JP6588359B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称する場合もある）を捕集するフィルタを設ける技術が知られている。このフィルタには、ＰＭの他に、内燃機関の潤滑オイル等に含まれる成分に由来する不燃性の物質（以下、「アッシュ」と称する場合もある）も捕集される。フィルタに堆積したＰＭは、該フィルタの温度を上昇させることで該ＰＭを酸化させる処理である所謂フィルタ再生処理を実行することで、該フィルタから除去することができる。しかしながら、フィルタに堆積したアッシュは、金属成分を含んでいるため、フィルタ再生処理を実行しても該フィルタから除去されない。そのため、フィルタに堆積したアッシュは継続的に残存する。そして、フィルタにアッシュが堆積していくことで、フィルタ再生処理時におけるフィルタに堆積したＰＭの酸化速度が低下する問題が知られている。   A technique is known in which an exhaust passage of an internal combustion engine is provided with a filter that collects particulate matter (hereinafter sometimes referred to as “PM”) in exhaust gas. In addition to PM, the filter also collects nonflammable substances (hereinafter sometimes referred to as “ash”) derived from components contained in the lubricating oil of the internal combustion engine. The PM deposited on the filter can be removed from the filter by executing a so-called filter regeneration process that is a process of oxidizing the PM by raising the temperature of the filter. However, since the ash deposited on the filter contains a metal component, it is not removed from the filter even if the filter regeneration process is executed. Therefore, the ash deposited on the filter remains continuously. Further, there is a known problem that the oxidization rate of PM deposited on the filter at the time of the filter regeneration process decreases due to the accumulation of ash on the filter.

また、フィルタには、フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するための酸化触媒が担持されることが知られている。そして、フィルタ再生処理において、フィルタに堆積したＰＭを効率良く酸化除去できる酸化触媒の開発が進められている（例えば、特許文献１から５参照。）。   It is also known that the filter carries an oxidation catalyst for oxidizing and removing PM deposited on the filter. In the filter regeneration process, an oxidation catalyst that can efficiently oxidize and remove PM deposited on the filter is being developed (see, for example, Patent Documents 1 to 5).

特許文献１には、凸状材を含有する触媒被膜をフィルタの表面に担持することにより、酸化触媒とフィルタに堆積したＰＭとの接触性を向上させる技術が開示されている。   Patent Document 1 discloses a technique for improving the contact property between an oxidation catalyst and PM deposited on a filter by supporting a catalyst film containing a convex material on the surface of the filter.

また、特許文献６には、フィルタを所定温度まで加熱しフィルタに堆積したアッシュを収縮させることによって、アッシュの堆積に起因するフィルタの圧力損失を低減させる技術が開示されている。   Patent Document 6 discloses a technique for reducing the pressure loss of the filter due to the accumulation of ash by heating the filter to a predetermined temperature and contracting the ash accumulated on the filter.

特開２０１４−０５０８０８号公報JP 2014-050808 A 特開２０１２−２００６７０号公報JP 2012-200670 A 特開２０１１−０３６７４２号公報JP 2011-036742 A 特開２００８−２８０９２９号公報JP 2008-280929 A 特開２００２−３７１８２３号公報JP 2002-371823 A 特開２０１５−０５２２９１号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-052291

従来から、フィルタに担持した酸化触媒とフィルタに堆積したＰＭとの接触性を向上させることを目的とした酸化触媒の開発が進められている。しかしながら、上記酸化触媒の開発は、フィルタに堆積したアッシュの影響を考慮したものではない。ここで、フィルタにアッシュが堆積していくと、前記酸化触媒と前記ＰＭとの接触性が低下し、フィルタ再生処理時における前記ＰＭの酸化速度が低下する。例えば、酸化触媒を含む多孔質の隔壁により複数の通路が画定されたウォールフロー型のパティキュレートフィルタにおいては、アッシュが該フィルタの隔壁に堆積していくため、前記酸化触媒とフィルタに堆積したＰＭとの接触性が低下する。このような課題に対しては、上記技術（特許文献１から５）は何らの解決手段を提供するものではない。また、フィルタに堆積したアッシュを収縮さ
せる場合には、フィルタ再生処理時のフィルタ温度よりも格段に高い温度までフィルタを加熱する必要がある。この場合、前記フィルタの加熱に多くのエネルギを消費するだけでなく、フィルタに堆積したアッシュは残存したままであり、上述した課題を解決することができない。 Conventionally, the development of an oxidation catalyst aimed at improving the contact between the oxidation catalyst carried on the filter and the PM deposited on the filter has been promoted. However, the development of the oxidation catalyst does not take into account the effect of ash accumulated on the filter. Here, as ash accumulates on the filter, the contact between the oxidation catalyst and the PM decreases, and the oxidation rate of the PM during the filter regeneration process decreases. For example, in a wall flow type particulate filter in which a plurality of passages are defined by porous partition walls containing an oxidation catalyst, ash is deposited on the partition walls of the filter. The contact with is reduced. For such problems, the above technologies (Patent Documents 1 to 5) do not provide any solution. Further, when the ash accumulated on the filter is contracted, it is necessary to heat the filter to a temperature much higher than the filter temperature during the filter regeneration process. In this case, not only much energy is consumed for heating the filter, but also the ash deposited on the filter remains, and the above-described problem cannot be solved.

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタの隔壁の表面に堆積したアッシュを好適に除去することによって、該フィルタに捕集されたＰＭの酸化除去を可及的に高い効率で実施することを目的とする。   The present invention suitably removes the ash deposited on the surface of the partition wall of the filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, thereby removing the PM collected by the filter with as high efficiency as possible. The purpose is to do.

上記課題を解決するために、本発明では、粒子状物質を捕集するフィルタが多孔質の隔壁を有し、該隔壁の表面に触媒層が担持される。そして、所定の条件で触媒層が有するバインダを融解させることによって、該触媒層に堆積したアッシュを、該フィルタの下流部へ運ぶ構成を採用した。   In order to solve the above problems, in the present invention, a filter for collecting particulate matter has porous partition walls, and a catalyst layer is supported on the surfaces of the partition walls. And the structure which conveys the ash deposited in this catalyst layer to the downstream part of this filter by fuse | melting the binder which a catalyst layer has on a predetermined condition was employ | adopted.

より詳細には、本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタであって、多孔質の隔壁を有し、該粒子状物質を酸化除去する針状の酸化触媒と、該隔壁に該酸化触媒を接着するとともに、該酸化触媒同士を接着するバインダと、を含む触媒層が該隔壁の表面に担持されたフィルタと、前記フィルタを昇温させる昇温手段と、を有する排気浄化装置であって、前記フィルタの前記触媒層におけるアッシュの推定堆積量を触媒層アッシュ堆積量としたとき、該触媒層アッシュ堆積量を推定するアッシュ堆積量推定手段と、前記アッシュ堆積量推定手段によって推定された前記触媒層アッシュ堆積量に基づいて、前記昇温手段を制御する制御手段と、を備え、前記バインダは、前記フィルタに捕集された粒子状物質が酸化除去される温度よりも高い温度で融解し、前記制御手段が、前記アッシュ堆積量推定手段によって推定された前記触媒層アッシュ堆積量が所定堆積量以上であり、且つ前記フィルタに流れ込む排気流量が所定流量以上であるときに、前記昇温手段を用いて前記フィルタの温度を前記バインダが融解する温度に制御する。   More specifically, an exhaust emission control device according to the present invention is a filter that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and collects particulate matter discharged from the internal combustion engine, and has a porous partition wall, A filter in which a catalyst layer comprising a needle-like oxidation catalyst for oxidizing and removing particulate matter and a binder for adhering the oxidation catalyst to the partition walls and bonding the oxidation catalysts to each other is supported on the surface of the partition walls; An exhaust gas purification device that raises the temperature of the filter, wherein the estimated ash deposition amount in the catalyst layer of the filter is defined as the catalyst layer ash deposition amount, Ash accumulation amount estimation means for estimating, and control means for controlling the temperature raising means based on the catalyst layer ash accumulation amount estimated by the ash accumulation amount estimation means, the binder comprising: The particulate matter collected by the filter melts at a temperature higher than the temperature at which the particulate matter is oxidized and removed, and the control means has the catalyst layer ash accumulation amount estimated by the ash accumulation amount estimation means greater than or equal to a predetermined accumulation amount. When the exhaust flow rate flowing into the filter is equal to or higher than a predetermined flow rate, the temperature of the filter is controlled to a temperature at which the binder melts using the temperature raising means.

本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられたフィルタの隔壁の表面に堆積したアッシュが好適に除去され、該フィルタに捕集されたＰＭの酸化除去を可及的に高い効率で実施することができる。   According to the present invention, the ash accumulated on the surface of the partition wall of the filter provided in the exhaust passage of the internal combustion engine is preferably removed, and the PM collected on the filter is removed with high efficiency as much as possible. can do.

本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the internal combustion engine which concerns on the Example of this invention, and its intake / exhaust system. 本発明の実施例に係るパティキュレートフィルタの概略構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows schematic structure of the particulate filter which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るパティキュレートフィルタの概略構成を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows schematic structure of the particulate filter which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る壁堆積の概念およびボトム堆積の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the wall deposition and the concept of bottom deposition which concern on the Example of this invention. 従来技術における、アッシュが壁堆積する場合の隔壁におけるアッシュの堆積状態の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the accumulation state of the ash in the partition in case the ash deposits on a wall in a prior art. 従来技術における、隔壁に堆積したアッシュが、隔壁に担持された酸化触媒と隔壁に堆積したＰＭとの接触性に与える影響について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the influence which the ash deposited on the partition in the prior art has on the contact property of the oxidation catalyst supported by the partition and PM deposited on the partition. 本発明の実施例に係る、隔壁の表面を膜コートするように形成される触媒層を示す図である。It is a figure which shows the catalyst layer formed so that the surface of a partition may be film-coated based on the Example of this invention. アッシュが触媒層に堆積する場合の、触媒層におけるアッシュの堆積状態の概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the accumulation state of the ash in a catalyst layer in case ash accumulates on a catalyst layer. 隔壁の表面に堆積したアッシュの堆積量と排気流量との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the accumulation amount of the ash deposited on the surface of a partition, and exhaust flow volume. 本発明の実施例に係る壁堆積の状態およびアッシュのボトム堆積化制御によってアッシュが運ばれる状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which ash is conveyed by the state of wall deposition and the bottom deposition control of ash which concern on the Example of this invention. 本発明の実施例に係るアッシュのボトム堆積化制御フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the bottom deposition control flow of the ash which concerns on the Example of this invention. 本発明の変形例に係る壁堆積の状態およびアッシュのボトム堆積化制御によってアッシュが運ばれる状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the ash is conveyed by the state of wall deposition which concerns on the modification of this invention, and bottom accumulation control of ash. 本発明の変形例に係るアッシュのボトム堆積化制御フローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the bottom deposition control flow of the ash which concerns on the modification of this invention.

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

＜実施例１＞
（概略構成）
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。 <Example 1>
(Outline configuration)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its intake / exhaust system according to the present embodiment. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) using light oil as fuel. However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine using gasoline or the like as fuel.

内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。なお、内燃機関１が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁３は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。   The internal combustion engine 1 includes a fuel injection valve 3 that injects fuel into the cylinder 2. When the internal combustion engine 1 is a spark ignition type internal combustion engine, the fuel injection valve 3 may be configured to inject fuel into the intake port.

内燃機関１は吸気通路４と接続されている。吸気通路４には、エアフローメータ４０およびスロットル弁４１が設けられている。エアフローメータ４０は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。スロットル弁４１は、吸気通路４におけるエアフローメータ４０よりも下流側に配置されている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。   The internal combustion engine 1 is connected to the intake passage 4. An air flow meter 40 and a throttle valve 41 are provided in the intake passage 4. The air flow meter 40 outputs an electrical signal corresponding to the amount (mass) of intake air (air) flowing through the intake passage 4. The throttle valve 41 is disposed downstream of the air flow meter 40 in the intake passage 4. The throttle valve 41 adjusts the intake air amount of the internal combustion engine 1 by changing the passage cross-sectional area in the intake passage 4.

内燃機関１は排気通路５と接続されている。排気通路５には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ５０（以下、単に「フィルタ５０」と称する。）が設けられている。このフィルタ５０は、ウォールフロータイプのフィルタであり、その基材は多孔質体を有し、さらに針状の酸化触媒とバインダとを含む触媒層５２０が該基材に担持されている（後述する図７を参照。）。そして、フィルタ５０を覆うようにしてマイクロ波発生装置５４が設けられている。ここで、このマイクロ波発生装置５４により発生されるマイクロ波の照射の作用により加熱される公知のマイクロ波吸収剤がフィルタ５０の基材に含まれている。または、フィルタ５０の基材がマイクロ波の照射の作用により加熱される公知の材料で形成されてもよいし、前記マイクロ波吸収剤が前記バインダに含まれているようにしてもよい。そして、フィルタ５０よりも上流側の排気通路５にフィルタ５０に流れ込む排気に燃料（未燃燃料）を供給する燃料供給弁５１が設けられている。   The internal combustion engine 1 is connected to the exhaust passage 5. The exhaust passage 5 is provided with a particulate filter 50 (hereinafter simply referred to as “filter 50”) that collects PM in the exhaust. This filter 50 is a wall flow type filter, and the base material has a porous body, and further, a catalyst layer 520 containing a needle-like oxidation catalyst and a binder is supported on the base material (described later). See FIG. A microwave generator 54 is provided so as to cover the filter 50. Here, the base material of the filter 50 includes a known microwave absorbent that is heated by the action of irradiation of the microwave generated by the microwave generator 54. Alternatively, the base material of the filter 50 may be formed of a known material that is heated by the action of microwave irradiation, or the microwave absorbent may be included in the binder. A fuel supply valve 51 that supplies fuel (unburned fuel) to the exhaust gas flowing into the filter 50 into the exhaust passage 5 upstream of the filter 50 is provided.

フィルタ５０よりも下流側の排気通路５には、フィルタ５０の下流側の排気通路５を流れる排気の温度を検出する温度センサ５２が設けられている。温度センサ５２は排気の温度に応じた電気信号を出力する。さらに、排気通路５には、差圧センサ５３が設けられている。差圧センサ５３は、フィルタ５０の上流と下流との間の排気圧力の差（以下、「フィルタ差圧」と称する場合もある。）に応じた電気信号を出力する。   A temperature sensor 52 that detects the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 5 downstream of the filter 50 is provided in the exhaust passage 5 downstream of the filter 50. The temperature sensor 52 outputs an electrical signal corresponding to the exhaust temperature. Further, a differential pressure sensor 53 is provided in the exhaust passage 5. The differential pressure sensor 53 outputs an electrical signal corresponding to the difference in exhaust pressure between the upstream and downstream of the filter 50 (hereinafter also referred to as “filter differential pressure”).

そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４０、温度センサ５２、および差圧センサ５３に加え、アクセルポジションセンサ７およびクランクポジションセンサ８等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ７は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、温度センサ５２の出力値に基づいてフィルタ５０の温度（以下、「フィルタ温度」と称する場合もある。）を推定する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、フィルタ５０に流入する排気の流量（以下、単に「排気流量」と称する場合もある。）を推定する。   The internal combustion engine 1 is also provided with an electronic control unit (ECU) 10. The ECU 10 is a unit that controls the operating state and the like of the internal combustion engine 1. In addition to the air flow meter 40, the temperature sensor 52, and the differential pressure sensor 53, various sensors such as an accelerator position sensor 7 and a crank position sensor 8 are electrically connected to the ECU 10. The accelerator position sensor 7 is a sensor that outputs an electrical signal correlated with an operation amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown). The crank position sensor 8 is a sensor that outputs an electrical signal correlated with the rotational position of the engine output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1. Then, the output signals of these sensors are input to the ECU 10. The ECU 10 estimates the temperature of the filter 50 (hereinafter sometimes referred to as “filter temperature”) based on the output value of the temperature sensor 52. Further, the ECU 10 estimates the flow rate of exhaust gas flowing into the filter 50 (hereinafter sometimes simply referred to as “exhaust flow rate”) based on the output value of the air flow meter 40.

また、ＥＣＵ１０には、上記の燃料噴射弁３、スロットル弁４１、燃料供給弁５１、およびマイクロ波発生装置５４等の各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、上記のような各センサの出力信号に基づいて、上記の各種機器を制御する。   The ECU 10 is electrically connected to various devices such as the fuel injection valve 3, the throttle valve 41, the fuel supply valve 51, and the microwave generator 54. The ECU 10 controls the various devices described above based on the output signals of the sensors as described above.

上記の通り構成される内燃機関１の排気浄化装置では、概略的には、排気に含まれるＰＭはフィルタ５０によって捕集され、外部への放出が抑制される。その他、図示されない排気浄化用の触媒（ＮＯｘ浄化用の触媒等）が設けられてもよい。ここで、上述したように、フィルタ５０の基材上には酸化能を有する針状の酸化触媒とバインダとを含む触媒層５２０が担持されている。ここで、針状の酸化触媒とは、針状の構造を有する触媒物質のことであり、フィルタ５０の基材が有する細孔に該触媒物質が入り込まずに、該基材の表面に該触媒物質を含む触媒層を形成することができるような触媒物質のことをいう（後述する図７を参照。）。そして、この針状の酸化触媒の酸化能により、排気中の未燃燃料やＮＯを酸化させることが可能となる。なお、ＮＯが酸化されＮＯ_２となると、ＮＯ_２自身の酸化能により、フィルタ５０に堆積したＰＭの酸化除去を促進させることが可能となる。また、バインダの材料としては、フィルタ５０の基材に針状の酸化触媒を接着するとともに、針状の酸化触媒同士を接着するのに適した公知の材料を採用することができる。ただし、本実施例では、後述するアッシュのボトム堆積化制御によってバインダを融解させるので、該バインダは、フィルタ５０に捕集された粒子状物質が酸化除去される温度では融解せず、アッシュのボトム堆積化制御により設定されるフィルタ５０の目標温度で融解するものでなければならない。なお、前記目標温度は、フィルタ５０に捕集された粒子状物質が酸化除去される温度よりも高い温度に設定される。 In the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine 1 configured as described above, roughly, PM contained in the exhaust gas is collected by the filter 50, and release to the outside is suppressed. In addition, an exhaust purification catalyst (such as a NOx purification catalyst) (not shown) may be provided. Here, as described above, the catalyst layer 520 including the acicular oxidation catalyst having the oxidizing ability and the binder is supported on the base material of the filter 50. Here, the acicular oxidation catalyst is a catalyst material having a needle-like structure, and the catalyst material does not enter the pores of the base material of the filter 50, and the catalyst is formed on the surface of the base material. This refers to a catalyst substance that can form a catalyst layer containing the substance (see FIG. 7 described later). And it becomes possible to oxidize unburned fuel and NO in exhaust gas by the oxidation ability of this acicular oxidation catalyst. When NO is oxidized to NO ₂ , oxidation removal of PM deposited on the filter 50 can be promoted by the oxidizing ability of NO ₂ itself. As the binder material, a known material suitable for adhering the acicular oxidation catalyst to the base material of the filter 50 and adhering the acicular oxidation catalysts to each other can be adopted. However, in this embodiment, the binder is melted by ash bottom deposition control, which will be described later. Therefore, the binder does not melt at the temperature at which the particulate matter collected on the filter 50 is oxidized and removed, and the bottom of the ash It must melt at the target temperature of the filter 50 set by the deposition control. The target temperature is set to a temperature higher than the temperature at which the particulate matter collected by the filter 50 is removed by oxidation.

ここで、フィルタ５０に堆積したＰＭは、フィルタ５０での限界堆積量まで堆積すると排気通路５における背圧が上昇するため、フィルタ５０の昇温により酸化除去される。当該酸化除去のための処理を、本明細書では、「フィルタ再生処理」と称する。例えば、フィルタ再生処理では、燃料供給弁５１から所定量の燃料が排気中に供給されて、フィルタ５０に担持されている酸化触媒で酸化されることで、フィルタ５０が昇温され、それによりフィルタ５０に堆積しているＰＭの酸化除去が行われる。   Here, the PM deposited on the filter 50 is oxidized and removed by increasing the temperature of the filter 50 because the back pressure in the exhaust passage 5 increases when the PM is deposited up to the limit accumulation amount in the filter 50. In the present specification, the process for removing the oxidation is referred to as “filter regeneration process”. For example, in the filter regeneration process, a predetermined amount of fuel is supplied into the exhaust gas from the fuel supply valve 51 and is oxidized by the oxidation catalyst carried on the filter 50, whereby the temperature of the filter 50 is increased, and thereby the filter The PM deposited on 50 is removed by oxidation.

次に、本実施例におけるフィルタ５０の構成について図２、３に基づいて説明する。図２は本実施例に係るフィルタ５０の概略構成を示す縦断面図であり、図３は本実施例に係るフィルタ５０の概略構成を示す横断面図である。フィルタ５０は、略筒状のケース５００内に円柱状の基材５１０を内装している。前記基材５１０には、軸方向（排気の流れ方向）に延在する複数の通路５１１、５１２が形成されるとともに、それら複数の通路５１１、５１２がハニカム状に配置されている。言い換えると、前記基材５１０は、ハニカム状に配置される複数の通路５１１、５１２を画定するように形成されている。なお、図２
、３に示す通路５１１、５１２の本数は一例に過ぎず、それら通路５１１、５１２の本数は車両や内燃機関の諸元に応じて適宜決定されればよい。 Next, the configuration of the filter 50 in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the filter 50 according to the present embodiment, and FIG. 3 is a transverse sectional view showing a schematic configuration of the filter 50 according to the present embodiment. The filter 50 includes a cylindrical base 510 in a substantially cylindrical case 500. A plurality of passages 511 and 512 extending in the axial direction (exhaust flow direction) are formed in the base material 510, and the plurality of passages 511 and 512 are arranged in a honeycomb shape. In other words, the base material 510 is formed so as to define a plurality of passages 511 and 512 arranged in a honeycomb shape. Note that FIG.
3 is merely an example, and the number of the passages 511 and 512 may be appropriately determined according to the specifications of the vehicle and the internal combustion engine.

複数の通路５１１、５１２のうち、一部の通路５１１は、排気の流れ方向における上流側端部が栓体５１３により閉塞されている。複数の通路５１１、５１２のうち、残りの通路５１２は、排気の流れ方向における下流側端部が栓体５１４により閉塞されている。なお、通路５１１と通路５１２は、交互に配置されている。以下では、通路５１１を第１通路５１１と称し、通路５１２を第２通路５１２と称する。   Among the plurality of passages 511 and 512, a part of the passages 511 is closed at its upstream end in the exhaust flow direction by a plug 513. Of the plurality of passages 511 and 512, the remaining passage 512 is closed at the downstream end in the exhaust flow direction by a plug 514. The passages 511 and 512 are arranged alternately. Hereinafter, the passage 511 is referred to as a first passage 511, and the passage 512 is referred to as a second passage 512.

前記基材５１０において、第１通路５１１と第２通路５１２の間に位置する隔壁５１５は、多孔質体により形成されている。なお、前記基材５１０のうちの隔壁５１５のみが多孔質体により形成されてもよく、栓体５１３、５１４を含む基材５１０の全体が多孔質体により形成されていてもよい。ここでいう多孔質体の材料としては、排気中のＰＭを捕集するのに適した公知の材料を採用することができる。ただし、基材５１０がマイクロ波の照射の作用により加熱される材料で形成される場合は、前記多孔質体の材料としては、排気中のＰＭを捕集するのに適し、且つマイクロ波の照射の作用により加熱される公知の材料が採用される。   In the base material 510, the partition wall 515 located between the first passage 511 and the second passage 512 is formed of a porous body. Note that only the partition wall 515 of the base material 510 may be formed of a porous body, or the entire base material 510 including the plug bodies 513 and 514 may be formed of a porous body. As the material for the porous body here, a known material suitable for collecting PM in the exhaust gas can be employed. However, when the substrate 510 is formed of a material that is heated by the action of microwave irradiation, the porous material is suitable for collecting PM in the exhaust gas and is irradiated with microwaves. A known material that is heated by the action of is used.

（アッシュのボトム堆積化制御）
上述したように、フィルタ５０には、ＰＭの他に内燃機関の潤滑オイル等に含まれる成分に由来するアッシュも捕集される。本実施例に係る排気浄化装置では、フィルタ５０における隔壁５１５の表面に担持された触媒層５２０に堆積しているアッシュの堆積量（以下、「触媒層アッシュ堆積量」と称する場合もある。）を推定する。そして、触媒層アッシュ堆積量に基づいて、マイクロ波発生装置５４により発生されるマイクロ波照射の作用によってフィルタ５０を昇温させ、隔壁５１５の表面に担持された触媒層５２０に堆積しているアッシュをフィルタ５０の下流部である、第２通路５１２における栓体５１４が設けられている側へ運ぶ。ここで、隔壁５１５の表面に担持された触媒層５２０は、ＰＭを酸化除去する針状の酸化触媒とバインダとを含み、該バインダは隔壁５１５に針状の酸化触媒を接着するとともに、針状の酸化触媒同士を接着している。そして、バインダが融解する温度までフィルタ５０を昇温させることによって該バインダが融解し、排気の流れによって触媒層５２０が隔壁５１５の表面から剥離する。その結果、隔壁５１５の表面に担持された触媒層５２０に堆積しているアッシュが該触媒層５２０とともに排気の流れによって、フィルタ５０の下流部である、第２通路５１２における栓体５１４が設けられている側へ運ばれる。本実施例においては、バインダを融解させるために、触媒層アッシュ堆積量に基づいて、マイクロ波発生装置５４を制御することを「アッシュのボトム堆積化制御」と称する。 (Control of bottom accumulation of ash)
As described above, the filter 50 collects ash derived from components contained in the lubricating oil of the internal combustion engine in addition to PM. In the exhaust emission control device according to the present embodiment, the amount of ash deposited on the catalyst layer 520 carried on the surface of the partition wall 515 in the filter 50 (hereinafter also referred to as “catalyst layer ash deposition amount”). Is estimated. Then, the filter 50 is heated by the action of microwave irradiation generated by the microwave generator 54 based on the catalyst layer ash deposition amount, and the ash deposited on the catalyst layer 520 carried on the surface of the partition wall 515. To the side where the plug body 514 is provided in the second passage 512, which is the downstream portion of the filter 50. Here, the catalyst layer 520 carried on the surface of the partition wall 515 includes a needle-like oxidation catalyst for oxidizing and removing PM and a binder. The binder adheres the needle-like oxidation catalyst to the partition wall 515 and has a needle-like shape. The oxidation catalysts are bonded together. The binder 50 is melted by raising the temperature of the filter 50 to a temperature at which the binder melts, and the catalyst layer 520 is separated from the surface of the partition wall 515 by the flow of exhaust. As a result, the ash deposited on the catalyst layer 520 carried on the surface of the partition wall 515 is provided with a plug 514 in the second passage 512, which is the downstream portion of the filter 50, by the flow of exhaust gas together with the catalyst layer 520. To the side. In the present embodiment, controlling the microwave generator 54 based on the catalyst layer ash deposition amount in order to melt the binder is referred to as “ash bottom deposition control”.

ここで、本実施例に係るフィルタ５０のようなウォールフロータイプのフィルタでは、一般的に、アッシュは隔壁および栓体に堆積する。そして、本実施例においては、アッシュがフィルタ５０の隔壁５１５に堆積することを「壁堆積」と称し、アッシュがフィルタ５０の下流部である、第２通路５１２における栓体５１４が設けられている側に堆積することを「ボトム堆積」と称する。図４（ａ）に壁堆積の概念を、図４（ｂ）にボトム堆積の概念を示す。内燃機関１の運転時には、排気はフィルタ５０の隔壁５１５を通過して、フィルタ上流側から下流側へ流れる。このとき、一般的に、アッシュは、フィルタ上流側である隔壁５１５における上流部の側に堆積し易い傾向がある。つまり、アッシュは、フィルタ５０において、壁堆積し易くボトム堆積し難いという傾向を有することになる。   Here, in the wall flow type filter such as the filter 50 according to the present embodiment, ash is generally deposited on the partition wall and the plug body. In this embodiment, the accumulation of ash on the partition wall 515 of the filter 50 is referred to as “wall deposition”, and the plug body 514 in the second passage 512, which is the downstream portion of the filter 50, is provided. The deposition on the side is called “bottom deposition”. FIG. 4 (a) shows the concept of wall deposition, and FIG. 4 (b) shows the concept of bottom deposition. When the internal combustion engine 1 is in operation, the exhaust gas passes through the partition wall 515 of the filter 50 and flows from the upstream side of the filter to the downstream side. At this time, generally, ash tends to be easily deposited on the upstream side of the partition wall 515 which is upstream of the filter. In other words, the ash tends to deposit on the wall easily and not on the bottom in the filter 50.

また、従来技術における、アッシュが壁堆積する場合の隔壁におけるアッシュの堆積状態の概念を図５に示す。図５に示すように、一般的に、アッシュは隔壁の壁面および壁内に堆積する。このとき、アッシュは、隔壁の壁面から壁内にかけてアッシュ同士が相互に
結合しながら堆積していき、さらに、所謂アンカー効果によりアッシュは隔壁と強固に結合する。このように隔壁と強固に結合したアッシュを、排気の流れによってフィルタの下流部に運ぶことは、一般的に困難である。 Further, FIG. 5 shows a concept of the ash accumulation state in the partition wall in the case where the ash is deposited on the wall in the prior art. As shown in FIG. 5, in general, ash is deposited on the wall surfaces and walls of the partition walls. At this time, the ash accumulates while the ash is bonded to each other from the wall surface to the inside of the partition wall, and the ash is firmly bonded to the partition wall by a so-called anchor effect. In general, it is difficult to transport the ash firmly bonded to the partition wall to the downstream portion of the filter by the flow of exhaust gas.

また、従来技術では、フィルタの隔壁にアッシュが堆積していくことで、フィルタの基材に担持された酸化触媒とフィルタに堆積したＰＭとの接触性が低下し、フィルタ再生処理時におけるフィルタに堆積したＰＭの酸化速度が低下する。図６は、従来技術における、隔壁に堆積したアッシュが、該隔壁に担持された酸化触媒と該隔壁に堆積したＰＭとの接触性に与える影響について説明するための図である。上述したように、フィルタに堆積したアッシュは、フィルタ再生処理を実行しても該フィルタから除去されないため、フィルタに堆積したアッシュは継続的に残存する。その結果、図６に示すように、隔壁に担持された酸化触媒はアッシュによって覆われて、酸化触媒を覆ったアッシュの表面にＰＭが堆積していくことになるので、該酸化触媒と該ＰＭとの接触性が低下する。   Further, in the prior art, as the ash accumulates on the partition walls of the filter, the contact property between the oxidation catalyst supported on the filter base material and the PM deposited on the filter is reduced, and the filter is subjected to the filter regeneration process. The oxidation rate of the deposited PM decreases. FIG. 6 is a diagram for explaining the influence of the ash deposited on the partition walls on the contact between the oxidation catalyst supported on the partition walls and the PM deposited on the partition walls in the prior art. As described above, the ash deposited on the filter remains continuously because the ash deposited on the filter is not removed from the filter even when the filter regeneration process is performed. As a result, as shown in FIG. 6, the oxidation catalyst supported on the partition walls is covered with ash, and PM accumulates on the surface of the ash that covers the oxidation catalyst. Therefore, the oxidation catalyst and the PM The contact with is reduced.

本実施例に係る排気浄化装置では、アッシュのボトム堆積化制御を行うことによって、上述した従来技術の課題を解決する。すなわち、本実施例に係る排気浄化装置では、フィルタ５０における隔壁５１５の表面に堆積したアッシュを好適に除去し、以て、該フィルタ５０に捕集されたＰＭの酸化除去を可及的に高い効率で実施することが可能となる。以下に、アッシュのボトム堆積化制御によって、フィルタ５０における隔壁５１５の表面に堆積したアッシュを除去する手法について説明する。   In the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, the above-described problems of the prior art are solved by performing ash bottom deposition control. That is, in the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, the ash deposited on the surface of the partition wall 515 in the filter 50 is suitably removed, and thus the PM removed by the filter 50 can be removed by oxidation as much as possible. It becomes possible to carry out with efficiency. Hereinafter, a method for removing the ash deposited on the surface of the partition wall 515 in the filter 50 by the bottom deposition control of the ash will be described.

上述したように、フィルタ５０の隔壁５１５の表面には酸化能を有する針状の酸化触媒とバインダとを含む触媒層５２０が担持される。この触媒層５２０は、図７に示すように隔壁５１５の表面を膜コートするように形成される。さらに、触媒層５２０の表面から内部にかけてアッシュ同士が相互に結合しながら堆積していくことができる厚みを有するように触媒層５２０が形成される。ここで、バインダは、隔壁５１５に針状の酸化触媒を接着するとともに、針状の酸化触媒同士を接着している。さらに、この触媒層５２０は、ＰＭが隔壁５１５の壁内に堆積しない程度の大きさの細孔を有し、例えば、この細孔径は１０μｍ以下に設定される。すなわち、一般的にウォールフロータイプのフィルタによって捕集される程度の大きさを持つＰＭは、触媒層５２０によって捕集されることになる。ただし、本実施例においては、周知の技術を用いて、隔壁５１５の壁内に酸化触媒が担持されてもよい。そして、触媒層５２０には、ＰＭが堆積するだけでなく、アッシュも堆積することになる。ここで、アッシュが触媒層５２０に堆積する場合の該触媒層５２０におけるアッシュの堆積状態の概念を図８に示す。図８に示すように、アッシュは、触媒層５２０の表面から内部にかけてアッシュ同士が相互に結合しながら堆積していき、このとき、所謂アンカー効果によりアッシュは触媒層５２０と強固に結合する。すなわち、アッシュは触媒層５２０と結合し易く、隔壁５１５とは結合し難いことになる。   As described above, the catalyst layer 520 including the acicular oxidation catalyst having the oxidizing ability and the binder is supported on the surface of the partition wall 515 of the filter 50. The catalyst layer 520 is formed so as to coat the surface of the partition wall 515 as shown in FIG. Further, the catalyst layer 520 is formed so as to have a thickness that allows the ash to be deposited while being bonded to each other from the surface to the inside of the catalyst layer 520. Here, the binder adheres the acicular oxidation catalyst to the partition wall 515 and also adheres the acicular oxidation catalysts to each other. Further, the catalyst layer 520 has pores having such a size that PM is not deposited in the walls of the partition walls 515. For example, the pore diameter is set to 10 μm or less. That is, PM having a size that is generally collected by a wall flow type filter is collected by the catalyst layer 520. However, in this embodiment, an oxidation catalyst may be supported in the wall of the partition wall 515 using a known technique. Then, not only PM but also ash is deposited on the catalyst layer 520. Here, FIG. 8 shows the concept of the ash deposition state in the catalyst layer 520 when the ash is deposited on the catalyst layer 520. As shown in FIG. 8, the ash is deposited from the surface to the inside of the catalyst layer 520 while the ash is bonded to each other. At this time, the ash is firmly bonded to the catalyst layer 520 by a so-called anchor effect. That is, the ash is easily bonded to the catalyst layer 520 and is not easily bonded to the partition wall 515.

そして、本実施例では、ＥＣＵ１０によって、触媒層アッシュ堆積量が推定される。この触媒層アッシュ堆積量は、フィルタ差圧に基づいて推定される。上述したように、フィルタ５０に堆積したアッシュは、フィルタ再生処理が実行されても該フィルタ５０から除去されない。そのため、フィルタ再生処理の実行終了直後の時期においては、フィルタ５０には、ほぼアッシュのみが堆積している状態となる。そのため、この時のフィルタ差圧は、触媒層アッシュ堆積量との相関が高い。そこで、フィルタ再生処理の実行終了直後のフィルタ差圧に基づいて、触媒層アッシュ堆積量を推定することができる。また、触媒層アッシュ堆積量は、上記の手法とは別の手法によって推定することもできる。例えば、内燃機関１でのオイル消費量に基づいて推定してもよいし、内燃機関１を搭載した車両の走行距離に基づいて推定してもよい。なお、本実施例においては、触媒層アッシュ堆積量をフィルタ差圧に基づいて推定するＥＣＵ１０が、本発明におけるアッシュ堆積量推定手段に相当する。   In this embodiment, the ECU 10 estimates the catalyst layer ash deposition amount. The catalyst layer ash deposition amount is estimated based on the filter differential pressure. As described above, the ash deposited on the filter 50 is not removed from the filter 50 even when the filter regeneration process is executed. Therefore, at the time immediately after the end of the execution of the filter regeneration process, almost only ash is accumulated on the filter 50. Therefore, the filter differential pressure at this time has a high correlation with the catalyst layer ash deposition amount. Therefore, the catalyst layer ash deposition amount can be estimated based on the filter differential pressure immediately after the completion of the filter regeneration process. The catalyst layer ash deposition amount can also be estimated by a method different from the above method. For example, it may be estimated based on the oil consumption amount in the internal combustion engine 1 or may be estimated based on the travel distance of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted. In this embodiment, the ECU 10 that estimates the catalyst layer ash deposition amount based on the filter differential pressure corresponds to the ash deposition amount estimation means in the present invention.

上述したように、フィルタ５０の隔壁５１５の表面（すなわち、触媒層５２０）にアッシュが堆積していくと、酸化触媒とフィルタ５０に堆積したＰＭとの接触性が低下し、フィルタ再生処理時におけるフィルタ５０に堆積したＰＭの酸化速度が低下する。このような、フィルタ５０に堆積したＰＭの酸化速度の低下を抑制するために、触媒層アッシュ堆積量が所定堆積量以上となったとき、アッシュのボトム堆積化制御が実行される。ここで、前記所定堆積量は、フィルタ再生処理において許容範囲内のフィルタ５０に堆積したＰＭの酸化速度が得られる値として実験等に基づき予め定められた値であり、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。   As described above, when ash is deposited on the surface of the partition wall 515 of the filter 50 (that is, the catalyst layer 520), the contact between the oxidation catalyst and the PM deposited on the filter 50 is reduced, and the filter regeneration process is performed. The oxidation rate of PM deposited on the filter 50 decreases. In order to suppress such a decrease in the oxidation rate of PM deposited on the filter 50, ash bottom deposition control is executed when the catalyst layer ash deposition amount exceeds a predetermined deposition amount. Here, the predetermined accumulation amount is a value determined in advance based on experiments or the like as a value for obtaining the oxidation rate of PM deposited on the filter 50 within the allowable range in the filter regeneration process, and is stored in the ROM of the ECU 10. Yes.

本実施例に係る排気浄化装置では、アッシュのボトム堆積化制御によって、触媒層５２０に含まれるバインダが融解するので、隔壁５１５に直接堆積したアッシュを剥離させるよりも少ない排気流量で、触媒層５２０を剥離させることができる。図９に、隔壁５１５の表面に堆積したアッシュの堆積量と排気流量との関係の概念を示す。図９に示すように、アッシュが隔壁５１５に直接堆積している場合、アッシュが触媒層５２０に堆積している場合、のいずれの場合においても、排気流量がそれぞれの場合における所定の閾値を超えるとアッシュ堆積量が減少する。これは、排気の流れによってアッシュがフィルタ５０の下流部へ運ばれていることを示している。そして、アッシュが触媒層５２０に堆積している場合は、アッシュが隔壁５１５に直接堆積している場合よりも少ない排気流量でアッシュ堆積量が減少する。また、本実施例における、壁堆積の状態を図１０（ａ）に、アッシュのボトム堆積化制御を行いアッシュと触媒層５２０とが、排気の流れによってフィルタ５０の下流部へ運ばれている状態を図１０（ｂ）に示す。図１０（ａ）に示すように、本実施例における壁堆積ではアッシュおよびＰＭは触媒層５２０に堆積する。そして、アッシュのボトム堆積化制御を行うと、バインダが融解し排気の流れによって触媒層５２０が隔壁５１５の表面から剥離し、図１０（ｂ）に示すように、触媒層５２０はアッシュとＰＭとを捕集したまま第２通路５１２における栓体５１４が設けられている側へ運ばれる。このことにより、アッシュをボトム堆積させることが可能となる。なお、本実施例におけるバインダの融点は、例えば７００℃である。また、図１０に示すように触媒層５２０が１つの層により構成される場合は、周知の技術を用いて、隔壁５１５の壁内に酸化触媒が担持される。このことにより、アッシュのボトム堆積化制御を行った後に隔壁５１５の壁内に堆積するＰＭを、好適に酸化除去することが可能となる。   In the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, the binder contained in the catalyst layer 520 is melted by the bottom accumulation control of the ash. Therefore, the catalyst layer 520 is less exhausted than the ash directly deposited on the partition wall 515 is peeled off. Can be peeled off. FIG. 9 shows the concept of the relationship between the amount of ash deposited on the surface of the partition wall 515 and the exhaust flow rate. As shown in FIG. 9, in either case where ash is directly deposited on the partition walls 515 or ash is deposited on the catalyst layer 520, the exhaust gas flow rate exceeds a predetermined threshold value in each case. And the amount of ash deposition decreases. This indicates that the ash is carried to the downstream portion of the filter 50 by the flow of the exhaust gas. When the ash is deposited on the catalyst layer 520, the ash deposition amount is reduced with a smaller exhaust flow rate than when the ash is deposited directly on the partition wall 515. Further, the wall deposition state in this embodiment is shown in FIG. 10A, and the ash bottom deposition control is performed, and the ash and the catalyst layer 520 are carried to the downstream portion of the filter 50 by the flow of exhaust gas. Is shown in FIG. As shown in FIG. 10A, ash and PM are deposited on the catalyst layer 520 in the wall deposition in this embodiment. Then, when the bottom accumulation control of ash is performed, the binder is melted and the catalyst layer 520 is peeled off from the surface of the partition wall 515 by the flow of exhaust, and as shown in FIG. The second passage 512 is transported to the side where the plug 514 is provided. This makes it possible to deposit ash at the bottom. Note that the melting point of the binder in this embodiment is 700 ° C., for example. Further, when the catalyst layer 520 is composed of one layer as shown in FIG. 10, an oxidation catalyst is supported in the walls of the partition walls 515 using a known technique. This makes it possible to suitably oxidize and remove PM deposited in the walls of the partition walls 515 after performing ash bottom deposition control.

また、本実施例においては、マイクロ波発生装置５４により発生されるマイクロ波をフィルタ５０に照射することによって、フィルタ５０を昇温させることができる。このとき、上述したようにマイクロ波吸収剤がバインダに含まれているようにしてもよく、この場合、該マイクロ波吸収剤がマイクロ波によって好適に加熱されることによって、該バインダが好適に融解し得る。また、フィルタ５０は、通電されることで発熱する発熱体によって触媒が加熱される電気加熱式触媒（Electrically Heated Catalyst：以下、ＥＨＣと称する場合もある）であってもよく、この場合、該発熱体によってバインダが加熱される。また、内燃機関１の排気温度を上昇させることによって、バインダを加熱してもよい。なお、本実施例においては、マイクロ波発生装置５４が、本発明における昇温手段に相当する。そして、触媒層アッシュ堆積量に基づいてマイクロ波発生装置５４を制御するＥＣＵ１０が、本発明における制御手段に相当する。   In the present embodiment, the temperature of the filter 50 can be raised by irradiating the filter 50 with the microwave generated by the microwave generator 54. At this time, as described above, the microwave absorbent may be included in the binder. In this case, the binder is suitably melted by suitably heating the microwave absorbent by the microwave. Can do. The filter 50 may be an electrically heated catalyst (hereinafter also referred to as EHC) in which the catalyst is heated by a heating element that generates heat when energized. In this case, the heat generation The body heats the binder. Further, the binder may be heated by raising the exhaust temperature of the internal combustion engine 1. In the present embodiment, the microwave generator 54 corresponds to the temperature raising means in the present invention. And ECU10 which controls the microwave generator 54 based on the catalyst layer ash deposition amount is equivalent to the control means in this invention.

（アッシュのボトム堆積化制御フロー）
本実施例に係る排気浄化装置における、アッシュのボトム堆積化制御フローについて図１１に基づいて説明する。図１１は、本実施例に係る排気浄化装置における、アッシュのボトム堆積化制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。また、排気浄化装置のフィルタ再生処理フローが、本フローとは異なるフローにしたがってＥＣＵ１
０によって、内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し行われている。このフィルタ再生処理フローでは、フィルタ再生処理完了後に触媒層アッシュ堆積量Ｄａが算出される。なお、上述したように、触媒層アッシュ堆積量Ｄａはフィルタ差圧Ｐｆに基づいて推定される。ＥＣＵ１０のＲＯＭには、触媒層アッシュ堆積量Ｄａとフィルタ差圧Ｐｆとの相関がマップまたは関数として予め記憶されており、このマップまたは関数を用いて触媒層アッシュ堆積量Ｄａが算出される。また、触媒層アッシュ堆積量Ｄａは上記の手法とは別の手法によって算出されてもよい。そして、現在の触媒層アッシュ堆積量ＤａがＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶される。 (Ash bottom deposition control flow)
An ash bottom deposition control flow in the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart showing an ash bottom deposition control flow in the exhaust emission control system according to this embodiment. In this embodiment, this flow is repeatedly executed by the ECU 10 at a predetermined calculation cycle while the internal combustion engine 1 is operating. In addition, the filter regeneration process flow of the exhaust purification device is different from the present flow according to the ECU 1.
0 is repeatedly performed at a predetermined calculation cycle during the operation of the internal combustion engine 1. In this filter regeneration process flow, the catalyst layer ash deposition amount Da is calculated after the filter regeneration process is completed. As described above, the catalyst layer ash deposition amount Da is estimated based on the filter differential pressure Pf. In the ROM of the ECU 10, the correlation between the catalyst layer ash deposition amount Da and the filter differential pressure Pf is stored in advance as a map or function, and the catalyst layer ash deposition amount Da is calculated using this map or function. Further, the catalyst layer ash deposition amount Da may be calculated by a method different from the above method. Then, the current catalyst layer ash deposition amount Da is stored in the ROM of the ECU 10.

図１１に示すフローでは、先ず、Ｓ１０１において、触媒層アッシュ堆積量Ｄａの読込みが行われる。なお、上述したように、ＥＣＵ１０のＲＯＭには、触媒層アッシュ堆積量Ｄａが記憶されている。そして、Ｓ１０２において、排気流量Ｇｅが算出される。上述したように、エアフローメータ４０の出力値に基づいて、排気流量Ｇｅが算出される。   In the flow shown in FIG. 11, first, the catalyst layer ash deposition amount Da is read in S101. As described above, the catalyst layer ash accumulation amount Da is stored in the ROM of the ECU 10. In S102, the exhaust gas flow rate Ge is calculated. As described above, the exhaust gas flow rate Ge is calculated based on the output value of the air flow meter 40.

次に、Ｓ１０３において、触媒層アッシュ堆積量Ｄａが判定閾値Ｄａｔｈ以上であり、且つ排気流量Ｇｅが判定閾値Ｇｅｔｈ以上であるか否かが判別される。この判定閾値Ｄａｔｈは、フィルタ再生処理において許容範囲内のフィルタ５０に堆積したＰＭの酸化速度が得られる値として実験等に基づき予め定められた値であり、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。また、判定閾値Ｇｅｔｈは、アッシュのボトム堆積化制御によって、触媒層５２０に含まれるバインダが融解した後に、触媒層５２０を隔壁５１５から剥離させることができる排気流量の値として実験等に基づき予め定められた値であり、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。Ｓ１０３において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０４の処理へ進み、Ｓ１０３において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。   Next, in S103, it is determined whether or not the catalyst layer ash deposition amount Da is not less than the determination threshold value Dath and the exhaust gas flow rate Ge is not less than the determination threshold value Geth. This determination threshold value Path is a value determined in advance based on experiments or the like as a value for obtaining the oxidation rate of PM deposited on the filter 50 within the allowable range in the filter regeneration process, and is stored in the ROM of the ECU 10. Further, the determination threshold value Geth is determined in advance based on an experiment or the like as an exhaust flow rate value by which the catalyst layer 520 can be peeled off from the partition wall 515 after the binder contained in the catalyst layer 520 is melted by ash bottom deposition control. This value is stored in the ROM of the ECU 10. If an affirmative determination is made in S103, the ECU 10 proceeds to the process of S104. If a negative determination is made in S103, the execution of this flow is terminated.

Ｓ１０３において肯定判定された場合、次に、Ｓ１０４において、目標フィルタ温度Ｔｆが設定される。目標フィルタ温度Ｔｆは、バインダを溶解させることができる温度であり、触媒層５２０に含まれるバインダに応じて設定される。そして、Ｓ１０５において、フィルタ昇温が実行され、フィルタ温度が目標フィルタ温度Ｔｆに制御される。   If an affirmative determination is made in S103, then the target filter temperature Tf is set in S104. The target filter temperature Tf is a temperature at which the binder can be dissolved, and is set according to the binder included in the catalyst layer 520. In step S105, the temperature of the filter is increased, and the filter temperature is controlled to the target filter temperature Tf.

次に、Ｓ１０６において、フィルタ差圧Ｐｆが判定閾値Ｐｆｔｈより小さいか否かが判別される。Ｓ１０６において肯定判定された場合、つまり、隔壁５１５の表面に堆積したアッシュが十分に除去され、フィルタ差圧Ｐｆが許容範囲内である場合には、ＥＣＵ１０はＳ１０７の処理へ進み、Ｓ１０７において、フィルタ昇温が終了される。一方、Ｓ１０６において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５の処理へ進む。ここで、Ｓ１０６において肯定判定されない場合、Ｓ１０５においてフィルタ昇温が延々実行され、内燃機関１を搭載する車両の燃費の悪化や、フィルタ５０の劣化といった問題を引き起こし得る。したがって、本フローとは別のフローによっても、フィルタ昇温を継続するか否かの判断が行われてもよい。そして、Ｓ１０７の処理の後、本フローの実行が終了される。   Next, in S106, it is determined whether or not the filter differential pressure Pf is smaller than a determination threshold value Pfth. If an affirmative determination is made in S106, that is, if the ash deposited on the surface of the partition wall 515 is sufficiently removed and the filter differential pressure Pf is within the allowable range, the ECU 10 proceeds to the process of S107, and in S107, the filter The temperature rise is finished. On the other hand, if a negative determination is made in S106, the ECU 10 proceeds to the process of S105. Here, when an affirmative determination is not made in S106, the temperature rise of the filter is continuously executed in S105, which may cause problems such as deterioration of fuel consumption of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted and deterioration of the filter 50. Therefore, it may be determined whether or not to continue the temperature increase of the filter by a flow different from this flow. Then, after the process of S107, the execution of this flow is terminated.

本実施例によれば、アッシュのボトム堆積化制御を行うことによって、フィルタ５０における隔壁５１５の表面に堆積したアッシュを好適に除去し、以て、該フィルタ５０に捕集されたＰＭの酸化除去を可及的に高い効率で実施することが可能となる。   According to the present embodiment, the ash deposited on the surface of the partition wall 515 in the filter 50 is suitably removed by performing bottom accumulation control of the ash, and thus the PM collected by the filter 50 is oxidized and removed. Can be implemented with as high efficiency as possible.

＜変形例＞
実施例１では、触媒層５２０が１つの層により構成されるものとした。これに対し、本変形例は、触媒層５２０が異なる融点を有する複数のバインダを含む複数の触媒層により構成されるものとする例である。本変形例における、触媒層５２０以外の構成は、実施例１と同様であるため説明は省略し、異なる構成および処理についてのみ説明を行う。 <Modification>
In Example 1, the catalyst layer 520 is composed of one layer. On the other hand, this modification is an example in which the catalyst layer 520 is constituted by a plurality of catalyst layers including a plurality of binders having different melting points. Since the configuration other than the catalyst layer 520 in the present modification is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted, and only different configurations and processes are described.

本変形例では、隔壁５１５の表面に担持される触媒層５２０は、異なる融点を有する複
数のバインダを含む複数の触媒層によって形成される。このとき、触媒層５２０のうち、融点が最も高いバインダを含む触媒層が触媒層５２０の最深層に形成され、融点が最も低いバインダを含む触媒層が触媒層５２０の最表層に形成される。また、触媒層５２０のうち、それぞれの層が表面から内部にかけてアッシュ同士が相互に結合しながら堆積していくことができる厚みを有するように、触媒層５２０が形成される。さらに、実施例１と同様に、この触媒層５２０は、ＰＭが隔壁５１５の壁内に堆積しない程度の大きさの細孔を有する。なお、ＰＭが触媒層５２０に堆積する際に、触媒層５２０のうちの最表層からＰＭが堆積していくように、触媒層５２０のうち、最表層の細孔が最も小さく、最深層の細孔が最も大きくなるように、触媒層５２０が形成されてもよい。 In this modification, the catalyst layer 520 supported on the surface of the partition wall 515 is formed by a plurality of catalyst layers including a plurality of binders having different melting points. At this time, among the catalyst layers 520, the catalyst layer including the binder having the highest melting point is formed in the deepest layer of the catalyst layer 520, and the catalyst layer including the binder having the lowest melting point is formed in the outermost layer of the catalyst layer 520. In addition, the catalyst layer 520 is formed such that each of the catalyst layers 520 has a thickness that allows the ash to be deposited while being bonded to each other from the surface to the inside. Further, as in Example 1, the catalyst layer 520 has pores having such a size that PM is not deposited in the walls of the partition walls 515. In addition, when PM is deposited on the catalyst layer 520, the pores on the outermost layer of the catalyst layer 520 are the smallest and the finest on the deepest layer so that the PM is deposited from the outermost layer of the catalyst layer 520. The catalyst layer 520 may be formed so that the hole becomes the largest.

このときの、壁堆積の状態を図１２（ａ）に、アッシュのボトム堆積化制御を行いアッシュと触媒層５２０とが、排気の流れによってフィルタ５０の下流部へ運ばれている状態を図１２（ｂ）に示す。図１２（ａ）では、触媒層５２０は、第一層５２１、第二層５２２、および第三層５２３を含む。ここで、触媒層５２０のうち、第一層５２１に含まれるバインダの融点が最も低く、第三層５２３に含まれるバインダの融点が最も高く、第二層５２２に含まれるバインダは第一層５２１に含まれるバインダの融点と第三層５２３に含まれるバインダの融点との間の融点を有する。ここで、第一層５２１は、表面から内部にかけてアッシュ同士が相互に結合しながら堆積していくことができる厚みを有しているので、アッシュは第一層５２１に堆積し、アンカー効果により第一層５２１と結合する。なお、図１２（ａ）に示す触媒層５２０が有する触媒層の数は一例に過ぎず、それらの数は車両や内燃機関の諸元に応じて適宜決定されればよい。そして、アッシュのボトム堆積化制御において、フィルタ温度が第一層５２１に含まれるバインダの融点以上で第二層５２２に含まれるバインダの融点より低くなるように該制御を行うと、第一層５２１に含まれるバインダのみが融解し排気の流れによって第一層５２１が第二層５２２から剥離し、図１２（ｂ）に示すように、第一層５２１はアッシュとＰＭとを捕集したまま第２通路５１２における栓体５１４が設けられている側へ運ばれる。このとき、第二層５２２および第三層５２３は隔壁５１５の表面に残存した状態であるので、次に、アッシュは第二層５２２に堆積し、第二層５２２と結合する。そして、再度のアッシュのボトム堆積化制御によって、第二層５２２が第三層５２３から剥離する。このときのフィルタ温度は、第二層５２２に含まれるバインダの融点以上で第三層５２３に含まれるバインダの融点より低い。その後、アッシュは第三層５２３に堆積していき、再度のアッシュのボトム堆積化制御が可能となる。なお、本変形例における、第一層５２１に含まれるバインダの融点は例えば７００℃であり、第二層５２２に含まれるバインダの融点は例えば７５０℃であり、第三層５２３に含まれるバインダの融点は例えば８００℃である。   FIG. 12A shows the state of wall deposition at this time, and FIG. 12 shows the state in which the ash bottom deposition control is performed and the ash and the catalyst layer 520 are carried to the downstream portion of the filter 50 by the flow of exhaust gas. Shown in (b). In FIG. 12A, the catalyst layer 520 includes a first layer 521, a second layer 522, and a third layer 523. Here, among the catalyst layers 520, the melting point of the binder contained in the first layer 521 is the lowest, the melting point of the binder contained in the third layer 523 is the highest, and the binder contained in the second layer 522 is the first layer 521. And a melting point between the melting point of the binder contained in the third layer 523 and the melting point of the binder contained in the third layer 523. Here, since the first layer 521 has a thickness that allows the ash to be deposited while being bonded to each other from the surface to the inside, the ash is deposited on the first layer 521, and the ash is deposited by the anchor effect. Combine with layer 521. Note that the number of catalyst layers included in the catalyst layer 520 illustrated in FIG. 12A is merely an example, and the number may be appropriately determined according to the specifications of the vehicle or the internal combustion engine. In the ash bottom deposition control, when the control is performed such that the filter temperature is equal to or higher than the melting point of the binder included in the first layer 521 and lower than the melting point of the binder included in the second layer 522, the first layer 521 is controlled. The first layer 521 is peeled off from the second layer 522 by the flow of exhaust, and the first layer 521 collects the ash and PM as shown in FIG. 12B. The two passages 512 are transported to the side where the plug body 514 is provided. At this time, since the second layer 522 and the third layer 523 remain on the surface of the partition wall 515, ash is then deposited on the second layer 522 and bonded to the second layer 522. Then, the second layer 522 is peeled off from the third layer 523 by the second ash bottom deposition control. The filter temperature at this time is equal to or higher than the melting point of the binder contained in the second layer 522 and lower than the melting point of the binder contained in the third layer 523. Thereafter, the ash is deposited on the third layer 523, and the ash bottom deposition can be controlled again. In this modification, the melting point of the binder included in the first layer 521 is, for example, 700 ° C., the melting point of the binder included in the second layer 522 is, for example, 750 ° C., and the melting point of the binder included in the third layer 523 is The melting point is, for example, 800 ° C.

本変形例に係る排気浄化装置における、アッシュのボトム堆積化制御フローについて図１３に基づいて説明する。図１３は、本変形例に係る排気浄化装置における、アッシュのボトム堆積化制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。ここで、本フローでは、触媒層５２０は、第一層５２１、第二層５２２、および第三層５２３を含むものとする。なお、上記実施例１と実質的に同一の処理については、同一の処理番号を付してその詳細な説明を省略する。   An ash bottom deposition control flow in the exhaust emission control apparatus according to this modification will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a flowchart showing an ash bottom deposition control flow in the exhaust gas purification apparatus according to this modification. In this modification, the ECU 10 repeatedly executes this flow at a predetermined calculation cycle during operation of the internal combustion engine 1. Here, in this flow, the catalyst layer 520 includes the first layer 521, the second layer 522, and the third layer 523. In addition, about the process substantially the same as the said Example 1, the same process number is attached | subjected and the detailed description is abbreviate | omitted.

図１３に示すフローでは、先ず、Ｓ２０１において、制御実行カウンターＮｆｃｒが３であるか否かが判別される。この制御実行カウンターＮｆｃｒは、アッシュのボトム堆積化制御の実行回数を記録するカウンターとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されるものであり、内燃機関１を搭載する車両の出荷状態において、初期値０に設定されている。上述したように、本変形例においては、触媒層５２０は、第一層５２１、第二層５２２、および第三層５２３を含むので、制御実行カウンターＮｆｃｒが３のときには、アッシュのボトム堆積化制御が３回実行され、第一層５２１、第二層５２２、および第三層５２３の全て
が隔壁５１５から剥離している状態を示す。つまり、これ以上アッシュのボトム堆積化制御を実行することができないことを示す。このように、制御実行カウンターＮｆｃｒの判別値は、触媒層５２０が有する触媒層の数に応じて設定されるべき値であり、図１３に示すフローでの値は一例に過ぎず、この値は、車両や内燃機関の諸元に応じて適宜決定される触媒層５２０が有する触媒層の数に応じて設定されればよい。Ｓ２０１において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０１の処理へ進む。一方、Ｓ２０１において肯定判定された場合、本フローの実行が終了される。 In the flow shown in FIG. 13, first, in S201, it is determined whether or not the control execution counter Nfcr is 3. The control execution counter Nfcr is stored in the ROM of the ECU 10 as a counter for recording the number of executions of the ash bottom accumulation control. The control execution counter Nfcr is set to an initial value 0 in the shipment state of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted. ing. As described above, in the present modification, the catalyst layer 520 includes the first layer 521, the second layer 522, and the third layer 523. Therefore, when the control execution counter Nfcr is 3, the ash bottom deposition control is performed. Is executed three times, and all of the first layer 521, the second layer 522, and the third layer 523 are peeled from the partition wall 515. In other words, it indicates that the ash bottom deposition control cannot be executed any more. Thus, the discriminant value of the control execution counter Nfcr is a value that should be set according to the number of catalyst layers that the catalyst layer 520 has, and the value in the flow shown in FIG. 13 is merely an example, and this value is The number of catalyst layers may be set according to the number of catalyst layers included in the catalyst layer 520 that is appropriately determined according to the specifications of the vehicle and the internal combustion engine. If a negative determination is made in S201, the ECU 10 proceeds to the process of S101. On the other hand, when an affirmative determination is made in S201, the execution of this flow is terminated.

また、図１３に示すフローでは、Ｓ１０４における目標フィルタ温度Ｔｆは、実施例１と同様に触媒層５２０に含まれるバインダに応じて設定され、例えば、触媒層５２０のうち、第一層５２１、第二層５２２、および第三層５２３の全てが残存している場合（すなわち、制御実行カウンターＮｆｃｒが０のとき）は、目標フィルタ温度Ｔｆは、第一層５２１に含まれるバインダの融点以上で第二層５２２に含まれるバインダの融点より低くなるように設定される。   In the flow shown in FIG. 13, the target filter temperature Tf in S104 is set according to the binder included in the catalyst layer 520 in the same manner as in Example 1. For example, among the catalyst layers 520, the first layer 521, the second layer When all of the second layer 522 and the third layer 523 remain (that is, when the control execution counter Nfcr is 0), the target filter temperature Tf is equal to or higher than the melting point of the binder included in the first layer 521. It is set to be lower than the melting point of the binder contained in the two layers 522.

そして、図１３に示すフローでは、Ｓ１０７の処理の後、Ｓ２０２において、アッシュのボトム堆積化制御の総実行回数が制御実行カウンターＮｆｃｒとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶され、本フローの実行が終了される。   In the flow shown in FIG. 13, after the process of S107, in S202, the total number of executions of the ash bottom deposition control is stored in the ROM of the ECU 10 as the control execution counter Nfcr, and the execution of this flow is terminated.

１・・・内燃機関
３・・・燃料噴射弁
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
４０・・エアフローメータ
５０・・フィルタ
５１・・燃料供給弁
５２・・温度センサ
５３・・差圧センサ
５４・・マイクロ波発生装置
１０・・ＥＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 3 ... Fuel injection valve 4 ... Intake passage 5 ... Exhaust passage 40 ... Air flow meter 50 ... Filter 51 ... Fuel supply valve 52 ... Temperature sensor 53 ... Differential pressure Sensor 54 .. Microwave generator 10 .. ECU

Claims (1)

内燃機関の排気通路に設けられ、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタであって、多孔質の隔壁を有し、該粒子状物質を酸化除去する針状の酸化触媒と、該隔壁に該酸化触媒を接着するとともに、該酸化触媒同士を接着するバインダと、を含む触媒層が該隔壁の表面に担持されたフィルタと、
前記フィルタを昇温させる昇温手段と、を有する排気浄化装置であって、
前記フィルタの前記触媒層におけるアッシュの推定堆積量を触媒層アッシュ堆積量としたとき、該触媒層アッシュ堆積量を推定するアッシュ堆積量推定手段と、
前記アッシュ堆積量推定手段によって推定された前記触媒層アッシュ堆積量に基づいて、前記昇温手段を制御する制御手段と、を備え、
前記バインダは、前記フィルタに捕集された粒子状物質が酸化除去される温度よりも高い温度で融解し、
前記制御手段が、前記アッシュ堆積量推定手段によって推定された前記触媒層アッシュ堆積量が所定堆積量以上であり、且つ前記フィルタに流れ込む排気流量が所定流量以上であるときに、前記昇温手段を用いて前記フィルタの温度を前記バインダが融解する温度に制御する内燃機関の排気浄化装置。 A filter provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter discharged from the internal combustion engine, having a porous partition wall, and a needle-like oxidation catalyst for oxidizing and removing the particulate matter; A filter in which the oxidation catalyst is bonded to the partition walls, and a catalyst layer including a binder that bonds the oxidation catalysts to each other is supported on the surface of the partition walls;
A temperature raising means for raising the temperature of the filter;
An ash deposition amount estimating means for estimating the catalyst layer ash deposition amount when the estimated ash deposition amount in the catalyst layer of the filter is a catalyst layer ash deposition amount;
Control means for controlling the temperature raising means based on the catalyst layer ash accumulation amount estimated by the ash accumulation amount estimation means,
The binder melts at a temperature higher than the temperature at which particulate matter collected by the filter is oxidized and removed,
When the catalyst means ash accumulation amount estimated by the ash accumulation amount estimation means is greater than or equal to a predetermined accumulation amount, and the exhaust flow rate flowing into the filter is greater than or equal to a predetermined flow rate, the control means An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is used to control the temperature of the filter to a temperature at which the binder melts.

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