(57)【要約】【課題】ＮＯｘの生成を抑制しつつＰＭフィルタの再生を効率よく行うことができるフィルタの再生システムを提供することである。【解決手段】本実施例のエンジンシステムは、内燃機関１に連結された排気通路５４上に設けられた排気を浄化する上流側触媒４及び下流側触媒６と、排気通路５４上であって上流側触媒４と下流側触媒６との間に設けられた、排気微粒子を捕集するフィルタ５と、上流側触媒４とフィルタ５との間に二次空気を供給する二次空気供給装置６０と、内燃機関１から排出された排気の空燃比がストイキに収束するように空燃比制御し、前記空燃比制御が実行されている際に、フィルタ５により捕集された排気微粒子の酸化の反応速度を考慮して二次空気の供給量を制御するＥＣＵ２０と、を備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に連結された排気通路上に設けられた排気を浄化する上流側触媒及び下流側触媒と、
前記排気通路上であって前記上流側触媒と前記下流側触媒との間に設けられた、排気微粒子を捕集するフィルタと、
前記上流側触媒と前記フィルタとの間に二次空気を供給する二次空気供給装置と、
前記内燃機関から排出された排気の空燃比がストイキに収束するように空燃比制御する空燃比制御部と、
前記空燃比制御部により前記空燃比制御が実行されている際に、前記フィルタにより捕集された前記排気微粒子の酸化の反応速度を考慮して前記二次空気の供給量を制御する供給量制御部と、を備えていることを特徴とするフィルタの再生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のフィルタの再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、触媒に二次空気を供給する技術が開示されている。特許文献２には、空燃比をリッチ側に制御しつつ、排気微粒子を捕集するトラップに二次空気を供給する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−２４７８４２号公報
【特許文献２】特開２００５−２９９４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気通路上に上流側から下流側にかけて、上流側触媒、フィルタ、下流側触媒を設けた内燃機関が知られている。フィルタの再生するために、空燃比をリッチ側に制御しつつ上流側触媒とフィルタとの間に二次空気を供給することが考えられる。しかしながら、空燃比をリッチ側に制御すると、排気中のＮＯｘが上流側触媒によりＮＨ３に還元し、このＮＨ３がフィルタ上で二次空気により酸化されてＮＯｘが生成される恐れがある。また、二次空気の供給量によっては、二次空気が混入した排気の温度が低下して、フィルタ上での排気微粒子の酸化が抑制される恐れがある。この場合、フィルタを適切に再生することはできない恐れがある。
【０００５】
本発明の目的は、ＮＯｘの生成を抑制しつつＰＭフィルタの再生を効率よく行うことができるフィルタの再生システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、内燃機関に連結された排気通路上に設けられた排気を浄化する上流側触媒及び下流側触媒と、前記排気通路上であって前記上流側触媒と前記下流側触媒との間に設けられた、排気微粒子を捕集するフィルタと、前記上流側触媒と前記フィルタとの間に二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記内燃機関から排出された排気の空燃比がストイキに収束するように空燃比制御する空燃比制御部と、前記空燃比制御部により前記空燃比制御が実行されている際に、前記フィルタにより捕集された前記排気微粒子の酸化の反応速度を考慮して前記二次空気の供給量を制御する供給量制御部と、を備えているフィルタの再生システムによって達成できる。空燃比をストイキに制御することにより、ＮＯｘの生成が抑制される。また、フィルタ上の排気微粒子の酸化反応速度を考慮して二次空気の供給量を制御するため、フィルタの再生を効率よく行うことができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＮＯｘの生成を抑制しつつＰＭフィルタの再生を効率よく行うことができるフィルタの再生システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】フィルタ再生システムが採用されたエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図２】二次空気の供給量と、二次空気が混合した排気中の酸素濃度比との関係を示した酸素濃度比マップである。
【図３】二次空気の供給量と反応定数比との関係を示した反応定数比マップである。
【図４】二次空気の供給量と排気微粒子の酸化の反応速度比との関係を示した反応速度比マップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【００１０】
図１は、フィルタ再生システムが採用されたエンジンシステムの概略構成を示す図である。エンジンシステムは、内燃機関１、電子制御ユニット（Electronic  Control  Unit、以下ＥＣＵと称する）２０、排気通路５４、上流側触媒４、フィルタ５、下流側触媒６等を含む。内燃機関１は、４つのシリンダ３０を有する４サイクル・ガソリン機関であり、各シリンダ３０のピストンの上方には、ピストンの頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室が形成されている。また、エンジンシステムは、吸気系４０、排気系５０、二次空気供給装置６０を備えている。
【００１１】
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の動作全体を制御するものであり、不図示のＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などから構成される。ＲＯＭには、後述するフィルタ再生処理を実行するために必要なプログラムが格納されている。ＥＣＵ２０は、空燃比制御部、供給量制御部に相当する。
【００１２】
吸気系４０は、吸気管４１、吸気枝管２６を含む。それぞれの吸気枝管２６に接続した吸気管４１には、スロットル弁４２が設けられており、この吸気管４１はエアフィルタ４３に接続されている。このエアフィルタ４３とスロットル弁４２の間には、エアフロメータ４４が配設されている。また、エアフィルタ４３よりも上流側には、吸気温センサ４８が配置されている。
【００１３】
吸気枝管２６には、それぞれ燃料噴射弁３２が設けられている。燃料噴射弁３２からの燃料噴射量は、ＥＣＵ２０からの指示により制御される。
【００１４】
排気系５０は、排気通路５４、排気枝管５２を含む。排気通路５４は、各燃焼室から排出される排気の通路である。排気通路５４は、内燃機関１と接続した複数の排気枝管５２と連通している。排気通路５４には、上流から下流にかけて、上流側触媒４、フィルタ５、下流側触媒６が配置されている。
【００１５】
上流側触媒４は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する機能を備えた三元触媒である。また、上流側触媒４は酸素吸蔵機能を有している。上流側触媒４は、セラミックから成る担持体に触媒物質である貴金属及びセリア（ＣｅＯ２）が担持されている。上流側触媒４は、スタートキャタリティックコンバータ（ＳＣ）、又は第１触媒とも称される。
【００１６】
フィルタ５は、セラミックからなる周知のフィルタであって、排気中に含まれる排気微粒子を捕集する。フィルタ５は、上流側触媒４よりも下流側であって、下流側触媒６よりも上流側に配置されている。
【００１７】
下流側触媒６は、排気中の還元成分濃度が低い状態ではＮＯｘを吸収し、排気中の還元成分濃度が高い状態ではＮＯｘを放出する特性を有している。排気中に放出されたＮＯｘは、排気中にＨＣやＣＯ等の還元成分が存在していれば、それらと速やかに反応して窒素に還元される。下流側触媒６は、車両のフロア下方に配置されているため、アンダフロアキャタリティックコンバータ又は第２触媒とも称されている。
【００１８】
空燃比センサ４ａは、空燃比センサ４ａが配置された排気通路５４内を通過する排気の空燃比に応じた出力値をＥＣＵ２０へと出力する。
【００１９】
空燃比センサ４ｂは、上流側触媒４とフィルタ５との間に設けられている。空燃比センサ４ｂは、上流側触媒４とフィルタ５との間を通過する排気の空燃比に応じた出力値をＥＣＵ２０へ出力する。
【００２０】
二次空気供給装置６０は、内燃機関１の外部から取り入れた空気を二次空気として強制的に排気通路５４に供給するように構成されている。
【００２１】
二次空気供給通路６１上には、上流側からエアポンプ１３、スイッチングバルブ６２、逆止弁であるリードバルブ６３が配置されている。また、エアポンプ１３とエアスイッチングバルブ６２の間には圧力センサ６４が設けられている。前記エアスイッチングバルブ６２には、吸気管４１のスロットル弁４２の下流から延びる配管６５が接続され、この配管６５には電磁弁６６が設けられている。
【００２２】
エアポンプ１３は電気モータにより駆動され、このエアポンプ１３は、外部からの指示に基づいて回転駆動するモータ部と、このモータ部により回転駆動されて吸入した空気を加圧するポンプ部とを備えている。そして、空気導入通路１４を通じて外部から空気を吸入する。エアポンプ１３から圧送される空気は、二次通路供給通路６１を介して排気通路５４へと導かれる。
【００２３】
二次空気供給通路６１は、図１に示すように、上流側触媒４とフィルタ５との間で排気通路５４と接続している。従って、二次空気供給通路６１から供給される二次空気は、フィルタ５に供給されることになる。
【００２４】
二次空気供給装置６０は、電磁弁６６を開くことで、吸気管４１内の負圧をエアスイッチングバルブ６２に導き、このエアスイッチングバルブ６２を開くことができる。この状態でエアポンプ１３を駆動させることで、エアフィルタ４３ａを通過した外気は二次空気供給通路６１を介して、排気通路５４内に導かれる。ＥＣＵ２０は、電磁弁６６を制御することにより、排気通路５４への２次空気の供給量を制御する。
【００２５】
ＥＣＵ２０には、空燃比センサ４ａ、４ｂ、エアフロメータ４４、スロットルポジションセンサ４５、クランクポジションセンサ４７、等、の各種センサが電気配線を介して接続されている。ＥＣＵ２０は、各種センサからの出力に基づいてエアポンプ１３の駆動やスイッチングバルブ６２の開閉駆動を通じて排気通路５４に二次空気を供給する制御を実行する。
【００２６】
次に、ＥＣＵ２０が実行するフィルタ再生処理について説明する。フィルタ再生処理は、例えばフィルタ５前後にそれぞれ設けられた圧力センサ（不図示）からの出力値の差が所定値以上の場合に実行する。フィルタ再生処理において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がストイキとなるように制御する。詳細には、ＥＣＵ２０は、空燃比センサ４ａからの信号に基づいて燃料噴射量など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空燃比がストイキとなるようにフィードバック制御する。このように空燃比をストイキに制御することにより、ＮＯｘの生成が抑制される。従って、ＥＣＵ２０は空燃比制御部に相当する。次に、ＥＣＵ２０は、空燃比がストイキに制御されている際に、二次空気供給装置６０によって上流側触媒４とフィルタ５との間に二次空気を供給する。二次空気の供給量について以下に詳しく説明する。
【００２７】
ＥＣＵ２０は、フィルタ５により捕集された排気微粒子の酸化の反応速度を考慮して二次空気の供給量を制御する。酸化の反応速度を考慮して二次空気の供給量を制御する理由は、二次空気の供給量が多すぎた場合、排気温度が低下し、排気微粒子の酸化反応が低下する恐れがあるからである。以下に詳しく説明する。
【００２８】
図２は、二次空気の供給量と、二次空気が混合した排気中の酸素濃度比との関係を示した酸素濃度比マップである。内燃機関１の運転条件に応じた複数の酸素濃度比マップが、ＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶されている。尚、図２に示した酸素濃度比マップは、機関回転数Ｎｅが１６００ｒｐｍであり、吸入空気量Ｇａが２０ｇ／ｓであり、上流側触媒４を通過直後の排気の酸素濃度が０．１％の条件下における、二次空気を供給量と推定される酸素濃度比とを示している。図２に示すように、二次空気の供給量が多いほど、排気中の酸素濃度比は大きくなる。
【００２９】
図３は、二次空気の供給量と、反応定数比との関係を示した反応定数比マップである。尚、反応定数比マップには、フィルタ５の温度も示している。内燃機関１の運転条件に応じた複数の反応定数比マップが、ＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶されている。反応定数とは、排気微粒子の酸化反応の度合を示したパラメータである。反応定数が大きいほど、排気微粒子は酸化反応しやすい。図３に示すように、二次空気の供給量が多いほど、反応定数比は低下する。この理由は、二次空気の供給量が多いほど、二次空気が混合した排気の温度が低下して、フィルタ５に捕集された排気微粒子周辺の温度も低下するからである。反応定数は、フィルタ５に供給される排気の温度やフィルタ５の温度と相関しており、フィルタ５に供給される排気の温度やフィルタ５の温度が低いほど反応定数は低くなり、酸化反応しにくくなる。
【００３０】
図２、図３に示したように、二次空気の供給量が多いほど酸素濃度は高くなるが、反応定数は小さくなる。また、排気微粒子の酸化の反応速度は、反応定数に酸素濃度を乗じて得られた値と比例関係にある。即ち、反応定数に酸素濃度を乗じて得られた値が大きいほど、反応速度が早くなる。よって、フィルタ５の再生を効率よく行うためには、反応速度を考慮して二次空気の供給量を制御する必要がある。
【００３１】
図４は、二次空気の供給量と排気微粒子の酸化の反応速度比との関係を示した反応速度比マップである。反応速度比マップに示されている反応速度比を示す曲線は、酸素濃度比マップ及び反応定数比マップに示された酸素濃度比及び反応定数比とを乗じて算出されたものである。最も高い反応速度比における二次空気の供給量が、最適な供給量となる。上記条件下においては、最適な二次空気の供給量は、３ｇ／ｓであった。図４に示したマップは、図２、図３に示したマップに基づいてＥＣＵ２０が生成する。ＥＣＵ２０は、二次空気の供給量を、最も高い反応速度比における二次空気の供給量に制御する。これにより、フィルタ５での排気微粒子の酸化反応が促進され、フィルタ５の再生を効率よく行うことができる。
【００３２】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  内燃機関
４  上流側触媒
４ａ、４ｂ  空燃比センサ
５  フィルタ
６  下流側触媒
１３  エアポンプ
２０  ＥＣＵ（空燃比制御部、供給量制御部）
４０  吸気系
５０  排気系
５２   排気枝管
５４  排気通路
６０  二次空気供給装置
６１  二次空気供給通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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