(57)【要約】【課題】酸化触媒が担持されたフィルタにおいて、当該酸化触媒の酸化能力が好適に維持されるためのフィルタの再生処理を実現する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ、酸化触媒が担持されたウォールフロー型のフィルタと、フィルタのうち排気流れ方向に沿った上流側部分であるフィルタ上流部を介さずに、該フィルタのうち該フィルタ上流部より下流側の部分であるフィルタ下流部に対してエネルギーを付与することで、該フィルタ下流部を加熱する加熱装置と、加熱装置によりフィルタ下流部の温度を制御する制御部と、を備える、内燃機関の排気浄化システムであって、制御部は、フィルタ上流部の温度が該フィルタ上流部に堆積している煤物質が酸化される温度とならない範囲で、フィルタ下流部の温度を、加熱装置により該フィルタ下流部に堆積している煤物質が酸化される所定温度まで上昇させる下流側再生処理を行う。【選択図】図３
2017133410.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、該内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化触媒が担持されたウォールフロー型のフィルタと、
前記フィルタのうち排気流れ方向に沿った上流側部分であるフィルタ上流部を介さずに、該フィルタのうち該フィルタ上流部より下流側の部分であるフィルタ下流部に対してエネルギーを付与することで、該フィルタ下流部を加熱する加熱装置と、
前記加熱装置により前記フィルタ下流部の温度を制御する制御部と、
を備える、内燃機関の排気浄化システムであって、
前記制御部は、前記フィルタ上流部の温度が該フィルタ上流部に堆積している煤物質が酸化される温度とならない範囲で、前記フィルタ下流部の温度を、前記加熱装置により該フィルタ下流部に堆積している煤物質が酸化される所定温度まで上昇させる下流側再生処理を行う、
内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記制御部により前記下流側再生処理が行われているときに、前記フィルタへ流入する排気温度を、該フィルタに堆積しているＳＯＦが酸化される温度以上であって、且つ該フィルタに堆積している煤物質が酸化される温度より低い温度であるＳＯＦ酸化温度に制御する排気温度制御部を、更に備える、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記制御部により前記下流側再生処理が行われる前に、前記フィルタへ流入する排気温度を、該フィルタに堆積しているＳＯＦが酸化される温度以上であって、且つ該フィルタに堆積している煤物質が酸化される温度より低い温度であるＳＯＦ酸化温度に制御する排気温度制御部を、更に備える、
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記制御部により前記下流側再生処理が行われているとき、前記フィルタへ流入する排気流量を、該下流側再生処理が行われる前の排気流量より増量する排気流量制御部を、更に備える、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称する）が外部に放出されることを抑制すべく、排気通路にフィルタが設けられる。このフィルタには、内燃機関の運転とともに排気中のＰＭが捕集され次第に堆積していくため、その目詰まりを防止するためにフィルタ再生処理が行われる。例えば、ディーゼルエンジンでは、一般には排気の空燃比が継続的にリーン側の空燃比であることから、排気中に未燃燃料を供給し排気通路に設けられた酸化触媒等で酸化させて排気温度を上昇させ、以て、堆積ＰＭの酸化除去が行われる。
【０００３】
ここで、フィルタ再生処理時のフィルタ温度を速やかに上昇させるために、フィルタに流れ込む排気温度の上昇に加えて、補助的にヒータを用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。当該技術では、フィルタの上流側に電気ヒータが配置され、フィルタ再生時には、この電気ヒータから供給される熱エネルギーが利用される。また、特許文献２には、排気通路に複数のフィルタを直列に配置した上で各フィルタの端面にヒータを配置する構成が開示されている。各ヒータも各フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するために用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０８１９３号公報
【特許文献２】特開平５−２３１１３３号公報
【特許文献３】特開平５−１６３９３０号公報
【特許文献４】実開昭６１−４９０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気中の未燃燃料成分や一酸化炭素を酸化除去するために、フィルタに酸化触媒が担持される場合がある。この担持された酸化触媒は、酸化触媒による酸化反応で発生した反応熱を上記フィルタ再生処理にも利用することが可能である。このような酸化触媒の酸化能力が十分に発揮されるためには、酸化される物質と酸化触媒との接触性が極めて重要となる。すなわち、酸化触媒が酸化される物質と十分に接触する機会を得られなければ、フィルタにおいて酸化触媒の酸化能力を十分に生かすことが困難となる。
【０００６】
フィルタにおいてはＰＭが堆積することで内燃機関の背圧が上昇するため、適時堆積ＰＭを除去するために、上記のフィルタ再生処理が行われる。ここで、酸化除去されるＰＭに含まれる物質は、主に炭素成分で形成される煤物質、可溶性有機成分であるＳＯＦ(Soluble Organic Fraction)、金属等の不燃成分を含む灰成分であるアッシュに大別されるが、このうちアッシュは、フィルタ再生処理によりＰＭ中の煤物質やＳＯＦが酸化除去されても酸化されずに、フィルタ上に直接残留、堆積してしまう。アッシュは、煤物質等に付着している状態でフィルタに堆積している場合には、排気の流れに従ってその煤物質等とともにフィルタ上を移動し得るが、フィルタ再生処理によりアッシュが直接フィルタ上に堆積してしまうと、フィルタの基材へのアンカー効果や静電気力等によって比較的強固にフィルタ上に留まってしまう傾向がある。そのため、フィルタ再生処理を重ねることで、フィルタ中にアッシュが堆積、凝集していき、フィルタ中の酸化触媒を覆い、酸化される
物質と酸化触媒との接触性の低下を引き起こすこととなる。
【０００７】
特に、従来技術によるフィルタ再生処理では、ヒータ等の補助的な加熱装置の使用の有無にかかわらず、フィルタに流れ込む排気温度を上昇させることで、堆積したＰＭの酸化を図っている。そのため、フィルタの上流側から煤物質等が酸化していき、アッシュが上流側から下流側までの比較的広い範囲に堆積していくことになる。そのため、フィルタ全体の酸化触媒に対してアッシュが堆積していくことで、そこに担持されている酸化触媒全体の機能が低下してしまう。
【０００８】
本願発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、酸化触媒が担持されたフィルタにおいて、当該酸化触媒の酸化能力を好適に維持することが可能なフィルタの再生処理を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本出願人は、フィルタの下流側部分であるフィルタ下流部に堆積しているＰＭを酸化除去するための、部分的なフィルタ再生処理を行う構成を採用した。このようにフィルタ下流部のみを再生処理することでアッシュのフィルタへの堆積を部分的な領域に限ることができ、フィルタ全体としての、担持された酸化触媒の酸化能力を好適に維持することが可能となる。
【００１０】
より詳細には、本願発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタであって、酸化触媒が担持されたウォールフロー型のフィルタと、前記フィルタのうち排気流れ方向に沿った上流側部分であるフィルタ上流部を介さずに、該フィルタのうち該フィルタ上流部より下流側の部分であるフィルタ下流部に対してエネルギーを付与することで、該フィルタ下流部を加熱する加熱装置と、前記加熱装置により前記フィルタ下流部の温度を制御する制御部と、を備える、内燃機関の排気浄化システムである。そして、前記制御部は、前記フィルタ上流部の温度が該フィルタ上流部に堆積している煤物質が酸化される温度とならない範囲で、前記フィルタ下流部の温度を、前記加熱装置により該フィルタ下流部に堆積している煤物質が酸化される所定温度まで上昇させる下流側再生処理を行う。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムはフィルタを備えることで、内燃機関からの排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）が外部に放出されることを抑制できる。当該フィルタは、ウォールフロー型のフィルタであり、具体的には、排気流れの上流側に開口し下流側は目封じされた流入側セルと、逆に排気流れの下流側に開口し上流側が目封じされた流出側セルとを有し、排気が流入側セルに流れ込んだ後、両セルを区画する隔壁を経て流出側セルに流れ込むことで、排気中のＰＭが隔壁によって捕集されＰＭが堆積していくことになる。
【００１２】
上記ウォールフロー型のフィルタに対して、該フィルタを部分的に加熱するために上記加熱装置が備えられている。加熱装置は、フィルタの下流部分に位置するフィルタ下流部を加熱する装置であって、その加熱のためには、より上流側のフィルタ上流部を介することなく当該フィルタ下流部に対してエネルギーを付与する。したがって、当該加熱装置は、フィルタ上流部からそこに流れ込む排気を介してフィルタを加熱する形態を有するものではなく、フィルタ下流部を直接に加熱する形態を有するものである。なお、フィルタ下流部は、フィルタにおいてフィルタ上流部より下流側に位置する部分であるが、必ずしもフィルタ上流部と隣接する部分である必要はない。また、加熱装置によりフィルタ下流部にエネルギーが付与され、その結果、フィルタ下流部が加熱される際に、付与されたエネルギーがフィルタ上流部に伝播しフィルタ上流部の温度がある程度上昇しても構わない。重要であるのは、加熱装置は、フィルタ下流部に対して加熱のためのエネルギーを付与す
るように構成されている点である。
【００１３】
そして、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、制御部より加熱装置によるフィルタ下流部の加熱制御が行われることで、フィルタにおける部分的な再生処理が実現される。すなわち、制御部は、フィルタ下流部の温度を所定温度になるまで上昇させることで、フィルタ下流部に堆積している煤物質、すなわちフィルタに堆積しているＰＭのうち下流側に部分的に堆積している煤物質を酸化する。なお、このとき、煤物質より酸化温度が低いＳＯＦも堆積していれば酸化され得る。この昇温処理を、下流側再生処理と称する。そして、この下流側再生処理が行われているときのフィルタ上流部の温度は、そこに堆積している煤物質が酸化される温度にまでは到達しない。このようにフィルタ内の温度が制御されることで、下流側再生処理が行われている際には、フィルタ上流部では煤物質が酸化されない。そのためその煤物質に付着しているアッシュがフィルタに直接堆積することにはならず、煤物質に付着した状態を維持する。一方で、フィルタ下流部では煤物質が酸化され、その結果、そこに付着していたアッシュは、フィルタ下流部においてはフィルタに直接堆積することになる。
【００１４】
すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、制御部による部分的なフィルタの再生処理を行うことで、フィルタ上にアッシュが直接堆積する領域を、フィルタの下流側の領域、すなわちフィルタ下流部に限定することができる。そして、下流側再生処理によりフィルタ下流部に堆積していた煤物質が酸化除去されていくと、その結果、フィルタ全体としては、フィルタの目詰まりによる種々の影響（内燃機関の背圧上昇等）を回避することが可能である。なお、下流側再生処理が行われることで、フィルタ下流部では煤物質の堆積が少なく、一方でフィルタ上流部では煤物質の堆積が多い状態となっている。そのため、フィルタにおいて排気がフィルタ下流部に流れ込みやすい状況が形成されており、下流側再生処理後ではフィルタ上流部に堆積していたＰＭがフィルタ下流部に移動しやすくなり、また排気中のＰＭもフィルタ下流部に集まりやすくなる。この結果、下流側再生処理後に内燃機関が運転されることで、再びフィルタ下流部にもＰＭが堆積していくことになる。
【００１５】
したがって、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、下流側再生処理によりフィルタとしての機能を維持しながら、フィルタへのアッシュの直接の堆積をフィルタ下流部に限定でき、少なくともフィルタ上流部でのアッシュの直接の堆積を回避することができる。その結果、フィルタの継続的な使用によっても、フィルタ上流部に担持されている酸化触媒の酸化能力を好適に維持できる。特に、フィルタ上流部は排気がフィルタに流れ込む領域に近いため、排気中の未燃成分等との接触機会が多い。そのため、フィルタ上流部の酸化能力が維持されることは、フィルタとしての排気浄化能力の維持に大きく貢献する。また、フィルタ下流部ではアッシュが堆積していくものの、堆積している煤物質の酸化は加熱装置からのエネルギー付与によるため、そのアッシュ堆積は下流側再生処理の実行には影響を及ぼすものではない。
【００１６】
なお、下流側再生処理によるフィルタ下流部の煤物質の酸化除去は、フィルタ上流部におけるＰＭの堆積状況にかかわらず適時行うことができるが、好ましくはフィルタの目詰まりによる種々の影響の回避と加熱に要するエネルギー量とのバランスを考慮して、下流側再生処理の実行時期が決定される。
【００１７】
ここで、上記の内燃機関の排気浄化システムは、前記制御部により前記下流側再生処理が行われているときに、前記フィルタへ流入する排気温度を、該フィルタに堆積しているＳＯＦが酸化される温度以上であって、且つ該フィルタに堆積している煤物質が酸化される温度より低い温度であるＳＯＦ酸化温度に制御する排気温度制御部を、更に備えてもよい。上記の通りＳＯＦもＰＭに含まれる物質であるが、煤物質と比べると粘性があり、ま
た一般的にはその酸化温度は煤物質よりも低い。そこで、排気温度制御部によって下流側再生処理が行われている際に、フィルタに流入する排気温度を煤物質は酸化しないがＳＯＦが酸化し得る温度とすることで、フィルタ上流部において堆積しているＰＭのうち、アッシュを煤物質に付着させたまま、すなわち、アッシュがフィルタ上流部に直接堆積しないようにしながらＳＯＦを酸化除去することが可能となる。そして、フィルタ上流部においてＳＯＦが酸化除去されると、そこに堆積していた、アッシュが付着していた煤物質が排気の流れによって下流側へ、すなわち下流側再生処理が行われているフィルタ下流部へ移動しやすくなる。この結果、下流側再生処理時に、フィルタの上流側から下流側に至る広い範囲において堆積している煤物質の酸化除去が容易となるととともに、その場合でもアッシュの直接の堆積場所をフィルタ下流部に限定することが可能となる。
【００１８】
また、上記のように下流側再生処理が行われているときに排気温度をＳＯＦが酸化し得る温度に制御する代わりに、下流側再生処理が行われる前に、その前処理として、その排気温度の制御を行ってもよい。すなわち、上記の内燃機関の排気浄化システムは、前記制御部により前記下流側再生処理が行われる前に、前記フィルタへ流入する排気温度を、該フィルタに堆積しているＳＯＦが酸化される温度以上であって、且つ該フィルタに堆積している煤物質が酸化される温度より低い温度であるＳＯＦ酸化温度に制御する排気温度制御部を、更に備えてもよい。このように下流側再生処理が行われる前に、フィルタへ流れ込む排気温度を、煤物質は酸化しないがＳＯＦが酸化し得る温度とすることで、フィルタ上流部において堆積しているＰＭにおいて、アッシュを煤物質に付着させたまま、すなわち、アッシュがフィルタ上流部に直接堆積しないようにしながらＳＯＦを酸化除去することが可能となる。この結果、下流側再生処理が行われると、その際の排気の流れによってフィルタ上流部の煤物質が、下流側再生処理が行われているフィルタ下流部に移動しやすくなり、フィルタの上流側から下流側に至る広い範囲において堆積している煤物質の酸化除去が容易となるととともに、その場合でもアッシュの直接の堆積場所をフィルタ下流部に限定することが可能となる。
【００１９】
また、上述までの内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記制御部により前記下流側再生処理が行われているとき、前記フィルタへ流入する排気流量を、該下流側再生処理が行われる前の排気流量より増量する排気流量制御部を、更に備えてもよい。このように排気流量制御部により排気流量の増量制御を行うことで、その際の排気の流れによってフィルタ上流部の、アッシュが付着した煤物質が、下流側再生処理が行われているフィルタ下流部に移動しやすくなる。その結果、フィルタの上流側から下流側に至る広い範囲において堆積している煤物質の酸化除去が容易となるととともに、その場合でもアッシュの堆積場所をフィルタ下流部に限定することが可能となり、フィルタにおける酸化触媒の酸化能力を好適に維持することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本願発明によれば、酸化触媒が担持されたフィルタにおいて、当該酸化触媒の酸化能力が好適に維持されるためのフィルタの再生処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本願発明に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。
【図２】従来技術に係るフィルタでの、アッシュ堆積の状況を説明するための図である。
【図３】図１に示す排気浄化システムに含まれるフィルタでの、アッシュ堆積の状況を説明するための図である。
【図４】図１に示す排気浄化システムにおいて下流側再生処理が実行された場合の、フィルタでのＰＭの酸化除去及び堆積の状況を示す図である。
【図５】図１に示す排気浄化システムにおいて実行される、第１の下流側再生処理のフローチャートである。
【図６】図１に示す排気浄化システムにおいて実行される、第２の下流側再生処理のフローチャートである。
【図７】図１に示す排気浄化システムにおいて実行される、第３の下流側再生処理のフローチャートである。
【図８】図１に示す排気浄化システムにおいて実行される、第４の下流側再生処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成を示す図である。内燃機関１は、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１ａを有する、車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、気筒内に燃料を直接噴射する直噴型のガソリンエンジン等であってもよい。
【００２４】
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、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するウォールフロー型のフィルタ４が設けられている。このフィルタ４は、その基材として多孔質体を有し、さらに酸化触媒が担持されている。そして、フィルタ４の周囲を覆うようにしてマイクロ波発生装置３が設けられている。具体的には、フィルタ４において排気流れに沿った下流側部分であるフィルタ下流部４２の周囲を覆うように、マイクロ波発生装置３のマイクロ波照射部が配置される。フィルタ下流部４２は、フィルタ４の下流側の端面を含む部分である。マイクロ波発生装置３によって照射されるマイクロ波には良好な指向性があるため、マイクロ波発生装置３により照射されたマイクロ波は、概ね対向するフィルタ下流部４２に到達する。ここで、フィルタ４の基材には、マイクロ波の照射の作用により加熱される公知のマイクロ波吸収剤が含有されている。そのため、マイクロ波発生装置３からマイクロ波が照射されると、フィルタ４の中でフィルタ下流部４２が直接的に加熱されることになる。したがって、マイクロ波発生装置３が、本発明に係る加熱装置に相当する。
【００２５】
なお、フィルタ４のうちフィルタ下流部４２の上流側に位置しフィルタ４の上流側の端面を含む部分は、フィルタ上流部４１とされる。フィルタ上流部４１はフィルタ下流部４２と必ずしも隣接する部位である必要はない。上記のようにマイクロ波発生装置３から照射されたマイクロ波は、フィルタ上流部４１に対しては直接照射されないため、マイクロ波照射による加熱は生じないが、フィルタ下流部４２での発生熱が伝播することによりフィルタ上流部４１が昇温することは妨げられない。
【００２６】
また、フィルタ４の下流側には、フィルタ４から流れ出る排気温度を検出する温度センサ１１が設けられる。更に、フィルタ４の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧を検出するための差圧センサ１２が設けられている。そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化システム等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述した温度センサ１１、差圧センサ１２の他、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２や、内燃機関１の吸気通路２５に設置されたエアフローメータ２６等が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ２６
の検出値に基づく吸入空気量やそれに基づいて算出される排気流量や、クランクポジションセンサ２１の検出値に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ２２の検出値に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態に関するパラメータを把握可能である。
【００２７】
また、フィルタ４の上流側の排気通路２と吸気通路２５とをつなぎ、内燃機関１からの排気の一部を吸気側に還流させるＥＧＲ装置２７が設けられている。そして、このＥＧＲ装置２７において還流される排気の流量を調整するＥＧＲ弁の開度が、内燃機関１におけるエミッション改善等の目的でＥＣＵ２０によって制御される。
【００２８】
ここで、一般に内燃機関の排気通路に配置されたフィルタに堆積したＰＭは、フィルタでの限界堆積量まで堆積すると排気通路における背圧が上昇するため、フィルタの昇温により酸化除去される。例えば、フィルタに酸化触媒が担持され、その上流側に燃料を排気中に供給する燃料供給弁を配置している場合に、当該燃料供給弁から供給された燃料が、担持されている酸化触媒で酸化されることで、フィルタが昇温され、それによりフィルタに堆積しているＰＭの酸化除去が行われる。これにより、排気通路における背圧の上昇を解消し、継続的なフィルタの使用を可能とする。この従来技術によるＰＭ酸化除去のための処理を、従来のフィルタ再生処理という。
【００２９】
ここで、排気中に含まれるＰＭを大別すると、上記の通り煤物質と、ＳＯＦと、アッシュに分けることができる。煤物質やＳＯＦは可燃成分であるが、アッシュは、オイル中の金属等の非可燃成分を含むものである。したがって、フィルタにＰＭが堆積した場合、その堆積ＰＭを酸化すると、実際には煤物質やＳＯＦは酸化燃焼されて除去可能であるが、アッシュは酸化されずにフィルタ上に直接堆積してしまう。
【００３０】
そして、従来技術に係る排気浄化システム中のフィルタにおけるアッシュの堆積状況について、図２に基づいて説明する。なお、図中、黒丸で示されるのが酸化触媒であり、白丸が煤物質を表している。なお、図２ではＳＯＦは明示されておらず、また、アッシュはフィルタに直接堆積した状態で示されている。アッシュは、その多くは煤物質に付着した状態で排気中を漂い、フィルタに捕集される。ここで、図２に示すフィルタでは、従来のフィルタ再生処理が繰り返し行われることで、フィルタの上流側に開口し、ＰＭがフィルタ内に流れ込む流入側セルにおいてその上流側から下流側に至るまで、アッシュがセル壁面に堆積することになる。これは、流入セルに堆積したＰＭが酸化される際に、煤物質及びＳＯＦは除去されるものの、主に煤物質に付着していたアッシュは、その付着していた煤物質が消失することで近傍のフィルタの基材上に直接堆積していくことになるからである。したがって、このアッシュの直接の堆積の結果、図２に拡大図として示すように、フィルタに担持されている酸化触媒をアッシュが覆ってしまい、酸化触媒の酸化能力を好適に発揮させることが困難となる。
【００３１】
このような従来技術の問題点を踏まえて、本願発明に係る排気浄化システムでは、図３に示すように、アッシュの直接堆積が、主にフィルタ４の一部分であるフィルタ下流部４２で生じるように、フィルタでの堆積ＰＭの酸化除去が行われる。この酸化除去の処理を、下流側再生処理と称する。図３に示すフィルタ４では、当該下流側再生処理が実行されていくことで、主にマイクロ波発生装置３に対向するフィルタ下流部４２においてアッシュがフィルタ基材に直接堆積し、その上流側に位置するフィルタ上流部４１では概ねアッシュの直接堆積は回避される。これは、フィルタ４に堆積している煤物質を酸化除去するための加熱装置であるマイクロ波発生装置３によって、堆積している煤物質が酸化除去される温度にまで昇温される領域が、フィルタ下流部４２に限定され、その昇温中であっても、フィルタ上流部４１の温度は煤物質が酸化除去される温度にまでは到達しないことによる。煤物質が酸化されなければ多くのアッシュはその煤物質に付着したままであるので、フィルタ上流部４１のフィルタ基材上にアッシュが直接堆積するのを抑制可能となる。
【００３２】
そこで、図４に基づいて、フィルタ４で堆積している煤物質を酸化除去するための下流側再生処理を行った際の、フィルタ４におけるアッシュの堆積の様子について説明する。上段の（ａ）は、フィルタ４の流入側セルにおいて排気中のＰＭが堆積している状態を表している。なお、図４では、煤物質を白丸で表し、アッシュをドットパターンの丸で表している。なお、ＳＯＦの表示は省略している。また、フィルタの基材上の酸化触媒は黒丸で表されている。アッシュは、煤物質に付着した状態で排気中を漂っており、フィルタ基材によってその状態のまま捕集される。図４（ａ）に示す形態では、フィルタ４の流入側セルの上流側から下流側までの範囲において、アッシュは煤物質に付着した状態で捕集され、堆積している。
【００３３】
ここで、フィルタ４にある程度のＰＭが捕集、堆積されたときに、マイクロ波発生装置３によって、フィルタ下流部４２に対してマイクロ波の照射が実行されると、フィルタ下流部４２の基材中に含まれるマイクロ波吸収剤が発熱し、フィルタ下流部４２が昇温される。このとき、フィルタ下流部４２の温度は、そこに堆積している煤物質が酸化除去される温度（例えば、６００度）以上となり、且つ、フィルタ上流部４１の温度は、そこに堆積している煤物質が酸化除去される温度よりも低い温度となるように、マイクロ波発生装置３から照射されるマイクロ波のエネルギーが調整される。この結果、図４の中段（ｂ）に示すように、フィルタ下流部４２では、煤物質が酸化除去されて消失するが、そこに付着していたアッシュは、その煤物質近傍のフィルタ基材上に堆積していくことになる。一方で、フィルタ上流部４１では、そのフィルタ温度は比較的低温とされるため、アッシュは、堆積している煤物質に付着している状態を概ね維持している。このような状態では、アッシュはフィルタ基材上には堆積していないため、アッシュは煤物質とともにフィルタ内を移動可能な状態にある。
【００３４】
そして、上記マイクロ波発生装置３による加熱が行われている際に、又は当該加熱の後に、内燃機関１から排出されるＰＭは、排気とともに順次フィルタ４内に流入していく。ここで、フィルタ４においては、フィルタ下流部４２では煤物質の堆積が少なく、フィルタ上流部４１では煤物質の堆積が多い状態となっている。そのため、フィルタ４内においては、フィルタ下流部４２近傍での排気抵抗が低下しているため、排気がフィルタ下流部４２側に流れ込みやすい。したがって、フィルタ上流部４１に堆積しているＰＭが、排気の流れによってフィルタ下流部４２側に移動しやすくなり、また、内燃機関から排出された排気中のＰＭもフィルタ下流部４２側に集まりやすくなる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、フィルタ下流部４２側の煤物質が酸化除去された状態が形成されたとしても、その後の内燃機関１の運転により、フィルタ下流部４２でＰＭが優先的に捕集される。
その結果、フィルタ４ではその内部での排気の流れに従ってＰＭが堆積していき、最終的には流入側セルの上流側から下流側に至って広くＰＭが堆積することになる（図４（ｃ）を参照）。このように再び流入側セルにＰＭが広く堆積すると、再度マイクロ波発生装置３によってフィルタ下流部４２の加熱が行われて、そこに堆積している煤物質の酸化除去が行われる。
【００３５】
このようにフィルタ４においては、マイクロ波発生装置３によって、部分的にフィルタ下流部４２の加熱が行われることで、フィルタ基材へのアッシュの直接の堆積をフィルタ下流部４２に限定することができる。なお、図４（ｂ）では、本願発明の下流部再生処理を理解しやすくするために、フィルタ上流部４１では堆積ＰＭを意図的に大きく記載しているが、実際には、上述したように内燃機関１の運転による排気の流れによってフィルタ上流部４１に堆積している煤物質はアッシュを付着させた状態でフィルタ下流部４２側へと移動する。そのため、その付着していたアッシュは、フィルタ下流部４２においてフィルタ基材へ直接堆積していくことになる。
【００３６】
この結果、フィルタ４においては、下流側再生処理を行うことで、フィルタ４で捕集されている煤物質等を酸化除去できるため、排気通路２における背圧を低下させ内燃機関１の運転への影響を軽減することができる。また、図３に示したように、フィルタ基材へのアッシュの直接の堆積をフィルタ下流部４２に限定することで、フィルタ上流部４１でのアッシュの直接の堆積を好適に抑制することが可能となる。そのためフィルタ上流部４１のフィルタ基材に担持されている酸化触媒については、堆積アッシュに覆われることが回避できるためその酸化能力を好適に維持することが可能となる。特に、フィルタ上流部４１は、フィルタ４において排気が流れ込む部分であるため、排気中に含まれる一酸化炭素や未燃燃料成分との接触機会が比較的多い。そのため、フィルタ上流部４１での酸化能力が維持されることで、内燃機関１の排気浄化が好適に実現され得る。更には、このようにフィルタに担持された酸化触媒の酸化能力を好適に維持できるようになることで、フィルタ上流側に別途酸化触媒を設置するような場合には、その上流側酸化触媒を小型化でき、又は、その上流側酸化触媒の設置を省略することも可能となる。
【００３７】
ここで、図５に基づいて、下流側再生処理について説明する。なお、当該下流側再生処理は、ＥＣＵ２０によって所定の制御プログラムが実行されることで、実現される。先ず、Ｓ１０１では、差圧センサ１２の検出値に基づいて、フィルタ４におけるＰＭの堆積量が算出される。なお、差圧センサ１２はフィルタ４の上流側の排気圧と下流側の排気圧との差圧を検出するセンサである。したがって、差圧センサ１２の検出値は、あくまでもフィルタ４全体に堆積しているＰＭ量を反映するものであり、フィルタ下流部４２におけるＰＭ堆積量を直接に反映するものではない。しかし、上述の図４で説明したように、マイクロ波発生装置３によってフィルタ下流部４２の加熱を行った後でも内燃機関１の運転が行われると、フィルタ下流部４２にもＰＭが堆積していくことになる。そのため、マイクロ波発生装置３によって加熱が行われた後にある程度の内燃機関１の運転が行われていれば、差圧センサ１２の検出値には、フィルタ下流部４２でのＰＭ堆積量も合理的に反映されているということが可能である。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００３８】
次にＳ１０２では、Ｓ１０１で算出されたＰＭ堆積量が所定の堆積量ＰＭ０以上であるか否かが判定される。ここで、所定の堆積量ＰＭ０は、フィルタ４において上記のマイクロ波発生装置３による加熱を実行するか否かを判定するための閾値である。マイクロ波発生装置３によるフィルタ４に付与されるエネルギーが効率的にＰＭの酸化に供されるために、フィルタ下流部４２にある程度の量のＰＭが堆積している状態においてマイクロ波を照射するのが好ましい。そこで、上述したようにマイクロ波発生装置３によってフィルタ下流部４２の加熱を行った後でも内燃機関１の運転が行われることで、再びフィルタ４の流入側セル内には広くＰＭが堆積していくことから、このようなＰＭの堆積が行われる内燃機関１の運転期間が確保され得る、フィルタ４全体でのＰＭ堆積量を所定の堆積量ＰＭ０として設定する。したがって、Ｓ１０１で算出されたＰＭ堆積量が所定の堆積量ＰＭ０以上と判定されることは、フィルタ下流部４２にも酸化除去されるＰＭが十分に堆積していることを意味する。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されると本処理を終了する。
【００３９】
Ｓ１０３では、マイクロ波発生装置３によりマイクロ波がフィルタ４に照射されていない場合は当該照射が開始され、また既に当該照射が開始されている場合に当該照射を継続する。このとき、フィルタ下流部４２の温度がそこに堆積している煤物質が酸化され得る温度に到達し、且つフィルタ上流部４１の温度がそこに堆積している煤物質は酸化されない温度に留まるように、照射されるマイクロ波のエネルギーが調整される。具体的には、温度センサ１１によって検出される排気温度やエアフローメータ２６の検出値に基づいて算出される排気流量等に従って、フィルタ上流部４１とフィルタ下流部４２のそれぞれの温度が推定され、その推定温度に基づいてマイクロ波発生装置３が制御される。なお、フィルタ上流部４１とフィルタ下流部４２のそれぞれの温度推定は、各温度と、排気温度セ
ンサ１１により検出される排気温度と上記排気流量等との相関が示されている制御マップがＥＣＵ２０内に記録され、各パラメータを引数として当該制御マップにアクセスすることで行われる。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００４０】
そして、Ｓ１０４では、マイクロ波の照射が開始されてから所定時間が経過したか否かが判定される。当該所定時間は、フィルタ下流部４２に堆積している煤物質が酸化除去されるのに要すると想定される加熱時間である。例えば、図４（ｂ）に示すように、フィルタ上流部４１に堆積している煤物質は概ね残存し、フィルタ下流部４２に堆積している煤物質が酸化されることが想定される場合は、そのフィルタ下流部４２で堆積している煤物質の酸化に要する加熱時間が当該所定時間として設定される。このときフィルタ４においては、図４（ｃ）に示すように上流側から下流側まで広くＰＭが堆積していると想定されるので、具体的には、差圧から算出される堆積ＰＭ量に、フィルタ４におけるフィルタ下流部４２が占める割合を乗じることで、想定されるフィルタ下流部４２に堆積しているＰＭ量（煤物質量）を推定し、その煤物質量の酸化に要する時間を当該所定時間として設定できる。また、別法として、上述したように、マイクロ波発生装置３による加熱中にフィルタ上流部４１からフィルタ下流部４２に、排気の流れによってフィルタ上流部４１に堆積していたＰＭが流れ込むことで酸化され得る場合（例えば、比較的に排気流量が大きいためその流れ込みが生じやすい場合）には、フィルタ下流部４２に堆積している煤物質量に加えて、そのフィルタ上流部４１からフィルタ下流部４２に流れ込むＰＭ中の煤物質量も考慮して所定時間を設定してもよい。Ｓ１０４で肯定判定されるとＳ１０５へ進み、否定判定されるとＳ１０３以降の処理が繰り返される。Ｓ１０５では、マイクロ波発生装置３による加熱が停止される。
【００４１】
このように本実施例に係る下流側再生処理によれば、フィルタ４のフィルタ下流部４２を限定的に加熱することで、アッシュのフィルタ基材への堆積をフィルタ下流部４２に限定させることができる。この結果、下流側再生処理を繰り返し行っても、フィルタ４全体としては、特にフィルタ上流部４１の酸化触媒の酸化能力を好適に維持することが可能となり、排気浄化システムによる排気浄化能力の好適な維持が可能となる。なお、上記Ｓ１０４では、加熱開始からの経過時間に基づいてその加熱の終了時期を判定したが、加熱の終了時期を差圧センサ１２の検出値に基づいて判定してもよい。この場合も、加熱によってフィルタ下流部４２での煤物質が酸化されるのか、更にはフィルタ上流部４１での煤物質も酸化されるのか等、フィルタ４における煤物質の酸化形態に応じて、加熱終了時期に対応する差圧センサ１２の検出値を設定すればよい。
【００４２】
また、本実施例の変形例として、フィルタ４におけるＰＭ堆積量に関する判定を行うことなく、適切なタイミングで、マイクロ波発生装置３による加熱を実行してもよい。その場合でも、加熱実行時において、酸化される煤物質量を推定し、その推定量に応じてマイクロ波発生装置３による加熱を行うのが好ましい。
【実施例２】
【００４３】
次に、本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムで実行される下流側再生処理の第２の実施例について、図６に基づいて説明する。なお、図６に示す下流側再生処理のフローチャートにおける各処理のうち、図５に示す下流側再生処理のフローチャート中の各処理と実質的に同一のものについては、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。本実施例の下流側再生処理では、Ｓ１０２で肯定判定されＳ１０３の処理が行われる前に、Ｓ２０１の処理が行われる。このＳ２０１では、内燃機関１から排出されフィルタ４に流れ込む排気の昇温処理が行われていない場合は当該昇温処理が開始され、また既に当該昇温処理が開始されている場合には当該昇温処理を継続する。上述したように、ＰＭには可燃成分であるＳＯＦが含まれている。このＳＯＦは比較的粘性が高い有機成分であるため、フィルタ４においてＰＭが堆積していると、そのＰＭ同士を結合させやすくなる。そ
のためＳＯＦによって、フィルタ上流部４１に堆積している煤物質同士の結びつきが強くなると、排気の流れによってフィルタ上流部４１に堆積している煤物質がフィルタ下流部４２側に移動しにくくなる。
【００４４】
このように煤物質のフィルタ下流部４２側への移動が困難となると、フィルタ上流部４１での堆積ＰＭを効率的に除去しにくくなり、下流側再生処理によって、フィルタ４における堆積ＰＭ量を効果的に減少させることが困難となる。そこで、Ｓ２０１では、上記の排気の温度が、フィルタ上流部４１に堆積しているＳＯＦが酸化され、且つ、フィルタ上流部４１に堆積している煤物質が酸化される温度より低いＳＯＦ酸化温度となるように、昇温処理が行われる。具体的には、内燃機関１での燃料噴射弁１ａの噴射時期を遅角化することで、排気温度の上昇が図られる。なお、このようにＳＯＦ酸化温度がフィルタ上流部４１に堆積している煤物質が酸化される温度より低いとされるのは、フィルタ上流部４１で煤物質が酸化されると、フィルタ上流部４１でのフィルタ基材にアッシュが直接堆積してしまうからである。
【００４５】
そして、Ｓ２０１の排気の昇温処理が行われると、Ｓ１０３でのマイクロ波発生装置３による加熱が行われ、その後、Ｓ１０４での判定が行われることになる。なお、本実施例では、Ｓ２０１で上記排気昇温処理を行い、フィルタ上流部４１に堆積しているＰＭがフィルタ下流部４２側に移動しやすい状況を形成していることを踏まえ、フィルタ下流部４１に堆積している煤物質量に加えて、フィルタ上流部４２を含むその上流側に堆積している煤物質量も考慮して、酸化除去に要する時間をＳ１０４の所定時間として設定すればよい。そしてＳ１０４で肯定判定されるとＳ２０２へ進み、Ｓ２０１で行われていた排気昇温処理が停止され、続いてＳ１０５でマイクロ波発生装置３による加熱が停止される。また、Ｓ１０４で否定判定されると、Ｓ２０１以降の処理が繰り返される。
【００４６】
このように本実施例に係る下流側再生処理によれば、マイクロ波発生装置３による加熱が行われている間、フィルタ４に流れ込む排気温度がＳＯＦ酸化温度まで上昇される。そのため、マイクロ波発生装置３による加熱によってフィルタ４全体に堆積している煤物質を効率的に酸化除去でき、且つ、その際に、アッシュのフィルタ基材への堆積をフィルタ下流部４２に限定させることができる。この結果、下流側再生処理を繰り返し行っても、フィルタ４全体としては、特にフィルタ上流部４１の酸化触媒の酸化能力を好適に維持することが可能となり、排気浄化システムによる排気浄化能力の好適な維持が可能となる。
【実施例３】
【００４７】
次に、本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムで実行される下流側再生処理の第３の実施例について、図７に基づいて説明する。なお、図７に示す下流側再生処理のフローチャートにおける各処理のうち、図５、図６に示す下流側再生処理のフローチャート中の各処理と実質的に同一のものについては、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。本実施例の下流側再生処理では、Ｓ１０２で肯定判定されＳ１０３の処理が行われる前に、Ｓ３０１〜Ｓ３０３の処理が行われる。Ｓ３０１では、図６に示したＳ２０１と同様に、フィルタ４に流れ込む排気温度をＳＯＦ酸化温度まで上昇させる昇温処理が開始又は継続される。その後、Ｓ３０２においては、ＳＯＦの除去が完了したか否か、すなわち、フィルタ４のフィルタ上流部４１において堆積しているＰＭに含まれるＳＯＦを酸化するのに要する昇温処理時間が経過したか否かが判定される。Ｓ３０２で肯定判定されるとＳ３０３へ進み、Ｓ３０１の排気昇温処理が終了される。また、Ｓ３０２で否定判定されると、Ｓ３０１以降の処理が再び繰り返される。そして、Ｓ３０３の処理が終了すると、Ｓ１０３〜Ｓ１０５の処理が行われる。
【００４８】
このように本実施例に係る下流側再生処理によれば、マイクロ波発生装置３による加熱が行われる前に、フィルタ４に流れ込む排気温度がＳＯＦ酸化温度まで上昇され、フィル
タ上流部４１におけるＳＯＦの除去が図られる。そのため、マイクロ波発生装置３による加熱を行う際には、内燃機関１からの排気の流れによって、フィルタ上流部４１に堆積していた煤物質をフィルタ下流部４２に送りやすくなる。その結果、マイクロ波発生装置３による加熱時に、フィルタ４全体に堆積している煤物質を効率的に酸化除去でき、且つ、その際に、アッシュのフィルタ基材への堆積をフィルタ下流部４２に限定させることができる。更に、下流側再生処理を繰り返し行っても、フィルタ４全体としては、特にフィルタ上流部４１の酸化触媒の酸化能力を好適に維持することが可能となり、排気浄化システムによる排気浄化能力の好適な維持が可能となる。
【実施例４】
【００４９】
次に、本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムで実行される下流側再生処理の第４の実施例について、図８に基づいて説明する。なお、図８に示す下流側再生処理のフローチャートにおける各処理のうち、図５に示す下流側再生処理のフローチャート中の各処理と実質的に同一のものについては、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。本実施例の下流側再生処理では、Ｓ１０２で肯定判定されＳ１０３の処理が行われる前に、Ｓ４０１の処理が行われる。このＳ４０１では、内燃機関１から排出されフィルタ４に流れ込む排気の流量の増量処理が行われていない場合は当該流量増量処理が開始され、また既に当該流量増量処理が開始されている場合には当該流量増量処理を継続する。すなわち、当該流量増量処理は、Ｓ４０１の後で開始されるマイクロ波発生装置３による加熱が行われる際の排気流量を、当該加熱が開始される前の排気流量よりも増量する処理である。このように排気流量を増量させることで、フィルタ上流部４１に堆積しているＰＭをフィルタ下流部４２移動させやすくなる。具体的には、ＥＧＲ装置２７によって吸気側に再循環されるＥＧＲガス量を減量させることで、フィルタ４に流れ込む排気流量の増量が図られる。
【００５０】
そして、Ｓ４０１の流量増量処理が行われると、Ｓ１０３でのマイクロ波発生装置３による加熱が行われ、その後、Ｓ１０４での判定が行われることになる。なお、本実施例では、Ｓ４０１で上記流量増量処理を行い、フィルタ上流部４１に堆積しているＰＭがフィルタ下流部４２側に移動しやすい状況を形成していることを踏まえ、フィルタ下流部４１に堆積している煤物質量に加えて、フィルタ上流部４２を含むその上流側に堆積している煤物質量も考慮して、酸化除去に要する時間をＳ１０４の所定時間として設定すればよい。そしてＳ１０４で肯定判定されるとＳ４０２へ進み、Ｓ４０１で行われていた流量増量処理が停止され、続いてＳ１０５でマイクロ波発生装置３による加熱が停止される。また、Ｓ１０４で否定判定されると、Ｓ４０１以降の処理が繰り返される。
【００５１】
また、変形例として、上記の流量増量処理と同時に、図６に示した排気昇温処理も行ってよい。これにより、マイクロ波発生装置３による加熱を行っている際に、フィルタ上流部４１に堆積しているＰＭをより効率的にフィルタ下流部４２に移動させることが可能となり、以て、フィルタ４全体の煤物質の酸化除去の効率化が図られる。
【００５２】
上述までの実施例では、フィルタ４のフィルタ下流部４２を加熱するためにマイクロ波発生装置３を用いたが、これに代えて、フィルタ４のうちフィルタ下流部４２を部分的に加熱可能となるように、フィルタ下流部４２を電気加熱式のフィルタとなるように構成してもよい。この場合、供給された電気エネルギーがフィルタ下流部４２を加熱させるために使用されるが、その供給された電気エネルギーがフィルタ上流側４１にいたずらに到達しないように、電気的な絶縁構造などが必要となる場合もある。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・マイクロ波発生装置
４・・・フィルタ
１１・・・温度センサ
１２・・・差圧センサ
２０・・・ＥＣＵ
２１・・・クランクポジションセンサ
２２・・・アクセル開度センサ
４１・・・フィルタ上流部
４２・・・フィルタ下流部
【図１】
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【図２】
2017133410.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017133410.tif 000006
【図５】
2017133410.tif 000007
【図６】
2017133410.tif 000008
【図７】
2017133410.tif 000009
【図８】
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