JP3757860B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは経済性に優れている反面、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パティキュレートマター（Particulate Matter：以下特に断らない限り「ＰＭ」という。）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系にＰＭ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。
【０００３】
このフィルタにより排気中のＰＭ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。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが該フィルタに堆積し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ＰＭを着火燃焼せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
しかし、前記フィルタに捕集されたＰＭを着火燃焼させるためには、フィルタの温度を高温にする必要があるが、ディーゼルエンジンの排気の温度は通常この温度よりも低いためＰＭを燃焼除去するのは困難であった。
【０００５】
そこで、電気ヒータ、バーナ等を用いて捕集されたＰＭの着火燃焼が生じる温度までフィルタを加熱、昇温することが考えられるが、これには多大なエネルギを外部から供給する必要がある。この問題に対し、例えば特開平１０−２７２３２４号公報によれば、フィルタ上流に燃料添加装置及びその燃料添加装置からの燃料を触媒の存在下で燃焼させて、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼させ得る温度に排気を加熱する触媒燃焼部を備えた加熱装置を設けている。
【０００６】
このように、フィルタ上流の触媒燃焼部で燃料を燃焼させることにより、排気を均一に加熱することができ、フィルタ全体を加熱することが可能となるので、フィルタの再生を良好に行える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタに捕集されるＰＭには、煤（ＳＯＯＴ）等の不溶成分と未燃炭化水素（ＨＣ）等の可溶な有機的留分（Soluble Organic Function：以下、ＳＯＦとする）とが含まれている。これらの成分は夫々燃焼するために必要となる温度が異なる。
【０００８】
しかし、前記公報によれば、フィルタの温度を６００℃以上に上昇させている。この温度では、煤及びＳＯＦが、燃焼可能であるが、ＳＯＦは６００℃以下であっても燃焼可能である。従って、フィルタに捕集されているＰＭがＳＯＦを主成分とするものであれば、フィルタを６００℃まで加熱する必要はなく、また、フィルタを加熱するための燃料も減量させることができる。
【０００９】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ再生時の燃費の悪化を抑制する技術を提供することにある。
【００１０】
【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内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
排気中の粒子状物質を一時捕集可能なフィルタと、
前記フィルタに捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段と、
前記フィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集された粒子状物質を除去するフィルタ昇温手段と、
を備え、
前記捕集量判定手段により判定された粒子状物質の捕集量が第１の所定量以上の場合には、前記フィルタ昇温手段は前記フィルタを第１の温度まで上昇させ、この後に、前記捕集量判定手段により判定された粒子状物質の捕集量が第１の所定量よりも少ない第２の所定量以上の場合には、前記フィルタ昇温手段は前記フィルタを第１の温度よりも高い第２の温度まで上昇させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、フィルタに第１の所定量以上の粒子状物質が捕集された場合には、第１の温度までフィルタを加熱して、第１の温度で燃焼可能な成分を燃焼させ、それでも第２の所定量以上粒子状物質が残留していたときに、更に第２の温度までフィルタを加熱して、第２の温度で燃焼可能な成分を燃焼させることにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排気中に含まれる粒子状物質がフィルタにより捕集される。捕集された粒子状物質はフィルタに堆積し目詰まりを発生させるのでフィルタの再生処理が必要となる。従って、粒子状物質の捕集量が第１の所定量以上になったときに、昇温手段は第１の温度までフィルタを昇温させる。これにより、第１の温度で燃焼可能な成分が燃焼する。ここで、フィルタに捕集されている主成分が第１の温度で燃焼可能なものであれば、フィルタに捕集された粒子状物質は燃焼しフィルタの再生が完了する。しかし、第１の温度では燃焼しないものが主成分である場合には、更に昇温する必要がある。そこで、第１の温度までフィルタを昇温させた後に、第１の所定量よりも少ない第２の所定量の粒子状物質が残留している場合には、第１の温度よりも高温な第２の温度までフィルタを昇温し、第２の温度で燃焼可能な粒子状物質を燃焼させてフィルタの再生を行う。
【００１３】
このように、フィルタに捕集された粒子状物質の成分による段階的な昇温が可能となる。
【００１４】
本発明おいては、前記捕集量判定手段は、フィルタ前後の差圧に基づいてフィルタに捕集された粒子状物資の量を判定しても良い。
【００１５】
フィルタに捕集された粒子状物質の量が多くなるとフィルタ前後の差圧が大きくなるため、フィルタ前後の差圧に基づいて粒子状物質の捕集量を判定することが可能となる。他にも、例えば、フィルタ前圧（フィルタ上流の背圧）や吸入空気量の減少により粒子状物質の捕集量を判定することが可能である。
【００１６】
本発明においては、前記第１の温度は、パティキュレートマターのＳＯＦ分を燃焼可能な温度であり、一方、前記第２の温度は、パティキュレートマターのＳＯＯＴ分を燃焼可能な温度であっても良い。
【００１７】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、第１の温度でＳＯＦ分が燃焼され、第２の温度でＳＯＯＴが燃焼される。従って、フィルタに捕集された粒子状物質がＳＯＦ分を主成分とするものであった場合には、第１の温度で燃焼され、フィルタの再生を完了させることが可能となる。
【００１８】
【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。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置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。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２０】
図１に示すエンジン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。
【００２１】
エンジン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、該コモンレール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。
【００２２】
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、エンジン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、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン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。
【００２３】
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該燃料ポンプ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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、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。
【００２６】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管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が取り付けられている。
【００２７】
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、該吸気管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該吸気絞り弁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。
【００２８】
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。
【００２９】
このように構成された吸気系では、吸気は、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。
【００３０】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該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。
【００３１】
一方、エンジン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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。フィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管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。また、フィルタ２０上流には排気を導入する上流側導入管３７ａの一端が接続され、フィルタ２０下流には下流側導入管３７ｂの一端が接続される。上流側導入管３７ａ及び下流側導入管３７ｂの他端は差圧センサ３７に接続されている。差圧センサ３７は、上流側導入管３７ａ及び下流側導入管３７ｂから導入された排気の差圧に対応した電気信号を出力する。
【００３４】
前記したフィルタ２０下流の排気管１９には、該排気管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該排気絞り弁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。
【００３５】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）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、該排気が持つ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。
【００３６】
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、排気中のパティキュレートマター（以下、単にＰＭという。）が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又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。
【００３７】
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。
【００３８】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、該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）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３９】
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。
【００４０】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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もない。
【００４４】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０について説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
図２（Ａ）及び（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、即ち各隔壁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。
【００４９】
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触媒の働きについて説明する。
【００５０】
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）とを担持し、更に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触媒を採用した。
【００５１】
このように構成されたＮＯx触媒は、該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（吸収、吸着）する。
【００５２】
一方、ＮＯx触媒は、該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、該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。
【００５３】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン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、エンジン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大気中へ放出されてしまう。
【００５４】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、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となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。
【００５５】
従って、エンジン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）を還元させる必要がある。
【００５６】
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ガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の機関出力とはならない膨張行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。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た。
【００５７】
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に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えている。
【００５８】
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からの信号により該還元剤噴射弁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。
【００５９】
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。
【００６０】
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）を窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００６１】
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。
【００６２】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン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、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００６３】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６、差圧センサ３７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ＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６４】
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、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、アクセル開度センサ３６、差圧センサ３７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。
【００６８】
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。
【００６９】
前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁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を還元させるＮＯx浄化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。
【００７０】
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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン１の運転状態と還元剤の目標添加量（若しくは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【００７１】
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である。これらのデータは、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。
【００７２】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジン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。
【００７３】
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、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御等を実行する。
【００７４】
例えば、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００７５】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒回復制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００７６】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００７７】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ（図示省略）の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７８】
ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７９】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００８０】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００８１】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００８２】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から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と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【００８３】
この結果、フィルタ２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００８４】
このように、フィルタ２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を還元することが可能となる。
【００８５】
本実施の形態においては、フィルタ２０へ還元剤を供給する場合に還元剤噴射弁２８から排気中への燃料添加に代わり、前記エンジン１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させる副噴射を行ってもよい。
【００８６】
このようにエンジン１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させるのは、主噴射のみにより空燃比をリッチ空燃比側へずらそうとするとスモーク等の問題が発生する虞があるからである。また、主噴射を増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変動が発生し運転状態が悪化する。そこで、主噴射の後の機関出力に影響しにくい膨張行程等で副噴射を行う。
【００８７】
副噴射により噴射された燃料は気筒２内で燃焼し気筒２内のガス温度を上昇させると共に気筒２内の酸素濃度を低下させる。気筒２内で燃焼し温度が上昇したガスは排気となって排気管１９を通り吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上昇させると共に吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給する。
【００８８】
このように副噴射を用いるとＮＯx触媒の温度を早期に上昇させることができ、また、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給することができる。
【００８９】
副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから算出することができる。更に、パラメータとしてエンジン１の冷却水温度を加えてもよい。
【００９０】
次に、被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を行うことになる。
【００９１】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【００９２】
硫黄酸化物（ＳＯx）は、排気とともにフィルタ２０に流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによってフィルタ２０に吸収される。
【００９３】
具体的には、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（ＳＯx）が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でフィルタ２０に吸収される。更に、フィルタ２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【００９４】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ２０内に残留してしまう。
【００９５】
フィルタ２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（ＮＯx）の吸収に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、フィルタ２０のＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【００９６】
フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する方法としては、フィルタ２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００９７】
そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理では、ＣＰＵ３５１は、先ずフィルタ２０の床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くするようにした。
【００９８】
触媒昇温制御では、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させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化させ、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】
上記したような触媒昇温処理によりフィルタ２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇すると、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【０１００】
このように被毒解消処理が実行されると、フィルタ２０の床温が高い状況下で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てフィルタ２０のＳＯx被毒が解消されることになる。
【０１０１】
一方、エンジンの運転状態によってはフィルタ２０に捕獲されたＰＭが燃え残って堆積し該フィルタ２０の目詰まりを誘発させる要因となる。このように燃え残ったＰＭを効果的に除去する方法の一つとしても前記燃料添加による昇温制御は有効である。
【０１０２】
次に、排気中への燃料添加によるフィルタ２０の昇温制御について説明する。
【０１０３】
燃料添加による昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気中に燃料を添加する燃料添加制御を実行する。
【０１０４】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８から還元剤たる燃料を噴射させるべく該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標空燃比とする。
【０１０５】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、燃料噴射量等を読み出す。更に、ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【０１０６】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【０１０７】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【０１０８】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【０１０９】
このように還元剤噴射弁２８が通常目標開弁時間だけ開弁されると、通常目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から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と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【０１１０】
この結果、フィルタ２０に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フィルタ２０に流入した燃料により活性酸素が放出されることによって、ＰＭが酸化されやすいものに変質し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、燃料添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、燃料の酸化反応によりフィルタ２０の温度が上昇する。そして、活性酸素によりＰＭは酸化燃焼され除去される。
【０１１１】
尚、フィルタ２０に還元剤を供給する他の方法として、低温燃焼を用いることが可能である。
【０１１２】
ここで、低温燃焼について説明する。
【０１１３】
前記したように従来、ＮＯxの発生を抑制するためにＥＧＲが用いられてきた。ＥＧＲガスは、比較的比熱比が高く、温度を上げるのに必要な熱量が多いので、吸気中におけるＥＧＲガス割合が高くなるほど気筒２内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯxの発生量も低下するので、ＥＧＲガス割合が高くなればなるほどＮＯxの排出量を低下させることができる。
【０１１４】
しかし、ＥＧＲガス割合を高くしていくとある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のＥＧＲ制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いＥＧＲガス割合のところで行われている。
【０１１５】
ところが、更にＥＧＲガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にＥＧＲガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【０１１６】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素（ＨＣ）の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素（ＨＣ）は一気に煤まで成長してしまうためである。
【０１１７】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちＥＧＲガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【０１１８】
低温燃焼を行うときのＥＧＲガス割合は、予め実験等により求めておきマップ化したものをＥＣＵ３５内のＲＯＭ３５２に記憶させておく。このマップに基づいてＥＧＲガス量のフィードバック制御を行う。
【０１１９】
一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）は、フィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒により酸化させることができる。従って、低温燃焼で発生した炭化水素（ＨＣ）は、還元剤として働く。
【０１２０】
このように、低温燃焼では、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）を吸蔵還元型ＮＯx触媒等により浄化することを基本としている。従って吸蔵還元型ＮＯx触媒等が活性化していないときには、炭化水素（ＨＣ）は浄化されずに大気中へ放出しされてしまうために低温燃焼を用いることは困難である。
【０１２１】
また、気筒２内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷が低いときである。
【０１２２】
従って、本実施の形態においては、エンジン１が低回転低負荷で運転されているときで且つフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒が活性領域に達したときに低温燃焼制御が行われる。
【０１２３】
活性領域内であるか否かは排気温度センサ２４の出力信号等に基づいて判定することができる。
【０１２４】
このようにして、低温燃焼では、煤に代表されるＰＭの排出を抑制しつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給でき、ＮＯxを還元浄化することができる。また、このときに熱が発生するため、昇温されたフィルタ２０の温度を維持することが可能となる。
【０１２５】
このような低温燃焼により還元剤の供給を行う場合には、ＣＰＵ３５１は、まず目標空燃比を求める。目標空燃比は、エンジン１の運転状態に基づいたマップを予め定めておくことにより求めることができる。次いで、ＣＰＵ３５１は目標空燃比に応じた吸気絞り弁１３の目標開度を算出し、該吸気絞り弁１３を目標開度となるように制御する。次いで、ＣＰＵ３５１は目標空燃比に応じたＥＧＲ弁２６の目標開度を算出し、該ＥＧＲ弁２６を目標開度となるように制御する。また、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量及び燃料噴射開始時期を算出する。吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁２６の目標開度、燃料噴射量、燃料噴射開始時期は予め求められたマップに基づいて算出される。
【０１２６】
このように低温燃焼を行うことによっても、フィルタ２０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、フィルタ２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させ、また、フィルタ２０の温度を上昇させることが可能である。
【０１２７】
ここで、従来のフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置では、例えば６００℃以上にフィルタを昇温させてＰＭを燃焼除去していた。しかし、ＰＭには例えば６００℃以上に加熱しなくとも燃焼するものがあり、このような成分が主に堆積している場合には、例えば６００℃まで加熱することなくフィルタの再生が可能である。従って、堆積しているＰＭの主成分が６００℃以下で燃焼するものであるのに、例えば６００℃まで昇温させると燃料の消費量が多くなり燃費の悪化を誘発する。
【０１２８】
そこで、本実施の形態では、先ず、例えば４５０℃にフィルタ２０を昇温し、ＰＭが除去されたと確認されたならば、その時点でＰＭ再生制御を終了し、一方、ＰＭの除去が確認されなければ、例えば６００℃にフィルタ２０を昇温する。
【０１２９】
図４は、本実施の形態によるＰＭ再生制御を行ったときの車両走行距離とフィルタ前後の差圧との関係の一例を示した図である。
【０１３０】
▲１▼では、差圧センサ３７で検出されるフィルタ２０の前後差圧が第１の所定値以上となった場合であって、フィルタ２０を４５０℃まで昇温している。ここで、第１の所定値とは、例えば、フィルタ２０に堆積しているＰＭが全て燃焼した場合に、フィルタ２０を過熱させない量のＰＭが堆積しているとしたときのフィルタ２０の前後差圧である。このように第１の所定値を設定することにより、フィルタ２０の熱劣化を抑制しつつフィルタ２０の再生を行うことができる。
【０１３１】
▲２▼では、フィルタ２０の前後差圧が第２の所定値以下となって、ＰＭ再生制御が終了している。ここで、第２の所定値とは、フィルタ２０に堆積していたＰＭの主成分がＳＯＦであった場合には、フィルタ２０前後差圧がこの値以下に低下すると予測される値である。▲２▼では、煤は燃焼しないでフィルタ２０に堆積しているが、少量であるためＰＭ再生制御を終了させている。
【０１３２】
▲３▼では、フィルタ２０に再度ＰＭが堆積して差圧センサ３７で検出されるフィルタ２０の前後差圧が再度第１の所定値以上となったため、該フィルタ２０を４５０℃まで昇温している。
【０１３３】
▲４▼では、４５０℃までの昇温では第２の所定値以下にフィルタ２０前後差圧が低下しない場合である。このような場合には、フィルタ２０に堆積したＰＭの主成分は、煤であると推定される。
【０１３４】
▲５▼では、６００℃までフィルタ２０を昇温させる。これにより煤が燃焼して、フィルタ２０前後の差圧が小さくなる。
【０１３５】
▲６▼では、フィルタ２０に堆積していたＳＯＦ及び煤が燃焼し、フィルタ２０の初期の圧力損失値の近傍の第３の所定値にまでフィルタ２０前後差圧が小さくなっている。
【０１３６】
このようにして、本実施の形態によれば、フィルタ２０を段階的に昇温することが可能となる。
【０１３７】
次に、本実施の形態によるＰＭ再生制御のフローについて説明する。
【０１３８】
図５は、本実施の形態によるＰＭ再生制御のフローを示したフローチャート図である。本フローは、車両が一定の距離を走行する度に実行される。
【０１３９】
ステップＳ１０１では、差圧センサ３７の出力信号より求まるフィルタ２０前後の差圧Ｐｂを読み込む。
【０１４０】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込んだフィルタ２０前後の差圧Ｐｂが第１の所定値よりも大きいか否か判定する。ここで、第１の所定値は、フィルタ２０に堆積しているＰＭが全て燃焼した場合であっても、フィルタ２０を過熱させない量のＰＭが堆積しているときのフィルタ２０の前後差圧である。
【０１４１】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３で進み、一方、否定判定がなされた場合にはフィルタ２０再生の必要がないため本ルーチンを終了させる。
【０１４２】
ステップＳ１０３では、フィルタ２０を第１の温度である４５０℃に昇温している期間をカウントするカウンタｉがリセットされる。
【０１４３】
ステップＳ１０４では、カウンタをカウントアップする。ＣＰＵ３５１は、カウンタｉにｉ＋１を代入する。
【０１４４】
ステップＳ１０５では、フィルタ２０に還元剤たる燃料を添加して該フィルタ２０を４５０℃に昇温させる。この温度では、ＳＯＦが燃焼可能である。フィルタ２０を昇温させる方法としては、前記した低温燃焼、副噴射、還元剤噴射弁２８による排気中への燃料添加等を行う。
【０１４５】
ステップＳ１０６では、フィルタ２０の前後差圧Ｐａを読み込む。
【０１４６】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で読み込んだフィルタ２０の前後差圧Ｐａが第２の所定値よりも大きいか否か判定する。フィルタ２０に捕集されたＰＭにＳＯＦが多く含まれていた場合には、ステップＳ１０５において行われたフィルタ２０の昇温により、該フィルタ２０の前後差圧は小さくなる。ここで、第２の所定値よりもフィルタ２０の前後差圧が小さくなった場合には、フィルタ２０の再生が終了したとしてＰＭ再生制御を終了させる。一方、第２の所定値よりも小さくならない場合には、引き続き４５０℃にて再生処理が行われる。
【０１４７】
ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【０１４８】
ステップＳ１０８では、カウンタｉの値が所定値よりも大きいか否か判定される。所定期間フィルタ２０を４５０℃に昇温させても該フィルタ２０前後の差圧が第２の所定値よりも小さくならない場合には、フィルタ２０に堆積しているＰＭは煤を主成分とするものであると考えられるため、煤を燃焼可能な温度まで該フィルタ２０を昇温させる必要がある。
【０１４９】
ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ戻り、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。
【０１５０】
ステップＳ１０９では、フィルタ２０が６００℃まで昇温される。この温度では煤が燃焼可能である。
【０１５１】
ステップＳ１１０では、フィルタ２０の前後差圧Ｐｅを読み込む。
【０１５２】
ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で読み込んだフィルタ２０の前後差圧Ｐｅが第３の所定の圧力よりも大きいか否か判定する。ステップＳ１０９で行われる６００℃までの昇温により、フィルタ２０に堆積したＰＭはほとんど燃焼する。これにより、フィルタ２０の前後差圧は、フィルタ２０の新品状態の前後差圧である初期圧損値近傍まで小さくなる。従って、フィルタ２０の前後差圧が第３の所定値よりも大きい場合はまだフィルタ２０の再生が完了していないとして引き続き６００℃にてフィルタ２０の再生処理が行われる。一方、第３の所定値よりも小さくなった場合にはフィルタ２０の再生が完了したとしてＰＭ再生制御を終了させる。ここで、第３の所定値とは、フィルタ２０の初期圧損値に経時劣化等を考慮した値である。
【０１５３】
ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ戻り、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【０１５４】
このようにして、本実施の形態によれば、フィルタ２０を段階的に昇温させてＰＭ再生を図ることが可能となる。
【０１５５】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの再生処理が必要となった場合に、該フィルタを一律に例えば６００℃まで昇温していた。しかし、フィルタに捕集されたＰＭの主成分がＳＯＦである場合には、例えば４５０℃に昇温すれば足りるため、燃料を過剰に消費し燃費を悪化さていた。
【０１５６】
その点、本実施の形態によれば、フィルタの段階的な昇温を行うため、例えば４５０℃への昇温によりフィルタの再生が完了すればそこで昇温を終了することができる。
【０１５７】
以上述べたように、本実施の形態によれば、フィルタを段階的に昇温させ、燃料の消費量を低減することが可能となる。
【０１５８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタを段階的に昇温させ、還元剤の消費量を低減することができる。
【０１５９】
従って、還元剤に燃料を用いている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
【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、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレート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】 車両走行距離とフィルタ前後の差圧との関係の一例を示した図である。
【図５】 本発明の実施の形態によるＰＭ再生制御のフローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
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・・・パティキュレートフィルタ
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
３７・・・差圧センサ
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは経済性に優れている反面、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パティキュレートマター（Particulate Matter：以下特に断らない限り「ＰＭ」という。）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系にＰＭ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。
【０００３】
このフィルタにより排気中のＰＭ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。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが該フィルタに堆積し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ＰＭを着火燃焼せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
しかし、前記フィルタに捕集されたＰＭを着火燃焼させるためには、フィルタの温度を高温にする必要があるが、ディーゼルエンジンの排気の温度は通常この温度よりも低いためＰＭを燃焼除去するのは困難であった。
【０００５】
そこで、電気ヒータ、バーナ等を用いて捕集されたＰＭの着火燃焼が生じる温度までフィルタを加熱、昇温することが考えられるが、これには多大なエネルギを外部から供給する必要がある。この問題に対し、例えば特開平１０−２７２３２４号公報によれば、フィルタ上流に燃料添加装置及びその燃料添加装置からの燃料を触媒の存在下で燃焼させて、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼させ得る温度に排気を加熱する触媒燃焼部を備えた加熱装置を設けている。
【０００６】
このように、フィルタ上流の触媒燃焼部で燃料を燃焼させることにより、排気を均一に加熱することができ、フィルタ全体を加熱することが可能となるので、フィルタの再生を良好に行える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、フィルタに捕集されるＰＭには、煤（ＳＯＯＴ）等の不溶成分と未燃炭化水素（ＨＣ）等の可溶な有機的留分（Soluble Organic Function：以下、ＳＯＦとする）とが含まれている。これらの成分は夫々燃焼するために必要となる温度が異なる。
【０００８】
しかし、前記公報によれば、フィルタの温度を６００℃以上に上昇させている。この温度では、煤及びＳＯＦが、燃焼可能であるが、ＳＯＦは６００℃以下であっても燃焼可能である。従って、フィルタに捕集されているＰＭがＳＯＦを主成分とするものであれば、フィルタを６００℃まで加熱する必要はなく、また、フィルタを加熱するための燃料も減量させることができる。
【０００９】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタ再生時の燃費の悪化を抑制する技術を提供することにある。
【００１０】
【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内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
排気中の粒子状物質を一時捕集可能なフィルタと、
前記フィルタに捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段と、
前記フィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集された粒子状物質を除去するフィルタ昇温手段と、
を備え、
前記捕集量判定手段により判定された粒子状物質の捕集量が第１の所定量以上の場合には、前記フィルタ昇温手段は前記フィルタを第１の温度まで上昇させ、この後に、前記捕集量判定手段により判定された粒子状物質の捕集量が第１の所定量よりも少ない第２の所定量以上の場合には、前記フィルタ昇温手段は前記フィルタを第１の温度よりも高い第２の温度まで上昇させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、フィルタに第１の所定量以上の粒子状物質が捕集された場合には、第１の温度までフィルタを加熱して、第１の温度で燃焼可能な成分を燃焼させ、それでも第２の所定量以上粒子状物質が残留していたときに、更に第２の温度までフィルタを加熱して、第２の温度で燃焼可能な成分を燃焼させることにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排気中に含まれる粒子状物質がフィルタにより捕集される。捕集された粒子状物質はフィルタに堆積し目詰まりを発生させるのでフィルタの再生処理が必要となる。従って、粒子状物質の捕集量が第１の所定量以上になったときに、昇温手段は第１の温度までフィルタを昇温させる。これにより、第１の温度で燃焼可能な成分が燃焼する。ここで、フィルタに捕集されている主成分が第１の温度で燃焼可能なものであれば、フィルタに捕集された粒子状物質は燃焼しフィルタの再生が完了する。しかし、第１の温度では燃焼しないものが主成分である場合には、更に昇温する必要がある。そこで、第１の温度までフィルタを昇温させた後に、第１の所定量よりも少ない第２の所定量の粒子状物質が残留している場合には、第１の温度よりも高温な第２の温度までフィルタを昇温し、第２の温度で燃焼可能な粒子状物質を燃焼させてフィルタの再生を行う。
【００１３】
このように、フィルタに捕集された粒子状物質の成分による段階的な昇温が可能となる。
【００１４】
本発明おいては、前記捕集量判定手段は、フィルタ前後の差圧に基づいてフィルタに捕集された粒子状物資の量を判定しても良い。
【００１５】
フィルタに捕集された粒子状物質の量が多くなるとフィルタ前後の差圧が大きくなるため、フィルタ前後の差圧に基づいて粒子状物質の捕集量を判定することが可能となる。他にも、例えば、フィルタ前圧（フィルタ上流の背圧）や吸入空気量の減少により粒子状物質の捕集量を判定することが可能である。
【００１６】
本発明においては、前記第１の温度は、パティキュレートマターのＳＯＦ分を燃焼可能な温度であり、一方、前記第２の温度は、パティキュレートマターのＳＯＯＴ分を燃焼可能な温度であっても良い。
【００１７】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、第１の温度でＳＯＦ分が燃焼され、第２の温度でＳＯＯＴが燃焼される。従って、フィルタに捕集された粒子状物質がＳＯＦ分を主成分とするものであった場合には、第１の温度で燃焼され、フィルタの再生を完了させることが可能となる。
【００１８】
【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。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置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。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２０】
図１に示すエンジン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。
【００２１】
エンジン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、該コモンレール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。
【００２２】
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、エンジン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、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン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。
【００２３】
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該燃料ポンプ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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、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。
【００２６】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管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が取り付けられている。
【００２７】
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、該吸気管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該吸気絞り弁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。
【００２８】
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。
【００２９】
このように構成された吸気系では、吸気は、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。
【００３０】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該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。
【００３１】
一方、エンジン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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。フィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管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。また、フィルタ２０上流には排気を導入する上流側導入管３７ａの一端が接続され、フィルタ２０下流には下流側導入管３７ｂの一端が接続される。上流側導入管３７ａ及び下流側導入管３７ｂの他端は差圧センサ３７に接続されている。差圧センサ３７は、上流側導入管３７ａ及び下流側導入管３７ｂから導入された排気の差圧に対応した電気信号を出力する。
【００３４】
前記したフィルタ２０下流の排気管１９には、該排気管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該排気絞り弁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。
【００３５】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）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、該排気が持つ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。
【００３６】
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、排気中のパティキュレートマター（以下、単にＰＭという。）が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又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。
【００３７】
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。
【００３８】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、該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）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３９】
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。
【００４０】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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もない。
【００４４】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０について説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
図２（Ａ）及び（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、即ち各隔壁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。
【００４９】
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触媒の働きについて説明する。
【００５０】
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）とを担持し、更に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触媒を採用した。
【００５１】
このように構成されたＮＯx触媒は、該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（吸収、吸着）する。
【００５２】
一方、ＮＯx触媒は、該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、該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。
【００５３】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン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、エンジン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大気中へ放出されてしまう。
【００５４】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、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となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。
【００５５】
従って、エンジン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）を還元させる必要がある。
【００５６】
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ガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の機関出力とはならない膨張行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。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た。
【００５７】
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に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えている。
【００５８】
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からの信号により該還元剤噴射弁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。
【００５９】
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。
【００６０】
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）を窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００６１】
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。
【００６２】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン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、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００６３】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６、差圧センサ３７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ＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６４】
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、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、アクセル開度センサ３６、差圧センサ３７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。
【００６８】
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。
【００６９】
前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁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を還元させるＮＯx浄化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。
【００７０】
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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン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、エンジン１の運転状態と還元剤の目標添加量（若しくは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【００７１】
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である。これらのデータは、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。
【００７２】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジン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。
【００７３】
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、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御等を実行する。
【００７４】
例えば、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００７５】
リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒回復制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００７６】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００７７】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ（図示省略）の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７８】
ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７９】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００８０】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００８１】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００８２】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から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と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【００８３】
この結果、フィルタ２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００８４】
このように、フィルタ２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を還元することが可能となる。
【００８５】
本実施の形態においては、フィルタ２０へ還元剤を供給する場合に還元剤噴射弁２８から排気中への燃料添加に代わり、前記エンジン１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させる副噴射を行ってもよい。
【００８６】
このようにエンジン１の気筒２内へ機関出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させるのは、主噴射のみにより空燃比をリッチ空燃比側へずらそうとするとスモーク等の問題が発生する虞があるからである。また、主噴射を増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変動が発生し運転状態が悪化する。そこで、主噴射の後の機関出力に影響しにくい膨張行程等で副噴射を行う。
【００８７】
副噴射により噴射された燃料は気筒２内で燃焼し気筒２内のガス温度を上昇させると共に気筒２内の酸素濃度を低下させる。気筒２内で燃焼し温度が上昇したガスは排気となって排気管１９を通り吸蔵還元型ＮＯx触媒に到達し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上昇させると共に吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給する。
【００８８】
このように副噴射を用いるとＮＯx触媒の温度を早期に上昇させることができ、また、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給することができる。
【００８９】
副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから算出することができる。更に、パラメータとしてエンジン１の冷却水温度を加えてもよい。
【００９０】
次に、被毒解消制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０の酸化物による被毒を解消すべく被毒解消処理を行うことになる。
【００９１】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【００９２】
硫黄酸化物（ＳＯx）は、排気とともにフィルタ２０に流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによってフィルタ２０に吸収される。
【００９３】
具体的には、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（ＳＯx）が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でフィルタ２０に吸収される。更に、フィルタ２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【００９４】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにフィルタ２０内に残留してしまう。
【００９５】
フィルタ２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物（ＮＯx）の吸収に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、フィルタ２０のＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【００９６】
フィルタ２０のＳＯx被毒を解消する方法としては、フィルタ２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至６５０℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００９７】
そこで、本実施の形態に係る被毒解消処理では、ＣＰＵ３５１は、先ずフィルタ２０の床温を高める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低くするようにした。
【００９８】
触媒昇温制御では、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させることにより、それらの未燃燃料成分をフィルタ２０において酸化させ、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】
上記したような触媒昇温処理によりフィルタ２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇すると、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【０１００】
このように被毒解消処理が実行されると、フィルタ２０の床温が高い状況下で、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てフィルタ２０のＳＯx被毒が解消されることになる。
【０１０１】
一方、エンジンの運転状態によってはフィルタ２０に捕獲されたＰＭが燃え残って堆積し該フィルタ２０の目詰まりを誘発させる要因となる。このように燃え残ったＰＭを効果的に除去する方法の一つとしても前記燃料添加による昇温制御は有効である。
【０１０２】
次に、排気中への燃料添加によるフィルタ２０の昇温制御について説明する。
【０１０３】
燃料添加による昇温制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気中に燃料を添加する燃料添加制御を実行する。
【０１０４】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８から還元剤たる燃料を噴射させるべく該還元剤噴射弁２８を制御することにより、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標空燃比とする。
【０１０５】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、燃料噴射量等を読み出す。更に、ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【０１０６】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の流量調整弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【０１０７】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【０１０８】
ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【０１０９】
このように還元剤噴射弁２８が通常目標開弁時間だけ開弁されると、通常目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から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と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。
【０１１０】
この結果、フィルタ２０に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フィルタ２０に流入した燃料により活性酸素が放出されることによって、ＰＭが酸化されやすいものに変質し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、燃料添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、燃料の酸化反応によりフィルタ２０の温度が上昇する。そして、活性酸素によりＰＭは酸化燃焼され除去される。
【０１１１】
尚、フィルタ２０に還元剤を供給する他の方法として、低温燃焼を用いることが可能である。
【０１１２】
ここで、低温燃焼について説明する。
【０１１３】
前記したように従来、ＮＯxの発生を抑制するためにＥＧＲが用いられてきた。ＥＧＲガスは、比較的比熱比が高く、温度を上げるのに必要な熱量が多いので、吸気中におけるＥＧＲガス割合が高くなるほど気筒２内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯxの発生量も低下するので、ＥＧＲガス割合が高くなればなるほどＮＯxの排出量を低下させることができる。
【０１１４】
しかし、ＥＧＲガス割合を高くしていくとある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のＥＧＲ制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いＥＧＲガス割合のところで行われている。
【０１１５】
ところが、更にＥＧＲガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にＥＧＲガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【０１１６】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素（ＨＣ）の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素（ＨＣ）は一気に煤まで成長してしまうためである。
【０１１７】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちＥＧＲガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【０１１８】
低温燃焼を行うときのＥＧＲガス割合は、予め実験等により求めておきマップ化したものをＥＣＵ３５内のＲＯＭ３５２に記憶させておく。このマップに基づいてＥＧＲガス量のフィードバック制御を行う。
【０１１９】
一方、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）は、フィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒により酸化させることができる。従って、低温燃焼で発生した炭化水素（ＨＣ）は、還元剤として働く。
【０１２０】
このように、低温燃焼では、煤に至る前に成長が途中で停止した炭化水素（ＨＣ）を吸蔵還元型ＮＯx触媒等により浄化することを基本としている。従って吸蔵還元型ＮＯx触媒等が活性化していないときには、炭化水素（ＨＣ）は浄化されずに大気中へ放出しされてしまうために低温燃焼を用いることは困難である。
【０１２１】
また、気筒２内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が少ない比較的機関負荷が低いときである。
【０１２２】
従って、本実施の形態においては、エンジン１が低回転低負荷で運転されているときで且つフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒が活性領域に達したときに低温燃焼制御が行われる。
【０１２３】
活性領域内であるか否かは排気温度センサ２４の出力信号等に基づいて判定することができる。
【０１２４】
このようにして、低温燃焼では、煤に代表されるＰＭの排出を抑制しつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒へ還元剤たる炭化水素（ＨＣ）を供給でき、ＮＯxを還元浄化することができる。また、このときに熱が発生するため、昇温されたフィルタ２０の温度を維持することが可能となる。
【０１２５】
このような低温燃焼により還元剤の供給を行う場合には、ＣＰＵ３５１は、まず目標空燃比を求める。目標空燃比は、エンジン１の運転状態に基づいたマップを予め定めておくことにより求めることができる。次いで、ＣＰＵ３５１は目標空燃比に応じた吸気絞り弁１３の目標開度を算出し、該吸気絞り弁１３を目標開度となるように制御する。次いで、ＣＰＵ３５１は目標空燃比に応じたＥＧＲ弁２６の目標開度を算出し、該ＥＧＲ弁２６を目標開度となるように制御する。また、ＣＰＵ３５１は、燃料噴射量及び燃料噴射開始時期を算出する。吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁２６の目標開度、燃料噴射量、燃料噴射開始時期は予め求められたマップに基づいて算出される。
【０１２６】
このように低温燃焼を行うことによっても、フィルタ２０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、フィルタ２０に吸収された窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出させ、また、フィルタ２０の温度を上昇させることが可能である。
【０１２７】
ここで、従来のフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置では、例えば６００℃以上にフィルタを昇温させてＰＭを燃焼除去していた。しかし、ＰＭには例えば６００℃以上に加熱しなくとも燃焼するものがあり、このような成分が主に堆積している場合には、例えば６００℃まで加熱することなくフィルタの再生が可能である。従って、堆積しているＰＭの主成分が６００℃以下で燃焼するものであるのに、例えば６００℃まで昇温させると燃料の消費量が多くなり燃費の悪化を誘発する。
【０１２８】
そこで、本実施の形態では、先ず、例えば４５０℃にフィルタ２０を昇温し、ＰＭが除去されたと確認されたならば、その時点でＰＭ再生制御を終了し、一方、ＰＭの除去が確認されなければ、例えば６００℃にフィルタ２０を昇温する。
【０１２９】
図４は、本実施の形態によるＰＭ再生制御を行ったときの車両走行距離とフィルタ前後の差圧との関係の一例を示した図である。
【０１３０】
▲１▼では、差圧センサ３７で検出されるフィルタ２０の前後差圧が第１の所定値以上となった場合であって、フィルタ２０を４５０℃まで昇温している。ここで、第１の所定値とは、例えば、フィルタ２０に堆積しているＰＭが全て燃焼した場合に、フィルタ２０を過熱させない量のＰＭが堆積しているとしたときのフィルタ２０の前後差圧である。このように第１の所定値を設定することにより、フィルタ２０の熱劣化を抑制しつつフィルタ２０の再生を行うことができる。
【０１３１】
▲２▼では、フィルタ２０の前後差圧が第２の所定値以下となって、ＰＭ再生制御が終了している。ここで、第２の所定値とは、フィルタ２０に堆積していたＰＭの主成分がＳＯＦであった場合には、フィルタ２０前後差圧がこの値以下に低下すると予測される値である。▲２▼では、煤は燃焼しないでフィルタ２０に堆積しているが、少量であるためＰＭ再生制御を終了させている。
【０１３２】
▲３▼では、フィルタ２０に再度ＰＭが堆積して差圧センサ３７で検出されるフィルタ２０の前後差圧が再度第１の所定値以上となったため、該フィルタ２０を４５０℃まで昇温している。
【０１３３】
▲４▼では、４５０℃までの昇温では第２の所定値以下にフィルタ２０前後差圧が低下しない場合である。このような場合には、フィルタ２０に堆積したＰＭの主成分は、煤であると推定される。
【０１３４】
▲５▼では、６００℃までフィルタ２０を昇温させる。これにより煤が燃焼して、フィルタ２０前後の差圧が小さくなる。
【０１３５】
▲６▼では、フィルタ２０に堆積していたＳＯＦ及び煤が燃焼し、フィルタ２０の初期の圧力損失値の近傍の第３の所定値にまでフィルタ２０前後差圧が小さくなっている。
【０１３６】
このようにして、本実施の形態によれば、フィルタ２０を段階的に昇温することが可能となる。
【０１３７】
次に、本実施の形態によるＰＭ再生制御のフローについて説明する。
【０１３８】
図５は、本実施の形態によるＰＭ再生制御のフローを示したフローチャート図である。本フローは、車両が一定の距離を走行する度に実行される。
【０１３９】
ステップＳ１０１では、差圧センサ３７の出力信号より求まるフィルタ２０前後の差圧Ｐｂを読み込む。
【０１４０】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で読み込んだフィルタ２０前後の差圧Ｐｂが第１の所定値よりも大きいか否か判定する。ここで、第１の所定値は、フィルタ２０に堆積しているＰＭが全て燃焼した場合であっても、フィルタ２０を過熱させない量のＰＭが堆積しているときのフィルタ２０の前後差圧である。
【０１４１】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３で進み、一方、否定判定がなされた場合にはフィルタ２０再生の必要がないため本ルーチンを終了させる。
【０１４２】
ステップＳ１０３では、フィルタ２０を第１の温度である４５０℃に昇温している期間をカウントするカウンタｉがリセットされる。
【０１４３】
ステップＳ１０４では、カウンタをカウントアップする。ＣＰＵ３５１は、カウンタｉにｉ＋１を代入する。
【０１４４】
ステップＳ１０５では、フィルタ２０に還元剤たる燃料を添加して該フィルタ２０を４５０℃に昇温させる。この温度では、ＳＯＦが燃焼可能である。フィルタ２０を昇温させる方法としては、前記した低温燃焼、副噴射、還元剤噴射弁２８による排気中への燃料添加等を行う。
【０１４５】
ステップＳ１０６では、フィルタ２０の前後差圧Ｐａを読み込む。
【０１４６】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で読み込んだフィルタ２０の前後差圧Ｐａが第２の所定値よりも大きいか否か判定する。フィルタ２０に捕集されたＰＭにＳＯＦが多く含まれていた場合には、ステップＳ１０５において行われたフィルタ２０の昇温により、該フィルタ２０の前後差圧は小さくなる。ここで、第２の所定値よりもフィルタ２０の前後差圧が小さくなった場合には、フィルタ２０の再生が終了したとしてＰＭ再生制御を終了させる。一方、第２の所定値よりも小さくならない場合には、引き続き４５０℃にて再生処理が行われる。
【０１４７】
ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【０１４８】
ステップＳ１０８では、カウンタｉの値が所定値よりも大きいか否か判定される。所定期間フィルタ２０を４５０℃に昇温させても該フィルタ２０前後の差圧が第２の所定値よりも小さくならない場合には、フィルタ２０に堆積しているＰＭは煤を主成分とするものであると考えられるため、煤を燃焼可能な温度まで該フィルタ２０を昇温させる必要がある。
【０１４９】
ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ戻り、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。
【０１５０】
ステップＳ１０９では、フィルタ２０が６００℃まで昇温される。この温度では煤が燃焼可能である。
【０１５１】
ステップＳ１１０では、フィルタ２０の前後差圧Ｐｅを読み込む。
【０１５２】
ステップＳ１１１では、ステップＳ１１０で読み込んだフィルタ２０の前後差圧Ｐｅが第３の所定の圧力よりも大きいか否か判定する。ステップＳ１０９で行われる６００℃までの昇温により、フィルタ２０に堆積したＰＭはほとんど燃焼する。これにより、フィルタ２０の前後差圧は、フィルタ２０の新品状態の前後差圧である初期圧損値近傍まで小さくなる。従って、フィルタ２０の前後差圧が第３の所定値よりも大きい場合はまだフィルタ２０の再生が完了していないとして引き続き６００℃にてフィルタ２０の再生処理が行われる。一方、第３の所定値よりも小さくなった場合にはフィルタ２０の再生が完了したとしてＰＭ再生制御を終了させる。ここで、第３の所定値とは、フィルタ２０の初期圧損値に経時劣化等を考慮した値である。
【０１５３】
ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ戻り、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【０１５４】
このようにして、本実施の形態によれば、フィルタ２０を段階的に昇温させてＰＭ再生を図ることが可能となる。
【０１５５】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの再生処理が必要となった場合に、該フィルタを一律に例えば６００℃まで昇温していた。しかし、フィルタに捕集されたＰＭの主成分がＳＯＦである場合には、例えば４５０℃に昇温すれば足りるため、燃料を過剰に消費し燃費を悪化さていた。
【０１５６】
その点、本実施の形態によれば、フィルタの段階的な昇温を行うため、例えば４５０℃への昇温によりフィルタの再生が完了すればそこで昇温を終了することができる。
【０１５７】
以上述べたように、本実施の形態によれば、フィルタを段階的に昇温させ、燃料の消費量を低減することが可能となる。
【０１５８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、フィルタを段階的に昇温させ、還元剤の消費量を低減することができる。
【０１５９】
従って、還元剤に燃料を用いている場合には、燃費の悪化を抑制することができる。
【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、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレート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】 車両走行距離とフィルタ前後の差圧との関係の一例を示した図である。
【図５】 本発明の実施の形態によるＰＭ再生制御のフローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
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・・・パティキュレートフィルタ
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
３７・・・差圧センサ
Claims (3)
- 排気中の粒子状物質を一時捕集可能なフィルタと、
前記フィルタに捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段と、
前記フィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集された粒子状物質を除去するフィルタ昇温手段と、
を備え、
前記捕集量判定手段により判定された粒子状物質の捕集量が第１の所定量以上の場合には、前記フィルタ昇温手段は前記フィルタを第１の温度まで上昇させ、この後に、前記捕集量判定手段により判定された粒子状物質の捕集量が第１の所定量よりも少ない第２の所定量以上の場合には、前記フィルタ昇温手段は前記フィルタを第１の温度よりも高い第２の温度まで上昇させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記捕集量判定手段は、フィルタ前後の差圧に基づいてフィルタに捕集された粒子状物資の量を判定す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。
- 前記第１の温度は、パティキュレートマターのＳＯＦ分を燃焼可能な温度であり、一方、前記第２の温度は、パティキュレートマターのＳＯＯＴ分を燃焼可能な温度であ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。
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