(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために排気ガス通路に配置される排気微粒子捕集手段と、該排気微粒子捕集手段をバイパスするバイパス通路と、上記排気微粒子捕集手段を流れる排気ガス量と上記バイパス通路を流れる排気ガス量との割合を調整することができるバイパス弁とを具備した排気ガス浄化装置において、
機関始動時に上記排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因して始動不良が発生することを予測する始動不良発生予測手段と、
上記バイパス弁により、上記排気微粒子捕集手段を流れる排気ガス量に比べ、上記バイパス通路を流れる排気ガス量を増量することによって機関の始動性を改善する始動性改善手段とを有し、
上記始動不良発生予測手段により機関の始動不良の発生が予測された時には、上記内燃機関のスタータモータを起動する前に上記バイパス弁が制御されて上記始動性改善手段による機関の始動性の改善が図られ、機関始動時における始動不良の発生が防止される、排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記始動不良発生予測手段は、機関を停止した時における上記排気微粒子捕集手段の堆積微粒子量を推定し、それに基づいて次回の機関始動時における始動不良の発生を予測する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
更に、上記排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因して始動不良が発生していることを検出する始動不良発生検出手段を有していて、
上記始動不良発生検出手段により機関の始動不良が発生していることが検出された時には、上記始動性改善手段によって機関の始動性の改善が図られて、始動性の改善が図られずに始動しようとした場合に比べて始動に要する時間が短縮するようにされる、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記始動不良発生検出手段は、機関始動用のスタータモータの起動から機関の回転数が完爆回転数に達するまでの時間が予め定めた基準値以上である時に始動不良が発生していることを検出したものとする、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
上記始動不良発生検出手段は、機関始動用のスタータモータの起動から予め定めた時間だけ経過した時の機関回転数が、予め定めた基準値以下である時に始動不良が発生していることを検出したものとする、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
上記始動不良発生検出手段は、機関始動用のスタータモータの起動から機関の回転数が完爆回転数に達するまでの機関回転数の経時変化において、その変動の振れ幅が予め定めた基準値以上である時に始動不良が発生していることを検出したものとする、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
上記予め定めた基準値が、機関冷却水温度、バッテリの保有充電量または出力電流、燃料圧のうちの少なくとも一つに応じて補正される、請求項４から６の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
上記始動不良発生検出手段は、機関冷却水温度と、バッテリの保有充電量または出力電流と、燃料圧とがそれぞれ予め定めた値以上の時にのみ始動不良が発生していることを検出する、請求項３から７の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
上記排気微粒子捕集手段が、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタである、請求項１から８の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する技術に関し、特に、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する手段を有する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される内燃機関では、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子（排気微粒子）を除去することが要求されており、このような要求に対し、パティキュレートフィルタを内燃機関の排気ガス通路に配置して排気微粒子を捕集するようにした装置及び方法が提案されている。
【０００３】
このようなパティキュレートフィルタにより捕集された排気微粒子は、内燃機関の運転状態によって、例えば排気温度が高くなる高負荷運転時等には自然に燃焼するが、通常の運転状態では次第に堆積していき、これによってパティキュレートフィルタにおいて生じる排気抵抗（すなわち、圧力損失）が上昇して始動性を含む内燃機関の性能に悪影響を及ぼす要因となる。
【０００４】
このため、堆積した排気微粒子を燃焼させてパティキュレートフィルタを再生する再生制御が微粒子推定堆積量等に基づいて定期的に行われるのであるが、このような再生制御はいつでも自由に実施できるわけではなく、内燃機関の運転状態等によって一定の制約を受けること等の理由から、パティキュレートフィルタにおいて生じる排気抵抗が大きくなる場合がある。
【０００５】
一方、このような排気微粒子の堆積によってパティキュレートフィルタにおいて生じる排気抵抗の上昇の他、パティキュレートフィルタの存在自体に起因した排気系の排気抵抗の増加等も含め、パティキュレートフィルタに起因する排気系の排気抵抗の増加に対応するために、パティキュレートフィルタを迂回するバイパス通路を設けた構成が提案されている。すなわち、このような構成ではパティキュレートフィルタにおける圧力損失等に応じてバイパス通路に設けた弁を開閉することで排気微粒子の処理と排気系の排気抵抗の上昇を抑制することの両立が図られている。
【０００６】
ところで、このようなパティキュレートフィルタを迂回するバイパス通路を設けた構成においては、一般に内燃機関の始動時にはバイパス通路に設けた弁は閉じられる（例えば、特開平４−４７１１７）。これは、内燃機関の始動時、特に冷間始動時には排気微粒子の量が多いため、排気ガスをパティキュレートフィルタに通して浄化する必要があるためである。
【０００７】
しかしながら、このようにバイパス通路に設けた弁を閉じていると、内燃機関の始動時においてパティキュレートフィルタに既に多くの排気微粒子が堆積している場合には、排気抵抗が大きいために始動性が悪く、始動不良が発生して、最悪の場合には機関が始動できないという事態も生じ得る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、排気ガス通路に配置された排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因する始動不良の発生が予測される場合に、始動性を改善し始動不良の発生を防止するようにした排気ガス浄化装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
【００１０】
１番目の発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の微粒子を捕集するために排気ガス通路に配置される排気微粒子捕集手段と、その排気微粒子捕集手段をバイパスするバイパス通路と、上記排気微粒子捕集手段を流れる排気ガス量と上記バイパス通路を流れる排気ガス量との割合を調整することができるバイパス弁とを具備した排気ガス浄化装置において、機関始動時に上記排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因して始動不良が発生することを予測する始動不良発生予測手段と、上記バイパス弁により、上記排気微粒子捕集手段を流れる排気ガス量に比べ、上記バイパス通路を流れる排気ガス量を増量することによって機関の始動性を改善する始動性改善手段とを有し、上記始動不良発生予測手段により機関の始動不良の発生が予測された時には、上記内燃機関のスタータモータを起動する前に上記バイパス弁が制御されて上記始動性改善手段による機関の始動性の改善が図られ、機関始動時における始動不良の発生が防止される、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１１】
１番目の発明によれば、排気ガス通路に配置された排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因する始動不良の発生が予測される場合には、上記内燃機関のスタータモータを起動する前に上記バイパス弁が制御されて上記始動性改善手段による機関の始動性の改善が図られ、機関始動時における始動不良の発生が防止されて機関が良好に始動できるようにされる。この結果、排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因して機関が始動できなくなることが防止される。
【００１２】
２番目の発明では１番目の発明において、上記始動不良発生予測手段は、機関を停止した時における上記排気微粒子捕集手段の堆積微粒子量を推定し、それに基づいて次回の機関始動時における始動不良の発生を予測する。
これにより、比較的簡易な方法で正確に始動不良の発生を予測することができる。
【００１３】
３番目の発明では１番目または２番目の発明において、更に、上記排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因して始動不良が発生していることを検出する始動不良発生検出手段を有していて、上記始動不良発生検出手段により機関の始動不良が発生していることが検出された時には、上記始動性改善手段によって機関の始動性の改善が図られて、始動性の改善が図られずに始動しようとした場合に比べて始動に要する時間が短縮するようにされる。
【００１４】
すなわち、３番目の発明によれば、更に排気ガス通路に配置された排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因して始動不良が発生していることが検出された場合に、上記バイパス弁により、上記排気微粒子捕集手段を流れる排気ガス量に比べ、上記バイパス通路を流れる排気ガス量を増量することによって始動性が改善されて始動性の改善が図られずに始動しようとした場合に比べて始動に要する時間が短縮するようにされる。この結果、事前に始動不良の発生が予測される場合には、その時点で始動性の改善を図って始動不良の発生を防止し、事前に始動不良の発生が予測されない場合であっても、実際に始動不良が発生すれば、その時に始動性の改善を図ることができる。
４番目の発明では、３番目の発明において、上記始動不良発生検出手段は、機関始動用のスタータモータの起動から機関の回転数が完爆回転数に達するまでの時間が予め定めた基準値以上である時に始動不良が発生していることを検出したものとする。
【００１５】
５番目の発明では、３番目の発明において、上記始動不良発生検出手段は、機関始動用のスタータモータの起動から予め定めた時間だけ経過した時の機関回転数が、予め定めた基準値以下である時に始動不良が発生していることを検出したものとする。
６番目の発明では、３番目の発明において、上記始動不良発生検出手段は、機関始動用のスタータモータの起動から機関の回転数が完爆回転数に達するまでの機関回転数の経時変化において、その変動の振れ幅が予め定めた基準値以上である時に始動不良が発生していることを検出したものとする。
【００１６】
４番目から６番目の発明によれば、比較的簡易な方法で適切に始動不良が発生しているか否かを判定すること（すなわち、始動不良が発生していることを検出すること）ができる。
７番目の発明では、４番目から６番目の何れかの発明において、上記予め定めた基準値が、機関冷却水温度、バッテリの保有充電量または出力電流、燃料圧のうちの少なくとも一つに応じて補正される。
これにより、より適切に始動不良が発生しているか否かを判定すること（すなわち、始動不良が発生していることを検出すること）ができる。
【００１７】
８番目の発明では、３番目から７番目の何れかの発明において、上記始動不良発生検出手段は、機関冷却水温度と、バッテリの保有充電量または出力電流と、燃料圧とがそれぞれ予め定めた値以上の時にのみ始動不良が発生していることを検出する。
これにより、機関の始動不良を発生させる要因のうちから、機関冷却水温度、バッテリの保有充電量または出力電流、及び燃料圧から判断される要因が除かれるので、より正確に排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因する始動不良の発生のみが検出されるようになる。
【００１８】
９番目の発明では、１番目から８番目の何れかの発明において、上記排気微粒子捕集手段が、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタである。
これにより、排気微粒子と同時に、排気ガス中のＮＯｘも除去することが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の火花点火式内燃機関へ適用した場合を示している。なお、本発明はディーゼルエンジン等その他のタイプの内燃機関にも適用することができる。
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、６ｂは点火栓、７は吸気バルブ、８は吸気ポート、９は排気バルブ、１０は排気ポートをそれぞれ示す。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に連結される。サージタンク１２は吸気ダクト１３に連結される。シリンダブロック２には内燃機関を冷却するための冷却水の温度を検出するための水温センサ５０が取り付けられる。
【００２０】
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が配置される。さらに、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に示した内燃機関では、冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により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及び排気管２０を介して排気ガス浄化装置２２に連結される。この排気ガス浄化装置２２の構成については後述する。
【００２１】
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）通路２４を介して互いに連結される。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に示した内燃機関では、冷却装置２６内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によりＥＧＲガスが冷却される。
【００２２】
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、いわゆるデリバリパイプ２７に連結される。デリバリパイプ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る。デリバリパイプ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。デリバリパイプ２７にはデリバリパイプ２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取り付けられる。燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてデリバリパイプ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。
【００２３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のデジタルコンピュータからなり、内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、以下で述べるように本発明においては、排気ガス浄化装置２２の構成要素とも信号のやり取りを行い、排気ガス浄化装置２２についての制御も行う。上述した燃料圧センサ２９、及び、水温センサ５０はＥＣＵ３０に接続されており、これらの出力信号はＥＣＵ３０に供給される。
【００２４】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続される。負荷センサ４１はＥＣＵ３０に接続されており、その出力電圧はＥＣＵ３０へ入力される。またＥＣＵ３０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も接続されている。更に、ＥＣＵ３０には、燃料噴射弁６、点火栓６ｂ、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、及び燃料ポンプ２８等も接続されていて、これらの各構成要素をＥＣＵ３０からの信号により制御することができるようになっている。
【００２５】
また、バッテリ６０には、スタータモータ６２、点火栓６ｂ等の電力消費要素と発電機６３とが接続され、電力消費要素への電力の供給とバッテリ６０の充電とが行えるようになっている。そしてバッテリ６０の接続端子近傍にはバッテリ６０へ出入りする電流を測定する電流センサ６１が設けられている。この電流センサ６１はＥＣＵ３０に接続されていて、その測定結果はＥＣＵ３０に与えられる。
【００２６】
図２に排気ガス浄化装置２２を示す。本排気ガス浄化装置２２は排気管２０に接続されたケーシング２３内に収容されたパティキュレートフィルタ４３を具備する。本排気ガス浄化装置２２で用いるパティキュレートフィルタ４３には、後述するようにＮＯｘ吸蔵剤５４が担持されている。また、本排気ガス浄化装置２２では、パティキュレートフィルタ４３上流の排気管２０からバイパス通路４５が分岐している。バイパス通路４５はパティキュレートフィルタ４３下流において排気管２０に連結される。したがって、排気ガスはバイパス通路４５を通過することによってパティキュレートフィルタ４３をバイパスすることができる。また、バイパス通路４５内にはこのバイパス通路４５を流れる排気ガス量とパティキュレートフィルタ４３を流れる排気ガス量との割合を調整することのできるバイパス弁４６が配置される。バイパス弁４６にはバイパス弁４６を駆動する駆動装置４７が接続されている。そして、この駆動装置４７はＥＣＵ３０に接続されており、ＥＣＵ３０が駆動装置４７を制御することによってバイパス弁４６を図２（Ａ）に示された閉弁状態と図２（Ｂ）に示された開弁状態との間で制御することができるようになっている。
【００２７】
なお、図２に示した排気ガス浄化装置２２では、バイパス弁４６はバイパス通路４５内に配置されているが、図３に示したように、バイパス弁４６はバイパス通路４５が排気管２０から分岐する領域、すなわち、バイパス通路４５の上流端領域に配置されてもよく、また、図４に示したように、バイパス弁４６はバイパス通路４５が排気管２０に合流する領域、すなわち、バイパス通路４５の下流端領域に配置されてもよい。
【００２８】
次にパティキュレートフィルタ４３について説明する。本排気ガス浄化装置２２で用いられるパティキュレートフィルタ４３は多孔質セラミックから成り、円筒状の外形を有している。図５はパティキュレートフィルタ４３の拡大縦断面図であり、図中、排気ガスは矢印で示されるように左から右に向かって流れる。パティキュレートフィルタ４３内には、上流側に栓５３が施された第１通路５１と下流側に栓５２が施された第２通路５０とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路５０から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５１に流入し、下流側に流れる。この時、排気微粒子（すなわち、パティキュレート。以下、単に「微粒子」と言う。）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、微粒子の大気への放出が防止される。
【００２９】
第１通路５１及び第２通路５０の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤５４が担持されている。ＮＯｘ吸蔵剤５４は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。このようなＮＯｘ吸蔵剤５４は流入排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵していたＮＯｘを放出または脱離して還元浄化する作用（ＮＯｘ吸蔵還元浄化作用）を有する。したがって、ＮＯｘ吸蔵剤５４をパティキュレートフィルタ４３に担持することによって、微粒子と同時にＮＯｘも除去することが可能となる。
【００３０】
ところで、上述したようなパティキュレートフィルタ４３を用いている場合、パティキュレートフィルタ４３に微粒子が堆積してくるとパティキュレートフィルタ４３において生じる排気抵抗が上昇する。このような排気抵抗の上昇は内燃機関の始動性を始めとする機関の性能に悪影響を及ぼすため、堆積した微粒子を燃焼させてパティキュレートフィルタ４３を再生する再生制御が微粒子推定堆積量等に基づいて定期的に行われる。しかしながら、このような再生制御はいつでも自由に実施できるわけではなく、内燃機関の運転状態等によって一定の制約を受けること等の理由から、推定される微粒子堆積量が再生制御を必要とするレベルに達しパティキュレートフィルタ４３において生じる排気抵抗が大きい場合であっても再生制御が行われない場合がある。
【００３１】
そしてこのような状態で内燃機関を停止した場合には、次回始動時においてパティキュレートフィルタ４３において生じる排気抵抗が大きいために始動性が悪く、始動不良が発生して、最悪の場合には機関が始動できないという事態も生じ得る。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、排気ガス通路に配置されたパティキュレートフィルタ４３のような排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因した機関の始動不良の発生が予測された場合に、始動性の改善を図り始動不良の発生を防止しようとするものである。
【００３２】
以下では、上述した構成において実施し得る、上記目的を達成するための方法について説明する。
まず、図６を参照して説明する方法は、パティキュレートフィルタ４３において生じる排気抵抗に起因した始動不良の発生が予測された場合に、始動性を改善する処置を講ずるというものである。
【００３３】
図６は、この方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはイグニッションスイッチを入れた時にＥＣＵ３０によりスタートされる。
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において、その始動時にパティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量Ｒｓが推定される。
【００３４】
この始動時の微粒子堆積量Ｒｓの推定方法としては種々の方法が考えられるが、通常、以下で説明するように機関を停止した時にパティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量を推定しておき、その値を次の始動時の微粒子堆積量Ｒｓとする。
パティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量Ｒｓを推定する方法の一つとしては、例えば以下のような方法がある。
【００３５】
すなわち、内燃機関から発生する微粒子の量は機関内での燃焼状態に関係するが、その燃焼状態は機関の運転状態によって異なるので、例えば、要求トルクＴＱと機関回転数Ｎｅとから定まる機関運転状態の関数として予め内燃機関から発生する微粒子量を求めておけば、これに基づいてパティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量を推定することができる。
【００３６】
より詳細には、前回のパティキュレートフィルタ４３の再生制御が実施されてからの機関運転状態履歴に基づいて、前回の再生制御からその時までにパティキュレートフィルタ４３を通過した排気ガス中に含まれていた微粒子量を積算することで、その時にパティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量を推定することができる。この時、堆積量推定の対象としている期間内にバイパス弁４６の制御が行われた場合には、そのことも考慮するようにする。すなわち、どれだけの量の微粒子を含んだ排気ガスがどれだけパティキュレートフィルタ４３を通過したかを求め、それに基づいて微粒子堆積量を推定するようにする。
【００３７】
通常は、この方法により、前回のパティキュレートフィルタ４３の再生制御から機関停止時までに堆積する微粒子量を推定し、その値を次の始動時においてパティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量Ｒｓとするが、上記の再生制御の実施中、すなわち再生制御が完了する前に機関が停止された場合等には、例えば以下のようにパティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量を推定する。
【００３８】
すなわち、ここで説明している内燃機関が、通常、パティキュレートフィルタ４３の上記のような再生制御を微粒子推定堆積量に基づいて定期的に実施するものであるとすると、再生制御の開始からの経過時間により、再生制御実施条件となっている微粒子推定堆積量からそれまでの再生制御によって燃焼せしめられ除去された微粒子量を差し引いてその時の微粒子堆積量が推定できる。この場合、再生制御の実施時間とその間に燃焼せしめられ除去される微粒子量との関係を予め実験等によって求めておく必要がある。
【００３９】
また、パティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量を推定する別の方法としては、前回のパティキュレートフィルタ４３の再生制御が実施されてからの車両走行距離に基づいて推定する方法がある。この場合には、車両走行距離とパティキュレートフィルタ４３に堆積する微粒子量との関係を予め求めておく。上述したように機関運転状態によって機関から発生する微粒子量は異なるので、この方法によって推定される微粒子堆積量は、先に説明した方法で求められる値ほどは正確ではない可能性があるが、微粒子を推定するための制御を単純化することができる。
【００４０】
ステップ１０１においては、上述したような方法で前回の機関停止時に求められた（すなわち、推定された）微粒子堆積量が今回の始動時における微粒子堆積量Ｒｓであると推定される。
ステップ１０１において始動時における微粒子堆積量Ｒｓが推定されると、続くステップ１０３においてこの微粒子堆積量Ｒｓが予め定めた微粒子堆積量Ｒｃと比較される。この予め定めた微粒子堆積量Ｒｃは、微粒子の堆積によってパティキュレートフィルタ４３の排気抵抗が上昇し、始動不良を発生させる場合の最小微粒子堆積量であって、予め実験等によって求められる。したがって、始動時における微粒子堆積量Ｒｓが予め定めた微粒子堆積量Ｒｃ以上である場合というのは、そのまま始動（すなわち、スタータモータ６２を起動）すれば始動不良の発生が予測される場合である。
【００４１】
そこでステップ１０３において始動時における微粒子堆積量Ｒｓが予め定めた微粒子堆積量Ｒｃ以上であると判定された場合には、ステップ１０５に進んでバイパス弁４６が開かれ、その後ステップ１０７においてスタータモータ６２が起動される。バイパス弁４６を開くことによって、排気ガスは微粒子が多く堆積して排気抵抗が上昇しているパティキュレートフィルタ４３を迂回することが可能になるので、排気系全体の排気抵抗が減少し、始動性が改善されて始動不良の発生が防止され、機関を良好に始動することが可能となる。機関の回転数が、完爆回転数、すなわち機関がスタータモータ６２によらず自立で回転し出す回転数（例えば、４００ｒｐｍ）に達すると本制御ルーチンは終了する。
【００４２】
一方、ステップ１０３において始動時における微粒子堆積量Ｒｓが予め定めた微粒子堆積量Ｒｃ未満であると判定された場合には、始動不良の発生は予測されないので、直ぐにステップ１０７に進み、バイパス弁４６が閉じられた状態でスタータモータ６２が起動されクランキングが開始される。そして機関の回転数が、完爆回転数に達すると本制御ルーチンは終了する。
【００４３】
なお、先にも述べたように、内燃機関の始動時、特に冷間始動時には排気ガス中に含まれる微粒子の量が多いため、排気ガスをパティキュレートフィルタ４３に通して浄化することが望ましい。したがって、上述のように始動時にバイパス弁４６を開くのは、始動不良の発生を防ぐための非常の措置であって、通常、本制御ルーチンをスタートする時にはバイパス弁４６は閉じられた状態にあり、始動不良の発生が予測されなければバイパス弁４６は閉じられた状態に維持され、微粒子の放出が防止される。つまり、この方法によれば、始動不良の発生を防止しつつ、微粒子の放出をできるだけ少なくすることができる。
【００４４】
また、以上の説明からも明らかなように、図６に示された制御ルーチンのステップ１０１及び１０３で行われているのは、言い換えれば、パティキュレートフィルタ４３において生じる排気抵抗に起因して始動不良が発生することを予測することであるから、同様に始動不良の発生を予測することができれば、これらのステップに相当する部分が他の方法によって行われてもよい。
【００４５】
例えば、パティキュレートフィルタ４３の上流側と下流側における圧力差を測定する差圧センサ（図示なし）を設けることによって、他の方法で始動不良の発生を予測することができる。
すなわち、事前に基準となる排気ガス流量を定めておき、パティキュレートフィルタ４３を流通する排気ガス流量が、機関の停止前、最後にその基準排気ガス流量となった時に発生した上記圧力差ΔＰｓを上記差圧センサで測定し記憶しておく。そして次の始動の際に、その圧力差ΔＰｓを予め定めた圧力差ΔＰｃと比較する。この予め定めた圧力差ΔＰｃは、微粒子の堆積等によってパティキュレートフィルタ４３の排気抵抗が上昇して始動不良が発生するようになる時のパティキュレートフィルタ４３の排気抵抗に対応する値であって、パティキュレートフィルタ４３を流通する排気ガス流量を上記の基準排気ガス流量とした時に生ずる圧力差で表したものである。したがって、圧力差ΔＰｓと予め定めた圧力差ΔＰｃとを比較して圧力差ΔＰｓが予め定めた圧力差ΔＰｃ以上であると判定された場合は、始動不良の発生が予測される。なお、この圧力差ΔＰｃは予め実験等によって求めておく。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、上記のような差圧センサを設け、図６に示された制御ルーチンのステップ１０１の部分において前回の機関停止前に測定された圧力差ΔＰｓを読出し、続くステップ１０３の部分において圧力差ΔＰｓと予め定めた圧力差ΔＰｃとを比較するようにしても、図６の制御ルーチンのステップ１０１及び１０３と同様に始動不良の発生を予測することができる。したがって、図６の制御ルーチンのステップ１０１とステップ１０３の部分にこれらの制御を当てはめ、ステップ１０３の部分における圧力差ΔＰｓと予め定めた圧力差ΔＰｃとの比較において、圧力差ΔＰｓが予め定めた圧力差ΔＰｃ以上であると判定された場合はステップ１０５に進み、圧力差ΔＰｓが予め定めた圧力差ΔＰｃ未満であると判定された場合にはステップ１０７に進むようにすれば、図６の制御ルーチンを参照して先に説明した方法とほぼ同様の方法が実施でき、ほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００４７】
次に、図７を参照して、図１に示した構成で実施し得る別の方法について説明する。この方法は、機関始動時に実際に始動不良が発生していることが検出された場合に始動性を改善する処置を講ずるというものである。
始動不良の発生は、上述したようにパティキュレートフィルタ４３に堆積している微粒子量を推定することである程度予測することができるのであるが、微粒子堆積量を推定するための各種センサの故障やパティキュレートフィルタ４３上での実際の微粒子の酸化（燃焼）状態の変化等のために微粒子堆積量の推定が正確に行えず、その結果、始動不良の発生の予測が正確に行えない場合も起こり得る。また、パティキュレートフィルタ４３において生じる排気抵抗を上昇させる要因としては、機関停止後の堆積微粒子の状態変化や、パティキュレートフィルタ４３の溶損の発生等、推定または予測し難いものもある。
【００４８】
そこでこの方法では、結果的に始動不良が発生し、それが検出された時に始動性を改善する処置がとられる。
図７は、この方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはイグニッションスイッチを入れた時にＥＣＵ３０によりスタートされる。
【００４９】
本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１においてスタータモータ６２が起動されてクランキングが開始され、続くステップ２０３で始動不良が発生しているか否かが判定される。
このステップ２０３における始動不良が発生しているか否かの判定方法、すなわち、始動不良発生検出方法には幾つかの方法が考えられるが、そのうちの有効なものの一つは、スタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでの時間を予め定めた基準値Ｃ１と比較して始動不良が発生しているか否かを判定する方法である。
【００５０】
すなわち、始動不良が発生していると、スタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでの時間が通常の場合（すなわち、始動不良が発生せずに良好に始動された場合）よりも長くなる。そこで、この方法では、スタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでにかかる時間の基準値Ｃ１を予め定めておき、実際の機関の始動の際にスタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでにかかる時間がその基準値Ｃ１以上となった場合には始動不良が発生していると判定する。ここで、この基準値Ｃ１は、例えば、良好な機関始動の際にスタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでにかかる標準的な時間とすることができ、この値は予め実験等によって求めることができる。
【００５１】
始動不良が発生していることを検出する別の方法としては、スタータモータ６２の起動から予め定めた時間ｔ１だけ経過した時の機関回転数を予め定めた基準値Ｃ２と比較して始動不良が発生しているか否かを判定する方法がある。すなわち、上述したように始動不良が発生していると、スタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでの時間が通常の場合（すなわち、始動不良が発生せずに良好に始動された場合）よりも長くなる。このことは、始動不良が発生している場合に機関回転数の上昇率が低くなることを示している。そこで、この方法では、スタータモータ６２の起動から予め定めた時間ｔ１だけ経過した時の機関回転数の基準値Ｃ２を予め定めておき、実際の機関の始動の際にスタータモータ６２の起動から予め定めた時間ｔ１だけ経過した時の機関回転数がその基準値Ｃ２以下であった場合には始動不良が発生していると判定する。ここで、この基準値Ｃ２は、例えば、良好な機関始動の際にスタータモータ６２の起動から上記予め定めた時間ｔ１だけ経過した時の標準的な機関回転数とすることができ、この値は予め実験等によって求めることができる。
【００５２】
なお、この方法で機関回転数の比較の基準となるスタータモータ６２の起動からの予め定めた経過時間ｔ１は、良好な機関始動の際に機関の回転数が完爆回転数に達するまでの経過時間よりも短いことが望ましく、この場合、上記機関回転数の基準値Ｃ２は完爆回転数未満の値となる。これは、上記の予め定めた経過時間ｔ１の設定が長すぎると、例えば、初期に始動不良状態を発生しつつ始動が完了した場合において、機関回転数を比較する時点では機関回転数に異常が無く、始動不良が発生していることが検出できない恐れがあるためである。
【００５３】
また、始動不良が発生していると機関回転数の変動が大きくなることから、クランク角センサ４２からの信号に基づいて、スタータモータ６２の起動から機関の回転数が完爆回転数に達するまでの機関回転数の経時変化において、その変動の振れ幅が予め定めた基準値Ｃ３以上である時に始動不良が発生しているものとしてもよい。この場合にも、この変動の振れ幅の基準値Ｃ３は、例えば、良好な機関始動の際に生ずる標準的な変動の振れ幅とすることができ、この値は予め実験等によって求めることができる。
【００５４】
ステップ２０３において、上述の何れかの方法によって始動不良が発生しているか否かが判定された結果、始動不良が発生していると判定された場合にはステップ２０５に進んでバイパス弁４６が開かれ、始動性の改善が図られる。すなわち、バイパス弁４６を開くことによって、排気ガスは、排気抵抗が上昇している可能性の高いパティキュレートフィルタ４３を迂回することが可能になるので、排気系全体の排気抵抗が減少し、始動性が改善されて、始動性の改善が図られずに始動しようとした場合に比べて始動に要する時間（例えば、機関始動用のスタータモータの起動から機関の回転数が完爆回転数に達するまでの時間）が短縮される。この場合、バイパス弁４６を開いて本制御ルーチンは終了する。なお、この始動に要する時間が短縮される場合には、始動不良の発生により始動することができなかった機関が始動できるようになる場合も含まれる。
【００５５】
一方、ステップ２０３において始動不良が発生していないと判定された場合には、始動性には特に問題の無い場合であるので、バイパス弁４６を開くことなく、本制御ルーチンは終了する。
【００５６】
以上のようにこの方法によれば、機関始動時に実際に始動不良が発生していることが検出された場合にバイパス弁４６が開かれて機関の始動性が改善され、始動の早期化または可能化が図られる。一方、始動不良が検出されない場合にはバイパス弁４６は閉じられた状態に維持され、微粒子の外部への放出が防止される。したがって、この方法によれば、始動の早期化または可能化を図りつつ、微粒子の外部への放出をできるだけ抑制することが可能となる。
【００５７】
なお、上述の方法では、始動不良が発生している場合には、すべてパティキュレートフィルタ４３の排気抵抗に起因するものと判断し、それに対応した始動性改善手段（上述の例では、バイパス弁４６を開くこと）が実施されるようにされているが、このような始動性改善手段を実行する前に、始動不良を発生させる恐れのある他の要因（例えば、極低温時の始動、燃料ポンプの故障、スタータモータの故障、接続回路の断線を含めたバッテリの不良等）の可能性について確認し、始動不良がパティキュレートフィルタ４３の排気抵抗に起因するものであることを確認してからそれに対応した始動性改善手段を実行するようにしてもよい。こうすることで、始動性改善手段が無意味に実行されることが防止される。
【００５８】
すなわち、例えば、図７の制御ルーチンで示された方法では、始動不良が発生している場合には、すべてパティキュレートフィルタ４３の排気抵抗に起因するものと判断してバイパス弁４６を開くようにしたが、図７の制御ルーチンのステップ２０３とステップ２０５の間において、機関冷却水温度、バッテリ６０の保有充電量またはその出力電流、燃料圧等を確認するようにし、これらの値に異常の無い場合にはステップ２０５に進んでバイパス弁４６を開く一方、これらの値に異常が検出された場合にはバイパス弁４６を開くことなく制御ルーチンが終了するようにしてもよい。
【００５９】
これにより、始動不良がパティキュレートフィルタ４３の排気抵抗以外の要因に起因して発生していた場合に、無意味にバイパス弁４６が開かれるのを防止することができる。すなわち、機関冷却水温度が低い場合、バッテリ６０の保有充電量またはその出力電流が不十分な場合、及び燃料圧が不十分な場合等の各場合においても始動不良の発生が予測されるが、これらの要因が支配的な場合には、バイパス弁４６を開いても始動性の改善に対して殆ど寄与しない場合がある。そこで、始動不良が発生していることを検出した場合に、バイパス弁４６を開く前に、機関冷却水温度、バッテリ６０の保有充電量またはその出力電流、燃料圧等の値を確認し、これらの値がそれぞれに対応する予め定めた値（これらが原因で始動不良を発生する恐れのある値）以上である時にのみバイパス弁４６を開くようにすれば、パティキュレートフィルタ４３の排気抵抗以外の要因で始動不良が発生している場合に無意味にバイパス弁４６が開かれるのを防止することができる。また、これにより、無意味にバイパス弁４６が開かれ、その間に微粒子が外部へ放出されるのを防ぐことができる。
【００６０】
この場合、機関冷却水温度、バッテリ６０の出力電流及び燃料圧はそれぞれ水温センサ５０、電流センサ６１及び燃料圧センサ２９によって検出することができる。また、バッテリ６０の保有充電量は電流センサ６１によってバッテリ６０に出入りする電流をモニターしておくことによって求めることができる。
【００６１】
更に、上述した図７の制御ルーチンのステップ２０３での始動不良が発生しているか否かを判定する方法において用いられた予め定めた基準値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が機関冷却水温度、バッテリ６０の保有充電量または出力電流、燃料圧等に応じて補正されるようにしてもよい。これは、機関始動の際の個別の状況によって、始動不良が発生していると判定する判定基準を補正して、より適切な判定を行うようにしようとするものである。なお、この場合、例えばステップ２０３に進む前に機関冷却水温度、バッテリ６０の保有充電量または出力電流、燃料圧等の測定が行われ、判定基準の補正が行われる。
【００６２】
例えば、機関冷却水温度が極めて低い時には、機関冷却水温度が高い場合に比べて、スタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでの時間は一般に長くなる傾向がある。そこで、スタータモータ６２の起動から機関回転数が完爆回転数に達するまでの時間で始動不良が発生しているか否かを判定する場合においては、始動不良が発生しているか否かを判定する時の基準値Ｃ１を機関冷却水温度が低いのに対応して長めに補正する。これにより、機関冷却水温度が低いことに起因して始動不良が発生していることが過度に検出されることを防止することができる。
【００６３】
各測定値（機関冷却水温度、バッテリ６０の保有充電量または出力電流、燃料圧）と上述した各始動不良検出方法で利用される基準値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３とを組合せた他の場合については説明を省略するが、これらの場合も同様に、各測定値が各基準値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に与える影響を考慮して各基準値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の補正を行うことができ、始動不良が発生しているか否かについてより適切な判定を行うことが可能となって、始動不良が発生していることが必要以上に過度に検出されることを防止することができる。なお、二つ以上の上記測定値に応じて、その始動不良検出方法で利用される基準値Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を補正するようにしてもよい。
【００６４】
また、上述した始動不良の発生が予測された場合に始動性を改善する方法（主に図６の制御ルーチンを参照して説明した方法）と始動不良が発生していることが検出された場合に始動性を改善する方法（主に図７の制御ルーチンを参照して説明した方法）とを組合せて、一つの方法として実施してもよい。この場合の制御については、これまでの説明から概ね明らかであると思われるので詳細な説明は省略するが、例えば、図６及び図７に示された制御ルーチンを例にとると、図６に示される制御ルーチンを実施した後に図７に示される制御ルーチンが実施されるようにする（より詳細には、図６の制御ルーチンのステップ１０７と図７の制御ルーチンのステップ２０１との制御が同じなので、この部分で二つの制御ルーチンを繋ぎ、図６の制御ルーチンのステップ１０７の後、図７の制御ルーチンのステップ２０３に進むようにする。）。こうすることによって、事前に始動不良の発生が予測される場合には、その時点で始動性の改善が図られ（この例ではバイパス弁４６が開かれ）、事前に始動不良の発生が予測されない場合であっても、実際に始動不良が発生すれば、その時にも始動性の改善が図られる（この例ではバイパス弁４６が開かれる）ようになる。
【００６５】
なお、上述の排気ガス浄化装置２２で用いられたパティキュレートフィルタ４３にはＮＯｘ吸蔵剤５４が担持されていたが、本発明はＮＯｘ吸蔵剤を担持していないパティキュレートフィルタを用いても実施することができる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、排気ガス通路に配置された排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因する始動不良の発生が予測される場合に機関の始動性が改善される。そして、始動不良の発生が予測されて始動性が改善された場合には、機関始動時における始動不良の発生が防止されて機関が良好に始動できるようにされる。そしてこの結果、排気微粒子捕集手段において生じる排気抵抗に起因して機関が始動できなくなることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。
【図２】本発明の排気ガス浄化装置を示す図である。
【図３】図２の排気ガス浄化装置の変更例を示す図である。
【図４】図２の排気ガス浄化装置の更なる変更例を示す図である。
【図５】排気微粒子捕集手段であるパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図６】図１に示した構成を用いて実施される制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図１に示した構成を用いて実施される別の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
６ｂ…点火栓
７…吸気バルブ
９…排気バルブ
２２…排気ガス浄化装置
４３…パティキュレートフィルタ
４５…バイパス通路
４６…バイパス弁
４７…駆動装置
【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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