JP6237539B2

JP6237539B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP6237539B2
Application number: JP2014172923A
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Inventors: 寿丈梅本; 吉田　耕平; 耕平吉田
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Filing date: 2014-08-27
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Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

ハニカム構造をなす触媒を機関排気通路内に配置し、触媒上流の排気通路内に燃料ないし炭化水素を２次的に供給する燃料添加ノズルを配置し、触媒に流入する粒子状物質の量と、燃料添加ノズルからの燃料添加量と、触媒に流入する排気ガスの温度とに基づいて、触媒の流入端における詰まり度合いを推定する、内燃機関の排気浄化装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、詰まり度合いがあらかじめ定められた上限度合いに達したときに、触媒の流入端における詰まりを除去するための詰まり除去処理が行われる。

特開２００７−０３２５３３号公報

ところで、燃料添加ノズルから添加された燃料は排気通路内を進行した後に触媒に到達する。この場合、液体の形で触媒に到達する燃料部分もあれば、気体の形で触媒に到達する燃料部分もある。上述したように、特許文献１では、燃料添加ノズルからの燃料添加量に基づいて詰まり度合いが推定される。そうすると、特許文献１では、液体の形で触媒に到達する燃料部分の量と、気体の形で触媒に到達する燃料部分の量との両方に基づいて詰まり度合いが推定されるということになる。

しかしながら、詳しくは後述するが、本願発明者によれば、触媒の流入端における詰まりは、触媒の流入端に液体の形で付着した炭化水素に起因することが判明した。そうすると、特許文献１のように、液体の形で触媒に到達する燃料部分の量と、気体の形で触媒に到達する燃料部分の量との両方に基づいて詰まり度合いを推定すると、詰まり度合いを必ずしも正確に推定することができないという問題点がある。

本発明によれば、機関排気通路内に配置され、ハニカム構造をなす排気浄化器と、筒内又は前記排気浄化器上流の排気通路内に炭化水素を２次的に供給する２次炭化水素供給器と、前記排気浄化器の流入端における詰まり度合いを推定する詰まり度合い推定器と、を備え、前記詰まり度合い推定器は、前記２次炭化水素供給器からの炭化水素のうち前記排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量と、前記排気浄化器の流入端に到達した粒子状物質の量とをそれぞれ推定すると共に、前記炭化水素の量及び前記粒子状物質の量に基づいて前記詰まり度合いを推定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

排気浄化器の流入端における詰まり度合いを正確に推定することができる。

内燃機関の全体図である。パティキュレートフィルタの正面図である。パティキュレートフィルタの側面断面図である。追加の燃料ＦＡを説明する線図である。追加の燃料量ｑＦＡのマップを示す図である。追加の燃料の噴射時期θＦＡのマップを示す図である。炭化水素添加量ｑＨＣＥのマップを示す図である。パティキュレートフィルタの流入端の部分拡大断面図である。炭化水素の一形態を示す模式図である。炭化水素の別の形態を示す模式図である。詰まり度合いの変化量ｄＤＣＬのマップを示す図である。粒子状物質量ｑＰＭｉのマップを示す図である。液体割合ＫＣのマップを示す図である。液体割合ＫＥのマップを示す図である。詰まり除去制御を説明するタイムチャートである。詰まり除去処理制御ルーチンを実行するフローチャートである。

図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、２は各気筒の燃焼室、３は燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電磁制御式燃料噴射弁、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は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアフロメータ９及びエアクリーナ１０に順次連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１１が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１２が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。

各燃料噴射弁３は燃料供給管１３を介してコモンレール１４に連結され、このコモンレール１４は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１５を介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内には燃料が液体の形で貯蔵されている。燃料タンク１６内の燃料は燃料ポンプ１５によってコモンレール１４内に供給され、コモンレール１４内に供給された燃料は各燃料供給管１３を介して燃料噴射弁３に供給される。本発明による実施例ではこの燃料は軽油から構成される。図示しない別の実施例では、内燃機関はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関から構成される。この場合には燃料はガソリンから構成される。

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（以下、ＥＧＲという。）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。

排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１を具備し、この排気管２１はケーシング２２に連結される。ケーシング２２内には、ハニカム構造をなす排気浄化器２３が配置される。本発明による実施例では排気浄化器２３は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ２３から構成される。また、パティキュレートフィルタ２３上流に位置する排気管２１には、炭化水素ないし燃料を液体の形で２次的に供給する電磁式の添加弁２４が取り付けられる。添加弁２４は図示しない別の燃料ポンプを介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内の燃料は別の燃料ポンプによって添加弁２４に供給され、次いで添加弁２４によってパティキュレートフィルタ２３に供給される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。パティキュレートフィルタ２３上流のケーシング２２内には、パティキュレートフィルタ２３に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ２５が取り付けられる。この排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ２３の流入端の温度を表している。また、ケーシング２２にはパティキュレートフィルタ２３の前後差圧を検出する差圧センサ２６が取り付けられる。エアフロメータ９、温度センサ２５及び差圧センサ２６の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ４１が入力ポート３５に接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動装置、燃料ポンプ１５、ＥＧＲ制御弁１８、添加弁２４、及び別の燃料ポンプ（図示しない）に接続される。

図２Ａ及び図２Ｂはウォールフロー型パティキュレートフィルタ２３の構造を示している。なお、図２Ａはパティキュレートフィルタ２３の正面図を示しており、図２Ｂはパティキュレートフィルタ２３の側面断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにパティキュレートフィルタ２３はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７１ｉ，７１ｏと、これら排気流通路７１ｉ，７１ｏを互いに隔てる隔壁７２とを具備する。図２Ａに示される実施例では、排気流通路７１ｉ，７１ｏは、上流端が開放されかつ下流端が栓７３ｄにより閉塞された排気ガス流入通路７１ｉと、上流端が栓７３ｕにより閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路７１ｏとにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓７３ｕを示している。したがって、排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは薄肉の隔壁７２を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは各排気ガス流入通路７１ｉが４つの排気ガス流出通路７１ｏによって包囲され、各排気ガス流出通路７１ｏが４つの排気ガス流入通路７１ｉによって包囲されるように配置される。

隔壁７２は多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。したがって、図２Ｂに矢印で示されるように、排気ガスはまず排気ガス流入通路７１ｉ内に流入し、次いで周囲の隔壁７２内を通って隣接する排気ガス流出通路７１ｏ内に流出する。

図示しない別の実施例では、排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とにより構成される。この例でも、排気ガス流入通路７１ｉ内に流入した排気ガスの全部又は一部が隔壁７２内を通って排気ガス流出通路７１ｏ内に流出する。図示しない更に別の実施例では、排気浄化器はハニカム構造をなす触媒から構成される。この場合の触媒は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路と、これら排気流通路を互いに隔てる隔壁とを具備しており、排気流通路は上流端及び下流端が開放された排気ガス通路により構成される。

また、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２３にＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持される。機関吸気通路、燃焼室２及びパティキュレートフィルタ２３上流の排気通路内に供給された空気及び燃料ないし炭化水素の比を排気ガスの空燃比と称し、吸収と吸着とを包含する用語として吸蔵という用語を用いると、このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出し還元する機能を有している。このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、白金からなる貴金属触媒と、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層とを備える。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は貴金属触媒を備えているので、酸化機能をも有している。

さて、本発明による実施例では、燃焼室２において酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び添加弁２４から燃料が２次的に供給されない限り、ＮＯｘ吸蔵還元触媒への流入排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき流入排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒内に吸蔵される。しかしながら、機関運転時間が長くなると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなり、ついにはＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘを吸蔵できなくなってしまう。

そこで本発明による実施例では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵量があらかじめ定められた上限吸蔵量を越えたときには、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを放出して還元するために、流入排気ガスの空燃比をリッチ又は理論空燃比にするＮＯｘ放出処理を一時的に行うようにしている。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内に蓄えられているＮＯｘ量が減少する。

一方、排気ガス中には主として固体炭素から形成される粒子状物質が含まれている。この粒子状物質はパティキュレートフィルタ２３上に捕集される。この場合、燃料噴射弁３及び添加弁２４から燃料が２次的に供給されない限り、パティキュレートフィルタ２３は酸化雰囲気にあり、パティキュレートフィルタ２３には酸化機能を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持されているので、パティキュレートフィルタ２３に捕集された粒子状物質は順次酸化される。しかしながら、捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ２３上に次第に堆積することになる。粒子状物質の堆積量が増大すると、パティキュレートフィルタ２３の圧力損失が増大し、機関出力の低下を招いてしまう。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２３上に堆積した粒子状物質の量が上限捕集量を越えたときに、パティキュレートフィルタ２３上の粒子状物質を酸化除去するために、酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２３の温度をＰＭ除去温度以上に上昇し保持するＰＭ除去処理が一時的に行われる。その結果、パティキュレートフィルタ２３上の粒子状物質が酸化されて除去され、したがってパティキュレートフィルタ２３の圧力損失が低減される。なお、本発明による実施例では、差圧センサ２６により検出されるパティキュレートフィルタ２３の前後差圧があらかじめ定められた上限値を越えたときに、パティキュレートフィルタ２３上に堆積した粒子状物質の量が許容上限量を越えたと判断される。また、ＰＭ除去温度は例えば６００℃に設定される。

ところで、本発明による実施例では、図３に示されるように、圧縮上死点（ＴＤＣ）周りにおいて燃焼室２内に燃料噴射弁３から主燃料ＦＭが噴射される。なお、図３の横軸はクランク角を示している。この主燃料ＦＭは機関出力を得るためのものである。更に、主燃料ＦＭに加えて、機関膨張行程又は排気行程において燃焼室２内に燃料噴射弁３から追加の燃料ＦＡを噴射することが可能である。この追加の燃料ＦＡは例えば上述したＮＯｘ放出処理を行うべきときに供給される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵量があらかじめ定められた上限吸蔵量を越えたときに追加の燃料ＦＡが噴射され、それによりＮＯｘ吸蔵還元触媒への流入排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り換えられる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが放出され、還元される。ＮＯｘ放出処理のための追加の燃料ＦＡの単位時間当たりの噴射量ｑＦＡ及び噴射時期θＦＡはそれぞれ、機関運転状態、例えばアクセルペダル３９の踏み込み量により表される機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図４及び図５に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。図示しない別の実施例では、排気ガス中のスモーク量を抑制するために、追加の燃料ＦＡが噴射される。

また、本発明による実施例では、添加弁２４から排気管２１内に燃料ないし炭化水素を２次的に供給することもできる。添加弁２４からの炭化水素は例えば上述したＰＭ除去処理を行うべきときに供給される。すなわち、パティキュレートフィルタ２３の粒子状物質捕集量が上限捕集量を越えたときに添加弁２４から炭化水素が２次的に供給され、それにより酸化雰囲気のもとでパティキュレートフィルタ２３の温度がＰＭ除去温度まで上昇され、保持される。その結果、パティキュレートフィルタ２３に捕集された粒子状物質が酸化され、除去される。ＰＭ除去処理のための単位時間当たりの炭化水素添加量ｑＨＣＥは機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図６に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

したがって、概念的に表現すると、本発明による実施例では、筒内又は排気浄化器上流の排気通路内に炭化水素を２次的に供給する２次炭化水素供給器を備えていることになる。特に、２次炭化水素供給器が、機関膨張行程又は排気行程において筒内に炭化水素を２次的に噴射する筒内噴射器と、排気浄化器上流の排気通路内に炭化水素を２次的に添加する排気通路添加器との一方又は両方を備えている、ということになる。本発明による実施例では、筒内噴射器は燃料噴射弁３を備えており、排気通路添加器は添加弁２４を備えている。

ところで、パティキュレートフィルタ２３の上流端ないし流入端、すなわち排気ガス流入通路７１ｉの入口及びその周りの隔壁７２には、排気ガス中に含まれる粒子状物質の一部が付着する。その結果、図７に示されるように、パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉにいわゆるデポジット８０が形成される。このデポジット８０は排気ガス流れを受けてもパティキュレートフィルタ２３から離脱せず、流入端２３ｉに留まる。その結果、排気ガス流入通路７１ｉの開口面積が小さくなる。すなわち、パティキュレートフィルタ２３の流入端に詰まりが生じる。時間が経過するにつれてデポジット８０の大きさが大きくなり、デポジット８０の大きさが大きくなるにつれて流入端２３ｉにおける詰まり度合いが大きくなる。

そこで本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉにおける詰まり度合いを推定ないし算出し、詰まり度合いがあらかじめ定められた上限度合いを越えたときに、パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉにおける詰まりを除去するための詰まり除去処理を行うようにしている。その結果、パティキュレートフィルタ２３の圧力損失が小さく維持される。図示しない別の実施例では、詰まり度合いが上限度合いを越えたときに警報器が作動され、詰まり度合いが上限度合いを越えたことが車両操作者に知らされる。

本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉにおける詰まり度合いＤＣＬは次式（１）を用いて推定される。
ＤＣＬ＝ＤＣＬ＋ｄＤＣＬ …（１）
ここで、ｄＤＣＬは詰まり度合いＤＣＬの単位時間当たりの変化量ないし増大量を表している。すなわち、変化量ｄＤＣＬが繰り返し推定され、この変化量ｄＤＣＬを積算することにより詰まり度合いＤＣＬが推定される。

詰まり度合いの単位時間当たりの変化量ｄＤＣＬは、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに到達した粒子状物質の量ｑＰＭｉと、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量ｑＬＨＣとに基づいて推定される。このようにしているのは次の理由による。

パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉにおけるデポジット８０に関して、本願発明者が鋭意研究した結果、以下のことが判明した。すなわち、燃料噴射弁３から追加の燃料ＦＡが噴射されずかつ添加弁２４から炭化水素が添加されないときには、パティキュレートフィルタ２３への流入排気ガス中に液体の形の炭化水素はほとんど含まれていない。これに対し、燃料噴射弁３から追加の燃料ＦＡが噴射されたとき、又は、添加弁２４から炭化水素が添加されたときには、パティキュレートフィルタ２３への流入排気ガス中に液体の形の炭化水素が含まれており、この液体の形の炭化水素は次いで、粒子状物質と共にパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに付着する。流入端２３ｉに付着した粒子状物質同士の間、又は、粒子状物質と隔壁７２表面との間には、微細な隙間すなわち毛管が形成されており、液体の形の炭化水素がこの毛管内に流入すると、炭化水素は毛管凝縮により液体の形に保持される。このとき、炭化水素は図８Ａに示されるように、直鎖状の単量体９０の形をなしている。次いで、例えば機関加速運転が行なわれ、それにより酸化雰囲気のもとで流入端２３ｉの温度が炭化水素の重合開始温度、例えば１５０°よりも高くなると、単量体の形の炭化水素同士が酸化重合し、それにより図８Ｂに示されるような重合体９１が形成される。この重合体９１はバインダの性質を有しており、その結果、粒子状物質同士、及び、粒子状物質と隔壁７２とが互いに結合され、したがってデポジット８０が流入端２３ｉに固着される。なお、燃料として用いられる軽油には種々の炭化水素成分が含まれているので、上述の重合開始温度は単量体９０の成分に応じて定まる。

このように、デポジット８０の形成ないし成長には、粒子状物質と液体の形の炭化水素との両方が大きな役割を果たしている。すなわち、流入端２３ｉに粒子状物質が付着していなければ、流入端２３ｉに液体の形の炭化水素が付着したとしても、デポジット８０は形成されず、流入端２３ｉに液体の形の炭化水素が付着していなければ、流入端２３ｉに粒子状物質が付着したとしても、デポジット８０は形成されないのである。

そこで本発明による実施例では、詰まり度合いの単位時間当たりの変化量ｄＤＣＬを、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに到達した粒子状物質の量ｑＰＭｉと、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量ｑＬＨＣとに基づいて推定するようにしている。その結果、詰まり度合いの変化量ｄＤＣＬを正確に推定することができ、したがって詰まり度合いＤＣＬを正確に推定することができる。したがって、本発明による実施例では、詰まり除去処理を適切なタイミングで行うことができる。

詰まり度合いの単位時間当たりの変化量ｄＤＣＬの一例が図９に示される。図９に示されるように、粒子状物質量ｑＰＭｉが少ないときには、液体の形の炭化水素量ｑＬＨＣが増大したとしても、詰まり度合いの変化量ｄＤＣＬは小さく維持される。また、液体の形の炭化水素量ｑＬＨＣが少ないときには、粒子状物質量ｑＰＭｉが増大したとしても、詰まり度合いの変化量ｄＤＣＬは小さく維持される。一方、粒子状物質量ｑＰＭｉと液体の形の炭化水素量ｑＬＨＣとの両方が多くなると、詰まり度合いの変化量ｄＤＣＬは大きくなる。詰まり度合いの変化量ｄＤＣＬは図９に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

なお、流入端２３ｉに到達した液体の形の炭化水素のうち、このときの流入端２３ｉの温度よりも高い沸点を有する炭化水素成分は液体の形で流入端２３ｉに付着し、このときの流入端２３ｉの温度よりも低い沸点を有する炭化水素成分は気化して流入端２３ｉを通過する。一方、流入端２３ｉに到達した気体の形の炭化水素のうち、このときの流入端２３ｉの温度よりも高い沸点を有する炭化水素成分は液化して液体の形で流入端２３ｉに付着し、このときの流入端２３ｉの温度よりも低い沸点を有する炭化水素成分は気体のまま流入端２３ｉを通過する。したがって、パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素には、液体の形で流入端２３ｉに到達するものもあれば、気体の形で流入端２３ｉに到達し液化するものもある、ということになる。流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素は上述した毛管凝縮により液体の形に保持される。

単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに到達した粒子状物質の量ｑＰＭｉは、燃焼室２から排出された粒子状物質の量と考えることができる。本発明による実施例では、粒子状物質の量ｑＰＭｉは機関負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として図１０に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

一方、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量ｑＬＨＣは次式（２）を用いて推定される。
ｑＬＨＣ＝ｑＬＨＣＣ＋ｑＬＨＣＥ …（２）
ここで、ｑＬＨＣＣは、燃料噴射弁３から追加の燃料ＦＡとして燃焼室２内に２次的に供給された炭化水素のうち、単位時間当たりに液体の形で流入端２３ｉに付着した炭化水素の量を表しており、ｑＬＨＣＥは、添加弁２４から排気管２１内に２次的に添加された炭化水素のうち、単位時間当たりに液体の形で流入端２３ｉに付着した炭化水素の量を表している。

燃料噴射弁３からの２次炭化水素のうち液体の形で流入端２３ｉに付着した炭化水素の量ｑＬＨＣＣは次式（３）を用いて推定される。
ｑＬＨＣＣ＝ｑＦＡ・ＫＣ …（３）
ここで、ｑＦＡは上述したように、燃料噴射弁３から追加の燃料ＦＡとして燃焼室２内に２次的に供給された単位時間当たりの炭化水素の量を表しており、本発明による実施例では図４のマップを用いて推定される。また、ＫＣは、燃料噴射弁３からの２次炭化水素量ｑＦＡのうち、流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量の割合、すなわち液体割合を表している（０≦ＫＣ≦１）。

液体割合ＫＣは図１１に示されるように、追加の燃料ＦＡの噴射時期θＦＡが遅くなるにつれて大きくなり、流入端２３ｉの温度ＴＦｉが低くなるにつれて大きくなる。液体割合ＫＣは追加の燃料ＦＡの噴射時期θＦＡ及び流入端２３ｉの温度ＴＦｉの関数として図１１に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

一方、添加弁２４からの２次炭化水素のうち液体の形で流入端２３ｉに付着した炭化水素の量ｑＬＨＣＥは次式（４）を用いて推定される。
ｑＬＨＣＥ＝ｑＨＣＥ・ＫＥ …（４）
ここで、ｑＨＣＥは上述したように、添加弁２４から排気管２１内に２次的に供給された単位時間当たりの炭化水素の量を表しており、本発明による実施例では図６のマップを用いて推定される。また、ＫＥは、添加弁２４からの２次炭化水素量ｑＨＣＥのうち、流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量の割合、すなわち液体割合を表している（０≦ＫＥ≦１）。

液体割合ＫＥは図１２に示されるように、流入端２３ｉの温度ＴＦｉが低いときには１に保持され、流入端２３ｉの温度ＴＦｉが高くなるにつれて小さくなり、流入端２３ｉの温度ＴＦｉが更に高くなるとゼロに保持される。液体割合ＫＥは流入端２３ｉの温度ＴＦｉの関数として図１２に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

したがって、概念的に表現すると、本発明による実施例では、上述した排気浄化器の流入端における詰まり度合いを推定する詰まり度合い推定器を備え、詰まり度合い推定器は、上述した２次炭化水素供給器からの炭化水素のうち排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量と、排気浄化器の流入端に到達した粒子状物質の量とをそれぞれ推定すると共に、これら炭化水素の量及び粒子状物質の量に基づいて詰まり度合いを推定する、ということになる。また、詰まり度合い推定器は、上述した筒内噴射器の炭化水素噴射量及び炭化水素噴射時期に基づいて、筒内噴射器からの炭化水素のうち排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量を推定する、ということになる。更に、詰まり度合い推定器は、排気通路添加器の炭化水素量に基づいて、排気通路添加器からの炭化水素のうち排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量を推定する、ということになる。更に、詰まり度合い推定器は、２次炭化水素供給器からの炭化水素量及び排気浄化器の流入端の温度に基づいて、２次炭化水素供給器からの炭化水素のうち排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量を推定する、ということになる。更に、詰まり度合い推定器は、単位時間当たりに排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量と、単位時間当たりに排気浄化器の流入端に到達した粒子状物質の量とをそれぞれ推定すると共に、これら単位時間当たりの炭化水素の量及び粒子状物質の量に基づいて、詰まり度合いの単位時間当たりの変化量を推定し、変化量を積算することにより詰まり度合いを推定する、ということになる。

ところで、流入端２３ｉに図８Ｂに示されるような重合体９１が形成されているときに、流入端２３ｉの温度が重合体９１の熱分解温度、例えば３５０℃よりも高くなると、重合体９１が炭素Ｃ、二酸化炭素ＣＯ_２、及び水Ｈ_２Ｏに熱分解する。その結果、粒子状物質同士、及び、粒子状物質と隔壁７２とが互いに分離し、粒子状物質が排気ガス流れによって流入端２３ｉから容易に除去される。すなわち、デポジット８０が流入端２３ｉから除去される。なお、上述の熱分解温度は重合体９１を構成する炭化水素成分に応じて定まる。

そこで、本発明による実施例では、詰まり除去制御として、パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉの温度を熱分解温度以上に設定された詰まり除去温度まで昇温し保持する昇温制御を行うようにしている。その結果、流入端２３ｉにおける詰まり度合いが低減される。

すなわち、図１３に示されるように、時間ｔ１において詰まり度合いＤＣＬが上限度合いＤＣＬＵを越えると、詰まり除去制御が開始される。その結果、パティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉの温度ＴＦｉが詰まり除去温度まで上昇され保持される。次いで、時間ｔ２において詰まり除去制御があらかじめ定められた設定時間ｄｔだけ行なわれると、詰まり除去制御が停止され、詰まり度合いＤＣＬがゼロに戻される。なお、図１３に示される例では、詰まり除去制御が行なわれているときには詰まり度合いＤＣＬは更新されず、すなわち維持されている。

本発明による実施例では、詰まり除去温度は例えば３５０℃程度に設定される。この詰まり除去温度は上述した重合体９１を熱分解するのに必要な温度であるので、上述したＰＭ除去温度よりも低い温度に設定される。なお、上述したＰＭ除去処理が行なわれたときにも、流入端２３ｉ温度ＴＦｉは熱分解温度以上に高められ、したがって重合体９１が熱分解される。したがって、本発明による実施例では、ＰＭ除去処理が行なわれたときにも詰まり度合いＤＣＬがゼロに戻される。

また、本発明による実施例では、詰まり除去制御ないし昇温制御を行うために、機関膨張行程又は排気行程に燃料噴射弁３から別の追加の燃料が噴射され、それによりパティキュレートフィルタ２３に流入する排気ガスの温度が上昇される。図示しない別の実施例では、詰まり除去制御ないし昇温制御を行うために、添加弁２４から排気管２１内に炭化水素が添加される。

図１４は上述した詰まり除去処理制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１４を参照すると、ステップ１００では単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに到達した粒子状物質の量ｑＰＭｉが図１０のマップから推定される。続くステップ１０１では単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに到達した粒子状物質の量ｑＰＭｉがゼロよりも多いか否かが判別される。ｑＰＭｉ≦０のとき、すなわちパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに粒子状物質が到達していないときには処理サイクルを終了する。これに対し、ｑＰＭｉ＞０のとき、すなわちパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに粒子状物質が到達したときには次いでステップ１０２に進み、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量ｑＬＨＣが推定される。具体的には、燃料噴射弁３から追加の燃料ＦＡとして燃焼室２内に２次的に供給された単位時間当たりの炭化水素の量ｑＦＡが図４のマップから推定され、液体割合ＫＣが図１１のマップから推定され、燃料噴射弁３からの２次炭化水素のうち液体の形で流入端２３ｉに付着した炭化水素の量ｑＬＨＣＣが上述の式（３）を用いて推定される。また、添加弁２４から排気管２１内に２次的に供給された単位時間当たりの炭化水素の量ｑＨＣＥが図６のマップから推定され、液体割合ＫＥが図１２のマップから推定され、添加弁２４からの２次炭化水素のうち液体の形で流入端２３ｉに付着した炭化水素の量ｑＬＨＣＥが上述の式（４）を用いて推定される。単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量ｑＬＨＣが上述の式（２）を用いて推定される。次いで、続くステップ１０３では、単位時間当たりにパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で付着した炭化水素の量ｑＬＨＣがゼロよりも多いか否かが判別される。ｑＬＨＣ≦０のとき、すなわちパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形で炭化水素が付着しないときには処理サイクルを終了する。これに対し、ｑＬＨＣ＞０のとき、すなわちパティキュレートフィルタ２３の流入端２３ｉに液体の形の炭化水素が付着したときには次いでステップ１０４に進み、詰まり度合いの単位時間当たりの変化量ｄＤＣＬが図９のマップから推定される。続くステップ１０５では詰まり度合いＤＣＬが推定される（ＤＣＬ＝ＤＣＬ＋ｄＤＣＬ）。続くステップ１０６では詰まり度合いＤＣＬが上限度合いＤＣＬＵよりも大きいか否かが判別される。ＤＣＬ≦ＤＣＬＵのときには処理サイクルを終了する。これに対し、ＤＣＬ＞ＤＣＬＵのときには次いでステップ１０７に進み、詰まり除去処理が実行される。続くステップ１０８では詰まり度合いＤＣＬがゼロにリセットされる。

これまで述べてきた実施例では、詰まり除去処理中に詰まり度合いＤＣＬの推定が中止され、詰まり除去処理の実行時間が設定時間になったときに詰まり除去処理が終了される。図示しない別の実施例では、詰まり除去処理中に詰まり度合いＤＣＬの推定が継続され、推定された詰まり度合いＤＣＬがゼロになったときに詰まり除去処理が終了される。この場合、詰まり度合いＤＣＬの単位時間当たりの減少量が例えば流入端２３ｉの温度ＴＦｉに基づいて推定される。

１機関本体
２燃焼室
３燃料噴射弁
２１排気管
２３パティキュレートフィルタ
２３ｉ流入端
２４添加弁
８０デポジット

Claims

機関排気通路内に配置され、ハニカム構造をなす排気浄化器と、筒内又は前記排気浄化器上流の排気通路内に炭化水素を２次的に供給する２次炭化水素供給器と、前記排気浄化器の流入端における詰まり度合いを推定する詰まり度合い推定器と、を備え、前記詰まり度合い推定器は、前記２次炭化水素供給器からの炭化水素のうち前記排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量と、前記排気浄化器の流入端に到達した粒子状物質の量とをそれぞれ推定すると共に、前記炭化水素の量及び前記粒子状物質の量に基づいて前記詰まり度合いを推定する、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記詰まり度合い推定器は、単位時間当たりに前記排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量と、単位時間当たりに前記排気浄化器の流入端に到達した粒子状物質の量とをそれぞれ推定すると共に、これら単位時間当たりの炭化水素の量及び粒子状物質の量に基づいて、前記詰まり度合いの単位時間当たりの変化量を推定し、前記変化量を積算することにより前記詰まり度合いを推定する、
内燃機関の排気浄化装置。
前記詰まり度合いがあらかじめ定められた上限度合いに達したときに、前記排気浄化器の流入端における詰まりを除去するための詰まり除去処理を行う、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記２次炭化水素供給器が、機関膨張行程又は排気行程において筒内に炭化水素を２次的に噴射する筒内噴射器を備え、前記詰まり度合い推定器は、前記筒内噴射器の炭化水素噴射量及び炭化水素噴射時期に基づいて、前記筒内噴射器からの炭化水素のうち前記排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量を推定する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記２次炭化水素供給器が、前記排気浄化器上流の排気通路内に炭化水素を２次的に添加する排気通路添加器を備え、前記詰まり度合い推定器は、前記排気通路添加器の炭化水素添加量に基づいて、前記排気通路添加器からの炭化水素のうち前記排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量を推定する、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記詰まり度合い推定器は、前記２次炭化水素供給器からの炭化水素量及び前記排気浄化器の流入端の温度に基づいて、前記２次炭化水素供給器からの炭化水素のうち前記排気浄化器の流入端に液体の形で付着した炭化水素の量を推定する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化器が、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタから構成される、請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。