(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、ＥＧＲクーラの通過抵抗の変化によらず、フィルタに捕集された粒子状物質の除去が必要な時期を判定することができる技術を提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラ２１と、ＥＧＲクーラ２１を通過する第１ＥＧＲ通路１９と、ＥＧＲクーラを通過しない第２ＥＧＲ通路１９ａと、第１又は第２ＥＧＲ通路の何れか一方を選択してＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路選択手段２２と、燃料供給手段３と、燃料供給停止手段２３と、フィルタ１６と、吸入新気量検出手段１０と、燃料供給停止中に第２ＥＧＲ通路１９ａへＥＧＲガスを流通させたときに検出された吸入新気量に基づいてフィルタ１６に捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段２３と、を備えた。【選択図】図１
2004011603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に流通する排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を備え、
前記ＥＧＲ装置を再循環するＥＧＲガスを冷却させるＥＧＲクーラと、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過する第１ＥＧＲ通路と、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過しない第２ＥＧＲ通路と、
第１ＥＧＲ通路若しくは第２ＥＧＲ通路の何れか一方を選択してＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路選択手段と、
内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段による燃料供給を停止させる燃料供給停止手段と、
排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なフィルタと、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入新気量検出手段と、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ通路選択手段により前記第２ＥＧＲ通路へＥＧＲガスを流通させつつ、前記吸入新気量検出手段により検出される吸入新気量に基づいて前記フィルタに捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１ＥＧＲ通路及び前記第２ＥＧＲ通路の通路面積を可変としＥＧＲガスの流通量を調整するＥＧＲ弁を更に備え、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ弁の開度を所定の開度とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記捕集量判定手段は、前記吸入新気量検出手段により検出された吸入新気量が所定値よりも小さくなった場合に、前記フィルタに捕集された粒子状物質を除去する必要があると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャを更に備え、
前記捕集量判定手段は、粒子状物質の捕集量を判定するときにノズルベーンの開度を全開とすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは経済性に優れている反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」とする。）の除去が重要な課題となっている。このため、大気中にＰＭが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系にＰＭの捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする。）を設ける技術が知られている。
【０００３】
このフィルタにより排気中のＰＭが一旦捕集され大気中へ放出されることを防止することができる。しかし、フィルタに捕集されたＰＭが該フィルタに堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ上流の排気の圧力が上昇し内燃機関の出力低下やフィルタの毀損を誘発する虞がある。このようなときには、フィルタ上に堆積したＰＭを着火燃焼せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【０００４】
フィルタの再生を行う際に、例えば特開２００２−０８９２３４号公報では、車両減速中の燃料供給停止時にＥＧＲ弁を全開にしつつ、吸入新気量を検出し、この値と予め求められた所定値とを比較して、該所定値よりも吸入新気量が小さい場合に、フィルタ再生時期であると判定している。
【０００５】
ここで、フィルタでＰＭが捕集されて該フィルタの排気抵抗が増加すると、フィルタの上流側の機関排気系の圧力は高まり、機関吸気系へ還流するＥＧＲガスの量が増加する。その量は、ＰＭの捕集量が増加するほど多くなる。そして、増加するＥＧＲガス量に伴って実際の吸入新気量は減少することとなる。
【０００６】
このようにして、フィルタへ適当量のＰＭが捕集された時点では、吸入新気量が顕著に減少するため、多少の測定誤差があっても正確にフィルタの再生時期を判定することができる。
【０００７】
このようにフィルタ再生時期を判定することにより、圧力センサを用いることなく再生時期を判定することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、還流するＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラに付着したＰＭによりＥＧＲガスの還流量が変化し、従って吸入新気量が変化する。このような状態では、正確な再生時期を判定することが困難となる。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、ＥＧＲクーラの通過抵抗の変化によらず、フィルタに捕集された粒子状物質の除去が必要な時期を判定することができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関は、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気系に流通する排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を備え、
前記ＥＧＲ装置を再循環するＥＧＲガスを冷却させるＥＧＲクーラと、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過する第１ＥＧＲ通路と、
内燃機関の吸気系と排気系とを連通し前記ＥＧＲクーラを通過しない第２ＥＧＲ通路と、
第１ＥＧＲ通路若しくは第２ＥＧＲ通路の何れか一方を選択してＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路選択手段と、
内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段による燃料供給を停止させる燃料供給停止手段と、
排気中に含まれる粒子状物質を一時捕集可能なフィルタと、
内燃機関に吸入される新気の量を検出する吸入新気量検出手段と、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ通路選択手段により前記第２ＥＧＲ通路へＥＧＲガスを流通させつつ、前記吸入新気量検出手段により検出される吸入新気量に基づいて前記フィルタに捕集された粒子状物質の量を判定する捕集量判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄化装置において、粒子状物質の捕集量の判定時にＥＧＲガスがＥＧＲクーラを通過しないようにして該ＥＧＲクーラの流通抵抗の増加による吸入新気量の減少を抑止し、判定精度を向上させることにある。
【００１２】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関からの排気中に含まれる粒子状物質がフィルタに捕集される。粒子状物質がフィルタに堆積するとフィルタの目詰まりが発生するため、粒子状物質を除去する必要がある。
【００１３】
ここで、フィルタに粒子状物質が捕集されると、排気が通過するときの抵抗が大きくなり、フィルタ上流の排気の圧力が上昇する。すると、気筒内の残留燃焼ガス量が多くなり、それに伴い吸入新気量が少なくなる。従って、粒子状物質の捕集量と吸入新気量とには相関があり、吸入新気量を検出することにより粒子状物質の捕集量を判定することが可能となる。特に車両減速時等であって、燃料の供給が停止されているときには、気筒内の燃焼状態や機関の運転状態から受ける吸入新気量の変化が少ないので粒子状物質の捕集量を判定するのに好適である。また、粒子状物質の捕集量が増加してフィルタ上流の排気の圧力が上昇するとＥＧＲガスの還流量が増加するため、吸入新気量が減少する。従って、粒子状物質の捕集量判定精度を更に向上させることが可能となる。しかし、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラにＥＧＲガス中の粒子状物質が付着して、ＥＧＲクーラを通過するときの抵抗が大きくなりＥＧＲガスの還流量が変化する。このような場合に、ＥＧＲクーラを通過させないでＥＧＲガスを還流させると、吸入新気量の変化を抑止し、粒子状物質の捕集量の判定精度を向上することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記第１ＥＧＲ通路及び前記第２ＥＧＲ通路の通路面積を可変としＥＧＲガスの流通量を調整するＥＧＲ弁を更に備え、
前記燃料供給停止手段により燃料の供給が停止されているときに、前記ＥＧＲ弁の開度を所定の開度とすることができる。
【００１５】
ＥＧＲ弁の開度が変化すると、ＥＧＲガスの還流量が変化する。ＥＧＲガスの還流量が変化すると、吸入新気量も変化するためフィルタに捕集された粒子状物質の量を判定することが困難となる。ここで、ＥＧＲ弁を所定の開度とすることにより、該ＥＧＲ弁の開度の変化による吸入新気量の変化を抑止することが可能となる。特に、ＥＧＲ弁を全開とすることにより、ＥＧＲ還流量を最大とすることができ、この場合、吸入新気量が顕著に減少するため、多少の測定誤差があっても正確にフィルタの再生時期を判定することが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記捕集量判定手段は、前記吸入新気量検出手段により検出された吸入新気量が所定値よりも小さくなった場合に、前記フィルタに捕集された粒子状物質を除去する必要があると判定することができる。
【００１７】
予めフィルタに捕集される粒子状物質の許容量を定めておき、更に、そのときの吸入新気量を求めておけば、この値と検出された吸入新気量とを比較することによりフィルタに捕集された粒子状物質を除去する時期であるか否か判定することが可能となる。
【００１８】
本発明においては、吸気の過給圧を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャを更に備え、
前記捕集量判定手段は、粒子状物質の捕集量を判定するときにノズルベーンの開度を全開とすることができる。
【００１９】
ここで、ノズルベーンの開度が変化すると可変容量型ターボチャージャ上流の排気の圧力が変化するため、ＥＧＲ量及び吸入新気量が変化する。このような吸入新気量の変化は、フィルタに堆積した粒子状物質の量の誤判定を誘引する。ここで、ノズルベーンの開度を全開とすることにより、可変容量型ターボチャージャによるフィルタ上流の排気の圧力の上昇を最小にすることができ、前記誤判定を防止することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明による内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明による内燃機関を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２１】
図１は、本実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２３】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００２４】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２５】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２６】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２７】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２８】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。また、ターボチャージャの上流の吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１０が取り付けられている。
【００２９】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１１が設けられている。この吸気絞り弁１１には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１２が取り付けられている。
【００３０】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００３１】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３２】
一方、エンジン１には、排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３３】
前記排気枝管１３は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１４と接続され、この排気管１４は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３４】
前記排気管１４の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１６が設けられている。フィルタ１６は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能力のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を担持させている。
【００３５】
このＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。このときに放出される活性酸素によりフィルタ１６に捕集されたＰＭを酸化させ、フィルタ１６の目詰まりを防止することができる。
【００３６】
前記ターボチャージャ１５の下流で且つフィルタ１６より上流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第１排気温度センサ１７が取り付けられている。一方、フィルタ１６より下流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する第２排気温度センサ１８が取り付けられている。
【００３７】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１３へ排出され、次いで排気枝管１３から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３８】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１４を介してフィルタ１６へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された後マフラーを介して大気中に放出される。
【００３９】
また、排気枝管１３と吸気枝管８とは、排気枝管１３内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）１９を介して連通されている。このＥＧＲ通路１９の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１９内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２０が設けられている。
【００４０】
前記ＥＧＲ通路１９の途中でＥＧＲ弁２０より上流には、該ＥＧＲ通路１９内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２１が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２１には、冷却水通路（図示省略）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００４１】
一方、ＥＧＲクーラ２１の前後のＥＧＲ通路１９には、ＥＧＲクーラ迂回路１９ａの一端及び他端が夫々接続されている。ＥＧＲクーラ迂回路１９ａの一端とＥＧＲ通路１９との接続部位には、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２１若しくはＥＧＲクーラ迂回路１９ａの何れか一方を選択してＥＧＲガスを流通させるＥＧＲ通路切替弁２２が備えられている。
【００４２】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２０が開弁されると、ＥＧＲ通路１９が導通状態となり、排気枝管１３内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路１９へ流入する。ＥＧＲ通路切替弁２２がＥＧＲクーラ２１へＥＧＲガスを流通させる位置となっている場合には、ＥＧＲクーラ２１を経て吸気枝管８へ導かれる。一方、ＥＧＲ通路切替弁２２がＥＧＲクーラ迂回路１９ａへＥＧＲガスを流通させる位置となっている場合には、ＥＧＲクーラ２１を経ないで吸気枝管８へ導かれる。
【００４３】
排気枝管１３から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４４】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）２３が併設されている。このＥＣＵ２３は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００４５】
ＥＣＵ２３には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２３に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２３には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１２、ＥＧＲ弁２０、ＥＧＲ通路切替弁２２等が電気配線を介して接続され、制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２３は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００４６】
ところで、前記フィルタ１６に捕集されたＰＭは、ＮＯｘ触媒が活性温度以上であれば酸化除去されるが、活性温度以下の場合や、エンジン１から排出されるＰＭの量が多くＮＯｘ触媒で酸化が十分にできない場合等では、フィルタ上に次第に堆積してフィルタ１６の目詰まりを発生させることがある。この目詰まりにより、機関出力が低下したり、フィルタ１６が毀損したりする虞がある。従って、目詰まりが発生する前にフィルタ１６に捕集されたＰＭを除去する必要がある。ここで、フィルタ１６に捕集されたＰＭは、酸素過剰で且つ温度の高い雰囲気で酸化して除去することが可能である。
【００４７】
しかし、フィルタ１６に所定量以上のＰＭが捕集された後にフィルタ１６の再生処理を行うと、捕集されたＰＭが燃焼するときに発生する熱によりフィルタ１６が過熱し熱劣化を生じる虞がある。従って、所定量以上のＰＭが捕集される前にフィルタ１６の再生を行う必要があり、フィルタの再生時期を精度良く求めることが重要となる。
【００４８】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、フィルタの再生を行う時期を吸入新気量に基づいて定めていた。フィルタにＰＭが捕集されると、排気が通過するときの抵抗が大きくなり、フィルタ上流の排気の圧力が上昇する。すると、気筒２内の残留燃焼ガス量が多くなり、それに伴い機関に吸入される新気の量が少なくなる。このように、ＰＭの捕集量と吸入新気量とには相関関係があるため、吸入新気量を検出することによりＰＭの捕集量を判定することが可能となる。特に車両減速時であって、燃料の供給が停止されているときには、気筒内の燃焼状態や機関の運転状態から受ける吸入新気量の変化が少ないのでＰＭの捕集量を判定するのには好適である。
【００４９】
また、ＰＭの捕集量が増加するとＥＧＲ量が増加するため、吸入新気量が減少する。ここで、ＥＧＲ量の還流量が最大となるようにＥＧＲ弁を全開とすることにより、フィルタへ適当量のＰＭが捕集された時点では、吸入新気量が顕著に減少するため、多少の測定誤差があっても正確にフィルタの再生時期を判定することができる。しかし、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラを備えている場合には、該ＥＧＲクーラへ排気中のＰＭが付着しているとＥＧＲガスの還流量が変化してしまう。このようにＥＧＲガスの還流量が変化すると吸入新気量も変化するため、ＰＭ捕集量を誤判定する虞がある。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、車両減速中の燃料供給停止時にＥＧＲ弁２０を全開とし、且つＥＧＲ通路切替弁２２によりＥＧＲクーラ迂回路１９ａにＥＧＲガスを流通させて、このときに検出される吸入新気量に基づいてフィルタ１６に堆積したＰＭ量を判定することとした。このようにすることで、ＥＧＲクーラ２１の流通抵抗が変化しても吸入新気量が変化することを防止でき、精度の高いＰＭ捕集量の判定を行うことができる。
【００５１】
ＰＭ捕集量の判定は、エアフローメータ１０により検出された吸入新気量と予め実験等により求めた車両減速中の吸入新気量とを比較して行う。この比較は、機関回転数と吸入新気量との関係を予め実験等により求めてマップ化してＥＣＵ２３に記憶させたものを用いる。
【００５２】
尚、本実施の形態では、フィルタ１６に捕集されたＰＭの量が、該フィルタ１６の再生が必要な量か否かを判定し、フィルタ１６の再生が必要な場合にはフィルタ１６の再生処理を行うこととした。ここで、フィルタ１６の再生が必要となるＰＭの捕集量及びそのときの吸入新気量は予め実験等により求めておきＥＣＵ２３に記憶させておく。
【００５３】
次に、本実施の形態によるフィルタ１６の再生制御について説明する。
【００５４】
図２は、本実施の形態によるフィルタ１６の再生のフロー示したフローチャート図である。
【００５５】
ステップＳ１０１では、ＰＭの捕集量の判定するための条件が整っているか否かを示すＰＭ検出フラグがＯＮとなっているか否か判定される。このＰＭ検出フラグがＯＮとなっている場合には、ＰＭの捕集量の判定条件が整っていることを示している。例えば、車両の走行距離が所定値以上となったとき、機関に供給された燃料の総量が所定値以上となったとき、機関回転数と機関負荷とのマップにより求まるＰＭ排出量の積算値が所定値以上となったときにＰＭ検出フラグがＯＮにされる。
【００５６】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５７】
ステップＳ１０２では、車両が減速中か否か判定される。例えば、運転者によるアクセル（図示省略）の踏み込み量がゼロとなり、且つ燃料の供給が停止されたときであって、機関回転数が１２００回／分以上であるときに車両が減速中であると判定される。ここで、車両減速中には、燃費向上、減速感の増大のためにＥＣＵ２３により燃料噴射弁３からの燃料噴射が停止される。
【００５８】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００５９】
ステップＳ１０３では、吸気絞り弁１１が全開にされる。吸気絞り弁１１が全開にされると、吸入新気量が増加する。これにより、ＰＭの捕集による吸入新気量の変化が顕著に現れるようになり、フィルタ１６の再生時期の判定精度を向上させることができる。
【００６０】
ステップＳ１０４では、ＥＧＲ弁２０が全開にされる。これにより、ＥＧＲガス還流量を増加させる。これにより、ＰＭの捕集による吸入新気量の変化が顕著に現れるようになり、フィルタ１６の再生時期の判定精度を向上させることができる。
【００６１】
ステップＳ１０５では、ＥＧＲ通路切替弁２２を切り替えてＥＧＲクーラ迂回路１９ａにＥＧＲガスを流通させる。これにより、ＥＧＲクーラ２１の目詰まり等による吸入新気量の変化を抑制することができる。
【００６２】
ステップＳ１０６では、吸入新気量が検出される。吸入新気量はエアフローメータ１０の出力信号により求められる。
【００６３】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で検出された吸入新気量が所定値よりも小さいか否か判定される。この所定値は、再生が必要となる量のＰＭがフィルタ１６に捕集されたときの値であり、予め実験等により求めておく。ここで、ＰＭの捕集量が増加すると吸入新気量が減少するため、吸入新気量が所定値よりも小さいときにはフィルタ１６の再生が必要となる。
【００６４】
ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６５】
ステップＳ１０８では、フィルタ１６の再生が行われる。フィルタ１６の再生は、該フィルタ１６へ還元剤を供給して行われる。還元剤を供給する方法として、例えば排気中への燃料添加、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を燃料噴射弁３から噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等を採用することができる。このようにして、フィルタ１６に還元剤が供給された結果、フィルタ１６に流入する排気は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フィルタ１６に流入した還元剤によりセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属に一時的に保持された活性酸素が放出される。この活性酸素により、ＰＭが酸化されやすいものに変質し単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、還元剤の供給により、ＮＯｘ触媒の酸素被毒が除去され、ＮＯｘ触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。更に、還元剤の酸化反応によりフィルタ１６の温度が上昇する。これらにより、フィルタ１６に捕集されたＰＭは酸化燃焼され除去される。ここで、第１排気温度センサ１７は、フィルタ再生時にフィルタ１６の温度がフィルタの再生に必要な温度となっているか否か判定するために用いられる。また、第２排気温度センサ１８は、フィルタ再生時にフィルタ１６が過度に温度上昇したことを検出するために用いられる。
【００６６】
このようにして、フィルタ１６の再生時期を判定することが可能となり、フィルタ１６の再生を最適な時期に行うことが可能となる。
【００６７】
以上述べたように、本実施の形態によれば、車両減速中の燃料供給停止時であって、ＥＧＲクーラ２１を迂回させつつＥＧＲ弁２０を全開としたときに検出される吸入新気量に基づいてフィルタ１６の再生時期を判定することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、ターボチャージャ１５に可変容量型ターボチャージャを採用する。
【００６８】
尚、本実施の形態においては、第１の実施の形態と比較して、可変容量型ターボチャージャを採用している点が異なるものの、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００６９】
次に、可変容量型ターボチャージャ１５の具体的な構成について図３及び図４に基づいて説明する。
【００７０】
図３は、可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。
【００７１】
図４は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構を示す図である。
【００７２】
可変容量型ターボチャージャ（以下、単にターボチャージャという。）１５は、図３に示すように、コンプレッサハウジング１５ａとタービンハウジング１５ｂとをセンタハウジング１５ｃを介して連結して構成される。
【００７３】
センタハウジング１５ｃでは、ロータシャフト４８の一端は、コンプレッサハウジング１５ａ内に突出し、その突出部分には、複数のコンプレッサインペラ４６ａを備えたコンプレッサホイール４６が取り付けられている。
【００７４】
ロータシャフト４８の他端は、タービンハウジング１５ｂ内に突出し、その突出部分には、複数のタービンインペラ４７ａを備えたタービンホイール４７が取り付けられている。
【００７５】
コンプレッサハウジング１５ａにおいてセンタハウジング１５ｃと反対側に位置する部分には、コンプレッサハウジング１５ａ内に吸気を取り入れるための吸気取入口６２ａが形成されている。コンプレッサハウジング１５ａ内には、コンプレッサホイール４６の外周を包囲する渦巻き状のコンプレッサ通路６４が形成されると共に、コンプレッサホイール４６の内装部分とコンプレッサ通路６４とを連通する環状の送出通路６５が形成されている。コンプレッサ通路６４の終端部には、コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気を排出するための吸気排出口（図示省略）が形成されている。
【００７６】
一方、タービンハウジング１５ｂ内には、タービンホイール４７の外周を包囲する渦巻き状のスクロール通路６６が形成されると共に、タービンホイール４７の内装部分とスクロール通路６６とを連通する環状のノズル通路６７が形成されている。スクロール通路６６の基端部には、タービンハウジング１５ｂ内に排気を取り入れるための排気取入口（図示省略）が形成されている。タービンハウジング１５ｂにおいてセンタハウジング１５ｃと反対側に位置する部分には、タービンハウジング１５ｂ内の排気を排出するための排気排出口６３ａが設けられている。
【００７７】
更に、タービンハウジング１５ｂのセンタハウジング１５ｃ側には、可変ノズル機構７１が内装されている。この可変ノズル機構７１は、図４（ａ）、（ｂ）に示すようにリング状に形成されたノズルバックプレート７２を備えている。このノズルバックプレート７２は、ボルト（図示省略）によってタービンハウジング１５ｂに固定されている。続いて、ノズルバックプレート７２には、複数の軸７３が同プレート７２の円心を中心として等角度毎に設けられている。
【００７８】
各軸７３は、ノズルバックプレート７２をその厚さ方向に貫通して回転可能に支持されている。各軸７３の一端部（図４（ａ）中の左端部）には、ノズルベーン７４が固定されている。一方、軸７３の他端部（図４（ａ）中の右端部）には、軸７３と直行してノズルバックプレート７２の外縁部へ延びる開閉レバー７５が固定され、軸７３と開閉レバー７５とが一体で回転可能になっている。開閉レバー７５の先端には、二股に分岐した一対の挟持部７５ａが設けられている。
【００７９】
各開閉レバー７５とノズルバックプレート７２との間には、ノズルバックプレート７２と重なり合うように環状のリングプレート７６が設けられている。このリングプレート７６は、その円心を中心に周方向へ回転可能となっている。又、リングプレート７６には、その円心を中心として等角度毎に複数のピン７７が設けられており、それらピン７７が各開閉レバー７５の挟持部７５ａ間に回転可能な状態で挟持されている。
【００８０】
このように構成された可変ノズル機構７１では、上記したリングプレート７６がその円心を中心に回転されると、各ピン７７が各開閉レバー７５の挟持部７５ａをリングプレート７６の回転方向と同方向に押すことになる。その結果、開閉レバー７５が軸７３を回動させ、軸７３の回動に同期してノズルベーン７４が軸７３を中心に回動することになる。
【００８１】
例えば、ノズルベーン７４においてリングプレート７６の円心側に位置する端部をその円心から離脱させる方向に回動させるべくリングプレート７６が回動すると、隣接するノズルベーン７４間の間隙が狭くなり、ノズルベーン７４間の流路が閉じられることになる。
【００８２】
一方、ノズルベーン７４においてリングプレート７６の円心側に位置する端部をその円心に接近させる方向に回動させるべくリングプレート７６が回動すると、隣接するノズルベーン７４間の間隙が広くなり、ノズルベーン７４間の流路が開かれることになる。
【００８３】
次に、可変ノズル機構７１の駆動、即ち、リングプレート７６の回動駆動を行う機構について述べる。図３及び図４に示すように、リングプレート７６の外縁の一部には、軸線Ｌと同方向に延びるピン８６が取り付けられ、そのピン８６に駆動機構８２が連結されている。
【００８４】
駆動機構８２は、センタハウジング１５ｃにピン８６と平行にコンプレッサハウジング１５ａ側に延びた状態で回動自在に支持された支軸８３を備えている。この支軸８３のタービンハウジング１５ｂ側の端部（図３中の左側端部）には、ピン８６に対して回動可能に連結された駆動レバー８４が固定されている。支軸８３のコンプレッサハウジング１５ａ側の端部（図３中の右側端部）には、支軸８３を中心にして回動可能な操作片８５が取り付けられている。操作片８５は、負圧式のＶＮＴアクチュエータ８７に連結されている。
【００８５】
図５は、ＶＮＴアクチュエータ８７の概略構成図である。
【００８６】
ＶＮＴアクチュエータ８７は、図５に示すように、ダイヤフラム８８によって負圧室８７ａと大気室８７ｂとに区画されている。負圧室８７ａには、ダイヤフラム８８と直行する方向に伸縮動作するコイルスプリング８８ａが内装されている。更に、負圧室８７ａには、負圧通路８９が接続されており、負圧通路８９は、エンジン１のクランクシャフトに駆動連結されたバキュームポンプ９１に接続されている。負圧通路８９の途中には、エレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）９０が設けられている。
【００８７】
ＥＶＲＶ９０は、大気中に開口された大気導入口（図示省略）を備えており、ＥＶＲＶ９０よりＶＮＴアクチュエータ８７側に位置する負圧通路８９ａと大気導入口の導通と、ＥＶＲＶ９０よりバキュームポンプ９１側に位置する負圧通路８９ｂとＶＮＴアクチュエータ８７側の負圧通路８９ａの導通と、を切り換える。
【００８８】
尚、ＥＶＲＶ９０は、電磁ソレノイドを備えており、電磁ソレノイドが非励磁状態にあるときは、負圧通路８９ａと大気導入口とを導通状態に保持し、電磁ソレノイドが励磁状態にあるときは負圧通路８９ａと負圧通路８９ｂとを導通常状態に保持する。一方、ＶＮＴアクチュエータ８７の大気室８７ｂは、ＶＮＴアクチュエータ８７の外部（大気中）と連通し、大気室８７ｂ内の圧力が常に大気圧となるようになっている。
【００８９】
ダイヤフラム８８の大気室８７ｂ側には、コイルスプリング８８ａの伸長方向に延出したロッド８８ｂが突設されている。このロッド８８ｂは、大気室８７ｂを貫通してＶＮＴアクチュエータ８７の外部まで突出しており、その先端部が前記操作片８５に連結されている。
【００９０】
このように構成されたＶＮＴアクチュエータ８７では、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが非励磁状態にあるときは、負圧通路８９ａと大気導入口とが導通状態となり負圧室８７ａ内が大気圧となる。この場合、ＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂは、コイルスプリング８８ａの付勢力によって最も進出した状態に保持される。
【００９１】
また、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが励磁状態にあるときは、負圧通路８９ａと負圧通路８９ｂとが導通状態になり、ＶＮＴアクチュエータ８７の負圧室８７ａ内が負圧となる。この場合、ダイヤフラム８８がコイルスプリング８８ａの付勢力に抗して変位し、それに伴ってロッド８８ｂが最も退行した状態に保持される。
【００９２】
更に、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドの励磁と非励磁とをデューティ制御することにより、ロッド８８ｂの進退量を調整することが可能となる。
【００９３】
上記したようなＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂの進退動作により、前記操作片８５が回動される。操作片８５が回動されると、それに同期して支軸８３が回転し、支軸８３の回転に伴って駆動レバー８４が支軸８３を中心に回動する。その結果、駆動レバー８４がピン８６を介してリングプレート７６を周方向に押し、軸線Ｌを中心にリングプレート７６を回動させることになる。
【００９４】
以上述べた可変容量型ターボチャージャ１５では、駆動機構８２によってノズルベーン７４の回動方向と回動量とを調整することにより、ノズルベーン７４間の流路の向き、及びノズルベーン７４間の間隙を変更することが可能となる。即ち、ノズルベーン７４の回動方向と回動量とを制御することにより、スクロール通路６６からタービンホイール４７に吹き付けられる排気の方向と流速が調節されることになる。
【００９５】
例えば、エンジン１からの排気の量が少ない場合は、可変ノズル機構７１のノズルベーン７４を閉じるべく駆動機構８２を動作させることにより、タービンホイール４７に吹き付けられる排気の流速が高まると共に、排気とタービンインペラ４７ａとの衝突角度がより垂直に近づくため、少ない排気量でもタービンホイール４７の回転速度及び回転力を高めることが可能となる。
【００９６】
反対に、エンジン１からの排気の量が十分に多い場合は、可変ノズル機構７１のノズルベーン７４を開くべく駆動機構８２を動作させることにより、タービンホイール４７に吹き付けられる排気の流速の過剰な上昇が制御され、タービンホイール４７の回転速度及び回転力の過剰な上昇を抑制することが可能となる。
【００９７】
尚、本実施の形態では、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが非励磁状態にあって、ＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂが最も進出した状態のときに、ノズルベーン７４が最も開いた状態に保持され、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドが励磁状態にあって、ＶＮＴアクチュエータ８７のロッド８８ｂが最も退行した状態のときに、ノズルベーン７４が最も閉じた状態に保持されるものとする。
【００９８】
このように構成された、内燃機関の排気浄化装置では、可変容量型ターボチャージャのノズルベーン７４開度により、排気が通過するときの抵抗が変化するため、タービンハウジング１５ｂ上流の排気の圧力が変化する。従って、吸入新気量も変化してしまい、フィルタ１６の再生時期を誤判定する虞がある。即ち、車両減速中にノズルベーン７４の開度が閉じ側へ保持された状態では、排気抵抗が大きくなり、タービンハウジング１５ｂ上流の排気の圧力が上昇する。従って、吸入新気量は少なくなる。一方、ノズルベーン７４が開き側へ保持された状態では、吸入新気量が多くなる。
【００９９】
そこで、本実施の形態では、フィルタ１６の再生時期を判定するときには、ノズルベーン７４の開度を全開とし、排気が通過するときの抵抗が最小となるようにした。ここで、フィルタ１６の再生時期を判定するのは、車両減速時であるので、ノズルベーン７４を全開としても機関出力や排気エミッションにはほとんど影響を及ぼさない。
【０１００】
次に、本実施の形態によるフィルタ再生制御について説明する。
【０１０１】
本実施の形態によるフィルタ再生制御は、図２に示されるフィルタ再生制御のフローと比較して、ノズルベーン７４を全開とするステップが加わる点で相違する。
【０１０２】
即ち、本実施の形態によるフィルタ再生制御では、図２に示すフィルタ再生制御のフロー中ステップＳ１０５とステップＳ１０６との間にノズルベーン７４を全開とするステップを追加したものとなる。その他のステップについては同様なので説明を省略する。
【０１０３】
このようにして、ノズルベーン７４を全開とすることにより、吸入新気量の変化を抑制し、フィルタ再生時期を精度良く求めることができる。
【０１０４】
以上述べたように、本実施の形態によれば、車両減速中の燃料供給停止時であって、ＥＧＲクーラ２１を迂回させつつＥＧＲ弁２０を全開とし且つノズルベーン７４を全開としたときに検出される吸入新気量に基づいてフィルタ１６の再生時期を判定することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の排気浄化装置では、ＥＧＲクーラに粒子状物質が付着して排気の通過抵抗が増加しているか否かによらず吸入新気量からフィルタの再生時期を精度良く判定することができる。
【０１０６】
更に、可変容量型ターボチャージャを備えている場合であっても吸入新気量の変化を抑制してフィルタの再生時期を精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態によるエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態によるフィルタの再生のフロー示したフローチャート図である。
【図３】可変容量型ターボチャージャの構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構の側面視を示す図である。図４（ｂ）は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル機構の正面視を示す図である。
【図５】可変容量型ターボチャージャのＶＮＴアクチュエータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・エアフローメータ
１１・・・吸気絞り弁
１２・・・吸気絞り用アクチュエータ
１３・・・排気枝管
１４・・・排気管
１５・・・ターボチャージャ
１６・・・フィルタ
１７・・・第１排気温度センサ
１８・・・第２排気温度センサ
１９・・・ＥＧＲ通路
１９ａ・・ＥＧＲクーラ迂回路
２０・・・ＥＧＲ弁
２１・・・ＥＧＲクーラ
２２・・・通路切替弁
２３・・・ＥＣＵ
７４・・・ノズルベーン
【図１】
2004011603.tif 000003
【図２】
2004011603.tif 000004
【図３】
2004011603.tif 000005
【図４】
2004011603.tif 000006
【図５】
2004011603.tif 000007