(57)【要約】【課題】排気通路における上流側に酸化触媒を有し、その下流側にフィルタを有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、フィルタの再生処理中のフィルタ温度を好適に維持するとともに、酸化触媒の温度低下を抑制できる技術を提供する。【解決手段】排気ガスが酸化触媒及びフィルタの両方を通過する第１の排気経路と、排気ガスが酸化触媒をバイパスし、フィルタを通過する第２の排気経路と、排気ガスが酸化触媒とフィルタとを共にバイパスする第３の排気経路とを選択可能とし、フィルタの再生処理において（Ｓ１０１）、第１の排気経路を選択するとともに（Ｓ１１１）、酸化触媒に燃料を供給する（Ｓ１１２）ことによりフィルタ温度を上昇させ、また、第２の排気経路と前記代３の排気経路を交互に選択する（Ｓ１０８、Ｓ１０９）ことにより、フィルタの温度を所定温度範囲に維持する。【選択図】図２
2005330944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられるとともに酸化能を有する触媒と、
前記排気通路における前記触媒の下流側に設けられ、前記排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕集するとともに、捕集した微粒子物質を酸化除去する再生処理によって前記微粒子物質の捕集能力が再生されるフィルタと、
前記再生処理において、前記触媒の上流から前記触媒に還元剤としての燃料を供給する燃料供給手段と、
前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒及び、前記フィルタの両方を通過させる第１の排気経路と、
前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒をバイパスさせるとともに、前記フィルタを通過させる第２の排気経路と、
前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒と前記フィルタとを共にバイパスさせる第３の排気経路と、
前記排気に前記第１、第２及び第３の排気経路のうちのどの排気経路を通過させるかを選択する排気経路切換バルブと、を備え、
前記再生処理において、前記燃料供給手段から前記触媒に燃料を供給するとともに、前記排気経路切換バルブによって前記第１の排気経路を選択することにより前記フィルタの温度を上昇させ、前記燃料供給手段からの燃料供給の停止中は、前記排気経路切換バルブによって、前記第２の排気経路と前記代３の排気経路を交互に選択することにより、前記フィルタの温度を所定温度範囲に維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記フィルタの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記再生処理における、前記燃料供給手段から前記触媒への燃料供給の停止中は、前記温度検出手段によって検出された前記フィルタの温度が所定の第１温度以上である場合には、前記排気経路切換バルブによって前記第３の排気経路を選択し、前記温度検出手段によって検出された前記フィルタの温度が前記第１温度より低い所定の第２温度以下である場合には、前記排気経路切換バルブによって前記第２の排気経路を選択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システム。
【請求項３】
前記温度検出手段によって検出された前記フィルタの温度が前記第２温度より低い所定の第３温度以下である場合に、前記燃料供給手段から前記触媒に燃料を供給するとともに、前記排気経路切換バルブによって前記第１の排気経路を選択することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。
【０００３】
かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下する。これに対しフィルタの上流側の排気温度を上昇させることにより、捕集された微粒子物質を酸化除去し、フィルタの排気浄化性能の再生を図るようにしている（以下、「フィルタの再生処理」という。）。
【０００４】
ここで、上記再生処理においてフィルタの上流側の排気温度を上昇させる方法として、フィルタの上流側に酸化能を有する酸化触媒を配置し、再生処理時に、該酸化触媒に還元剤としての燃料を供給する方法が知られている。このことにより、該酸化触媒において燃料の酸化反応を起し、フィルタの上流側の排気温度を上昇させることができる。
【０００５】
しかし、上記方法によってフィルタの上流側の排気温度を上昇させた後、前記酸化触媒への燃料の供給を停止した場合、酸化触媒における燃料の酸化反応による熱が、燃料の供給停止後に酸化触媒に導入される排気によって持ち去られ、せっかく高温になった酸化触媒の温度が低下してしまう場合があった。その結果、次回に前記酸化触媒に燃料を供給した場合に、前記酸化触媒における燃料の酸化反応が抑制されてしまう場合があった。
【０００６】
一方、フィルタの再生処理中に、内燃機関の運転状態が高機関負荷、高機関回転数になった場合には、前記フィルタに導入される排気の温度が高くなり、フィルタにおける微粒子物質の酸化反応が過剰に活発化するため、フィルタの温度が異常に高温になることがあった。また、フィルタの温度が高温の時に内燃機関がアイドル状態になった場合にも、フィルタを流通する排気ガス量が減少し、排気ガスにより持ち去られる熱量が減少するため、フィルタの温度が異常に高温になることがあった。（以下、これらの状態を「フィルタがＯＴする」という。)。これに対して、フィルタをバイパスするバイパス通路を備え、フィルタ温度が所定温度を超えている場合には、高温の排気に、フィルタをバイパスさせてフィルタ温度を低下させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
このように、フィルタをバイパスするバイパス路を備えた場合でも、内燃機関からの排気が、前記酸化触媒を常に通過しているため、前記酸化触媒の温度低下を防止することは困難であった。
【特許文献１】特開平０６−１７３６４０号公報
【特許文献２】特開平０５−２９６０２４号公報
【特許文献３】特開平０８−３１９８２０号公報
【特許文献４】特開平０５−１０６４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的とするところは、フィルタの再生処理中において、フィルタの温度を前記再生処理に好適な温度に維持するとともに、フィルタの上流に配置された酸化触媒の温度
低下を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気通路に備えられた酸化触媒と、酸化触媒の下流側に備えられたフィルタとを有するとともに、前記フィルタの再生処理においては、前記酸化触媒に燃料を供給して前記フィルタの温度を上昇させ、前記酸化触媒に燃料が供給されない間は、内燃機関からの排気に前記フィルタを通過させる排気経路と、前記フィルタをバイパスさせる排気経路とを切換えることにより前記フィルタの温度を制御する内燃機関の排気浄化システムであって、フィルタの再生処理中において前記酸化触媒に燃料が供給されない間は、内燃機関からの排気に前記酸化触媒をもバイパスさせることを最大の特徴とする。
【００１０】
より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられるとともに酸化能を有する触媒と、
前記排気通路における前記触媒の下流側に設けられ、前記排気通路を通過する排気中の微粒子物質を捕集するとともに、捕集した微粒子物質を酸化除去する再生処理によって前記微粒子物質の捕集能力が再生されるフィルタと、
前記再生処理において、前記触媒の上流から前記触媒に還元剤としての燃料を供給する燃料供給手段と、
前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒及び、前記フィルタの両方を通過させる第１の排気経路と、
前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒をバイパスさせるとともに、前記フィルタを通過させる第２の排気経路と、
前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒と前記フィルタとを共にバイパスさせる第３の排気経路と、
前記排気に前記第１、第２及び第３の排気経路のうちのどの排気経路を通過させるかを選択する排気経路切換バルブと、を備え、
前記再生処理において、前記燃料供給手段から前記触媒に燃料を供給するとともに、前記排気経路切換バルブによって前記第１の排気経路を選択することにより前記フィルタの温度を上昇させ、前記燃料供給手段からの燃料供給の停止中は、前記排気経路切換バルブによって、前記第２の排気経路と前記代３の排気経路を交互に選択することにより、前記フィルタの温度を所定温度範囲に維持することを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記再生処理においては、上述のように前記燃料供給手段から前記触媒に還元剤としての燃料が供給される。そのことにより、前記触媒において燃料の酸化反応が起こり、その反応熱によって前記触媒から排出される排気温度が上昇する。その結果、フィルタの温度を上昇させることができ、フィルタに捕集された微粒子物質を酸化除去させることができる。
【００１２】
しかし、上記の方法によって触媒から排出される排気温度を上昇させた後、前記触媒への燃料の供給を停止した場合、前記触媒における燃料の酸化反応による熱が、燃料の供給停止後に前記触媒に導入される排気によって持ち去られ、せっかく高温になった前記触媒の温度が低下してしまう場合があった。そうすると、次回に前記触媒に燃料を供給した場合に、前記触媒における燃料の酸化反応が起きづらくなり、前記触媒から排出される排気温度を上昇させづらくなる場合があった。
【００１３】
一方、上述のように、前記燃料供給手段から前記触媒への燃料の供給が停止した後は、前記触媒から排出される排気の温度は低下する。しかし、前記フィルタが高温となった状態で、前記フィルタに排気中の酸素が供給されると、前記フィルタ内の微粒子物質の酸化が促進され、前記フィルタがさらに高温になる。その結果、フィルタの温度が過度に高くなり、フィルタがＯＴする場合があった。
【００１４】
そこで、本発明においては、前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒及び、前記フィルタの両方を通過させる第１の排気経路と、前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒をバイパスさせるとともに、前記フィルタを通過させる第２の排気経路と、前記内燃機関から排出された排気に、前記触媒と前記フィルタとを共にバイパスさせる第３の排気経路と、排気の流通経路として前記第１、第２及び第３の排気経路のうちいずれかを選択する排気経路切換バルブと、を備え、前記再生処理においては、前記燃料供給手段から前記触媒に燃料を供給するとともに、前記排気経路切換バルブによって前記第１の排気経路を選択することにより前記フィルタの温度を上昇させ、前記触媒に燃料が供給されない間は、前記排気経路切換バルブによって、前記第２の排気経路と前記第３の排気経路を交互に選択することにより、前記フィルタの温度を所定の温度範囲に維持することとした。
【００１５】
こうすれば、前記フィルタの再生中において前記内燃機関からの排気が前記触媒を通過するのは、前記触媒に還元剤としての燃料を供給する間のみであり、前記第２の排気通路と、前記第３の排気通路とを切換えることにより前記フィルタの温度を所定の温度範囲に維持している間には、前記内燃機関からの排気は前記触媒を通過しない。
【００１６】
この結果、前記内燃機関からの排気がせっかく高温になった前記触媒の熱を持ち去ることにより、前記触媒の温度が低下し、次回の前記触媒への燃料供給時に燃料の酸化反応が起きづらくなることを抑制できる。結果として、より確実にフィルタの再生処理を実施できる。
【００１７】
すなわち、本発明において、排気の通過経路として前記第２の排気経路を選択した場合には、前記触媒を冷却させることなく、且つ前記フィルタに酸素を供給することができ、前記フィルタにおける微粒子物質の酸化を促進してフィルタの温度を上昇させることができる。一方、排気の通過経路として前記第３の排気経路を選択した場合には、前記触媒を冷却させることなく、前記フィルタへの酸素供給を遮断し、前記フィルタにおける微粒子物質の酸化を抑制し、フィルタの温度を低下させることができる。
【００１８】
このことより、本発明においては、前記燃料供給手段から、前記触媒に燃料を供給することにより、前記触媒において燃料の酸化反応を起し、その熱によって前記フィルタの温度を上昇させ、前記触媒への燃料供給の停止中には、前記排気の排気経路として、第２の排気経路と第３の排気経路とを交互に選択することにより、前記フィルタの温度を所定温度範囲に維持することができる。従って、前記フィルタの温度維持のために消費する燃料の量を低減できる。結果として、フィルタの再生処理における燃費を向上させることができる。
【００１９】
ここで、所定温度範囲とは、フィルタの再生処理を良好に継続可能な温度範囲である。具体的には、フィルタにおける微粒子物質の酸化反応の継続が可能であり、且つ、フィルタがＯＴしない温度範囲であり、実験的に求めても良い。
【００２０】
また、本発明においては、前記フィルタの温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記再生処理における、前記燃料供給手段から前記触媒への燃料供給の停止中は、前記温度検出手段によって検出された前記フィルタの温度が所定の第１温度以上である場合には、前記排気経路切換バルブによって前記第３の排気経路を選択し、前記温度検出手段によって検出された前記フィルタの温度が前記第１温度より低い所定の第２温度以下である場合には、前記排気経路切換バルブによって前記第２の排気経路を選択するようにするとよい。
【００２１】
ここで、第１温度は、前記フィルタがＯＴする可能性が生じる閾値としてのフィルタの
温度に対してマージンとしての所定温度を減じた温度であり、実験的に求めてもよい。例えば第１温度を８００℃〜９００℃と設定してもよい。一方、前記第２温度は、前記フィルタの温度が低いために、前記触媒における燃料の酸化反応がない場合には、フィルタにおける微粒子物質の酸化反応が継続不可能となる閾値としての温度に対してマージンとしての所定温度を加えた温度であり、実験的に求めてもよい。例えば第２温度を５００℃〜６５０℃の範囲の値と設定してもよい。
【００２２】
こうすれば、フィルタの温度を、フィルタにおける微粒子物質の酸化反応が継続可能であり、且つ、フィルタがＯＴしない状態に確実に維持することができる。結果として、フィルタの再生処理をより確実に行うことができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記温度検出手段によって検出された前記フィルタの温度が前記第２温度より低い所定の第３温度以下である場合に、前記燃料供給手段から前記触媒に燃料を供給するとともに、前記排気経路切換バルブによって前記第１の排気経路を選択するようにしてもよい。
【００２４】
すなわち、本発明によれば、前記再生処理において、フィルタの温度を、基本的には、前記第１の温度と前記第２の温度との間の温度に制御することができる。しかし、内燃機関の運転状態や外気温度、フィルタに堆積した微粒子物質の量によっては、排気の通過経路として第２の排気経路を選択してもフィルタの温度が直ちに上昇しない場合があり得る。このような場合には、フィルタの温度が前記第２の温度より低くなり、フィルタにおける微粒子物質の酸化反応の継続が困難となるおそれがある。
【００２５】
そこで、本発明においては、フィルタの温度が前記第２温度より低い第３温度以下である場合には、前記燃料供給手段から前記触媒に燃料を供給するとともに、前記第１の排気経路を選択することとした。
【００２６】
こうすることにより、前記触媒において燃料の酸化反応を起すことができ、それにより昇温した排気をフィルタに導入させることができる。その結果、フィルタの温度を確実に上昇させることができ、フィルタの温度を早期に前記第２温度以上に上昇させることができる。
【００２７】
その結果、前記内燃機関の運転状態や、外部環境によって、フィルタの温度が偶発的に前記第２温度より低くなった場合にも、フィルタの温度をフィルタにおける微粒子物質の酸化反応が継続可能な温度まで早期に上昇させることができ、再生処理をより確実に行うことができる。
【００２８】
ここで、この場合の前記触媒への燃料供給は、フィルタの温度が第２温度まで上昇した時点で停止してもよいし、フィルタの温度が第２温度と第１温度の間の所定温度になるまで継続させてもよい。
【００２９】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明にあっては、フィルタの再生処理中において、フィルタの温度を前記再生処理に好適な温度に維持するとともに、フィルタの上流に配置された酸化触媒の温度低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００３２】
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
【００３３】
図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中の微粒子物質（例えば、煤）を浄化する排気浄化装置１０が配置されている。排気浄化装置１０内における上流側には、酸化能を有する酸化触媒１０ａが、下流側には、排気中の微粒子物質（例えば、煤）を捕集するフィルタ１０ｂが配置されている。
【００３４】
排気管５における排気浄化装置１０の上流側には、フィルタ１０ｂの再生処理の際に、排気浄化装置１０の酸化触媒１０ａに還元剤としての燃料を供給する燃料添加弁１２が配置されている。燃料添加弁１２から噴射された燃料は、内燃機関１からの排気とともに酸化触媒１０ａに導入され、酸化触媒１０ａ内で酸化反応を起こす。その結果、酸化触媒１０ａから排出される排気の温度が上昇する。なお、燃料添加弁１２は、本実施例における燃料供給手段を構成する。
【００３５】
本実施例におけるフィルタ１０ｂは、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吸蔵剤が担持されたものである。但し、フィルタ１０ｂは、必ずしもＮＯx吸蔵剤を担持していないものでもよく、例えば、排気管５における排気浄化装置１０の上流側または下流側に、独立してＮＯx触媒を設けてもよい。
【００３６】
また、本実施例における排気管５からは、排気浄化装置１０の上流において分岐管６が分岐されている、排気管５と分岐管６の接続部には、その上流側の排気管５を流通する排気を分岐管６に導入するか、排気浄化装置１０に導入するかを選択する第１切換弁１５が備えられている。また、分岐管６は、さらにフィルタ上流導入管７と、フィルタ下流導入管８とに分岐している。フィルタ上流導入管７は、排気浄化装置１０における酸化触媒１０ａと、フィルタ１０ｂとの間に接続されている。また、フィルタ下流導入管８は、排気浄化触媒１０の下流側、換言するとフィルタ１０ｂの下流側に接続されている。
【００３７】
そして、分岐管６及びフィルタ上流導入管７、フィルタ下流導入管８の接続部には、分岐管６を流通する排気が、フィルタ上流導入管７に導入されるか、フィルタ下流導入管８に導入されるかを選択する第２切換弁１６が備えられている。すなわち、第１切換弁１５及び第２切換弁１６を作動させて、内燃機関１から排出される排気に終始排気管５を流通させることにより、酸化触媒１０ａ及びフィルタ１０ｂを通過させる第１の排気経路を選択することができる。同様に、内燃機関１から排出される排気に排気管５から分岐管６を経由してフィルタ上流導入管７を流通させることにより、酸化触媒１０ａをバイパスしてフィルタ１０ｂのみを通過させる第２の排気経路を選択することができる。また、内燃機関１から排出される排気に排気管５から分岐管６を経由してフィルタ下流導入管８を流通させることにより、酸化触媒１０ａ、フィルタ１０ｂの両方をバイパスする第３の排気経路を選択することができる。
【００３８】
また、排気管５における、酸化触媒１０ａとフィルタ１０ｂとの間には、フィルタ１０ｂの上流側の排気圧を検出する上流側排気圧センサ１３が備えられている。また、排気管
５における、排気浄化装置１０の下流側、すなわちフィルタ１０ｂの下流側であって、排気管５とフィルタ下流導入管８との接続部の上流側には、フィルタ１０ｂの下流側の排気圧を検出する下流側排気圧センサ１８及び、フィルタ１０ｂから排出される排気の温度を検出する排気温度センサ１７が備えられている。
【００３９】
上流側排気圧センサ１３の出力と、下流側排気圧センサ１８の出力の差をとることにより、フィルタ１０ｂの前後における差圧を取得することができ、この差圧より、フィルタ１０ｂに捕集され堆積された微粒子物質の量を検出することができる。また、排気温度センサ１７の出力より、フィルタ１０ｂの温度を検出することができる。なお、排気温度センサ１７は、本実施例における温度検出手段を構成する。
【００４０】
以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設されている。このＥＣＵ２０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の運転状態等を制御する他、内燃機関１の排気浄化装置１０に係る制御を行うユニットである。
【００４１】
ＥＣＵ２０には、図示しないクランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類の他、本実施例における上流側排気圧センサ１３、下流側排気圧センサ１８、排気温度センサ１７などが電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における燃料添加弁１２、第１切換弁１５、第２切換弁１６が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。
【００４２】
また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。フィルタ１０ｂの微粒子物質の捕集能力を再生するための再生処理ルーチン（説明は省略）や、後述する、本発明におけるフィルタ温度制御ルーチンも、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。
【００４３】
ここで、上記内燃機関１においては、先述のとおり、フィルタ１０ｂによって排気中の微粒子物質を捕集することにより排気浄化を行っている。しかし、フィルタ１０ｂ中に捕集された微粒子物質の量が増加すると、フィルタ１０ｂの目詰まりが生じ、その結果、内燃機関１における背圧が上昇し、運転性能が劣化するおそれがある。
【００４４】
そこで、内燃機関１においては、所定期間毎に、あるいは、フィルタ１０ｂに所定量の微粒子物質が捕集されたことが検出された際に、フィルタ１０ｂ内の微粒子物質を酸化除去する再生処理が行われる。ここで、前述の上流側排気圧センサ１３の出力と、下流側排気圧センサ１８の出力の差が所定値以上となったことを検出することにより、フィルタ１０ｂに捕集された微粒子物質の量が所定量以上であることを検出することができる。なお、上述の所定期間とは、フィルタ１０ｂの再生処理の実施間隔がそれ以上長くなると、フィルタ１０ｂの背圧上昇が運転性能に影響を与えると考えられる閾値としての期間であり、所定量とは、フィルタ１０ｂに捕集された微粒子物質がそれ以上多くなると、フィルタ１０ｂの背圧上昇が運転性能に影響を与えると考えられる閾値としての微粒子物質量である。
【００４５】
この再生処理においては、燃料添加弁１２から、還元剤としての燃料を酸化触媒１０ａに供給する。このことにより、酸化触媒１０ａにおいて燃料の酸化反応が起こり、酸化触媒１０ａから排出される排気の温度が上昇する。そうすると、フィルタ１０ｂの温度も上
昇し、フィルタ１０ｂの温度が微粒子物質の着火温度以上になると、フィルタ１０ｂ内で、微粒子物質の酸化反応が開始される。そのことにより、フィルタ１０ｂ内の微粒子物質を酸化除去させることができる。なお、この場合、内燃機関１からの排気の流通経路としては、第１の排気経路が選択されていることが前提となる。
【００４６】
このフィルタ１０ｂの再生処理において、内燃機関１からの排気の流通経路として常に第１の排気経路を選択した場合には、フィルタ１０ｂ内の微粒子物質の酸化反応開始後にも、常に、フィルタ１０ｂに酸素が供給されるので、フィルタ１０ｂ内において微粒子物質の酸化反応が促進され、フィルタ１０ｂがＯＴするおそれがある。従って、その場合には、内燃機関１からの排気にフィルタ１０ｂをバイパスさせることによって、フィルタ１０ｂへの酸素の供給を停止し、フィルタ１０ｂの温度を低下させる制御が考えられる。この場合、例えば図１において、前記排気の流通経路として、内燃機関１からの排気に、排気管５を流通させ、酸化触媒１０ａを通過したのち、フィルタ上流導入管７、フィルタ下流導入管８を流通させる経路を選択することが考えられる。
【００４７】
しかし、この場合は、常に内燃機関１からの排気が酸化触媒１０ａを通過することとなり、この排気が酸化触媒の熱を持ち去ってしまい、せっかく燃料の酸化反応によって上昇した酸化触媒１０ａの温度が低下してしまうおそれがある。もし、酸化触媒１０ａの温度が過度に低下すると、次回の再生処理において、燃料添加弁１２から還元剤としての燃料を酸化触媒１０ａに供給しても、酸化触媒１０ａの温度が低いために燃料の酸化反応が起きづらく、再生処理の早期の実施が困難になる場合がある。
【００４８】
そこで、本実施例においては、フィルタ１０ｂの再生処理において、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａに燃料を供給する際には、第１切換弁及び第２切換弁を作動させることにより、排気の流通経路として第１の排気経路を選択する。このことにより、還元剤としての燃料は酸化触媒１０ａに供給され、燃料の酸化反応が起こる。その結果、酸化触媒１０ａから排出される排気の温度が上昇し、フィルタ１０ｂにおいて、微粒子物質の酸化反応が開始される。
【００４９】
そして、フィルタ１０ｂにおいて、微粒子物資の酸化反応が開始された後は、燃料添加弁１２による燃料の噴射を停止し、第２の排気経路を選択する。こうすることにより、フィルタ１０ｂに酸素を供給することができ、微粒子物質の酸化反応を継続させることができる。
【００５０】
そして、微粒子物質の酸化反応によってフィルタ１０ｂの温度が過度に高温になり、フィルタ１０ｂがＯＴするおそれがある場合には、第３の排気経路を選択する。こうすることにより、フィルタ１０ｂへの酸素の供給を停止し、微粒子物質の酸化反応を抑制し、フィルタ１０ｂの温度を低下させる。
【００５１】
以下、このように第２の排気経路と、第３の排気経路とを適宜選択することにより、フィルタ１０ｂの温度を、ＯＴしない範囲で、且つ微粒子物質の酸化反応が維持できる温度範囲に制御する。
【００５２】
ここで、本発明においては、第２の排気経路及び、第３の排気経路を交互に選択することによりフィルタ１０ｂの温度を制御するが、第２の排気経路及び、第３の排気経路の両方において、内燃機関１からの排気は酸化触媒１０ａを通過しない。従って、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａに燃料を供給しない場合には、排気が酸化触媒１０ａを通過することがなく、酸化触媒１０ａの温度が低下することを抑制できる。
【００５３】
次に、図２を用いて、上記で説明したフィルタ１０ｂの温度制御についてさらに説明す
る。図２は、本実施例におけるフィルタ温度制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中に、所定期間毎にＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。
【００５４】
本ルーチンが実行されるとまず、Ｓ１０１においてフィルタ１０ｂの再生処理中かどうかが判定される。具体的には、再生処理を行う際に実行される再生処理ルーチン（説明は省略）の実行中は、再生処理フラグを“１”にするようにしておき、Ｓ１０１において再生処理フラグの値をＥＣＵ２０に読み込むことにより、再生処理中かどうかを判定してもよい。
【００５５】
ここで、フィルタ１０ｂの再生処理中でないと判定された場合には、本ルーチンをそのまま終了する。一方、フィルタ１０ｂの再生処理中であると判定された場合には、Ｓ１０２に進む。
【００５６】
Ｓ１０２においては、内燃機関１の運転状態が取得される。具体的には、図示しないクランクポジションセンサの出力信号から、内燃機関１の機関回転数を導出し、図示しないアクセルポジションセンサの出力信号から、内燃機関１の機関負荷を導出するようにしてもよい。
【００５７】
次にＳ１０３に進み、フィルタ１０ｂの温度及び、微粒子物質の堆積量が取得される。具体的には、排気温度センサ１７の出力から、フィルタ１０ｂの温度が取得され、上流側排気圧センサ１３及び下流側排気圧センサ１８の出力差からフィルタ１０ｂの前後における排気の差圧が演算され、この差圧から、フィルタ１０ｂに堆積された微粒子物質の量が取得される。なお、Ｓ１０３の処理が実施される時点での、内燃機関１からの排気の流通経路は、前回の本ルーチンの終了時における排気の流通経路が保存されているが、上流側排気圧センサ１３及び下流側排気圧センサ１８の出力を取得する際には、排気の流通経路として一旦第１の排気経路を選択するようにしてもよい。そうすれば、内燃機関１からの排気の略全てがフィルタ１０ｂを通過するため、フィルタ１０ｂの前後における排気の差圧をより正確に取得することができる。
【００５８】
次にＳ１０４に進み、フィルタ温度制御における基準温度Ｔ１、Ｔ２及びＴ３が導出される。ここでＴ１は、本実施例に係るフィルタ温度制御において制御すべき温度範囲の上限である。具体的には、フィルタ１０ｂがＯＴするおそれが生じる閾値としての温度から５０℃程度のマージン温度を引いた温度であり、例えば８００℃〜９００℃の間に設定してもよい。また、Ｔ２は、本実施例においてフィルタ１０ｂの温度を制御すべき温度範囲の下限である。具体的には、フィルタ１０ｂにおいて微粒子物質の酸化反応が継続困難となるおそれが生じる閾値としての温度に５０℃程度のマージン温度を加えた温度であり、例えば５００℃〜６５０℃の間に設定してもよい。また、Ｔ３は、Ｔ２より低い異常判定温度であり、フィルタ１０ｂの再生中に、フィルタ１０ｂの温度がＴ３以下になった場合は、再生処理が継続不可能となりうる異常事態であることを示す温度であり、例えば４５０℃と設定してもよい。
【００５９】
なお、上記のＴ１、Ｔ２及びＴ３の値は、内燃機関１の運転状態及び、フィルタ１０ｂに捕集された微粒子物質の堆積量との関係において決定される温度であり、予め実験的に求められ、内燃機関１の運転状態及び、フィルタ１０ｂに捕集された微粒子物質の堆積量との関係がマップ化されている。すなわち、Ｓ１０４の処理においては、Ｓ１０２及び、Ｓ１０３において取得された内燃機関１の運転状態及び、フィルタ１０ｂに捕集された微粒子物質の堆積量に対応したＴ１、Ｔ２及びＴ３の値が、それぞれマップから読み出されることによって導出される。なお、内燃機関１の運転状態及び、フィルタ１０ｂに捕集された微粒子物質の堆積量が、上記Ｔ１、Ｔ２及びＴ３の値に与える影響が少ない場合には
、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３として、不変の値を設定してもよい。
【００６０】
次にＳ１０５に進み、Ｓ１０３において取得されたフィルタ１０ｂの温度が、Ｓ１０４において導出されたＴ１以上かどうかが判定される。ここでフィルタ１０ｂの温度がＴ１以上であると判定された場合には、フィルタ１０ｂがＯＴするおそれがあると判断されるので、Ｓ１０９に進む。
【００６１】
Ｓ１０９においては、ＥＣＵ２０からの指令によって第１切換弁及び第２切換弁が作動し、排気の流通経路として第３の排気経路が選択される。このことにより、内燃機関１からの排気が酸化触媒１０ａ及びフィルタ１０ｂの両方がバイパスされるので、フィルタ１０ｂへの酸素の供給が停止される。その結果、フィルタ１０ｂにおける微粒子物質の酸化反応が抑制され、フィルタ１０ｂの温度が低下する。一方、酸化触媒１０ａはバイパスされているので、排気の流通によって酸化触媒１０ａの熱が持ち去られることが抑制され、酸化触媒１０ａの温度が低下することを抑制できる。Ｓ１０９の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００６２】
一方、Ｓ１０５においてフィルタ１０ｂの温度がＴ１より低いと判定された場合にはＳ１０６に進む。Ｓ１０６においては、フィルタ１０ｂの温度がＴ２以下かどうかが判定される。ここで、フィルタ１０ｂの温度がＴ２より高いと判定された場合には、フィルタ１０ｂの温度は、ＯＴの危険性もなく、微粒子物質の酸化反応が継続可能な状態であり、そのままの状態で、フィルタ１０ｂの再生処理を良好に継続できると判断される。従って、この場合は、このまま本ルーチンを一旦終了する。すなわち、本ルーチンにおいて、フィルタ１０ｂの温度がＴ１より低く、Ｔ２より高い場合には、選択されている排気経路が維持される。
【００６３】
一方、Ｓ１０６において、フィルタ１０ｂの温度がＴ２以下である場合には、Ｓ１０７に進む。
【００６４】
Ｓ１０７においては、フィルタ１０ｂの温度がＴ３以下であるかどうかが判定される。ここで、フィルタ１０ｂの温度がＴ３より高いと判定された場合には、フィルタ１０ｂの再生処理が継続不可能となりうる異常事態ではないが、これよりフィルタ１０ｂの温度が低下すると、フィルタ１０ｂにおける微粒子物質の酸化反応の継続が困難となるおそれがあると判断されるので、Ｓ１０８に進む。
【００６５】
Ｓ１０８においては、ＥＣＵ２０からの指令によって第１切換弁及び第２切換弁が作動し、排気の流通経路として第２の排気経路が選択される。このことにより、内燃機関１からの排気が酸化触媒１０ａをバイパスされるとともに、フィルタ１０ｂを通過するようになる。これにより、フィルタ１０ｂへ酸素が供給されるため、フィルタ１０ｂにおける微粒子物質の酸化反応が促進され、フィルタ１０ｂの温度は上昇する。一方、酸化触媒１０ａはバイパスされているので、排気の流通によって酸化触媒１０ａの熱が持ち去られることが抑制され、酸化触媒１０ａの温度が低下することを抑制できる。Ｓ１０８の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００６６】
一方、Ｓ１０７においてフィルタ１０ｂの温度がＴ３以下であると判定された場合には、フィルタ１０ｂの再生処理の継続が不可能になりうる異常事態と判断されるので、Ｓ１１１に進む。
【００６７】
Ｓ１１１においては、ＥＣＵ２０からの指令によって第１切換弁及び第２切換弁が作動し、排気の流通経路として第１の排気経路が選択される。このことにより、内燃機関１からの排気が酸化触媒１０ａ及びフィルタ１０ｂの両方を通過するようになる。従って、フ
ィルタ１０ｂへ酸素が供給される。Ｓ１１１の処理が終わるとＳ１１２に進む。
【００６８】
Ｓ１１２においては、燃料添加弁１２より、酸化触媒１０ａに還元剤としての燃料が所定量だけ供給される。このことにより酸化触媒１０ａにおいて燃料の酸化反応が生じフィルタ１０ｂに導入される排気の温度を上昇させることができる。従って、フィルタ１０ｂにおける微粒子物質の酸化反応を大幅に促進することができ、フィルタ１０ｂの温度を早期に上昇させることができる。
【００６９】
ここで、燃料添加弁１２より、酸化触媒１０ａに供給される燃料の量は、Ｔ３とＴ２の温度差に相当する温度だけ、フィルタ１０ｂの温度を上昇させるのに必要な不変量の燃料としてもよい。こうすれば、フィルタ１０ｂの温度を早期にＴ２付近まで上昇させることができる。また、燃料添加弁１２より、酸化触媒１０ａに供給される燃料の量は、Ｓ１０３で取得されたフィルタ１０ｂの温度に基いて変更してもよい。例えば、Ｓ１０３で取得されたフィルタ１０ｂの温度が低いほど、燃料添加弁１２より、酸化触媒１０ａに供給される燃料の量を多くする。こうすれば、より確実に、フィルタ１０ｂの温度をＴ２付近まで上昇させることができる。
【００７０】
あるいは、燃料添加弁１２より、酸化触媒１０ａに供給される燃料の量は、そのことによりフィルタ１０ｂの温度がＴ２とＴ１の間の所定温度になるような量としてもよい。こうすれば、フィルタ１０ｂの温度を、良好に再生処理が継続可能な温度まで、より確実に上昇させることができる。
【００７１】
さらには、燃料添加弁１２よる酸化触媒１０ａへの燃料供給が開始されてから、フィルタ１０ｂの温度を取得するようにし、取得されたフィルタ１０ｂの温度がＴ２またはＴ２とＴ１の間の所定温度となったと判定されるまで、当該燃料供給を継続するフローにしてもよい。こうすれば、フィルタ１０ｂの温度を、良好に再生処理が継続可能な温度まで、さらに確実に上昇させることができる。
【００７２】
Ｓ１１２において、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａに供給された燃料の酸化反応が略終了した時点で、Ｓ１１３に進む。
【００７３】
Ｓ１１３においては、ＥＣＵ２０からの指令によって第１切換弁及び第２切換弁が作動し、排気の流通経路として第２の排気経路が選択される。このことにより、フィルタ１０ｂの温度は、Ｔ２付近またはＴ２とＴ３との間の所定温度からさらに上昇する状態とすることができ、さらに酸化触媒１０ａの温度の低下が抑制される状態とすることができる。Ｓ１１３の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。
【００７４】
次に図３を用いて、本ルーチンを用いてフィルタ１０ｂの温度制御をした場合の、フィルタ１０ｂの温度変化の例について説明する。なお、図３においては、説明の便宜のため、Ｔ１、Ｔ２及びＴ３を不変の値とした場合について説明する。Ｔ１、Ｔ２及びＴ３が、内燃機関１の運転状態や外部環境、フィルタ１０ｂに堆積した微粒子物質の量との関係で変化するとした場合は、図３におけるＴ１、Ｔ２及びＴ３は、時間の経過とともに変化する場合がある。
【００７５】
図３において、横軸は時間、縦軸はフィルタ１０ｂの温度を表す。図３における時点ｔ１において、フィルタ１０ｂの再生処理が開始された場合、その時点では、フィルタ１０ｂの温度はＴ３より低い温度である。この場合、燃料添加弁１２から燃料が酸化触媒１０ａに供給され、排気の流通経路として第１の排気経路が選択される。そうすると、酸化触媒１０ａにおいて燃料の酸化反応が起こり、フィルタ１０ｂに導入される排気の温度が上昇する。
【００７６】
すると、フィルタ１０ｂの温度が早期に上昇し、さらにフィルタ１０ｂに捕集された微粒子物質の酸化反応が起こるために、フィルタ１０ｂの温度上昇はさらに急激になる。そして、フィルタ１０ｂの温度が急激に上昇し、Ｔ２を超えた時点ｔ２で、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａへの燃料供給は停止され、排気の流通経路として第２の排気経路が選択される。
【００７７】
そうすると、フィルタ１０ｂには、引き続き酸素が供給されるため、フィルタ１０ｂにおける微粒子物質の酸化反応が促進され、フィルタ１０ｂの温度は温度勾配は緩やかにはなるが、さらに上昇を続ける。尚、この場合、内燃機関１からの排気は、酸化触媒１０ａをバイパスしているので、酸化触媒１０ａの熱を排気が持ち去ることが抑制され、酸化触媒１０ａの温度が大幅に低下することを抑制できる。
【００７８】
そして、フィルタ１０ｂの温度がＴ１以上になった時点ｔ３において、排気の流通経路として第３の排気経路が選択される。そうすると、内燃機関１からの排気は、酸化触媒１０ａ及びフィルタ１０ｂの両方をバイパスする。従って、フィルタ１０ｂへの酸素の供給が停止され、フィルタ１０ｂにおける微粒子物質の酸化反応が抑制されるので、フィルタ１０ｂの温度が低下する。このように、内燃機関１からの排気の流通経路として、第２の排気経路と第３の排気経路を交互に選択することにより、フィルタ１０ｂの温度は略Ｔ２とＴ１の間に制御される。
【００７９】
しかし、内燃機関１の運転状態や、外部環境によっては、内燃機関１からの排気の流通経路として第２の排気経路と第３の排気経路を交互に選択することのみによっては、フィルタ１０ｂの温度を略Ｔ２とＴ１の間に制御することが困難になる場合がある。例えば、時点ｔ５以降、排気の流通経路として第３の排気経路を選択することにより、フィルタ１０ｂの温度が下降している際に、外気温度が低く、車速が特に早くなった場合などは、時点ｔ６において排気の流通経路として第２の排気経路を選択しても、フィルタ１０ｂの温度の低下を抑えられない場合がある。
【００８０】
このような場合には、フィルタ１０ｂの温度がＴ３以下となった時点ｔ７において、燃料添加弁１２より酸化触媒１０ａに燃料を供給するとともに、排気の流通経路として第１の排気経路を選択する。このことにより、フィルタ１０ｂの温度を早期に上昇させることができる。そして、フィルタ１０ｂの温度がＴ２まで回復した時点ｔ８において、また、排気の流通経路として第２の排気経路を選択し、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａへの燃料の供給を停止する。
【００８１】
以上、説明したように、本実施例においては、フィルタ１０ｂの再生処理の開始時や、内燃機関１の運転状態や外部環境によって、フィルタ１０ｂの温度がＴ３以下になった場合以外は、内燃機関１からの排気の流通経路として、第２の排気経路と、第３の排気経路とを交互に選択することによりフィルタ１０ｂの温度を制御している。従って、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａへの燃料供給がない状態で、内燃機関１からの排気が酸化触媒１０ａを通過することを抑制でき、酸化触媒１０ａの温度低下を抑制することができる。さらに、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａに頻繁に燃料を供給することなく、フィルタ１０ｂの温度を、再生処理を良好に継続可能な温度範囲に制御できので、フィルタ１０ｂの再生処理時における燃費を向上させることができる。
【００８２】
また、本実施例においては、フィルタ１０ｂの再生処理の開始時や、内燃機関１の運転状態や外部環境によって、フィルタ１０ｂの温度がＴ３以下になった場合には、排気の流通経路として第１の排気経路を選択するとともに、燃料添加弁１２から酸化触媒１０ａに燃料を供給することにより、早期にフィルタ１０ｂの温度を上昇させることとしている。
【００８３】
従って、フィルタ１０ｂの再生処理の開始時や、不測の事態においてフィルタ１０ｂの温度が大幅に低下した場合でも、フィルタ１０ｂの温度を早期に上昇させることができ、早期にフィルタ１０ｂを再生処理が継続可能な状態に復帰させることができる。結果として、より確実にフィルタ１０ｂの再生処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施例に係るフィルタ温度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例に係るフィルタ温度制御ルーチンを実施した場合の、フィルタの温度の変化の例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
６・・・分岐管
７・・・フィルタ上流導入管
８・・・フィルタ下流導入管
１０・・・排気浄化装置
１０ａ・・・酸化触媒
１０ｂ・・・フィルタ
１２・・・燃料添加弁
１３・・・上流側排気圧センサ
１５・・・第１切換弁
１６・・・第２切換弁
１７・・・排気温度センサ
１８・・・下流側排気圧センサ
２０・・・ＥＣＵ
【図１】
2005330944.tif 000003
【図２】
2005330944.tif 000004
【図３】
2005330944.tif 000005