JP2012172612A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、排気系にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタに捕集されずにすり抜けるＰＭの量を減少させることを課題とする。
【解決手段】本発明は、排気系にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタにおいて単位時間当たりに酸化されるＰＭ量が多くなるときは少なくなるときに比べ、排気中に含まれるＰＭの粒子径が大きくなるように内燃機関の運転状態を制御するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気系にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタを配置した構成が知られている。パティキュレートフィルタとしては、電気加熱式の触媒が併設された構成が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００１−２８０１２１号公報 特開２０１０−０３１７９９号公報

ところで、上記した従来のパティキュレートフィルタにおいて、電気加熱式触媒が加熱状態にあるときは、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭが速やかに酸化されるため、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集量が少なくなる。その結果、排気中に含まれるＰＭのうち、粒子径の小さなＰＭがパティキュレートフィルタに捕集されることなくすり抜ける可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気系にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタに捕集されずにすり抜けるＰＭの量を減少させることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、排気系にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタのＰＭ処理能力（酸化能力）が高いときは低いときに比べ、排気中に含まれるＰＭの粒子径を拡大させるようにした。

詳細には、本発明に係わる内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、前記内燃機関から排出されるＰＭの粒子径が大きくなるように前記内燃機関の運転状態を制御する制御部と、
を備えるようにした。

かかる発明によれば、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときであっても、パティキュレートフィルタに捕集されずにすり抜けるＰＭの量を減少させることができる。

ここで、ＰＭの粒子径を拡大させる方法としては、燃料噴射時期と、燃料噴射量と、吸入空気量と、のうち少なくとも１つを調整する方法を利用することができる。

たとえば、内燃機関が気筒内へ燃料を噴射する筒内噴射式インジェクタを備えている場
合には、制御部は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、筒内噴射式インジェクタから噴射された燃料と気筒内のガスとの予混合期間が短くなるように前記筒内噴射式インジェクタの燃料噴射時期を制御（たとえば、燃料噴射時期を遅角させる制御）してもよい。気筒内における燃料とガスの予混合期間が短くなると、気筒内の一部に燃料過濃な領域が存在する状態で燃焼が生起されるため、該領域の燃料が酸素不足の状態で燃焼又は高温に曝されることになる。その結果、ＰＭの粒子径が大きくなり易くなる。

また、内燃機関が筒内噴射式インジェクタを備えている場合において、制御部は、フィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、気筒内の壁面（たとえば、ピストンの頂面）に付着する燃料が多くなるように前記筒内噴射式インジェクタの燃料噴射時期を制御（たとえば、燃料噴射時期を圧縮行程の上死点に近づける制御）してもよい。気筒内の壁面付着燃料が多い状態で燃焼が生起されると、それらの壁面付着燃料が酸素不足の状態で燃焼又は高温に曝されるため、比較的大粒のＰＭが生成され易くなる。

内燃機関が吸気ポート内へ燃料を噴射するポート噴射式インジェクタを備えている場合には、制御部は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、ポート噴射式インジェクタの燃料噴射時期を進角させたり、或いは吸気バルブの開弁タイミングを遅角させたりすることにより、吸気ポートの壁面や吸気バルブの傘部などに付着する燃料を増加させてもよい。吸気ポートの壁面や吸気バルブの傘部などに付着する燃料が増加すると、気筒内へ燃料が供給される時期が遅くなるとともに、気化しきれずに液相として気筒内へ流入する燃料が増加する。そのため、気筒内におけるガスと燃料の予混合期間が短くなるとともに、燃焼しきれずに高温に曝される燃料が増加する。その結果、ＰＭの粒子径が大きくなり易くなる。

内燃機関が筒内噴射式インジェクタとポート噴射式インジェクタを備えている場合には、制御部は、ポート噴射式インジェクタの燃料噴射量に対する筒内噴射式インジェクタの燃料噴射量の割合が増加するように燃料噴射量を制御してもよい。ポート噴射式インジェクタの燃料噴射量に対する筒内噴射式インジェクタの燃料噴射量の割合が増加すると、気筒内におけるガスと燃料の予混合期間が短くなる。その結果、ＰＭの粒子径が大きくなり易くなる。

また、制御部は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、気筒内で燃焼に供される混合気の空燃比が低くなるように燃料噴射量を制御（たとえば、燃料噴射量の増加）してもよい。気筒内で燃焼に供される混合気の空燃比が低くなると、酸素不足の状態で燃焼又は高温に曝される燃料が増加する。その結果、ＰＭの粒子径が大きくなり易くなる。

なお、気筒内で燃焼に供される混合気の空燃比を低下させる他の方法としては、気筒内へ吸入される空気量を減少させる方法を用いてもよい。たとえば、制御部は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、スロットル開度の減少、吸気バルブの作用角の短縮、若しくは吸気バルブのリフト量の減少を図るようにしてもよい。

本発明の内燃機関の排気浄化システムにおいて、制御部は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、内燃機関から排出されるＰＭの粒子径が大きくなるとともに内燃機関から排出される排気の温度が低くなるように内燃機関の運転状態を制御するようにしてもよい。

内燃機関から排出される排気の温度が低くなると、パティキュレートフィルタのＰＭ酸
化能力が減衰（単位時間当たりに酸化されるＰＭ量が減少）される。その結果、ＰＭの粒子径拡大とパティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力減衰との相乗効果により、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量をより確実に減少させることが可能になる。

ここで、内燃機関が気筒内に火花を発生させる点火プラグを備えている場合は、制御部は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、混合気の燃焼終了時期が早くなるように点火プラグの点火時期を制御（たとえば、点火時期を進角）することにより、内燃機関から排出される排気の温度を低下させてもよい。内燃機関が吸排気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構を備えている場合は、制御部は、内部ＥＧＲガスが増加するように吸排気バルブの開閉時期を調整することにより、排気温度を低下させてもよい。内燃機関が排気通路から吸気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導くＥＧＲ機構を備えている場合は、制御部は、ＥＧＲガス量が増加するようにＥＧＲ機構を制御することにより、排気温度を低下させるようにしてもよい。

また、制御部は、内燃機関から排出される酸素の量を減少させることにより、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力を低下させてもよい。たとえば、制御部は、気筒内へ吸入される空気量が減少するようにスロットル開度や吸気バルブの開弁特性を制御することにより、気筒内へ吸入される空気量が減少させてもよい。気筒内へ吸入される空気量が減少されると、空燃比の低下によってＰＭの粒子径を拡大させることができるとともに、パティキュレートフィルタへ供給される酸素量の低下によってパティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力を低下させることもできる。なお、制御部は、内部ＥＧＲガス量が増加するように可変動弁機構を制御し、或いはＥＧＲガス量が増加するようにＥＧＲ機構を制御することにより、気筒内へ吸入される空気量を減少させてもよい。

ところで、本発明が解決しようとする課題は、ＰＭの粒子径が大きいときは小さいときに比べパティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高くなるようにパティキュレートフィルタの状態を制御することによっても解決することができる。要は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高くなる時期とＰＭの粒子径が大きくなる時期とが同期し、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が低くなる時期とＰＭの粒子径が小さくなる時期とが同期すればよい。

そこで、本発明にかかる内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタにおいて酸化されるＰＭ量が前記内燃機関から排出されるＰＭ量より多くなるときは少なくなるときに比べ、前記パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が低くなるように前記内燃機関の運転状態を制御する制御部と、
を備えるようにしてもよい。

このような内燃機関の排気浄化システムによれば、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量を低減させることが可能となる。

本発明によれば、排気系にパティキュレートフィルタが配置された内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタに捕集されずにすり抜けるＰＭの量を減少させることができる。

本発明を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力とパティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭ量（下流側ＰＭ量）との関係を示す図である。 第１の実施例におけるＰＭ粒子径拡大処理ルーチンを示すフローチャートである。 第２の実施例における内燃機関の他の構成例を示す図である。 第２の実施例における内燃機関の他の構成例を示す図である。 第２の実施例におけるＰＭ酸化能力減衰処理ルーチンを示すフローチャートである。

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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を有する火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１中は、複数の気筒のうち、１つの気筒のみが図示されている。

内燃機関１の気筒２には、ピストン３が摺動自在に挿入されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しないクランクシャフトに連結されている。内燃機関１には、気筒２内へ導通する吸気ポート５と排気ポート６を備えている。気筒２内における吸気ポート５の開口端は、ポペット型の吸気バルブ５０により開閉されるようになっている。また、気筒２における排気ポート６の開口端は、ポペット型の排気バルブ６０により開閉されるようになっている。

前記吸気ポート５の他方の開口端は、吸気通路５１に接続されている。吸気通路５１の途中には、スロットル弁５２が配置されている。スロットル弁５２は、吸気通路５１の通路断面積を変更可能なバタフライ型の弁装置である。スロットル弁５２より上流の吸気通路５１には、エアフローメータ５３が配置されている。エアフローメータ５３は、吸気通路５１を流れる新気（空気）の質量に対応した電気信号を出力するセンサである。

前記排気ポート６の他方の開口端は、排気通路６１に接続されている。排気通路６１の途中には、排気浄化装置６２が配置されている。排気浄化装置６２は、排気中のＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタを備えている。なお、排気浄化装置６２は、パティキュレートフィルタに加え、三元触媒やＮＯ_Ｘ触媒などを備えていてもよい。

排気浄化装置６２より上流の排気通路６１には、空燃比センサ６３が配置されている。空燃比センサ６３は、排気通路６１を流れる排気の空燃比に相関した電気信号を出力するセンサである。排気浄化装置６２より下流の排気通路６１には、酸素濃度センサ６４が配置されている。酸素濃度センサ６４は、排気通路６１を流れる排気の酸素濃度に対応した電気信号を出力するセンサである。排気浄化装置６２には、パティキュレートフィルタの温度に相関した電気信号を出力する温度センサ６５が取り付けられている。

また、内燃機関１は、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射式インジェクタ７と、吸気ポート５内へ燃料を噴射するポート噴射式インジェクタ８と、気筒２内に火花を発生させる点火プラグ９と、を備えている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０には、上記したセンサに加え、クランクポジションセンサ１１やアクセルポジシ
ョンセンサ１２などの各種センサの出力信号が入力されるようになっている。クランクポジションセンサ１１は、クランクシャフトの回転位置に相関した電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ１２は、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。

ＥＣＵ１０は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、スロットル弁５２、筒内噴射式インジェクタ７、ポート噴射式インジェクタ８などを電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ１０は、既知の燃料噴射制御や点火制御に加え、本発明の要旨となるＰＭ粒子径拡大処理を実行する。以下、本実施例におけるＰＭ粒子径拡大処理について説明する。

パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭは、高温に曝されたときに排気中の酸素と反応（酸化）することにより、パティキュレートフィルタから除去される。そのため、パティキュレートフィルタの温度が高いとき、若しくはパティキュレートフィルタへ流入する排気の温度が高いときは、排気中のＰＭがパティキュレートフィルタに捕集された後に速やかに酸化されたり、パティキュレートフィルタに捕集されていたＰＭが酸化されたりする。つまり、パティキュレートフィルタの温度が高いとき、若しくは排気温度が高いときは、パティキュレートフィルタにおいて単位時間当たりに酸化されるＰＭ量が多くなるため、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高くなる。

一方、パティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力は、ＰＭ捕集量が多くなるほど高くなることが知られている。これは、ＰＭ捕集量が多くなるほどパティキュレートフィルタ内の通路断面積が狭まり、より小さな粒子径のＰＭが捕集されるようになることに因ると考えられる。

したがって、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは、ＰＭ捕集量が少なくなり易いため、ＰＭ捕集能力が低くなり易い。たとえば、パティキュレートフィルタから流出する排気中に含まれるＰＭの量（下流側ＰＭ量）は、図２に示すように、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が低いときより高いときの方が多くなる。これは、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは、粒子径の小さなＰＭがパティキュレートフィルタに捕集されずにすり抜けることに因ると考えられる。

そこで、本実施例のＥＣＵ１０は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、内燃機関１から排出されるＰＭの粒子径を大きくするためのＰＭ粒子径拡大処理を実行するようにした。

内燃機関１から排出されるＰＭの粒子径は、酸素不足の状態で燃料が燃焼或いは高温に曝されたときに大きくなり易い。そのため、気筒２内の一部に燃料過濃な領域がある状態で燃焼が生起された場合や、気筒２内の壁面付着燃料が多い状態で燃焼が生起された場合に、ＰＭの粒子径が大きくなり易い。

気筒２内の一部に燃料過濃な状態で燃焼が生起される場合としては、気筒２内における空気と燃料が均質に混合される前に燃焼が生起される場合や、気筒２内に導入された空気量に対して燃料量が過多となる場合（空燃比がリッチとなる場合）などが考えられる。

気筒２内における空気と燃料が均質に混合される前に燃焼を生起させる方法としては、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を遅角させる方法、ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射時期を進角させることにより吸気ポート５の壁面や吸気バルブ５０に付着する燃料を増加させる方法、吸気バルブ５０の開弁タイミングを遅角させることにより吸気ポート５の壁面や吸気バルブ５０に付着する燃料を増加させる方法、或いは点火プラグ９の点火時期を進角させる方法などを利用することができる。

筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期が遅角され、或いは点火プラグ９の点火時期が進角されると、気筒２内に燃料が噴射されてから点火プラグ９が作動するまでの期間が短くなるため、気筒２内のガスと燃料とが均質に混合（予混合）する前に燃焼が生起されることになる。その結果、気筒２内の燃料過濃な領域において、燃料が酸素不足の状態で燃焼又は高温に曝されることになる。燃料が酸素不足の状態で燃焼又は高温に曝されると、比較的大粒の煤が生成され易くなる。

したがって、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときに低いときより筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期が遅角され、或いは点火プラグ９の点火時期が進角されると、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量（下流側ＰＭ量）を少なく抑えることが可能となる。

ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射時期が進角され、或いは吸気バルブ５０の開弁タイミングが遅角されると、吸気バルブ５０の閉弁期間中にポート噴射式インジェクタ８から噴射される燃料が増加するため、吸気ポート５の壁面や吸気バルブ５０の傘部に付着する燃料（ポートウェット燃料）が増加する。ポートウェット燃料は吸気バルブ５０の開弁後に徐々に気筒２内へ導入されるため、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を遅角させた場合と同様に予混合期間が短縮される。また、ポートウェット燃料の一部は気化しきれずに液相のまま気筒２内へ導入されるため、酸素不足の状態で燃焼或いは高温に曝される。その結果、比較的大粒の煤が生成され易くなる。

したがって、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときに低いときよりポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射時期が進角されると、下流側ＰＭ量を少なく抑えることができる。

気筒２内に導入された空気量に対して燃料量を過多（混合気の空燃比を低下）にする方法としては、スロットル弁５２の開度を減少させることにより気筒２内へ吸入される空気量を減少させる方法や、吸気バルブ５０の開弁期間（作用角）を減少させることにより気筒２内へ吸入される空気量を減少させる方法、吸気バルブ５０のリフト量を減少させることにより気筒２内へ吸入される空気量を減少させる方法、筒内噴射式インジェクタ７又はポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射量を増加させる方法などを利用することができる。

気筒２内に導入された空気量に対して燃料量が過多になると、酸素不足の状態で燃焼又は高温に曝される燃料が増加する。その結果、比較的大粒の煤が生成され易くなる。よって、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときに低いときより空燃比が低くされると、下流側ＰＭ量を少なく抑えることができる。なお、吸入空気量を減少させることによって空燃比の低下が図られると、内燃機関１の発生トルクが低下する可能性があるため、燃料噴射量の増量によって空燃比を低下させることが望ましい。

気筒２内の壁面付着燃料が多い状態で燃焼を生起させる方法としては、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を進角させることによりシリンダボア壁面に付着する燃料を増加させる方法、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を圧縮行程の上死点に近づけることによりピストン３の頂面に付着する燃料を増加させる方法、或いは吸気ポート５の壁面や吸気バルブ５０の傘部に付着する燃料が増加するようにポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射時期を進角（若しくは、吸気バルブ５０の開弁タイミングを遅角）させることにより、気筒２内へ液相の状態で流入する燃料を増加させる方法、などを利用することができる。

なお、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を進角させることによりシリンダボア壁面の付着燃料を増加させると、シリンダボア壁面のオイルが燃料によって洗い流される現象（ボアフラッシング）を誘発する可能性がある。そのため、気筒２内の壁面付着燃料を増加させる方法としては、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を圧縮行程の上死点に近づけることにより、ピストン３の頂面に付着する燃料を増加させる方法が好適である。さらに、この方法によれば、ピストン３の頂面に付着する燃料の増加に加え、空気と燃料が均質に混合する前に燃焼を生起させることもできるという効果がある。

気筒２内の壁面付着燃料が多い状態で燃焼が生起されると、それら壁面付着燃料が酸素不足の状態で燃焼又は高温に曝されるため、比較的大粒の煤が生成され易くなる。よって、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときに低いときより気筒２内の壁面付着燃料が増加されると、下流側ＰＭ量を少なく抑えることができる。

以上述べた種々の方法は可能な限り組み合わせて実行されてもよい。たとえば、ＥＣＵ１０は、筒内噴射式インジェクタ７とポート噴射式インジェクタ８の双方から燃料が噴射される運転領域において、ポート噴射式インジェクタ８及び筒内噴射式インジェクタ７の総燃料噴射量を増加（空燃比のリッチ化）させる制御と、ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射量に対する筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射量の割合を高める制御と、ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射時期を進角させる制御と、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を遅角させる制御と、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を圧縮行程上死点に近づける制御とのうち、少なくとも２つを組み合わせて実行するようにしてもよい。

上記したような組み合わせによりＰＭ粒子径拡大処理が実行されると、内燃機関１から排出されるＰＭ（パティキュレートフィルタへ流入するＰＭ）の粒子径をより確実に拡大させることができる。

以下、本実施例におけるＰＭ粒子径拡大処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、ＥＣＵ１０がＰＭ粒子径拡大処理を実施する際に実行するルーチンである。このルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭなどに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１０によって周期的に実行される。

図３のルーチンにおいて、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１で各種データの読み込みを行う。ここでいう各種データは、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力に相関するデータ、及び内燃機関１から排出されるＰＭ量（各気筒２から排出されるＰＭ量）に相関するデータを含む。

パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力に相関するデータは、パティキュレートフィルタの温度に相関するデータであり、温度センサ６５の検出温度を用いることができる。なお、温度センサ６５の代わりに排気温度センサ（パティキュレートフィルタへ流入する排気の温度又はパティキュレートフィルタから流出する排気の温度を検出するセンサ）が排気通路６１に取り付けられている場合には、排気温度センサの検出温度を用いることも可能である。

内燃機関１から排出されるＰＭ量に相関するデータは、該ＰＭ量の推定演算に用いられるパラメータであり、エアフローメータ５３の検出値（吸入空気量）と燃料噴射量と機関回転数を用いることができる。なお、排気中に含まれるＰＭの量を検出可能なＰＭセンサがパティキュレートフィルタより上流の排気通路６１に取り付けられている場合は、内燃機関１から排出されるＰＭ量に相関するデータとして、ＰＭセンサの検出量を用いることもできる。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１で読み込まれた吸入空気量と燃料噴射量と機関回転数とをパラメータとして、単位時間当たりに内燃機関１から排出されるＰＭ量（ＰＭ排出量）を演算する。その際、吸入空気量と燃料噴射量と機関回転数とＰＭ排出量との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係を関数式又はマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶させておくものとする。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０２で算出されたＰＭ排出量を引数として、ＰＭ粒径拡大処理の実行可否を判定する際の基準値を演算する。ここでいう基準値は、パティキュレートフィルタへ流入するＰＭ量に対してパティキュレートフィルタで酸化されるＰＭ量が多くなる（ＰＭ酸化能力が高くなる）ときのパティキュレートフィルタの温度範囲のうち、最も低い温度に相当する値である。言い換えると、単位時間当たりにパティキュレートフィルタで酸化されるＰＭ量（ＰＭ酸化量）が単位時間当たりにパティキュレートフィルタへ流入するＰＭ量（ＰＭ排出量）より多くなると考えられるパティキュレートフィルタの温度範囲のうち、最も低い温度に相当する値である。なお、ＰＭ排出量と基準値との関係は、予め実験などを利用した適合処理によって定められるものとする。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１で読み込まれた温度センサ６５の検出温度と前記Ｓ１０３で算出された基準値とを比較する。その際、温度センサ６５の検出温度が基準値より低ければ、ＰＭ捕集量が多くなるため、ＰＭ粒子径拡大処理を行う必要がない。よって、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が基準値未満である場合は、ＰＭ粒子径拡大処理を実行せずに本ルーチンの実行を終了する。一方、温度センサ６５の検出温度が基準値以上であれば、ＰＭ捕集量が少なくなるため、ＰＭ粒子径拡大処理を行う必要がある。よって、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５乃至Ｓ１０９においてＰＭ粒子径拡大処理を実行する。

詳細には、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０５において、内燃機関１の運転状態が筒内噴射式インジェクタ７及びポート噴射式インジェクタ８の双方から燃料噴射が行われる運転領域（デュアル噴射領域）に属するか否かを判別する。

前記Ｓ１０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６へ進み、第１のＰＭ粒子径拡大処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が基準値より低い場合に比して、ポート噴射式インジェクタ８及び筒内噴射式インジェクタ７の総燃料噴射量を増加（空燃比のリッチ化）させる処理と、ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射量に対する筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射量の割合を高める処理と、ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射時期を進角させる処理（若しくは、吸気バルブ５０の開弁タイミングを遅角させる処理）と、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を遅角させる処理と、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を圧縮行程上死点に近づける処理と、点火プラグ９の点火時期を進角させる処理とのうち、少なくとも１つを実行する。

また、前記Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７へ進み、内燃機関１の運転状態が筒内噴射式インジェクタ７のみから燃料噴射が行われる運転領域（筒内噴射領域）に属するか否かを判別する。

前記Ｓ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０８へ進み、第２のＰＭ粒子径拡大処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が基準値より低い場合に比して、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射量を増加（空燃比のリッチ化）させる処理と、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を遅角させる処理と、筒内噴射式インジェクタ７の燃料噴射時期を圧縮行程上死点に近づける処理と、点火プ
ラグ９の点火時期を進角させる処理とのうち、少なくとも１つを実行する。

前記Ｓ１０７において否定判定された場合（内燃機関１の運転状態がポート噴射式インジェクタ８のみから燃料噴射が行われる運転領域（ポート噴射領域）にある場合）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０９へ進み、第３のＰＭ粒子径拡大処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が基準値より低い場合に比して、ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射量を増加（空燃比のリッチ化）させる処理と、ポート噴射式インジェクタ８の燃料噴射時期を進角させる処理（若しくは、吸気バルブ５０の開弁タイミングを遅角させる処理）とのうち、少なくとも１つを実行する。

上記したような手順に則ってＰＭ粒子径拡大処理が行われると、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高くなる（ＰＭ酸化量がＰＭ排出量より多くなる）と考えられる条件下でのみＰＭ粒子径拡大処理が実行されるため、燃料消費率の悪化やトルクの低下などを抑制しつつパティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭ量を減少させることが可能になる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図４乃至６に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、前述した第１の実施例ではパティキュレートフィルタにおけるＰＭ酸化能力が高くなるときに内燃機関１から排出されるＰＭの粒子径を拡大させる処理（ＰＭ粒子径拡大処理）が実行されるのに対し、本実施例ではパティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高くなるときにパティキュレートフィルタにおけるＰＭ酸化能力を低下（減衰）させる処理（ＰＭ酸化能力減衰処理）が行われる点にある。

パティキュレートフィルタにおけるＰＭ酸化能力は、パティキュレートフィルタ内の雰囲気温度が高く且つ酸素量が多いときに高くなる傾向がある。よって、温度センサ６５の検出温度（パティキュレートフィルタの温度）が基準値に近づいたときに、内燃機関１から排出される排気の温度およびまたは酸素濃度が低下させられると、ＰＭ排出量に対してＰＭ酸化量が多くなる事態を回避することができる。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ１０は、パティキュレートフィルタの温度が上限値（たとえば、基準値からマージンを差し引いた値）に達したときに、内燃機関１の排気温度およびまたは排気中の酸素濃度を低減させる処理（ＰＭ酸化能力減衰処理）を実行するようにした。

ＰＭ酸化能力減衰処理の実行方法としては、温度センサ６５の検出温度が上限値以上であるときは上限値未満であるときに比べ、点火プラグ９の点火時期を進角させる方法を用いることができる。点火時期が進角された場合は、気筒２内で混合気が燃焼し終わってから排気バルブ６０が開弁するまでの期間が長くなる。その結果、排気バルブ６０が開弁したときに気筒２内から排出されるガスの温度は、点火時期が進角されない場合より低くなる。

なお、図４に示すように、内燃機関１が吸気バルブ５０およびまたは排気バルブ６０の開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構１００を備えている場合は、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が上限値以上であるときは基準値未満であるときに比して、吸気バルブ５０の開弁タイミングを進角させ、およびまたは排気バルブ６０の閉弁タイミングを遅角させるようにしてもよい。

吸気バルブ５０の開弁タイミングが進角され、およびまたは排気バルブ６０の閉弁タイミングが遅角されると、バルブオーバーラップ期間が長くなる。バルブオーバーラップ期間が長くなると、排気バルブ６０の閉弁後も気筒２内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が多くなる。内部ＥＧＲガスが多いときは少ないときに比して、混合気の燃焼温度が低くなるとともに気筒２内へ吸入される空気量（酸素量）が少なくなる。その結果、内燃機関１から排出される排気の温度及び酸素濃度が低下する。

また、図５に示すように、内燃機関１が排気通路６１から吸気通路５１へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導くＥＧＲ通路２００と、該ＥＧＲ通路２００の通路断面積を変更するＥＧＲ弁２０１と、を含むＥＧＲ機構を備えている場合は、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が上限値以上であるときは上限値未満であるときに比べ、ＥＧＲガス量が増加するようにＥＧＲ機構を制御（たとえば、ＥＧＲ弁２０１の開度を増加、およびまたはスロットル弁５２の開度を減少させる制御）してもよい。ＥＧＲガス量が増加すると、混合気の燃焼温度が低下するとともに気筒２内へ吸入される空気量が減少する。その結果、内燃機関１から排出される排気の温度及び酸素濃度が低下する。

上記したような方法によりＰＭ酸化能力減衰処理が実行されると、内燃機関１から排出される排気の温度およびまたは酸素濃度が低下するため、パティキュレートフィルタにおいて単位時間当たりに酸化されるＰＭ量（ＰＭ酸化量）が少なくなる。さらに、内燃機関１から排出される排気の温度が低下させられると、パティキュレートフィルタの温度が基準値以上まで上昇し難くなる。その結果、前述した第１の実施例と同様に、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭの量を減少させることが可能となる。

以下、本実施例におけるＰＭ酸化能力減衰処理の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、ＥＣＵ１０がＰＭ酸化能力減衰処理を実施する際に実行するルーチンである。このルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭなどに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１０によって周期的に実行される。

図６のルーチンにおいて、ＥＣＵ１０は、先ずＳ２０１で各種データの読み込みを行う。ここでいう各種データは、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力に相関するデータ、及び内燃機関１から排出されるＰＭ量（各気筒２から排出されるＰＭ量）に相関するデータを含む。パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力に相関するデータ、及び内燃機関１から排出されるＰＭ量に相関するデータは、前述した第１の実施例と同様である。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ２０１で読み込まれたデータ（たとえば、吸入空気量、燃料噴射量、及び機関回転数）をパラメータとして、内燃機関１から排出されるＰＭ量（ＰＭ排出量）を演算する。このＳ２０２の処理は、前述した第１の実施例のＰＭ粒子径拡大処理ルーチン（図３を参照）のＳ１０２と同様である。

Ｓ２０３では、ＥＣＵ１０は、先ず、前記Ｓ２０２で算出されたＰＭ排出量を引数として、ＰＭ粒径拡大処理の実行可否を判定する際の基準値を演算する。ここでいう基準値は、前述した第１の実施例のＰＭ粒子径拡大処理ルーチンのＳ１０３と同様の方法により算出される値である。続いて、ＥＣＵ１０は、前記基準値から所定のマージンを減算することにより上限値を演算する。

Ｓ２０４では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ２０１で読み込まれた温度センサ６５の検出温度が前記Ｓ２０３で算出された上限値以上であるか否かを判別する。温度センサ６５の検出温度が上限値より低ければ、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が低いため、ＰＭ酸化能力減衰処理を行う必要がない。よって、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ２０４において否定
判定された場合は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、温度センサ６５の検出温度が上限値以上である場合は、パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高くなる可能性があるため、ＰＭ酸化能力減衰処理を行う必要がある。よって、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０４において肯定判定された場合は、Ｓ２０５へ進み、ＰＭ酸化能力減衰処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が上限値以上であるときは上限値未満であるときに比べ、点火プラグ９の点火時期を進角させることにより、内燃機関１から排出される排気の温度を低下させる。なお、ＥＣＵ１０は、温度センサ６５の検出温度が上限値以上であるときは上限値未満であるときに比べ、バルブオーバーラップ期間が長くなるように可変動弁機構１００を制御し、或いはＥＧＲガス量が多くなるようにＥＧＲ弁２０１やスロットル弁５２を制御することにより、内燃機関１から排出される排気の温度及び酸素濃度を低下させてもよい。

上記した手順によりＰＭ酸化能力減衰処理が実行されると、内燃機関１から排出される排気の温度およびまたは酸素濃度が低下するため、ＰＭ酸化量がＰＭ排出量を上回る事態を回避することができる。その結果、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭ量を減少させることが可能となる。

なお、前述した第１の実施例で述べたＰＭ粒子径拡大処理と前述した第２の実施例で述べたＰＭ酸化能力減衰処理とは、温度センサ６５の検出温度が基準値又は上限値以上に達したときに、並行して実行されるようにしてもよい。その場合、パティキュレートフィルタをすり抜けるＰＭ量をより確実に減少させることが可能になる。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ コネクティングロッド
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 筒内噴射式インジェクタ
８ ポート噴射式インジェクタ
９ 点火プラグ
１０ ＥＣＵ
１１ クランクポジションセンサ
１２ アクセルポジションセンサ
５０ 吸気バルブ
５１ 吸気通路
５２ スロットル弁
５３ エアフローメータ
６０ 排気バルブ
６１ 排気通路
６２ 排気浄化装置
６３ 空燃比センサ
６４ 酸素濃度センサ
６５ 温度センサ
１００ 可変動弁機構
２００ ＥＧＲ通路
２０１ ＥＧＲ弁

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、前記内燃機関から排出されるＰＭの粒子径が大きくなるように前記内燃機関の運転状態を制御する制御部と、
   を備える内燃機関の排気浄化システム。
2. 請求項１において、前記制御部は、前記パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、前記内燃機関から排出されるＰＭの粒子径が大きくなるとともに前記内燃機関から排出される排気の温度が低くなるように前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関の排気浄化システム。
3. 請求項１において、前記制御部は、前記パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が高いときは低いときに比べ、前記内燃機関から排出されるＰＭの粒子径が大きくなるとともに前記内燃機関から排出される排気の酸素濃度が低くなるように前記内燃機関の運転状態を制御する内燃機関の排気浄化システム。
4. 内燃機関の排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
   前記パティキュレートフィルタにおいて酸化されるＰＭ量が前記内燃機関から排出されるＰＭ量より多くなるときは少なくなるときに比べ、前記パティキュレートフィルタのＰＭ酸化能力が低くなるように前記内燃機関の運転状態を制御する制御部と、
   を備える内燃機関の排気浄化システム。
   

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