(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの上流側の排気通路に空気を安定して供給し、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理とパティキュレートフィルタの再生処理とを同時に適切に実施することができるエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１０の排気通路２６に設けられるＮＯｘ吸蔵触媒３８と、排気通路２６のＮＯｘ吸蔵触媒３８よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタ３９と、を備えると共に、エンジン１０が備える少なくとも一つの気筒の燃焼室１７と排気通路２６のＮＯｘ吸蔵触媒３８よりも下流側で且つパティキュレートフィルタ３９よりも上流側の接続部２６ａとを繋ぐバイパス通路２９と、バイパス通路２９に設けられ気筒が休筒しているタイミングで開弁するバイパス弁４４と、を備える構成とする。【選択図】図１
2018031300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられるＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタと、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、
前記エンジンが備える少なくとも一つの気筒の燃焼室と前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側で且つ前記パティキュレートフィルタよりも上流側の接続部とを繋ぐバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ前記気筒が休筒しているタイミングで開弁するバイパス弁と、を備える
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記バイパス通路が、前記気筒に設けられる排気弁の近傍で前記燃焼室に接続されている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記バイパス通路の少なくとも一部が、前記排気通路に沿って設けられている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記エンジンが前記気筒を複数備えており、
各気筒の前記燃焼室のそれぞれが、前記バイパス通路を介して前記排気通路の前記接続部に繋がっている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
エンジンの排気通路に設けられるＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタと、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、
前記エンジンが備える少なくとも一つの気筒の燃焼室と、前記排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側で且つ前記パティキュレートフィルタの上流側の接続部とを繋ぐバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ当該バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理を実行する触媒再生処理部と、
前記触媒再生処理部により前記ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理が実行されているタイミングで、前記パティキュレートフィルタの再生処理を実行するフィルタ再生処理部と、を備え、
前記フィルタ再生処理部は、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定温度以上に上昇しているタイミングで、少なくとも一つの前記気筒を休筒させると共に、休筒させている前記気筒に設けられた前記バイパス弁を開弁させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記触媒再生処理部による前記ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒から硫黄成分を放出させるＳパージである
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタ再生処理部は、休筒させている前記気筒のピストンが上昇しているタイミングで前記バイパス弁を開弁させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
請求項７に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタ再生処理部は、前記ピストンが上死点に達すると前記バイパス弁を閉弁させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
請求項５から８の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタ再生処理部は、休筒させている前記気筒の吸気弁及び排気弁が閉弁されているタイミングで前記バイパス弁を開弁させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
請求項５から９の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記エンジンが前記気筒を複数備え、
前記バイパス通路が各気筒の前記燃焼室に接続されると共に、前記バイパス弁が各気筒に対応して設けられており、
前記フィルタ再生処理部は、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定温度以上に上昇しているタイミングで、各気筒を所定順で休筒させると共に、休筒させている前記気筒に対応する前記バイパス弁を開弁させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタ再生処理部は、直前に燃焼させた前記気筒を順次休筒させる
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気を浄化するためのＮＯｘ吸蔵触媒及びパティキュレートフィルタを備えるエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載されるエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等の排気ガス成分が含まれている。このため、エンジンの排気通路には、上記物質を分解（還元等）するための三元触媒と、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタとが設けられている。
【０００３】
また、例えば、ディーゼルエンジン等のように、空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行なうエンジンの場合、三元触媒では排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を充分に浄化できない。このため、この種のエンジンの排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒が設けられているものがある。ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気の空燃比がリーンであると排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比がリッチであると吸蔵されているＮＯｘを放出還元する。
【０００４】
ディーゼルエンジン等においては、通常、排気の空燃比がリーンであるため、窒素酸化物はＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このため、所定のタイミングで排気の空燃比をリッチ化させてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを分解（還元）する再生処理（ＮＯｘパージ）を行う必要がある。
【０００５】
また燃料中には硫黄成分が有害成分として含まれているため、硫黄成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となってＮＯｘの代わりにＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される（Ｓ被毒）。このため、所定のタイミングで、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する再生処理（サルファパージ：Ｓパージ）を行う必要がある。この再生処理（Ｓパージ）を行うには、空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定温度以上の高温にする必要がある。
【０００６】
またパティキュレートフィルタは、使用に伴って内部にＰＭが堆積して通過抵抗が増大する。このため、パティキュレートフィルタについても、所定のタイミングで再生処理を行う必要がある。すなわちパティキュレートフィルタを昇温させて、内部に堆積したＰＭを燃焼除去する必要がある。
【０００７】
ここで、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理（ＮＯｘパージ及びＳパージ）は、触媒内部を酸素欠乏状態とする必要がある。一方で、パティキュレートフィルタの再生処理は、フィルタ内部を酸素が充分に供給されている状態とする必要がある。このため、現在のエンジンでは、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理と、パティキュレートフィルタの再生処理とは、一般的に、別々に行われており、各再生処理において多くの燃料が消費されてしまっている。
【０００８】
このような問題を解消するために、排気通路に設けられたＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒）と、ＮＯｘトラップ触媒の下流側に設けられたＰＭトラップ（パティキュレートフィルタ）と、ＰＭトラップの上流側排気通路に空気を供給可能な空気供給装置と、を備え、ＮＯｘトラップ触媒を通過する経路とは別の経路からＰＭフィルタに対して空気を導入することで、ＮＯｘトラップ触媒の再生（触媒再生）と、ＰＭフィルタの再生（フィルタ再生）とを同時に行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この特許文献１には、具体的には、空気供給装置として、過給機のコンプレッサ下流の吸気通路とＰＭトラップの上流側排気通路とを接続する空気導入路を有し、この空気導入路を介してＰＭフィルタに空気を導入する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２０１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、安定してパティキュレートフィルタ（ＰＭフィルタ）に空気を供給することができない虞がある。
【００１２】
例えば、排気通路を流れる排気の圧力は、通常、大気圧より高いため、排気通路に空気を導入するには、空気を昇圧する必要がある。特許文献１に記載の構成は、空気導入路の一端側が、エンジンの運転状態によっては負圧になり得るコンプレッサ下流の吸気通路に接続されている。このため、エンジンの運転状態によっては、空気導入路内の空気が負圧となり、上流側排気通路から空気導入路を介して吸気通路に向かって空気が逆流してしまう虞がある。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされてなされたものであり、パティキュレートフィルタの上流側の排気通路に空気を安定して供給し、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理とパティキュレートフィルタの再生処理とを同時に適切に実施することができるエンジンの排気浄化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】
【００１４】
上記課題を解決する本発明の態様は、エンジンの排気通路に設けられるＮＯｘ吸蔵触媒と、排気通路のＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタと、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、エンジンが備える少なくとも一つの気筒の燃焼室と排気通路のＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側で且つパティキュレートフィルタよりも上流側の接続部とを繋ぐバイパス通路と、バイパス通路に設けられ気筒が休筒しているタイミングで開弁するバイパス弁と、を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。かかる本発明の態様では、バイパス弁を所定のタイミングで開閉させることで、休筒している気筒の燃焼室内の空気がバイパス通路を介してパティキュレートフィルタに導入される。
【００１５】
ここで、バイパス通路が、気筒に設けられる排気弁の近傍で燃焼室に接続されていることが好ましい。さらにバイパス通路の少なくとも一部が、排気通路に沿って設けられていることが好ましい。これにより、排気通路の熱によりバイパス通路を通過する空気の温度低下が抑制される。
【００１６】
またエンジンが気筒を複数備えている場合、各気筒の燃焼室のそれぞれが、バイパス通路を介して排気通路の接続部に繋がっていることが好ましい。この構成では、各気筒の燃焼室内の空気を、バイパス通路を介して排気通路の接続部に順次供給できる。
【００１７】
また本発明の他の態様は、エンジンの排気通路に設けられるＮＯｘ吸蔵触媒と、排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側に設けられるパティキュレートフィルタと、を備えるエンジンの排気浄化装置であって、エンジンが備える少なくとも一つの気筒の燃焼室と、排気通路の前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも下流側で且つパティキュレートフィルタの上流側の接続部とを繋ぐバイパス通路と、バイパス通路に設けられバイパス通路を開閉するバイパス弁と、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理を実行する触媒再生処理部と、触媒再生処理部によりＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理が実行されているタイミングで、パティキュレートフィルタの再生処理を実行するフィルタ再生処理部と、を備え、フィルタ再生処理部は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定温度以上に上昇しているタイミングで、少なくとも一つの気筒を休筒させると共に、休筒させている気筒に設けられたバイパス弁を開弁させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。かかる本発明の態様では、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理が実行されているタイミングで、休筒している気筒の燃焼室内の空気がバイパス通路を介してパティキュレートフィルタに導入される。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理中に、パティキュレートフィルタの再生処理を同時に実施することができる。
【００１８】
ここで、触媒再生処理部によるＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理とは、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒から硫黄成分を放出させるＳパージである。この場合、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージ中に、パティキュレートフィルタの再生処理を同時に実施することができる。
【００１９】
またフィルタ再生処理部は、休筒させている気筒のピストンが上昇しているタイミングでバイパス弁を開弁させることが好ましい。さらにフィルタ再生処理部は、ピストンが上死点に達するとバイパス弁を閉弁させることが好ましい。またフィルタ再生処理部は、休筒させている気筒の吸気弁及び排気弁が閉弁されているタイミングでバイパス弁を開弁させることが好ましい。これにより、燃焼室内の空気が、より効率的にバイパス通路を介して排気通路の接続部に供給される。
【００２０】
またエンジンが気筒を複数備える場合、バイパス通路が各気筒の燃焼室に接続されると共に、バイパス弁が各気筒に対応して設けられており、フィルタ再生処理部は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が所定温度以上に上昇しているタイミングで、各気筒を所定順で休筒させると共に、休筒させている気筒に対応するバイパス弁を開弁させることが好ましい。さらにフィルタ再生処理部は、直前（一つ前）に燃焼させた気筒を順次休筒させることが好ましい。これにより、各気筒の燃焼室内の空気が、排気通路の接続部に順次供給される。したがって、パティキュレートフィルタに十分な量の空気が適切に導入される。
【発明の効果】
【００２１】
かかる本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの上流側の排気通路に適切に空気を安定して供給できる。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生処理（Ｓパージ）が実施されている間に、パティキュレートフィルタの再生処理を適切に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を備えるエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係る排気浄化装置を備えるエンジンの全体構成を示す図である。
【図３】各気筒における燃焼サイクルのタイミングを示す図である。
【図４】本発明に係るＤＰＦ再生時の各気筒を休筒させるタイミングの一例を説明する図である。
【図５】本発明に係るＤＰＦ再生時の各気筒を休筒させるタイミングの一例を説明する図である。
【図６】本発明に係る排気浄化装置を備えるエンジンの全体構成を示す図であり、排気浄化装置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、直列４気筒のディーゼルエンジンであり、４つの気筒が形成されたエンジン本体１１を備える。すなわちエンジン本体１１は、直列に配置された第１〜第４の気筒（シリンダ）＃１〜＃４を備えている。
【００２４】
エンジン本体１１は、図２に示すように、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有し、シリンダブロック１３内には、ピストン１４が収容されている。ピストン１４は、コンロッド１５を介してクランクシャフト１６に接続されている。そして、このピストン１４とシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１３とで各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７が形成されている。
【００２５】
シリンダヘッド１２には各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７に開口する吸気ポート１８が形成され、吸気ポート１８には吸気マニホールド１９を含む吸気管（吸気路）２０が接続されている。吸気マニホールド１９には、吸気圧を検出する吸気圧センサ（ＭＡＰセンサ）２１及び吸気の温度を検出する吸気温センサ２２が設けられている。各吸気ポート１８内には吸気弁２３が設けられ、吸気弁２３によって各吸気ポート１８が開閉されるようになっている。
【００２６】
またシリンダヘッド１２には各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７に開口する排気ポート２４が形成され、排気ポート２４には、排気マニホールド２５を含む排気管（排気通路）２６が接続されている。排気ポート２４には排気弁２７が設けられており、吸気ポート１８と同様に、排気ポート２４は排気弁２７によって開閉されるようになっている。なお吸気弁２３及び排気弁２７は既存の構成であるため詳細な説明は省略するが、ピストン１４の往復運動と連動して回転するカムによって所定のタイミングで開閉する。
【００２７】
さらにシリンダヘッド１２には、上記吸気ポート１８及び排気ポート２４に加え、バイパスポート２８が各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７に開口して設けられている。詳しくは後述するが、このバイパスポート２８には各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７と排気管２６とを繋ぐバイパス配管（バイパス通路）２９の一端側が接続されている。
【００２８】
また各気筒＃１〜＃４には、燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）３０が設けられており、各インジェクタ３０はコモンレール３１に接続されている。図示は省略するが、コモンレール３１は、サプライポンプ（高圧ポンプ）を介して燃料タンクに接続されている。このサプライポンプによって燃料タンクから燃料がコモンレール３１に圧送され、コモンレール３１内の高圧の燃料が各インジェクタ３０から噴射されるようになっている。
【００２９】
吸気管２０及び排気管２６の途中には、ターボチャージャ（過給機）３２が設けられている。ターボチャージャ３２は、タービン３２ａと、コンプレッサ３２ｂとを有し、これらタービン３２ａとコンプレッサ３２ｂとはタービン軸３２ｃによって連結されている。ターボチャージャ３２内に排気ガスが流れ込むと、排気ガスの流れによってタービン３２ａが回転し、このタービン３２ａの回転に伴ってコンプレッサ３２ｂが回転する。コンプレッサ３２ｂの回転によって加圧された空気（吸気）が、吸気管２０に送り出されて、各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７に供給される。
【００３０】
ターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ｂの上流側の吸気管２０には、エアクリーナ３３が設けられている。またターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ｂの下流側の吸気管２０には、ターボチャージャ３２での加圧により温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ３４が配されている。またインタークーラ３４の下流側の吸気管２０には、スロットルバルブ３５と、スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３６と、が設けられている。
【００３１】
一方、ターボチャージャ３２のタービン３２ａの下流側の排気管２６には、排気浄化装置を構成する排気浄化触媒及びディーゼルパティキュレートフィルタが設けられている。本実施形態では、上流側に排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵触媒３８が設けられ、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の下流側にディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと称する）３９が設けられている。またＮＯｘ吸蔵触媒３８の出口付近の排気管２６には、ＮＯｘ吸蔵触媒３８から流出する排気の空燃比を検出する空燃比センサ（空燃比検出手段）４０が設けられている。同様に、ＤＰＦ３９の出口付近の排気管２６にも、ＤＰＦ３９から流出する排気の空燃比を検出する空燃比センサ（空燃比検出手段）４１が設けられている。なおこれら空燃比センサ４０，４１は、排気中の酸素濃度を検出するものであってもよい。さらにＮＯｘ吸蔵触媒３８及びＤＰＦ３９の出口付近の排気管２６には、排気の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）４２，４３が設けられている。
【００３２】
なお本実施形態では、排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵触媒のみが設けられているが、排気浄化触媒はＮＯｘ吸蔵触媒が含まれていればよく、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒と共にディーゼル酸化触媒等を含む構成としてもよい。なお、ディーゼル酸化触媒では、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ２）が生成される。
【００３３】
ここで、ＮＯｘ吸蔵触媒３８は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そしてＮＯｘ吸蔵触媒３８は、酸化雰囲気において排気成分である窒素酸化物（ＮＯｘ）を一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）等に還元する。本実施形態に係るエンジン１０は、ディーゼルエンジンであるため、通常は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８ではＮＯｘが吸蔵されるのみで吸蔵されたＮＯｘが分解（還元）されることはない。
【００３４】
このため所定のタイミング、例えば、エンジン１０を所定期間運転させる毎に、吸蔵されたＮＯｘを除去するための再生処理（ＮＯｘパージ）が実行される。この再生処理（ＮＯｘパージ）では、所定のタイミングでＮＯｘ吸蔵触媒に還元剤としての燃料が供給される。これによりＮＯｘ吸蔵触媒３８内が還元雰囲気となり、吸蔵されたＮＯｘが分解（還元）されてＮＯｘ吸蔵触媒３８から除去される。
【００３５】
またＮＯｘ吸蔵触媒３８は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様、排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵する。このため、所定のタイミングでＳＯｘを除去するための再生処理（Ｓパージ）も実施される。この再生処理（Ｓパージ）では、排気に還元剤としての燃料を適宜供給して排気空燃比をリッチ化すると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３８を所定温度（例えば、７００℃程度）以上に昇温させる。これにより、吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が分解（還元）されてＮＯｘ吸蔵触媒３８から除去される。
【００３６】
ＤＰＦ３９は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタである。ＤＰＦ３９に捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ２によって酸化（燃焼）されてＣＯ２として排出され、ＤＰＦ３９内に残存するＮＯ２はＮ２に分解されて排出される。このＤＰＦ３９も、内部に堆積したＰＭを除去するために、所定のタイミングで再生処理（ＤＰＦ再生）が実行される。このＤＰＦ再生では、ＮＯｘ吸蔵触媒３８のＳパージと同様に、ＤＰＦ３９を所定温度（例えば、７００℃）以上に昇温させることで、ＤＰＦ３９に堆積しているＰＭを燃焼させる。
【００３７】
ところで、ＤＰＦ３９の再生処理は、上記のようにＮＯｘ吸蔵触媒３８のＳパージと同様にＤＰＦ３９を所定温度以上に昇温させる必要がある一方、Ｓパージとは異なりＤＰＦ３９の排気空燃比をリーン化する必要がある。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒３８のＳパージとＤＰＦ３９の再生処理とは別々に実施する必要があった。
【００３８】
しかしながら、本実施形態に係るエンジン１０は、以下に詳述するバイパス配管２９を排気浄化装置の一部として備えているため、このバイパス配管２９を介してＮＯｘ吸蔵触媒３８の下流側の排気管に空気（酸素）を供給できる。つまりバイパス配管２９を介してＤＰＦ３９に空気（酸素）を導入することができる。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の排気空燃比がリッチ化された状態でも、ＤＰＦ３９の排気空燃比をリーン化することができる。したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒３８のＳパージを実施中に、ＤＰＦ３９の再生処理を同時に実施することができる。
【００３９】
バイパス配管２９は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８をバイパスして各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７と排気管２６とを繋ぐ流路を形成するものであり、その一端側は、上述のようにエンジン本体１１の各燃焼室１７に接続されている（図１参照）。本実施形態では、バイパス配管２９の一端側は、各気筒＃１〜＃４に対応する４本の分岐管２９ａ〜２９ｄに分岐されており、これら４本の分岐管２９ａ〜２９ｄが各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７にそれぞれ接続されている。バイパス配管２９の他端側は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の下流側で且つＤＰＦ３９の上流側の領域である排気管２６の接続部２６ａに接続されている。
【００４０】
なお本実施形態では、一端側が４本の分岐管２９ａ〜２９ｄに分岐されている１本のバイパス配管２９によって各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７と排気管２６の接続部２６ａとが接続されているが、各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７と排気管２６の接続部２６ａとは、例えば、４本のバイパス配管によって個別に接続されていてもよい。
【００４１】
このバイパス配管２９の配置は特に限定されないが、バイパス配管２９は、排気ポート２４の近傍で各燃焼室１７に接続されていることが好ましい。すなわちバイパスポート２８が排気ポート２４の近傍に設けられていることが好ましい。さらにバイパス配管２９は、その少なくとも一部が排気管２６に近接して（若しくは接触して）排気管２６に沿って設けられていることが好ましい。これにより、排気管２６の熱によってバイパス配管２９を介してＤＰＦ３９に導入される空気の温度低下を抑制できる。したがって、再生処理中のＤＰＦ３９の温度低下を抑制でき、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の実施と同時にＤＰＦ３９の再生処理をより適切に実施することができる。
【００４２】
バイパス配管２９には各気筒＃１〜＃４に対応する位置（本実施形態では各分岐管２９ａ〜２９ｄ）に、バイパス弁４４が設けられている。これらのバイパス弁４４は、各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７に接続されたバイパス配管２９（分岐管２９ａ〜２９ｄ）を開閉可能に設けられていればよいが、バイパス配管２９の燃焼室１７との境界部分に設けられていることが好ましい。すなわちバイパス弁４４はバイパスポート２８を開閉可能に設けられていることが好ましい。なおバイパス弁４４は、ピストン１４の往復運動に連動して開閉する吸気弁２３及び排気弁２７とは異なり、電動モータ等で構成される駆動装置４５によって独立して開閉するように構成されている。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係るエンジン１０は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８及びＤＰＦ３９を備えると共に、各気筒＃１〜＃４の燃焼室１７と排気管２６の接続部２６ａとを繋ぐバイパス配管２９と、バイパス配管２９を開閉するバイパス弁４４と、を排気浄化装置１００として備えている。
【００４４】
そして、この排気浄化装置１００は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の再生処理（Ｓパージ）が実施されている際、第１〜第４の気筒＃１〜＃４の少なくとも一つを休筒させると共に、休筒させた第１〜第４の気筒＃１〜＃４に対応するバイパス弁４４を所定のタイミングで開弁及び閉弁させる。
【００４５】
これにより、燃焼室１７内の空気（酸素）がバイパス配管２９を介して排気管２６の接続部２６ａに供給される。排気管２６を流れる排気の圧力は大気圧よりも高いが、バイパス配管２９を流れる空気は、燃焼室１７にて昇圧されているため、排気管２６の接続部２６ａに良好に供給される。そして排気管２６の接続部２６ａに供給された空気（酸素）は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８から流出する排気と共にＤＰＦ３９に導入されるため、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の排気空燃比がリッチ化されている状態でも、ＤＰＦ３９の排気空燃比をリーン化することができる。
【００４６】
したがって、ＮＯｘ吸蔵触媒３８のＳパージ中に、ＮＯｘ吸蔵触媒３８のＳパージのために昇温された排気を利用してＤＰＦ３９の再生処理を同時に実施することができる。その結果、ＤＰＦ再生のために燃料を噴射して排気の温度を上昇させる必要がなくなるため、燃料の消費量を抑制することができる。
【００４７】
ここで、エンジン１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えており、ＥＣＵ５０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このＥＣＵ５０が、上述した吸気圧センサ（ＭＡＰセンサ）２１、吸気温センサ２２、スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３６、空燃比センサ４０，４１、温度センサ４２，４３等を含む各種センサ類からの情報に基づいて、エンジン１０の総合的な制御を行っており、エンジン１０の休筒状態及びバイパス弁４４の作動状態も適宜制御する。すなわちＥＣＵ５０は、エンジン１０が備える排気浄化装置１００の一部としても機能する。
【００４８】
以下、本実施形態に係るエンジン１０が備える排気浄化装置１００の動作の一例、特に、ＤＰＦ３９の再生処理時の動作について説明する。
【００４９】
ＥＣＵ５０は、触媒再生処理部５１とフィルタ再生処理部５２とを含む排気浄化部５３を備える（図１参照）。触媒再生処理部５１は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の再生処理（ＮＯｘパージ及びＳパージ）を所定のタイミングで実行する。なお触媒再生処理部５１によるＮＯｘ吸蔵触媒３８の再生処理（ＮＯｘパージ及びＳパージ）の方法は、既存の技術であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５０】
フィルタ再生処理部５２は、触媒再生処理部５１によってＮＯｘ吸蔵触媒３８の再生処理（Ｓパージ）が実行されているタイミングで、ＤＰＦ３９の再生処理（ＤＰＦ再生）を実行する。具体的には、フィルタ再生処理部５２は、ＮＯｘ吸蔵触媒３８のＳパージの実施中に、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の出口付近に設けられている温度センサ４２、或いはＤＰＦ３９の出口付近に設けられている温度センサ４３の検出結果に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒３８が所定温度以上に上昇しているか否かを判断する。
【００５１】
そして、ＮＯｘ吸蔵触媒３８が所定温度以上に上昇しているタイミングで、第１〜第４の気筒＃１〜＃４のうちの少なくとも一つを休筒させる。つまり休筒させる気筒に対応する燃焼室１７へのインジェクタ３０からの燃料供給を停止させる。さらにフィルタ再生処理部５２は、休筒させた気筒に対応するバイパス弁４４を所定のタイミングで開弁させる。これにより、休筒させた気筒の燃焼室１７内の空気（酸素）が順次バイパス配管２９を介して排気管２６の接続部２６ａに供給される。すなわち休筒させた燃焼室１７内の空気がバイパス配管２９を介してＤＰＦ３９に導入される。このＤＰＦ３９への空気の導入に伴い、ＤＰＦ３９内の排気空燃比がリーン化されてＤＰＦ３９が再生される。
【００５２】
なおフィルタ再生処理部５２は、ＤＰＦ３９の再生処理中は、空燃比センサ４１の検出結果に基づいてＤＰＦ３９の排気空燃比がリーンである状態に維持されるようにＤＰＦ３９に導入される空気の量を適宜制御する。さらにフィルタ再生処理部５２は、温度センサ４３の検出結果に基づいてＤＰＦ３９の温度が過度に上昇しないようにＤＰＦ３９に導入される空気の量を適宜制御する。
【００５３】
ここで、休筒させる気筒は、適宜決定されればよく、特定の気筒を休筒させるようにしてもよいし、例えば、エンジン１０の運転状態等に応じて休筒させる気筒を適宜変更するようにしてもよい。本実施形態に係るエンジン１０は４ストロークの直列４気筒エンジンであるため、特定の気筒を休筒させる場合、第１〜第４の気筒＃１〜＃４のうちピストン１４の移動方向が同一となる２つの気筒（例えば、第１の気筒＃１及び第４の気筒＃４、或いは第２の気筒＃２及び第３の気筒＃３）を同時に休筒させることが好ましい。これにより、車両の走行中の振動を抑制しつつ、バイパス配管２９を介してＤＰＦ３９に十分な空気を供給することができる。勿論、必ずしも２つの気筒を休筒させなくてもよく、特定の１つの気筒を休筒させてもよいし、３つの気筒を休筒させてもよい。なお特定の気筒のみを常に休筒させる場合、バイパス配管２９は、その特定の気筒のみに接続されていればよい。
【００５４】
またフィルタ再生処理部５２は、ＤＰＦ３９の再生処理を実施中に、第１〜第４の気筒＃１〜＃４を所定順で休筒させるようにしてもよい。その際、第１〜第４の気筒＃１〜＃４を休筒させる順序は、特に限定されないが、直前（一つ前）に燃焼させた気筒を順次休筒させることが好ましい。例えば、第１〜第４の気筒＃１〜＃４のそれぞれでの１サイクルを１セットとすると、次のセットでは、その前のセットの最後に燃焼させた気筒を順次休筒させることが好ましい。
【００５５】
詳しくは、本実施形態に係るエンジン１０は、４ストロークのエンジンであり、第１〜第４の気筒＃１〜＃４における燃焼サイクルの各行程（吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程）は、通常時、図３に示すタイミングで実施される。すなわち第１の気筒＃１で燃焼行程が実行されると、その後は、第２の気筒＃２、第４の気筒＃４、第３の気筒＃３の順で燃焼行程が実行される。
【００５６】
このため、例えば、図４に示すように、再生処理中の最初のセット（第１セット）で、第１の気筒＃１、第２の気筒＃２及び第４の気筒＃４を燃焼させて、第３の気筒＃３を休筒させる場合、次のセット（第２セット）では、第１の気筒＃１、第２の気筒＃２及び第３の気筒＃３を燃焼させて、第４の気筒＃４を休筒させる。次いで第３セットでは、第１の気筒＃１、第４の気筒＃４及び第３の気筒＃３を燃焼させて、第２の気筒＃２を休筒させる。さらに第４セットでは、第１の気筒＃１を休筒させ、第２の気筒＃２、第４の気筒＃４及び第３の気筒＃３を燃焼させる。
【００５７】
つまり、この例では、第１セットで第３の気筒＃３の燃焼室１７内の空気がＤＰＦ３９に導入され、第２セットで第４の気筒＃４の燃焼室１７内の空気がＤＰＦ３９に導入される。また第３セットで第２の気筒＃２の空気がＤＰＦ３９に導入され、第４セットで第１の気筒＃１の空気がＤＰＦ３９に導入される。なお、その後は、第１セットから第４セットが繰り返されることになる。
【００５８】
また例えば、図５に示すように、最初のセット（第１セット）で第１の気筒＃１、第３の気筒＃３及び第４の気筒＃３を燃焼させて、第２の気筒＃２を休筒させる場合、次のセット（第２セット）では、第２の気筒＃２、第３の気筒＃３及び第４の気筒＃４を燃焼させて、第１の気筒＃１を休筒させる。次いで第３セットでは、第１の気筒＃１、第２の気筒＃２及び第４の気筒＃４を燃焼させて、第３の気筒＃３を休筒させる。さらに第４セットでは、第４の気筒＃４を休筒させ、第１の気筒＃１、第２の気筒＃２及び第３の気筒＃３を燃焼させる。
【００５９】
つまり、この例では、第１セットで第２の気筒＃２の燃焼室１７内の空気がＤＰＦ３９に導入され、第２セットで第１の気筒＃１の燃焼室１７内の空気がＤＰＦ３９に導入される。また第３セットで第３の気筒＃３の空気がＤＰＦ３９に導入され、第４セットで第４の気筒＃４の空気がＤＰＦ３９に導入される。その後は、第１セットから第４セットが繰り返される。
【００６０】
このように、第１〜第４の気筒＃１〜＃４を順次休筒させ、休筒させた各気筒の燃焼室１７内の空気をＤＰＦ３９に導入することで、ＤＰＦ３９に十分な空気を適切に導入することができ、且つ走行中の車両の振動も効果的に抑制することができる。なお、再生処理を開始した際、最初に休筒させる気筒は、エンジン１０の作動状態等に応じて適宜決定されればよい。
【００６１】
ところで、バイパス配管２９に設けられているバイパス弁４４は、燃焼室１７内の空気をバイパス配管２９に排出できるタイミングで開弁する必要がある。フィルタ再生処理部５２がバイパス弁４４を開弁するタイミングは適宜決定されればよいが、フィルタ再生処理部５２は、休筒させている気筒のピストン１４が上昇しているタイミングでバイパス弁４４を開弁させることが好ましい。すなわちバイパス弁４４は、ピストン１４が下死点から上死点に向かって移動している間に開弁させることが好ましい。さらにフィルタ再生処理部５２は、休筒させている気筒のピストン１４が上死点に達するとバイパス弁４４を閉弁させることが好ましい。これにより、バイパス配管２９から燃焼室１７に空気を逆流させることなく、燃焼室１７内の空気を、バイパス配管２９を介して排気管２６の接続部２６ａに供給することができる。
【００６２】
さらにフィルタ再生処理部５２は、休筒させている気筒の吸気弁２３及び排気弁２７が閉弁されているタイミング、例えば、圧縮行程でバイパス弁４４を開弁させることが好ましい。これにより、燃焼室１７内の空気をバイパス配管２９に効率的に排出させることができる。したがって、バイパス配管２９を介してＤＰＦ３９に十分な量の空気を導入することができる。また圧縮行程で燃焼室１７内の空気をバイパス配管２９を介して排気管２６の接続部２６ａに供給した場合、排気行程において排気ポート２４から排出される空気の量が少なく抑えられる。つまり休筒している気筒からＮＯｘ吸蔵触媒３８に供給される空気の量が抑制される。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒３８の温度を適切に制御できＳパージを良好に実施することができる。
【００６３】
また圧縮行程でバイパス配管２９を介して燃焼室１７内の空気を排気管２６の接続部２６ａに供給する場合、図６に示すように、排気浄化装置１００は、電動モータ等で構成され吸気弁２３を開閉させる駆動装置４６を備えていることが好ましい。すなわち吸気弁２３がピストン１４の往復運動に連動して回転するカムにより開閉されるだけでなく、閉弁されている吸気弁２３を駆動装置４６によっても開弁可能に構成されていることが好ましい。そして、圧縮行程でバイパス配管２９を介して燃焼室１７内の空気を排気管２６の接続部２６ａに供給する場合、その後、ピストン１４が上死点から下死点に向かって移動する際に（燃焼行程に相当するタイミングで）、駆動装置４６によって吸気弁２３を開弁することが好ましい。これにより、ピストン１４が上死点から下死点に向かって移動する際、燃焼室１７内が負圧となりピストン１４の移動が阻害されるのを抑制することができる。
【００６４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００６５】
例えば、上述の実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒とＤＰＦとが、それぞれ別の筐体に収容された構成を例示したが、これらＮＯｘ吸蔵触媒とＤＰＦとは、一つの筐体内に収容されていてもよい。
【００６６】
また例えば、上述の実施形態では、各気筒に吸気弁及び排気弁を一つずつ備える、いわゆる２バルブ式のエンジンを例示して本発明を説明したが、本発明は、いわゆる４バルブ式のエンジンにも適用することができる。
【００６７】
また例えば、上述の実施形態では、ディーゼルエンジンに搭載される排気浄化装置を一例として本願発明を説明したが、本発明は、勿論、ガソリンエンジンに搭載される排気浄化装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１０  エンジン
１１  エンジン本体
１２  シリンダヘッド
１３  シリンダブロック
１４  ピストン
１５  コンロッド
１６  クランクシャフト
１７  燃焼室
１８  吸気ポート
１９  吸気マニホールド
２０  吸気管
２１  吸気圧センサ（ＭＡＰセンサ）
２２  吸気温センサ
２３  吸気弁
２４  排気ポート
２５  排気マニホールド
２６  排気管（排気通路）
２６ａ  接続部
２７  排気弁
２８  バイパスポート
２９  バイパス配管（バイパス通路）
２９ａ〜２９ｄ  分岐管
３０  インジェクタ
３１  コモンレール
３２  ターボチャージャ
３２ａ  タービン
３２ｂ  コンプレッサ
３２ｃ  タービン軸
３３  エアクリーナ
３４  インタークーラ
３５  スロットルバルブ
３６  スロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）
３８  ＮＯｘ吸蔵触媒
３９  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
４０，４１  空燃比センサ
４２，４３  温度センサ
４４  バイパス弁
４５，４６  駆動装置
５０  ＥＣＵ
５１  触媒再生処理部
５２  フィルタ再生処理部
５３  排気浄化部
１００  排気浄化装置
【図１】
2018031300.tif 000003
【図２】
2018031300.tif 000004
【図３】
2018031300.tif 000005
【図４】
2018031300.tif 000006
【図５】
2018031300.tif 000007
【図６】
2018031300.tif 000008