気浄化装置が提案されている。
【０００６】
前記した公報に記載されている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系に配置された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圧力損失値が再生時期判断用圧力損失値を越えた場合にパティキュレートフィルタを再生する再生手段とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、パティキュレートフィルタの新品時に該パティキュレートフィルタの圧力損失値を検出し、その圧力損失値に応じて再生時期判断用圧力損失値を設定するよう構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレートフィルタの使用過程では、アッシュ等のように通常の再生処理では除去することができない物質がパティキュレートフィルタに堆積するため、ＰＭ非捕集時におけるパティキュレートフィルタの圧力損失が変化する場合があるとともに、パティキュレートフィルタの圧力損失値を検出するセンサの出力特性が経時劣化などによって変化し易いため、パティキュレートフィルタの実際の圧力損失値とセンサにより検出される圧力損失値との間に誤差が生じる場合がある。
【０００８】
しかしながら、前述した従来の技術では、パティキュレートフィルタの新品時に検出された圧力損失値に従って該パティキュレートフィルタの再生時期が判定されるため、ＰＭ非捕集時におけるパティキュレートフィルタの圧力損失値が変化した場合、或いはパティキュレートフィルタの実際の圧力損失値とセンサにより検出される圧力損失値との間に誤差が発生した場合には、ＰＭの捕集に起因した圧力損失を正確に検出することができなくなり、パティキュレートフィルタの再生時期を精度良く判定することが困難となる。
【０００９】
本発明は、上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、排気中に含まれる煤などの微粒子を捕集する捕集機構を備えた内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構の再生時期を精度良く判定することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を捕集可能な捕集機構と、
前記捕集機構による圧力損失を検出する圧損検出手段と、
前記圧損検出手段により検出された圧力損失が所定の判定基準値以上となった時点で前記捕集機構に捕集された微粒子を除去する再生手段と、
前記再生手段により前記捕集機構の再生が行われた直後の前記圧損検出手段の検出値に基づいて前記判定基準値を補正する補正手段と、
を備えている。
【００１１】
この発明は、内燃機関の排気通路に設けられた捕集機構と、捕集機構の圧力損失を検出する圧損検出手段と、圧損検出手段の検出値が所定の判定基準値以上となった時点で前記捕集機構の再生処理を行う再生手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構の再生処理が行われた直後の圧損検出手段の検出値に基づいて判定基準値を補正することを最大の特徴としている。
【００１２】
かかる内燃機関の排気浄化装置では、再生手段は、圧損検出手段により検出された圧力損失が判定基準値以上になると、捕集機構に捕集された微粒子を除去すべく再生処理を実行する。
【００１３】
再生手段による捕集機構の再生処理が終了すると、直ちに圧損検出手段が捕集機構の圧力損失を検出する。捕集機構は、再生処理終了直後に圧損検出手段が検出した圧力損失に応じて判定基準値を補正する。
【００１４】
この場合、判定基準値は、微粒子が捕集されていない状態の捕集機構の圧力損失に応じて補正されることとなり、補正後の判定基準値には、捕集機構に微粒子が捕集されていない状況下での圧損検出手段の検出値が反映された値となる。
【００１５】
この結果、微粒子以外の物質の堆積により微粒子が捕集されていない状態の捕集機構の圧力損失が変化した場合、或いは、圧損検出手段の検出特性が経時変化した場合などにおいても、微粒子の捕集に起因した圧力損失が正確に検出されるようになる。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構の圧力損失を検出する方法としては、捕集機構より上流の排気通路における排気圧力と捕集機構より下流の排気通路における排気圧力との差圧を検出する方法や、内燃機関が特定の運転条件にあるときの吸入空気量に基づいて推定する方法などを例示することができる。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、再生手段により捕集機構の再生が行われた直後の圧損検出手段の検出値に基づいて、微粒子が捕集されていない状態の捕集機構の圧力損失（以下、「非捕集時圧力損失」と称する）を学習する学習手段を更に備えるようにしてもよい。この場合、補正手段は、学習手段により学習された非捕集時圧力損失に応じて判定基準値を補正するようにしてもよい。
【００１８】
尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が捕集機構に吸蔵された硫黄酸化物を除去する被毒解消手段を更に備えている場合には、学習手段は、再生手段により捕集機構の再生が行われた直後、およびまたは、被毒解消手段により捕集機構の被毒が解消された直後の圧損検出手段の検出値を、微粒子が捕集されていない状態の捕集機構の圧力損失として学習するようにしてもよい。
【００１９】
これは、捕集機構に吸蔵された硫黄酸化物を除去する場合には、捕集機構に捕集されている微粒子も除去されることになるからである。
【００２０】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、補正手段は、学習手段により学習された非捕集時圧力損失が増加するほど判定基準値を増加させるようにしてもよい。その際、非捕集時圧力損失の増加量に対する判定基準値の増加量は、非捕集時圧力損失が増加するほど多くされることが好ましい。これは、捕集機構に捕集される微粒子量の増加に対する圧力損失の増加率は、非捕集時圧力損失が増加するほど大きくなるからである。
【００２１】
このような方法により判定基準値が補正されると、捕集機構に捕集された微粒子量が少ないにも関わらず捕集機構の圧力損失が判定基準値に達することがなくなる。その結果、捕集機構の再生処理実行回数が不必要に増加することがなくなる。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、学習手段により学習された圧力損失が所定値を越えた場合に捕集機構が異常であると判定する異常判定手段を更に備えるようにしてもよい。
【００２３】
これは、微粒子以外の物質の堆積により微粒子が捕集されていない状態の捕集機構の圧力損失が過剰に高くなると、内燃機関に作用する背圧が過剰に高くなり、燃料消費量の不要な増加や内燃機関のドライバビリティ低下、更には排気エミッションの悪化を招くからである。
【００２４】
尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、捕集機構としては、パティキュレートフィルタ、或いはＮＯx触媒が担持されたパティキュレートフィルタ等を例示することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１には、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフトが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５とが取り付けられている。
【００２８】
前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるとともに、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続されている。
【００２９】
前記コモンレール７におけるリターンパイプ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コモンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となったときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１との導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。
【００３０】
前記コモンレール７には、該コモンレール７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧センサ１３が取り付けられている。
【００３１】
このように構成された燃料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポンプ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力信号値に基づいてフィードバック制御される。
【００３２】
燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給された燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するまで蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。各燃料噴射弁３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の燃焼室内へ噴射する。
【００３３】
尚、前記した燃料系では、コモンレール７内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられた燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧されることになる。
【００３４】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されている。
【００３５】
前記吸気管１５において前記エアクリーナボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５内を流れ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１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取り付けられている。
【００３６】
前記吸気管１５において前記エアフローメータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１９ａが設けられている。
【００３７】
前記吸気管１５において前記コンプレッサハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。
【００３８】
前記吸気管１５において前記インタークーラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁２１が設けられている。この吸気絞り弁２１には、該吸気絞り弁２１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１ａと、前記吸気絞り弁２１の開度に応じた電気信号を出力する吸気絞り弁開度センサ２１ｂとが取り付けられている。
【００３９】
このように構成された吸気系では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該エアクリーナボックス１６内の図示しないエアクリーナによって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９ａに流入する。
【００４０】
コンプレッサハウジング１９ａに流入した新気は、該コンプレッサハウジング１９ａ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る。前記コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ２０にて冷却される。
【００４１】
インタークーラ２０によって冷却された新気は、必要に応じて吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導かれた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４２】
各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼する。
【００４３】
次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介して排気管２５ａに接続されている。
【００４４】
前記排気枝管２４において前記タービンハウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂回するタービンバイパス通路２６によって接続されている。
【００４５】
前記タービンバイパス通路２６には、該タービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなるウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。
【００４６】
前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッサハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにおいて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁体２７ａを開閉駆動する。
【００４７】
具体的には、アクチュエータ２７ｂは、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧未満の圧力が印加されているときは弁体２７ａを閉弁位置に保持し、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧以上の圧力が印加されたときは弁体２７ａを開弁駆動する。
【００４８】
つまり、アクチュエータ２７ｂは、遠心過給機１９による吸気の過給圧が所定圧以上に達すると、弁体２７ａを開弁させてタービンバイパス通路２６を導通状態とし、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量を減少させ、以て過給圧が前記した所定圧を越えないようにする。
【００４９】
前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成分、特に煤等の微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続されている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接続されている。以下では、排気浄化機構２９より上流の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂと称するものとする。
【００５０】
前記排気浄化機構２９は、本発明に係る捕集機構の一実施態様であり、排気中に含まれるＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）や、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤とが担持されたＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒を例示することができる。尚、以下では、排気浄化機構２９をパティキュレートフィルタ２９と称するものとする。
【００５１】
前記上流側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れ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３８が取り付けられている。前記上流側排気管２５ａと前記下流側排気管２５ｂには、これら上流側排気管２５ａ内の排気圧力と下流側排気管２５ｂ内の排気圧力との差圧に対応した電気信号を出力する差圧センサ３９が取り付けられている。
【００５２】
前記下流側排気管２５ｂには、該下流側排気管２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３が取り付けられている。この排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り付けられている。
【００５３】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。
【００５４】
遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記タービンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッサホイールは、前記タービンホイールから伝達された回転エネルギによって新気を圧縮する。
【００５５】
その際、コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェストゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加され、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動することになる。
【００５６】
ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がタービンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネルギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。
【００５７】
前記タービンハウジング１９ｂから上流側排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、上流側排気管２５ａからパティキュレートフィルタ２９へ流入する。パティキュレートフィルタ２９に流入した排気は、該排気に含まれる煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中に放出される。
【００５８】
また、排気枝管２４には、排気再循環通路（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１００は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて開度を変更することが可能となっている。
【００５９】
前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧＲ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられている。
【００６０】
前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱するためのラジエター１０６と接続されている。
【００６１】
前記した２本の配管１０４、１０５のうちの一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記ＥＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。
【００６２】
前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加されたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。
【００６３】
このように構成された排気再循環機構（ＥＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１４へ導かれる。
【００６４】
その際、開閉弁１０７が開弁状態にあると、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲクーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れるＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００６５】
ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４から吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１４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、前記燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００６６】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれている。このため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００６７】
更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少することがない。
【００６８】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５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。
【００６９】
ＥＣＵ３５には、クランクポジションセンサ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、排気温度センサ３８、差圧センサ３９に加えて、車両の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ３７が電気的に接続され、上記した各センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００７０】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能になっている。
【００７１】
ここで、ＥＣＵ３５は、図２に示すように、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰＵ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。
【００７２】
前記入力ポート４５は、クランクポジションセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００７３】
前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度センサ１８、吸気絞り弁開度センサ２１ｂ、アクセルポジションセンサ３７、排気温度センサ３８、差圧センサ３９等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信する。
【００７４】
前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃料ポンプ９、吸気絞り用アクチュエータ２１ａ、排気絞り用アクチュエータ３４、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力される制御信号を前記した各部へ送信する。
【００７５】
前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り制御ルーチン、排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ制御ルーチンなどの各種アプリケーションプログラムを記憶するとともに、種々の制御マップを記憶している。
【００７６】
前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００７７】
前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００７８】
前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、燃料ポンプ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御などの周知の制御に加え、本発明の要旨となるＰＭ再生制御を実行する。
【００７９】
ＰＭ再生制御では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭの量（以下、ＰＭ捕集量と称する）が所定の上限値（以下、ＰＭ捕集量上限値と称する）以上となった時点でパティキュレートフィルタ２９に捕集されているＰＭを燃焼及び除去すべくＰＭ再生処理を実行する。
【００８０】
前記したＰＭ捕集量上限値は、ＰＭが燃焼する際に発生する燃焼熱がパティキュレートフィルタ２９に悪影響（例えば、パティキュレートフィルタ２９の過熱による溶損）を及ぼさない範囲内で決定される値である。
【００８１】
パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量がＰＭ捕集量上限値以上であるか否か判定する方法しては、パティキュレートフィルタ２９の圧力損失が所定の判定基準値以上であるときはＰＭ捕集量が上限値以上であり、且つ、パティキュレートフィルタ２９の圧力損失が前記判定基準値未満であるときはＰＭ捕集量が上限値未満であると判定する方法を例示することができる。
【００８２】
これは、パティキュレートフィルタ２９にＰＭが捕集されると、パティキュレートフィルタ２９内の排気通路の断面積が狭められるため、パティキュレートフィルタ２９内の排気抵抗が増加し、以てパティキュレートフィルタ２９の圧力損失が増加することになるからである。
【００８３】
パティキュレートフィルタ２９の圧力損失は、パティキュレートフィルタ２９より上流における排気圧力とパティキュレートフィルタ２９より下流における排気圧力との差に相当するため、差圧センサ３９の出力信号値（差圧）をパティキュレートフィルタ２９の圧力損失値として用いることができる。
【００８４】
従って、ＣＰＵ４１は、差圧センサ３９の出力信号値が所定の判定基準値未満であるときはパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量がＰＭ捕集量上限値未満であり、且つ、差圧センサ３９の出力信号値が前記判定基準値以上であるときはパティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量がＰＭ捕集量上限値以上であると判定することができる。
【００８５】
次に、ＰＭ再生処理では、ＣＰＵ４１は、ＰＭが燃焼し得る温度域まで排気温度を高めるべく排気昇温制御を実行する。排気昇温制御の実行方法としては、燃料噴射量を増量させると同時に排気絞り弁３３を所定量閉弁する方法、通常の燃料噴射（主燃料噴射）に加えて各気筒２の膨張行程時に追加の燃料噴射（膨張行程噴射）を行なう方法、主燃料噴射及び膨張行程噴射の燃料量を増加させると同時に排気絞り弁３３を所定量閉弁する方法、主燃料噴射に加えて各気筒２の排気行程時に追加の燃料噴射（排気行程噴射）を行うことで未燃の燃料をパティキュレートフィルタ２９へ供給して燃焼させる方法などを例示することができる。
【００８６】
このようにしてＰＭ再生処理が実行されると、パティキュレートフィルタ２９に捕集されていたＰＭが燃焼してパティキュレートフィルタ２９から除去されることになる。
【００８７】
ところで、パティキュレートフィルタ２９には、ＰＭ以外の物質が吸蔵及び堆積する場合がある。ＰＭ以外の物質としては、アッシュと呼ばれる化合物を例示することができる。
【００８８】
アッシュは、おおよそ以下のようなメカニズムによって生成されると考えられる。
【００８９】
すなわち、内燃機関の燃料や潤滑油（所謂、エンジン・オイル）には、種々の添加剤や不純物が含まれており、これらの成分が内燃機関の燃焼室あるいはパティキュレートフィルタ上で結合して種々の化合物を形成し、それらの化合物がパティキュレートフィルタ上で凝集してアッシュが生成されると考えられる。
【００９０】
例えば、内燃機関の燃料や潤滑油には、硫黄（Ｓ）成分、リン（Ｐ）成分、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の成分が含有されており、燃焼室内においてブローバイガス（潤滑油）中に含まれる成分と混合気（燃料）中に含まれる成分とが結合し、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ4）、リン酸カルシウム（Ｃａ3（ＳＯ4）2）、あるいは硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）等の化合物が生成され、これらの化合物がパティキュレートフィルタ上にＰＭとともに捕集され、アッシュとして凝集される。
【００９１】
また、硫黄（Ｓ）は煤に吸蔵され易いという特性を有することから、パティキュレートフィルタ上に煤とともに吸蔵された硫黄（Ｓ）が排気中のカルシウム（Ｃａ）やマグネシウム（Ｍｇ）と結合して、硫酸カルシウム（Ｃａ）や硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ4）等の化合物を生成し、これらの化合物がアッシュとして凝集される。
【００９２】
上記したようなアッシュは、ＰＭ再生処理が実行されてもパティキュレートフィルタ２９から除去されないため、使用時間の経過とともにパティキュレートフィルタ２９内に堆積し、パティキュレートフィルタ２９の圧力損失を増加させることになる。
【００９３】
従って、パティキュレートフィルタ２９にアッシュが堆積するほど、ＰＭ再生処理実行直後における差圧センサ３９の出力信号値、言い換えれば、パティキュレートフィルタ２９にＰＭが捕集されていない時の差圧センサ３９の出力信号値（以下、非捕集時差圧と称する）が大きくなる。
【００９４】
一方、差圧センサ３９の使用過程では、排気中に含まれる煤などが差圧センサ３９に付着し、該差圧センサ３９の出力特性が変化してしまう場合がある。
【００９５】
このように非捕集時差圧や差圧センサ３９の出力特性が変化した場合に、パティキュレートフィルタ２９の新品時に設定された判定基準値を用いてＰＭ再生処理の実行時期が判定されると、ＰＭ再生処理の実行時期を正確に判定することができず、ＰＭ再生処理の実行周期が過剰に短くなる等の不具合を発生する虞がある。
【００９６】
これに対し、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＰＭ再生処理が実行される都度、ＰＭ再生処理実行直後の差圧センサ３９の出力信号値に基づいて非捕集時差圧を学習するとともに、学習された非捕集時差圧に応じて判定基準値を補正するようにした。
【００９７】
具体的には、ＣＰＵ４１は、ＰＭ再生処理実行直後に差圧センサ３９の出力信号値：△Ｐを読み込み、その出力信号値：△Ｐを最新の非捕集時差圧：△Ｐ０として学習する。ＣＰＵ４１は、最新の非捕集時差圧：△Ｐ０をパラメータとして判定基準値：△Ｐbaseを補正する。
【００９８】
ここで、図３に示されるように、パティキュレートフィルタ２９内のアッシュ堆積量が増加するほど、非捕集時差圧：△Ｐ０（図３中の△Ｐ０1〜△Ｐ０4；△Ｐ０1＜△Ｐ０2＜△Ｐ０3＜△Ｐ０4）が大きくなるとともに、ＰＭ捕集量：ＰＭの増加に対する差圧：△Ｐの増加率：ａ（図３中のａ1〜ａ4；ａ1＜ａ2＜ａ3＜ａ4）が大きくなる。
【００９９】
これは、パティキュレートフィルタ２９内のアッシュ堆積量が増加するほど、パティキュレートフィルタ２９内の排気通路の断面積が狭くなり、少量のＰＭ捕集によってパティキュレートフィルタ２９内の排気抵抗が高められるためであると考えられる。
【０１００】
このようにパティキュレートフィルタ２９内のアッシュ堆積によって非捕集時差圧：△Ｐ０が大きくなるとともにＰＭ捕集量：ＰＭの増加に対する差圧：△Ｐの増加率：ａが大きくなると、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量：△ＰＭがＰＭ捕集量上限値：ＰＭmaxに達した時点における差圧：△Ｐ（以下、差圧上限値：△Ｐmaxと称する）も大きくなる（図３中の△Ｐmax1〜△Ｐmax4；△Ｐmax1＜△Ｐmax2＜△Ｐmax3＜△Ｐmax4）。
【０１０１】
そこで、本実施の形態では、図３に示されるようなＰＭ捕集量上限値：ＰＭmaxと非捕集時差圧：△Ｐ０との関係を予め実験的に求め、それらの関係をマップ化してＲＯＭ４２に記憶させておくようにした。そして、ＣＰＵ４１は、ＰＭ再生処理実行直後の差圧センサ３９の出力信号値（非捕集時差圧）：△Ｐ０と前記マップとから非捕集時差圧：△Ｐ０に対応した差圧上限値：△Ｐmaxを算出し、その差圧上限値：△Ｐmaxを判定基準値：△Ｐbaseとして設定する。以下では、ＰＭ捕集量上限値：ＰＭmaxと非捕集時差圧：△Ｐ０との関係を示すマップを判定基準値制御マップと称するものとする。
【０１０２】
このような方法により判定基準値が更新されると、パティキュレートフィルタ２９にアッシュ等が堆積した場合や差圧センサ３９の出力特性が変化した場合であっても、ＰＭ再生処理の実行時期を正確に判定することが可能となる。
【０１０３】
尚、前記した判定基準値：△Ｐbaseは、内燃機関１が運転停止状態にあるとき、言い換えれば、図示しないイグニッションスイッチがオフ状態にあるときもデータを保持可能なバックアップＲＡＭ４４に記憶されるものとする。
【０１０４】
以下、本実施の形態に係るＰＭ再生制御について図４に沿って説明する。
【０１０５】
図４は、ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート図である。このＰＭ再生制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【０１０６】
ＰＭ再生制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１は、先ずＳ４０１において差圧センサ３９の出力信号値（差圧）：△Ｐを入力する。
【０１０７】
Ｓ４０２では、ＣＰＵ４１は、バックアップＲＡＭ４４から判定基準値：△Ｐbaseを読み出す。
【０１０８】
Ｓ４０３では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ４０１で入力された差圧：△Ｐが前記Ｓ４０２で読み出された判定基準値：△Ｐbase以上であるか否かを判別する。
【０１０９】
前記Ｓ４０３において前記差圧：△Ｐが前記判定基準値：△Ｐbase未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量がＰＭ捕集量上限値：ＰＭmax未満であるとみなして本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１０】
一方、前記Ｓ４０３において前記差圧：△Ｐが前記判定基準値：△Ｐbase以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ捕集量がＰＭ捕集量上限値：ＰＭmax以上であるとみなし、Ｓ４０４においてＰ再生処理を実行する。
【０１１１】
Ｓ４０５では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理が終了したか否かを判別する。
【０１１２】
前記Ｓ４０５においてパティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理が終了していないと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、前述したＳ４０４以降の処理を再度実行する。
【０１１３】
一方、前記Ｓ４０５においてパティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理が終了したと判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ４０６へ進み、差圧センサ３９の出力信号値（差圧）：△Ｐを再度入力する。
【０１１４】
Ｓ４０７では、ＣＰＵ４１は、前記Ｓ４０６で入力された差圧：△Ｐを非捕集時差圧：△Ｐ０として学習する。
尚、差圧：△Ｐは、排気温度や排気流量により変化する値であるため、Ｓ４０６の処理は排気温度や排気流量が一定条件を満たすときに実行されることが好ましく、若しくは、Ｓ４０６で検出された差圧：△Ｐを検出時の排気温度や排気流量に応じて補正することにより一定条件下における差圧：△Ｐへ換算するようにしてもよい。
【０１１５】
Ｓ４０８では、ＣＰＵ４１は、前記非捕集時差圧：△Ｐ０が許容限界値未満であるか否かを判別する。前記した許容限界値は、パティキュレートフィルタ２９の圧力損失に起因した背圧の許容限界値に基づいて設定された値である。
【０１１６】
前記Ｓ４０８において前記非捕集時差圧：△Ｐ０が許容限界値以上であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ４１１へ進み、パティキュレートフィルタ２９が異常であると判定する。その際、車室内に警告灯や警告ブザーを設け、ＣＰＵ４１により警告灯を点灯又は警告ブザーを作動させることにより、車両の乗員に対してパティキュレートフィルタ２９の異常を通知するようにすることが好ましい。
【０１１７】
一方、前記Ｓ４０８において前記非捕集時差圧：△Ｐ０が許容限界値未満であると判定された場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ４０９へ進む。Ｓ４０９では、ＣＰＵ４１は、前記非捕集時差圧：△Ｐ０をパラメータとしてＲＯＭ４２の判定基準値制御マップへアクセスし、前記非捕集時差圧：△Ｐ０に対応した差圧上限値：△Ｐmaxを算出する。
【０１１８】
Ｓ４１０では、ＣＰＵ４１は、バックアップＲＡＭ４４に記憶されている判定基準値：△Ｐbaseを前記Ｓ４０９で算出された差圧上限値：△Ｐmaxにより更新し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１１９】
このようにＣＰＵ４１がＰＭ再生制御ルーチンを実行することにより、ＰＭ再生処理実行直後の差圧センサ３９の出力信号値に応じて判定基準値が補正されることになる。
【０１２０】
この結果、パティキュレートフィルタ２９の使用過程において、アッシュなどの堆積や差圧センサ３９の出力特性の変化などにより、パティキュレートフィルタ２９にＰＭが捕集されていない時の差圧センサ３９の出力信号値が変化した場合であっても、パティキュレートフィルタ２９の再生時期を精度良く判定することが可能となる。
【０１２１】
更に、ＰＭ再生処理が実行される度に非捕集時差圧が検出されるため、その非捕集時差圧に基づいてＰＭ以外の物質によるパティキュレートフィルタ２９の詰まりを検出することが可能になるとともに、パティキュレートフィルタ２９の異常も判定することが可能となる。
【０１２２】
尚、本実施の形態では、非捕集時差圧を学習する時期として、パティキュレートフィルタ２９のＰＭ再生処理実行直後を例示したが、これに限られるものではない。例えば、パティキュレートフィルタ２９にＮＯx吸蔵剤が担持されている場合には、ＮＯx吸蔵剤のＳＯx被毒解消処理実行直後であってもよい。
【０１２３】
これは、パティキュレートフィルタ２９のＳＯx被毒解消処理では、ＰＭ再生処理と同様にＰＭが燃焼し得る温度以上まで排気温度が高められることになるため、ＳＯx被毒解消処理が実行されるとパティキュレートフィルタ２９に捕集されていたＰＭが該パティキュレートフィルタ２９から燃焼及び除去されることになるからである。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、微粒子以外の物質の堆積により微粒子が捕集されていない状態の捕集機構の圧力損失が変化した場合、或いは、圧損検出手段の検出特性が経時変化した場合等においても、微粒子の捕集に起因した圧力損失が正確に検出されることとなり、以て捕集機構の再生時期を精度良く判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】  差圧：△ＰとＰＭ捕集量：ＰＭとの関係を示す図
【図４】  ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
１７・・・エアフローメータ
２１・・・吸気絞り弁
２４・・・排気枝管
２５・・・排気管
２９・・・排気浄化機構
３３・・・排気絞り弁
３９・・・差圧センサ
【図１】
0003911408.tif 000002
【図２】
0003911408.tif 000003
【図３】
0003911408.tif 000004
【図４】
0003911408.tif 000005