(57)【要約】【課題】本発明の目的は、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気ガスの酸素濃度を均一な状態で制御し、フィルタの過昇温をより好適に防止することが可能な技術を提供することである。【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法は、排気ガス中の微粒子を捕集するパティキュレートフィルタの温度が、劣化温度以上となる可能性がある場合には、燃焼室に供給される排気ガス（ＥＧＲガス）量を所定量以下とすると共に、燃焼室に供給される吸気量を減少させることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの少なくとも一部を燃焼室に供給する排気ガス再循環手段を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
排気ガス中の微粒子を捕集する排気浄化手段と、
前記排気ガス再循環手段によって前記燃焼室内に供給される排気ガス量を制御する再循環排気ガス量制御手段と、
前記燃焼室内に供給される吸気量を制御する吸気量制御手段と、
前記排気浄化手段の温度が、該排気浄化手段の熱劣化が促進される温度、または、該排気浄化手段の溶損が生じる温度である劣化温度以上となる可能性があるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段によって、前記排気浄化手段の温度が前記劣化温度以上となる可能性があると判定されたときに、前記吸気量制御手段は、前記燃焼室に供給される排気ガス量を所定量以下とするとともに、前記再循環排気ガス量制御手段は、前記燃焼室に供給される吸気量を減少させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
排気ガスの流量が減少状態にあるか否かを判定する排気ガス流量判定手段と、をさらに備え、
該排気ガス流量判定手段によって、排気ガスの温度が所定温度より高く、且つ排気ガスの流量が減少状態にあると判定された場合、前記判定手段は、前記排気浄化手段の温度が前記劣化温度以上となる可能性があると判定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに備え、
該運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が減速運転状態である場合、前記排気ガス流量判定手段は、排気ガスの流量が減少状態にあると判定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備え、
前記吸気量制御手段は、該空燃比検出手段によって検出される排気ガスの空燃比が所定空燃比となるように、燃焼室内に供給される吸気量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気浄化手段に堆積した微粒子の堆積量を算出する堆積量算出手段をさらに備え、
前記吸気量制御手段は、該堆積量算出手段によって算出された微粒子の堆積量に基づき、前記燃焼室内に供給される吸気量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記吸気量制御手段は、前記堆積量算出手段によって算出された微粒子の堆積量が多い程、燃焼室に供給される吸気量をより少なくすることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記排気浄化手段の単位時間あたりの温度上昇率を算出する温度上昇率算出手段をさらに備え、
前記吸気量制御手段は、該温度上昇率算出手段によって算出された温度上昇率に基づき、前記燃焼室内に供給される吸気量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記吸気量制御手段は、前記温度上昇率算出手段によって算出された温度上昇率が高い程、前記吸気量制御手段は、燃焼室に供給される吸気量をより少なくすることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
排気ガスの少なくとも一部を燃焼室に供給する排気ガス再循環手段と、排気ガス中の微粒子を捕集する排気浄化手段と、を備えた内燃機関において、
前記排気浄化手段の温度が、該排気浄化手段の熱劣化が促進される温度、または、該排気浄化手段の溶損が生じる温度である劣化温度以上となる可能性がある場合には、前記燃焼室に供給される排気ガス量を所定量以下とするとともに、前記燃焼室に供給される吸気量を減少させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【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および排気浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中の微粒子（例えば、煤）を捕集するパティキュレートフィルタを備えた内燃機関において、パティキュレートフィルタが過昇温となる可能性があるときに、燃焼室に供給される排気ガス（ＥＧＲガス）を増量し、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比を小さくする排気ガス浄化方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１０６３２６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１８８４９３号公報
【特許文献３】
特開平５−４４４３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
排気ガス中の微粒子（例えば、煤）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を備えた内燃機関においては、減速時等、排気ガスの流量が減少した場合、フィルタ上において微粒子が酸化することによって発生した熱量が放出されにくくなるため、フィルタが過昇温となり、熱劣化が促進したり溶損が生じたりする虞がある。
【０００５】
このような場合、排気ガスの少なくとも一部を燃焼室に供給する排気ガス再循環装置を備えた内燃機関においては、燃焼室に供給される排気ガス（ＥＧＲガス）量を増加させることによって排気ガスの酸素濃度を低下させることで、微粒子の酸化を停止または抑制し、フィルタの過昇温を防止することが考えられる。しかしながら、前記のように、燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量を増加させることによって排気ガスの酸素濃度を低下させようとした場合、ＥＧＲガス量は気筒毎にばらつき易いため、排出される排気ガスの酸素濃度にも気筒毎にばらつきが生じ、フィルタに流入する排気ガスの酸素濃度分布が不均一となる虞がある。そのため、フィルタ上において排気ガスの酸素濃度が高いところでは、微粒子の酸化が急速に進行し過昇温となる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気ガスの酸素濃度を均一な状態で制御し、フィルタの過昇温をより好適に防止することが可能な技術を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を採用した。
即ち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法は、排気ガス中の微粒子を捕集する排気浄化手段（例えば、パティキュレートフィルタ）の温度が、該排気浄化手段の熱劣化が促進される温度、または、該排気浄化手段の溶損が生じる温度である劣化温度以上となる可能性がある場合には、燃焼室に供給される排気ガス（ＥＧＲガス）量を所定量以下とすると共に、燃焼室に供給される吸気量を減少させることを特徴とする。
【０００８】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
排気ガスの少なくとも一部を燃焼室に供給する排気ガス再循環手段を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
排気ガス中の微粒子を捕集する排気浄化手段と、
前記排気ガス再循環手段によって前記燃焼室内に供給される排気ガス量を制御する再循環排気ガス量制御手段と、
前記燃焼室内に供給される吸気量を制御する吸気量制御手段と、
前記排気浄化手段の温度が、該排気浄化手段の熱劣化が促進される温度、または、該排気浄化手段の溶損が生じる温度である劣化温度以上となる可能性があるか否かを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段によって、前記排気浄化手段の温度が前記劣化温度以上となる可能性があると判定されたときに、前記吸気量制御手段は、前記燃焼室に供給される排気ガス量を所定量以下とするとともに、前記再循環排気ガス量制御手段は、前記燃焼室に供給される吸気量を減少させることを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記所定量とは、排気浄化手段に流入する排気ガスの酸素濃度分布にほとんど影響を与えない程度の量のことであり、例えば、略零としても良い。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、燃焼室に供給される排気ガス（ＥＧＲガス）量を所定量以下とすることによって、排気浄化手段に流入する排気ガスの酸素濃度が不均一となることを防ぐことが出来ると共に、燃焼室に供給される吸気量を減少させることによって排気浄化手段に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させることが出来る。
【００１１】
その結果、排気浄化手段全体における微粒子の酸化が停止または抑制されるため、排気浄化手段の温度上昇も停止または抑制される。従って、排気浄化手段が前記劣化温度以上となる、即ち過昇温となることを防止することが出来る。
【００１２】
ここで、前記判定手段は、排気ガスの温度が所定温度より高く、且つ排気ガスの流量が減少状態にある場合、排気浄化手段の温度が前記劣化温度以上となる可能性があると判定するとしても良い。
【００１３】
これは、排気ガスの温度が高い場合、排気浄化手段において微粒子の酸化がより促進され易い状態、即ち、より過昇温となり易い状態となり、また、排気ガスの流量が多い場合は、排気浄化手段において微粒子が酸化されることによって生じる熱量が、該排気ガスによって放出され易いが、排気ガスの流量が減少すると、該熱量が放出されにくくなるため、微粒子の酸化が急速に促進され、排気浄化手段の温度が急上昇する虞があるためである。
【００１４】
ここで、前記所定温度とは、予め定められた温度であり、前記劣化温度より若干低めの温度としても良い。
【００１５】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気ガスの流量が減少状態となる場合とは、内燃機関の負荷が小さくなる時や、機関回転数が低くなる時、即ち、内燃機関が減速運転状態にある時としても良い。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化手段に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備えている場合、前記吸気量制御手段は、該空燃比検出手段によって検出される排気ガスの空燃比が所定空燃比となるように、燃焼室内に供給される吸気量を制御するとしても良い。
【００１７】
ここで、前記所定空燃比とは、排気浄化手段において微粒子の酸化が停止または抑制される空燃比のことである（例えば、Ａ／Ｆ＝１４〜１６）。
【００１８】
このように吸気量を制御することによって、排気ガスの空燃比を過剰にリッチにする、即ち排気ガスの酸素濃度を過剰に低下させることによる燃費悪化を防止することが出来る。
【００１９】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化手段に堆積した微粒子の堆積量を算出する堆積量算出手段をさらに備えている場合、前記吸気量制御手段は、該堆積量算出手段によって算出された微粒子の堆積量に基づき、燃焼室内に供給される吸気量を制御するとしても良い。
【００２０】
排気浄化手段に堆積した微粒子の堆積量が多い程、該微粒子の酸化によって発生する熱量は大きくなり過昇温となり易くなる。そのため、該微粒子の量が多い程、燃焼室に供給される吸気量をより少なくすることによって、排気ガスの酸素濃度を、該微粒子の酸化が停止または抑制される値まで小さくする。
【００２１】
このような吸気量制御により、排気浄化手段の過昇温をより確実に防止することが出来る。
【００２２】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化手段の単位時間あたりの温度上昇率を算出する温度上昇率算出手段をさらに備えている場合、前記吸気量制御手段は、該温度上昇率算出手段によって算出された温度上昇率に基づき、燃焼室内に供給される吸気量を制御するとしても良い。
【００２３】
排気浄化手段の単位時間あたりの温度上昇率が高い程、該排気浄化手段は過昇温となり易い。そのため、該温度上昇率が高い程、燃焼室に供給される吸気量をより少なくすることによって、排気ガスの酸素濃度を、排気浄化手段における微粒子の酸化が停止または抑制される値まで小さくする。
【００２４】
このような吸気量制御によって、前記と同様、排気浄化手段の過昇温をより確実に防止することが出来る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明をディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【００２７】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する多気筒ディーゼル機関である。
【００２８】
内燃機関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。該コモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２９】
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。前記燃料ポンプ６は、内燃機関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が内燃機関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。
【００３０】
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。
【００３１】
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に駆動電圧が印加されると、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の燃焼室へ燃料が噴射される。
【００３２】
次に、内燃機関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の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００３３】
前記吸気枝管８は、吸気管９と接続され、前記吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。該エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流れ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１１と、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と、該コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６と、が取り付けられている。
【００３４】
さらに、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内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。前記吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３５】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が各気筒２の燃焼室と排気ポート３０を介して連通している。
【００３６】
前記排気枝管１８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。該タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続されている。該排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００３７】
前記排気管１９の途中には、排気ガス中の微粒子（例えば、煤）を捕集するパティキュレートフィルタ２０が配置されている。
【００３８】
パティキュレートフィルタ２０は、本発明に係る排気浄化手段の一実施態様であり、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）や、多孔質の基材からなるウォールフロー型のパティキュレートフィルタに白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯｘ吸蔵剤とが担持されたＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒を例示することができる。尚、以下では、パティキュレートフィルタ２０を単にフィルタ２０と称するものとする。
【００３９】
フィルタ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流れる排気ガスの空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ２３と、該排気管１９内を流れる排気ガスの圧力に対応した電気信号を出力する排気管圧力センサ２８とが取り付けられている。また、フィルタ２０より上流および下流の排気管１９には、それぞれ該排気管１９内を流れる排気ガス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２４、第２排気温度センサ２９が取り付けられている。
【００４０】
また、内燃機関１には、該内燃機関１の排気系を流れる排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる排気再循環装置４０が設けられている。排気再循環装置４０は、排気枝管１８からシリンダヘッド内を通って吸気枝管８の集合部に至るよう形成された排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５と、電磁弁等からなり印加電圧の大きさに応じてＥＧＲ通路２５内を流れる排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を調整する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６と、ＥＧＲ弁２６より上流のＥＧＲ通路２５に設けられ該ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７とを備えている。
【００４１】
このように構成された排気再循環装置４０では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部が、前記ＥＧＲ通路２５を通り、ＥＧＲクーラによって冷却され、吸気支管８の集合部へ流入する。吸気支管８へ流入した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の燃焼室へ分配され、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００４２】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低くなり、以て窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。
【００４３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００４４】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気管圧力センサ１７、空燃比センサ２３、排気管圧力センサ２８、第１排気温度センサ２４、第２排気温度センサ２９、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６等の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ＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００４５】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続され、上記各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００４６】
ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、空燃比センサ２３や第１排気温度センサ２４、第２排気温度センサ２９の出力信号等に基づきフィルタ２０に流入する排気ガスの空燃比をフィードバック制御する。また、ＥＣＵ３５は、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔等に基づき機関回転数を算出し、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等に基づき機関負荷を算出する。
【００４７】
ところで、前記フィルタ２０は、活性酸素放出剤を担持しており、該活性酸素放出剤の活性温度（例えば、約６００℃以上）となると、捕集した微粒子を酸化せしめるが、この酸化によって発生した熱量等によって温度が高くなり過ぎる（例えば、６５０℃以上）と熱劣化が促進されたり溶損したりする虞がある。
【００４８】
そのため、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、フィルタ２０が過昇温となる可能性がある場合、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度を小さくすることによって、排気ガスの酸素濃度を低下させ、微粒子の酸化を停止または抑制し、フィルタ２０の温度上昇を停止または抑制する。
【００４９】
次に、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御について図２に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５０】
図２に示すフローチャートは、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の第１の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。この開度制御ルーチンは、ＥＣＵ３５によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、予めＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶されている。
【００５１】
この開度制御ルーチンでは、ＥＣＵ３５は、先ずＳ１０１において、機関回転数ＮＥと機関負荷Ｑとを読み込む。
【００５２】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０２に進み、エアフローメータ１１の出力値より吸気管９内を流れる吸気量Ｇａを読み込み、第２排気温度センサ２９の出力値よりフィルタ２０より下流の排気管１９内を流れる排気ガスの温度ｔを読み込む。
【００５３】
前記Ｓ１０２において、吸気量Ｇａと排気温度ｔとを読み込んだＥＣＵ３５は、Ｓ１０３に進み、排気温度ｔが第１所定温度αより高いか否かを判別する。該第１所定温度αは予め定められた値であり、フィルタ２０の熱劣化が促進される、または溶損が生じる温度よりも若干低い温度とする。
【００５４】
フィルタ２０より下流の排気温度ｔが第１所定温度α以下の場合、フィルタ２０が過昇温となる可能性は小さいため、前記Ｓ１０３において、排気温度ｔが第１所定温度α以下と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０７に進み、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御を内燃機関１の運転状態等に基づく通常制御とし、本ルーチンの実行を終了する。
【００５５】
一方、前記Ｓ１０３において、排気温度ｔが第１所定温度αより高いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０４に進み、前記Ｓ１０１にて算出した機関回転数ＮＥおよび機関負荷Ｑ等に基づき、内燃機関１が減速運転状態にあるか否かを判別する。
【００５６】
ここで、内燃機関１が減速運転状態にある時としては、機関回転数ＮＥが低くなる時や、機関負荷Ｑが小さくなる時が例示できる。
【００５７】
フィルタ２０における微粒子の酸化によって発生する熱量は、排気ガスの流量が多い場合、この排気ガスによって放出され易いため、フィルタ２０の温度上昇は抑制される。しかしながら、内燃機関１が減速運転状態にある場合、排気ガスの流量は減少するため、前記熱量は排出されにくくなり、微粒子の酸化が急速に促進し、フィルタ２０の温度が急上昇する虞がある。
【００５８】
そこで、前記Ｓ１０４において、内燃機関１が減速運転状態にないと判定された場合、フィルタ２０が過昇温となる可能性は小さいため、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０７に進み、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御を内燃機関１の運転状態等に基づく通常制御とし、本ルーチンの実行を終了する。
【００５９】
一方、前記Ｓ１０４において、内燃機関１が減速運転状態にあると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０５に進み、ＥＧＲ弁２６の開度を略零に制御すると共に、吸気絞り弁１３の開度を閉じ側に制御する。
【００６０】
各気筒に流入するＥＧＲガスの量は気筒毎にばらつき易いため、排出される排気ガスの酸素濃度も気筒毎にばらつきが生じ易い。そのため、ＥＧＲガスが供給されている場合、フィルタに流入する排気ガスの酸素濃度分布を均一に制御することは困難である。
【００６１】
そこで、本実施の形態においては、ＥＧＲ弁２６の開度を略零とすることによって、各気筒の燃焼室に供給されるＥＧＲガス量を略零とし、排気ガスの酸素濃度分布が均一となるようにする。
【００６２】
尚、前記Ｓ１０５におけるＥＧＲ弁２６の開度を、各気筒の燃焼室に供給されるＥＧＲガス量がフィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度分布にほとんど影響を与えない程度量となるような開度としても良い。
【００６３】
さらに、本実施の形態においては、吸気絞り弁１３の開度を閉じ側に制御することによって、各気筒の燃焼室に供給される吸気量を減少させ、フィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度を小さくする。該排気ガスの酸素濃度が小さくなると、フィルタ２０における微粒子の酸化が停止または抑制されるため、フィルタ２０の温度上昇を停止または抑制することが出来る。
【００６４】
尚、前記Ｓ１０５において制御される吸気絞り弁１３の開度は、フィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度が、フィルタ２０における微粒子の酸化が停止または抑制される濃度となるような開度であり、機関回転数ＮＥ、機関負荷Ｑ、吸気量Ｇａ等に基づき予め定められたＭＡＰによって算出されるとしても良い。
【００６５】
前記Ｓ１０５において、ＥＧＲ弁２６の開度を略零に制御すると共に、吸気絞り弁１３の開度を閉じ側に制御したＥＣＵ３５は、Ｓ１０６に進み、排気温度ｔが第２所定温度βより低いか否かを判別する。
【００６６】
ここで、第２所定温度βは第１所定温度αよりも低く、予め定められた値であり、例えば、フィルタ２０に担持された活性酸素放出剤の活性温度の下限値近傍の温度としても良い。
【００６７】
前記Ｓ１０６において、排気温度ｔが第２所定温度β以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、前記Ｓ１０５に戻る。
【００６８】
一方、前記Ｓ１０６において、排気温度ｔが第２所定温度βより低いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０７に進み、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御を内燃機関１の運転状態等に基づく通常制御とし、本ルーチンの実行を終了する。
【００６９】
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置および方法によれば、排気温度ｔが第１所定温度αよりも高く、且つ内燃機関１が減速運転状態の時は、フィルタ２０の熱劣化が促進される可能性がある、または溶損が生じる可能性があると判断し、各気筒の燃焼室に供給されるＥＧＲガス量を略零とすると共に、各気筒の燃焼室に供給される吸気量を減少させる。
【００７０】
各気筒の燃焼室に供給されるＥＧＲガス量を略零とすると共に、各気筒の燃焼室に供給される吸気量を減少させることによって、フィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度を均一に低下させることが出来るため、フィルタ２０全体における微粒子の酸化を停止または抑制することが可能となる。その結果、フィルタ２０の過昇温を防止することが出来る。
【００７１】
尚、本実施の形態に係るフィルタ２０を、活性酸素放出剤を担持していないフィルタとしてもよい。このような場合においても、フィルタの周囲温度が高温となり且つ周囲雰囲気が酸素過剰雰囲気となると、該フィルタに捕集された微粒子は酸化される。そのため、活性酸素放出剤等を担持せず、単に排気ガス中の微粒子を捕集するフィルタであっても、該微粒子の酸化によって該フィルタは過昇温となる虞がある。
【００７２】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第２の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、本実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成は上述した第１の実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置と同様であるため説明を割愛する。
【００７３】
図３に示すフローチャートは、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。この開度制御ルーチンは、ＥＣＵ３５によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、予めＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶されている。
【００７４】
本ルーチンのＳ１０１〜Ｓ１０７は上述した第１の実施の形態において図２に示した吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンと同様である。従って、上述した第１の実施の形態において図２に示した吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンとは異なるＳ２０８およびＳ２０９についてのみ説明する。
【００７５】
本ルーチンでは、Ｓ１０６において、排気温度ｔが第２所定温度β以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ２０８に進む。
【００７６】
前記Ｓ２０８において、ＥＣＵ３５は、空燃比センサ２３の出力値よりフィルタ２０に流入する排気ガスの空燃比Ｒを読み込む。
【００７７】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ２０９に進み、排気ガスの空燃比が所定空燃比τとなるよう吸気量を制御するために吸気絞り弁１３の開度を補正する。
【００７８】
ここで、前記所定空燃比τはフィルタ２０において微粒子の酸化が停止または抑制されることになる空燃比であり、実験的または経験的に予め定められた値である（例えば、Ａ／Ｆ＝１４〜１６）。
【００７９】
また、前記Ｓ２０９における吸気絞り弁１３の開度補正量は、前記Ｓ２０８において読み込まれる排気ガスの空燃比Ｒと所定空燃比τとの差等に基づくＭＡＰから算出される。該ＭＡＰは、ＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに予め記憶されている。
【００８０】
前記Ｓ２０９において吸気絞り弁１３の開度を補正したＥＣＵ３５は、Ｓ１０６に戻る。
【００８１】
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置および方法によれば、フィルタ２０における微粒子の酸化を停止または抑制させるために排気ガスの空燃比を制御するときに、排気ガスの空燃比を過剰にリッチにする、即ち排気ガスの酸素濃度を過剰に低下させることによる燃費悪化を防止することが出来る。
【００８２】
＜第３の実施の形態＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第３の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、本実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成は上述した第１の実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置と同様であるため説明を割愛する。
【００８３】
図４に示すフローチャートは、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。この開度制御ルーチンは、ＥＣＵ３５によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、ＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに予め記憶されている。
【００８４】
本ルーチンのＳ１０１〜Ｓ１０７は上述した第１の実施の形態において図２に示した吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンと同様である。従って、上述した第１の実施の形態において図２に示した吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンとは異なるＳ３０８およびＳ３０９についてのみ説明する。
【００８５】
本ルーチンでは、Ｓ１０６において、排気温度ｔが第２所定温度β以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ３０８に進む。
【００８６】
前記Ｓ３０８において、ＥＣＵ３５は、フィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量Ｓを算出する。
【００８７】
ここで、フィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量Ｓを算出する算出方法について説明する。
【００８８】
例えば、フィルタ２０を新品の状態で排気管１９の所定位置に取り付けたときに、該フィルタ２０より上流の排気管１９に設けられた排気管圧力センサ２８の出力値を、機関回転数ＮＥや機関負荷Ｑ等に基づくＭＡＰとしてＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶しておき、本ルーチンを実行したときの排気管圧力センサ２８の出力値とＲＯＭに記憶されたフィルタ２０新品時の排気管圧力センサ２８の出力値とを同条件（同運転状態）で比較することによって、フィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量Ｓを算出しても良い。
【００８９】
フィルタ２０に微粒子が堆積すると、該フィルタ２０が目詰まりすることになる。そのため、微粒子の堆積量が多くなるほど該フィルタ２０より上流の排気ガス圧力は上昇することになる。従って、前記のように、同条件（同運転状態）における該フィルタ２０より上流の排気ガス圧力を、本ルーチン実行時と該フィルタ２０新品時とで比較することによって、該フィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量Ｓを算出することが出来る。
【００９０】
また、例えば、フィルタ２０を新品の状態で排気管１９の所定位置に取り付けたときに、該フィルタ２０より上流の排気管１９に設けられた第１排気温度センサ２４によって検出された排気温度と該フィルタ２０より下流の排気管１９に設けられた第２排気温度センサ２９によって検出された排気温度との差（以下、単に排気温度差と称する）を、機関回転数ＮＥや機関負荷Ｑ等に基づくＭＡＰとしてＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶しておき、本ルーチンを実行したときの排気温度差とＲＯＭに記憶されたフィルタ２０新品時の排気温度差とを同条件（同運転状態）で比較することによってフィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量Ｓを算出しても良い。
【００９１】
フィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量が多くなると、該微粒子が酸化することによって発生する熱量が大きくなるため、該フィルタ２０を流通する排気ガスの温度も上昇することになる。そのため、微粒子の堆積量が多くなると排気温度差は大きくなる。従って、前記のように、同条件（同運転状態）における排気温度差を、本ルーチン実行時とフィルタ２０新品時とで、比較することによって該フィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量Ｓを算出することが出来る。
【００９２】
前記Ｓ３０８において、フィルタ２０に堆積した微粒子の堆積量Ｓを算出したＥＣＵ３５は、Ｓ３０９に進み、該堆積量Ｓに基づき吸気絞り弁１３の開度を補正する。つまり、ＥＣＵ３５は、該堆積量Ｓが多いほど吸気絞り弁１３の開度をより小さくする。
【００９３】
前記したように、微粒子の堆積量が多いほど該微粒子が酸化することによって発生する熱量は大きくなるため、フィルタ２０の温度は上昇し易くなる。そこで、微粒子の堆積量Ｓが多いほど吸気絞り弁１３の開度をより小さし、吸気量を減少させることによって、フィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度を該微粒子の酸化が停止または抑制される値まで小さくする。
【００９４】
尚、微粒子の堆積量Ｓと吸気絞り弁１３の開度との関係は、実験的または経験的に予め求められており、ＭＡＰとしてＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶されている。
【００９５】
前記Ｓ３０９において吸気絞り弁１３の開度を補正したＥＣＵ３５は、Ｓ１０６に戻る。
【００９６】
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法によれば、より確実にフィルタ２０の過昇温を防止することが出来る。
【００９７】
＜第４の実施の形態＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第４の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００９８】
図５は、本実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成は、フィルタ２０に該フィルタ２０の温度に対応した電気信号を出力するフィルタ温度センサ３７設置されている以外は前述した第１の実施の形態における図１に示した内燃機関とその排気浄化装置の概略構成と同様である。該フィルタ温度センサ３７も他の各種センサと同様に電気配線を介してＥＣＵ３５に接続されており、出力信号が該ＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００９９】
次に、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御について図６に示すフローチャートに沿って説明する。
【０１００】
図６に示すフローチャートは、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における、吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。この開度制御ルーチンは、ＥＣＵ３５によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、予めＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶されている。
【０１０１】
本ルーチンのＳ１０１〜Ｓ１０７は上述した第１の実施の形態において図２に示した吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンと同様である。従って、上述した第１の実施の形態において図２に示した吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の開度制御ルーチンとは異なるＳ４０８およびＳ４０９についてのみ説明する。
【０１０２】
本ルーチンでは、Ｓ１０６において、排気温度ｔが第２所定温度β以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ４０８に進む。
【０１０３】
前記Ｓ４０８において、ＥＣＵ３５は、フィルタ温度センサ３７の出力値からフィルタ２０の単位時間あたりの温度上昇率Ｕを算出する。
【０１０４】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ４０９に進み、前記Ｓ４０８において算出した温度上昇率Ｕに基づき吸気絞り弁１３の開度を補正する。つまり、ＥＣＵ３５は、該温度上昇率Ｕが高いほど吸気絞り弁１３の開度をより小さくし、フィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度が該微粒子の酸化が停止または抑制される値となるよう吸気量を減少させる。
【０１０５】
尚、本実施の形態においては、フィルタ温度センサ３７の出力値からフィルタ２０の単位時間あたりの温度上昇率Ｕを算出するとしたが、フィルタ２０より下流の排気管１９に設置された第２排気温度センサ２９の出力値からフィルタ２０の単位時間あたりの温度上昇率Ｕを算出しても良い。
【０１０６】
また、フィルタ２０の温度上昇率Ｕと吸気絞り弁１３の開度との関係は、実験的または経験的に予め求められており、ＭＡＰとしてＥＣＵ３５に備えられたＲＯＭに記憶されている。
【０１０７】
前記Ｓ４０９において吸気絞り弁１３の開度を補正したＥＣＵ３５は、Ｓ１０６に戻る。
【０１０８】
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法によれば、前述した第３の実施の形態と同様、より確実にフィルタ２０の過昇温を防止することが出来る。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置および排気浄化方法によれば、排気ガスの酸素濃度を均一な状態で制御することが可能となる。その結果、フィルタ全体における微粒子の酸化を停止または抑制することが出来るため、フィルタの過昇温をより好適に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図
【図２】吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の第１の開度制御ルーチンを示すフローチャート
【図３】吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の第２の開度制御ルーチンを示すフローチャート
【図４】吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の第３の開度制御ルーチンを示すフローチャート
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図
【図６】吸気絞り弁１３およびＥＧＲ弁２６の第４の開度制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・クランクプーリ
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・・・・吸気支管
９・・・・吸気管
１０・・・エアクリーナボックス
１１・・・エアフローメータ
１３・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り弁用アクチュエータ
１５・・・遠心過給機（ターボチャージャ）
１５ａ・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・タービンハウジング
１６・・・インタークーラ
１７・・・吸気管圧力センサ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・排気浄化触媒
２３・・・空燃比センサ
２４・・・第１排気温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・排気管圧力センサ
２９・・・第２排気温度センサ
３０・・・排気ポート
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
３７・・・フィルタ温度センサ
４０・・・排気再循環装置
【図１】
2004251170.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004251170.tif 000005
【図４】
2004251170.tif 000006
【図５】
2004251170.tif 000007
【図６】
2004251170.tif 000008