JP4052268B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路に設けられた排気浄化部材に燃料を添加する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

近年、排気通路に設けられたフィルタによって排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集して浄化する排気浄化部材が、車載用ディーゼル機関等の内燃機関に採用されている。こうした排気浄化部材では、捕集されたＰＭの堆積によるフィルタの目詰まりが発生する前に、堆積したＰＭを除去してフィルタを再生させる必要がある。

従来、そうしたフィルタのＰＭ再生を行う排気浄化装置として特許文献１のものが知られている。この排気浄化装置では、ＰＭの酸化を促進する触媒を上記フィルタに担持させており、フィルタに流入する排気中に燃料を添加するようにしている。この燃料添加によってフィルタに捕集されたＰＭは酸化（燃焼を含む）されて、上記フィルタは再生される。
特開２００３−２０９３０号公報

ところで、排気浄化部材の上流側に詰まりが生じている状態で上述したような燃料添加を行うと、以下のような不具合が生じるおそれがある。
すなわち、詰まりが生じている場合には、その詰まりが生じている部位での排気の流路が偏るようになるため、この部位で燃焼されるはずの燃料がその下流側の部位で燃焼されるようになる。また、これによって該下流側の部位に堆積したＰＭやＰＭ再生時において燃え残ったＰＭ、すなわち残留したＰＭも急激に燃焼されるなどして同排気浄化部材は過剰に昇温され、例えば熱劣化等が生じるおそれがある。

なお、排気浄化部材の上流側に詰まりが生じている状態としては、排気浄化部材の上流側の部位や、同排気浄化部材の上流側に設けられた排気浄化触媒等に詰まりが生じている状態などがある。

この発明はこうした事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料が添加供給される排気浄化部材の過昇温を抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集する排気浄化部材と、同排気浄化部材に燃料を添加する添加手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記添加手段によって燃料の添加が行われるときの前記排気浄化部材での粒子状物質の燃焼度合を推定し、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を間欠添加に設定するとともに、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を連続添加に設定する設定手段を備えることをその要旨とする。

上記排気浄化部材にあってその上流側の部位に詰まりが生じている場合には、同部位での排気の流路が偏るようになる。そのためこのような状態で燃料添加を行うと、排気浄化部材にあってその上流側の部位で燃焼されるはずの燃料がその下流側の部位で燃焼されるようになる。また、これによって該下流側の部位に存在する粒子状物質が急激に燃焼されるおそれもあり、これらによって排気浄化部材が過剰に昇温されるおそれがある。

この点、上記構成では推定される粒子状物質の燃焼度合に合わせて燃料の添加態様が設定されるため、燃料が添加供給される排気浄化部材の過昇温を好適に抑制することができるようになる。
すなわち、上記請求項１に記載の構成にあって、排気浄化部材に燃料を添加しつづける場合には、同部材の上流側の部位で燃料の燃焼が継続して行われ、同部材の下流側の部位に向けて高温の排気が連続的に送り込まれる。そのため、排気浄化部材の温度はその排気下流側に向かうほど高くなる傾向にあり、同部材の上流側の部位に粒子状物質が残留しやすくなる。また、こうした連続添加では排気浄化部材の上流側の部位の温度が上がりにくいため、その前端部には粒子状物質等が付着しやすく、詰まりが生じるおそれもある。
一方、燃料を間欠的に添加する場合には、高温の排気が排気浄化部材の下流側の部位に向けて連続的に送り込まれるといった状態が抑制され、排気浄化部材における温度分布の偏りを抑えることができる。そのため、排気浄化部材にあって部分的に残留する粒子状物質の量を減少させることができ、また排気浄化部材の前端部における粒子状物質等の付着量も好適に減少させることができる。ところでこのような間欠添加では、粒子状物質の部分的な残留を抑えたり、上記前端部の詰まりを低減させたりすることができるものの、上述したような連続添加を行う場合と比較して粒子状物質の酸化等が促進されるため、その燃焼度合が高くなり、排気浄化部材が過度に昇温されるおそれがある。そのため、この間欠添加は粒子状物質の残留量が少ないときに実施することが望ましい。そこで上記構成では、粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるとき、例えば燃料添加を行っても粒子状物質が急激に燃焼しないと推定されるときに、燃料を間欠的に添加するようにしている。従って、上述したような間欠添加による効果を得るとともに、排気浄化部材の過昇温も好適に抑制することができるようになる。また、上記粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるときには、燃料の添加態様が連続添加に設定されるようにすることで、排気浄化部材に堆積した粒子状物質を好適に減少させることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質が通過する排気浄化触媒と、同排気浄化触媒よりも排気下流側に設けられて前記粒子状物質を捕集する排気浄化部材と、それら排気浄化触媒及び排気浄化部材に燃料を添加する添加手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記添加手段によって燃料の添加が行われるときの前記排気浄化部材での粒子状物質の燃焼度合を推定し、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を間欠添加に設定するとともに、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を連続添加に設定する設定手段を備えることをその要旨とする。

上記排気浄化部材よりも排気上流側に設けられる上記排気浄化触媒に詰まりが生じている場合には、同排気浄化触媒での排気の流路が偏るようになる。そのためこのような状態で燃料添加を行うと、この排気浄化触媒で燃焼されるはずの燃料がその排気下流側に設けられた上記排気浄化部材で燃焼されるようになる。また、これによって該排気浄化部材に存在する粒子状物質が急激に燃焼されるおそれがあり、これらによって排気浄化部材が過剰に昇温されるおそれがある。

この点、上記構成でも推定される粒子状物質の燃焼度合に合わせて燃料の添加態様が設定されるため、燃料が添加供給される排気浄化部材の過昇温を好適に抑制することができるようになる。
すなわち、上記請求項２に記載の構成にあって、排気浄化触媒や排気浄化部材に燃料を添加しつづける場合には、排気浄化触媒や排気浄化部材の上流側の部位で燃料の燃焼が継続して行われ、同触媒や同部材の下流側の部位に向けて高温の排気が連続的に送り込まれる。そのため、排気浄化触媒や排気浄化部材の温度はその排気下流側に向かうほど高くなる傾向にあり、排気浄化部材の上流側の部位に粒子状物質が残留しやすくなる。また、こうした連続添加では排気浄化部材の上流側に配設される排気浄化触媒の温度が上がりにくいため、その前端部には粒子状物質等が付着しやすく、詰まりが生じるおそれもある。
一方、燃料を間欠的に添加する場合には、高温の排気が排気浄化触媒や排気浄化部材の下流側の部位に向けて連続的に送り込まれるといった状態が抑制され、排気浄化触媒や排気浄化部材における温度分布の偏りを抑えることができる。そのため、排気浄化部材にあって部分的に残留する粒子状物質の量を減少させることができ、また排気浄化触媒の前端部における粒子状物質等の付着量も好適に減少させることができる。ところでこのような間欠添加では、粒子状物質の部分的な残留を抑えたり、上記前端部の付着量を減少させたりすることができるものの、上述したような連続添加を行う場合と比較して粒子状物質の酸化等が促進されるため、その燃焼度合が高くなり、排気浄化部材が過度に昇温されるおそれがある。そのため、この間欠添加は粒子状物質の残留量が少ないときに実施することが望ましい。そこで上記構成では、粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるとき、例えば燃料添加を行っても粒子状物質が急激に燃焼しないと推定されるときに、燃料を間欠的に添加するようにしている。従って、上述したような間欠添加による効果を得るとともに、排気浄化部材の過昇温も好適に抑制することができるようになる。また、上記粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるときには、燃料の添加態様が連続添加に設定されるようにすることで、排気浄化部材に堆積した粒子状物質を好適に減少させることができるようになる。

なお、排気浄化部材における粒子状物質の堆積量が多くなるほど、同粒子状物質の燃焼度合は高くなり、すなわち急激に燃焼されるようになり、同部材は過度に昇温されるようになる。そこで、上述した粒子状物質の燃焼度合は、請求項３に記載の発明によるように、排気浄化部材における粒子状物質の推定堆積量に基づいて推定することができる。ちなみに粒子状物質の推定堆積量は、燃料噴射量や機関回転速度等といった機関運転状態に基づいて算出することができる。

また、排気浄化部材における粒子状物質の堆積量が多くなるほど、同部材における排気抵抗は増大するため、該部材の排気上流側と排気下流側との圧力差は大きくなる。従って上述した粒子状物質の燃焼度合は、請求項４に記載の発明によるように、排気浄化部材の排気上流側と排気下流側との圧力差に基づいて推定することもできる。

なお、このような条件下で間欠添加を行う場合には、粒子状物質の残留量がある程度低減されている。そのため、請求項１〜４に記載の発明は、具体的には請求項５に記載の発明によるように、間欠添加における燃料添加は予め設定された回数だけ行われるようにすることで、燃料添加による燃料消費の悪化を好適に抑制することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を具体化した第１の実施形態を、図１〜図３を併せ参照して説明する。

図１は、本実施形態の適用される内燃機関１０の構成を示している。この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４等を備えて構成されている。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフロメータ１６、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２は、排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＤＰＮＲコンバータ２６、酸化触媒コンバータ２７が配設されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵したＮＯｘを放出する。またＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘ放出時に、還元剤となる未燃燃料成分がその周囲に十分存在していれば、その放出されたＮＯｘを還元して浄化する。なお、このＮＯｘ触媒コンバータ２５は排気中のＰＭが通過する上記排気浄化触媒を構成する。

ＤＰＮＲコンバータ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中のＰＭが捕集されるようになっている。このＤＰＮＲコンバータ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われる。またそのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、捕集されたＰＭが酸化され、除去されるようにもなっている。このＤＰＮＲコンバータ２６は上記排気浄化部材を構成する。

酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されており、排気中のＨＣやＣＯが酸化されて浄化されるようになっている。
なお排気通路１４の上記ＤＰＮＲコンバータ２６の上流側及び下流側には、ＤＰＮＲコンバータ２６に流入する排気の温度である入ガス温度ｔｈｃｉを検出する第１排気温センサ２８、及びＤＰＮＲコンバータ２６通過後の排気の温度である出ガス温度ｔｈｃｏを検出する第２排気温センサ２９がそれぞれ配設されている。また排気通路１４には、上記ＤＰＮＲコンバータ２６の排気上流側と排気下流側との圧力差ΔＰを検出する差圧センサ３０が配設されている。更に排気通路１４の上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流側、及び上記ＤＰＮＲコンバータ２６と上記酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度を検出する２つの酸素センサ３１、３２がそれぞれ配設されている。

また内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路３３には、その上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３４、その排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の最下流部は、吸気通路１２の上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁４０がそれぞれ配設されている。各気筒の燃料噴射弁４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。

更に燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が添加弁４６に供給されるようになっている。添加弁４６は、特定の気筒の排気ポート２２に配設されており、排気タービン２４側に向けて燃料を噴射して、排気中に燃料を添加する。

こうした内燃機関１０の各種制御を司る電子制御装置５０は、内燃機関１０の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度ＮＥを検出する機関回転速度センサ５１やアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９や燃料噴射弁４０、燃料ポンプ４３、添加弁４６、ＥＧＲ弁３６等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記燃料噴射弁４０による燃料噴射時期や燃料噴射量の制御、上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３６の開度制御に基づくＥＧＲ制御等の各種制御が電子制御装置５０により実施されている。

また電子制御装置５０は、そうした制御の一環として、上記添加弁４６による排気に対する燃料添加を実施する。この添加弁４６による排気への燃料添加は、下記の各制御、すなわちＰＭ再生制御、ＮＯｘ還元制御、及びＳ被毒回復制御に際して実施される。

ＰＭ再生制御は、上記ＤＰＮＲコンバータ２６に捕集されたＰＭを燃焼させて二酸化炭素（ＣＯ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）として排出することで、同ＤＰＮＲコンバータ２６の目詰まりを解消するために行われる。ＰＭ再生制御時には、添加弁４６から排気への燃料添加を継続的に繰り返すことで、排気中や触媒上で添加された燃料を酸化させて、その酸化反応に伴う発熱で触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）することで、上記ＰＭの燃焼を図るようにしている。

ＮＯｘ還元制御は、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＤＰＮＲコンバータ２６のＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを、窒素（Ｎ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ）に還元して放出するために行われる。ＮＯｘ還元制御時には、上記添加弁４６から排気へと一定の時間をおいて間欠的に燃料添加をすることで、ＮＯｘ触媒周囲の排気を一時的に酸素濃度が低く、未燃燃料成分が多い状態とする、いわゆるリッチスパイクを間欠的に行うようにしている。これにより、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出及びその還元を促進して、上記ＮＯｘの還元浄化を図るようにしている。

Ｓ被毒回復制御は、ＮＯｘ触媒に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が吸蔵されることによって低下したＮＯｘ吸蔵能力を回復するために行われる。Ｓ被毒回復制御が開始されると、まず上記ＰＭ再生制御と同様に、添加弁４６から排気へと継続的に燃料を添加することで、触媒床温を高温化（例えば６００〜７００℃）する昇温制御が行われる。その後、ＮＯｘ還元制御時と同様に、上記添加弁４６からの間欠的な燃料添加を行い、間欠的にリッチスパイクを行うことで、ＮＯｘ触媒からのＳＯｘの放出及びその還元を促進して、上記ＮＯｘ吸蔵能力の回復を図るようにしている。

ちなみに、この内燃機関１０にあって、上記ＰＭ再生制御中や、上記Ｓ被毒回復制御における触媒床温の高温化中に、上記燃料噴射弁４０によるアフター噴射を実施するようにしてもよい。このアフター噴射は、メイン噴射のような燃焼室１３での燃焼に供される燃料噴射の後に行われる噴射であって、こうしたアフター噴射において噴射される燃料の多くは、燃焼室１３内で燃焼されることなく排気通路に排出される。そのため、こうしたアフター噴射によっても排気中の未燃燃料成分を増量して触媒床温の高温化等を促進することができる。なお、上記添加弁４６やアフター噴射等は上記添加手段を構成する。

以上のように本実施形態では、排気通路に設けられた添加弁４６から排気への燃料添加を行ったり、場合によっては燃料噴射弁４０からのアフター噴射を実施したりして、内燃機関１０の排気浄化性能の維持を図るようにしている。

ところで、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の上流側に詰まりが生じている状態で、上述したような燃料添加を行うと以下のような不具合が生じるおそれがある。
すなわち、詰まりが生じている場合には、ＮＯｘ触媒コンバータ２５での排気の流路が偏るようになる。そのため、このＮＯｘ触媒コンバータ２５で燃焼されるはずの燃料がその下流側に設けられたＤＰＮＲコンバータ２６で燃焼されるようになる。また、これによって該ＤＰＮＲコンバータ２６に堆積したＰＭやＰＭ再生時において燃え残ったＰＭ、すなわち残留したＰＭが急激に燃焼され、これらによって同ＤＰＮＲコンバータ２６が過剰に昇温されて、例えば熱劣化等を引き起こすおそれがある。なお、このような現象は、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の上流側の部位が熱劣化しているような場合にも起きるおそれがある。

そこで本実施形態では、上記添加弁４６による排気への燃料添加にかかる制御として、さらにバーンアップ制御を追加するとともに、同バーンアップ制御の実行条件を適切に設定して、ＤＰＮＲコンバータ２６の過昇温を抑制するようにしている。

このバーンアップ制御では添加弁４６から排気への燃料添加が間欠的に行われ、これにより次のような効果が得られる。
すなわち、ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＤＰＮＲコンバータ２６に燃料を添加しつづける場合には、各コンバータの上流側の部位で燃料の燃焼が継続して行われ、各コンバータの下流側の部位に向けて高温の排気が連続的に送り込まれる。そのため、ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＤＰＮＲコンバータ２６の温度はその排気下流側に向かうほど高くなる傾向にあり、ＤＰＮＲコンバータ２６の上流側の部位にＰＭが残留しやすくなる。また、こうした連続添加ではＤＰＮＲコンバータ２６の上流側に配設されるＮＯｘ触媒コンバータ２５の温度が上がりにくいため、その前端部にはＰＭ等が付着しやすく、詰まりが生じるおそれもある。

一方、燃料を間欠的に添加する場合には、高温の排気がＮＯｘ触媒コンバータ２５やＤＰＮＲコンバータ２６の下流側の部位に向けて連続的に送り込まれるといった状態が抑制され、各コンバータにおける温度分布の偏りを抑えることができる。そのため、ＤＰＮＲコンバータ２６にあって部分的に残留するＰＭの量を減少させることができ、また、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の前端部に付着したＰＭ等の量を減少させることができる。

ところでこのような間欠添加では、ＤＰＮＲコンバータ２６におけるＰＭの部分的な残留を抑えたり、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の前端部におけるＰＭ等の付着量を減少させたりすることができるものの、上述したような連続添加を行う場合と比較して、ＰＭの酸化等が促進される。そのため、ＰＭの燃焼度合が高くなり、ＤＰＮＲコンバータ２６が過度に昇温されてしまうおそれがある。従って、この間欠添加はＰＭの残留量が少ないときに実施することが望ましい。そこで本実施形態では、燃料添加を行うときのＰＭの燃焼度合を推定し、その推定される燃焼度合に基づいて燃料の添加態様を設定するようにしている。より具体的には、燃料の添加態様として上記ＰＭ再生制御による連続添加、または上記バーンアップ制御による間欠添加のいずれかを設定するようにしている。

次に、燃料添加設定処理について図２、図３を併せ参照して説明する。
図２に示す一連の処理は燃料添加設定の処理手順を示しており、電子制御装置５０によって所定時間毎に繰り返し実行される。なお、この燃料添加設定処理は上記設定手段を構成する。

本処理が開始されとまず、ＰＭ再生制御が実行されているか否かが判断される（ステップＳ１１０）。このＰＭ再生制御は、別途行われる処理によって推定されたＤＰＮＲコンバータ２６のＰＭ堆積量ＰＭｓｍがＰＭ再生基準値ＰＭｓｔａｒｔに達したときに実行される。なお、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍは次式（１）に基づいて算出される。

ＰＭｓｍ←Ｍａｘ［ＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ、０］ …（１）
ＰＭｓｍ：ＰＭ堆積量
ＰＭｅ：ＰＭ排出量
ＰＭｃ：ＰＭの酸化量

ＰＭ排出量ＰＭｅは、内燃機関１０の全燃焼室から排出されるＰＭの量であり、予めの実験等を通じて設定されたマップ、すなわち機関回転速度ＮＥと機関負荷（ここでは燃料噴射弁４０からの燃料噴射量）とをパラメータとするＰＭ排出量算出マップを参照して求められる。

酸化量ＰＭｃは、ＤＰＮＲコンバータ２６に捕集されたＰＭが酸化により浄化される量である。この酸化量ＰＭｃは、予めの実験等を通じて設定されたマップ、すなわちＤＰＮＲコンバータ２６の床温（ここでは第２排気温センサ２９にて検出される出ガス温度ｔｈｃｏ）とエアフロメータ１６によって検出される吸入空気量Ｇａとをパラメータとする酸化量算出マップを参照して求められる。

ここで、式（１）の右辺のＰＭ堆積量ＰＭｓｍは、前回の処理で算出されたＰＭ堆積量ＰＭｓｍである。Ｍａｘは［］内の数値のうちで大きい方の数値を抽出する演算子である。従って、「ＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ」が正の値ならば、「ＰＭｓｍ＋ＰＭｅ−ＰＭｃ」の値が現在のＰＭ堆積量ＰＭｓｍに設定されるが、負の値になるとＰＭ堆積量ＰＭｓｍには「０」が設定される。そして、内燃機関１０の運転状態により、「ＰＭ排出量ＰＭｅ＞酸化量ＰＭｃ」の状態が継続すると、推定されるＰＭ堆積量ＰＭｓｍは次第に大きくなる。一方、燃料添加が行われるときには「ＰＭ排出量ＰＭｅ＜酸化量ＰＭｃ」となり、推定されるＰＭ堆積量ＰＭｓｍは次第に小さくなる。

上記ステップＳ１１０の処理において、ＰＭ再生制御が実行されていない旨判定されるときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、ステップＳ１１０の処理において、ＰＭ再生制御が実行されている旨判定されるときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、現在のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａ以下であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。

ここで、ＤＰＮＲコンバータ２６におけるＰＭの堆積量が多くなるほど、同ＰＭの燃焼度合は高くなり、すなわち急激に燃焼されるようになり、同ＤＰＮＲコンバータ２６は過度に昇温されやすくなる。従って、ＰＭの燃焼度合はＰＭ堆積量ＰＭｓｍに基づいて推定することができる。そして判定値Ａは、バーンアップ制御による間欠添加を行っても、ＤＰＮＲコンバータ２６内のＰＭが急激に燃焼されることがなく、同ＤＰＮＲコンバータ２６に熱劣化を生じさせない程度に現在のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが小さいか否かを判定することのできる値として設定されている。なお、判定値Ａは上記ＰＭ再生基準値ＰＭｓｔａｒｔよりも小さい値であって、予めの実験等を通じてその値は最適化されている。

そして、現在のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａよりも大きい旨判定されるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、ＤＰＮＲコンバータ２６内にＰＭがまだ多く残っており、間欠添加を行うと同ＤＰＮＲコンバータ２６内で急激な燃焼が起きる可能性があるとして、ＰＭ再生制御による連続添加が継続して実行され（Ｓ１３０）、本処理は一旦終了される。

一方、ＰＭ再生制御の継続によってＤＰＮＲコンバータ２６内のＰＭの量が減少し、現在のＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａ以下である旨判定されるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、間欠添加を行ってもＤＰＮＲコンバータ２６内では急激な燃焼が生じないと推定することができるため、バーンアップ制御による間欠添加が実行される（Ｓ１４０）。そして、本処理は一旦終了される。

なお、上記条件を満たすことでバーンアップ制御による間欠添加が行われる場合には、ＤＰＮＲコンバータ２６でのＰＭの残留量がある程度低減されている。そのため、この間欠添加における燃料添加は予め設定された回数だけ（本実施形態では３回）行うようにしており、これにより燃料添加による燃料消費の悪化が抑制される。なお、この回数は適宜変更して実行することができる。

図３は、上記燃料添加設定処理が行われるときのＰＭ堆積量ＰＭｓｍの変化態様と燃料添加の態様とを示している。なお同図３は、時刻ｔ０以前においてＰＭ堆積量ＰＭｓｍがＰＭ再生基準値ＰＭｓｔａｒｔに達しており、すでにＰＭ再生制御が実施されている途中の状態を示している。

この図３に示されるように、ＰＭ再生制御による連続添加によってＤＰＮＲコンバータ２６のＰＭ量は減少し、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍは徐々に小さくなっていく。このとき、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａよりも大きい間（時刻ｔ０〜時刻ｔ１の間）は、燃料添加態様として連続添加が設定される。そして時刻ｔ１において、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａ以下になると、燃料添加態様として間欠添加が設定される。そして、間欠添加による燃料添加が３回行われると、燃料添加は終了される。この時刻ｔ１以降においては、間欠添加が実施されることによってＮＯｘ触媒コンバータ２５の前端部に付着したＰＭ等の量が減少され、またＤＰＮＲコンバータ２６に残留したＰＭの酸化が促される。

なお、間欠添加をさらに長い期間実施することにより、ＤＰＮＲコンバータ２６にあって特に上流側の部位に残留するＰＭ、すなわち連続添加では十分に焼失されない可能性のあるＰＭを十分に焼失させることもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）燃料の添加が行われるときのＤＰＮＲコンバータ２６でのＰＭの燃焼度合を推定するようにしている。具体的にはＤＰＮＲコンバータ２６におけるＰＭの推定堆積量（ＰＭｓｍ）に基づいてＰＭの燃焼度合を推定するようにしている。そして、その推定される燃焼度合に基づいて燃料の添加態様を設定するようにしている。従って、推定されるＰＭの燃焼度合に合わせて燃料添加の態様が設定されるようになり、燃料が添加供給されるＤＰＮＲコンバータ２６の過昇温を好適に抑制することができるようになる。

（２）ＰＭの燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるとき、具体的にはＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａ以下であるときに、燃料添加の態様を間欠添加に設定するようにしている。そのため、ＮＯｘ触媒コンバータ２５の前端部における付着量の減少やＤＰＮＲコンバータ２６における部分的なＰＭの残留抑制を図りつつ、ＤＰＮＲコンバータ２６の過昇温を抑制することもできるようになる。

（３）予め設定された回数だけ間欠添加を行うようにしている。そのため燃料添加による燃料消費の悪化を好適に抑制することができる。
（４）ＰＭの燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるとき、具体的にはＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａよりも大きいときには、燃料添加の態様を連続添加に設定するようにしている。そのため、ＤＰＮＲコンバータ２６に堆積したＰＭの急激な酸化を抑えつつ、その量を好適に減少させることができるようになる。
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を具体化した第２の実施形態を、図４を併せ参照して説明する。

上記第１の実施形態では、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍに基づいてＰＭの燃焼度合を推定するようにした。ここでＤＰＮＲコンバータ２６におけるＰＭの堆積量が多くなるほど、同ＤＰＮＲコンバータ２６における排気抵抗は増大するため、該ＤＰＮＲコンバータ２６の排気上流側と排気下流側との圧力差は大きくなる。従ってこの圧力差に基づいてＰＭの堆積量を推定する、換言すればＰＭの燃焼度合を推定することができる。そこで、本実施形態ではＤＰＮＲコンバータ２６の排気上流側と排気下流側との圧力差ΔＰに基づいて上述したＰＭの燃焼度合を推定するようにしている。

すなわち、図４に示す本実施形態における燃料添加設定の処理手順では、先の図２におけるステップＳ１２０での処理、すなわちＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａ以下であるか否かを判定する代わりに、圧力差ΔＰと吸入空気量Ｇａとの比である「ΔＰ／Ｇａ」の値が差圧判定値Ｄｐ以下であるか否かを判定するようにしている（Ｓ２１０）。これ以外の点については第１の実施形態と同じである。また図４において先の図２と同一の処理については、同一の符号にて示している。

なお、ＤＰＮＲコンバータ２６のＰＭ堆積量の推定に際しては、「ΔＰ／排気の流量」の値を用いるようにした方がより推定精度を向上させることができるものの、吸入空気量Ｇａは排気の流量と正比例関係にあるので、「ΔＰ／Ｇａ」の値を用いても精度に問題はない。尚、このような「ΔＰ／Ｇａ」とＤｐとの比較ではなく、圧力差ΔＰを排気の圧力差として、排気の流量（あるいは吸入空気量Ｇａ）に応じて大きく設定される値（例えばＤｐ×Ｇａ）とを比較してもよい。また、より簡易的には、圧力差ΔＰと予め設定された判定値とを比較するようにしてもよい。

先の図４におけるステップＳ２１０での判定処理において、「ΔＰ／Ｇａ」の値が差圧判定値Ｄｐよりも大きい旨判定されるときには、ＤＰＮＲコンバータ２６内にＰＭがまだ多く残っており、間欠添加を行うと同ＤＰＮＲコンバータ２６内で急激な燃焼が起きる可能性があるとして、ＰＭ再生制御による連続添加が継続して実行される（Ｓ１３０）。そして、本処理は一旦終了される。

一方、ＰＭ再生制御の継続によってＤＰＮＲコンバータ２６内のＰＭの量が減少し、「ΔＰ／Ｇａ」の値が差圧判定値Ｄｐ以下である旨判定されるときには（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、間欠添加を行ってもＤＰＮＲコンバータ２６内では急激な燃焼が生じないと推定することができるため、バーンアップ制御による間欠添加が実行される（Ｓ１４０）。そして、本処理は一旦終了される。

以上説明したように、本実施形態によっても第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を具体化した第３の実施形態を、図５を併せ参照して説明する。

本実施形態では、第１の実施形態におけるＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＤＰＮＲコンバータ２６といった２つのコンバータに代えて、図５に示すような１つのＤＰＮＲコンバータ１２６を備えるようにしている点のみが異なる。そして、第１の実施形態と同様に、第１排気温センサ２８によってＤＰＮＲコンバータ１２６に流入する排気の温度である入ガス温度ｔｈｃｉが検出され、第２排気温センサ２９によってＤＰＮＲコンバータ１２６通過直後の排気の温度である出ガス温度ｔｈｃｏが検出される。また、差圧センサ３０によってＤＰＮＲコンバータ１２６の排気上流側と排気下流側との圧力差ΔＰが検出される。

このような構成にあって、ＤＰＮＲコンバータ１２６に燃料を添加しつづける場合には、ＤＰＮＲコンバータ１２６の上流側の部位で燃料の燃焼が継続して行われ、同ＤＰＮＲコンバータ１２６の下流側の部位に向けて高温の排気が連続的に送り込まれる。そのため、ＤＰＮＲコンバータ１２６の温度はその排気下流側に向かうほど高くなる傾向にあり、同ＤＰＮＲコンバータ１２６の上流側の部位にＰＭが残留しやすくなる。また、こうした連続添加ではＤＰＮＲコンバータ１２６の上流側の部位の温度が上がりにくいため、その前端部にはＰＭ等が付着しやすく、詰まりが生じるおそれもある。

一方、燃料を間欠的に添加する場合には、高温の排気がＤＰＮＲコンバータ１２６の下流側の部位に向けて連続的に送り込まれるといった状態が抑制され、ＤＰＮＲコンバータ１２６における温度分布の偏りを抑えることができる。そのため、ＤＰＮＲコンバータ１２６にあって部分的に残留するＰＭの量を減少させることができ、またＤＰＮＲコンバータ１２６の前端部におけるＰＭ等の付着量も好適に減少させることができる。ところでこのような間欠添加では、ＰＭの部分的な残留を抑えたり、上記前端部の付着量を減少させたりすることができるものの、上述したような連続添加を行う場合と比較してＰＭの酸化等が促進されるため、その燃焼度合が高くなり、ＤＰＮＲコンバータ１２６が過度に昇温されるおそれがある。すなわち、本実施形態でも第１の実施形態と同様な不具合が生じるおそれがある。

そこで本実施形態でも、第１の実施形態で説明したような添加態様設定処理を実行するようにしている。そのため、本実施形態にあっても第１の実施形態と同様な効果、すなわち以下のような効果を得ることができる。

（１）燃料の添加が行われるときのＤＰＮＲコンバータ１２６でのＰＭの燃焼度合が推定される。具体的にはＤＰＮＲコンバータ１２６におけるＰＭの推定堆積量（ＰＭｓｍ）に基づいてＰＭの燃焼度合が推定される。そして、その推定される燃焼度合に基づいて燃料の添加態様を設定するようにしている。従って、推定されるＰＭの燃焼度合に合わせて燃料添加の態様が設定されるようになり、燃料が添加供給されるＤＰＮＲコンバータ１２６の過昇温を好適に抑制することができるようになる。

（２）ＰＭの燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるとき、具体的にはＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａ以下であるときに、燃料添加の態様が間欠添加に設定される。そのため、ＤＰＮＲコンバータ１２６の前端部における付着量の減少や同ＤＰＮＲコンバータ２６における部分的なＰＭの残留抑制を図りつつ、同ＤＰＮＲコンバータ２６の過昇温を抑制することもできるようになる。

（３）予め設定された回数だけ間欠添加を行うようにしている。そのため燃料添加による燃料消費の悪化を好適に抑制することができる。
（４）ＰＭの燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるとき、具体的にはＰＭ堆積量ＰＭｓｍが判定値Ａよりも大きいときには、燃料添加の態様が連続添加に設定される。そのため、ＤＰＮＲコンバータ２６に堆積したＰＭの急激な酸化を抑えつつ、その量を好適に減少させることができるようになる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記各実施形態において、ＰＭ堆積量ＰＭｓｍ及び圧力差ΔＰを用いてＰＭの燃焼度合を推定するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、ＰＭの燃焼度合を推定する際にＰＭ堆積量ＰＭｓｍや圧力差ΔＰを用いるようにした。他方、ＰＭ堆積量が増大すると入ガス温度ｔｈｃｉと出ガス温度ｔｈｃｏとの温度差が大きくなる傾向にあるため、この温度差を用いてＰＭの燃焼度合を推定するようにしてもよい。この一例のように、ＰＭの燃焼度合を推定することができる値であれば、他の値を用いることができる。

・第３の実施形態において、第２の実施形態で説明したような燃料添加設定処理を行うようにしてもよい。この場合にも第２の実施形態と同様な効果を得ることができる。
・エアフロメータ１６にて吸入空気量Ｇａを検出する代わりに、内燃機関１０の運転状態、例えば機関回転速度ＮＥと燃料噴射量とから排気の流量を算出し、これを吸入空気量Ｇａの代用値として用いるようにしてもよい。

・上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５が他の触媒コンバータであったり、上記ＤＰＮＲコンバータ２６、１２６がＰＭを捕集する機能のみを有するフィルタであったりしても、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第１の実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 同実施形態における燃料添加設定処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態における燃料添加の態様を示すタイムチャート。 第２の実施形態における燃料添加設定処理の手順を示すフローチャート。 第３の実施形態における排気浄化装置の構成を示す概略図。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフロメータ、１７…コンプレッサ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２４…排気タービン、２５…ＮＯｘ触媒コンバータ、２６、１２６…ＤＰＮＲコンバータ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…第１排気温センサ、２９…第２排気温センサ、３０…差圧センサ、３１、３２…酸素センサ、３３…ＥＧＲ通路、３４…ＥＧＲ触媒、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、４０…燃料噴射弁、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…添加弁、５０…電子制御装置、５１…機関回転速度センサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質を捕集する排気浄化部材と、同排気浄化部材に燃料を添加する添加手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記添加手段によって燃料の添加が行われるときの前記排気浄化部材での粒子状物質の燃焼度合を推定し、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を間欠添加に設定するとともに、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を連続添加に設定する設定手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 内燃機関の排気通路に設けられて排気中の粒子状物質が通過する排気浄化触媒と、同排気浄化触媒よりも排気下流側に設けられて前記粒子状物質を捕集する排気浄化部材と、それら排気浄化触媒及び排気浄化部材に燃料を添加する添加手段とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
   前記添加手段によって燃料の添加が行われるときの前記排気浄化部材での粒子状物質の燃焼度合を推定し、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合に満たないと推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を間欠添加に設定するとともに、同粒子状物質の燃焼度合が予め設定された度合を超えると推定されるときに前記添加手段による燃料の添加態様を連続添加に設定する設定手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記設定手段は、前記排気浄化部材における前記粒子状物質の推定堆積量に基づいて前記粒子状物質の燃焼度合を推定する
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記設定手段は、前記排気浄化部材の排気上流側と排気下流側との圧力差に基づいて前記粒子状物質の燃焼度合を推定する
   請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記間欠添加における燃料添加は予め設定された回数だけ行われる
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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