(57)【要約】【課題】  本発明は、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化能を有する触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを好適に酸化除去することが可能な技術を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明は、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタのＰＭ強制再生処理が実行される時に、酸化触媒へ流入する排気量を増加させることなくパティキュレートフィルタへ流入する排気量を増加させることにより、酸化触媒の酸化能を高く維持しつつパティキュレートフィルタのＰＭ酸化率を高めることを特徴とする。【選択図】  図２
2006105020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
酸化触媒より下流の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記酸化触媒で発生する反応熱を利用して前記パティキュレートフィルタを昇温させることにより、該パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に酸化除去するＰＭ強制再生処理を行う再生手段と、
前記ＰＭ強制再生処理実行中に前記酸化触媒へ流入する排気量に対して前記パティキュレートフィルタへ流入する排気量を多くする排気流量調整手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記排気流量調整手段は、前記酸化触媒より下流且つ前記パティキュレートフィルタより上流の排気通路へ二次空気を導入することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、前記排気流量調整手段は、前記酸化触媒より上流を流れる排気の少なくとも一部を該酸化触媒をバイパスさせて前記パティキュレートフィルタへ導くことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一において、前記パティキュレートフィルタは、酸化能を有する触媒が担持され、
前記酸化触媒へ流入する排気量に対して前記パティキュレートフィルタへ流入する排気量が多くされているときに、前記酸化触媒より下流且つ前記パティキュレートフィルタより上流を流れる排気中へ還元剤を添加する還元剤添加弁を更に備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置に関し、特にパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を強制的に再生する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、内燃機関の排気浄化装置として、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化能を有する触媒コンバータを配置し、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレート（以下、ＰＭと記す）を酸化除去する際には触媒コンバータより上流へＨＣを供給するものが提案されている。
【特許文献１】特公平５−３４４８６号公報
【特許文献２】特開平５−２７２３２６号公報
【特許文献３】特開２００４−４４５０９号公報
【特許文献４】特公平６−２３５３７号公報
【特許文献５】特許第３２０１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、酸化能を有する触媒（以下、単に酸化触媒と記す）は流入する排気量が少なくなるほど、言い換えれば流入する排気の流速が低くなるほど酸化能が高まるが、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭは流入する排気量が多くなるほど酸化率が高まるという相反した特性を有している。このため、前述した従来の技術では、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを好適に酸化除去することができなくなる場合がある。
【０００４】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的はパティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化能を有する触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを好適に酸化除去することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。
本発明の特徴は、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを強制的に酸化除去するＰＭ強制再生処理が実行される時に、酸化触媒へ流入する排気量に対してパティキュレートフィルタへ流入する排気量を多くすることにより、言い換えれば、パティキュレートフィルタへ流入する排気量に対して酸化触媒へ流入する排気量を少なくすることにより、酸化触媒の酸化能を高めつつパティキュレートフィルタにおけるＰＭ酸化率も高める点にある。
【０００６】
詳細には、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、酸化触媒より下流の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、酸化触媒で発生する反応熱を利用してパティキュレートフィルタを昇温させることにより該パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを強制的に酸化除去するＰＭ強制再生処理を行う再生手段と、ＰＭ強制再生処理実行中に酸化触媒へ流入する排気量に対してパティキュレートフィルタへ流入する排気量を多くする排気流量調整手段と、を備えるようにしてもよい。
【０００７】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、排気流量調整手段は、ＰＭ強制再生処理が実行されているときに、酸化触媒へ流入する排気量よりパティキュレートフィルタへ流入する排気量を多くする。
【０００８】
パティキュレートフィルタへ流入する排気量が酸化触媒へ流入する排気量より多くされると、酸化触媒へ流入する排気の流速上昇が抑制されつつパティキュレートフィルタへ流入する排気が増加する。このため、酸化触媒の酸化能低下を抑制しつつパティキュレートフィルタにおけるＰＭ酸化率を高めることが可能となる。
【０００９】
酸化触媒へ流入する排気量よりパティキュレートフィルタへ流入する排気量を多くする方法としては、酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流の排気中へ二次空気を供給する方法、酸化触媒より上流を流れる排気の少なくとも一部を該酸化触媒をバイパスさせてパティキュレートフィルタへ導く方法、或いはパティキュレートフィルタより下流を流れる排気の一部を酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流の排気中へ還流させる方法等を例示することができる。
【００１０】
酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流の排気通路へ二次空気を供給する方法、及びパティキュレートフィルタの下流から酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流へ排気を還流させる方法によれば、酸化触媒へ流入する排気量を増加させることなくパティキュレートフィルタへ流入する排気量を増加させることが可能となる。
【００１１】
言い換えれば、酸化触媒へ流入する排気の流速が上昇することなくパティキュレートフィルタへ流入する排気量が増加する。その結果、酸化触媒の酸化能を高く維持しつつパティキュレートフィルタにおけるＰＭ酸化率を高めることが可能となる。
【００１２】
酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流の排気通路へ二次空気が供給された場合は、パティキュレートフィルタへ流入する排気の温度が二次空気の混入によって低下することが懸念される。
【００１３】
しかしながら、酸化触媒の酸化能が高く維持されているため、酸化触媒において比較的多量の酸化反応熱が発生する。酸化触媒において比較的多量の酸化反応熱が発生すると、該酸化触媒から流出する排気温度が十分に高くなる。
【００１４】
依って、酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流の排気中へ二次空気が混入された場合であっても、パティキュレートフィルタへ流入する排気温度が過剰に低下することはない。
【００１５】
パティキュレートフィルタに酸化能を有する触媒が担持されている場合は、酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流の排気中へ二次空気とともに還元剤が供給されるようにしてもよい。この場合、パティキュレートフィルタに担持された触媒により還元剤が酸化されるため、その際に発生する酸化反応熱によってパティキュレートフィルタが高温に維持されるようになる。
【００１６】
酸化触媒より上流を流れる排気の少なくとも一部を該酸化触媒をバイパスさせてパティキュレートフィルタへ導く方法によれば、パティキュレートフィルタへ流入する排気量を減少させることなく酸化触媒へ流入する排気量を減少させることが可能となる。
【００１７】
言い換えれば、パティキュレートフィルタへ流入する排気量が減少することなく、酸化触媒へ流入する排気の流速が低下する。その結果、パティキュレートフィルタにおけるＰ
Ｍ酸化率を高く維持しつつ酸化触媒の酸化能を高めることが可能となる。
【００１８】
更に、酸化触媒より上流を流れる排気の少なくとも一部を該酸化触媒をバイパスさせてパティキュレートフィルタへ導く方法によれば、内燃機関が高負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行した場合のようにパティキュレートフィルタが過昇温し易い場合において、パティキュレートフィルタの過昇温を抑制することも可能となる。
【００１９】
例えば、内燃機関が高負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行すると、内燃機関から排出される排気量が減少し、それに伴ってパティキュレートフィルタへ流入する排気量も減少する。パティキュレートフィルタへ流入する排気量が減少すると、パティキュレートフィルタから排気へ伝達される熱量が減少するため、パティキュレートフィルタの温度が低下し難くなる。
【００２０】
このようにパティキュレートフィルタの温度が低下し難い状況下で内燃機関から排出された排気の全てが酸化触媒を経由してパティキュレートフィルタへ流入すると、排気が酸化触媒を経由した際に酸化触媒の熱を受けて昇温する。このため、パティキュレートフィルタへ流入する時点の排気温度が高くなる。その結果、パティキュレートフィルタから排気へ伝達される熱量が一層減少し、若しくは排気からパティキュレートフィルタへ伝達される熱量が増加するため、パティキュレートフィルタが過昇温する可能性がある。
【００２１】
これに対し、内燃機関から排出された排気の少なくとも一部が酸化触媒を迂回してパティキュレートフィルタへ流入すると、酸化触媒を迂回した低温の排気によってパティキュレートフィルタへ流入する排気の温度が低下させられるため、パティキュレートフィルタの過昇温が抑制される。
【００２２】
また、酸化触媒より上流を流れる排気の少なくとも一部を該酸化触媒をバイパスさせてパティキュレートフィルタへ導く方法によれば、降坂路走行時のように減速フューエルカット運転が比較的長く続くような場合に、酸化触媒が低温の排気によって冷却されることを抑制することができる。
【００２３】
本発明にかかるパティキュレートフィルタが酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタである場合には、酸化触媒へ流入する排気量に対してパティキュレートフィルタへ流入する排気量が多くされるときに、酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流を流れる排気中へ還元剤を添加する還元剤添加弁を更に備えるようにしてもよい。
【００２４】
これは、酸化触媒へ流入する排気量が比較的少ない時に該酸化触媒より上流の排気中へ多量の還元剤が供給されると、酸化触媒が過昇温する可能性があるからである。つまり、酸化触媒へ流入する排気量が少なくなると、酸化触媒の酸化能が高まるとともに酸化触媒から排気へ伝達される熱量が減少する。このような状況下で酸化触媒へ多量の還元剤が供給されると、酸化触媒で発生する酸化反応熱が増加するため、酸化触媒が過昇温する可能性がある。
【００２５】
これに対し、酸化触媒より下流且つパティキュレートフィルタより上流の排気中へ還元剤が供給可能になると、酸化触媒上流の排気中へ供給される還元剤の量を少なくすることが可能となる。酸化触媒上流の排気中へ供給される還元剤量が少なくなると、酸化触媒において発生する酸化反応熱量が過剰となることが防止されるため、酸化触媒の過昇温が防止される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、パティキュレートフィルタより上流の排気通路に酸化触媒が配置された内燃機関の排気浄化装置において、ＰＭ強制再生処理実行中は酸化触媒へ流入する排気量に対してパティキュレートフィルタへ流入する排気量が多くなるため、酸化触媒の酸化能低下を抑制しつつパティキュレートフィルタのＰＭ酸化率を高めることが可能となる。その結果、パティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを好適に酸化除去することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２８】
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜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第１の実施形態を示す図である。
【００２９】
図１において、内燃機関１は、軽油を燃料として運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は、複数のシリンダ２を有し、各シリンダ２にはシリンダ２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。
【００３０】
内燃機関１には吸気通路４が接続されている。吸気通路４には遠心過給器（ターボチャージャ）５のコンプレッサハウジング５０が配置されている。コンプレッサハウジング５０より上流の吸気通路４にはエアフローメータ６が配置されている。コンプレッサハウジング５０より下流の吸気通路４には給気冷却器（インタークーラ）７が配置されている。インタークーラ７より下流の吸気通路４には吸気絞り弁８が配置されている。
【００３１】
また、内燃機関１には排気通路９が接続されている。排気通路９の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５１が配置されている。タービンハウジング５１より下流の排気通路９にはパティキュレートフィルタ１０が配置されている。パティキュレートフィルタ１０の担体には酸化触媒が担持されている。
【００３２】
タービンハウジング５１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９には、酸化触媒１１が配置されている。酸化触媒１１とパティキュレートフィルタ１０の間に位置する排気通路９には、該排気通路９内を流れる排気中へ燃料（還元剤）を添加する燃料添加弁１２が配置されている。この燃料添加弁１２は本発明にかかる還元剤添加弁の一実施態様である。
【００３３】
酸化触媒１１とパティキュレートフィルタ１０の間に位置する排気通路９には、二次空気供給管１３が接続されている。この二次空気供給管１３はエアポンプ１４に接続されている。
【００３４】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１５が併設されている。ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される算術論理演算回路である。
【００３５】
ＥＣＵ１５は、上記したエアフローメータ６等の各種センサと電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１５は、燃料噴射弁３、吸気絞り弁８、燃料添加弁１２、エアポンプ１４等と電気的に接続されている。
【００３６】
このように構成された内燃機関１では、ＥＣＵ１５が燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となるＰＭ再生制御を実行する。
【００３７】
ＰＭ再生制御では、ＥＣＵ１５は、ＰＭ強制再生処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。ＰＭ強制再生処理の実行条件としては、パティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集量が所定量を超えている、前回のＰＭ強制再生処理実行時からの経過時間が一定時間以上である、前回のＰＭ強制再生処理実行時からの車両走行距離が一定距離以上である、前回のＰＭ強制再生処理実行時からの積算吸入空気量が所定量以上である、前回のＰＭ強制再生処理実行時からの積算燃料噴射量が所定量以上である、等を例示することができる。
【００３８】
尚、パティキュレートフィルタ１０のＰＭ捕集量を求める方法としては、パティキュレートフィルタ１０の前後差圧をＰＭ捕集量に換算する方法、機関負荷と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量を求めるとともにそのＰＭ量を積算することによりＰＭ捕集量を算出する方法等を例示することできる。
【００３９】
ＥＣＵ１５は、上記したようなＰＭ強制再生処理実行条件が成立していると判定した場合に、ＰＭ強制再生処理を実行する。ＰＭ強制再生処理では、ＥＣＵ１５は、吸気絞り弁８の開度を減少させるとともに酸化触媒１１へ還元剤を供給する。酸化触媒１１へ還元剤を供給する方法としては、燃料噴射弁３からポスト噴射を行う方法や、酸化触媒１１より上流の排気通路９に燃料添加弁を設けて該燃料添加弁から排気中へ燃料（還元剤）を添加させる方法等を例示することができる。
【００４０】
吸気絞り弁８の開度が減少させられると、内燃機関１の吸入空気量が減少する。内燃機関１の吸入空気量が減少すると、内燃機関１から排出される排気量が減少する。内燃機関１から排出される排気量が減少すると、排気温度が上昇するとともに排気の流速が低下する。
【００４１】
温度が高く且つ流速が低い排気が酸化触媒１１へ流入すると、排気中に含まれる還元剤（ＨＣ等の未燃燃料成分）が酸化触媒１１において酸化され易くなる。未燃燃料成分が酸化する際には、酸化反応熱が発生するため、酸化触媒１１を通過した排気は酸化反応熱を受けて更に昇温する。
【００４２】
このようにして昇温した排気がパティキュレートフィルタ１０へ流入すると、パティキュレートフィルタ１０が排気の熱を受けて昇温する。その結果、パティキュレートフィルタ１０が速やかにＰＭ酸化可能な温度域（例えば、６００℃〜７００℃）に達し、パティキュレートフィルタ１０に捕集されたＰＭが酸化及び除去される。
【００４３】
ところで、パティキュレートフィルタ１０に捕集されたＰＭは、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が多くなる程、言い換えれば、パティキュレートフィルタ１０へ流入する酸素量が多くなるほど酸化され易くなる。このため、内燃機関１が低回転運転状態にある場合のように吸入空気量が少ない場合には、ＰＭ酸化率が低下することによりＰＭ強制再生処理の実行時間が長期化する可能性がある。
【００４４】
これに対し、内燃機関１の吸入空気量が少ない時には、パティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９へ二次空気を供給することにより、パティキュレートフィルタ１０へ流入する酸素量を増加させる方法が考えられる。
【００４５】
しかしながら、酸化触媒１１より上流の排気通路９へ二次空気が供給された場合には、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量（排気と二次空気を加算したガス量）が増加すると同時に、酸化触媒１１へ流入する排気量も増加してしまう。
【００４６】
酸化触媒１１は、該酸化触媒１１へ流入する排気量が少なくなる程、言い換えれば、酸
化触媒１１へ流入する排気の流速が低くなる程酸化能が高くなるという特性を有している。このため、酸化触媒１１へ流入する排気量が増加すると、酸化触媒１１の酸化能が低下する可能性がある。更に、二次空気によって酸化触媒１１が冷却されるため、酸化触媒１１の酸化能が失活する可能性もある。
【００４７】
そこで、本実施例では、酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９へ二次空気を供給することにより、酸化触媒１１へ流入する排気量を増加させることなく、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量を増加させるようにした。
【００４８】
この場合、酸化触媒１１の酸化能が低下することなくＰＭ酸化率が高められることになる。その結果、ＰＭ強制再生処理を効率的に行うことが可能となる。
【００４９】
以下、本実施例のＰＭ再生制御について図２に沿って詳しく説明する。図２は、ＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート図である。このＰＭ再生制御ルーチンは、ＥＣＵ１５によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【００５０】
ＰＭ再生制御ルーチンでは、ＥＣＵ１５は、先ずＳ１０１においてＰＭ強制再生処理実行条件が成立しているか否かを判別する。
【００５１】
前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ１０２へ進む。
【００５２】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１５は、吸気絞り弁８の開度を所定量減少させる。所定量は、固定量であってもよく、或いは機関回転数やアクセルポジションセンサ１６の出力信号（アクセル開度）に応じて変更される可変値であってもよい。
【００５３】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ１５は、酸化触媒１１へ還元剤を供給すべく燃料噴射弁３にポスト噴射を行わせる（酸化触媒１１上流の排気通路９に燃料添加弁が配置されている場合には、燃料添加弁を作動させてもよい）。
【００５４】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ１５は、エアフローメータ６の出力信号（吸入空気量）Ｇａを入力する。
【００５５】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ１５は、前記Ｓ１０４で入力された吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ１より少ないか否かを判別する。
【００５６】
前記Ｓ１０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１５はＳ１０６へ進み、エアポンプ１４と燃料添加弁１２を作動させる。エアポンプ１４の吐出量は、図３に示すように、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が所定量Ｆｉｎ以上となるように制御される。詳細には、ＥＣＵ１５は、所定量Ｆｉｎから吸入空気量Ｇａを減算して得られた量（＝Ｆｉｎ−Ｇａ）をエアポンプ１４から吐出させる。燃料添加弁１２の添加量は、エアポンプ１４の吐出量に比例させる。
【００５７】
尚、内燃機関１の吸入空気量Ｇａは機関回転数と相関が高いため、前述したＳ１０４〜Ｓ１０５において吸入空気量Ｇａの代わりに機関回転数を用いるようにしてもよい。
【００５８】
Ｓ１０７では、ＥＣＵ１５は、ＰＭ強制再生処理実行終了条件が成立しているか否かを判別する。ＰＭ強制再生処理実行終了条件としては、パティキュレートフィルタ１０に残
存しているＰＭ量が所定量より少ない、ＰＭ強制再生処理の実行時間が一定時間以上である等の条件を例示することができる。パティキュレートフィルタ１０に残存しているＰＭ量は、前述したＰＭ捕集量の演算方法と同様の方法に求めることができる。
【００５９】
前記Ｓ１０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、前述したＳ１０４以降の処理を繰り返し実行する。
【００６０】
前記Ｓ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ１０８へ進み、ＰＭ強制再生処理の実行を終了する。具体的には、ＥＣＵ１５は、吸気絞り弁８の開度を通常の開度に復帰させ、燃料噴射弁３のポスト噴射を停止させ、燃料添加弁１２の作動を停止させ、更にエアポンプ１４の作動を停止させる。
【００６１】
また、前記Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ１０９においてエアポンプ１４の作動及び燃料添加弁１２の作動を停止させた後にＳ１０７へ進む。
【００６２】
このようにＥＣＵ１５がＰＭ再生制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１の吸入空気量Ｇａが少なくなるときに、酸化触媒１１へ流入する排気量を増加させることなくパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量のみを増加させることが可能となる。
【００６３】
酸化触媒１１へ流入する排気量が増加することなくパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量のみが増加されると、酸化触媒１１の酸化能が高く維持されたままパティキュレートフィルタ１０に捕集されたＰＭの酸化率が高められることになる。その結果、ＰＭ強制再生処理の効率を高めることが可能となる。
【００６４】
ＰＭ強制再生処理実行中に内燃機関１が高負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行した場合は、内燃機関１の吸入空気量が減少するためパティキュレートフィルタ１０が過昇温し易いが、本実施例のように二次空気が供給されればパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気の温度が低下させられるとともにパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が増加するため、パティキュレートフィルタ１０の過昇温を防止することができる。
【００６５】
本実施例では、酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流にも還元剤（燃料）が供給されるため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気が二次空気の導入によって降温しても、パティキュレートフィルタ１０の温度がＰＭ酸化可能な温度域から外れないようになっている。すなわち、酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタより上流に還元剤が供給されると、該還元剤がパティキュレートフィルタ１０に担持された触媒によって酸化されるとともに、その際に発生する反応熱によってパティキュレートフィルタ１０が適度に加熱されるため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気の温度が多少低くなっても該パティキュレートフィルタ１０の温度がＰＭ酸化可能温度域より低くなることが抑制される。
【００６６】
また、酸化触媒１１へ流入する排気量が少ないときは酸化触媒１１の酸化能が高く且つ酸化触媒１１から排気へ伝達される熱量が少なくなるため、酸化触媒１１へ多量の還元剤が供給されると、酸化触媒１１が過昇温する可能性がある。
【００６７】
これに対し、酸化触媒１１へ供給される還元剤量を減らし（ポスト噴射量を減らし）且つ燃料添加弁１２からパティキュレートフィルタ１０へ供給される還元剤量を増加させることにより、酸化触媒１１の過昇温を抑制しつつパティキュレートフィルタ１０の温度をＰＭ酸化可能温度域に維持するようにしてもよい。
【００６８】
ＰＭ強制再生処理実行中に内燃機関１が高負荷運転された場合は酸化触媒１１が過昇温する可能性があるため、内燃機関１が高負荷運転状態にあるときは吸入空気量Ｇａの多少に関わらず酸化触媒１１より上流の排気通路９へ二次空気が供給されるようにしてもよい。
【００６９】
その場合、図４に示すように、酸化触媒１１より上流の排気通路９と二次空気供給管１３が分岐管１３０を介して接続されるとともに、分岐管１３０と二次空気供給管１３との接続部に流路切換弁１３１が配置されるようにする。
【００７０】
これに対応して、ＥＣＵ１５は、ＰＭ強制再生処理実行中に吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ１より少なくなると、分岐管１３０を遮断すべく流路切換弁１３１を制御することによりエアポンプ１４から吐出された二次空気が酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９へ供給されるようにする。
【００７１】
一方、ＰＭ強制再生処理実行中に内燃機関１が高負荷運転された場合には、ＥＣＵ１５は、吸入空気量Ｇａに関わらず、二次空気供給管１３を遮断すべく流路切換弁１３１を制御することによりエアポンプ１４から吐出された二次空気が酸化触媒１１より上流の排気通路９へ供給されるようにする。
【００７２】
酸化触媒１１より上流の排気通路へ二次空気が供給されると、酸化触媒１１へ流入する排気の温度が低下するとともに排気の流速が上昇する。酸化触媒１１へ流入する排気の温度が低下し且つ排気の流速が上昇すると、酸化触媒１１から排気へ伝達される熱量が増加するとともに酸化反応熱の発生量が減少する。その結果、酸化触媒１１の過昇温が抑制されるようになる。
【００７３】
尚、本実施例では、内燃機関１の吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ１より少ないときのみエアポンプ１４が作動させられる例につい述べたが、吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ１以上であるときもパティキュレートフィルタ１０の温度がＰＭ酸化可能な温度域に収まる範囲（過冷却及び過昇温しない範囲）でエアポンプ１４を作動させるようにしてもよい。この場合、吸入空気量Ｇａが多い時のＰＭ酸化率を一層高めることが可能となる。
【００７４】
また、本実施例では、酸化触媒１１の流入ガス量を増加させることなくパティキュレートフィルタ１０の流入ガス量を増加させる方法として、酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９へ二次空気を供給する方法を例に挙げたが、図５に示すように、パティキュレートフィルタ１０下流の排気通路９と酸化触媒１１下流且つパティキュレートフィルタ１０上流の排気通路９とを環流通路１９によって接続し、パティキュレートフィルタ１０下流の排気通路９から酸化触媒１１下流且つパティキュレートフィルタ１０上流の排気通路９へ排気を還流させるようにしてもよい。
【００７５】
酸化触媒１１下流且つパティキュレートフィルタ１０上流の排気通路９内は、パティキュレートフィルタ１０下流の排気通路９内より高圧となる可能性が高いため、環流通路１９の途中にポンプ機構を設けて強制的に還流を行うようにしてもよい。更に、環流通路１９内を排気が逆流（酸化触媒１１下流且つパティキュレートフィルタ１０上流の排気通路９からパティキュレートフィルタ１０下流の排気通路９へ向って排気が流れる）すると、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が減少してしまうため、環流通路１９に逆止弁を設けるようにしてもよい。
【００７６】
このように排気を還流させる方法によれば、酸化触媒１１から流出した排気が大幅に降温する可能性が低いため、パティキュレートフィルタ１０が酸化触媒を担持していない場合に有効である。その場合には、燃料添加弁１２を備える必要もなくなる。
【実施例２】
【００７７】
次に、本発明の第２の実施例について図６〜図８に基づいて説明する。ここでは、第１の実施例と異なる構成について説明し、第１の実施例と同様の構成ついては説明を省略する。
【００７８】
第１の実施例と本実施例との差違は、第１の実施例では吸入空気量Ｇａが少ない時に酸化触媒１１へ流入する排気量を増加させることなくパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量を増加させるのに対し、本実施例では吸入空気量Ｇａが多い時にパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量を減少させることなく酸化触媒１１へ流入する排気量を減少させる点にある。
【００７９】
図６は、本実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図６において、排気通路９にはバイパス通路１７が接続されている。このバイパス通路１７は、酸化触媒１１より上流の排気通路９と、酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９とを接続する通路である。
【００８０】
酸化触媒１１より上流の排気通路９とバイパス通路１７との接続部には、流路切換弁１８が設けられている。この流路切換弁１８は、酸化触媒１１を流れる排気量とバイパス通路１７を流れる排気量との比を０〜１００％の間で変更可能な弁であり、ＥＣＵ１５によって電気的に制御される。尚、以下では全ての排気がバイパス通路１７を流れる時の流路切換弁１８の開度を全開と記し、全ての排気が酸化触媒１１を流れる時の流路切換弁１８の開度を全閉と記すものとする。
【００８１】
本実施例では、酸化触媒１１下流且つパティキュレートフィルタ１０上流の排気通路９に燃料添加弁１２が設けられていないが、その代わりに流路切換弁１８より上流の排気通路９に燃料添加弁１２０が設けられている。
【００８２】
図７は、本実施例におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。このＰＭ再生制御ルーチンにおけるＳ２０１〜Ｓ２０２は第１の実施例におけるＰＭ再生制御ルーチンのＳ１０１〜Ｓ１０２と同様であるため説明を省略する。
【００８３】
Ｓ２０３では、ＥＣＵ１５は、酸化触媒１１へ還元剤を供給すべく燃料添加弁１２０を作動させる。
【００８４】
Ｓ２０４では、ＥＣＵ１５は、エアフローメータ６の出力信号（吸入空気量）Ｇａを入力する。
【００８５】
Ｓ２０５では、ＥＣＵ１５は、Ｓ２０４で入力された吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ２より多いか否かを判別する。所定量Ｇａ２は、酸化触媒１１が必要十分な酸化能を発揮することができる吸入空気量の上限値であり、予め実験的に求められた量である。
【００８６】
前記Ｓ２０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ２０６へ進み、バイパス通路１７が導通するように流路切換弁１８を制御する。流路切換弁１８の開度は、図８に示すように、酸化触媒１１へ流入する排気量が所定量Ｆｌｉｎ以下となるように制御される。詳細には、ＥＣＵ１５は、吸入空気量Ｇａと所定量Ｆｌｉｎの差が大きくなるほど流路切換弁１８の開度を大きくする。
【００８７】
この場合、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が減少することなく酸化触媒１１へ流入する排気量が減少することになる。この結果、パティキュレートフィルタ１
０に捕集されたＰＭの酸化率が低下せずに酸化触媒１１の酸化能が向上することになる。
【００８８】
尚、前述したＳ２０４〜Ｓ２０５において吸入空気量Ｇａの代わりに機関回転数がパラメータとしても用いられてもよいことは第１の実施例１と同様である。
【００８９】
Ｓ２０７では、ＥＣＵ１５は、ＰＭ強制再生処理実行終了条件が成立しているか否かを判別する。Ｓ２０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ１５は前述したＳ２０４以降の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ２０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ２０８において、吸気絞り弁８の開度を通常の開度に復帰させ、燃料添加弁１２０の作動を停止させ、更に流路切換弁１８を全閉させる。
【００９０】
前述したＳ２０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ２０９において流路切換弁１８を全閉させた後に、Ｓ２０７へ進む。
【００９１】
このようにＥＣＵ１５がＰＭ再生制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１の吸入空気量Ｇａが多くなるときに、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量を減少させることなく酸化触媒１１へ流入する排気量を減少させることが可能となる。
【００９２】
パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が減少することなく酸化触媒１１へ流入する排気量のみが減少すると、パティキュレートフィルタ１０におけるＰＭ酸化率が高く維持されたまま酸化触媒１１の酸化能が高められることになる。その結果、ＰＭ強制再生処理の効率が向上する。
【００９３】
ところで、酸化触媒１１から流出した排気は、該酸化触媒１１を迂回した排気（すなわち、酸化触媒１１によって加熱されなかった排気）と混ざり合った後にパティキュレートフィルタ１０へ流入するため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気の温度が低くなる可能性もある。しかしながら、本実施例では、燃料添加弁１２０が流路切換弁１８より上流に配置されているため、燃料添加弁１２０から添加された還元剤の一部が酸化触媒１１を迂回してパティキュレートフィルタ１０へ供給されるようになる。パティキュレートフィルタ１０へ供給された還元剤は、該パティキュレートフィルタ１０に担持された触媒の作用によって酸化反応熱を発生するため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気温度が多少低くなったとしてもパティキュレートフィルタ１０の温度がＰＭ酸化可能温度域から外れ難くなる。
【００９４】
尚、本実施例では、内燃機関１の吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ２より多い時のみ流路切換弁１８を開弁（バイパス通路１７を導通）させる例について述べたが、内燃機関１が高負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行した時も流路切換弁１８を開弁させるようにしてもよい。
【００９５】
内燃機関１が高負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行すると、内燃機関１から排出される排気量が減少し、それに伴ってパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量も減少する。パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が減少すると、パティキュレートフィルタから排気へ伝達される熱量が減少するため、パティキュレートフィルタ１０の温度が低下し難くなる。
【００９６】
このようにパティキュレートフィルタの温度が低下し難い状況下で内燃機関１から排出された排気の全てが酸化触媒１１を経由してパティキュレートフィルタへ流入すると、排気が酸化触媒１１を経由した際に酸化触媒１１の熱を受けて昇温する。このため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する時点の排気温度が高くなる。その結果、パティキュレートフィルタ１０から排気へ伝達される熱量が一層減少し、若しくは排気からパティキュ
レートフィルタ１０へ伝達される熱量が増加するため、パティキュレートフィルタ１０が過昇温する可能性がある。
【００９７】
これに対し、内燃機関１が高負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行した時に流路切換弁１８が開弁されていれば、内燃機関１から排出された排気の少なくとも一部が酸化触媒１１を迂回するようになる。この場合、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気の温度は、全ての排気が酸化触媒１１を経由する場合に比べて低くなる。その結果、パティキュレートフィルタ１０の過昇温が抑制される。
【００９８】
また、降坂路走行時のように減速フューエルカット運転が比較的長く続くような場合には、内燃機関１から排出される低温の排気によって酸化触媒１１が失活する可能性があるが、そのような場合にも排気の少なくとも一部が酸化触媒１１をバイパスして流れれば、酸化触媒１１の失活を抑制することができる。
【００９９】
さらに、酸化触媒１１へ流入する排気量が減少させられると、酸化触媒１１の酸化能が高められるとともに酸化触媒１１から排気へ伝達される熱量が減少する。このため、酸化触媒１１へ多量の還元剤が供給されると、酸化触媒１１が過昇温する可能性がある。これに対し、本実施例では、燃料添加弁１２が流路切換弁１８の上流に配置されているため、燃料添加弁１２から供給された還元剤の一部がバイパス通路１７を通ってパティキュレートフィルタ１０へ流入するようになる。すなわち、酸化触媒１１へ供給される還元剤量が減少する。その結果、酸化触媒１１において過剰な酸化反応熱が発生することがなく、酸化触媒１１の過昇温を抑制することができる。
【０１００】
但し、内燃機関１から排出される排気の温度が非常に高い場合には、流路切換弁１８を全開とすることにより、全ての排気及び還元剤が酸化触媒１１を迂回してパティキュレートフィルタ１０へ供給されるようにしてもよい。
【実施例３】
【０１０１】
次に、本発明の第３の実施例について図９〜図１０に基づいて説明する。ここでは、前述した第１と異なる構成について説明し、第１の実施例と同様の構成ついては説明を省略する。
【０１０２】
第１の実施例と本実施例との差違は、第１の実施例では吸入空気量Ｇａが少ない時に酸化触媒１１へ流入する排気量を増加させることなくパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量を増加させるのみであるに対し、本実施例では吸入空気量Ｇａが少ない時には酸化触媒１１へ流入する排気量を増加させることなくパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量を増加させるのに加え、吸入空気量Ｇａが多い時にはパティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量を減少させることなく酸化触媒１１へ流入する排気量を減少させる点にある。
【０１０３】
図９は、本実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図９において、排気通路９には、二次空気供給管１３及びエアポンプ１４に加え、バイパス通路１７、流路切換弁１８、及び燃料添加弁１２０が設けられている。バイパス通路１７、流路切換弁１８、及び燃料添加弁１２０の構成は、前述した第２の実施例と同様であるため、詳説は省略する。尚、以下では、酸化触媒１１下流且つパティキュレートフィルタ１０上流の排気通路９に設けられた燃料添加弁１２を下流側燃料添加弁１２と称し、流路切換弁１８上流の排気通路９に設けられた燃料添加弁１２０を上流側燃料添加弁１２０と称する。
【０１０４】
図１０は、本実施例におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャートである。このＰＭ再生制御ルーチンにおけるＳ３０１〜Ｓ３０２は第１の実施例におけるＰＭ再生制御
ルーチンのＳ１０１〜Ｓ１０２と同様であるため説明を省略する。
【０１０５】
Ｓ３０３では、ＥＣＵ１５は、酸化触媒１１へ還元剤を供給すべく上流側燃料添加弁１２０を作動させる。
【０１０６】
Ｓ３０４では、ＥＣＵ１５は、エアフローメータ６の出力信号（吸入空気量）Ｇａを入力する。
【０１０７】
Ｓ３０５では、ＥＣＵ１５は、Ｓ３０４で入力された吸入空気量Ｇａが所定量Ｇａ３より少ないか否かを判別する。
【０１０８】
前記Ｓ３０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ３０６へ進み、バイパス通路１７を遮断すべく流路切換弁１８を制御（流路切換弁１８の開度を全閉に制御）するとともに、エアポンプ１４及び下流側燃料添加弁１２を作動させる。
【０１０９】
この場合、内燃機関１から排出される排気の全てが酸化触媒１１へ流入するが、内燃機関１から排出される排気量が少ないため、酸化触媒１１の酸化能は高く維持される。また、エアポンプ１４から吐出された二次空気が酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９へ供給されるため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量は酸化触媒１１へ流入する排気量より増加する。さらに、下流側燃料添加弁１２からパティキュレートフィルタ１０へ還元剤が供給されるため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気の温度が二次空気の供給によって低下してもパティキュレートフィルタ１０の温度をＰＭ酸化可能温度域に維持することが可能となる。その結果、酸化触媒１１の酸化能を低下させることなくパティキュレートフィルタ１０におけるＰＭ酸化率を高めることが可能となる。
【０１１０】
また、前記Ｓ３０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ３０９へ進み、バイパス通路１７を導通させるべく流路切換弁１８を制御するとともに、エアポンプ１４の作動及び下流側燃料添加弁１２の作動を停止する。
【０１１１】
この場合、内燃機関１から排出された排気の一部がバイパス通路１７を流れるようになるため、酸化触媒１１へ流入する排気量が減少する。バイパス通路１７を流れたる排気と酸化触媒１１を流れる排気は、酸化触媒１１より下流且つパティキュレートフィルタ１０より上流の排気通路９にて合流するため、パティキュレートフィルタ１０へ流入する排気量が減少することはない。その結果、パティキュレートフィルタ１０におけるＰＭ酸化率を高く維持しつつ酸化触媒１１の酸化能を高めることが可能となる。
【０１１２】
上記したＳ３０６又はＳ３０９の処理を実行し終えたＥＣＵ１５は、Ｓ３０７へ進む。Ｓ３０７では、ＥＣＵ１５は、ＰＭ強制再生処理実行終了条件が成立しているか否かを判別する。
【０１１３】
前記Ｓ３０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ１５は前述したＳ３０４以降の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ３０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１５は、Ｓ３０８において、吸気絞り弁８の開度を通常の開度に復帰させ、エアポンプ１４の作動を停止させ、上流側燃料添加弁１２０及び下流側燃料添加弁１２の作動を停止させ、さらに流路切換弁１８を全閉（バイパス通路１７を遮断）させる。
【０１１４】
このようにＥＣＵ１５がＰＭ再生制御ルーチンを実行することにより、内燃機関１の吸入空気量Ｇａが少ない時には酸化触媒１１の酸化能を高く維持しつつパティキュレートフィルタ１０におけるＰＭ酸化率を高めることが可能となる。また、内燃機関１の吸入空気
量Ｇａが多くなる時にはパティキュレートフィルタ１０におけるＰＭ酸化率を高く維持しつつ酸化触媒１１の酸化能を高めることが可能となる。
【０１１５】
従って、本実施例によれば、内燃機関１の吸入空気量Ｇａに関わらず、ＰＭ強制再生処理の効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】実施例１における内燃機関の概略構成を示す図
【図２】実施例１におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート
【図３】実施例１における内燃機関の吸入空気量とパティキュレートフィルタへ流入する排気量との関係を示す図
【図４】内燃機関の排気系の他の構成例を示す図（１）
【図５】内燃機関の排気系の他の構成例を示す図（２）
【図６】実施例２における内燃機関の排気系の概略構成を示す図
【図７】実施例２におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート
【図８】実施例２における内燃機関の吸入空気量と酸化触媒へ流入する排気量との関係を示す図
【図９】実施例３における内燃機関の排気系の概略構成を示す図
【図１０】実施例３におけるＰＭ再生制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
【０１１７】
１・・・・・内燃機関
１０・・・・パティキュレートフィルタ
１１・・・・酸化触媒
１２・・・・燃料添加弁（還元剤添加弁）
１３・・・・二次空気供給管
１４・・・・エアポンプ
１５・・・・ＥＣＵ
１７・・・・バイパス通路
１８・・・・流路切換弁
【図１】
2006105020.tif 000003
【図２】
2006105020.tif 000004
【図３】
2006105020.tif 000005
【図４】
2006105020.tif 000006
【図５】
2006105020.tif 000007
【図６】
2006105020.tif 000008
【図７】
2006105020.tif 000009
【図８】
2006105020.tif 000010
【図９】
2006105020.tif 000011
【図１０】
2006105020.tif 000012