(57)【要約】【課題】  二次空気を排気系に供給した場合でも、吸気系に対する新規流入ガス量の変化を抑制できる内燃機関の二次空気供給装置を提供する。【解決手段】  本発明の二次空気供給装置２５は、内燃機関１の排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機８と、ターボ過給機８による過給を補助する電動機９と、ＰＭ捕集装置１６と、電動機９によって加圧された二次空気をＰＭ捕集装置１６の上流に導く二次空気供給通路２６と、を備える。ＰＭ捕集装置１６に堆積した粒子状物質を燃焼させて機能を強制的に再生する強制再生操作が適宜行われ、ＰＭ捕集装置１６に堆積した粒子状物質が限界量を超え、かつ内燃機関１の運転状態が高負荷から減速又はアイドル中に移行した場合に、強制再生操作によってＰＭ捕集装置１６の過熱が回避されるように電動機９を作動させて二次空気をＰＭ捕集装置１６の上流に供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気エネルギーを利用して前記内燃機関に対して過給するターボ過給機と、前記ターボ過給機による過給を補助する過給補助手段と、前記内燃機関の排気通路に設けられた温度制御対象と、前記過給補助手段によって加圧された二次空気を前記温度制御対象の上流に導く二次空気供給通路と、前記過給補助手段を作動させて前記温度制御対象の上流へ前記二次空気を供給することを許可する供給許可条件を判定し、前記供給許可条件が満たされた場合に前記二次空気が前記二次空気供給通路を介して前記温度制御対象へ供給されるように前記過給補助手段を作動させる二次空気供給制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項２】
前記温度制御対象として、排気中の粒子状物質を捕捉して堆積させる粒子状物質捕集手段が設けられるとともに、前記粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質を燃焼させて前記粒子状物質捕集手段の機能を強制的に再生する強制再生操作を行う強制再生制御手段を更に備え、
前記二次空気供給制御手段は、前記粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質が限界堆積量を超え、かつ前記内燃機関の運転状態が高負荷から減速又はアイドル中に移行した場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記強制再生制御手段による前記強制再生操作によって前記粒子状物質捕集手段が過熱に至ることが回避されるように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記粒子状物質捕集手段の上流へ供給させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項３】
前記二次空気の供給により低減が見込まれる前記粒子状物質捕集手段の温度の低減量を推定し、その推定結果に基づいて前記限界堆積量を算出する限界堆積量算出手段を更に備え、
前記強制再生制御手段は、粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質の堆積量が前記算出された限界堆積量に達した場合に前記強制再生操作を開始することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項４】
前記限界堆積量算出手段は、前記過給補助手段の作動によって得ることができる前記二次空気の流量を前記過給補助手段の状態に応じて算出し、その算出結果を考慮して前記粒子状物質捕集手段の前記温度の低減量を推定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項５】
前記温度制御対象として、排気中の窒素酸化物を吸蔵し所定の還元剤の存在下で吸蔵した窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化触媒が設けられ、
前記二次空気供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が窒素酸化物を吸蔵可能な温度域の上限を超え、かつ、前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要がない場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記排気浄化触媒の温度が前記温度域の上限よりも低下するように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記排気浄化触媒の上流へ供給させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項６】
前記過給補助手段の作動時間を積算する作動時間積算手段を更に備え、
前記二次空気供給制御手段は、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気を前記排気浄化触媒の上流へ供給させている状態において、前記排気浄化触媒の温度が前記第１の温度域の上限以下に低下しないまま前記作動時間積算手段が算出した前記作動時間の積算値が所定時間を超えた場合には、前記過給補助手段の作動を停止させて前記二次空気の供給を停止させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項７】
前記温度制御対象として、排気中の窒素酸化物を吸蔵し所定の還元剤の存在下で吸蔵した窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化触媒が設けられるとともに、前記排気浄化触媒に対して前記還元剤を供給する還元操作を、前記排気浄化触媒に吸蔵された窒素酸化物の吸蔵量が限界に達したことを少なくとも一つの条件として実行する還元制御手段を更に備え、
前記二次空気供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が窒素酸化物を吸蔵可能な第１の温度域内に設定された二次空気供給開始温度を超え、かつ、前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要がない場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記排気浄化触媒の温度が前記第１の温度域内に設定されて、窒素酸化物の吸蔵量が所定量以上見込まれる第２の温度域に保持されるように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記排気浄化触媒の上流へ供給させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項８】
前記二次空気供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記二次空気供給開始温度を超えた場合において、前記二次空気の供給のために前記過給補助手段を作動させた場合の燃料消費と、前記排気浄化触媒の温度が前記二次空気の供給によって前記第２の温度域に保持された状態で前記還元操作が実行された場合の燃料消費との和が、前記過給補助手段を作動させずに前記二次空気供給開始温度を超えた状態で前記還元操作が実行された場合の燃料消費以上になるときは、前記過給補助手段の作動を禁止することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項９】
前記温度制御対象として、前記内燃機関の排気通路に臨むようにして配置されて前記排気通路へ所定の液体を噴射する噴射弁が設けられるとともに、前記噴射弁の詰まりが防止されるように前記噴射弁から前記液体を噴射させる詰まり防止操作を実行する詰まり防止制御手段を更に備え、
前記二次空気供給制御手段は、前記噴射弁の温度が所定の二次空気供給開始温度を超え、かつ前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要がない場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記詰まり防止制御手段による前記詰まり防止操作の実行を禁止させるとともに、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記還元剤噴射弁の上流へ供給させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１０】
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する排気浄化手段を更に備え、
前記噴射弁は、前記液体としての燃料を前記排気浄化手段の上流側の前記排気通路に噴射する燃料添加弁として構成されていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１１】
前記二次空気供給制御手段は、前記二次空気の供給のために前記過給補助手段を作動させた場合の燃料消費が、前記過給補助手段を作動させずに前記詰まり防止操作が実行された場合の燃料消費以上になるときは、前記詰まり防止操作の実行を許可するとともに、前記過給補助手段の作動を禁止することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１２】
前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する前記温度制御対象としての排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流側の前記排気通路に臨むようにして配置され、前記排気浄化手段の上流側の前記排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁と、前記燃料添加弁の詰まりが防止されるように前記燃料添加弁から前記燃料を噴射させる詰まり防止操作を実行する詰まり防止制御手段と、を更に備え、
前記二次空気供給制御手段は、前記詰まり防止操作の実行により前記排気浄化手段が過熱に至るおそれがあると判定した場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記排気浄化手段の過熱が回避されるように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記排気浄化手段の上流へ供給させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１３】
前記二次空気供給制御手段は、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気を前記排気浄化手段の上流へ供給させている状態において、前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要が生じた場合であっても前記二次空気の供給を継続させることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１４】
前記二次空気供給通路は、前記排気浄化手段の上流でかつ前記燃料添加弁の上流に前記二次空気を導くように構成されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１５】
前記過給補助手段は、前記ターボ過給機のコンプレッサの回転を補助する電動機として構成され、
前記二次空気供給通路に設けられて、前記二次空気供給通路に導かれる前記二次空気の流量を調整可能な調整弁を備え、
前記二次空気供給制御手段は、前記供給許可条件が満たされた場合には、前記調整弁の開度を開き側に制御して前記電動機を作動させることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１６】
前記過給補助手段は、前記ターボ過給機のコンプレッサの上流又は下流側の前記内燃機関の吸気通路に配置された電動コンプレッサとして構成され、
前記二次空気供給通路に設けられて、前記二次空気供給通路に導かれる前記二次空気の流量を調整可能な調整弁を備え、
前記二次空気供給制御手段は、前記供給許可条件が満たされた場合には、前記調整弁の開度を開き側に制御して前記電動コンプレッサを作動させることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に二次空気を供給するようにした内燃機関の二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の二次空気供給装置として、ターボ過給機によって加圧された二次空気を排気系に供給するものが知られている。例えば、ターボ過給機で加圧された二次空気をＮＯｘ触媒に供給し、排気中の未燃ＨＣをＮＯｘ触媒において酸化反応させてＮＯｘ触媒を昇温させるもの（特許文献１）や、ターボ過給機で加圧された二次空気を排気空燃比の制御に利用するもの（特許文献２）が存在する。また、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤噴射弁に二次空気を供給し、還元剤噴射弁の噴射口から二次空気を噴射させることにより還元剤噴射弁に溜った還元剤の残滓を吹き飛ばして還元剤噴射弁の詰まりを防止した装置もある（特許文献３）。その他本発明に関連する先行技術文献として、特許文献４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２１４７３３号公報
【特許文献２】特開２００４−７６６８２号公報
【特許文献３】特開２００４−２６３６６１号公報
【特許文献４】特開平７−２６９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ターボ過給機を利用して二次空気を排気系に供給する装置では、ターボ過給機によって加圧された吸気の一部を二次空気として取り出すものであるため、吸気系に二次空気を供給する際に吸気系に対する新規流入ガス量の変化を伴う。特に、排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の場合には、二次空気の供給に伴って、気筒内に送り込まれる全ガス量に対する排気の割合（ＥＧＲ率）が変化するので、ＥＧＲ率の制御が困難となり、内燃機関から排出されるＮＯｘやスモークの変化に対応しきれずに排気エミッションの悪化を招く。
【０００５】
そこで、本発明は、二次空気を排気系に供給した場合でも、吸気系に対する新規流入ガス量の変化を抑制できる内燃機関の二次空気供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の二次空気供給装置は、内燃機関の排気エネルギーを利用して前記内燃機関に対して過給するターボ過給機と、前記ターボ過給機による過給を補助する過給補助手段と、前記内燃機関の排気通路に設けられた温度制御対象と、前記過給補助手段によって加圧された二次空気を前記温度制御対象の上流に導く二次空気供給通路と、前記過給補助手段を作動させて前記温度制御対象の上流へ前記二次空気を供給することを許可する供給許可条件を判定し、前記供給許可条件が満たされた場合に前記二次空気が前記二次空気供給通路を介して前記温度制御対象へ供給されるように前記過給補助手段を作動させる二次空気供給制御手段と、を備えることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この二次空気供給装置によれば、ターボ過給機の過給を補助する過給補助手段によって加圧された二次空気が温度制御対象の上流に供給されるので、吸気系に対する新規流入ガス量の変化を抑えつつ二次空気を供給できる。本発明の温度制御対象は、排気通路に設けられたもので、かつ温度制御を必要とする対象であれば如何なるものでもよい。
【０００８】
本発明の二次空気供給装置において、前記温度制御対象として、排気中の粒子状物質を捕捉して堆積させる粒子状物質捕集手段が設けられるとともに、前記粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質を燃焼させて前記粒子状物質捕集手段の機能を強制的に再生する強制再生操作を行う強制再生制御手段を更に備え、前記二次空気供給制御手段は、前記粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質が限界堆積量を超え、かつ前記内燃機関の運転状態が高負荷から減速又はアイドル中に移行した場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記強制再生制御手段による前記強制再生操作によって前記粒子状物質捕集手段が過熱に至ることが回避されるように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記粒子状物質捕集手段の上流へ供給させてもよい（請求項２）。
【０００９】
この態様では、温度制御対象として粒子状物質捕集手段が設けられる。粒子状物質捕集手段に粒子状物質が堆積している状態で強制再生操作が実行され、内燃機関の運転状態が高負荷から減速又はアイドル中に移行すると、排気の流量が減少する。すると、粒子状物質捕集手段から排気が奪う熱量が減り、粒子状物質捕集手段が過熱、すなわち粒子状物質捕集手段の温度が許容限度を超えるおそれがある。この態様によれば、粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質が限界堆積量を超え、かつ内燃機関の運転状態が高負荷から減速又はアイドル中に移行した場合に、過給補助手段にて加圧された二次空気が二次空気供給通路を介して粒子状物質捕集手段の上流に供給される。従って、二次空気によって粒子状物質捕集手段の温度上昇が抑制されるので粒子状物質捕集手段の過熱を回避することができる。この態様の限界堆積量は不変であってもよいし、内燃機関の運転状態等の各種要因に応じて変化させてもよい。また、この限界堆積量を強制再生制御手段による強制再生操作の開始のための閾値としてもよい。強制再生操作は排気温度を上昇させる操作であればよく、排気通路内に燃料を噴射することでもよいし、いわゆるポスト噴射を実行することでもよい。
【００１０】
この態様においては、前記二次空気の供給により低減が見込まれる前記粒子状物質捕集手段の温度の低減量を推定し、その推定結果に基づいて前記限界堆積量を算出する限界堆積量算出手段を更に備え、前記強制再生制御手段は、粒子状物質捕集手段に堆積した粒子状物質の堆積量が前記算出された限界堆積量に達した場合に前記強制再生操作を開始してもよい（請求項３）。粒子状物質の堆積量が多いほど強制再生操作によって粒子状物質捕集手段の温度が上昇するが、二次空気の供給によって粒子状物質捕集手段の温度上昇を抑えることができる。そのため、仮に、粒子状物質の堆積量が二次空気の供給よる温度の低減量に見合うだけ増加した状態で強制再生操作が行われたとしても、粒子状物質捕集手段の過熱を回避することができる。言い換えれば、より多くの粒子状物質を粒子状物質捕集手段に堆積させてから強制再生操作を開始させた場合でも、粒子状物質の過熱を回避できる。つまり、粒子状物質捕集手段の温度の低減量が大きくなれば、それだけ強制再生操作の開始を遅らせることができる。この態様によれば、二次空気の供給により見込まれる温度の低減量が推定され、その推定結果に基づいて限界堆積量が算出される。そして、粒子状物質の堆積量がその限界堆積量に達した場合に強制再生操作が開始される。従って、粒子状物質捕集手段の温度の低減量に見合うだけ強制再生操作の開始を限界まで遅らせることができるので、強制再生操作のインターバルが拡大する。このため、強制再生操作に関連する燃料消費を抑えることができ燃費向上に寄与できる。更に、この態様においては、前記限界堆積量算出手段は、前記過給補助手段の作動によって得ることができる前記二次空気の流量を前記過給補助手段の状態に応じて算出し、その算出結果を考慮して前記粒子状物質捕集手段の前記温度の低減量を推定してもよい（請求項４）。過給補助手段の状態によって、二次空気の供給流量が左右される。この態様によれば、過給補助手段の状態が考慮されて粒子状物質捕集手段の温度の低減量が推定されるので、より正確な低減量を得ることができる。
【００１１】
本発明の二次空気供給装置において、前記温度制御対象として、排気中の窒素酸化物を吸蔵し所定の還元剤の存在下で吸蔵した窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化触媒が設けられ、前記二次空気供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が窒素酸化物を吸蔵可能な温度域の上限を超え、かつ、前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要がない場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記排気浄化触媒の温度が前記温度域の上限よりも低下するように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記排気浄化触媒の上流へ供給させてもよい（請求項５）。
【００１２】
この態様では、温度制御対象として排気中の窒素酸化物を吸蔵し所定の還元剤の存在下で吸蔵した窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化触媒が設けられる。この種の排気浄化触媒は、窒素酸化物を吸蔵可能な温度域において窒素酸化物を吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵された窒素酸化物を還元浄化する。そのため、排気浄化触媒の温度が当該温度域の上限を超えている場合には、窒素酸化物を吸蔵することも、これを還元して浄化することもできないので、それだけ窒素酸化物を浄化できる領域が狭められる。この態様によれば、排気浄化触媒の温度が当該温度域の上限よりも低下するように二次空気が排気浄化触媒に供給されるので、窒素酸化物を浄化可能な領域を拡大できる。また、二次空気の供給が、ターボ過給機の補助のため、例えばターボラグを補償するために過給補助手段を作動させる必要がない場合に行われ、ターボ過給機の補助のための過給補助手段の作動が二次空気の供給に対して優先されるので、二次空気の供給によってドライバビリティが損なわれることがない。
【００１３】
この態様においては、前記過給補助手段の作動時間を積算する作動時間積算手段を更に備え、前記二次空気供給制御手段は、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気を前記排気浄化触媒の上流へ供給させている状態において、前記排気浄化触媒の温度が前記第１の温度域の上限以下に低下しないまま前記作動時間積算手段が算出した前記作動時間の積算値が所定時間を超えた場合には、前記過給補助手段の作動を停止させて前記二次空気の供給を停止させてもよい（請求項６）。この場合には、過給補助手段の作動が無駄になって燃費が悪化することを抑制できる。
【００１４】
本発明の二次空気供給装置において、前記温度制御対象として、排気中の窒素酸化物を吸蔵し所定の還元剤の存在下で吸蔵した窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化触媒が設けられるとともに、前記排気浄化触媒に対して前記還元剤を供給する還元操作を、前記排気浄化触媒に吸蔵された窒素酸化物の吸蔵量が限界に達したことを少なくとも一つの条件として実行する還元制御手段を更に備え、前記二次空気供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が窒素酸化物を吸蔵可能な第１の温度域内に設定された二次空気供給開始温度を超え、かつ、前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要がない場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記排気浄化触媒の温度が前記第１の温度域内に設定されて、窒素酸化物の吸蔵量が所定量以上見込まれる第２の温度域に保持されるように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記排気浄化触媒の上流へ供給させてもよい（請求項７）。
【００１５】
この態様では、温度制御対象として排気中の窒素酸化物を吸蔵し所定の還元剤の存在下で吸蔵した窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化触媒が設けられる。そして、排気浄化触媒の温度が、窒素酸化物を吸蔵可能な第１の温度域内に設定されて窒素酸化物の吸蔵量が所定量以上見込まれる第２の温度域に保持されるように二次空気が供給されるので、排気浄化触媒の温度が第２の温度域以外の領域で推移する場合と比較して、窒素酸化物の吸蔵量が限界に到達するまでの期間を延長できる。従って、還元制御手段による還元操作のインターバルを延ばすことができ、還元操作が効率的に行われて還元剤の供給量を抑制できる。また、二次空気の供給が、ターボ過給機の補助のため、例えばターボラグを補償するために過給補助手段を作動させる必要がない場合に行われ、ターボ過給機の補助のための過給補助手段の作動が二次空気の供給に対して優先されるので、二次空気の供給によってドライバビリティが損なわれることがない。
【００１６】
この態様においては、前記二次空気供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が前記二次空気供給開始温度を超えた場合において、前記二次空気の供給のために前記過給補助手段を作動させた場合の燃料消費と、前記排気浄化触媒の温度が前記二次空気の供給によって前記第２の温度域に保持された状態で前記還元操作が実行された場合の燃料消費との和が、前記過給補助手段を作動させずに前記二次空気供給開始温度を超えた状態で前記還元操作が実行された場合の燃料消費以上になるときは、前記過給補助手段の作動を禁止してもよい（請求項８）。二次空気を供給した場合の燃料消費が二次空気を供給しない場合の燃料消費以上になるときは、二次空気の供給が効果的でないし、二次空気を供給することが却って燃費を悪化させてしまう。この態様によれば、このような状況のときに過給補助手段の作動が禁止されるので、無駄な二次空気の供給を制限することができる。
【００１７】
本発明の二次空気供給装置において、前記温度制御対象として、前記内燃機関の排気通路に臨むようにして配置されて前記排気通路へ所定の液体を噴射する噴射弁が設けられるとともに、前記噴射弁の詰まりが防止されるように前記噴射弁から前記液体を噴射させる詰まり防止操作を実行する詰まり防止制御手段を更に備え、前記二次空気供給制御手段は、前記噴射弁の温度が所定の二次空気供給開始温度を超え、かつ前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要がない場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記詰まり防止制御手段による前記詰まり防止操作の実行を禁止させるとともに、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記還元剤噴射弁の上流へ供給させてもよい（請求項９）。
【００１８】
この態様では、温度制御対象として所定の液体を噴射する噴射弁が設けられる。この噴射弁は排気通路に臨むように設けられているため、排気に曝されることにより温度が上昇するので、噴射弁に溜った液体の残滓により噴射弁が詰まるおそれがある。そのため、詰まり防止制御手段によって噴射弁から液体を噴射させる詰まり防止操作を適時に実行し、詰まりを防止している。この態様によれば、詰まり防止操作の実行が禁止されたときには、二次空気の供給によって噴射弁の温度上昇が抑えられるので、詰まり防止操作に使用する液体の消費を抑えながら、噴射弁の詰まりを防止できる。また、二次空気の供給が、ターボ過給機の補助のため、例えばターボラグを補償するために過給補助手段を作動させる必要がない場合に行われ、ターボ過給機の補助のための過給補助手段の作動が二次空気の供給に対して優先されるので、二次空気の供給によってドライバビリティが損なわれることがない。
【００１９】
この態様における噴射弁の使用態様や、噴射弁が噴射する液体はどのようなものでもよいが、例えば、前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する排気浄化手段を更に備え、前記噴射弁は、前記液体としての燃料を前記排気浄化手段の上流側の前記排気通路に噴射する燃料添加弁として構成されいてもよい（請求項１０）。更に、この態様においては、前記二次空気供給制御手段は、前記二次空気の供給のために前記過給補助手段を作動させた場合の燃料消費が、前記過給補助手段を作動させずに前記詰まり防止操作が実行された場合の燃料消費以上になるときは、前記詰まり防止操作の実行を許可するとともに、前記過給補助手段の作動を禁止してもよい（請求項１１）。二次空気を供給した場合の燃料消費が二次空気を供給しない場合の燃料消費以上になるときは、二次空気の供給が効果的でないし、二次空気を供給することが却って燃費を悪化させてしまう。この態様によれば、このような状況のときに詰まり防止操作が許可され、かつ過給補助手段の作動が禁止されるので、燃料添加弁の詰まりを防止しつつ無駄な二次空気の供給を制限することができる。
【００２０】
本発明の二次空気供給装置において、前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の有害物質を浄化する前記温度制御対象としての排気浄化手段と、前記排気浄化手段の上流側の前記排気通路に臨むようにして配置され、前記排気浄化手段の上流側の前記排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁と、前記燃料添加弁の詰まりが防止されるように前記燃料添加弁から前記燃料を噴射させる詰まり防止操作を実行する詰まり防止制御手段と、を更に備え、前記二次空気供給制御手段は、前記詰まり防止操作の実行により前記排気浄化手段が過熱に至るおそれがあると判定した場合に前記供給許可条件が満たされたと判定し、前記排気浄化手段の過熱が回避されるように、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気供給通路を介して前記二次空気を前記排気浄化手段の上流へ供給させてもよい（請求項１２）。
【００２１】
この態様では、温度制御対象として排気中の有害物質を浄化する排気浄化手段が設けられる。詰まり防止のために燃料添加弁から燃料が噴射された場合には排気浄化手段に導かれる排気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ状態となり、排気浄化手段の温度が上昇する。排気浄化手段が限界温度を超えて過熱すると、排気浄化手段の破損等の不具合を生じるおそれがある。この態様によれば、排気浄化手段が過熱に至るおそれがある場合に二次空気が排気浄化手段に供給されるので、排気浄化手段の温度上昇が抑制されて過熱を回避できる。この態様においては、前記二次空気供給制御手段は、前記過給補助手段を作動させて前記二次空気を前記排気浄化手段の上流へ供給させている状態において、前記ターボ過給機による過給の補助のために前記過給補助手段を作動させる必要が生じた場合であっても前記二次空気の供給を継続させてもよい（請求項１３）。この場合は、排気浄化手段の過熱を回避することが過給の補助に優先されるため、排気浄化手段の不具合を確実に防止でき安全性が向上する。
【００２２】
更に、この態様においては、前記二次空気供給通路は、前記排気浄化手段の上流でかつ前記燃料添加弁の上流に前記二次空気を導くように構成されてもよい（請求項１４）。この場合は、燃料添加弁の温度上昇も同時に抑えることができるので、燃料添加弁の詰まりも同時に防止できる。
【００２３】
本発明の二次空気供給装置においては、過給補助手段の構成は特に制限されないが、例えば、前記過給補助手段は、前記ターボ過給機のコンプレッサの回転を補助する電動機として構成され、前記二次空気供給通路に設けられて、前記二次空気供給通路に導かれる前記二次空気の流量を調整可能な調整弁を備え、前記二次空気供給制御手段は、前記供給許可条件が満たされた場合には、前記調整弁の開度を開き側に調整して前記電動機を作動させてもよいし（請求項１５）、また、前記過給補助手段は、前記ターボ過給機のコンプレッサの上流又は下流側の前記内燃機関の吸気通路に配置された電動コンプレッサとして構成され、前記二次空気供給通路に設けられて、前記二次空気供給通路に導かれる前記二次空気の流量を調整可能な調整弁を備え、前記二次空気供給制御手段は、前記供給許可条件が満たされた場合には、前記調整弁の開度を開き側に調整して前記電動コンプレッサを作動させてもよい（請求項１６）。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の二次空気供給装置によれば、ターボ過給機の過給を補助する過給補助手段によって加圧された二次空気が温度制御対象の上流に供給されるので、吸気系に対する新規流入ガス量の変化を抑えつつ二次空気を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は本発明の実施形態に係る二次空気供給装置が適用された内燃機関を示している。内燃機関１は４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒型のディーゼルエンジンである。各気筒２には燃料噴射弁３が設けられ、各燃料噴射弁３はコモンレール４に接続される。コモンレール４には燃料供給通路６を介してサプライポンプ５が連結される。サプライポンプ５はクランク軸７の回転を駆動源とし、燃料をコモンレール４に所定の圧力で圧送する。これにより、燃料が気筒２毎に設けられた燃料噴射弁３に供給され、燃料噴射弁３が適宜に開閉されて各気筒２に対して適量の燃料が噴射される。
【００２６】
内燃機関１は、内燃機関１に対して過給を行うターボ過給機８を有している。ターボ過給機８には過給を補助するための過給補助手段としての電動機９が設けられており、ターボ過給機８は電動機９がロータシャフトの回転を補助するＭＡＴ（Ｍｏｔｏｒ  Ａｓｓｉｓｔ  Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）として構成される。電動機９は図示しないバッテリー等の電源に接続されるとともに、電動機９の作動状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０に接続される。バッテリーは内燃機関１を駆動源として要求電力に見合った電力を発電するオルタネータ（不図示）に接続されて充電される。
【００２７】
内燃機関１の吸気通路１１には、上流側から順番に、吸気濾過用のエアクリーナ１２、吸気の流量や温度に対応した信号を出力するエアフローセンサ３０、ターボ過給機８のコンプレッサ８ａ、コンプレッサ８ａにて圧縮された空気を冷却するインタークーラ１３、及び吸気流量を調整するスロットル弁１４がそれぞれ設けられる。一方、排気通路１５には、上流側から順番に、ターボ過給機８のタービン８ｂ、排気の温度に対応した信号を出力する排気温センサ３１、及び、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕捉して堆積可能なフィルタを内蔵したＰＭ捕集装置１６がそれぞれ設けられる。吸気通路１１は吸気を各気筒２に分配する吸気マニホールド１１ａを、排気通路１５は各気筒２からの排気を集合する排気マニホールド１５ａを有している。ＰＭ捕集装置１６の後端部１６ａにはフィルタの温度に対応した信号を出力する温度センサ３２が設けられている。なお、特に断らない限り、単にＰＭ捕集装置１６の温度という場合はフィルタの温度を意味する。フィルタの温度は床温と表記する場合がある。この形態では、ＰＭ捕集装置１６が本発明の温度制御対象に相当する。
【００２８】
ＥＣＵ１０には、上述した各センサ３０〜３２からの信号の他、内燃機関１の運転状態を把握するため、様々なセンサからの信号が入力される。全て図示はしないが、本発明の要旨に関連するものとしては、吸気マニホールド１１ａ内の圧力（過給圧）に対応した信号を出力する過給圧センサ３３、吸気通路１１の後述する取出位置２８における吸気の温度に対応した信号を出力する圧力センサ３４が設けられて、各センサからの信号がＥＣＵ１０に入力される。
【００２９】
吸気通路１１と排気通路１５とはＥＧＲ通路１７にて連通され、これにより排気通路１５から排気の一部が取り出されて吸気通路１１に還流される。ＥＧＲ通路１７には、排気の還流量を調整するＥＧＲ弁１８と、還流する排気を冷却するＥＧＲクーラ１９と、還流する排気を浄化するＥＧＲ触媒２０とが設けられている。
【００３０】
ＰＭ捕集装置１６は内燃機関１の運転に伴ってＰＭの堆積量が増加して機能が次第に損なわれるため、ＰＭの堆積量が限界量に達した場合にＰＭを燃焼させて機能を強制的に再生する強制再生操作が必要となる。そのため、ＰＭ捕集装置１６の上流側の排気通路１５には、燃料を噴射してＰＭ捕集装置１６に燃料を供給するための燃料添加弁２１が設けられている。燃料添加弁２１は燃料供給通路２２を介してサプライポンプ５に連結されて所定の燃圧を持つ燃料が供給される。燃料添加弁２１はＥＣＵ１０に接続され、ＥＣＵ１０が後述する制御ルーチンに従って燃料添加弁２１に強制再生操作を実行させる。
【００３１】
強制再生操作が実行されると、ＰＭ捕集装置１６の温度が上昇し場合によっては許容限度を超えた過熱に至ることがある。そのため、ＰＭ捕集装置１６の温度上昇を抑制すべく二次空気をＰＭ捕集装置１６に供給する二次空気供給装置２５が設けられている。二次空気供給装置２５は、ターボ過給機８のコンプレッサ８ａの下流側の吸気通路１１とＰＭ捕集装置１６の上流側の排気通路１５とを連通する二次空気供給通路２６と、二次空気供給通路２６の吸気通路１１側の一端に設けられた調整弁２７とを有している。二次空気を吸気通路１１から取り出す取出位置２８はターボ過給機８のコンプレッサ８ａの下流側であればよい。また、二次空気を排気通路１５に導入する導入位置２９はＰＭ捕集装置１６の上流側であればよく、図示のように燃料添加弁２１の上流側、更に言えば燃料添加弁２１が二次空気に曝され得る位置でもよいし、燃料添加弁２１の下流側でターボ過給機８のタービン８ｂの上流側又はタービン８ｂの下流側でＰＭ捕集装置１６の上流側の位置でもよい。調整弁２７は周知の電磁駆動弁であり、二次空気供給通路２６を全閉状態とする全閉位置から全開状態とする全開位置までの間で連続的に開度調整が可能で、排気通路１５に導かれる二次空気の流量を調整できる。調整弁２６はＥＣＵ１０に接続されて開度制御が行われる。詳しくは後述するが、所定の供給許可条件が満たされた場合には、電動機９の作動で加圧された二次空気が二次空気供給通路２６を介してＰＭ捕集装置１６に供給されるように、ＥＣＵ１０がターボ過給機８の電動機９を作動させ、かつ調整弁２７の開度を開き側に制御する。
【００３２】
次に、ＥＣＵ１０が行う制御について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ１０は（１）上述した強制再生操作を実行する強制再生制御、及び（２）ＰＭ捕集装置１６の過熱を回避するための過熱回避制御を実行する。
【００３３】
（強制再生制御）
図２は強制再生制御の制御ルーチンの内容を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ１０のＲＯＭに予め格納されており、所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１において、ＰＭ捕集装置１６に堆積したＰＭの堆積量を推定する。この堆積量の推定は公知の方法で行ってよく、例えば、前回実施された強制再生操作からの経過時間や、内燃機関１の運転時間の積算値等の運転履歴に基づいて推定してもよいし、ＰＭ捕集装置１６の前後差圧の大きさに基づいて推定してもよい。
【００３４】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２において、ステップＳ１で推定したＰＭの堆積量が強制再生操作の開始閾値Ｔｈ１を超えているか否かを判定する。開始閾値Ｔｈ１は固定値であってもよいし、開始閾値Ｔｈ１として後述の過熱回避閾値Ｔｈ２を使用し、ＰＭ捕集装置１６の過熱を回避できる限度で増減させてもよい。開始閾値Ｔｈ１を超えていない場合には以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。一方、開始閾値Ｔｈ１を超えた場合には、処理をステップＳ３に進め、強制再生操作の開始許可条件の成否を判定する。開始許可条件は、強制再生操作を実行によって生じ得る影響を考慮して適宜に設定される。例えば、後述する過熱回避判定フラグＦ２がＯＦＦである場合、加速のために電動機９を作動させる要求がない場合等の各種条件を開始許可条件の成立要件として設定してもよい。ステップＳ３において、開始許可条件が成立していない場合には以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。一方、開始許可条件が成立している場合には、ＥＣＵ１０は処理をステップＳ４に進める。
【００３５】
ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は開始許可条件が成立していることを識別するための開始許可フラグＦ１をＯＮにする。開始許可フラグＦ１はＥＣＵ１０のＲＡＭの所定領域に割り当てられていて適宜にＯＮ、ＯＦＦに書き換えられる。次に、ＥＣＵ１０はステップＳ５において強制再生操作を実行する。強制再生操作は公知の操作でよいが、本実施形態では、燃料添加弁２１から適正量の燃料（軽油）が噴射されるように燃料添加弁２１の動作がＥＣＵ１０にて制御されて、強制再生操作が実現される。燃料の適正量は予め設定された強制再生操作時のＰＭ捕集装置１６の目標温度を考慮して所定のロジックで算出される。強制再生操作の実行が終了すると、ＥＣＵ１０は続くステップＳ６において開始許可フラグＦ１をＯＦＦにして今回のルーチンを終了する。以上の制御ルーチンを実行することによって、ＰＭ捕集装置１６の機能が強制的に再生され、ＥＣＵ１０が本発明の強制再生制御手段として機能する。
【００３６】
（過熱回避制御）
図３は過熱回避制御の制御ルーチンの内容を示したフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ１０のＲＯＭに予め格納されており、所定の間隔で繰り返し実行される。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１１において、過熱限界閾値Ｔｈ２の算出処理を実行する。過熱限界閾値Ｔｈ２は変数であり、ＰＭ捕集装置１６が過熱に至る可能性の観点からＰＭの堆積量の限界値として設定される。次に、ＥＣＵ１０はステップＳ１２において、ＰＭ捕集装置１６の過熱を回避する必要性を判定する判定処理を実行する。そして、ＥＣＵ１０はステップＳ１２の判定処理の結果に基づいて、二次空気の供給又はその停止を制御する二次空気供給制御を実行して今回のルーチンを終える。過熱回避制御のルーチンの概要は以上の通りであるが、以下、図３に定義された各処理を図４〜図６を参照して説明する。
【００３７】
（ａ：過熱限界閾値の算出処理）
図４は、図３のステップＳ１１で定義された過熱限界閾値の算出処理のルーチンを示したフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１１１において、強制再生操作の開始許可フラグＦ１がＯＦＦであるか否か、即ち、強制再生操作の実行中以外であるかを判定する。その判定の結果、強制再生操作の実行中であると判定したとき（ＮＯ）は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終える。一方、強制再生操作の実行中以外であるとき（ＹＥＳ）は処理をステップＳ１１２に進めて、電動機９の作動により供給できる二次空気の最大供給可能流量Ｇａｓｔｍｘを算出する。上述したが、電動機９はバッテリーを電源として駆動されため、バッテリー容量やオルタネータの負荷等の電源の状態によって実現可能な二次空気の流量は刻々と変化する。従って、最大供給可能流量Ｇａｓｔｍｘは変数であり、電源の状態に応じて適宜に算出される。
【００３８】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１３において、二次空気が最大供給可能流量Ｇａｓｔｍｘで供給された場合に見込まれるＰＭ捕集装置１６の温度低減可能量Ｔｃａｔを推定する。温度低減可能量Ｔｃａｔの推定ロジックは適宜に設定され得るが、本実施形態では次の方法で推定される。
【００３９】
まず、式（１）を用いて、ＰＭ捕集装置１６へ導かれる二次空気と排気との混合ガスの温度Ｔｅｘｍｉｘを算出する。この温度Ｔｅｘｍｉｘは二次空気が最大供給可能流量Ｇａｓｔｍｘで供給されたと仮定した場合の温度である。式（１）において、Ｔａｓｓｉｓｔは二次空気の温度、即ちターボ過給機８のコンプレッサ８ａの下流側の取出位置２８（図１）における空気の温度であり、Ｔｅｘは二次空気の混合前の排気温度、Ｔｔｒｇは強制再生操作時のＰＭ捕集装置１６の目標温度、Ｇｅｘｉｄｌは内燃機関１のアイドル時の排気流量である。温度Ｔａｓｓｉｓｔは取出位置２８に設けられた温度センサ３４の出力信号から取得してもよいし、吸気通路１１の適所での吸気温度等の他のパラメータから推定してもよい。Ｔｅｘは排気通路１５に設けられた排気温センサ３１から取得してもよいし、内燃機関１の燃料噴射量、機関回転数（回転速度）等の他のパラメータから推定してもよい。目標温度Ｔｔｒｇは図２のステップＳ５で使用する所定の目標温度を利用してもよい。アイドル時の排気流量Ｇｅｘｉｄｌは予め測定したものでよい。
【００４０】
【数１】
2006307811.tif 000003
【００４１】
そして、式（１）から算出された温度Ｔｅｘｍｉｘを式（２）に代入して、温度低減可能量Ｔｃａｔを得る。式（２）は温度低減可能量Ｔｃａｔを得るための近似式である。
【００４２】
【数２】
2006307811.tif 000004
【００４３】
続くステップＳ１１４では、ＥＣＵ１０はステップＳ１１３で推定した温度低減可能量Ｔｃａｔに基づいて過熱限界閾値Ｔｈ２を算出し、これをＲＡＭに記憶させて今回のルーチンを終える。温度低減可能量Ｔｃａｔが大きいほど、ＰＭ捕集装置１６の温度上昇を抑えることができるため、より多くのＰＭをＰＭ捕集装置１６に堆積させても過熱を回避できる。このような観点から、予め過熱限界閾値Ｔｈ２を温度低減量Ｔｃａｔに関連づけたマップを作成してＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照することによって過熱限界閾値Ｔｈ２を算出できる。図７は過熱限界閾値Ｔｈ２を算出するためにＥＣＵ１０が参照するマップの一例を示している。このマップから明らかなように、温度低減可能量Ｔｃａｔが大きいほど過熱限界閾値Ｔｈ２が大きくなっている。なお、マップを参照せずに実験的に求めた所定の数式に温度低減可能量Ｔｃａｔを代入して過熱限界閾値Ｔｈ２を算出することもできる。
【００４４】
（ｂ：過熱回避の判定処理）
図５は、図３のステップＳ１２で定義された過熱回避の判定処理のルーチンを示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１２１で、ＰＭ捕集装置１６に堆積したＰＭの堆積量が図４のルーチンで算出した過熱限界閾値Ｔｈ２を超えているか否かを判定する。ＰＭの堆積量は強制再生制御（図２のステップＳ１）の推定値を使用してもよいし、独自に算出ないし推定してもよい。堆積量が過熱限界閾値Ｔｈ２を超えていると判定したときは、処理をステップＳ１２２に進め、ＰＭ捕集装置１６の後端部１６ａ（図１参照）の温度が温度判定閾値Ｔｈ３を超えているか否かを判定する。後端部１６ａの温度は温度センサ３２によって検出してもよいが、内燃機関１の運転状態や排気温度等から推定することもできる。なお、ＰＭ捕集装置１６は上流側から下流側の長手方向に向かって温度が漸次高くなる温度勾配を有しているため、本実施形態では後端部１６ａの温度を判定基準としているが、前端部１６ｂ（図１）の温度を判定基準としてもよい。温度判定閾値Ｔｈ３は後端部１６ａの温度許容範囲の上限値であり、ＰＭ捕集装置１６の仕様に応じて適宜に設定される。
【００４５】
ステップＳ１２２で後端部１６ａの温度が温度判定閾値Ｔｈ３を超えている場合には処理をステップＳ１２３に進め、ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態が高負荷中であるかどうかを判定する。この形態では内燃機関１の機関回転数や燃料噴射量が所定の閾値を超えた場合を高負荷中としている。高負荷中であると判定したときは、ＥＣＵは処理をステップＳ１２４に進め、ＲＡＭの所定領域に割り当てられた過熱回避判定フラグＦ２をＯＮとする。過熱回避判定フラグＦ２はＰＭ捕集装置１６の過熱を回避する必要性の有無を識別するためのフラグである。この形態では、ステップＳ１２１からステップＳ１２３までがすべて肯定されたことをもってＰＭ捕集装置１６の過熱回避の必要性があるものと判断している。もっとも、過熱回避の必要性があると判定された場合でもその後の内燃機関１の運転状態によって過熱に至らない場合もある。そのため、過熱を回避する操作を実行するか否か、つまり二次空気の供給を実行するか否かは後述の二次空気の供給処理の中で判定される。
【００４６】
ステップＳ１２１からステップＳ１２３のいずれかで否定判定された場合、即ち、堆積量が過熱限界閾値Ｔｈ２以下の場合、後端部１６ａの温度が温度判定閾値Ｔｈ３以下の場合、又は内燃機関１の運転状態が高負荷中でない場合には、ＥＣＵ１０は処理をステップＳ１２５に進め、過熱回避実行フラグＦ３がＯＮであるか否かを判定する。後述するが、過熱回避実行フラグＦ３は二次空気の供給が許可されている状態でＯＮにされるものである。従ってステップＳ１２５においては、二次空気の供給中か否かを判別していることになる。ステップＳ１２５で肯定判定された場合は二次空気の供給中であるので以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ１２５で否定判定、即ち二次空気の供給中でない場合には、過熱回避判定フラグＦ２がＯＦＦとされて今回のルーチンを終える。
【００４７】
（ｃ：二次空気供給制御）
図６は、図３のステップＳ１３で定義された二次空気供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１３１で、内燃機関１の運転状態が減速中であるか否かを判定する。この判定は適宜の方法でよいが、内燃機関１の機関回転数の変化が所定の閾値を超えた場合に減速中と判定してもよい。減速中でないと判定した場合には、ＥＣＵ１０は続くステップＳ１３１において、減速からアイドル中に至ったか否かを判定する。アイドル中か否かは予め設定されるアイドル時の機関回転数に基づいて判定できる。アイドル中でない場合はステップＳ１４２に処理を進める。
【００４８】
ステップＳ１３１及びステップ１３２において、減速中又はアイドル中であると判定したときは、ＥＣＵ１０は続くステップ１３３において、上述した過熱回避判定フラグＦ２がＯＮであるか否かを判定する。過熱回避判定フラグＦ２がＯＮの場合は、処理をステップＳ１３４に進めて、過熱回避実行フラグＦ３をＯＮにする。この形態では、図５の処理で内燃機関１の運転状態が高負荷中の場合に過熱回避判定フラグＦ２がＯＮにされる。従って、内燃機関１の運転状態が高負荷中から減速中又はアイドル中へ移行した場合に、二次空気の供給を実際に許可する条件、つまり二次空気の供給許可条件が満たされることになる。次に、ステップＳ１３５において、ＥＣＵ１０は調整弁２７（図１）の開度を開き側に制御すること（開弁）の許否を識別する開弁許可フラグＦ４をＯＮにする。開弁許可フラグＦ４は他のフラグと同様にＲＡＭの所定領域に割り当てられＯＮ、ＯＦＦの書き換えが可能である。
【００４９】
続くステップＳ１３６では、ＥＣＵ１０は二次空気の要求流量を算出する。この要求流量は電動機９を作動させて得ることができる性能上の最大流量を意味し、電動機９の仕様に応じて予め設定される。本実施形態での二次空気の供給目的はＰＭ捕集装置１６の温度上昇を抑えることであるため、できる限り多くの二次空気を供給することが求められる。しかし、バッテリー容量やオルタネータの負荷等の電動機９の電源状態は刻々と変化するため、電動機９が必ずしも最大限の性能を発揮できない場合もある。そのため、ＥＣＵ１０は次のステップＳ１３７において、電動機９の電源状態に基づいて実現可能な二次空気の最大供給可能流量を算出し、この最大供給可能流量と要求流量とを比較する。そして、要求流量が最大供給可能流量を上回る場合にはステップＳ１３８にて要求流量を最大供給可能流量に修正し、処理をステップＳ１３９に進める。一方、ステップＳ１３７で否定判定される場合は、電動機９が最大限の性能を発揮でき、ステップＳ１３６で算出した要求流量を修正する必要ないため、ステップＳ１３８をスキップして処理をステップＳ１３９に進める。
【００５０】
ステップＳ１３９では、ＥＣＵ１０は過熱回避実行フラグＦ３及び開弁許可フラグＦ４がそれぞれＯＮであることを再度確認した上で、電動機９の回転制御と調整弁２７の開弁制御を実行する。回転制御と開弁制御の開始タイミングは同時でもよいし、電動機９の回転が所定の目標まで達してから、又はターボ過給機８のコンプレッサ８ａから取出位置２８までの容積を考慮に入れて、回転制御の開始から所定時間後に開弁制御を開始するようにしてもよい。電動機９の回転制御は適宜の方法でよく、ステップＳ１３７又はＳ１３８で得た要求流量相当の二次空気の流量が得られるように、ＥＣＵ１０は電動機９に供給する電力を制御する。この場合、電圧制御、電流制御、デューティー制御等の各種制御手法を採用できる。また、調整弁２７の開弁制御は一気に全開位置まで開度を変化させてもよいし、徐々に変化させてもよい。また全閉位置から全開位置の間の中間開度まで開弁させてもよい。
【００５１】
ステップＳ１４０では、ＥＣＵ１０はＰＭ捕集装置１６の温度低下を確認して二次空気の供給を停止するか否かを判定する。この形態においては、ＥＣＵ１０はＰＭ捕集装置１６の後端部１６ａ温度が前回の処理で取得した温度よりも下回り、かつ所定の閾値Ｔｈ４よりも下回った場合に二次空気の供給を停止すべきものと判断し、続くステップＳ１４１において過熱回避実行フラグＦ３をＯＦＦにし、その後今回のルーチンを終える。一方、ステップＳ１４０で否定判定された場合は二次空気の供給を続行すべくステップＳ１４１をスキップして今回のルーチンを終える。
【００５２】
ステップＳ１３２又はステップＳ１３３で否定判定された場合には、処理をステップＳ１４２に進める。ステップＳ１４２では過熱回避実行フラグＦ３をＯＦＦにし、続くステップＳ１４３では開弁許可フラグＦ４をＯＦＦにする。次いで、ＥＣＵ１０はステップＳ１４４において、電動機９の停止制御と調整弁２７の閉弁制御を実行し、その後今回のルーチンを終える。停止制御はＥＣＵ１０が電動機９に対する電力の供給を遮断して実現してもよい。閉弁制御はＥＣＵ１０が調整弁２７の開度を全閉位置として二次空気の供給が遮断されるようにして実現してもよい。停止制御と開弁制御は同時でもよいし、調整弁２７を閉じてから電動機９の停止制御を行ってもよい。
【００５３】
以上の過熱回避制御によれば、強制再生操作が開始され、内燃機関１の運転状態が高負荷中から減速中又はアイドル中に移行した場合でも、減速、アイドル中にＰＭ捕集装置１６へ二次空気が供給されるので、ＰＭ捕集装置１６の許容限度を超えた過熱を回避することができる。
【００５４】
また、図２に示した強制再生制御において、ステップＳ２の開始閾値Ｔｈ１を図４のステップＳ１１４における過熱限界閾値Ｔｈ２と同一とした場合には、過熱限界閾値Ｔｈ２が二次空気の供給によるＰＭ捕集装置１６の温度低減量が考慮されて算出されるため、過熱を回避できる限界までＰＭを堆積させてから強制再生操作が開始されることになる。従って、強制再生操作のインターバルを拡大することができ、これによって強制再生操作に必要な燃料消費を抑えることができる。
【００５５】
本実施形態において、過熱限界閾値Ｔｈ２が本発明の限界堆積量に、温度低減可能量Ｔｃａｔが本発明の温度の低減量に、電動機９の電源状態が本発明の過給補助手段の状態に、それぞれ相当する。また、図４の処理を実行することによりＥＣＵ１０が本発明の限界堆積量算出手段として機能する。
【００５６】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。この実施形態は、図１のＰＭ捕集装置１６の代わりに、又はこれに追加して吸蔵還元型のＮＯｘ触媒４１（排気浄化触媒）を排気通路１５に設けたもので、他の物理的構成は図１と共通する。本実施形態に係る独自の構成については図１に符号を括弧書きで示すこととし、他の共通の構成については図１が適宜に参照される。この実施形態では、ＮＯｘ触媒１６が本発明の温度制御対象に相当する。
【００５７】
ＮＯｘ触媒４１は排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、還元剤としての燃料（軽油）の存在下で吸蔵したＮＯｘを還元して浄化する機能を有する。ＮＯｘ触媒４１には、例えば、ＮＯｘを吸蔵する機能を持つカリウム（Ｋ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属や、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）等の希土類等の一つ又はこれらの組合せからなるＮＯｘ吸蔵物質が担持されている。ＮＯｘ触媒４１は、図１のＰＭ捕集装置１６のフィルタにかかるＮＯｘ吸蔵物質を担持させて、ＮＯｘの浄化とＰＭの捕集とを同時に実現できる装置として構成してもよい。
【００５８】
ＮＯｘ触媒４１は、触媒の温度（床温）に応じてＮＯｘの吸蔵能力が変化する。ＮＯｘを吸蔵可能な温度域は、触媒の性能にもよるが、概ね２５０℃〜５５０℃である。この温度域の上限を超えると、ＮＯｘを吸蔵することも還元することもできない。温度域の下限未満の場合にもＮＯｘ触媒４１の能力を発揮できないため、ＮＯｘ触媒４１の昇温制御が行われる。また、温度域の上限を超えた場合には、ＮＯｘ触媒４１の床温を低下させるために二時空気供給装置２５を利用して二次空気の供給制御が行われる。更に、ＮＯｘ触媒４１のＮＯｘの吸蔵量が限界に達した場合には、それ以上のＮＯｘを吸蔵できない。そのため、ＮＯｘ触媒４１へ還元剤としての燃料を供給する還元操作を実行し、ＮＯｘ触媒４１に導かれる排気の空燃比をストイキからリッチ側へ変化させてＮＯｘを還元浄化させるＮＯｘ還元制御が行われる。
【００５９】
これらの制御のうち昇温制御とＮＯｘ還元制御に関しては公知の方法でよい。例えば、昇温制御としては、ＮＯｘ触媒４１にヒータ等の加熱手段（不図示）を設けてＥＣＵ１０が加熱手段を制御して昇温させる方法でもよいし、排気温を上昇させるために熱容量の小さい前段触媒（不図示）をＮＯｘ触媒４１の上流に設け、ＥＣＵ１０が燃料添加弁２１を制御して前段触媒に燃料を供給する方法でもよい。また、ＮＯｘ還元制御に関しては、ＮＯｘ触媒４１に吸蔵されたＮＯｘの吸蔵量が所定の限界に達したことを少なくとも一つの条件として、ＥＣＵ１０が燃料添加弁２１から適量の燃料を噴射させてＮＯｘ触媒４１に燃料を供給する還元操作を実行してもよいし、ＥＣＵ１０が気筒２に対するいわゆるポスト噴射によりＮＯｘ触媒４１に燃料を供給する還元操作を実行してもよい。これによって、ＥＣＵ１０が本発明の還元制御手段として機能する。
【００６０】
次に、二次空気供給制御について図８を参照して説明する。図８はＥＣＵ１０が実行する二次空気供給制御の制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。この制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ１０のＲＯＭに予め格納されており、所定間隔で繰り返し実行される。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ１５において、上述した昇温制御が実行中であるか否か判定する。昇温制御中の場合には、二次空気の供給が却ってＮＯｘ触媒４１の昇温を妨げることになるので、ステップＳ２６に処理を移行する。昇温制御中でない場合には、続くステップＳ１６でＮＯｘ触媒４１の温度（触媒床温）が上述した温度域の上限、即ちＮＯｘを吸蔵可能な温度域の上限を超えているか否か判定する。本実施形態ではこの上限は５５０℃に設定される。触媒床温が温度域上限を超えている場合には、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、ＥＣＵ１０は電動機９の作動の積算時間が所定時間を超えているか否か判定する。積算時間は後述するステップＳ２２で算出される。電動機９が現在作動中でなければ、ステップＳ１７で当然に否定判定されて処理がステップＳ１８に進められる。ステップＳ１７で肯定判定される場合は、二次空気の供給を所定時間続けているにも拘わらず、触媒床温が温度域の上限以下に低減していないことを意味する。従って、このまま二次空気の供給を続けても燃費が悪化するだけなので、ＥＣＵ１０は後述するステップＳ２７以降に処理を移行させて電動機９を停止させ、調整弁２７を閉弁させる。
【００６１】
ステップＳ１８では、ターボ過給機８による過給の補助要求がされているか否かを判定する。過給補助要求の有無は図８のルーチンと並行して実行される図示しない過給補助ルーチンによって判定される。この過給補助ルーチンでは、内燃機関１の運転状態に基づいてターボ過給機８のターボラグが補償されるように過給補助要求の有無が判定され、その判定結果に基づいて電動機８の動作がＥＣＵ１０にて制御される。ステップＳ１８で過給補助要求があると判定した場合には、ドライバビリティーを優先するため、ＥＣＵ１０は二次空気の供給を禁止すべく処理をステップＳ２９に移行する。ステップＳ２９、およびこれに続くステップＳ３０では、後述する開弁許可フラグＦ６がＯＦＦにされ、つまり調整弁２７の開弁が禁止され、電動機９が作動状態のまま調整弁２７が閉弁されて二次空気の供給が停止される。これにより過給の補助が実現される。一方、過給補助要求がない場合、即ちターボ過給機８による過給の補助のために電動機９を作動させる必要がない場合には、二次空気をＮＯｘ触媒４１に供給する許可条件が満たされたものと判断し、処理をステップＳ１９に進めて供給許可フラグＦ５をＯＮにする。供給許可フラグＦ５は二次空気の供給許可条件の成否を識別するもので、他のフラグと同様にＥＣＵ１０のＲＡＭの所定領域に割り当てられてＯＮ、ＯＦＦ書き換え可能である。供給許可フラグＦ５がＯＮの場合は二次空気の供給が許可された状態を意味し、ＯＦＦの場合は供給が禁止された状態を意味する。
【００６２】
次に、ＥＣＵ１０はステップＳ２０において、調整弁２７の開弁の許否を識別する開弁許可フラグＦ６をＯＮにする。開弁許可フラグＦ６も他のフラグと同様に、ＥＣＵ１０のＲＡＭの所定領域に割り当てられてＯＮ、ＯＦＦ書き換え可能であり、ＯＮの場合には調整弁２７の開弁の許可を意味し、ＯＦＦの場合には調整弁２７の開弁の禁止を意味する。次に、ＥＣＵ１０はステップＳ２１において、電動機９の回転制御と調整弁２７の開弁制御を実行する。ステップＳ２０の処理は図６のステップＳ１３９と同一である。但し、電動機９の回転制御においては、ＥＣＵ１０は予め設定した出力又は現在の電源状況で実現可能な出力で作動されるように電動機９を制御する。これにより、電動機９の作動によって加圧された二次空気が二次空気供給通路２６を介してＮＯｘ触媒４１に供給される。そして、ＥＣＵ１０は続くステップＳ２２において、二次空気の供給期間、言い換えれば電動機９の作動期間を積算し、その後今回のルーチンを終える。作動期間の積算は、供給許可フラグＦ５及び開弁許可フラグＦ６がともにＯＮとなっている期間を積算することによって実現できる。
【００６３】
ステップＳ１６で否定判定された場合、即ち、触媒床温が上述の温度域の上限以下の場合には、ＥＣＵ１０は処理をステップＳ２３に進め、上述したＮＯｘ還元制御の実行が要求されている（ＮＯｘ還元制御要求中）か否かを判定する。図示を省略するが、図８のルーチンと並行して実行されるＮＯｘ還元制御では、所定の条件、例えばＮＯｘの吸蔵量が限界に達していないが所定の閾値を超えている場合に、還元操作を開始する前段階として還元制御要求フラグをＯＮするように処理されている。このため、そのフラグを参照することでＮＯｘ還元制御要求中か否かを判定できる。還元制御要求中の場合には、吸蔵量が限界に近づいていることが判断できる。但し、ＮＯｘ還元制御の開始直前又は既に実行中の場合には二次空気の供給が還元操作の妨げになり得るので、続くステップＳ２４でこのような状況にあると判定した場合（ＹＥＳ）には、処理をステップＳ２６に移行させる。また、ステップＳ２３で還元制御要求中でないと判定したときは、ＥＣＵ１０は処理をステップＳ２６に移行させる。
【００６４】
ステップＳ２５では、ＥＣＵ１０は触媒床温が上記温度域の上限よりも低い、つまり上記温度域内に設定された供給開始温度を超えているか否かを判定する。本実施形態ではこの供給開始温度は４００℃に設定されている。ステップＳ２５で肯定判定された場合には、触媒床温がＮＯｘを吸蔵可能な温度域を超えていないものの、二次空気の供給により触媒床温を低減させることがＮＯｘの吸蔵効率を高めることに有効なため、ステップＳ１８以降の処理を実行させる。もっとも、この場合であっても、過給の補助要求がある場合にはドライバビリティーが優先される（ステップＳ１８）。
【００６５】
ステップＳ２６ではＥＣＵ１０はステップＳ２２で積算した作動積算時間をクリアする。続くステップＳ２７では供給許可フラグＦ５をＯＦＦにして電動機９の作動を禁止し、次のステップＳ２８では電動機９の停止制御を行う。そして、次のステップＳ２９で開弁許可フラグＦ６をＯＦＦにして調整弁２７の開弁を禁止し、続くステップＳ３０で調整弁２７の閉弁制御を行って、今回のルーチンを終了する。ステップＳ２８の電動機９の停止制御、ステップＳ３０の調整弁２７の閉弁制御は図６のステップＳ１４４と同様である。
【００６６】
以上説明した第２の実施形態によれば、ＮＯｘ触媒４１の温度がＮＯｘを吸蔵可能な温度域の上限よりも低下するように、電動機９で加圧された二次空気がＮＯｘ触媒４１に供給されるので、ＮＯｘを浄化可能な領域を拡大できる。また、過給補助要求があるときは、二次空気の供給に優先してターボ過給機８の補助が電動機９にて行われるので、二次空気の供給によってドライバビリティーが損なわれることがない。更にまた、ＮＯｘの浄化可能な温度域の上限を超えていなくとも、ＮＯｘ還元制御の要求がなされる状況、つまりＮＯｘの吸蔵量が限界近くにあり、かつ触媒床温が温度域の上限より低い供給開始温度を超えている場合にも二次空気の供給が行われるので、ＮＯｘの効率的な浄化が可能となる。また、二次空気の供給を開始し、その後、触媒床温が温度域の上限以下に低下しないまま所定時間が経過した場合には、二次空気の供給が禁止されるので、燃費悪化を抑制できる。
【００６７】
本実施形態において、図８のステップＳ２２の処理を実行することによりＥＣＵ１０が本発明の作動時間算出手段として機能する。
【００６８】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。この形態は、二次空気の供給制御が第２の実施形態と異なる。他の構成は第２の実施形態と共通する。従って、本実施形態においては、第２の実施形態と同様に内燃機関１の構成等について図１が適宜に参照される。本実施形態では、ＮＯｘ触媒４１が本発明の温度制御対象に相当する。
【００６９】
上述したようにＮＯｘ触媒４１はＮＯｘを吸蔵可能な温度域を有しており（以下、便宜上、第１の温度域という。）、その範囲外では十分なＮＯｘの吸蔵も、還元もすることができない。但し、第１の温度域内でＮＯｘの浄化が可能であるが、第１の温度域内の温度に応じてＮＯｘの吸蔵量が変動する。従って、第１の温度域内には吸蔵量が最大となる温度が存在し、その温度前後では平均的に所定量以上のＮＯｘの吸蔵量が見込まれる。本実施形態では、ＮＯｘの吸蔵量が最大となる、或いは最大になると推定される温度を目標温度Ｔｔｒｇとし、触媒床温がその目標温度Ｔｔｒｇを含んだ第２の温度域内で推移する、言い換えれば第２の温度域に保持されるように二次空気の供給量がＥＣＵ１０で制御される。目標温度Ｔｔｒｇは触媒床温でもよいが、ＮＯｘ触媒４１の上流近辺の排気温度で代用できる。なお、本実施形態では、第２の温度域として、例えば３００℃〜３５０℃に設定される。図８において説明したが、図９のステップＳ２５の供給開始温度が本発明の二次空気供給開始温度に相当する。
【００７０】
図９は本実施形態に係る二次空気供給制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。この図において、第１の実施形態又は第２の実施形態と同一の処理に関しては同一の符号を付して重複する説明を省略する。この形態では、図９のステップＳ３００の要求流量の算出処理が他の形態と相違する。なお、第２の実施形態（図８）における昇温制御の実行中を判別する処理（ステップＳ１５）、電動機９の作動時間を積算し（ステップＳ２２）、所定時間を超えてもなお第１の温度域上限を超えている場合に電動機９の作動を停止させる処理（ステップＳ１７）を、図９の処理に追加しても構わない。
【００７１】
（要求流量算出処理）
以下、図９のステップＳ３００における要求流量の算出処理について説明する。図１０は以下の説明で用いる物理量を説明する説明図である。この図において、Ｔａｃはコンプレッサ８ａの下流側温度、Ｐａｃはコンプレッサ８ａの下流側圧力、Ｇａｃはコンプレッサ８ａの下流側流量である。また、Ｐｉｍは吸気マニホールド１１ａ内の圧力、Ｔｅｘは排気マニホールド１５ａ内の温度、Ｐｅｘは排気マニホールド１５ａ内の圧力、Ｇｅｘは排気マニホールド１５ａ内の流量である。Ｔｉｎｃａｔは、ＮＯｘ触媒４１の上流側排気温度である。Ｖａｃはコンプレッサ８ａからインタークーラ１３前までの吸気通路１１の容積であり予め与えられる。
【００７２】
ここで、ＮＯｘ触媒４１の上流側温度の目標温度をＴｔｒｇ、その目標温度にするために必要な二次空気の要求流量をＧｒｅｑとすると、二次空気の供給前後でエネルギー保存則が成立し、式（３）が得られる。
【００７３】
【数３】
2006307811.tif 000005
【００７４】
また、吸気側においては、気体の状態方程式から式（４）が得られる。
【００７５】
【数４】
2006307811.tif 000006
【００７６】
但し、式（４）のＲはガス定数である。ここで、式（４）を用いて式（３）を要求流量Ｇｒｅｑについて解くと、式（５）が得られる。
【００７７】
【数５】
2006307811.tif 000007
【００７８】
ここで、本実施形態の場合には、Ｐａｃ≒Ｐｉｍ，Ｔｅｘ≒Ｔｉｎｃａｔ，Ｇａｃ≒Ｇｅｘと近似しても影響は少ないので、式（５）は式（６）に変形できる。
【００７９】
【数６】
2006307811.tif 000008
【００８０】
ＥＣＵ１０は、図９のステップＳ３００において、式（６）の物理量のうち、Ｇａｃ、Ｐｉｍ、Ｔｉｎｃａｔを、図１に示したエアフローセンサ３０、過給圧センサ３４、及び排気温センサ３１の各出力信号に基づいて取得し、これらの物理量を、式（６）に代入して要求流量Ｇｒｅｑを算出する。ＥＣＵ１０が取得する物理量は、各種の条件から適宜に推定してもよい。また、式（６）を解いて求めるものでなく、予め実験的に作成したマップを参照して要求流量Ｇｒｅｑを算出してもよい。次いで、ステップＳ１３７及びステップＳ１３８の処理を行って、ステップＳ１３９に処理を進めて、要求流量が実現されるように電動機９の回転制御を実行する。
【００８１】
図１０に示すように、回転制御の実行中には、吸気マニホールド１１ａ側に導かれる吸気の流量、即ち取出位置２８よりも下流側の流量Ｇａｃ＿ｂｙｐａｓｓの変化を抑制するため、流量Ｇａｃ＿ｂｙｐａｓｓと、コンプレッサ８ａの下流（で取出位置２８上流）の流量Ｇａｃが同じになるように、ＥＣＵ１０が電動機９の出力を制御する。つまり、これらの流量が以下の式（７）のように所定範囲を超えて食い違うときには、式（８）のように電動機９の出力が調整される。なお、これらの式において、Ｇａｓｓｉｓｔは実際に電動機９によって出力される流量を意味する。なお、調整弁２７の開度制御を行って上記の再調整を実現してもよい。
【００８２】
【数７】
2006307811.tif 000009
【００８３】
【数８】
2006307811.tif 000010
【００８４】
第３の実施形態によれば、ＮＯｘを吸蔵可能な第１の温度域内に設定され、かつ吸蔵量が所定量以上見込まれる第２の温度域に触媒床温が保持されるように、二次空気が供給される。従って、触媒床温が第２の温度域以外の領域で推移する場合と比較して、ＮＯｘの吸蔵量が限界に到達するまでの期間を延長できる。そのため、還元操作のインターバルが延びて還元操作が効率的に行われて還元剤の供給量を抑制でき、燃費が向上する。
【００８５】
次に、本実施形態に好適に追加できる制御例について図１１を参照して説明する。図１１の処理は図９のステップＳ１８とステップＳ１９の間に組み込むことができる。図１１の処理は、二次空気の供給によって却って燃費悪化を招くことを回避するために実行される。ＥＣＵ１０は図９のステップＳ１８で肯定判定された場合、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３の処理を行う。ステップＳ３０１ではＥＣＵ１０は燃料消費Ａを算出する。電動機９を作動するとバッテリーの電力が消費され、その消費を賄うだけオルタネータの発電量が増加し、その増分に相当する燃料を消費する。ＥＣＵ１０は当該燃料消費量の所定時間での合計を推定し、燃料消費Ａとして算出する。燃料消費Ａの算出方法は適宜に行ってよく、例えば燃料消費Ａを算出するためのマップを作成して予めＲＯＭに記憶させ、これを参照して実現してもよい。ステップＳ３０２では、ＥＣＵ１０は第２の温度域に触媒床温が保持された状態で還元制御をステップＳ３０１と同じ所定時間実行した場合の燃料消費の合計を推定し、燃料消費Ｂとして算出する。ステップＳ３０３では、二次空気を供給せずに還元制御をステップＳ３０１と同じ所定時間実行した場合の燃料消費の合計を推定し、燃料消費Ｃとして算出する。これらの燃料消費Ｂ、Ｃは、還元操作に関するもので、燃料添加弁２１から噴射された燃料やポスト噴射された燃料の消費量である。従って、内燃機関１の通常運転に要する燃料消費は含まない。燃料消費Ｂ、Ｃの推定は適宜の手法で行えばよく、例えば内燃機関１の運転履歴に基づいて、以後の所定時間の運転状態を予測し、その予測結果を考慮して推定してもよい。
【００８６】
次に、ステップＳ３０４で、ＥＣＵ１０は燃料消費Ａと燃料消費Ｂとの和（Ａ＋Ｂ）と、燃料消費Ｃとを比較して、Ａ＋Ｂが燃料消費Ｃ以上となる場合（ＮＯ）には、図９のステップＳ２７に処理を移行させて、ステップＳ２７〜ステップＳ３０の処理を実行して電動機９の作動を禁止する。一方、Ａ＋Ｂが燃料消費Ｃを下回る場合には、図９のステップＳ１９に処理を移行させて、ステップＳ１９、ステップＳ２０、ステップＳ３００、及びステップＳ１３７〜Ｓ１３９の処理を実行して電動機９を作動させて二次空気の供給を実行させる。図１１の制御例によれば、無駄な二次空気の供給が制限されるので燃費悪化を防止できる。
【００８７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。この形態の物理的構成については図１が参照される。この形態は、図１に示したように、排気通路１５に臨むようにして温度制御対象としての燃料添加弁２１が配置され、燃料添加弁２１から燃料を排気通路１５に噴射させて、ＰＭ捕集装置１６の強制再生操作、又はＮＯｘ触媒４１の還元操作が行われる構成として実施される。このように配置された燃料添加弁２１は、排気に曝されることにより温度が上昇する。そのため、燃料添加弁２１の先端部に溜った液体の残滓が固化し、それによって燃料添加弁２１が詰まるおそれがある。そこで、図示は省略したが、ＥＣＵ１０は所定の詰まり防止要求条件が満たされ、かつ詰まり防止操作許可条件が満たされた場合に、適量の燃料を燃料添加弁２１から噴射させる詰まり防止操作を実行して燃料添加弁２１の詰まりを事前に回避させている。詰まり防止要求条件としては、燃料添加弁２１の温度条件と相関するものであればよい。例えば、詰まり防止操作、強制再生操作、又は還元操作で燃料添加弁２１が最後に使用されてからの経過時間が限界に達した場合、排気温度が所定値を超える高負荷運転の積算時間が限界に達した場合等の各種条件を適宜に組み合わせ、又は単独で採用してもよい。詰まり防止要求条件が成立した場合には詰まり防止要求フラグＦ７がＯＮにされ、詰まり防止操作許可条件が成立した場合には操作許可フラグＦ８がＯＮにされる。これらのフラグＦ７、Ｆ８はＲＡＭの所定領域に割り当てられＯＮ、ＯＦＦの書き換えが可能である。フラグＦ７、Ｆ８がともにＯＮの場合にのみ詰まり防止操作が実行され、少なくとも一方がＯＦＦの場合には詰まり防止操作が禁止される。こうして、ＥＣＵ１０が本発明のつまり防止制御手段として機能する。なお、本実施形態において燃料添加弁２１は本発明の噴射弁にも相当する。
【００８８】
図１２は、本実施形態に係る二次空気供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この図において、上述した第１〜第３の実施形態と同一処理には同一符号を付した。まず、ＥＣＵ１０はステップＳ４０１において詰まり防止要求中であるか否かを判定する。これは上述した詰まり防止供給条件が成立しているかを判断する処理で、上記詰まり防止要求フラグＦ７を参照して判断される。詰まり防止要求中、即ち詰まり防止要求フラグＦ７がＯＮの場合には処理をステップＳ４０２に進め、燃料添加弁２１の温度が供給開始温度を超えたか否かを判定する。燃料添加弁２１の温度は、燃料添加弁２１の付近の排気温度で代用できる。従って、例えば燃料添加弁２１に近接させた温度センサ（不図示）から当該温度を取得してもよいし、排気マニホールド１５ａ内の排気温度から推定することもできる。もっとも、燃料添加弁２１に温度センサ（不図示）を取り付けて燃料添加弁１１自体の温度を直接測定しても構わない。ステップＳ４０１又はステップＳ４０２で否定判定された場合には、処理をステップＳ２７に移行し、ステップＳ２７〜ステップＳ３０の処理を実行して二次空気の供給を禁止又は禁止を維持する。
【００８９】
ステップＳ４０２で供給開始温度を超えたと判定した場合には、ＥＣＵ１０は続くステップＳ１８で過給補助要求の有無を判定する。過給補助要求がある場合には、ステップＳ４０３で上述した操作許可フラグＦ８をＯＮにして、ステップＳ２９及びステップＳ３０を実行して調整弁２７の開弁を禁止する。この場合、フラグＦ７、Ｆ８がともにＯＮとなるので、上述した詰まり防止操作が実行される。こうして、ターボ過給機８の過給の補助が優先されるとともに燃料添加弁２１の詰まりが防止される。一方、過給補助要求がない場合にはステップＳ４０４で操作許可フラグＦ８がＯＦＦにされて詰まり防止操作が禁止され、その後ステップＳ１９、ステップＳ２０、ステップ４０５、ステップＳ１３７〜ステップＳ１３９が実行されて、二次空気が供給される。
【００９０】
ステップＳ４０５は、電動機９の作動で実現が求められる二次空気の要求流量Ｇｒｅｑを算出する処理である。この処理は第３の実施形態に係る図９のステップＳ３００と類似したもので、以下の式（９）を利用して算出される。
【００９１】
【数９】
2006307811.tif 000011
【００９２】
式（９）においては、燃料添加弁２１付近の温度として排気マニホールド１１ａ内の温度Ｔｅｘ及び目標温度Ｔｒｇが使用される。式（９）の算出過程は第３の実施形態で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。ステップＳ１３９における電動機９の回転制御についても第３の実施形態と同様に、流量Ｇａｃ＿ｂｙｐａｓｓとコンプレッサ８ａの下流（で取出位置２８上流）の流量Ｇａｃが同じになるように、ＥＣＵ１０が電動機９の出力を制御する。
【００９３】
第４の実施形態によれば、詰まり防止操作の実行が禁止されたときには、二次空気の供給によって燃料添加弁２１の温度上昇が抑えられるので、詰まり防止操作に使用する燃料の消費を抑えながら、燃料添加弁２１の詰まりを防止できる。また、ターボ過給機８の補助のための電動機９の作動が二次空気の供給に対して優先されるので、二次空気の供給によってドライバビリティが損なわれることがない。
【００９４】
次に、本実施形態に好適に追加できる制御例について図１３を参照して説明する。図１３の処理は図１２のステップＳ１８とステップＳ４０４の間に好適に組み込むことができる。図１３の制御は、二次空気の供給によって却って燃費悪化を招くことを回避するために実行される。ＥＣＵ１０は図１２のステップＳ１８で肯定判定された場合、ステップＳ４１１及びステップＳ４１２の処理を行う。ステップＳ４１１ではＥＣＵ１０は燃料消費Ｄを算出する。図１１のステップＳ３０１の燃料消費Ａと同一方法で算出される。即ち、ＥＣＵ１０はオルタネータの発電負荷増による燃料消費量の所定時間での合計を推定し、燃料消費Ｄとして算出する。ステップＳ４１２では、ＥＣＵ１０は電動機９を作動させずに、つまり二次空気を供給せずに詰まり防止操作がステップＳ４１１と同じ所定時間実行された場合の燃料消費の合計を推定し、燃料消費Ｅとして算出する。燃料消費Ｅは詰まり防止操作に関するもので、詰まり防止操作のために燃料添加弁２１から噴射された燃料の消費量である。従って、内燃機関１の通常運転に要する燃料消費や、還元制御等の他の目的のために燃料添加弁２１から噴射される燃料の消費は含まない。
【００９５】
次に、ステップＳ４１３で、ＥＣＵ１０は燃料消費Ｄと、燃料消費Ｅとを比較して、燃料消費Ｄが燃料消費Ｅ以上となる場合（ＮＯ）には、ステップＳ４１４で操作許可フラグＦ８をＯＮにし、その後、図１２のステップＳ２７に処理を移行させて、ステップＳ２７〜ステップＳ３０の処理を実行して電動機９の作動を禁止させる。一方、燃料消費Ｄが燃料消費Ｅを下回る場合には、図１２のステップＳ４０４に処理を移行させて、ステップＳ４０４、ステップＳ１９、ステップＳ２０、ステップＳ４０５、及びステップＳ１３７〜Ｓ１３９の処理を実行して電動機９を作動させて二次空気の供給を実行させる。図１３の制御例によれば、無駄な二次空気の供給が制限されるので燃費悪化を防止できる。
【００９６】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。この形態の物理的構成については図１が参照される。この形態は、第４の実施形態と同様に、図１に示した燃料添加弁２１が排気通路１５に臨むようにして設けられ、その下流の排気通路１５にＮＯｘ触媒４１が配置されるとともに、ＥＣＵ１０が還元操作及び詰まり防止操作を実行する構成として実施される。本実施形態ではＮＯｘ触媒４１が本発明の温度制御対象に相当する。詰まり防止操作が実行されると、ＮＯｘ触媒４１に導かれる排気の空燃比が理論空燃比よりも低いリッチ状態となり触媒床温が上昇する。ＮＯｘ触媒４１が限界温度を超えて過熱すると破損等の不具合を生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、以下の二次空気供給制御を実行することで、詰まり防止操作を原因としたＮＯｘ触媒４１の過熱が回避される。
【００９７】
図１４は本実施形態に係る二次空気供給制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。この図において、前出した処理と同一処理については同一の符号を付している。図１４に示したように、ステップＳ４０１で詰まり防止要求中であると肯定判定された場合には、ＥＣＵ４１は処理をステップＳ５００に進め、排気温度が所定の閾値Ｔｈ５を超えるか否かを判定する。閾値Ｔｈ５は詰まり防止操作によってＮＯｘ触媒４１が過熱に至るおそれがあると判断できる排気温度の温度域の下限に設定される。例えば、閾値Ｔｈ５は、詰まり防止操作に伴う触媒床温の増加量をΔＴｃａｔ、排気温度をＴｇａｓ、ＮＯｘ触媒４１の限界温度をＴｏｔとした場合、次の式（１０）の関係が成立するように設定される。
【００９８】
【数１０】
2006307811.tif 000012
【００９９】
ステップＳ５００で取得する排気温度の位置はＮＯｘ触媒４１の上流の排気通路１５であればどの位置でもよい。ステップＳ５００において、排気温度が閾値Ｔｈ５を超えていると判定したときは、ＥＣＵ１０はステップＳ１９、ステップＳ２０、ステップＳ４０５、及びステップＳ１３７〜Ｓ１３９の処理を実行して電動機９を作動させて二次空気の供給を実行させる。一方、排気温度が閾値Ｔｈ５以下の場合には、ＥＣＵ１０は処理をステップＳ２７に移行させて、ステップＳ２７〜ステップＳ３０の処理を実行して電動機９の作動を禁止させる。
【０１００】
本実施形態によれば、ＮＯｘ触媒４１が過熱に至るおそれがある場合に二次空気が排気浄化手段に供給されるので、ＮＯｘ触媒４１の温度上昇が抑制されて過熱を回避できる。また、図１４と、例えば図１２とを比較すれば明らかなように、本実施形態では過給補助要求の判定処理が省かれている。このため、ステップＳ５００で排気温度が閾値Ｔｈ５を超えていると判定された場合には、過給補助要求の有無に拘わらず二次空気の供給が開始または継続される。従って、ＮＯｘ触媒４１の過熱を回避することが過給の補助に優先されるため、ＮＯｘ触媒４１の不具合を確実に防止でき安全性が向上する。更に図１に示すように、二次空気の導入位置が燃料添加弁２１の上流側、すなわち燃料添加弁２１が二次空気に曝され得る位置にあるため、燃料添加弁２１の温度上昇も同時に抑えることができるので、燃料添加弁の詰まりも同時に防止できる。
【０１０１】
（変形例）
本発明は以上の各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施してよい。図１５は本発明の過給補助手段の他の例に変更した二次空気供給装置２５０の実施形態を示している。図１５では図１と同一の構成には同一符号を付している。この図に示すように、二次空気供給装置２５０は、可変容量式のターボ過給機８０を備えるとともに、そのターボ過給機８０のコンプレッサ８０ａの上流側に電動機９１で駆動される電動コンプレッサ９０が過給補助手段として設けられる。ターボ過給機８０のタービン８０ｂの入口部には図示しない複数の可動ベーンが設けられ、隣接する可動ベーン間の間隔を内燃機関１の負荷に応じて広狭自在にＥＣＵ１０で制御されて、タービン容量が変更される。
【０１０２】
図１５の形態においては、電動コンプレッサ９０を迂回するバイパス通路５０が吸気通路１１に形成され、電動コンプレッサ５０の下流側の取出位置２８０から電動コンプレッサ９０で加圧された二次空気を取り出して燃料添加弁２１の上流側の導入位置２９０に導く二次空気供給通路２６０が設けられる。この形態においても、燃料添加弁２１が二次空気に曝され得る位置に導入位置２９０が設けられている。バイパス通路５０にはこれを開閉する切替弁５１が設けられ、二次空気供給通路２６０には調整弁２７が設けられる。切替弁５１は電磁駆動弁であり、ＥＣＵ１０で駆動制御される。
【０１０３】
図１６の（ａ）〜（ｃ）は電動コンプレッサ９０の作動状態と切替弁５１及び調整弁２７のそれぞれの開度の関係を示した説明図である。電動コンプレッサ９０がターボ過給機８０の過給を補助する場合には、図１６（ａ）に示すように、切替弁５１にてバイパス通路５０が閉じられて、調整弁２７が全閉位置とされて二次空気供給通路２６０が閉じられる。このため、矢印で示すように、エアクリーナ１２を通過した空気は電動コンプレッサ９０を経由してターボ過給機８０のコンプレッサ８０ａに導かれる。また、電動コンプレッサ９０が非作動の場合、つまり、過給の補助も二次空気の供給も実行しない場合には、図１６（ｂ）に示すように、切替弁５１にてバイパス通路５０が開かれるとともに、調整弁２７が全閉位置とされる。従って、矢印で示すように、エアクリーナ１２を通過した空気は電動コンプレッサ９０を迂回して、ターボ過給機８０のコンプレッサ８０ａに導かれる。また、電動コンプレッサ９０を作動させて二次空気を排気系に供給する場合には、図１６（ｃ）に示すように、切替弁５１でバイパス通路５０が開かれて、調整弁２７の開度が開き側の位置（全開位置又は中間位置）にされる。このため、矢印に示すように、エアクリーナ１２を通過した空気は、電動コンプレッサ９０で加圧された二次空気として排気系に導かれる経路と、電動コンプレッサ９０を迂回してターボ過給機８０のコンプレッサ８０ａに導かれる経路とに分けられる。
【０１０４】
次に、図１５の形態における電動コンプレッサ９０、切替弁５１及び調整弁２７の制御について補足的に説明する。図１５の形態に係る制御は、基本的に上記各実施形態の制御ルーチンに基づいて実行されるが、物理的構成の相違から制御内容が多少変わる。図１５の形態の場合、図１の形態よりも応答性が劣る場合がある。例えば、電動コンプレッサ９０がＯＦＦからＯＮに切り替えられてから目標出力に達するまでのタイムラグが図１の構成よりも長くなる傾向にある。そのため、電動コンプレッサ９０を作動させて二次空気の供給を開始する場合、即ち図１６（ｂ）の状態から（ｃ）の状態に切り替える場合には、まず、ＥＣＵ１０は電動コンプレッサ９０（電動機９１）の作動を開始し、その作動開始後、図１５に示した電動コンプレッサ９０の下流側圧力Ｐａｃが排気マニホールド１５ａの圧力Ｐｅｘよりも大きくなってから調整弁２７の開度を開き側に制御する。これによって、排気が吸気側に逆流することを防止できる。
【０１０５】
また、二次空気の供給実行中に電動コンプレッサ９０の作動を停止させて二次空気の供給を禁止する場合、即ち図１６（ｃ）の状態から（ｂ）の状態に切り替える場合には、ＥＣＵ１１は調整弁２７の開度を全閉位置にしてから電動コンプレッサ９０の作動を停止させる。また、例えば、図９のステップＳ１８のように、二次空気の供給中に過給補助要求があった場合、即ち図１６（ｃ）の状態から（ａ）の状態に切り替えて電動コンプレッサ９０の作動を続行させつつ二次空気の供給を停止させる場合には、ＥＣＵ１０は調整弁２７の開度を全閉位置にし、電動コンプレッサ９０の出力を要求値まで調整してから切替弁２７でバイパス通路５０を閉じる。なお、この要求値は過給補助のためのもので、二次空気供給制御と並行して実行される過給補助ルーチンで演算されるものである。過給補助ルーチンは図１のターボ過給機８に対するものと同様で、ターボ過給機８０のターボラグを補償するために実行される。
【０１０６】
なお、図示は省略したが、図１５の形態の変形例として、電動コンプレッサ９０をターボ過給機８０のコンプレッサ８０ａの下流側に設け、取出口２８０を電動コンプレッサ９０の下流に位置するようにして二次空気供給通路２６０を設けてもよい。この場合、電動コンプレッサ９０にはターボ過給機８０で加圧された空気が導かれ、二次空気供給通路２６０の圧力が排気マニホールド１５ａの圧力よりも下回り難くなるので、電動コンプレッサ９０の容量を小さなものにした場合であっても二次空気を安定的に供給できる。また、電動コンプレッサ９０と取出位置２８０との間の吸気通路１１に電動コンプレッサ９０用のインタークーラ（不図示）を設けてもよい。
【０１０７】
図１における二次空気供給通路２６の取出位置２８を、インタークーラ１３の下流側に設けてもよい。この場合、インタークーラ１３の上流よりも低温の二次空気を排気系に供給できるので有効である。また、図１又は図１５に示した導入位置２９、２９０は、温度制御対象としてＮＯｘ触媒４１やＰＭ捕集装置１６等の排気浄化手段が設けられる場合には、燃料添加弁２１の下流側で、排気浄化手段の上流側の排気通路１５に設けてもよい。
【０１０８】
本発明の噴射弁として、第４の実施形態でＮＯｘ触媒４１の上流側の排気通路１５に還元剤としての燃料を噴射する燃料添加弁２１を例示したが、本発明の噴射弁としては、内燃機関の排気通路に臨むように設けられて排気に曝されることによって、詰まり得る弁であればどのような弁でもよいし、噴射するものも燃料とは限らず液体であればよい。また、温度制御対象として噴射弁が設けられる場合には、そのような弁の下流側にＮＯｘ触媒やＰＭ捕集装置等の排気浄化手段が必ずしも設けられなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施形態に係る二次空気供給装置が適用された内燃機関を示した図。
【図２】強制再生制御の制御ルーチンの内容を示したフローチャート。
【図３】過熱回避制御の制御ルーチンの内容を示したフローチャート。
【図４】図３で定義された過熱限界閾値の算出処理のルーチンを示したフローチャート。
【図５】図３で定義された過熱回避の判定処理のルーチンを示すフローチャート。
【図６】図３で定義された二次空気供給制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】図４における過熱限界閾値を算出するためにＥＣＵが参照するマップの一例を示した図。
【図８】第２の実施形態に係る二次空気供給制御の制御ルーチンの内容を示すフローチャート。
【図９】第３の実施形態に係る二次空気供給制御の制御ルーチンの内容を示すフローチャート。
【図１０】図９の要求流量の算出に関連する物理量を説明するための説明図。
【図１１】第３の実施形態に好適に追加できる制御例の処理内容を示した図。
【図１２】第４の実施形態に係る二次空気供給制御の制御ルーチンの内容を示すフローチャート。
【図１３】第４の実施形態に好適に追加できる制御例の処理内容を示した図。
【図１４】第５の実施形態に係る二次空気供給制御の制御ルーチンの内容を示すフローチャート。
【図１５】本発明の過給補助手段の他の例に変更した二次空気供給装置の実施形態を示した図。
【図１６】図１５に示した電動コンプレッサの作動状態と切替弁及び調整弁のそれぞれの開度の関係を示した説明図。
【符号の説明】
【０１１０】
１  内燃機関
８、８０ターボ過給機
９  電動機（過給補助手段）
１０  ＥＣＵ（二次空気供給制御手段、強制再生制御手段、強制再生制御手段、限界堆積量算出手段、作動時間積算手段、還元制御手段、詰まり防止制御手段）
１５  排気通路
１６  ＰＭ捕集装置（温度制御対象、粒子状物質捕集手段、排気浄化手段）
２１  燃料添加弁（温度制御対象、噴射弁）
２５、２５０  二次空気供給装置
２６、２６０  二次空気供給通路
４１  ＮＯｘ触媒（温度制御対象、排気浄化触媒、排気浄化手段）
９０  電動コンプレッサ（過給補助手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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