(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状態の変化に拘わらず所望の排気空燃比を安定して得る。【解決手段】本発明に係る内燃機関１は、排気通路１２に設けられた燃料噴射弁２１と、その下流側に設けられた排気浄化要素１９と、燃料噴射弁２１の上流側で分岐し排気浄化要素１９の下流側で合流するバイパス通路４０と、分岐部から合流部までの間のメイン通路１２Ｍおよびバイパス通路４０の開度比を変更する開閉弁２４とを備える。メイン通路の排気ガス流量を変更できるので、エンジンの運転状態の変化があった場合でもメイン通路における所望の排気ガス流量を容易に得られる。そして排気浄化要素１９の再生時に所望の排気空燃比を安定して得ることができる。【選択図】図１
2011032932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化要素と、
前記燃料噴射弁の上流側で前記排気通路から分岐し、前記排気浄化要素の下流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
分岐部から合流部までの間の前記排気通路であるメイン通路と、前記バイパス通路との開度比を変更するための開閉弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記開閉弁を、少なくとも、前記メイン通路を全開とし前記バイパス通路を全閉とする第１位置と、前記メイン通路および前記バイパス通路をともに部分開とする第２位置とのいずれかに制御する弁制御手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記弁制御手段は、前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとき、前記内燃機関の負荷状態に応じて前記開閉弁を前記第１位置および前記第２位置のいずれかに制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記弁制御手段は、前記内燃機関の高負荷運転時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとき、前記開閉弁を第２位置に制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記メイン通路内に露出された前記燃料噴射弁の噴口部にエアを噴き付けるエアノズルをさらに備え、前記弁制御手段は、前記エアノズルからエアを噴射するとき、前記メイン通路を全閉とし前記バイパス通路を全開とする第３位置に前記開閉弁を制御する
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記排気浄化要素が、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を含む
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記合流部の下流側の前記排気通路に設けられた別の排気浄化要素をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に係り、特に、排気通路に設けられた燃料噴射弁を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気浄化要素が設けられている。そしてこの排気浄化要素を定期的に再生するため、排気通路に設けられた燃料噴射弁から排気通路内に燃料を噴射供給することが行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２１４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、排気通路内を流れる排気ガスの流量および酸素濃度は内燃機関の運転状態に応じて変化する。そのため、燃料噴射弁から燃料を噴射して排気ガスの空燃比を再生に適した所望のリッチ空燃比に制御するのが困難なことがある。例えば、車両加速時等に内燃機関の負荷が増大すると、吸入空気量が増大し、排気ガスの流量および酸素濃度が増大することから、これに合わせて燃料噴射量も増大する必要がある。しかし、かかる排気ガス流量および酸素濃度の増大が著しい場合、所望のリッチ化が困難なこともあり、また多大な燃料を噴射することによる燃費の悪化も招く。
【０００５】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関の運転状態の変化に拘わらず所望の排気空燃比を安定して得ることが可能な内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態によれば、
排気通路に設けられた燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化要素と、
前記燃料噴射弁の上流側で前記排気通路から分岐し、前記排気浄化要素の下流側で前記排気通路に合流するバイパス通路と、
分岐部から合流部までの間の前記排気通路であるメイン通路と、前記バイパス通路との開度比を変更するための開閉弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関が提供される。
【０００７】
これによれば、開閉弁により、メイン通路とバイパス通路とを流れる各排気ガスの流量比を変更し、メイン通路を流れる排気ガス流量を変更することができる。よってエンジンの運転状態の変化があった場合でも、メイン通路における所望の排気ガス流量を容易に得られ、所望の排気空燃比を安定して得ることができる。
【０００８】
好ましくは、前記内燃機関は、前記開閉弁を少なくとも、前記メイン通路を全開とし前記バイパス通路を全閉とする第１位置と、前記メイン通路および前記バイパス通路をともに部分開とする第２位置とのいずれかに制御する弁制御手段をさらに備える。
【０００９】
この場合、開閉弁を第２位置とすれば、第１位置とする場合に比べてメイン通路の排気ガス流量を減少することができる。
【００１０】
好ましくは、前記弁制御手段は、前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとき、前記内燃機関の負荷状態に応じて前記開閉弁を前記第１位置および前記第２位置のいずれかに制御する。
【００１１】
これにより、内燃機関の負荷状態の変化に拘わらずメイン通路における排気ガス流量を所望流量に制御することができる。
【００１２】
好ましくは、前記弁制御手段は、前記内燃機関の高負荷運転時に前記燃料噴射弁から燃料を噴射するとき、前記開閉弁を第２位置に制御する。
【００１３】
これによれば、内燃機関の高負荷運転時にメイン通路における排気ガス流量を減少でき、所望のリッチ空燃比を容易に実現することができる。
【００１４】
好ましくは、前記内燃機関は、前記メイン通路内に露出された前記燃料噴射弁の噴口部にエアを噴き付けるエアノズルをさらに備え、前記弁制御手段は、前記エアノズルからエアを噴射するとき、前記メイン通路を全閉とし前記バイパス通路を全開とする第３位置に前記開閉弁を制御する。
【００１５】
これにより噴口部におけるデポジット生成を未然に防止することができる。
【００１６】
好ましくは、前記排気浄化要素が、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を含む。
【００１７】
好ましくは、前記内燃機関は、前記合流部の下流側の前記排気通路に設けられた別の排気浄化要素をさらに備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、内燃機関の運転状態の変化に拘わらず所望の排気空燃比を安定して得ることができるという、優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関を示す概略図である。
【図２】内燃機関の要部を示す概略図である。
【図３】第１位置にある開閉弁を示す概略図である。
【図４】第２位置にある開閉弁を示す概略図である。
【図５】第３位置にある開閉弁を示す概略図である。
【図６】本実施形態の制御の一例を示すフローチャートである。
【図７】メインインジェクタの燃料噴射量を決定するためのマップを示す。
【図８】目標トルクを決定するためのマップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図１に、本発明の実施形態に係る内燃機関（エンジン）を示す。本実施形態のエンジン１は、自動車用且つ多気筒の圧縮着火式内燃機関、即ちディーゼルエンジンである。エンジン１はコモンレール式燃料噴射装置を備える。すなわち、燃料タンク２に貯留された燃料が、フィードポンプ３および供給ポンプ４によって高圧ポンプ５に送られ、高圧ポンプ５はその送られてきた燃料を高圧にまで加圧し、コモンレール６に圧送する。供給ポンプ４及び高圧ポンプ５はベルト等の動力伝達部材７を介してエンジン１のクランクシャフト８により駆動される。
【００２２】
コモンレール６内に貯留された高圧燃料は、主燃料噴射弁としてのメインインジェクタ９の開弁時、メインインジェクタ９から燃焼室１０内に直接噴射供給される。
【００２３】
燃料タンクは、添加剤ポンプを備える添加剤供給管を介して添加剤タンクに連通されている。添加剤ポンプは、不図示のコントローラにより制御され、燃料量に応じて適量の燃料添加剤を燃料タンクへ供給するように構成されている。燃焼室１０から排出された排気ガスは、ターボチャージャ１１のタービン１１ｔを通過した後、その下流側の排気通路１２を流れ、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。エンジン１はＥＧＲ装置１３をも含む。ＥＧＲ装置は、排気通路１２内（特にタービン上流側の排気マニホールド内）の排気ガスを吸気通路１４に還流させるためのＥＧＲ通路１５と、ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１６と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁１７とを備える。吸気通路１４には電子制御式の吸気絞り弁４９が設けられる。
【００２４】
排気通路１２には、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化する酸化触媒１８と、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９と、排気ガス中の粒子状物質（微粒子ＰＭ）を捕集焼却するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）２０とが上流側から順に直列に設けられている。これら酸化触媒１８、ＮＯｘ触媒１９およびＤＰＦ２０は、それぞれ第１、第２および第３の排気浄化要素をなす。
【００２５】
また、排気通路１２には、主にＮＯｘ触媒１９およびＤＰＦ２０の再生を行うべく、燃料を排気通路１２内に噴射する燃料噴射弁２１が設けられている。以下、この燃料噴射弁２１を排気インジェクタと称する。排気インジェクタ２１は、酸化触媒１８の上流側で且つタービン１１ｔの下流側の排気通路１２に配置されている。排気インジェクタ２１の先端部には、燃料の出口となる一乃至複数の噴口（図示せず）を備えた噴口部２１Ａ（図２参照）が形成され、この噴口部２１Ａが排気通路１２内に配置され、排気通路１２内に露出されている。排気インジェクタ２１には、燃料配管２２を通じて供給ポンプ４から燃料が供給される。
【００２６】
また、エンジン１には制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５０が設けられる。ＥＣＵ５０はいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。前述のメインインジェクタ９、高圧ポンプ５、ＥＧＲ弁１７、吸気絞り弁４９および排気インジェクタ２１はＥＣＵ５０によって制御される。またＥＣＵ５０には、図示しないアクセル開度センサ、エンジン回転速度センサおよび空気量センサから、それぞれアクセル開度、エンジン回転速度および吸入空気量の検出信号が入力される。
【００２７】
特に、本実施形態ではバイパス通路４０が設けられている。このバイパス通路４０は、排気インジェクタ２１の上流側で排気通路１２から分岐し、ＮＯｘ触媒１９の下流側且つＤＰＦ２０の上流側で排気通路１２に合流する。以下、分岐部Ｃから合流部Ｄまでの間の排気通路１２をメイン通路１２Ｍと称する。そしてメイン通路１２Ｍと、バイパス通路４０との開度比を変更するための開閉弁２４が設けられている。
【００２８】
図２にも詳しく示すが、排気通路１２の途中には、車載レイアウトの都合等により曲げられた曲がり部としての曲管部１２Ａが形成されており、この曲管部１２Ａに排気インジェクタ２１と開閉弁２４とが設けられている。開閉弁２４は曲管部１２Ａの中に配置されている。本実施形態では曲管部１２Ａの曲がり角は約９０°とされているが、この曲がり角は任意に設定可能である。曲管部１２Ａの入口部且つインコーナー側にバイパス通路４０の入口部が接続する。
【００２９】
曲管部１２Ａの下流側には直線部として直管部１２Ｂが連なっており、この直管部１２Ｂに酸化触媒１８、ＮＯｘ触媒１９およびＤＰＦ２０が設けられている。ＮＯｘ触媒１９とＤＰＦ２０の間隔が広げられ、そこにバイパス通路４０の出口部が接続する。排気インジェクタ２１は直管部１２Ｂの中心軸にほぼ平行に、曲管部１２Ａの外側コーナー部に取り付けられ、排気インジェクタ２１の先端の噴口部２１Ａを酸化触媒１８に向けるように配置されている。そして排気インジェクタ２１の噴口から噴射された燃料ができるだけ排気通路１２の内壁に当たらずに酸化触媒１８に到達できるようになっている。
【００３０】
開閉弁２４は、回転軸２５を有し、サーボモータ等のアクチュエータ２６により回転駆動されるバタフライ式である。回転軸２５は、バイパス通路分岐直後の曲管部１２Ａのインコーナー側に配置され、開閉弁２４はこの位置を中心に回転可能となっている。そして開閉弁２４は、メイン通路１２Ｍの入口部とバイパス通路４０の入口部とを交互に開閉し得るようになっている。アクチュエータ２６がＥＣＵ５０に接続され、開閉弁２４の角度位置がＥＣＵ５０及びアクチュエータ２６により制御される。
【００３１】
開閉弁２４は、ＥＣＵ５０により、少なくとも、メイン通路１２Ｍを全開としバイパス通路４０を全閉とする図３に示す如き第１位置と、メイン通路１２Ｍおよびバイパス通路４０をともに部分開とする図４に示す如き第２位置とのいずれかに制御される。また本実施形態では開閉弁２４がＥＣＵ５０により、メイン通路１２Ｍを全閉としバイパス通路４０を全開とする図５に示す如き第３位置にも制御される。
【００３２】
図３〜図５に示すように、回転軸２５の中心を通り且つ直管部１２Ｂの軸心方向に平行な角度位置を基準位置とした場合、第１位置は角度θ１で規定され、第２位置は角度θ２で規定され、第３位置は角度θ３で規定される。但しθ１＞θ２＞θ３である。そしてメイン通路１２Ｍの開度をＡ、バイパス通路４０の開度Ｂとした場合（但し０≦Ａ，Ｂ≦１００）、開度比Ａ：Ｂは、開閉弁２４が第１位置θ１にあるときには１００：０、開閉弁２４が第３位置θ３にあるときには０：１００、開閉弁２４が第２位置θ２にあるときには例えば２０：８０などとされる。なお開閉弁２４が第２位置θ２にあるときの開度比は任意に設定可能である。これら開度比に応じて、メイン通路１２Ｍの排気ガス流量と、バイパス通路４０の排気ガス流量との流量比もほぼ同様に変更される。
【００３３】
なおアクチュエータ２６には、開閉弁２４の角度位置を検出してその角度位置をフィードバック制御するため、回転エンコーダ、磁気センサ或いは光学センサといった角度センサが設けられている。
【００３４】
加えて、曲管部１２Ａには、メイン通路１２Ｍ内に露出された排気インジェクタ２１の先端の噴口部２１Ａに、洗浄冷却用の空気（エア）を噴き付けるエアノズル２８が設けられている。エアノズル２８は、その先端の空気出口が排気インジェクタ２１の噴口部２１Ａ、好ましくはその噴口に向けられている。またエアノズル２８は、噴口部２１Ａの直後の位置に配置され、排気インジェクタ２１の軸心方向に対し斜めに配置されている。エアノズル２８は、エア配管２９を介して、加圧空気供給源としてのエアタンク３０から加圧エアを供給される。エアノズル２８はＥＣＵ５０により制御される。
【００３５】
図２に示すように、排気インジェクタ２１には、その噴口部２１Ａの温度を検出するための温度センサ３１が設けられている。そしてＥＣＵ５０は、詳しくは後述するが、温度センサ３１により検出された噴口部温度に基づきエアノズル２８を制御する。
【００３６】
図１に示すように、ＮＯｘ触媒１９の下流側で且つバイパス通路４０の合流位置より上流側のメイン通路１２Ｍ内には、補助弁４１が設けられている。補助弁４１も開閉弁２４と同様、アクチュエータ４２により回転駆動されるバタフライ式であり、ＥＣＵ５０及びアクチュエータ２６によりその角度位置が制御される。補助弁４１はその設置位置でメイン通路１２Ｍの開度を全開から全閉まで変更可能である。
【００３７】
バイパス通路４０の分岐位置より上流側の排気通路１２には第１の排気温センサ２３が設けられる。またバイパス通路４０の合流位置より下流側で且つＤＰＦ２０の上流側の排気通路１２には第２の排気温センサ４３が設けられる。これらセンサによる排気温度の検出信号がＥＣＵ５０に入力される。
【００３８】
さて、各排気浄化要素に関して、酸化触媒１８は、基材表面上のコート材に白金等の貴金属を多数分散配置させてなり、排気中のＨＣ及びＣＯを酸化して浄化する。もっともディーゼルエンジンの場合、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆは理論空燃比（例えば１４．６）よりも著しくリーンであり、空気過剰率λは１より大きい。よって排気中に含まれるＨＣ及びＣＯの量は比較的少ない。またディーゼルエンジンの場合、排気温度が比較的低温であり、メインとなるＮＯｘ触媒１９やＤＰＦ２０の触媒が活性化しづらい。よって酸化触媒１８においてＨＣ及びＣＯの酸化熱で排気ガスを加熱し、この加熱された排気ガスでＮＯｘ触媒１９及びＤＰＦ２０を加熱してこれらの活性化を促進するようにしている。
【００３９】
次に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（LNT: Lean NOx Trap）１９は、アルミナＡｌ2Ｏ3等の酸化物からなる基材表面に、白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓ等のアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ等のアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ等の希土類から選択された少なくとも一つからなる。
【００４０】
ＮＯｘ触媒１９はＮＯｘの吸放出作用を有する。すなわち、触媒に供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンのとき（触媒が酸素過剰雰囲気にあって空気過剰率λが１より大きいとき）、触媒は排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩の形で吸蔵する。他方、触媒に供給される排気ガスの空燃比が理論空燃比又はこれよりリッチのとき（触媒が酸素不足雰囲気にあって空気過剰率λが１以下のとき）、触媒は吸蔵したＮＯｘを放出する。この放出されたＮＯｘは雰囲気ガスに含まれる還元剤（主にＨＣ）と触媒内で反応し、Ｎ2に還元される。これによりＮＯｘの大気への排出が防止される。
【００４１】
ＮＯｘ触媒１９は、飽和状態（満杯）までＮＯｘを吸蔵するとそれ以上ＮＯｘを吸蔵できない。そのため、ＮＯｘ触媒１９のＮＯｘ吸蔵能を回復又は維持すべく、ＮＯｘ触媒から吸蔵ＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生が定期的に実行される。このとき、排気インジェクタ２１から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化する（即ち、排気ガスの空燃比を理論空燃比より小さくする）リッチスパイクが実行される。
【００４２】
他方、燃料に含まれる硫黄（Ｓ）分に起因して、ＮＯｘ触媒１９が排気ガス中の硫黄成分をＢａＳＯ4などの硫酸塩として吸蔵し、被毒（Ｓ被毒）してしまうことがある。Ｓ被毒が生じるとＮＯｘ吸蔵能が低下してしまう。そこで硫酸塩をＮＯｘ触媒から脱離させるＳ被毒再生或いはＳパージが実行される。このときにも、排気インジェクタ２１から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化する。但し、硫酸塩は硝酸塩に比べて安定なため、排気空燃比をリッチ化しただけでは触媒から脱離されない。硫酸塩を脱離させるためには、ＮＯｘ触媒を高温（例えば４００℃以上）とした上でリッチ雰囲気におく必要がある。よってこの高温リッチ化を目的とするリッチスパイクを高温リッチスパイクと称する。なお脱離した硫酸塩は触媒内で硫黄酸化物（ＳＯｘ）に分解される。ＮＯｘ再生はＳ被毒再生よりも低温で可能なので（例えば２００〜３００℃程度）、Ｓ被毒再生を行うとＮＯｘ再生も同時に実行される。
【００４３】
次に、ＤＰＦ２０は、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集して除去するものであり、ハニカム形状の耐熱性基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのもの、あるいは網の目構造のフォーム形状のものなど、ＰＭを物理的に捕集するあらゆるタイプのフィルタを用いることができる。本実施形態では、ＤＰＦ内部にＰｔ等の貴金属を担持させた所謂連続再生式の触媒付きＤＰＦを用いている。この場合、ＤＰＦに供給された排気中のＨＣが触媒作用で酸化、燃焼し、このとき同時にＤＰＦ内部に堆積しているＰＭが燃焼除去される。
【００４４】
ＤＰＦは比較的低温下でも作動し得るが、堆積ＰＭ量が所定量を超えたときには、そのＰＭを強制的に燃焼除去してＰＭ捕集能を回復させるフィルタ再生を行う必要がある。このフィルタ再生を行う際にも、排気インジェクタ２１から燃料を噴射して排気ガスの空燃比をリッチ化する。なおＤＰＦ２０に堆積したＰＭ量は、図１に示した差圧センサ３２の検出値に基づき、ＥＣＵ５０により推定される。
【００４５】
さて、本実施形態における作動を概略的に述べると、エンジンの通常運転時には図３に示すように、開閉弁２４は第１位置θ１に制御され、補助弁４１は全開位置に制御される。するとあたかもバイパス通路４０が無いかの如く、排気ガスはその全量が排気通路１２内（特にメイン通路１２Ｍ内）を流れる。このとき酸化触媒１８では排気中のＨＣ、ＣＯが酸化されると同時に排気ガスが加熱、昇温される。そしてＮＯｘ触媒１９では排気中のＮＯｘが吸蔵され、ＤＰＦ２０では排気中のＰＭが捕集される。
【００４６】
ＮＯｘ再生時およびフィルタ再生時にも同様に、開閉弁２４は第１位置θ１に制御され、補助弁４１は全開位置に制御される。そして排気インジェクタ２１から燃料が噴射される。
【００４７】
ＮＯｘ再生時には排気インジェクタ２１から比較的短時間（例えば１０数秒程度）の間、燃料が噴射される。他方、フィルタ再生時にはそれよりも長時間の間、排気インジェクタ２１から間欠的に燃料が噴射される。燃料噴射が行われたとき、排気中のＨＣの一部が先ず酸化触媒１８で酸化、燃焼され、残部のＨＣを含むリッチな高温排気ガスが酸化触媒１８から排出される。このリッチな高温排気ガスがＮＯｘ触媒１９を通過した後、ＤＰＦ２０に至り、これによりＤＰＦ２０が加熱され、ＤＰＦ２０に供給されたＨＣがＤＰＦ２０内で燃焼するのと同時に堆積ＰＭが燃焼させられる。堆積ＰＭの燃焼にはある程度の酸素が必要なので、排気インジェクタ２１から間欠的に燃料を噴射するようにしている。燃料噴射中の排気空燃比はリッチであるが、フィルタ再生実行時間全体の平均でみれば排気空燃比はリーン（λ＞１、例えば２程度）である。
【００４８】
他方、Ｓ被毒再生或いはＳパージ実行時、開閉弁２４はエンジンの負荷に応じて第１位置θ１および第２位置θ２のいずれかに制御され、補助弁４１は開閉弁２４のこのような動作に連動して図３に示すような全開位置および図４に示すような部分開位置のいずれかに制御される。そして排気インジェクタ２１から燃料が噴射される。
【００４９】
このＳ被毒再生時には、排気インジェクタ２１から比較的長時間（例えば１０数分程度）の間、間欠的に燃料が噴射される。するとフィルタ再生時と同様の原理でＮＯｘ触媒１９が加熱され、高温となり、ＮＯｘ触媒１９に吸蔵されていた硫酸塩がＨＣにより脱離分解される。このＳ被毒再生時には、フィルタ再生時よりも排気ガスをリッチな状態にする必要がある。Ｓ被毒再生時間全体の平均でみても、排気空燃比はリッチ（λ＜１、例えば０．９５程度）である。但し、ＮＯｘ触媒を継続的にリッチ雰囲気（還元雰囲気）におくと触媒温度が低下する虞があるため、燃料を間欠的に供給するのが好ましい。なお、Ｓ被毒は前段の酸化触媒１８にも生じ得るが、後段のＮＯｘ触媒１９のＳ被毒再生と同時に酸化触媒１８もＳ被毒再生される。
【００５０】
フィルタ再生時およびＳ被毒再生時において、所望の排気空燃比を実現し或いは必要な酸素を供給するため、エアノズル２８からエアを噴射してもよい。
【００５１】
エンジンの低負荷運転時（例えばアイドル時）および中負荷運転時、開閉弁２４は第１位置θ１に制御される。このときには吸入空気量が比較的少なく、従ってエンジンから排出される排気ガスの流量および酸素濃度も比較的低く、排気インジェクタ２１からの燃料噴射のみで再生に適した所望の触媒温度および排気空燃比を容易に実現できるからである。他方、エンジンの高負荷運転時には、開閉弁２４は第２位置θ２に制御される。このときには吸入空気量が比較的多く、従ってエンジンから排出される排気ガスの流量および酸素濃度も比較的高く、排気インジェクタ２１からの燃料噴射のみでは所望の触媒温度および排気空燃比を実現するのが困難だからである。
【００５２】
図４に示すように、開閉弁２４が第２位置θ２に制御されると、排気ガスの一部のみが開閉弁２４を通過してメイン通路１２Ｍを流れ、酸化触媒１８およびＮＯｘ触媒１９を流れる排気ガスの流量およびその通過速度が、第１位置θ１の場合と比較して減少させられる。よって、排気インジェクタ２１からの燃料噴射のみで所望の触媒温度および排気空燃比を容易に実現できるようになる。また大量の燃料噴射を行わなくて済むため、燃費の悪化も防止できる。補助弁４１も部分開位置に制御されるので、このことによっても排気ガス流量低減が促進される。
【００５３】
開閉弁２４が第２位置θ２にあるときの当該位置自体、および前述の開度比Ａ：Ｂは、このような所望の触媒温度および排気空燃比を得られるように設定するのがよい。
【００５４】
なお、排気ガスの残部はバイパス通路４０を流れ、酸化触媒１８およびＮＯｘ触媒１９を迂回させられる。排気ガスの一部と残部とは合流部Ｄで合流し、ＤＰＦ２０に供給される。
【００５５】
こうして、エンジンの運転状態の変化に拘わらず所望の排気空燃比を安定して得ることができるようになる。
【００５６】
ところで、これら再生直後、開閉弁２４は図５に示すような第３位置θ３に制御される。そしてエアノズル２８から排気インジェクタ２１の噴口部２１Ａに加圧エアが噴射供給される。この加圧エアにより、噴口部２１Ａに付着した燃料が吹き飛ばされると共に、噴口部２１Ａが冷却される。これにより、噴口部２１Ａの残留燃料に起因する固形炭化物すなわちデポジットの生成を抑制することができる。なお補助弁４１は図５に示すような部分開位置、または全開位置に制御される。
【００５７】
通常時に噴口部２１Ａが排気ガスに晒されているため、噴口部２１Ａの内部或いはその外壁に残留した燃料が、排気ガスで加熱されて炭化し、固形炭化物すなわちデポジットとなることがある。このデポジットは、噴口を詰まらせたり針弁等の動きを妨げるなどして、燃料噴射を阻害する原因となり得る。
【００５８】
そこで上述のように噴口部２１Ａの残留燃料を吹き飛ばせば、その後噴口部２１Ａが排気ガスに晒されたときのデポジット生成を抑制できる。なお、デポジット生成をさらに抑制するため、排気インジェクタ２１に水冷機構を設けるのが好ましい。
【００５９】
特に、温度センサ３１により所定値以上の噴口部温度が検出されたときにエアノズル２８を作動させるのが好ましい。これにより噴口部２１Ａを常に所定値未満の温度に制御でき、噴口部２１Ａの加熱ひいてはこれによるデポジット生成を一層抑制することができる。
【００６０】
以下、図６を参照しつつ、本実施形態における制御の一例の手順を説明する。本制御はＥＣＵ５０により実行される。ここではフィルタ再生後に連続してＳ被毒再生すなわちＳパージを実行する場合を説明する。この場合、先のフィルタ再生によってＮＯｘ触媒１９を予熱できると同時に堆積ＰＭを燃焼除去でき、後のＳパージによってＤＰＦ２０が高温となり、堆積ＰＭが一気に燃焼してＤＰＦ２０が溶損してしまうことを防止できるメリットがある。
【００６１】
本制御は、エンジン始動と同時に開始される。最初のステップＳ１０では、開閉弁２４が第１位置θ１に制御される。
【００６２】
ステップＳ１２では、排気温センサ２３の検出値に基づきＥＣＵ５０により推定されたいずれかの排気浄化要素（例えばＮＯｘ触媒１９）の温度Ｔｅが所定温度Ｔｅｓを超えているか否かが判断される。所定温度Ｔｅｓは、酸化触媒１８、ＮＯｘ触媒１９及びＤＰＦ２０の全てが活性化するような温度のうちの最低温度付近に設定されている。Ｔｅ≦Ｔｅｓの場合、ステップＳ１０に戻り、Ｔｅ＞Ｔｅｓの場合、ステップＳ１４に進む。
【００６３】
ステップＳ１４では、ＥＣＵ５０に予め設定ないしプログラムされている制御モードが、ＤＰＦ２０の再生とＮＯｘ触媒１９のＳパージとを連続的に行うＤＰＦ再生／Ｓパージモードに移行したか否かが判断される。この移行は所定条件が成立したときになされる。制御モードがＤＰＦ再生／Ｓパージモードに移行していなければ、ステップＳ１０に戻り、制御モードがＤＰＦ再生／Ｓパージモードに移行したならば、ステップＳ１６に進む。
【００６４】
ステップＳ１６ではＤＰＦ再生が実行され、排気インジェクタ２１から前述の如く燃料が噴射される。
【００６５】
ステップＳ１８では、ＤＰＦ再生開始時からＥＣＵ５０により計測されている経過時間ｔｄが所定時間ｔｄｓ以上となったか否かが判断される。経過時間ｔｄが所定時間ｔｄｓ以上となっていなければステップＳ１６に戻る。他方、経過時間ｔｄが所定時間ｔｄｓ以上となっていれば、ステップＳ２０に進んで、ＤＰＦ再生が終了させられると同時にＳパージが開始される。これにより排気インジェクタ２１から前述の如く燃料が噴射される。
【００６６】
次いでステップＳ２２では、エンジン負荷が高負荷であるか否か、具体的にはエンジン負荷を表すパラメータの値が所定値以上となっているか否かが判断される。すなわちＥＣＵ５０は、例えばエンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度Ａｃの検出値に基づき、図７に示すようなマップから、メインインジェクタ９から噴射すべき燃料噴射量Ｑを決定する。そして決定された燃料噴射量Ｑが、現時点でのエンジン回転速度Ｎｅに対応する高負荷相当の噴射量閾値Ｑｓ以上となっていれば、エンジン負荷が高負荷であると判断する。この場合、エンジン負荷を表すパラメータは燃料噴射量Ｑであり、所定値は噴射量閾値Ｑｓである。
【００６７】
或いは、所謂トルク制御を行う場合、ＥＣＵ５０は、例えばエンジン回転速度Ｎｅの検出値と決定された燃料噴射量Ｑに基づき、図８に示すようなマップから、エンジンが出力すべき目標トルクｔｒｑを決定する。そして決定された目標トルクｔｒｑが、現時点でのエンジン回転速度Ｎｅに対応する高負荷相当のトルク閾値ｔｒｑｓ以上となっていれば、エンジン負荷が高負荷であると判断する。この場合、エンジン負荷を表すパラメータは目標トルクｔｒｑであり、所定値はトルク閾値ｔｒｑｓである。
【００６８】
ステップＳ２２でエンジン負荷が高負荷でないと判断された場合、即ちエンジン負荷が低中負荷であると判断された場合、ステップＳ２４に進んで開閉弁２４は第１位置θ１に制御される。他方、ステップＳ２２でエンジン負荷が高負荷であると判断された場合、ステップＳ２６に進んで開閉弁２４は第２位置θ２に制御される。
【００６９】
次いで、ステップＳ２８で、Ｓパージ開始時からＥＣＵ５０により計測されている経過時間ｔｐが所定時間ｔｐｓ以上となったか否かが判断される。経過時間ｔｐが所定時間ｔｐｓ以上となっていなければステップＳ２０に戻る。他方、経過時間ｔｐが所定時間ｔｐｓ以上となっていれば、ステップＳ３０に進んで、Ｓパージが終了させられる。
【００７０】
次に、ステップＳ３２で、開閉弁２４が第３位置θ３に制御される。そしてステップＳ３４でエアノズル２８が所定時間作動される。するとエアノズル２８から噴射された加圧エアにより、噴口部２１Ａに付着した燃料が吹き飛ばされ、同時に噴口部２１Ａが冷却される。なおエアノズル２８は連続的に作動させても、間欠的に作動させてもよい。
【００７１】
次いでステップＳ３６では、温度センサ３１により検出された排気インジェクタ２１の噴口部２１Ａの温度Ｔｉが所定温度Ｔｉｓ未満となっているか否かが判断される。この所定温度Ｔｉｓは、噴口部２１Ａにデポジットが生じる可能性のある最低温度付近に設定されている。
【００７２】
噴口部温度Ｔｉが所定温度Ｔｉｓ以上となっている場合、ステップＳ３２に戻る。他方、噴口部温度Ｔｉが所定温度Ｔｉｓ未満となっているときには、開閉弁２４が第１位置θ１に戻され、制御が終了される。
【００７３】
このように本実施形態によれば、メイン通路１２Ｍとバイパス通路４０の開度比を変更するための開閉弁２４が設けられているので、メイン通路１２Ｍを流れる排気ガスの流量を変更ないし減少することができる。よってエンジンの運転状態の変化、特にエンジン負荷の増大があった場合でも、所望の排気ガス流量を容易に得ることができ、所望の排気空燃比を安定して得ることができる。
【００７４】
ところで、排気インジェクタ２１と開閉弁２４とエアノズル２８を曲管部１２Ａに設けた場合には次の利点がある。すなわち、排気通路にこれら複数の別部品を取り付ける場合、その取付部は剛性及び取付精度確保等の観点から鋳鉄製とするのが好ましい。このとき取付部を直管部とすると取付部自体が大きく重くなってコスト上も不利である。しかし、本実施形態の如く取付部を曲管部とすれば、取付部を小型化、軽量化でき、コスト上も有利である。
【００７５】
上記制御では開閉弁２４を第３位置に移動させた後にエアノズル２８を作動させている。このため、供給エアを開閉弁２４で跳ね返らせて排気インジェクタ２１にぶつけると共に、開閉弁２４からエアノズル２８までの半閉空間にエアを供給できる。よって、加圧エアを効率的に使用することができ、冷却効率および洗浄効率を向上することができる。
【００７６】
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態を採用することも可能である。例えば、内燃機関は火花点火式内燃機関、とりわけ直噴リーンバーンガソリンエンジンであってもよい。開閉弁の位置は連続的に可変であっても構わない。この場合、エンジン負荷状態に応じて開閉弁の位置を連続的に可変制御するのが好ましい。開閉弁は複数の弁、例えばメイン通路とバイパス通路にそれぞれ配置された二つの弁から構成してもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１  内燃機関
１２  排気通路
１２Ｍ  メイン通路
１８  酸化触媒
１９  ＮＯｘ触媒
２０  パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２１  燃料噴射弁（排気インジェクタ）
２１Ａ  噴口部
２４  開閉弁
２８  エアノズル
４０  バイパス通路
５０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【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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