JP3757853B2

JP3757853B2 - 排気浄化装置の再生制御方法

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Publication number: JP3757853B2
Application number: JP2001367615A
Authority: JP
Inventors: 正明小林; 大介柴田; 久大木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003166412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置の再生制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載される内燃機関、特にディーゼル機関では、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表される微粒子（パティキュレートマター、Particulate Matter）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中に微粒子が放出されないようにディーゼルエンジンの排気系に微粒子の捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が周知である。このフィルタにより排気中の微粒子が一旦捕集され大気中へ放出されることを防止することができる。
【０００３】
しかし、捕集した微粒子がフィルタに堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下、燃費悪化、さらには排気エミッションの悪化やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積した微粒子を着火燃焼させることによりこの微粒子を除去することができ、このようにフィルタに堆積した微粒子を除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
このようなフィルタの目詰まりが発生したかどうかの判定は、例えば、特開平５−２８８０３７号公報に記載のように、フィルタの前後に圧力計を設置し、このフィルタ前後の排気路中の排気圧力を計測してその差圧が所定値以上になったとき、フィルタに微粒子が所定量以上堆積したものとして微粒子の除去処理が必要であると判断することができる。
【０００５】
一方、前記フィルタとしては、例えば、排気が流れる多数のセルを有し、排気入口端でセルが一個おきに栓詰めされ、この排気入口端で栓詰めされるセルでは排気出口端は開放されていて、他方、入口端が開放されているセルは出口端は栓詰めされ、各セル間の隔壁は排気が通過可能な構造のウォールフロー型排気浄化フィルタが用いられる。このようなウォールフロー型排気浄化フィルタでは、各セル間の隔壁内部には多数の細孔が形成され、フィルタ内に流入した排気がこの細孔を強制的に通過させられて出口端方向に流れる構造となっており、微粒子除去能力が優れている。しかし、この細孔は微少なために微粒子が詰まりやすく、そのため特開平９−９４４３４号公報では、上記のような細孔内に触媒が担持されたものが開示されている。このようにフィルタの排気に接する面に触媒が担持されていると、触媒作用により微粒子の着火温度を低くし、比較的低温で微粒子を燃焼させて除去することができる。このようなフィルタとしては、例えば、白金属金属及びアルカリ土類金属酸化物の混合物を担持させたものが公知である。このフィルタでは、ほぼ３５０℃から４００℃程度の比較的低温で微粒子に着火させることができ、これを連続的に燃焼させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような、フィルタの前後の圧力を測定してその差圧を求め、フィルタの詰まり具合を検出する方法では、前記細孔に触媒を担持させた前記ウォールフロー型排気浄化フィルタでは、実際に堆積した微粒子量に対する圧力損失の一定の関係が途中で途切れる状態（ここでは便宜上、以下、飽和状態という）となる。したがって、微粒子がある堆積量を超えた場合には、フィルタの圧力損失（フィルタ前後差圧）に基づいて正確な微粒子堆積量を検出することは困難になることが判明した。
【０００７】
その理由は、フィルタの隔壁内部の細孔内に堆積した微粒子は触媒作用によって比較的容易に酸化されるが、触媒から離れて隔壁の表面に堆積した微粒子は、その隔壁表面に接している部分は酸化、除去され、その結果、堆積した微粒子の層内に空洞やひび割れ等の空間が生じる。このような空間が堆積した微粒子層に無数に形成されるために、フィルタに流入した排気は堆積した微粒子の層を通過し、かつ前記細孔も通り抜ける。したがって微粒子堆積量が増加しても、フィルタ前後の差圧はほとんど上昇しなくなる。
【０００８】
すなわち、図５に示すように、細孔部に微粒子の詰まりが生じている状態に留まっている間は、フィルタの圧力損失（フィルタの前後差圧）が微粒子堆積量にほぼ比例して増加していくが、排気中の微粒子量が増加すると細孔部に堆積した微粒子の一部が燃焼しても隔壁面に微粒子が堆積し始める。すると上述のように圧力損失が飽和した状態となり、隔壁面における微粒子の堆積がさらに進行してゆくにもかかわらず、圧力損失は増大しない状態となる。
【０００９】
このような状態を放置すると、やがては排気が流れる各セルが微粒子堆積によって狭くなり、再び圧力損失が増大するが、そのような時期に一気に微粒子を燃焼させると、燃焼温度が高くなりすぎてフィルタが高温に晒されて溶損する虞がある。
【００１０】
以上のように、圧力損失が増大しなくなっても実際には隔壁面への微粒子堆積が徐々に進行しているので、堆積した大量の微粒子の燃焼によりフィルタに損傷が及ぶことがないように、微粒子堆積量が比較的少ない適切な時期にこれを燃焼させて除去する必要がある。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決するためにされたものであり、微粒子堆積量の増加に対する圧力損失の上昇割合が大きく減少するような場合には、適切な時期に堆積した微粒子を燃焼、除去することができる排気浄化装置の再生制御方法を提供することを技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の排気浄化装置の再生制御方法は、以下のような手段を採用した。すなわち、第１の発明では、内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸化機能を有する触媒を担持したフィルタを排気系に配置した排気浄化装置において、前記フィルタに堆積する微粒子の量が増加すればフィルタにおける圧力損失が上昇する過程を経た後、前記フィルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失の上昇割合が大きく減少する場合には、この圧力損失の上昇割合が大きく減少した後、堆積した微粒子を燃焼させて除去するフィルタ再生制御を実行することを特徴とする。
【００１３】
第１の発明は要するに、微粒子堆積量に対する圧力損失が飽和状態になったらフィルタ再生制御を実行するものであり、微粒子堆積量が明らかでないまま堆積量が増大し続ける事態を回避することができる。圧力損失が飽和状態であると判断される時期は、実際の飽和時点から所定時間の経過後であってもよいが、飽和状態であると判断されれば直ちに、または所定時間の経過後にフィルタ再生制御を実行する。ここで所定時間とは微粒子の堆積量がフィルタを毀損させる虞がある程に多くなることがない範囲で決定される。しかし、飽和状態であると判断された後の微粒子堆積量を測定または推定してフィルタ再生制御を実行するものではない。
【００１４】
次に、第２の発明は、内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸化機能を有する触媒を担持したフィルタを排気系に配置した排気浄化装置において、前記フィルタに堆積する微粒子の量が増加すればフィルタにおける圧力損失が上昇する過程を経た後、前記フィルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失の上昇割合が大きく減少する場合には、この圧力損失の上昇割合が大きく減少した時点までの微粒子堆積量と、前記圧力損失の上昇割合が大きく減少した後の推定微粒子堆積量との和が所定量に到達したとき、堆積した微粒子を燃焼させて除去するフィルタ再生制御を実行することを特徴とする。
【００１５】
飽和状態であると判断された時点でフィルタ再生制御を実行すると、フィルタ再生制御の頻度は高くなる。他方、フィルタへの微粒子堆積量は、前記の飽和状態に達したときに直ちにこれを除去しなければフィルタの損傷を生じるほど大量でない場合が多い。
【００１６】
そこで、第２の発明では、圧力損失の飽和状態が検出された後、他の微粒子堆積量推定方法によりその後の微粒子堆積量を推定し、これが所定量に達したときにフィルタ再生制御を実施するようにした。この場合は、フィルタ再生制御の回数が減り、フィルタの再生のためにフィルタ温度を上昇させる昇温制御の頻度が減少する。昇温制御においては、通常は燃料噴射量の増加等によって燃料消費量が多くなるので、この制御を減らすことは燃費の悪化を防ぐことになる。
【００１７】
なお、飽和状態となった後の微粒子堆積量の推定は、内燃機関の微粒子排出マップと、前記フィルタの床温から得られる微粒子酸化特性とによりフィルタに堆積した微粒子堆積量を推定することにより決定することが好ましい。また、内燃機関の運転条件が、吸入空気量が大きな領域にあるときの前記フィルタの圧力損失に基づいてフィルタに堆積した微粒子堆積量を推定することもできる。この方法によれば、フィルタに流入する排気流量が多い領域においてフィルタの圧力損失を検出するようにしたので、通常の運転条件で圧力損失が飽和した後の領域においても、なお圧力損失を検出することができる。
【００１８】
上記のような微粒子堆積量の推定によってフィルタ上の微粒子堆積量を算出し、この堆積量が予め定めた値を超えたときにフィルタ再生制御を実行するようにすれば、きわめて適切な時期にフィルタ制御を実行することが可能となり、効率的なフィルタ再生が行われる。
【００１９】
また、本発明では、フィルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失の上昇割合が大きく減少したか否かを検出する飽和状態判定手段を備え、この飽和状態判定手段では、微粒子堆積量が予め実験等により求めた飽和量に達したとき飽和したと判定する方法、またはフィルタの前後の差圧を測定する手段を設け、連続して測定した前記差圧の値を比較してこれらが互いに一定範囲内にあるときは飽和したとする方法、または吸入空気量を連続して測定してその吸気量の差を比較してこれらが互いに一定範囲内にあるときは飽和したと判断する方法、のうち少なくともいずれかによって飽和状態を判定することができる。さらに、飽和状態判定手段では、上述した飽和状態の判定方法以外の判定方法を採用してもよい。
【００２０】
上述したようなフィルタ再生制御は、前記フィルタが、排気が流れる通路間の隔壁表面および隔壁内部に形成された細孔内に貴金属触媒を担持したものである場合には、有効に適用される。このようなフィルタは、堆積した微粒子のうち触媒に接している微粒子のみが酸化除去され、堆積した微粒子層に空間や隙間が生じる。そのためにフィルタ壁面に堆積する微粒子の量が増加しても、フィルタにおける圧力損失がほとんど増大しない現象が生じやすいからである。
【００２１】
また、本発明は、周囲に過剰酸素が存在するときは酸素を吸蔵して酸素を保持し、周囲の酸素濃度が低下したときは保持している酸素を活性酸素として放出する活性酸素放出剤をフィルタ上に担持し、放出された活性酸素によってフィルタ上に堆積した微粒子を酸化させることができる。
【００２２】
前記活性酸素放出剤は、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類または遷移金属から選択されたものが使用できる。
【００２３】
前記フィルタ上には、貴金属触媒と、このフィルタに流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、フィルタに流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチであるときは吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵剤と、を担持させることができる。
【００２４】
前記ＮＯｘ吸蔵剤としては、アルカリ金属、アルカリ土金属、希土類または遷移金属から選択されたものが使用可能である。
【００２５】
このような本発明の排気浄化装置の再生制御方法では、フィルタにおける微粒子堆積量に対する圧力損失の関係が飽和状態になり、フィルタの圧力損失に基づいて直接に微粒子堆積量を求めることが不可能になった場合でも、堆積した微粒子の燃焼、除去によるフィルタ再生制御を適切な時期に実行することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気浄化装置の再生制御方法の具体的な実施態様を図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る排気浄化装置の再生制御方法を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る内燃機関１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を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２８】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、このコモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２９】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、この燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３０】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトからこの燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３１】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３２】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、この吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００３３】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、この吸気管９内を流通す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１１と、この吸気管９内を流通す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（図示せず）とが取り付けられている。
【００３４】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されてこの吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３５】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、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）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００３６】
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１０に流入した吸気は、このエアクリーナボックス１０内のエアクリーナ（図示省略）によって吸気中の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３７】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、このコンプレッサハウジング１５ａ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１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３８】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３９】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００４０】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）２０が設けられている。
【００４１】
このフィルタ２０より上流の排気管１９には、この排気管１９内を流通す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２４が取り付けられている。
【００４２】
また、前記フィルタ２０の上流側と下流側の排気管１９内の圧力の差異を検出するために、第１の圧力センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂが設けられている。第１の圧力センサ３７ａはフィルタ２０の上流側、第２の圧力センサ３７ｂはフィルタ２０の下流側に配置されている。
【００４３】
これらの圧力センサ３７ａ，３７ｂが検出するフィルタ２０の前後の排気管１９内の差圧が所定値以上となったときは、フィルタ２０に一定量以上の微粒子が堆積したものと推定することができる。ここでは、後述するように微粒子堆積量が所定の量に達するまでは、この差圧とフィルタへの微粒子堆積量は、ほぼ比例する関係にある。
【００４４】
しかし、触媒の細孔分布により、ある一定量を超えてフィルタへの微粒子の堆積が継続すると両者の関係は比例しなくなり、差圧が飽和状態に達した後は、微粒子堆積量が増大しても差圧がそれ以上大きくならない場合がある。したがって差圧がこのような飽和状態になるまでの微粒子堆積量、及び差圧が飽和したか否かの判断は、第１の圧力センサ３７ａ，および第２の圧力センサ３７ｂから検出された信号に基づいて算出することが可能である。
【００４５】
なお、フィルタ２０の上流側と下流側にそれぞれ設けた第１の圧力センサ３７ａ，および第２の圧力センサ３７ｂを、単一の差圧センサに置き換えることも可能である。
【００４６】
また、前記したフィルタ２０より下流の排気管１９には、この排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１には、ステップモータ等で構成されてこの排気絞り弁２１を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００４７】
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で燃焼された燃焼ガス（排気）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、この排気が有する熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４８】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中の微粒子が捕集され、かつ有害ガス成分が除去または浄化される。フィルタ２０にて微粒子を捕集され、かつ有害ガス成分を除去または浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁２１によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００４９】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。
【００５０】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、このＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設けられ内燃機関１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００５１】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００５２】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００５３】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００５４】
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、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、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。
【００５５】
更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、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、この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もない。
【００５６】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０について説明する。
【００５７】
図２は、フィルタ２０の断面図である。図２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図である。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図である。
【００５８】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるようにフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００５９】
フィルタ２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。
【００６０】
本発明による実施例では、各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、すなわち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には、例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持されている。
【００６１】
ここではフィルタ２０は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）を担持し、これにＯ₂ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ₂Ｏ₃）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒が採用されている。
【００６２】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の機能について説明する。このようなＮＯx触媒は、このＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵する。
【００６３】
一方、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元せしめることができる。
【００６４】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに排気中に残存する。
【００６５】
特に、ディーゼル機関である内燃機関１では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比（例えば、２０〜５０で、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない空燃比）となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。
【００６６】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００６７】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環させるＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、さらにＥＧＲガス量を増大させて煤が殆ど出ない領域で燃焼を行う低温燃焼（例えば、特許３１１６８７６号）、気筒２内への燃料噴射時期や回数の変更等の方法が考えられるが、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにしている。
【００６８】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、還元剤供給路２９に設けられてこの還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えている。
【００６９】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号によりこの還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００７０】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。
【００７１】
このようにして形成された酸素濃度の低い排気はフィルタ２０に流入し、フィルタ２０に吸蔵されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ₂）に還元することになる。
【００７２】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００７３】
なお、本実施の形態では、排気中に燃料を噴射して燃料添加を行っているが、これに替えて、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させて煤が殆ど出ない領域で燃焼を行う低温燃焼を行っても良く、また、内燃機関１の膨張行程や排気行程等に燃料噴射弁３から燃料を噴射させても良い。
【００７４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関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。
【００７５】
ＥＣＵ３５には、前記第１の圧力センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂからのアナログ信号の他、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ（図示せず）、吸気管圧力センサ（図示せず）、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号が入力されるようになっている。
【００７６】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００７７】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００７８】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３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ＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７９】
前記入力ポート３５６は、第１の圧力センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂからのアナログ信号の他、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気温度センサ（図示せず）、吸気管圧力センサ（図示せず）、排気温度センサ２４、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６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Ａ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００８０】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００８１】
前記ＲＯＭ３５２は、フィルタ２０に捕集された微粒子を燃焼除去するための微粒子燃焼制御ルーチン、その他、燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、フィルタ２０に還元剤を添加して吸蔵されたＮＯxを放出させるＮＯx浄化制御ルーチン、フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する被毒解消制御ルーチン、等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００８２】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と微粒子の排出量との関係を示す微粒子排出マップの他、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、等である。
【００８３】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１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３３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、本実施の形態でのフィルタ前後差圧等である。これらのデータは、例えばクランクポジションセンサ３３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。
【００８４】
前記バックアップＲＡＭ３５４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。
【００８５】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２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、フィルタ再生制御の他、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、被毒解消制御、等を実行する。
【００８６】
例えば、フィルタ再生制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の詰まりに起因した排気の圧力損失をパラメータとして、フィルタ２０に堆積している微粒子の量（以下、微粒子堆積量という）を算出する。なお、フィルタ２０による排気の圧力損失は、フィルタ２０より上流における排気圧力とフィルタ２０より下流における排気圧力との差に相当するため、本実施の形態では、第１圧力センサ３７ａと第２圧力センサ３７ｂの出力信号値の差（フィルタ前後差圧）をフィルタ２０の圧力損失として用いる。
【００８７】
フィルタ２０に微粒子が堆積すると、このフィルタ２０内の排気通路の断面積が狭められてフィルタ２０内の排気抵抗が増加して、フィルタ前後差圧が増加することになる。このため、フィルタ前後差圧は、図４に示されるように、フィルタ２０の微粒子堆積量が増加するにつれて大きくなる。
【００８８】
そこで、図４に示されるような微粒子堆積量とフィルタ前後差圧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ＲＯＭ３５２に記憶しておくことにより、第１の圧力センサ３７ａと第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）をパラメータとして微粒子堆積量を求めることができる。ここでは、図４に示す関係に基づくマップを用いるが、以下、これを微粒子堆積量制御マップというものとする。
【００８９】
但し、フィルタ前後差圧は、フィルタ２０の微粒子堆積量が同一であっても、排気温度や排気の流量によって変化するため、フィルタ２０の微粒子堆積量を正確に判定する上では、（１）排気温度及び排気流量が特定条件を満たす機関運転状態（以下、基準機関運転状態と称する）にあるときのフィルタ前後差圧と微粒子堆積量との関係を予め実験的に求めておき、内燃機関１が基準機関運転状態にあるときのフィルタ前後差圧をパラメータとしてフィルタ２０の微粒子堆積量を求める方法、（２）基準機関運転状態にあるときのフィルタ前後差圧と微粒子堆積量との関係を予め実験的に求めておき、適当な時期に検出されたフィルタ前後差圧を排気温度及び排気流量に基づいて補正することにより基準機関運転状態に準じたフィルタ前後差圧に換算し、その換算されたフィルタ前後差圧をパラメータとしてフィルタ２０の微粒子堆積量を求める方法、或いは（３）内燃機関１の個々の運転状態毎にフィルタ前後差圧と微粒子堆積量との関係を予め実験的に求めておき、適当な時期に検出されたフィルタ前後差圧とその際の内燃機関１の運転状態とをパラメータとしてフィルタ２０の微粒子堆積量を求める方法を採用することが好ましい。
【００９０】
しかしながら、微粒子がある堆積量を超えた場合には正確な微粒子堆積量の検出が困難になる。その理由は、フィルタの隔壁内部の細孔内に堆積した微粒子は触媒作用によって比較的容易に酸化されるが、触媒から離れて隔壁の表面に堆積した微粒子は、その隔壁表面に接している部分は酸化、除去され、その結果、堆積した微粒子の層内に空洞やひび割れ等の空間が生じる。このような空間が堆積した微粒子層に無数に形成されるために、フィルタに流入した排気は堆積した微粒子の層を通過し、かつ前記細孔も通り抜ける。したがって微粒子堆積量が増加しても、フィルタ前後の差圧はほとんど上昇しなくなるからである。
【００９１】
すなわち、図５に示すように、細孔部に微粒子の詰まりが生じている状態に留まっている間は圧力損失が微粒子堆積量にほぼ比例して増加していくが、排気中の微粒子量が増加すると細孔部に堆積した微粒子の一部が燃焼しても隔壁面に微粒子が堆積し始める。すると上述のように圧力損失が飽和した状態となり、隔壁面における微粒子の堆積がさらに進行してゆくにもかかわらず、圧力損失の上昇割合は殆ど増大しない。
【００９２】
したがって、このフィルタ再生制御では、フィルタ前後の差圧がほとんど変化しなくなった状態、すなわち圧力損失が飽和したときを検出して、その時点でフィルタ再生制御を実行する。
【００９３】
この場合に、圧力損失が飽和した時点は、例えば次のようにして検出することができる。
【００９４】
すなわち、予め実験により圧力損失の飽和点における平均微粒子堆積量を求め、これをＲＯＭ３５２に記憶しておく。そして前記微粒子堆積量制御マップにより求められる微粒子堆積量が、圧力損失の飽和点である所定量に達したら、その時点で圧力損失が飽和したと判断することができる。
【００９５】
または、所定期間内における第１の圧力センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）の変化量が所定量以上である場合は、フィルタ２０のＰＭ捕集量が第１の圧力センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）と一定の関係にある（飽和状態に達していない）と判定する。一方、所定期間内における第１の圧力センサ３７ａ及び第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）の変化量が所定量未満である場合は、フィルタ２０の微粒子堆積量に対する圧力損失（フィルタ前後差圧）が飽和状態に達したと判定する。
【００９６】
上述の方法により圧力損失が飽和状態に達したと判定されたときは、直ちにフィルタ再生制御を実行する。このフィルタ再生制御では、ＣＰＵ３５１が、微粒子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。
【００９７】
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２１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２１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フィルタ２０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。
【００９８】
特に、フィルタ２０が触媒を担持したものである場合は、ＣＰＵ３５１は、各気筒２の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させるとともに還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加することで、それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化させ、その酸化の際に発生する熱によってフィルタ２０の床温を高めるようにしてもよい。
【００９９】
但し、フィルタ２０が過剰に昇温された場合、フィルタ２０の熱劣化が誘発される虞があるため、排気温度センサ２４の出力信号値に基づいて副次的な噴射燃料量及び添加燃料量がフィードバック制御されるようにすることが好ましい。
【０１００】
尚、還元剤噴射弁２８から過剰な量の燃料が噴射されると、それらの燃料がフィルタ２０において急激に燃焼するためフィルタ２０が過熱し、或いは還元剤噴射弁２８から噴射された過剰な燃料によってフィルタ２０が不要に冷却される虞があるため、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の下流に設けた空燃比センサ（図示省略）の出力信号に基づいて還元剤噴射弁２８からの燃料噴射量をフィードバック制御するようにすることが好ましい。
【０１０１】
このようにしてフィルタ再生制御が実行されると、フィルタ２０に堆積していた微粒子が燃焼し、これがフィルタ２０から除去されてフィルタ２０の微粒子の捕集能力が再生される。
【０１０２】
その結果、微粒子堆積量が明らかでないまま堆積量が増大し続けることがなくなるので、大量の微粒子が燃焼してフィルタが溶損するような事態が回避される。
【０１０３】
次に、本実施の形態についてのフローチャートを図６に示し、以下、このフローチャートにしたがってフィルタ再生制御を説明する。
【０１０４】
このフローチャートを実行するルーチンは、予めＲＯＭ３５２に記憶されており、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３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。
【０１０５】
Ｓ１０１では、ＣＰＵ３５１は、先ず現在のフィルタ前後差圧：△Ｐ、エアフローメータ１７の出力信号値（吸入空気量）：Ｇａ、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）：Tempex、を入力する。
【０１０６】
次に、Ｓ１０２へ進み、ＣＰＵ３５１は、前記フィルタ前後差圧：△Ｐを前記吸入空気量：Ｇａ及び前記排気温度：Tempexにより補正して基準機関運転状態に準じたフィルタ前後差圧Ａｉへ換算する。このフィルタ前後差圧Ａｉは、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０１０７】
Ｓ１０３では、ＣＰＵ３５１は、前回測定されてＲＡＭ３５３に記憶されているフィルタ前後差圧Ａｉ−１を読み込む。
【０１０８】
Ｓ１０４では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ１０３で算出されたフィルタ前後差圧ＡｉからＳ１０４で読込まれたＡｉ−１を減算することにより、前回測定から今回測定までの時間：ｔe当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂ（Ａｉ−Ａｉ−１＝Ｂ）を算出する。
【０１０９】
Ｓ１０５では、ＣＰＵ３５１は、所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であるか否かを判定する（変化量Ｂ≒０）。
【０１１０】
前記Ｓ１０５において所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は、微粒子堆積量に対するフィルタ前後差圧（圧力損失）は、飽和していないと判断し、Ｓ１０１に戻る。
【０１１１】
一方、前述したＳ１０５において所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量未満（Ｂ≒０）であると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は、フィルタ前後差圧が微粒子堆積量に対して飽和したと判断し、Ｓ１０６に進み、フィルタ再生制御を実行する。
【０１１２】
この場合、フィルタ前後差圧が実際に飽和状態になってから飽和したと判定されるまでに時間差があってもフィルタ再生制御には差し支えなく、このルーチンが繰り返される所定時間内においてフィルタに堆積する微粒子量がフィルタ損傷を生じる虞がある程度の量までに達することがない間隔で、このフィルタ再生制御が実行可能に設定されていればよい。すなわち、飽和状態を検出したら直ちにフィルタ再生制御を実行するのではなく、運転状態から判断して微粒子堆積量が大幅に増大しない範囲において、検出時から時差をもってフィルタ再生制御を実行するようにしてもよい。
【０１１３】
（実施の形態２）
この実施の形態については、前記の実施の形態１と異なる部分のみを説明する。実施の形態１では、微粒子堆積量に対する圧力損失が飽和したことを検出した後は、フィルタ再生制御を実行するが、この実施の形態では、飽和状態に達してもすぐにはフィルタ再生制御を実行せずに、ＣＰＵ３５１は、さらに微粒子堆積量を推定してその量が所定量になったと判断されたときにフィルタ再生制御を実行する点において差異がある。
【０１１４】
ここでは、飽和後のフィルタ２０における微粒子堆積量を、フィルタ２０の圧力損失に基づくパラメータ以外に推定可能な堆積量推定手段により求める。そして、先に微粒子堆積量制御マップに基づいて算出した飽和点までの微粒子堆積量Ｘ1(g)と、飽和後の微粒子堆積量Ｘ2(g)の和が、所定量Ｚ(g)に到達したときは、直ちにフィルタ再生制御が実行される。
【０１１５】
先ず現在のフィルタ前後差圧：△Ｐ、エアフローメータ１７の出力信号値（吸入空気量）：Ｇａ、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）：Tempex、を測定する。次に、フィルタ前後差圧：△Ｐを前記吸入空気量：Ｇａ及び前記排気温度：Tempexにより補正して基準機関運転状態に準じたフィルタ前後差圧Ａｉへ換算する。
【０１１６】
一方、前回に測定されてバックアップＲＡＭ３５４に記憶されている第２のフィルタ前後差圧：Ａｉ−１を読み込み、第２のフィルタ前後差圧：Ａｉ−１を第１のフィルタ前後差圧：Ａｉから減算することにより、前回測定から今回測定までの時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂ（△Ｐ２−△Ｐ１＝Ｂ）を算出する。
【０１１７】
また、所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であるか否かを判定する。所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であると判定された場合には、微粒子堆積量に対するフィルタ前後差圧（圧力損失）は、飽和していないと判断される。
【０１１８】
一方、所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量未満（例えばＢ≒０）であると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は、フィルタ前後差圧が微粒子堆積量に対して飽和したと判断する。
【０１１９】
この場合は、第１の圧力センサ３７ａと第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）と、前述した図６の説明で述べた微粒子堆積量制御マップとにしたがって、フィルタ前後差圧が飽和したと判断された時点までのフィルタ２０の飽和前微粒子堆積量を求める。具体的には、前記フィルタ前後差圧：△Ｐ2と微粒子堆積量制御マップとに基づいてフィルタ前後差圧が飽和するまでの微粒子堆積量：Ｘ1(g)を算出する。
【０１２０】
次に、飽和後にフィルタ２０に堆積した微粒子堆積量を推定する方法として、内燃機関１から単位時間当たりに排出される微粒子量とフィルタ２０の捕集効率とを乗算して得られる値を積算する方法を採用することができる。
【０１２１】
内燃機関１から単位時間当たりに排出される微粒子の量（以下、機関排出微粒子量と称する）は、内燃機関１で単位時間当たりに燃焼される燃料量と相関があるため、燃料噴射量と機関回転数と機関排出微粒子量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してＲＯＭ３５２に記憶させておくようにすればよい。
【０１２２】
フィルタ２０の捕集効率は、フィルタ２０を流通する排気の流速が高くなるほど低下し、フィルタ２０を流通する排気の流速が低くなるほど高くなる。排気の流速は内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量に応じて定まり、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量は内燃機関１の吸入空気量と機関回転数とに応じて定まる。
【０１２３】
さらに、フィルタ２０の微粒子捕集効率は、フィルタ２０に捕集されている微粒子量によっても変化する。すなわち、フィルタ２０に捕集されている微粒子量が増加すると、このフィルタ２０内の排気流路の断面積が縮小するため、微粒子捕集効率が高くなる。
【０１２４】
本実施の形態では、排気の流速に応じて変化するフィルタ２０の捕集効率を第１の微粒子捕集効率と称し、その第１の微粒子捕集効率と吸入空気量と機関回転数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ＲＯＭ３５２に記憶させておくものとする。更に、本実施の形態では、フィルタ２０に捕集されている微粒子量に応じて変化するフィルタ２０の捕集効率を第２の微粒子捕集効率と称し、その第２の微粒子捕集効率とフィルタ２０に捕集されている微粒子量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ＲＯＭ３５２に記憶させておくものとする。
【０１２５】
尚、フィルタ２０の微粒子捕集効率は、フィルタ２０の温度又は排気温度に応じて変化する場合があるため、排気温度やフィルタ２０の温度をパラメータとした微粒子捕集効率が設定されるようにしてもよい。
【０１２６】
一方、フィルタ２０に捕集された微粒子は、所定の微粒子酸化温度（例えば、６００℃）以上で酸化するため、内燃機関１が、排気温度が前記所定温度以上となるような運転状態にある時や、後述する再生制御によってフィルタ２０の雰囲気温度が前記所定温度以上とされた時には、フィルタ２０に捕集されている微粒子量が減少することになる。
【０１２７】
そこで、本実施の形態では、内燃機関１から単位時間当たりに排出される微粒子量とフィルタ２０の第１及び第２の捕集効率とを乗算して得られた値から、フィルタ２０において単位時間当たりに減少する微粒子量を減算し、それにより得られた値を積算してフィルタ２０の微粒子堆積量を算出するようにした。
【０１２８】
フィルタ２０において単位時間当たりに触媒作用により酸化される微粒子量は、フィルタ２０内の雰囲気温度が高くなるほど多くなり、フィルタ２０内の雰囲気温度は排気温度が高く、かつ単位時間当たりにフィルタ２０を流通する排気量が多くなるほど高くなる。ここで、一般に微粒子は約６００℃で自然着火するが、触媒を担持させたフィルタ２０では、その触媒作用よりも比較的低温（例えば３５０℃〜４００℃）で微粒子が酸化される。
【０１２９】
さらに単位時間当たりにフィルタ２０を流通する排気量は、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量に相当し、内燃機関１から単位時間当たりに排出される排気量は、前述したように吸入空気量と機関回転数に応じて定める。
【０１３０】
本実施の形態では、フィルタ２０において単位時間当たりに酸化される微粒子量と排気温度と吸入空気量と機関回転数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ＲＯＭ３５２に記憶させておくようにした。
【０１３１】
尚、以下においては、フィルタ２０に捕集されている微粒子量を微粒子堆積量：微粒子t、内燃機関１から単位時間当たりに排出される微粒子量を機関排出微粒子量：ＰＭe、フィルタ２０の第１の微粒子捕集効率を第１の微粒子捕集効率：ｋ1、フィルタ２０の第２の微粒子捕集効率を第２の微粒子捕集効率：ｋ2、フィルタ２０において単位時間当たりに酸化される微粒子量を酸化微粒子量：ＰＭdと記すものとする。この場合、飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)は、下記の演算式によって算出されることになる。
【０１３２】
Ｘ2(g)＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd
上記の演算式においてＰＭtoldは、前回の演算処理により得られた飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)であり、フィルタ再生制御が実行されると“０”にリセットされる。
【０１３３】
このようにして飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)が推定されると、ＣＰＵ３５１は、推定された飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)と飽和前微粒子堆積量Ｘ1(g)との和（総微粒子堆積量）が、予め定められた上限値：Ｚ(g)以上であるか否かを判別し、総微粒子堆積量：Ｘ1(g)＋Ｘ2(g)が上限値：Ｚ(g)以上である場合に、フィルタ再生制御を実行する。
【０１３４】
フィルタ再生制御では、ＣＰＵ３５１は、排気温度を前述した微粒子酸化温度以上にまで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は上述した通りである。
【０１３５】
このようにしてフィルタ再生制御が実行されると、フィルタ２０に捕集されていた微粒子が燃焼してフィルタ２０から除去される。
【０１３６】
このようにすれば、微粒子堆積量の判定値と実際の微粒子堆積量との間に大幅な誤差が生じることが無くなり、フィルタ再生制御実行時に大量の微粒子が一度に燃焼してフィルタ損傷が生じる危険が回避できる。
【０１３７】
次に、本実施の形態についてのフローチャートを図７に示し、以下、このフローチャートにしたがってフィルタ再生制御を説明する。
【０１３８】
このフィルタ再生制御ルーチンは、予めＲＯＭ３５２に記憶されているルーチンであり、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３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。
【０１３９】
Ｓ２０１では、ＣＰＵ３５１は、現在のフィルタ前後差圧：△Ｐ、エアフローメータ１７の出力信号値（吸入空気量）：Ｇａ、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）：Tempex、を入力する。
【０１４０】
次に、Ｓ２０２へ進み、ＣＰＵ３５１は、前記フィルタ前後差圧：△Ｐを前記吸入空気量：Ｇａ及び前記排気温度：Tempexにより補正して基準機関運転状態に準じたフィルタ前後差圧Ａｉへ換算する。このフィルタ前後差圧は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０１４１】
Ｓ２０３では、ＣＰＵ３５１は、前回に測定されてバックアップＲＡＭ３５４に記憶されている第２のフィルタ前後差圧：Ａｉ−１を読み込む。
【０１４２】
Ｓ２０４では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ２０３で読み込まれた第２のフィルタ前後差圧：Ａｉ−１を、Ｓ２０２で補正された第１のフィルタ前後差圧：Ａｉから減算することにより、前回測定から今回測定までの時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂ（△Ｐ２−△Ｐ１＝Ｂ）を算出する。
【０１４３】
Ｓ２０５では、ＣＰＵ３５１は、所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であるか否かを判定する。すなわち、変化量Ｂがほぼ０であるか否かを判定する。
【０１４４】
このＳ２０５において所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量以上であると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は、微粒子堆積量に対するフィルタ前後差圧（圧力損失）は、飽和していないと判断し、Ｓ２０１に戻る。
【０１４５】
一方、前述したＳ２０５において所定時間：ｔ当たりのフィルタ前後差圧の変化量Ｂが所定量未満（例えばＢ≒０）であると判定された場合には、ＣＰＵ３５１は、フィルタ前後差圧が微粒子堆積量に対して飽和したと判断してステップ２０６に進む。ここでは、ＣＰＵ３５１は、第１の圧力センサ３７ａと第２の圧力センサ３７ｂの出力信号値（フィルタ前後差圧）と、前述した図６の説明で述べた微粒子堆積量制御マップとにしたがって、フィルタ前後差圧が飽和したと判断された時点までのフィルタ２０の微粒子堆積量を演算する。すなわち、Ｓ２０６では、ＣＰＵ３５１は、前記フィルタ前後差圧：△Ｐ2と微粒子堆積量制御マップとに基づいてフィルタ前後差圧が飽和するまでの微粒子堆積量：Ｘ1(g)を算出する。
【０１４６】
次に、飽和後微粒子堆積量Ｘ2(g)を推定する。
【０１４７】
ＣＰＵ３５１は、先ずＳ２０７においてＲＡＭ３５３から燃料噴射量、吸入空気量、機関回転数、排気温度、及び前回の微粒子堆積量：ＰＭtoldを読み出す。
【０１４８】
Ｓ２０８では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ２０７において読み出された各種データをパラメータとして、機関排出微粒子量：ＰＭe、第１の微粒子捕集効率：ｋ1、第２の微粒子捕集効率：ｋ2、酸化微粒子量：ＰＭdを算出する。
【０１４９】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量と機関回転数とをパラメータとして機関排出微粒子量：ＰＭeを算出し、吸入空気量と機関回転数とをパラメータとして第１の微粒子捕集効率：ｋ1を算出し、前回の微粒子堆積量：ＰＭtoldをパラメータとして第２の微粒子捕集効率：ｋ2を算出し、さらに吸入空気量と機関回転数と排気温度とをパラメータとして酸化微粒子量：ＰＭdを算出する。
【０１５０】
Ｓ２０９では、ＣＰＵ３５１は、前記Ｓ２０１で読み出された前回の微粒子堆積量：ＰＭtoldと、前記Ｓ２０２で算出された機関排出微粒子量：ＰＭe、第１の微粒子捕集効率：ｋ1、第２の微粒子捕集効率：ｋ2、及び酸化微粒子量：ＰＭdとを用いてフィルタ２０の現時点の飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)を算出する（Ｘ2(g)＝ＰＭtold＋ＰＭe×ｋ1×ｋ2−ＰＭd）。
【０１５１】
この算出された飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)は、ＲＡＭ３５３に記憶される。
【０１５２】
Ｓ２１０では、ＣＰＵ３５１は、前記飽和前微粒子堆積量：Ｘ1(g)と、前記Ｓ２０３で算出された飽和後微粒子堆積量：Ｘ2(g)との和が上限値：Ｚ(g)以上であるか否かを判別する。
【０１５３】
前記Ｓ２１０において、総微粒子堆積量：Ｘ1(g)＋Ｘ2(g)が上限値：Ｚ(g)未満であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の再生制御を実行する必要がないとみなし、Ｓ２０７に戻る。
【０１５４】
一方、前記Ｓ２１０において、総微粒子堆積量：Ｘ1(g)＋Ｘ2(g)が上限値：Ｚ(g)以上であると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０を再生する必要があるとみなし、Ｓ２１１においてフィルタ再生制御を実行する。
【０１５５】
以上述べたように本実施の形態によれば、フィルタ２０の微粒子堆積量に対するフィルタ前後差圧：△Ｐが飽和状態となった時に、上述の方法により微粒子堆積量が推定されるため、実際の微粒子堆積量との間に過剰な誤差が生じることが無くなる。
【０１５６】
（その他の実施の態様）
飽和後の微粒子堆積量を推定する他の方法としては、内燃機関の運転条件が、吸入空気量が大きな領域にあるときにフィルタ２０の圧力損失を測定するものがある。この方法では、通常の内燃機関の運転条件ではフィルタ前後差圧が飽和状態となっていても、吸入空気量が大きく排気流量が多くなる領域ではフィルタ２０に流入する排気量が多い。したがって、フィルタ２０に堆積した微粒子による排気の流れに対する抵抗がフィルタ前後差圧に顕著に現れる。
【０１５７】
このような場合は、飽和状態後であっても、微粒子堆積量に対するフィルタ前後差圧を測定することが可能であり、この測定結果に基づいてフィルタに堆積した微粒子堆積量を推定する。
【０１５８】
【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、微粒子堆積量の増加に対する圧力損失の顕著な増大が微粒子の堆積進行途中で停止し、圧力損失の上昇割合が大きく減少するようなフィルタについて、適切な時期に堆積した微粒子を燃焼、除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するディーゼルエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】（Ａ）は、フィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、フィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】フィルタ前後差圧（圧力損失）と微粒子堆積量との関係を示す図である。
【図５】微粒子堆積量の増加に対してフィルタ前後差圧（圧力損失）が増大しなくなる状態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるフィルタ再生制御実行フローを示すフローチャート図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるフィルタ再生制御実行フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・フィルタ
２１・・・排気絞り弁
２４・・・排気温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３１・・・遮断弁
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
３７ａ・・・第１の圧力センサ
３７ｂ・・・第２の圧力センサ

Claims

内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸化機能を有する触媒を担持したフィルタを排気系に配置した排気浄化装置において、前記フィルタに堆積する微粒子の量が増加すればフィルタにおける圧力損失が上昇する過程を経た後、前記フィルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失の上昇割合が大きく減少する場合には、この圧力損失の上昇割合が大きく減少した後、堆積した微粒子を燃焼させて除去するフィルタ再生制御を実行することを特徴とする排気浄化装置の再生制御方法。
内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸化機能を有する触媒を担持したフィルタを排気系に配置した排気浄化装置において、前記フィルタに堆積する微粒子の量が増加すればフィルタにおける圧力損失が上昇する過程を経た後、前記フィルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失の上昇割合が大きく減少する場合には、この圧力損失の上昇割合が大きく減少した時点までの微粒子堆積量と、前記圧力損失の上昇割合が大きく減少した後の推定微粒子堆積量との和が所定量に到達したとき、堆積した微粒子を燃焼させて除去するフィルタ再生制御を実行することを特徴とする排気浄化装置の再生制御方法。
前記推定微粒子堆積量は、内燃機関の微粒子排出マップと、前記フィルタの床温から得られる微粒子酸化特性とによりフィルタに堆積した微粒子堆積量を推定することにより決定される請求項２に記載の排気浄化装置の再生制御方法。
前記推定微粒子堆積量は、内燃機関の運転条件が、吸入空気量が大きな領域にあるときの前記フィルタの圧力損失に基づいてフィルタに堆積した微粒子堆積量を推定するものである請求項２に記載の排気浄化装置の再生制御方法。
前記フィルタに堆積する微粒子の量がさらに増加するにもかかわらずフィルタにおける圧力損失の上昇割合が大きく減少したか否かを検出する飽和状態判定手段を備え、この飽和状態判定手段は、微粒子堆積量が予め実験等により求めた所定量に達したときに圧力損失が飽和したと判定する方法、フィルタの前後の差圧を測定する手段を設け、連続して測定した前記差圧の値を比較してこれらが互いに一定範囲内にあるときに飽和したとする方法、または吸入空気量を連続して測定し、その吸気量の差を比較してこれらが互いに一定範囲内にあるときは飽和したと判断する方法、のうち少なくともいずれかによって圧力損失が飽和したと判定する請求項１から４のいずれかに記載の排気浄化装置の再生制御方法。
前記フィルタは、排気が流れる通路間の隔壁表面および隔壁内部に形成された細孔内に貴金属触媒を担持したものである請求項１から５のいずれかに記載の排気浄化装置の再生制御方法。
周囲に過剰酸素が存在するときは酸素を吸蔵して酸素を保持し、周囲の酸素濃度が低下したときは保持している酸素を活性酸素として放出する活性酸素放出剤をフィルタ上に担持し、放出された活性酸素によってフィルタ上に堆積した微粒子を酸化させる請求項１から６のいずれかに記載の排気浄化装置の再生制御方法。
前記活性酸素放出剤は、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類または遷移金属から選択されたものである請求項７に記載の排気浄化装置の再生制御方法。
前記フィルタ上に貴金属触媒と、このフィルタに流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、フィルタに流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチであるときは吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵剤と、を担持した請求項１から８のいずれかに記載の排気浄化装置の再生制御方法。
前記ＮＯｘ吸蔵剤は、アルカリ金属、アルカリ土金属、希土類または遷移金属から選択されたものである請求項９に記載の排気浄化装置の再生制御方法。