(57)【要約】【課題】パティキュレートフィルタの強制再生に要する時間を短縮して燃費を改善することが可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】パティキュレートフィルタ（３０）の強制再生を行う際、ＥＣＵ（４２）は排気管（１８）に介装された排気絞り弁（２４）を所定開度まで閉弁すると共に、空気供給管（３８）に介装された空気制御弁（４０）を制御して、排気絞り弁（２４）とパティキュレートフィルタ（３０）との間の排気管（１８）と、ターボチャージャ（８）のコンプレッサ（８ａ）より下流側の吸気管（６）との連通を許容する。これにより、コンプレッサ（８ａ）によって過給された吸気が排気中に供給され、吸気中に含まれる酸素がパティキュレートフィルタ（３０）に堆積しているパティキュレートの燃焼に使用される。【選択図】図１
2011111995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
上記パティキュレートフィルタより上流側の上記排気通路に設けられ、閉弁時に上記排気流路の排気流動断面積を減少させる排気絞り弁と、
上記エンジンの吸気通路に介装され、上記吸気通路を介して上記エンジンに供給される吸気を過給する過給機と、
上記排気絞り弁と上記パティキュレートフィルタとの間の上記排気通路と、上記過給機より下流側の上記吸気通路とを連通する空気供給路と、
上記空気供給路に介装され、開弁状態にあるときに上記空気供給路による上記連通を許容する一方、閉弁状態にあるときに上記空気供給路による上記連通を遮断する空気制御弁と、
上記パティキュレートフィルタの強制再生を行うときには、上記排気絞り弁を所定開度まで閉弁すると共に上記空気制御弁を制御して上記空気供給路による上記連通を許容する一方、上記強制再生を行わないときには、上記排気絞り弁の上記所定開度への閉弁を解除すると共に、上記空気制御弁を上記閉弁状態とする制御手段と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記強制再生を行っているときに上記パティキュレートフィルタに流入する排気の温度が所定の下限温度より低下したときには、上記空気制御弁を上記閉弁状態とすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記排気絞り弁は車両の排気ブレーキとして用いられ、上記強制再生が行われていないときには上記車両の運転状態に応じて開閉制御されることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記過給機より下流側の上記吸気通路には、上記過給機によって過給された吸気を冷却するインタークーラが介装されており、
上記吸気供給路は、上記排気絞り弁と上記パティキュレートフィルタとの間の上記排気通路と、上記インタークーラより上流側の上記吸気通路とを連通することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気浄化装置に関し、特にエンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に有した排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタを設け、エンジンから排出された排気中に含まれるパティキュレートをパティキュレートフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなパティキュレートフィルタでは、例えばその上流側に酸化触媒を配置し、この酸化触媒により排気中のＮＯ（一酸化窒素）が酸化されて生成されたＮＯ２（二酸化窒素）を酸化剤として、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを連続的に酸化除去する連続再生が行われるようになっている。
【０００３】
しかしながら、エンジンの排気温度が低い運転状態が継続して酸化触媒によるＮＯ２の生成が十分に行われないなどの理由により、連続再生が良好に行われない場合があり、このような状態が継続すると、捕集したパティキュレートが堆積することによって次第に排気抵抗が増大する。このため、適宜堆積したパティキュレートを何らかの方法で強制的に焼却してパティキュレートフィルタを再生する、いわゆる強制再生を行う必要がある。
【０００４】
例えば、エンジンが車両の動力源として用いられている場合、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートが所定量に達すると、強制再生を行う必要がある旨の表示が車室内でなされる。このような表示に基づき、運転者はパティキュレートフィルタを強制再生するために車両を適切な場所に駐車させ、強制再生処理を実行するために設けられた強制再生用のスイッチを操作して、強制再生処理を開始させる。
【０００５】
こうして強制再生処理が開始されると、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを焼却除去するため、まずパティキュレートフィルタの温度を上昇させる。そのために例えば、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射する、いわゆるポスト噴射を行う。このようなポスト噴射を行うことにより、排気通路に供給したＨＣをパティキュレートフィルタ上流の酸化触媒で酸化させ、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させる。こうして温度の上昇した排気がパティキュレートフィルタに供給されることにより、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートが排気中の酸素と反応して燃焼する。このような燃焼により、堆積しているパティキュレートがパティキュレートフィルタから除去され、パティキュレートフィルタの強制再生が完了する。
【０００６】
このようなパティキュレートフィルタの強制再生については、様々な方法が提案されており、例えば上述したような強制再生処理は特許文献１に開示されている。
また、特許文献２には、パティキュレートフィルタを再生する際に、排気温度の上昇のために供給される燃料を排気中で適切に霧化することを目的とし、排気中に燃料を供給するための燃料噴射弁に、過給機で過給された吸気の一部を供給し、高圧の空気で燃料の霧化を促進するようにした排気浄化装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２４２０７２号公報
【特許文献２】特開２００７−３３２９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パティキュレートフィルタの強制再生において、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを燃焼させる際には、上述のように酸素が必要となるが、エンジンでの燃料の燃焼によって酸素が消費された後に排出される排気は、大気に比べて酸素含有量が大幅に減少している。このため、排気中の酸素だけではパティキュレートの燃焼に時間を要し、強制再生処理に要する時間が長期化することにより、それだけ燃料の消費量も増大して燃費が悪化することになる。
【０００９】
特許文献２の排気浄化装置では、排気中に燃料を噴射する燃料噴射弁に、過給機で過給された吸気の一部を供給するようにしているが、ここで用いられる吸気は、燃料噴射弁から噴射される燃料の霧化促進を目的として供給されるものである。このため、排気中に直接的に供給されるものではない上に、その量は限られており、パティキュレートフィルタを強制再生する際に、パティキュレートの燃焼を顕著に促進するだけの量の酸素を確保することはできない。従って、依然として強制再生に要する時間の長期化に伴う燃費悪化の問題は解消されていない。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートフィルタの強制再生に要する時間を短縮して燃費を改善することが可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に介装され、上記エンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、上記パティキュレートフィルタより上流側の上記排気通路に設けられ、閉弁時に上記排気流路の排気流動断面積を減少させる排気絞り弁と、上記エンジンの吸気通路に介装され、上記吸気通路を介して上記エンジンに供給される吸気を過給する過給機と、上記排気絞り弁と上記パティキュレートフィルタとの間の上記排気通路と、上記過給機より下流側の上記吸気通路とを連通する空気供給路と、上記空気供給路に介装され、開弁状態にあるときに上記空気供給路による上記連通を許容する一方、閉弁状態にあるときに上記空気供給路による上記連通を遮断する空気制御弁と、上記パティキュレートフィルタの強制再生を行うときには、上記排気絞り弁を所定開度まで閉弁すると共に上記空気制御弁を制御して上記空気供給路による上記連通を許容する一方、上記強制再生を行わないときには、上記排気絞り弁の上記所定開度への閉弁を解除すると共に、上記空気制御弁を上記閉弁状態とする制御手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行う際、制御手段は排気通路に介装された排気絞り弁を所定開度まで閉弁すると共に、空気供給路に介装された空気制御弁を制御して、排気絞り弁とパティキュレートフィルタとの間の排気通路と、過給機より下流側の吸気通路との連通を許容する。このようにして排気絞り弁が所定開度まで閉弁されることにより、排気通路の排気流動断面積の減少によって、エンジンから排出される排気の温度が上昇すると共に、排気絞り弁より下流側の排気圧力が低下する。
【００１３】
これに併せ、空気制御弁の制御により、排気絞り弁とパティキュレートフィルタとの間の排気通路と、過給機より下流側の吸気通路とが連通するので、過給機によって過給されて圧力が上昇した吸気の一部が、空気供給路を介してパティキュレートフィルタより上流側の排気通路に直接的に供給される。この結果、空気供給路を介して供給された吸気中の酸素によって、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼が顕著に促進される。
【００１４】
また、パティキュレートフィルタの強制再生が完了すると、排気絞り弁の上記所定開度への閉弁が解除されると共に、空気制御弁が閉弁状態となる。これにより、排気絞り弁を別の目的で使用することが可能となると共に、空気供給路を介した吸気の供給が停止されて、過給機で過給された吸気が排気側で消費されないようになる。
【００１５】
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記強制再生を行っているときに上記パティキュレートフィルタに流入する排気の温度が所定の下限温度より低下したときには、上記空気制御弁を上記閉弁状態とすることを特徴とする（請求項２）。
このように構成された排気浄化装置の場合、空気供給路を介した吸気の供給によって排気温度が低下するようなことがあっても、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度が所定の下限温度以下に低下すると、空気制御弁を閉弁状態とすることによって、空気供給路を介した排気中への吸気の供給が停止される。従って、排気温度の更なる低下を防止することができる。
【００１６】
また、上記排気浄化装置において、上記排気絞り弁は車両の排気ブレーキとして用いられ、上記強制再生が行われていないときには上記車両の運転状態に応じて開閉制御されることを特徴とする（請求項３）。
上述したように、パティキュレートフィルタの強制再生が完了すると、排気絞り弁の上記所定開度への閉弁が解除されるので、このように排気絞り弁を車両の排気ブレーキとして用いるようにした場合には、強制再生が行われていないときには車両の運転状態に応じて排気絞り弁を開閉制御することができる。
【００１７】
また、上記排気浄化装置において、上記過給機より下流側の上記吸気通路には、上記過給機によって過給された吸気を冷却するインタークーラが介装されており、上記吸気供給路は、上記排気絞り弁と上記パティキュレートフィルタとの間の上記排気通路と、上記インタークーラより上流側の上記吸気通路とを連通することを特徴とする（請求項４）。
このように、過給機より下流側の吸気通路に、過給機によって過給された吸気を冷却するインタークーラが介装されている場合、インタークーラより上流側の吸気通路から、過給機によって過給された吸気が排気通路に供給されるので、インタークーラによって温度が低下する前の、比較的温度の高い吸気を排気通路に供給することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタを強制再生する際には、過給機によって過給されて圧力が上昇した吸気の一部が、空気供給路を介してパティキュレートフィルタより上流側の排気通路に直接的に供給されるので、空気供給路を介して供給された吸気中の酸素によって、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートの燃焼が顕著に促進される。この結果、パティキュレートフィルタを強制再生するのに要する時間を短縮することができ、エンジンの燃費を改善することが可能となる。
【００１９】
また、パティキュレートフィルタの強制再生が完了すると、排気絞り弁の上記所定開度への閉弁が解除されると共に、空気制御弁が閉弁状態となる。従って、排気絞り弁を別の目的で使用することが可能となる。また、空気供給路を介した吸気の供給が停止されるので、過給機で過給された吸気が排気側で浪費されるのを防止することができる。
【００２０】
また、請求項２の排気浄化装置によれば、吸気の供給によって排気温度が低下するようなことがあっても、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度が所定の下限温度より低下すると、空気供給路を介した排気中への吸気の供給が停止されるので、排気温度の更なる低下を防止することができる。この結果、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを引き続き燃焼させ、排気温度の低下に伴う強制再生の中断を防止することが可能となる。
【００２１】
また、請求項３の排気浄化装置のように、排気絞り弁を車両の排気ブレーキとして用いるようにした場合には、パティキュレートフィルタの強制再生が完了すると、排気絞り弁の上記所定開度への閉弁が解除されるので、車両の運転状態に応じて排気絞り弁を開閉制御することができる。従って、強制再生を良好に行うために、排気ブレーキとは別に排気絞り弁を設ける必要がなく、コスト面及び構造面で有利である。
【００２２】
また、請求項４の排気浄化装置のように、過給機より下流側の吸気通路に、過給機によって過給された吸気を冷却するインタークーラが介装されている場合、インタークーラによって温度が低下する前の比較的温度の高い吸気を排気通路に供給することができるので、吸気の供給に伴う排気温度の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの全体構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいて、ＥＣＵが実行する強制再生制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１を中心としたエンジンシステムの全体構成図である。
走行用の動力源として車両に搭載されたエンジン１は、各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料が、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給され、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００２５】
吸気管（吸気通路）６にはターボチャージャ（過給機）８が介装されており、図示しないエアクリーナを介して大気から吸入された吸気は、吸気管６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入する。コンプレッサ８ａで過給された吸気は、吸気を冷却するインタークーラ１０、及びエンジン１への吸気供給量を調整する吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。
【００２６】
一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１６を介して排気管（排気通路）１８に接続されている。なお、排気マニホールド１６と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２０を介して排気マニホールド１６と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２２が設けられており、ＥＧＲ弁２０の開度を変更することにより排気マニホールド１６から吸気マニホールド１４への排気還流量を調整可能となっている。
【００２７】
排気管１８は、ターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気ブレーキとして作動する排気絞り弁２４を介して排気後処理装置２６に接続されている。なお、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管１８内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置２６には、酸化触媒２８が収容されると共に、この酸化触媒２８の下流側に、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３０が収容されている。
【００２８】
この酸化触媒２８は、流入する排気中に含まれるＮＯを酸化させてＮＯ２を生成し、このＮＯ２を酸化剤としてフィルタ３０に供給する機能を有している。また、フィルタ３０はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。
酸化触媒２８で排気中のＮＯから生成されたＮＯ２はフィルタ３０に流入し、フィルタ３０に捕集されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、フィルタ３０に堆積しているパティキュレートを酸化して除去し、フィルタ３０を連続再生すると共にＮ２となって大気中に排出される。
【００２９】
フィルタ３０の上流側には、フィルタ３０に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ３２、及びフィルタ３０の上流側における排気の圧力を検出する上流側排気圧センサ３４が設けられている。また、フィルタ３０の下流側には、フィルタ３０の下流側における排気の圧力を検出する下流側排気圧センサ３６が設けられている。
【００３０】
ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａとインタークーラ１０との間の吸気管６には、空気供給管（空気供給通路）３８の一端が接続され、排気絞り弁２４と排気後処理装置２６との間の排気管１８には、空気供給管３８の他端が接続されている。空気供給管３８には、開弁状態と閉弁状態とに選択的に切り換え可能な電磁式の空気制御弁４０が介装されている。そして、この空気制御弁４０が開弁状態にある場合、空気供給管３８による吸気管６と排気管１８との連通が許容され、空気制御弁４０が閉弁状態にある場合、空気供給管３８による吸気管６と排気管１８との連通が遮断されるようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ（制御手段）４２は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ４２の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した排気温度センサ３２、上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６のほか、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ４４、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ４６などの各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ４２の出力側には、演算した制御量に基づいて制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２０、排気絞り弁２４及び空気制御弁４０などの各種デバイス類が接続されている。
【００３２】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ４２によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ４４によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ４６によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。
【００３３】
更に、ＥＣＵ４２は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３０を強制再生して機能回復させるための制御も行う。
フィルタ３０に堆積したパティキュレートは、前述したように酸化触媒２８により生成されてフィルタ３０に流入するＮＯ２を酸化剤とした連続再生によって酸化除去される。しかしながら、アイドル運転などのように排気温度が低い運転状態が長時間続いた場合などでは、このような連続再生だけでは堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ３０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ３０が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ３０に堆積しているパティキュレートを強制的に燃焼させて除去する強制再生が必要となる。
【００３４】
このようなフィルタ３０の強制再生を行うため、ＥＣＵ４２はフィルタ３０におけるパティキュレートの堆積量を推定し、推定した堆積量が予め設定された上限堆積量に達すると、車室内に設けられた強制再生表示灯４８により、フィルタ３０の強制再生が必要である旨を表示する。なお、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積量は、上流側排気圧センサ３４及び下流側排気圧センサ３６の検出値から求めたフィルタ３０前後の排気の差圧と、エンジン１の吸気流量から算出したフィルタ３０への排気流量とに基づき推定される。
【００３５】
強制再生表示灯４８により、フィルタ３０の強制再生が必要である旨が表示されると、車両の運転者はこれを認識するので、車両を適切な場所に駐車した上で、車室内に設けられた強制再生スイッチ５０を操作して強制再生処理の開始をＥＣＵ４２に指示する。ＥＣＵ４２は、このような運転者による強制再生スイッチ５０の操作の操作に応答し、フィルタ３０の強制再生処理を実行する。
【００３６】
以下では、ＥＣＵ４２が行う強制再生処理の詳細について、図２に基づき説明する。図２は、ＥＣＵ４２がエンジン１の運転中に所定の制御周期で繰り返し実行する強制再生制御のフローチャートである。
エンジン１の始動に伴ってＥＣＵ４２が強制再生制御を開始すると、まずステップＳ１においてＥＣＵ４２は、予め設定されている強制再生処理の実行条件が成立したか否かを判定する。
【００３７】
本実施形態で実行される強制再生処理では、後述するように排気の昇温や排気絞り弁２４の閉動などが行われる。このため、車両の走行に影響しないよう、車両が停車しているときに強制再生処理を行うようにしている。そこで、強制再生スイッチ５０の操作による強制再生処理の実行指示に加え、車両のパーキングブレーキ（図示せず）が作動中であると共に、車両に搭載されている自動変速機（図示せず）の変速レンジがパーキングレンジであることを、強制再生処理の実行条件としている。
【００３８】
なお、後述するように、実行条件が成立して強制再生処理が実行された後、フィルタ３０の強制再生が完了すると、自動変速機の変速レンジがパーキングレンジであると共にパーキングブレーキが作動していても、運転者が強制再生スイッチ５０を再び操作して強制再生の実行指示を行わない限り、ＥＣＵ４２は実行条件が成立したとは判定しないようにして、不必要に強制再生処理が行われないようにしている。
強制再生処理の実行条件が成立しない場合、ＥＣＵ４２はその制御周期における処理を終了し、次の制御周期で再び実行条件が成立したか否かを判定する。従って、実行条件が成立しない限り、強制再生処理は開始されない。
【００３９】
上述したように、強制再生表示灯４８の表示に対応し、フィルタ３０の強制再生が必要であることを運転者が認識すると、運転者は車両を適切な場所に駐車した上で、強制再生スイッチ５０を操作して強制再生処理の開始を指示する。このとき、車両の駐車に伴って自動変速機の変速レンジをパーキングレンジとすると共にパーキングブレーキを作動させるので、上記の実行条件が成立する。以下では、このようにして実行条件が成立しているものとして説明を行う。
【００４０】
ステップＳ１において実行条件が成立していると判定すると、ＥＣＵ４２は処理をステップＳ２に進める。ステップＳ２においてＥＣＵ４２は、排気絞り弁２４を予め設定されている所定開度まで閉動する。この所定開度は、排気管１８における排気の流動を完全に遮断するものではなく、排気管１８における排気流動断面積を減少させるものであって、エンジン１から排出される排気は、排気絞り弁２４で流量が絞られながら排気後処理装置２６に向けて流動を継続する。このような排気絞り弁２４の閉動により、エンジン１から排出される排気の温度が上昇していく。
【００４１】
次のステップＳ３でＥＣＵ４２は、排気温度センサ３２によって検出されたフィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが２５０℃以上であるか否かを判定することにより、酸化触媒２８が活性化しているか否かを判断する。ステップＳ２における排気絞り弁の閉動によって排気の温度は上昇するが、フィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが２５０℃未満である場合、ＥＣＵ４２は酸化触媒２８が活性化していないものと判断してステップＳ５に処理を進める。
【００４２】
ステップＳ４においてＥＣＵ４２は、空気供給管３８に介装されている空気制御弁４０を閉弁状態とするが、空気制御弁４０はフィルタ３０の強制再生が行われない場合に閉弁状態に制御されているので、今回のステップＳ４の処理により、空気制御弁４０は閉弁状態に保持される。
ＥＣＵ４２は更に処理をステップＳ５に進め、酸化触媒２８の昇温処理を行った後、その制御周期を終了する。
【００４３】
この昇温処理は、酸化触媒２８に高温の排気を供給することにより、酸化触媒２８の温度を活性化温度（例えば２５０℃）まで昇温するものであり、吸気制御弁１２を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程においてインジェクタ４から第１の追加燃料噴射を行う。このとき、第１の追加燃料の噴射タイミングは膨張行程終期よりも比較的早期に設定されており、このようなタイミングで第１の追加燃料を気筒内に噴射することにより、第１の追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合し、排気ポートや排気マニホールド１６内で第１の追加燃料が燃焼する。そして、第１の追加燃料の燃焼により高温となった排気が酸化触媒２８に供給されることによって、酸化触媒２８の温度が上昇する。
【００４４】
次の制御周期でも、ＥＣＵ４２は再びステップＳ１から処理を開始し、実行条件が成立しているので、ステップＳ１からステップＳ２に処理を進める。
ＥＣＵ４２はステップＳ２で引き続き排気絞り弁２４を上述のように所定開度に維持した後、ステップＳ３において、上述したようにフィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが２５０℃以上であるか否かを判定する。
【００４５】
ステップＳ３において、フィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが２５０℃未満であって酸化触媒２８が依然として活性化していないと判断した場合、ＥＣＵ４２はステップＳ４において空気制御弁４０を閉弁状態に保持した後、再びステップＳ５において、上述したように吸気制御弁１２の制御と第１の追加燃料の噴射による触媒昇温制御を行う。従って、フィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが２５０℃未満で、酸化触媒２８が活性化していないと判断している間は、ＥＣＵ４２が制御周期ごとにステップＳ５における酸化触媒２８の昇温処理を繰り返し行う。
【００４６】
このようにしてステップＳ５における昇温処理が繰り返され、フィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが２５０℃以上になって酸化触媒２８が活性化したと判断すると、ＥＣＵ４２はステップＳ３からステップＳ６に処理を進める。
ステップＳ６でＥＣＵ４２は、排気温度センサ３２によって検出されたフィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが所定温度以上であるか否かを判定する。この所定温度は、フィルタ３０でパティキュレートが効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では６００℃を所定温度としている。ＥＣＵ４２は、ステップＳ６で排気温度Ｔｆが６００℃未満であると判定するとステップＳ７に処理を進める一方、排気温度Ｔｆが６００℃以上であると判定するとステップＳ８に処理を進める。
【００４７】
ステップＳ７及びＳ８における処理は、フィルタ３０に流入する排気の温度を、上述の所定温度である６００℃に維持するように、インジェクタ４から第２の追加燃料をそれぞれの気筒に噴射するものであって、この第２の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで各気筒に第２の追加燃料を噴射することにより、噴射された第２の追加燃料は気筒内や排気マニホールド１６内で燃焼することなく酸化触媒２８に達し、活性化温度にある酸化触媒２８において第２の追加燃料のＨＣが酸化される。このようなＨＣの酸化により酸化触媒２８から流出する排気の温度が６００℃まで上昇し、このような高温の排気がフィルタ３０に流入することにより、フィルタ３０に堆積したパティキュレートが燃焼する。
【００４８】
第２の追加燃料の噴射量は、回転数センサ４４によって検出されたエンジン１の回転数とＥＣＵ４２で決定される主噴射量（負荷）とをパラメータとするマップに予め記憶されており、このマップは第２の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、第２の追加燃料噴射量が比較的少なめに設定された減量マップの２種類が用意されている。そして、ステップＳ７ではフィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが６００℃未満であるため、ＥＣＵ４２は増量マップを用いることにより比較的多めの第２の追加燃料を各気筒に噴射する。一方、ステップＳ８ではフィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが６００℃以上であるため、ＥＣＵ４２は減量マップを用いることにより比較的少なめの第２の追加燃料を各気筒に噴射する。これによって酸化触媒２８から排出されてフィルタ３０に流入する排気の温度が６００℃前後に維持され、フィルタ３０に堆積しているパティキュレートが効率よく燃焼するようにしている。
【００４９】
このようにしてステップＳ７またはＳ８で第２の追加燃料を噴射すると、ＥＣＵ４２はステップＳ９に処理を進め、空気供給管３８に介装された空気制御弁４０を開弁状態に制御する。空気制御弁４０が開弁状態となることにより、空気供給管３８による吸気管６と排気管１８との連通が許容される。このとき、空気供給管３８の一端が接続されている吸気管６の位置は、ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａ下流側であり、コンプレッサ８ａで過給されて圧力が上昇した吸気が流動している。一方、空気供給管３８の他端が接続されている排気管１８の位置は、排気絞り弁２４の下流側であり、排気絞り弁２４の上流側よりも圧力が低下した排気が流動している。従って、コンプレッサ８ａで過給された吸気が空気供給管３８を介して、排気絞り弁２４の下流側の排気管１８内に直接的に効率良く供給される。
【００５０】
こうして排気管１８内に供給された吸気は、排気と共に排気後処理装置２６内に流入してフィルタ３０に達する。フィルタ３０では、上述したように流入する排気の温度が６００℃前後に維持されることにより、フィルタ３０に堆積したパティキュレートが燃焼しており、このとき流入した吸気中の酸素が排気中の酸素と共にパティキュレートの燃焼に使用される。従って、フィルタ３０におけるパティキュレートの燃焼が顕著に促進されることになる。
【００５１】
なお、上述のような排気中への吸気の供給により、フィルタ３０に流入する排気の温度が低下する可能性があるが、予め実験などを行うことにより、吸気の供給に伴う排気温度の低下が所定の範囲内となるように、開弁状態にあるときの空気制御弁４０を通過する吸気の量が定められている。また、空気供給管３８は、インタークーラ１０より上流側の吸気管６に接続されているので、ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａで過給されて温度の上昇した吸気が、インタークーラ１０で冷却される前に、空気供給管３８を介して排気管１８内に供給されるようになっている。従って、吸気の供給に伴う排気温度の低下を抑制することができる。
【００５２】
更に、上述のようにステップＳ７及びＳ８の処理によって、フィルタ３０に流入する排気の温度が６００℃前後に維持されるようにしているので、排気中に吸気が供給されることによって排気温度が低下し始めても、ステップＳ７の処理による第２の追加燃料噴射量の増量により、排気の温度は引き続き６００℃前後に維持される。
但し、上述のように、吸気の供給に伴う排気温度の低下が所定の範囲内となるように空気制御弁４０を通過する吸気量を定めると共に、インテークーラ１０で冷却される前の吸気を供給するようにしているので、ステップＳ７の処理で消費される第２の追加燃料の量を抑制することができるようになっている。
【００５３】
次に、ＥＣＵ４２は処理をステップＳ９からステップＳ１０に進めると、フィルタ３０の強制再生が完了したか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ４２は、前述したようにしてフィルタ３０前後の排気の差圧とフィルタ３０への排気流量とに基づきフィルタ３０におけるパティキュレートの堆積量を推定する。そして、推定した堆積量が、予め設定された下限堆積量まで減少すると、フィルタ３０の強制再生が完了したと判定する。
【００５４】
推定した堆積量が下限堆積量まで減少していない場合、ＥＣＵ４２はステップＳ１０の判定によりその制御周期を終え、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始する。そして、次の制御周期においても、上述したようにＥＣＵ４２はステップＳ１からステップＳ２及びＳ３を経てステップＳ６へと処理を進めた後、ステップＳ６の判定結果に基づいてステップＳ７またはステップＳ８でフィルタ３０の昇温処理を行う。
【００５５】
そして、ステップＳ９で空気制御弁４０を引き続き開弁状態に維持して、上述したような排気中への吸気の供給を継続した後、再びステップＳ１０においてフィルタ３０の強制再生が完了したか否かを判定する。従って、推定したフィルタ３０のパティキュレートの堆積量が下限堆積量に減少するするまでの間は、ステップＳ７又はステップＳ８におけるフィルタ３０の昇温処理及びステップＳ９における排気中への吸気の供給によってフィルタ３０が強制再生される。
【００５６】
こうしてフィルタ３０の強制再生が進み、推定したフィルタ３０のパティキュレートの堆積量が下限堆積量まで減少したとステップＳ１０で判定すると、ＥＣＵ４２はフィルタ３０の強制再生が完了した旨を強制再生表示灯４８で表示すると共に、処理をステップＳ１１に進める。
ステップＳ１１においてＥＣＵ４２は、空気制御弁４０を閉弁状態に制御し、空気供給管３８による吸気管６と排気管１８との連通を遮断する。これにより、ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａによって過給された吸気の排気中への供給が停止するので、フィルタ３０の強制再生完了後に、過給された吸気が排気側で浪費されるのを防止することができる。
【００５７】
更に、ＥＣＵ４２は処理をステップＳ１２に進め、排気絞り弁２４の所定開度への閉弁を解除して一旦全開の位置に待機させる。従って、フィルタ３０の強制再生完了後は、排気絞り弁２４を排気ブレーキとして使用することができるようになる。
また、上述したように、ステップＳ１０においてフィルタ３０の強制再生が完了したと判定したときに、ＥＣＵ４２はフィルタ３０の強制再生が完了した旨を強制再生表示灯４８で表示するので、運転者はこれを認識して、必要に応じて車両を走行させることができるようになる。
【００５８】
こうしてステップＳ１２の処理を終えると、ＥＣＵ４２はその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始する。車両が走行を開始した場合には実行条件が成立しなくなるので、ＥＣＵ４２は再び実行条件が成立するまで、ＥＣＵ４２はステップＳ１の判定を繰り返し、上述したフィルタ３０の強制再生処理は行われない。
また、車両が引き続き駐車状態にあっても、前述したように、運転者が強制再生スイッチ５０を再び操作して強制再生の実行指示を行わない限り、ＥＣＵ４２は実行条件が成立したとは判定しないようにしているので、不必要にフィルタ３０の強制再生処理が行われることはない。
【００５９】
以上のようにして強制再生制御が行われることにより、フィルタ３０を強制再生する際には、ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａによって過給されて圧力が上昇した吸気の一部が、空気供給路３８を介してフィルタ３０より上流側の排気管１８内に直接的に供給されるので、供給された吸気中の酸素によって、フィルタ３０に堆積しているパティキュレートの燃焼を顕著に促進することができる。この結果、フィルタ３０の強制再生に要する時間を短縮することができ、エンジン１の燃費を改善することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態では、排気ブレーキとして排気管１８に介装された排気絞り弁２４を強制再生処理の際の排気の昇温、及び排気中への吸気の効率的な供給のために使用しているので、フィルタ３０の強制再生を良好に行うために、新たな排気絞り弁を設ける必要がなく、コスト面及び構造面で有利である。
【００６１】
更に、フィルタ３０の強制再生を行っているときに、万一排気中への吸気の供給によって排気の温度が低下し、排気温度センサ３２によって検出されたフィルタ３０に流入する排気の温度Ｔｆが２５０℃を下回るようなことがあっても、強制再生制御のステップＳ３の判定により、ＥＣＵ４２が処理をステップＳ４に進めて空気制御弁４０を閉弁位置に制御することにより、排気中への吸気の供給が遮断されるようになっている。この結果、更に温度が低下することにより酸化触媒２８が不活性となってフィルタ３０の強制再生が中断するような事態が防止される。従って、本実施形態の場合には、ステップＳ３の判定に用いている２５０℃が本発明における下限温度に相当することになる。
【００６２】
なお、ステップＳ３の判定とは別に、フィルタ３０に流入する排気の温度が所定の下限温度より低下したか否かを判定するようにして、所定の下限温度より低下したときに空気制御弁４０を閉弁状態に制御するようにしてもよい。この場合、下限温度を２５０℃より高温として排気温度の大幅な低下を防止するようにしてもよい。
【００６３】
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、空気制御弁４０を開弁状態と閉弁状態とに選択的に切り換えて制御するようにしたが、全閉状態と全開状態との間で開度を連続的に可変とし、フィルタ３０に流入する排気の温度に応じて、空気制御弁４０の開度を制御するようにしてもよい。この場合、フィルタ３０に流入する排気の温度が比較的高ければ、空気制御弁４０の開度を大きくして多くの吸気を排気中に供給することができる。また、フィルタ３０に流入する排気の温度が比較的低ければ、空気制御弁４０の開度を小さくして、排気温度の更なる低下を防止することができる。
【００６４】
また、このように空気制御弁４０を全閉状態と全開状態との間で開度を連続的に可変とした場合、上述のように排気温度に応じて開度を調整する代わりに、排気中に供給される吸気の温度や、大気温度に応じて空気制御弁４０の開度を制御するようにしてもよい。この場合、排気中に供給される吸気または大気の温度が比較的高ければ、空気制御弁４０の開度を大きくして多くの吸気を排気中に供給することができる。また、排気中に供給される吸気または大気の温度が比較的低ければ、空気制御弁４０の開度を小さくして、排気温度の更なる低下を防止することができる。
【００６５】
更に、空気制御弁４０を全閉状態と全開状態との間で開度を連続的に可変とせずに、本実施形態のように開弁状態と閉弁状態とに切り換えるようにした場合であっても、開弁状態のデューティ比を可変することにより、空気制御弁４０の開度を連続的に可変とした場合と同様の制御を行うことが可能である。
【００６６】
また、上記実施形態では、強制再生スイッチ５０を運転者が操作したときに、ＥＣＵ４２がフィルタ３０の強制再生処理を開始されるようにしたが、車両が停車状態にあるときに自動的に強制再生処理を開始するようにしてもよい。この場合、車両の走行時に強制再生処理が行われると、排気絞り弁２４の閉動により車両の走行に影響を及ぼすので、強制再生処理の実行条件は、例えば上記実施形態のように、自動変速機の変速レンジがパーキングレンジであると共に、パーキングブレーキが作動しているときとすればよい。
【００６７】
また、強制再生処理の実行条件は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて変更が可能である。例えば、自動変速機に代えて手動変速機が車両に搭載されている場合には、変速レンジがパーキングレンジであることに代えて、シフトレバーがニュートラル位置にあることを条件としてもよいし、パーキングブレーキの作動に代えて、サービスブレーキの作動を条件としてもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、フィルタ３０を強制再生する際に、インジェクタ４からのポスト噴射によって酸化触媒２８やフィルタ３０の昇温を行うようにしたが、酸化触媒２８の上流側に別途設けた燃料添加弁によって排気中に燃料を供給することにより、これらの昇温を行うようにしてもよい。
更に、強制再生処理を行う際の酸化触媒２８やフィルタ３０の昇温を、排気中への燃料供給によらずに電気ヒータなどを用いて電気エネルギによって行うようにした場合であっても、フィルタ３０の強制再生に要する時間の短縮により電気ヒータなどによる電気エネルギの消費量を低減することができる。従って、結果的にこのような電気エネルギを補うためにエンジン１で消費される燃料量を減少させることが可能となり、エンジン１の燃費を改善することができる。
【００６９】
また、上記実施形態では、フィルタ３０の上流側に配設した酸化触媒２８により、連続再生の際の酸化剤となるＮＯ２を生成するようにしたが、酸化触媒２８に代えてＮＯｘ吸蔵触媒など、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２に転化可能な別の触媒を用いるようにしてもよい。更に、排気後処理装置２６の下流側に別の排気後処理装置を設けるようにしてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態では、強制再生制御において上流側排気圧センサ３４と下流側排気圧センサ３６の検出値から求めたフィルタ３０前後の排気の差圧と、エンジン１の吸気流量から算出したフィルタ３０への排気流量とに基づき、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積量を推定し、この推定堆積量が上限堆積量に達すると、フィルタ３０の強制再生が必要であると判断したが、強制再生の要否判定はこれに限定されるものではなく、既に公知となっている様々な方法を採用することが可能である。
【００７１】
更に、強制再生制御において酸化触媒２８を昇温する際の温度やフィルタ３０を昇温する際の温度はその一例を示すものであって、酸化触媒２８やフィルタ３０の特性などに応じて適宜変更することが可能である。
また、上記実施形態では、ターボチャージャ８を過給機として用いたが、過給機の形式はこれに限定されるものではなく、例えば機械式過給機や電動式過給機など、様々な形式の過給機を用いることが可能である。
【００７２】
更に、上記実施形態では、排気ブレーキとして設けられている排気絞り弁２４を用いたが、排気ブレーキを有していない車両についても本発明を適用することが可能であり、この場合には排気通路に新たに排気絞り弁を設けることになる。
また、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン１の気筒数や形式はこれに限定されるものではなく、強制再生を必要とするフィルタ３０を排気後処理装置に用いるようにしたエンジンであれば、本発明を同様に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  エンジン
６  吸気管（吸気通路）
８  ターボチャージャ（過給機）
１０  インタークーラ
１８  排気管（排気通路）
２４  排気絞り弁
３０  パティキュレートフィルタ
３８  空気供給管（空気供給通路）
４０  空気制御弁
４２  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
2011111995.tif 000003
【図２】
2011111995.tif 000004