JP4665633B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排出ガスに含まれるパティキュレートを捕集するための捕集器を備える排気浄化装置に関し、詳しくは、捕集器を再生する技術に関するものである。

近年、車両に搭載されるディーゼル内燃機関においては、排出ガス中のパティキュレート（粒子状物質）を低減するために、パティキュレートを捕集する捕集器を排気管の途中に設置することが行われている。

捕集器は、一般に、多数の排気流路を有するセラミック多孔質体からなり、排気流路を区画する多孔質の隔壁を排出ガスが通過する際に、パティキュレートを吸着、捕集する。ここで、捕集器に捕集されたパティキュレートがそのまま堆積すると圧損が増大して機関効率が低下するため、適正な時期にパティキュレートを燃焼させて捕集器を再生している。

具体的には、酸化触媒を担持した捕集器を用い、捕集器再生時にはメイン噴射の後にポスト噴射を行って捕集器に未燃ＨＣを供給し、未燃ＨＣの触媒反応によって捕集器内部を昇温して捕集器内のパティキュレートを燃焼除去する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１９４９６号公報

特許文献１に記載の排気浄化装置は、図２に示すように、通常再生時は、捕集器内部では捕集器に担持された触媒によりＨＣが燃焼するため、パティキュレート（図中では、ＰＭと記す）が燃焼可能な温度まで排出ガスの温度が上昇し、捕集器内部のパティキュレートは燃焼除去される。

しかしながら、図２に示すように、通常再生時は、捕集器の前端部では供給された未燃ＨＣの反応が不十分であるため、パティキュレートが燃焼可能な温度まで排出ガスの温度が上昇せず、前端部に堆積したパティキュレートに燃え残りが生じる。

このような状態が続くと捕集器の前端部において再生不良が生じ、図３に示すように、前端部にパティキュレートが堆積して捕集器の排気流路が目詰まり状態となり、圧損上昇により機関出力を低下させる恐れがある。

また、前端部にパティキュレートが過剰に堆積した状態で再生を行うと、過剰に堆積したパティキュレートが急速に燃焼し、その急速燃焼に起因した過昇温により捕集器が破損する虞がある。

本発明は前記点に鑑みて、捕集器の前端部にパティキュレートが堆積することによる不具合、すなわち、圧損上昇による機関出力の低下や再生時の過昇温による捕集器の破損を防止可能にすることを目的とする。

本発明は、排出ガス中のパティキュレートを捕集する捕集器（４０）と、パティキュレートを燃焼させて捕集器の再生を行う再生手段（１１、１２、１３、２２、５０、５１、５２、５３、５４、７０）とを備える内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートの堆積により捕集器の前端部に目詰まりが発生しているか否かを判定する目詰まり判定手段（Ｓ１０１）と、判定手段により前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前端部に堆積したパティキュレートを除去するための作動を再生手段に実行させる目詰まり解消手段（Ｓ１０２）とを備え、目詰まり判定手段は、前端部に堆積してゆくパティキュレートの増加速度、および前端部に堆積したパティキュレートの燃焼速度に基づいて、前端部のパティキュレート堆積量を算出し、前端部のパティキュレート堆積量が第１所定値以上になったときに、前端部に目詰まりが発生していると判定することを第１の特徴とする。

これによると、前端部に目詰まりが発生したときに前端部の再生を確実に行うことができるため、捕集器の前端部にパティキュレートが堆積することによる圧損上昇、ひいては機関出力の低下を防止することができる。

また、前端部に目詰まりが発生したとき、すなわち前端部にパティキュレートが過剰に堆積する前に、前端部の再生を行うため、過剰に堆積したパティキュレートの急速燃焼による捕集器の破損を防止することができる。

本発明は、内燃機関のシリンダにポスト噴射を行わせて通常再生を行う内燃機関の排気浄化装置であって、前端部に目詰まりが発生していると判定されたときには通常再生時よりもポスト噴射の回数を増加させることを第２の特徴とする。

これによると、ポスト噴射の回数を増加させてポスト噴射の間隔を短くすることにより、内燃機関のシリンダ内での燃焼を継続させて多くの燃料を内燃機関のシリンダ内で着火させることができるため、前端部でのガス温度を高めることができ、前端部のパティキュレートを確実に燃焼除去することができる。

本発明は、前端部に目詰まりが発生していると判定されたときにはＥＧＲクーラをバイパスして排出ガスを吸気系に還流させることを第３の特徴とする。

これによると、高温の排出ガスを吸気系に還流することによって吸気温を高め、ひいては前端部でのガス温度を高めることができるため、前端部のパティキュレートを確実に燃焼除去することができる。

本発明は、前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、吸気スロットルを通常再生時よりも閉側にする、過給器の過給圧を通常再生時よりも低くする、或いはＥＧＲバルブを通常再生時よりも閉側にすることを第４の特徴とする。

これによると、内燃機関のシリンダ内に供給されるガス量が通常再生時よりも減少し、ガスの熱容量が小さくなるため、投入熱量に対する温度上昇を大きくすることができ、したがって、前端部でのガス温度を高めることができ、前端部のパティキュレートを確実に燃焼除去することができる。

本発明は、前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、内燃機関のアイドリング時の設定回転数を捕集器の非再生時よりも高く設定する、或いは発電機の発電量を増加させることを第５の特徴とする。

ところで、低負荷運転時には、燃料噴射量が少なくなるため、前端部でのガス温度を高くすることが困難になる。これに対し、第５の特徴のように、アイドリング時の設定回転数を非再生時よりも高く設定して燃料噴射量を増加させたり、或いは発電機の発電量を増加させて燃料噴射量を増加させることにより、前端部でのガス温度を高めて、前端部のパティキュレートを確実に燃焼除去することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、車両に搭載される水冷式ディーゼル内燃機関であり、その車両は内燃機関１にて駆動される。内燃機関１は、高圧燃料を蓄える１つのコモンレール１１と、このコモンレール１１に連結されて内燃機関１のシリンダ内に燃料を噴射する複数の燃料噴射弁１２を有している。因みに、内燃機関１に駆動される図示しないポンプによって燃料を高圧化して、その高圧燃料をコモンレール１１に圧送するようになっている。なお、コモンレール１１および燃料噴射弁１２は、内燃機関１のシリンダに燃料を噴射する燃料噴射装置を構成し、本発明の再生手段に相当する。

内燃機関１の吸気マニホールド２１は、吸気管２０に連結されており、その連結部に吸気スロットル２２が設けられている。そして、吸気スロットル２２によって、吸気系の通路面積が調整されて吸気流量が調整されるようになっている。

内燃機関１の排気マニホールド３１は、排気管３０に連結されており、排気管３０の途中には、排出ガス中のパティキュレート（以下、ＰＭという）を捕集する捕集器４０が設置されている。捕集器４０には、酸化触媒が担持されている。この捕集器４０は、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形して、多孔性の隔壁で区画された多数の排気流路４０１の入口または出口を互い違いに目封じしてなる。そして、内燃機関１からの排出ガスは、入口側が開口している排気流路４０１内に入り、多孔性の隔壁を通過して隣の排気流路４０１に流入するようになっており、多孔性の隔壁を通過する際にＰＭが捕集される。

排気管３０における捕集器４０の上流側には、遠心過給機１３のタービン１４が設けられ、このタービン１４は、吸気管２０に設けられたコンプレッサ１５とタービン軸を介して連結されている。これにより、排出ガスの熱エネルギーを利用してタービン１４を駆動するとともに、タービン軸を介してコンプレッサ１５を駆動し、吸気管２０に導入される吸気をコンプレッサ１５内で圧縮する。また、遠心過給機１３は、コンプレッサ１５側に設けた図示しないノズルの傾きを変えることにより過給圧を調整可能になっている。

コンプレッサ１５よりも下流側で且つ吸気スロットル２２よりも上流側の吸気管２０内には、インタークーラ２３が設けられ、コンプレッサ１５で圧縮されて高温となった吸気はインタークーラ２３で冷却される。

排気マニホールド３１は、ＥＧＲ通路５０によって吸気マニホールド２１と連結されており、排出ガスの一部がＥＧＲ通路５０を介して吸気系に戻されるようになっている。ＥＧＲ通路５０と吸気マニホールド２１との連結部にはＥＧＲバルブ５１が設けられ、ＥＧＲバルブ５１によってＥＧＲ通路５０の通路面積が調整されて吸気系へ還流される排出ガスの量が調整されるようになっている。

ＥＧＲ通路５０の途中には、還流される排出ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスして排出ガスを還流させるＥＧＲバイパス通路５３が、設けられている。また、ＥＧＲクーラ５２とＥＧＲバイパス通路５３が合流する部位には、還流される排出ガスの流れを切り替えるＥＧＲバイパスバルブ５４が設けられている。具体的には、このＥＧＲバイパスバルブ５４によって、還流される排出ガスがＥＧＲクーラ５２を通る状態と、還流される排出ガスがＥＧＲバイパス通路５３を通る状態とに、切り替えられる。

排気管３０には、捕集器４０の前後差圧に応じた電気信号を出力する差圧センサ６１が設けられている。この差圧センサ６１の一端側は捕集器４０の上流側にて排気管３０に接続され、差圧センサ６１の他端側は捕集器４０の下流側にて排気管３０に接続されている。

また、排気管３０における捕集器４０の上流側には、捕集器４０に流入する排出ガスの温度に応じた電気信号を出力する第１排気温センサ６２が設置され、排気管３０における捕集器４０の下流側には、捕集器４０を通過した排出ガスの温度に応じた電気信号を出力する第２排気温センサ６３が設置されている。

ＥＣＵ７０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。そして、ＥＣＵ７０には、差圧センサ６１、第１排気温センサ６２および第２排気温センサ６３からの信号が入力され、さらに、吸気スロットル２２の開度、ＥＧＲバルブ５１の弁開度、内燃機関回転数、車速、アクセル開度、冷却水温、クランク位置、燃料圧等を検出する各種センサ（図示せず）から信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ７０は、演算結果に基づいて、燃料噴射弁１２、遠心過給機１３、吸気スロットル２２、ＥＧＲバルブ５１、ＥＧＲバイパスバルブ５４等を制御する。

次に、本実施形態の排気浄化装置の作動を説明する。

まず、捕集器４０全体でのＰＭ堆積量が閾値（第２所定値）以上になると、従来と同様に通常再生を行う。図４（ａ）は、通常再生時の噴射パターンを示すもので、上死点（ＴＤＣ）付近でのメイン噴射の後に、クランク角２０°付近およびクランク角１００°付近でポスト噴射を行う。

クランク角２０°付近で噴射された燃料は、シリンダ内で燃焼し、排出ガスの温度を捕集器４０に担持された触媒の活性温度以上に上昇させる。

クランク角１００°付近で噴射された燃料は、シリンダ内で燃焼せずに未燃ＨＣのまま捕集器４０内に流入する。未燃ＨＣは捕集器４０に担持された触媒により燃焼するため、ＰＭが燃焼可能な温度まで排出ガスの温度が上昇し、捕集器４０内部のＰＭは燃焼除去され、捕集器４０のＰＭ捕集能力が回復する。

しかし、前述したように、ポスト噴射を行って捕集器４０の通常再生を行っても、捕集器４０の前端部においては未燃ＨＣの反応が不十分なため前端部でのガス温度は十分に高くならない。このため、前端部において再生不良が生じ、図３に示すように前端部にＰＭが堆積して捕集器４０の排気流路４０１が目詰まり状態となる恐れがある。そこで、本実施形態は、前端部に目詰まりが発生したときに前端部の再生を確実に行うことができるようにしたものであり、その前端部再生方法について以下詳述する。

なお、本明細書でいう「捕集器の前端部」は、図３に示すように、捕集器４０における上流側端面４０２、および捕集器４０の排気流路４０１における上流側端面４０２から所定範囲Ｌ（例えば、１０ｍｍ以下）までの領域である。

図５はＥＣＵ７０による前端部再生制御処理のフローチャートであり、ＥＣＵ７０は、まず、ステップＳ１０１において、ＰＭの堆積により捕集器４０の前端部に目詰まりが発生しているか否かを判定する。具体的には、現在前端部に堆積しているＰＭの量（ｇ／Ｌ。以下、前端部ＰＭ堆積量という）が前端詰まり判定閾値（第１所定値）以上になったときに（図６の時刻ｆ）、前端部に目詰まりが発生していると判定する。前端部に目詰まりが発生していないと判定された場合にはステップＳ１０１の判定を繰り返す。なお、ステップＳ１０１は、本発明の目詰まり判定手段に相当する。

前端部ＰＭ堆積量は、以下のようにして算出する。図７はＥＣＵ７０による前端部ＰＭ堆積量算出処理のフローチャートであり、まず、ステップＳ２０１において、捕集器４０に流入するＰＭの単位時間あたりの量（ｇ／ｓｅｃ。以下、流入ＰＭ速度という）を算出する。

この流入ＰＭ速度は、以下のようにして求めることができる。例えば、内燃機関１の回転数および燃料噴射量と流入ＰＭ速度との対応関係をベンチ試験等にて調べ、その対応関係を示すマップをＥＣＵ７０に記憶させておき、現在の内燃機関１の回転数および燃料噴射量に基づいてそのマップから流入ＰＭ速度を求める。

また、流入ＰＭ速度は、差圧センサ６１にて検出される捕集器４０の前後差圧と、排出ガス流量（体積流量）とから求めることもできる。すなわち、ある排出ガス流量に対して、ＰＭ堆積量の増加に伴い捕集器４０の前後差圧が増加する。そして、そのＰＭ堆積量の増加量は流入ＰＭ速度と略比例関係にあるため、この関係を利用して流入ＰＭ速度を求めることができる。

次いで、ステップＳ２０２において、捕集器４０に流入するＰＭの全量のうち、捕集器４０の前端部に堆積するＰＭの割合である前端部ＰＭ堆積特性値を算出する。

前端部ＰＭ堆積特性値は、図８に示す予めＥＣＵ７０内に記憶した前端部ＰＭ堆積特性に基づいて、前端部ＰＭ堆積量に応じて算出される。ここで用いる前端部ＰＭ堆積量は、前回のＳ２０５によって算出した前端ＰＭ堆積量（前回値）である。

前端部ＰＭ堆積特性について、捕集器４０における前端部領域を領域α、前端部以外領域を領域βとし、捕集器４０に流入する全ＰＭ量のうち、領域αに堆積するＰＭ量をＡ、領域βに堆積するＰＭ量をＢとすると、前端部ＰＭ堆積特性値は、Ａ／（Ａ＋Ｂ）として定義されるが、前端部ＰＭ堆積量の少ない状態（図８：状態１）においては、ＰＭが捕集器４０の内部全体（領域α＋領域β）に略均一に堆積し、捕集器４０内にＰＭが堆積していない時点の前端部ＰＭ堆積特性初期値と略等しい値となる。ここで、前端部ＰＭ堆積特性初期値は、捕集器４０の全フィルタ濾過面積（領域α＋領域β）のうち、領域αのフィルタ濾過面積が占める割合と略等しい値である。そして、前端部ＰＭ堆積量が多い状態（図８：状態２、状態３）においては、領域αに多量に堆積したＰＭが、新規に流入するＰＭの通過を妨げるため、前端部ＰＭ堆積特性値は大きくなる。

次いで、ステップＳ２０３において、ステップＳ２０１で求めた流入ＰＭ速度と、ステップＳ２０２で求めた前端部ＰＭ堆積特性値との乗算により、前端部に堆積してゆくＰＭの単位時間あたりの量（ｇ／ｓｅｃ。以下、前端部ＰＭ増加速度という）を算出する。

次いで、ステップＳ２０４において、入ガス温度と直前の前端部ＰＭ堆積量とに基づいて、前端部ＰＭ燃焼速度を算出する。ここで、入ガス温度は、捕集器４０に流入する排出ガスの温度であり、第１排気温センサ６２にて検出される。また、前端部ＰＭ燃焼速度は、前端部に堆積していたＰＭのうち燃焼して除去されるＰＭの、単位時間あたりの量（ｇ／ｓｅｃ）である。

ところで、図９に示すように、前端部ＰＭ燃焼速度は、入ガス温度が高いほど速くなるとともに、前端部ＰＭ堆積量が多いほど速くなる。そこで、図９の特性図をＥＣＵ７０に記憶させておき、入ガス温度と直前の前端部ＰＭ堆積量とに基づいて、その特性図から前端部ＰＭ燃焼速度を求める。

次いで、ステップＳ２０５において、ステップＳ２０３で求めた前端部ＰＭ増加速度と、ステップＳ２０４で求めた前端部ＰＭ燃焼速度とに基づいて、前端部ＰＭ堆積量を算出する。

具体的には、前回の前端部再生が完了してから現在までに前端部に堆積したＰＭの総量（以下、前端部ＰＭ堆積総量という）を、前端部ＰＭ増加速度を積算して求め、また、前回の前端部再生が完了してから現在までに前端部で燃焼したＰＭの総量（以下、前端部ＰＭ燃焼総量という）を、前端部ＰＭ燃焼速度を積算して求めた後に、前端部ＰＭ堆積総量から前端部ＰＭ燃焼総量を減算して前端部ＰＭ堆積量を求める。

図５に戻り、ステップＳ１０１で前端部に目詰まりが発生していると判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。そして、ステップＳ１０２では、前端部の目詰まりを解消するため、すなわち前端部の再生を行うために、前端部に堆積したＰＭの除去に適した作動を再生手段に実行させる。なお、ステップＳ１０２は、本発明の目詰まり解消手段に相当する。

図４（ｂ）は前端部再生時の噴射パターンを示すもので、ステップＳ１０２では、図４（ｂ）に示す噴射パターンになるように、燃料噴射弁１２の作動を制御する。

因みに、前端部再生時には、上死点（ＴＤＣ）付近でのメイン噴射の後に、クランク角２０°付近、クランク角５０°付近およびクランク角１００°付近でポスト噴射を行う。換言すると、前端部再生時の噴射パターンは、通常再生時の噴射パターンに対して、クランク角５０°付近のポスト噴射が追加されている。

そして、クランク角５０°付近の噴射でシリンダ内での燃焼を継続させることにより、クランク角１００°付近のポスト噴射の燃料をシリンダ内で着火・燃焼させることができる。すなわち、クランク角５０°付近のポスト噴射は、排出ガスの温度上昇に寄与する。したがって、図２に示すように、捕集器４０に排出ガスが流入する時点で、ＰＭが燃焼可能な温度以上にガス温度がなっているため、前端部のＰＭが燃焼除去されて、前端部の目詰まりが解消される。

次に、前端部に目詰まりが発生していると判定されるまでの流れを、図６に示す例に基づいて説明する。図６において、時刻ａから時刻ｂまでの間、時刻ｃから時刻ｄまでの間、および時刻ｅ以降は、入ガス温度がＰＭ燃焼可能温度よりも低いため前端部のＰＭは燃焼せず、したがって前端部ＰＭ堆積量は増加する。一方、時刻ｂから時刻ｃまでの間、および時刻ｄから時刻ｅまでの間は、入ガス温度がＰＭ燃焼可能温度よりも高いため前端部のＰＭが燃焼し、したがって前端部ＰＭ堆積量は減少する。そして、前端部ＰＭ堆積量が前端詰まり判定閾値（第１所定値）以上になったときに（時刻ｆ）、前端部に目詰まりが発生していると判定される。

（第２実施形態）
第１実施形態では、図５のステップＳ１０１において、前端部ＰＭ堆積量が前端詰まり判定閾値以上になったときに前端部に目詰まりが発生していると判定したが、本実施形態はその判定方法を変更したものである。

図１０は、通常再生および前端部再生のいずれも行っていないとき、すなわち非再生時における、捕集器４０に堆積したＰＭの量の推定値を示すもので、図中の実線は、差圧センサ６１にて検出される捕集器４０の前後差圧から推定した、捕集器４０に堆積したＰＭの量（以下、第１推定ＰＭ値という）を示し、図中の破線は、内燃機関１の運転状態および捕集器４０の内部の温度から推定した、捕集器４０に堆積したＰＭの量（以下、第２推定ＰＭ値という）を示している。

この第２推定ＰＭ値は、以下のようにして求める。まず、内燃機関１の回転数および燃料噴射量と捕集器４０全体でのＰＭ増加速度との対応関係をベンチ試験等にて調べ、その対応関係を示すマップをＥＣＵ７０に記憶させておき、現在の内燃機関１の回転数および燃料噴射量に基づいてそのマップから捕集器４０全体でのＰＭ増加速度を求める。

また、捕集器４０の内部の温度が高いほど捕集器４０全体でのＰＭ燃焼速度が高くなるため、その関係を示す特性図をＥＣＵ７０に記憶させておき、捕集器４０の内部の温度に基づいて、その特性図から捕集器４０全体でのＰＭ燃焼速度を求める。なお、捕集器４０の内部の温度は、第１排気温センサ６２にて検出した捕集器４０流入前の排出ガス温度、及び、第２排気温センサ６３にて検出した捕集器４０通過後の排出ガスの温度から推定する。

そして、前回の再生が完了してから現在までに捕集器４０に堆積したＰＭの総量（以下、捕集器ＰＭ堆積総量という）を、捕集器４０全体でのＰＭ増加速度を積算して求め、また、前回の再生が完了してから現在までに捕集器４０で燃焼したＰＭの総量（以下、捕集器ＰＭ燃焼総量という）を、捕集器４０全体でのＰＭ燃焼速度を積算して求めた後に、捕集器ＰＭ堆積総量から捕集器ＰＭ燃焼総量を減算して第２推定ＰＭ値を求める。

図１０に示すように、巨視的には車両の走行距離の増加に伴って推定ＰＭ値も増加する。しかし、前端部に目詰まりが生じているときは、ＰＭが前端部に集中して堆積していくため前端部の圧損が局所的に高くなり、流入したＰＭ量の割に捕集器４０の圧損は高くなる。したがって、前端部に目詰まりが生じているときは、第１推定ＰＭ値が第２推定ＰＭ値よりも高くなる。

そこで、第１推定ＰＭ値から求めたＰＭの増加量Ａ１が、第２推定ＰＭ値から求めたＰＭの増加量Ａ２の所定倍率α１（但し、α１＞１）以上のとき、すなわち、Ａ１≧Ａ２×α１のときは、前端部に目詰まりが生じていると判定する。そして、前端部に目詰まりが生じていると判定した場合には、第１実施形態と同様に、図５のステップＳ１０２へ進んで前端部再生制御を行う。

（第３実施形態）
第２実施形態では、非再生時の第１推定ＰＭ値と第２推定ＰＭ値に基づいて、前端部に目詰まりが発生しているか否かを判定したが、本実施形態は、通常再生時の第１推定ＰＭ値と第２推定ＰＭ値に基づいて、前端部に目詰まりが発生しているか否かを判定するようにしたものである。

図１１は、通常再生を行っているときの、捕集器４０に堆積したＰＭの量の推定値を示すもので、図中の実線は第１推定ＰＭ値を示し、図中の破線は第２推定ＰＭ値を示している。

ところで、捕集器４０の通常再生時には前端部でのガス温度が低く、仮に捕集器４０の前端部にＰＭが堆積していても前端部のＰＭは燃焼し難いため、前端部に燃え残っているＰＭによる圧損が解消されない。

そこで、第１推定ＰＭ値から求めたＰＭの減少量Ｂ１が、第２推定ＰＭ値から求めたＰＭの減少量Ｂ２の所定倍率α２（但し、α２＜１）以下のとき、すなわち、Ｂ１≦Ｂ２×α２のときは、前端部に目詰まりが生じていると判定する。そして、前端部に目詰まりが生じていると判定した場合には、第１実施形態と同様に、図５のステップＳ１０２へ進んで前端部再生制御を行う。

（他の実施形態）
上記実施形態では、還元剤（ＨＣ）と熱反応する酸化触媒やＮＯｘ触媒が捕集器４０の上流に配置されていない形式の内燃機関１に本発明を適用したが、還元剤（ＨＣ）と熱反応する酸化触媒やＮＯｘ触媒が捕集器４０の上流に配置されている形式の内燃機関１にも本発明は適用することができる。

また、上記実施形態では、前端部再生時に、通常再生時よりもポスト噴射の回数を増加して前端部の目詰まりを解消するようにしたが、次の（１）〜（３）のようにしてもよい。また、ポスト噴射の回数を増加して前端部の目詰まりを解消する手法と、以下の（１）〜（３）で説明する手法を、適宜組み合わせて実施してもよい。

（１）前端部再生時には、ＥＧＲバイパスバルブ５４を制御して、還流される排出ガスがＥＧＲバイパス通路５３を通る状態、すなわち、ＥＧＲクーラ５２をバイパスして排出ガスが高温のまま吸気系に還流される状態にする。このように、高温の排出ガスを吸気系に還流することによって吸気温が上昇し、前端部でのガス温度が高まり、前端部のＰＭが燃焼除去される。

また、前端部再生時にポスト噴射も行う場合は、高温の排出ガスを吸気系に還流することによって吸気温が上昇するため、ポスト噴射の燃料をシリンダ内でより確実に着火・燃焼させることができる。

ここで、ＥＧＲバルブ５１の耐熱性を考慮する必要があることと、また、通常再生時はポスト噴射により大量のＨＣが排出されており、ＥＧＲバルブ５１のＨＣによる固着を回避する必要もあるため、ＥＧＲクーラ５２をバイパスして高温の排出ガスを吸気系に還流させるのは、前端部再生時のみに限るほうが良い。

なお、ＥＧＲ通路５０、ＥＧＲバルブ５１、ＥＧＲクーラ５２、ＥＧＲバイパス通路５３、およびＥＧＲバイパスバルブ５４は、排出ガスを吸気系に還流する排気再循環装置を構成し、本発明の再生手段に相当する。

（２）前端部再生時には、内燃機関１のシリンダ内に供給されるガス量を通常再生時よりも減少させる。具体的には、吸気スロットル２２を通常再生時よりも閉側にする、過給器１３の過給圧を通常再生時よりも低くする、或いはＥＧＲバルブ５１を通常再生時よりも閉側にする。

これによると、ガスの熱容量が小さくなるため、投入熱量に対する温度上昇を大きくすることができ、したがって、前端部でのガス温度を高めることができ、前端部のＰＭを燃焼除去することができる。

ここで、この手法は、特に高負荷時において機関出力の低下を招くため、加速性低下等の不具合を生じさせる恐れがある。そのため、本手法は前端部再生時のみに限るほうが良い。

なお、吸気スロットル２２、過給器１３、ＥＧＲバルブ５１は、それぞれ本発明の再生手段に相当する。

（３）低負荷運転時には、燃料噴射量が少なくなるため、前端部でのガス温度を高くすることが困難になる。そこで、前端部再生時には、内燃機関１の負荷を上げて燃料噴射量を多くする。具体的には、アイドリング時の設定回転数を非再生時よりも高く設定する、或いは、例えば図示しないグロープラグ等の使用により電気負荷を加えて、内燃機関１に駆動される図示しない発電機の負荷を増加させる。これによると、燃料噴射量が増加し、前端部でのガス温度が高まるため、前端部のＰＭを燃焼除去することができる。

但し、余分な負荷により燃費悪化を招くため、本手法は前端部再生時のみに限るほうが良い。

なお、ＥＣＵ７０、コモンレール１１および燃料噴射弁１２は、内燃機関１のアイドリング時の回転数を設定回転数に制御する回転数制御装置を構成し、本発明の再生手段に相当する。また、発電機は本発明の再生手段に相当する。

本発明の第１実施形態に係る排気浄化装置を適用した内燃機関の全体構成を示す図である。 捕集器の軸方向各部での排出ガスの温度を示す特性図である。 捕集器の前端部にＰＭが堆積した状態を示す捕集器前端部の拡大図である。 （ａ）は通常再生時の噴射パターンを示す図、（ｂ）は前端部再生時の噴射パターンを示す図である。 ＥＣＵ７０による前端部再生制御処理を示すフローチャートである。 捕集器前端部の目詰まり判定の説明に供するタイムチャートである。 ＥＣＵ７０による前端部ＰＭ増加速度算出処理を示すフローチャートである。 前端部ＰＭ堆積量と前端部ＰＭ堆積特性値との関係を示す特性図である。 前端部ＰＭ燃焼速度と入ガス温度との関係を示す特性図である。 非再生時におけるパティキュレート堆積量の推定値を示す図である。 通常再生時におけるパティキュレート堆積量の推定値を示す図である。

符号の説明

１…内燃機関、１１…コモンレール１１（再生手段）、１２…燃料噴射弁（再生手段）、４０…捕集器。

Claims (7)

1. 内燃機関（１）から排出される排出ガス中のパティキュレートを捕集する捕集器（４０）と、
   前記捕集器に堆積したパティキュレートを燃焼させて前記捕集器の再生を行う再生手段（１１、１２、１３、２２、５０、５１、５２、５３、５４、７０）とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
   パティキュレートの堆積により前記捕集器の前端部に目詰まりが発生しているか否かを判定する目詰まり判定手段（Ｓ１０１）と、
   前記判定手段により前記前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前記前端部に堆積したパティキュレートを除去するための作動を前記再生手段に実行させる目詰まり解消手段（Ｓ１０２）とを備え、
   前記目詰まり判定手段は、前記前端部に堆積してゆくパティキュレートの増加速度、および前記前端部に堆積したパティキュレートの燃焼速度に基づいて、前記前端部のパティキュレート堆積量を算出し、前記前端部のパティキュレート堆積量が第１所定値以上になったときに、前記前端部に目詰まりが発生していると判定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記目詰まり判定手段は、前記内燃機関の運転状態、前記捕集器の前後差圧の変化状況のうち少なくとも一つを用いて、前記前端部に堆積してゆくパティキュレートの増加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記目詰まり判定手段は、前記捕集器に流入する排出ガスの温度、および前記捕集器の前後差圧の変化状況のうち少なくとも一方を用いて、前記前端部に堆積したパティキュレートの燃焼速度を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 内燃機関（１）から排出される排出ガス中のパティキュレートを捕集する捕集器（４０）と、
   前記捕集器に堆積したパティキュレートを燃焼させて前記捕集器の再生を行う再生手段とを備え、
   前記再生手段は、前記内燃機関のシリンダに燃料を噴射する燃料噴射装置（１１、１２）であり、前記捕集器のパティキュレート堆積量が第２所定値を超えたときに、前記再生手段により前記内燃機関のシリンダにポスト噴射を行わせて通常再生を行う内燃機関の排気浄化装置であって、
   パティキュレートの堆積により前記捕集器の前端部に目詰まりが発生しているか否かを判定する目詰まり判定手段（Ｓ１０１）と、
   前記判定手段により前記前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前記前端部に堆積したパティキュレートを除去するための作動を前記再生手段に実行させる目詰まり解消手段（Ｓ１０２）とを備え、
   前記目詰まり解消手段は、前記前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前記再生手段により前記内燃機関のシリンダにポスト噴射を行わせるとともに、前記通常再生時よりもポスト噴射の回数を増加させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記再生手段は、排出ガスを吸気系に還流する排気再循環装置（５０、５１、５２、５３、５４）であり、前記排気再循環装置は、吸気系に還流される排出ガスを冷却するＥＧＲクーラ（５２）を備え、
   前記目詰まり解消手段は、前記前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前記ＥＧＲクーラをバイパスして排出ガスを吸気系に還流させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 内燃機関（１）から排出される排出ガス中のパティキュレートを捕集する捕集器（４０）と、
   前記捕集器に堆積したパティキュレートを燃焼させて前記捕集器の再生を行う再生手段とを備え、
   前記捕集器のパティキュレート堆積量が第２所定値を超えたときに前記再生手段を作動させて通常再生を行う内燃機関の排気浄化装置であって、
   パティキュレートの堆積により前記捕集器の前端部に目詰まりが発生しているか否かを判定する目詰まり判定手段（Ｓ１０１）と、
   前記判定手段により前記前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前記前端部に堆積したパティキュレートを除去するための作動を前記再生手段に実行させる目詰まり解消手段（Ｓ１０２）とを備え、
   前記再生手段として、吸気系の通路を開閉する吸気スロットル（２２）、前記内燃機関に供給される空気を加圧する過給器（１３）、および排出ガスを吸気系に還流するＥＧＲ通路（５０）を開閉するＥＧＲバルブ（５１）のうち少なくとも一つを備え、
   前記目詰まり解消手段は、前記前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前記吸気スロットルを前記通常再生時よりも閉側にする制御、前記過給器の過給圧を前記通常再生時よりも低くする制御、および前記ＥＧＲバルブを前記通常再生時よりも閉側にする制御のうち少なくとも一つを行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記再生手段として、前記内燃機関のアイドリング時の回転数を設定回転数に制御する回転数制御装置（１１、１２、７０）、および前記内燃機関に駆動されて発電を行う発電機のうち少なくとも一方を備え、
   前記目詰まり解消手段は、前記前端部に目詰まりが発生していると判定されたときに、前記回転数制御装置における前記設定回転数を前記捕集器の非再生時よりも高く設定する制御、および前記発電機の発電量を増加させる制御のうち少なくとも一つを行うことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images