JP6563890B2

JP6563890B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、燃焼室から排出される排気ガスを浄化すべく、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタが排気通路に設けられた内燃機関が知られている。斯かる内燃機関では、フィルタの上流側に設けられた触媒において燃料を酸化反応させ、酸化反応によって生じる反応熱によって、フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去するフィルタ再生処理が実行される。

しかしながら、フィルタ再生処理は、内燃機関が所定の運転状態にあるときに実行可能である。このため、特許文献１に記載の内燃機関では、フィルタ再生処理を実行できない間にフィルタがＰＭによって閉塞することを回避すべく、フィルタ上のＰＭに凝縮水のような液体物質が供給される。

特開２０１３−１２４５７６号公報特開平１１−２１０４４２号公報

しかしながら、特許文献１は、フィルタ再生処理を実行することによって触媒にＰＭが付着することについて何ら言及していない。本願の発明者は、鋭意研究の結果、フィルタの温度上昇のために酸化反応が行われる触媒にもＰＭが付着することを見出した。この現象は、以下に説明するようなメカニズムに基づくものと考えられる。

フィルタ再生処理では、触媒上で酸化反応を生じさせるために触媒に燃料が供給される。しかしながら、触媒の上流側端面では、酸化反応が生じにくいため、酸化反応熱による温度上昇が小さい。このため、燃料の重質分が触媒の上流側端面に残留する。残留した燃料の重質分は、排気ガスに曝されることで酸化重合し、高粘着性成分に変化する。この結果、燃料を介して触媒の上流側端面にＰＭが付着する。フィルタ再生処理が繰り返されて、触媒へのＰＭの付着量が多くなると、ＰＭによって触媒が閉塞し、触媒の機能が低下する。

そこで、本発明の目的は、ＰＭによる触媒の閉塞を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本開示の要旨は以下のとおりである。

（１）内燃機関の排気通路に配置されると共に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタよりも排気流れ方向上流側の前記排気通路に配置され又は前記フィルタに担持された触媒と、前記触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃料供給装置による燃料の供給を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記燃料供給装置から前記触媒に燃料を供給することで前記フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を実行し、該フィルタ再生処理の実行後、前記燃料供給装置から前記触媒に液体状態の燃料を供給する、内燃機関の排気浄化装置。

（２）前記制御装置は、前記触媒に流入する流入排気ガスの温度を検出又は推定し、前記フィルタ再生処理の実行後、検出又は推定した前記流入排気ガスの温度が燃料の最低沸点以下であるときに前記燃料供給装置から前記触媒に燃料を供給する、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（３）前記燃料供給装置は、前記触媒よりも排気流れ方向上流側の前記排気通路に配置され、前記制御装置は、前記フィルタ再生処理の実行後、前記内燃機関がアイドリングストップ状態にあるときに、前記燃料供給装置から前記触媒に燃料を供給する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（４）前記制御装置は、前記触媒に流入する流入排気ガスの温度を検出又は推定し、前記フィルタ再生処理の終了後に検出又は推定した前記流入排気ガスの温度が基準温度以上である時間の合計が閾値以上に達した場合、前記燃料供給装置から前記触媒に液体状態の燃料を供給し、前記基準温度は前記触媒の活性温度以上の温度である、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

（５）前記制御装置は、前記触媒に流入する流入排気ガスの温度を検出又は推定し、前記フィルタ再生処理の終了後に検出又は推定した前記流入排気ガスの温度が基準温度以上粒子状物質の燃焼温度未満である時間の合計が閾値以上に達した場合、前記燃料供給装置から前記触媒に液体状態の燃料を供給し、前記基準温度は前記触媒の活性温度以上の温度である、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

（６）前記基準温度は前記触媒の活性温度である、上記（４）又は（５）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（７）前記基準温度は、前記フィルタ再生処理の実行中に検出又は推定された前記流入排気ガスの温度である、上記（４）又は（５）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

本発明によれば、ＰＭによる触媒の閉塞を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置が提供される。

図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図２は、排気燃料噴射弁による燃料の噴射態様の一例を示す図である。図３は、液体状態の燃料を供給することによって触媒からＰＭが除去されるメカニズムを説明するための図である。図４は、軽油供給時の排気ガスの温度と触媒の閉塞率との関係を示すグラフである。図５は、筒内燃料噴射弁からの燃料噴射量及び機関回転数と流入排気ガスの温度との関係を示すマップである。図６は、本発明の第一実施形態におけるＰＭ除去処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図７は、本発明の第一実施形態におけるフィルタ再生処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図８は、フィルタ再生処理後の熱処理温度と触媒の閉塞率との関係を示すグラフである。図９は、本発明の第二実施形態におけるＰＭ状態判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１０は、本発明の第二実施形態におけるＰＭ除去処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

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。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
以下、図１〜図７を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関１は圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は車両に搭載される。

図１を参照すると、１０は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射する電子制御式の筒内燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気管６を介してターボチャージャ（過給機）７のコンプレッサ７ａの出口に連結される。コンプレッサ７ａの入口は吸気管６を介してエアクリーナ８に連結される。吸気管６内にはスロットル弁９が配置される。さらに、吸気管６周りには吸気管６内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ１３が配置される。内燃機関１では、機関冷却水がインタークーラ１３内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。吸気マニホルド４及び吸気管６は、空気を燃焼室２に導く吸気通路を形成する。

一方、排気マニホルド５は排気管２７を介してターボチャージャ７のタービン７ｂの入口に連結される。タービン７ｂの出口は排気管２７を介して触媒２８に連結される。触媒２８は排気管２７を介してフィルタ２９に連結される。排気マニホルド５及び排気管２７は、燃焼室２における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

触媒２８は、排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ、ＣＯ等）を酸化可能な酸化触媒（ＤＯＣ）である。触媒２８はフィルタ２９よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置される。具体的には、触媒２８は、内燃機関１の排気通路において、タービン７ｂとフィルタ２９との間の排気管２７内に配置される。フィルタ２９は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。フィルタ２９は例えばディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）である。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（ＥＧＲ）通路１４を介して互いに連結される。ＥＧＲ通路１４内には電子制御式のＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置２０が配置される。内燃機関１では、機関冷却水がＥＧＲ冷却装置２０内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

燃料は燃料ポンプ３０によって燃料タンク３１から燃料配管３２を介してコモンレール１８内に供給される。燃料ポンプ３０は燃料タンク３１内の燃料を汲み上げると共に燃料を昇圧する。コモンレール１８内に供給された高圧の燃料は各燃料供給管１７を介して各筒内燃料噴射弁３に供給される。各筒内燃料噴射弁３は各燃焼室２内に燃料を噴射する。燃料は例えば軽油である。

また、各筒内燃料噴射弁３には、リーク燃料配管３３が連結されている。コモンレール１８から各筒内燃料噴射弁３に供給された燃料のうち、燃焼室２内に噴射されなかった燃料はリーク燃料配管３３を介して排気燃料噴射弁３５に供給される。

排気燃料噴射弁３５は触媒２８よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置される。具体的には、排気燃料噴射弁３５は、内燃機関１の排気通路において、タービン７ｂと触媒２８との間の排気管２７に固定される。排気燃料噴射弁３５は、例えば、筒内燃料噴射弁３と同様の電子制御式噴射弁である。排気燃料噴射弁３５は、排気管２７内に燃料を噴射し、排気管２７を介して触媒２８に燃料を供給する。例えば、排気燃料噴射弁３５は、図２に示されるように、触媒２８に向かって燃料を噴射する。

内燃機関１の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）８０によって実行される。ＥＣＵ８０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス８１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）８２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）８３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）８４、入力ポート８５及び出力ポート８６を備える。負荷センサ１０１及びエアフロメータ１０２の出力が、対応するＡＤ変換器８７を介して入力ポート８５に入力される。

負荷センサ１０１は、アクセルペダル１２０の踏込み量に比例した出力電圧を発生させる。したがって、負荷センサ１０１は機関負荷を検出する。エアフロメータ１０２は、吸気通路においてエアクリーナ８とコンプレッサ７ａとの間に配置され、吸気管６内を流れる空気流量を検出する。さらに、入力ポート８５には、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ１０８が接続され、クランク角センサ１０８によって機関回転数が検出される。

一方、出力ポート８６は、対応する駆動回路８８を介して、筒内燃料噴射弁３、スロットル弁駆動用モータ、ＥＧＲ制御弁１５、燃料ポンプ３０及び排気燃料噴射弁３５に接続されている。ＥＣＵ８０は、筒内燃料噴射弁３から噴射される燃料の噴射時期及び噴射時間、スロットル弁９の開度、ＥＧＲ制御弁１５の開度、燃料ポンプ３０の作動、並びに排気燃料噴射弁３５から噴射される燃料の噴射時期及び噴射時間を制御する。

なお、排気浄化装置が設けられる内燃機関は、燃焼室に点火プラグが配置された火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。また、気筒配列、吸排気系の構成及び過給機の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。

例えば、筒内燃料噴射弁３に供給される燃料は、燃料ポンプ３０の代わりに、燃料タンク３１内に配置されたインタンクポンプによってコモンレール１８に供給されてもよい。また、排気燃料噴射弁３５に供給される燃料は、燃料配管３２及びリーク燃料配管３３を通ることなく、燃料タンク３１と排気燃料噴射弁３５とを直接接続する燃料配管（図示せず）を介して排気燃料噴射弁３５に供給されてもよい。この場合、リーク燃料配管３３は省略される。また、排気燃料噴射弁３５に供給される燃料は燃料タンク３１とは別個の燃料タンクに貯蔵されていてもよい。燃料は例えば軽油である。

＜内燃機関の排気浄化装置の構成＞
以下、本発明の第一実施形態に係る内燃機関１の排気浄化装置の構成について説明する。内燃機関１の排気浄化装置は、フィルタ２９と、触媒２８と、触媒２８に燃料を供給する燃料供給装置と、燃料供給装置による燃料の供給を制御する制御装置とを備える。本実施形態では、排気燃料噴射弁３５が燃料供給装置に相当し、ＥＣＵ８０が制御装置に相当する。

なお、燃料供給装置は、燃焼室２内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁３であってもよい。筒内燃料噴射弁３は、各気筒における膨張行程において燃料を噴射するポスト噴射を行うことによって触媒２８に未燃燃料を供給することができる。この場合、排気燃料噴射弁３５は省略されてもよい。

＜フィルタ再生制御＞
内燃機関１の排気浄化装置では、排気ガス中のＰＭがフィルタ２９に捕集されることで、排気ガスが浄化される。しかしながら、フィルタ２９に捕集されたＰＭの量が多くなると、フィルタ２９の閉塞（目詰まり）が生じ、フィルタ２９を通した排気ガスの排出が阻害される。このため、フィルタ２９に捕集されたＰＭを定期的に除去する必要がある。

本実施形態では、フィルタ２９に捕集されたＰＭを除去するために、排気浄化装置の制御装置はフィルタ再生処理を実行する。フィルタ再生処理では、燃料供給装置から触媒２８に燃料を供給することで、フィルタ２９に捕集されたＰＭを燃焼除去する。触媒２８に燃料を供給すると、触媒２８上で燃料の酸化反応が生じて、フィルタ２９に流入する排気ガスの温度が反応熱によって上昇する。この結果、フィルタ２９の温度が上昇し、フィルタ２９に捕集されたＰＭが燃焼除去される。

しかしながら、フィルタ再生処理が実行されると、フィルタ２９に捕集されたＰＭは除去されるが、触媒２８にＰＭが付着する。この現象は、以下に説明するようなメカニズムに基づくものと考えられる。

上述したように、フィルタ再生処理では、触媒２８上で酸化反応を生じさせるために触媒２８に燃料が供給される。しかしながら、触媒２８の上流側（機関本体１０側）端面では、酸化反応が生じにくいため、酸化反応熱による温度上昇が小さい。このため、燃料の重質分が触媒２８の上流側端面に残留する。残留した燃料の重質分は、排気ガスに曝されることで酸化重合し、高粘着性成分に変化する。この結果、燃料を介して触媒２８の上流側端面にＰＭが付着する。フィルタ再生処理が繰り返されて、触媒２８へのＰＭの付着量が多くなると、ＰＭによって触媒２８が閉塞し、触媒２８の機能が低下する。

＜触媒上のＰＭ除去＞
このため、本実施形態では、排気浄化装置の制御装置は、触媒２８に付着したＰＭを除去すべく、フィルタ再生処理の実行後、燃料供給装置から触媒２８に液体状態の燃料を供給する。以下、液体状態の燃料を触媒２８に供給することによって、触媒２８に付着したＰＭが除去されるメカニズムについて説明する。

図３は、液体状態の燃料を供給することによって触媒２８からＰＭが除去されるメカニズムを説明するための図である。図３Ａに示すように、フィルタ再生処理中に触媒２８に供給された燃料の重質分は、酸化重合によって高粘着性の高重合成分及び低重合成分に変化し、触媒２８の基材２８ａ上に排気ガス中のＰＭを付着させる。その後、図３Ｂに示すように、液体状態の燃料が触媒２８に供給される。液体状態の燃料が触媒２８に供給されると、ＰＭ中の可溶性有機成分（ＳＯＦ）が燃料中に溶解する。図３Ｃに示すように、ＳＯＦが溶解した燃料は触媒２８の基材２８ａに吸収されると共に熱によって蒸発する。また、ＳＯＦが溶解した燃料は、触媒２８の基材２８ａに吸収されるときに液架橋力によってＰＭを凝集させる。凝集したＰＭは基材２８ａとの接着性が低下する。このため、その後、図３Ｄに示すように、凝集したＰＭは排気ガスによって基材２８ａから剥離される。したがって、液体状態の燃料を供給することによって触媒２８からＰＭを除去することができる。

本願の発明者は、燃料供給によるＰＭ除去の効果を確認すべく、以下の実験を行った。フィルタ再生のために触媒に燃料を供給した後、触媒を３７０℃の排気ガスに二時間曝した。この結果、触媒の閉塞率は６０％以上となった。その後、触媒の単位面積当たり０．０６ｍｌ／ｃｍ²の量の液体状態の燃料（軽油）を触媒に供給した。この結果、触媒の閉塞率は２０％以下となった。したがって、液体状態の燃料を触媒に供給することによって、ＰＭによる触媒の閉塞を抑制できることが確認された。

図４は、軽油供給時の排気ガスの温度と触媒の閉塞率との関係を示すグラフである。なお、排気ガスの温度は触媒の排気流れ方向上流側で測定された。この実験では、フィルタ再生のために触媒に燃料を供給した後、触媒を３７０℃の排気ガスに二時間曝し、触媒の閉塞率を測定した。また、その後、触媒の単位面積当たり０．０６ｍｌ／ｃｍ²の量の軽油を触媒に供給し、触媒の閉塞率を測定した。五回の実験では、軽油供給時の排気ガスの温度が変更された。軽油の沸点は、軽油に含まれる成分毎に異なるが、概して２００℃〜３５０℃である。図４のグラフに示されるように、軽油の最低沸点（２００℃）以下の温度では、軽油が液体状態で触媒に供給されるため、軽油の供給によって触媒の閉塞率は大きく低下した。一方、軽油の最低沸点よりも高い温度（２５０℃）では、軽油が気液混合状態で触媒に供給されるため、軽油の供給によって触媒の閉塞率はほとんど低下しなかった。

排気浄化装置の制御装置は、液体状態の燃料を触媒２８に供給すべく、以下のような制御を行う。制御装置は、例えば、フィルタ再生処理の実行後、触媒２８に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」という）の温度が燃料の最低沸点以下であるときに燃料供給装置から触媒２８に燃料を供給する。

流入排気ガスの温度は制御装置によって検出又は推定される。制御装置は、例えば、排気通路に配置された排気温センサ３６によって流入排気ガスの温度を検出する。排気温センサ３６は、触媒２８よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置され、具体的には、排気燃料噴射弁３５と触媒２８との間の排気管２７内に配置される。また、排気温センサ３６の出力は、対応するＡＤ変換器８７を介して入力ポート８５に入力される。

なお、制御装置は、マップ又は計算式を用いて、筒内燃料噴射弁３からの燃料噴射量及び機関回転数に基づいて流入排気ガスの温度を推定してもよい。この場合、排気温センサ３６は内燃機関１から省略されてもよい。マップ又は計算式は、例えば、ＥＣＵ８０のＲＯＭ８２に記憶される。マップでは、図５に示したように、流入排気ガスの温度ＩＥＴが筒内燃料噴射弁３からの燃料噴射量Ｑｅ及び機関回転数ＮＥの関数として示される。

また、制御装置は、フィルタ再生処理の実行後、内燃機関１がアイドリングストップ状態にあるときに、燃料供給装置から触媒２８に燃料を供給してもよい。この場合、燃料供給装置として排気燃料噴射弁３５が用いられる。なお、アイドリングストップ状態とは、内燃機関１が搭載された車両の一時停止中に燃焼室２への燃料供給が停止されている状態を意味する。アイドリングストップ状態では、混合気の燃焼による高温の排気ガスが燃焼室２から排出されないため、排気燃料噴射弁３５から噴射された燃料は液体状態で触媒２８に供給される。

＜ＰＭ除去処理＞
以下、図６のフローチャートを参照して、触媒２８に付着したＰＭを除去するための制御について詳細に説明する。図６は、本発明の第一実施形態におけるＰＭ除去処理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、排気浄化装置の制御装置（本実施形態ではＥＣＵ８０）によって繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ１０１において、制御装置は、ＰＭ付着フラグがオンであるか否かを判定する。ＰＭ付着フラグは、触媒２８に所定量以上のＰＭが付着していると推定される場合にオンにされるフラグである。ＰＭ付着フラグは、後述するフィルタ再生処理の制御ルーチンにおいてオンにされる。ステップＳ１０１において、ＰＭ付着フラグがオフであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ＰＭ付着フラグがオンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、制御装置は、内燃機関１がアイドリングストップ状態にあるか否かを判定する。ステップＳ１０２において内燃機関１がアイドリングストップ状態にないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、制御装置は、流入排気ガスの温度（排気温度）を検出又は推定し、流入排気ガスの温度が燃料の最低沸点ＢＰｍｉｎ以下であるか否かを判定する。燃料は例えば軽油であり、燃料の最低沸点ＢＰｍｉｎは例えば２００℃である。

ステップＳ１０３において、流入排気ガスの温度が燃料の最低沸点ＢＰｍｉｎよりも高いと判定された場合、触媒２８に液体状態の燃料を供給できないため、本制御ルーチンは終了する。一方、流入排気ガスの温度が燃料の最低沸点ＢＰｍｉｎ以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。また、ステップＳ１０２において内燃機関１がアイドリングストップ状態にあると判定された場合、流入排気ガスの温度が燃料の最低沸点ＢＰｍｉｎ以下であると考えられるため、本制御ルーチンはステップＳ１０３をスキップしてステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、制御装置は、燃料供給装置から触媒２８に燃料を供給する。このとき、触媒２８には、液体状態の燃料が供給される。燃料の供給量は、例えば、触媒２８の単位面積当たり０．０６ｍｌ／ｃｍ²以下に設定される。このことによって、内燃機関１の燃費の悪化を抑制しつつ、触媒２８からＰＭを除去することができる。

次いで、ステップＳ１０５において、制御装置はＰＭ付着フラグをオフにする。ステップＳ１０５の後、本制御ルーチンは終了する。なお、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３のいずれか一方は省略されてもよい。

＜フィルタ再生処理＞
以下、図７のフローチャートを参照して、フィルタ再生処理を実行するための制御について詳細に説明する。図７は、本発明の第一実施形態におけるフィルタ再生処理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、排気浄化装置の制御装置（本実施形態ではＥＣＵ８０）によって繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ２０１において、制御装置は、触媒２８が活性状態にあるか否かを判定する。制御装置は、例えば、流入排気ガスの温度が触媒２８の活性温度以上である場合に触媒２８が活性状態にあると判定し、流入排気ガスの温度が触媒２８の活性温度未満である場合に触媒２８が活性状態にないと判定する。触媒２８の活性温度は例えば２５０℃である。ステップＳ２０１において触媒２８が活性状態にないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、触媒２８が活性状態にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０２では、制御装置は、フィルタ２９の再生要求があるか否かを判定する。制御装置は、例えば、フィルタ２９に堆積したＰＭの量の推定値が所定値以上である場合にフィルタ２９の再生要求があると判定し、ＰＭの量の推定値が所定値未満である場合にフィルタ２９の再生要求がないと判定する。この場合、制御装置は、内燃機関１の運転状態等に基づいて、フィルタ２９に堆積したＰＭの量を推定する。また、制御装置は、フィルタ２９の排気流れ方向上流側と排気流れ方向下流側との間の差圧が所定値以上である場合にフィルタ２９の再生要求があると判定し、差圧が所定値未満である場合にフィルタ２９の再生要求がないと判定してもよい。この場合、内燃機関１に差圧センサが設けられ、差圧センサによって上記差圧が検出される。

ステップＳ２０２においてフィルタ２９の再生要求がないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、フィルタ２９の再生要求があると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、制御装置は燃料供給装置から触媒２８に燃料を供給する。すなわち、制御装置はフィルタ再生処理を実行する。燃料の供給量は、フィルタ２９の温度がＰＭの燃焼温度以上になるように予め設定される。燃料の供給時間は、フィルタ２９に堆積したＰＭの量の推定値に基づいて変更されてもよい。

次いで、ステップＳ２０４では、ＰＭ付着フラグがオンにされる。ステップＳ２０４の後、本制御ルーチンは終了する。なお、ＰＭ付着フラグは、フィルタ再生処理が複数回実行された後にオンにされてもよい。また、ＰＭ付着フラグはフィルタ再生処理が終了してから所定時間経過後にオンにされてもよい。

＜第二実施形態＞
第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

図８は、触媒の熱処理温度と触媒の閉塞率との関係を示すグラフである。この実験では、フィルタ再生のために触媒に燃料を供給した後、触媒を２５０℃の排気ガスに二時間曝し、触媒の閉塞率を測定した。その後、最初の実験では、触媒の熱処理を行うことなく、触媒の単位面積当たり０．０６ｍｌ／ｃｍ²の量の液体状態の軽油を触媒に供給し、触媒の閉塞率を測定した。次の五回の実験では、触媒の活性温度（２５０℃）以上の温度で触媒を一時間熱処理した後、触媒の単位面積当たり０．０６ｍｌ／ｃｍ²の量の液体状態の軽油を触媒に供給し、触媒の閉塞率を測定した。これら五回の実験では、熱処理の温度が変更された。

図８のグラフに示されるように、触媒の活性温度（２５０℃）以上の温度で熱処理された触媒では、熱処理されなかった触媒に比べて、軽油の供給によって触媒の閉塞率が大きく低下した。この理由は以下のように考えられる。触媒が熱処理されると、触媒に付着したＰＭ中のＳＯＦが酸化分解され、ＰＭ全体に対するＳＯＦの割合が低下する。このため、触媒の熱処理後に軽油の供給を行うことによって、軽油に溶解せずにＰＭ中に残留するＳＯＦの量を少なくすることができる。ＳＯＦの量が少ないほどＰＭの粘着力が低下するため、触媒の熱処理後に軽油の供給を行うことによって、ＰＭの剥離を促進することができる。

そこで、第二実施形態では、制御装置は、フィルタ再生処理の終了後に検出又は推定した流入排気ガスの温度が基準温度以上である時間の合計が閾値以上に達した場合、燃料供給装置から触媒２８に液体状態の燃料を供給する。基準温度は、触媒２８の活性温度以上の温度であり、例えば触媒２８の活性温度である。この制御によって、燃料供給の前に触媒２８が排気ガスによって熱処理されるため、燃料供給による触媒２８上のＰＭの除去が促進される。したがって、ＰＭによる触媒２８の閉塞をより一層抑制することができる。

一方、流入排気ガスの温度がＰＭの燃焼温度以上である場合、触媒２８に付着したＰＭは排気ガスによって燃焼除去される。この場合、燃料供給によって触媒２８からＰＭを除去する必要がない。このため、制御装置は、フィルタ再生処理の終了後に検出又は推定した流入排気ガスの温度が基準温度以上ＰＭの燃焼温度未満である時間の合計が閾値以上に達した場合、燃料供給装置から触媒２８に液体状態の燃料を供給してもよい。

なお、基準温度は、フィルタ再生処理の実行中に検出又は推定された流入排気ガスの温度であってもよい。このことによって、フィルタ再生処理の実行中に酸化分解されなかったＰＭ中のＳＯＭをフィルタ再生処理後の熱処理によって効果的に酸化分解することができ、燃料供給による触媒２８上のＰＭの除去がより一層促進される。

＜ＰＭ状態判定処理＞
図９は、本発明の第二実施形態におけるＰＭ状態判定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。ＰＭ状態判定処理では、触媒２８の熱処理の有無及び触媒２８上のＰＭの燃焼の有無が判定される。本制御ルーチンは、排気浄化装置の制御装置（本実施形態ではＥＣＵ８０）によって繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ３０１において、制御装置は、ＰＭ付着フラグがオンであるか否かを判定する。第一実施形態と同様に、ＰＭ付着フラグは、図７に示したフィルタ再生処理の制御ルーチンにおいてオンにされる。ステップＳ３０１において、ＰＭ付着フラグがオフであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ＰＭ付着フラグがオンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、制御装置は、流入排気ガスの温度（排気温度）を検出又は推定し、流入排気ガスの温度が燃料の基準温度Ｔｒｅｆ以上ＰＭの燃焼温度Ｔｆｃ未満であるか否かを判定する。基準温度Ｔｒｅｆは、触媒２８の活性温度であり、例えば２５０℃である。また、基準温度Ｔｒｅｆは、フィルタ再生処理の実行中に検出又は推定された流入排気ガスの温度であってもよい。この温度は、例えば、フィルタ再生処理の実行中に検出又は推定された流入排気ガスの温度の平均値である。ＰＭの燃焼温度Ｔｆｃは例えば５００℃である。

ステップＳ３０２において流入排気ガスの温度が燃料の基準温度Ｔｒｅｆ以上燃焼温度Ｔｆｃ未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３では、制御装置は第一積算時間Ｔ１を更新する。第一積算時間Ｔ１は、流入排気ガスの温度が基準温度Ｔｒｅｆ以上燃焼温度Ｔｆｃ未満に維持された時間の合計である。具体的には、制御装置は、第一積算時間Ｔ１に微小時間Δｔを加算した値を新たな第一積算時間Ｔ１とする。微小時間Δｔは本制御ルーチンの実行間隔に相当する値である。

次いで、ステップＳ３０４において、制御装置は、第一積算時間Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１以上であるか否かを判定する。第一閾値Ｔｔｈ１は、ＰＭ全体に対するＳＯＦの割合が熱処理によって所定値以下となるように予め設定された値である。所定値は例えば２０％であり、第一閾値Ｔｔｈ１は例えば１０分である。

ステップＳ３０４において第一積算時間Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、第一積算時間Ｔ１が第一閾値Ｔｔｈ１以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０５に進む。この場合、触媒２８の十分な熱処理が行われたと考えられる。このため、ステップＳ３０５において、制御装置は、ＰＭ除去フラグをオンにすると共に、第一積算時間Ｔ１をゼロにしてリセットする。ステップＳ３０５の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ３０２において流入排気ガスの温度が基準温度Ｔｒｅｆ以上燃焼温度Ｔｆｃ未満の範囲にないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、制御装置は、流入排気ガスの温度がＰＭの燃焼温度Ｔｆｃ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ３０６において流入排気ガスの温度が燃焼温度Ｔｆｃ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０７では、制御装置は第二積算時間Ｔ２を更新する。第二積算時間Ｔ２は、流入排気ガスの温度が燃焼温度Ｔｆｃ以上に維持された時間の合計である。具体的には、制御装置は、第二積算時間Ｔ２に微小時間Δｔを加算した値を新たな第二積算時間Ｔ２とする。微小時間Δｔは本制御ルーチンの実行間隔に相当する値である。

次いで、ステップＳ３０８において、制御装置は、第二積算時間Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２以上であるか否かを判定する。第二閾値Ｔｔｈ２は、ＰＭの燃焼によって触媒２８上のＰＭの量が所定値以下となるように予め設定された値である。第二閾値Ｔｔｈ２は例えば３分である。

ステップＳ３０８において第二積算時間Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、第二積算時間Ｔ２が第二閾値Ｔｔｈ２以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０９に進む。この場合、触媒２８上のＰＭの量は所定値以下であると考えられる。このため、ステップＳ３０９において、制御装置は、ＰＭ付着フラグ及びＰＭ除去フラグをオフにすると共に、第一積算時間Ｔ１及び第二積算時間Ｔ２をゼロにしてリセットする。ステップＳ３０９の後、本制御ルーチンは終了する。

なお、ステップＳ３０６〜ステップＳ３０９は省略されてもよい。この場合、制御装置は、ステップＳ３０２において、流入排気ガスの温度を検出又は推定し、流入排気ガスの温度が燃料の基準温度Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定する。流入排気ガスの温度が基準温度Ｔｒｅｆ未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。

＜ＰＭ除去処理＞
図１０は、本発明の第二実施形態におけるＰＭ除去処理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、排気浄化装置の制御装置（本実施形態ではＥＣＵ８０）によって繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ４０１において、制御装置は、図６のステップＳ１０１と同様に、ＰＭ付着フラグがオンであるか否かを判定する。ＰＭ付着フラグがオフであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ＰＭ付着フラグがオンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０２に進む。

ステップＳ４０２では、制御装置は、ＰＭ除去フラグがオンであるか否かを判定する。ＰＭ除去フラグは、上述したＰＭ状態判定処理の制御ルーチンにおいてオンにされる。ステップＳ４０２においてＰＭ除去フラグがオフであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ＰＭ付着フラグがオンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３〜ステップＳ４０５は、図６におけるステップＳ１０２〜ステップＳ１０４と同様である。

ステップＳ４０５の後、ステップＳ４０６において、制御装置は、ＰＭ付着フラグ及びＰＭ除去フラグをオフにすると共に、第二積算時間Ｔ２をゼロにしてリセットする。ステップＳ４０６の後、本制御ルーチンは終了する。

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、触媒はフィルタに担持されていてもよい。具体的には、触媒は、フィルタの表面に塗布され、フィルタと一体であってもよい。また、触媒はＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）であってもよい。この場合も、フィルタを再生するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒において燃料の酸化反応が行われ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側端面に残留した燃料を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒にＰＭが付着する。また、燃料供給装置から供給される燃料は、バイオディーゼル燃料のような軽油以外の燃料であってもよい。

１内燃機関
３筒内燃料噴射弁
２７排気管
２８触媒
２９フィルタ
３５排気燃料噴射弁
８０電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims

内燃機関の排気通路に配置されると共に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも排気流れ方向上流側の前記排気通路に配置され又は前記フィルタに担持された触媒と、
前記触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
前記燃料供給装置による燃料の供給を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記燃料供給装置から前記触媒に燃料を供給することで前記フィルタに捕集された粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生処理を実行し、該フィルタ再生処理の実行後、前記燃料供給装置から前記触媒に液体状態の燃料を供給する、内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記触媒に流入する流入排気ガスの温度を検出又は推定し、前記フィルタ再生処理の実行後、検出又は推定した前記流入排気ガスの温度が燃料の最低沸点以下であるときに前記燃料供給装置から前記触媒に燃料を供給する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記燃料供給装置は、前記触媒よりも排気流れ方向上流側の前記排気通路に配置され、前記制御装置は、前記フィルタ再生処理の実行後、前記内燃機関がアイドリングストップ状態にあるときに、前記燃料供給装置から前記触媒に燃料を供給する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記触媒に流入する流入排気ガスの温度を検出又は推定し、前記フィルタ再生処理の終了後に検出又は推定した前記流入排気ガスの温度が基準温度以上である時間の合計が閾値以上に達した場合、前記燃料供給装置から前記触媒に液体状態の燃料を供給し、前記基準温度は前記触媒の活性温度以上の温度である、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記触媒に流入する流入排気ガスの温度を検出又は推定し、前記フィルタ再生処理の終了後に検出又は推定した前記流入排気ガスの温度が基準温度以上粒子状物質の燃焼温度未満である時間の合計が閾値以上に達した場合、前記燃料供給装置から前記触媒に液体状態の燃料を供給し、前記基準温度は前記触媒の活性温度以上の温度である、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記基準温度は前記触媒の活性温度である、請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記基準温度は、前記フィルタ再生処理の実行中に検出又は推定された前記流入排気ガスの温度である、請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。