(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化触媒に付着するＨＣ成分を除いて浄化性能の低下を抑制可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、酸化触媒１０とフィルタ２０を有し、フィルタの上流で排気通路から分岐して酸化触媒の一方側に接続される第１分岐通路５と、酸化触媒の他方側に接続される第２分岐通路７と、排気通路に設けられ、酸化触媒の一方側から排気ガスを流す第１流れと酸化触媒の他方側から排気ガスを流す第２流れを切換え可能な排気切換弁３０と、酸化触媒の上流において排気ガス中に燃料を添加するポスト噴射を実施可能な燃料噴射手段と、酸化触媒の異常閉塞を判断するための酸化触媒状態検出手段と、この検出から酸化触媒が異常閉塞の状態にあると判断すると、排気切換弁を切換えて酸化触媒を流れる排気ガスの流れを逆転させるとともに、酸化触媒の上流にポスト噴射を行って触媒温度を昇温させる制御部とを、備える。【選択図】図１
2017190738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気ガスの流れ方向上流側から下流側へ向かって、排気ガス中の未燃焼ガスを酸化可能な酸化触媒と、排気ガス中の微粒子を捕集可能なフィルタとが順に設けられた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記フィルタの上流で前記排気通路から分岐して前記酸化触媒の一方側に接続される第１分岐通路と、
前記フィルタの上流で前記排気通路から分岐して前記酸化触媒の他方側に接続される第２分岐通路と、
前記排気通路に設けられ、前記酸化触媒の一方側から排気ガスを流す第１流れと前記酸化触媒の他方側から排気ガスを流す第２流れとを、交互に切換え可能な排気切換弁と、
前記酸化触媒の上流において排気ガス中に燃料を添加するポスト噴射を実施可能な燃料噴射手段と、
前記酸化触媒の異常閉塞を判断するための前記酸化触媒の状態を検出可能な酸化触媒状態検出手段と、
前記酸化触媒状態検出手段により検出された前記酸化触媒の状態から前記酸化触媒が異常閉塞の状態にあると判断すると、前記排気切換弁を切換えて前記酸化触媒を流れる排気ガスの流れを逆転させるとともに、前記酸化触媒の上流に前記ポスト噴射を行って前記酸化触媒の温度を昇温させるよう制御する制御部とを、備える
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記酸化触媒が異常閉塞の状態にあるときに、前記ポスト噴射によって、前記酸化触媒の温度を前記酸化触媒に付着しているＨＣ（炭化水素）成分を燃焼可能な設定温度以上に昇温させるとともに所定の温度範囲内に保持するよう温度制御を行う
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】
前記制御部は、前記酸化触媒の温度が前記設定温度以下の場合に前記設定温度への昇温時における温度上昇率が所定範囲内になるように前記ポスト噴射の噴射量及び噴射間隔の少なくともいずれかを制御するプレ噴射モードを実行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記内燃機関が高負荷運転状態にある場合に、前記ポスト噴射を禁止する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記酸化触媒状態検出手段は、前記酸化触媒内を流れる排気ガスの流入側圧力と流出側圧力の差圧を検出可能な圧力センサから構成され、
前記制御部は、前記圧力センサにより検出された差圧が所定の圧力閾値を超える場合に、前記酸化触媒の異常閉塞が生じたと判断するように構成されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気ガスを流す排気通路の排気ガスの流れ方向上流側から下流側へ向かって、酸化触媒とフィルタとが順に設けられた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりディーゼル機関においては、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を除去するために機関排気通路内にパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」と記す。）を配置し、このフィルタにより排気ガス中の微粒子を一旦捕集し、フィルタ上に捕集された微粒子を着火燃焼させることによりフィルタを再生する技術が知られている。
【０００３】
このフィルタ上に捕集された微粒子は６００℃程度以上の高温にならないと着火しない。これに対してディーゼル機関の排気ガス熱は通常、６００℃よりもかなり低い。従って排気ガス熱でもってフィルタ上に捕集された微粒子を着火させるのは困難である。このため、微粒子が低い温度で着火できるように、フィルタの上流に微粒子の酸化を促進させる酸化触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。このようにフィルタの上流に酸化触媒を設けることで、フィルタに捕集された微粒子の着火温度を下げて、比較的低い排気温度でも微粒子を除去できるようにしている。また、ポスト噴射等により、排気ガス中に燃料を添加することで、酸化触媒との反応熱により排気ガスの温度を上げて積極的に捕集した微粒子を燃焼除去できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５５９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、排気ガス中に未燃焼ガスが存在すると、未燃焼ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）成分が酸化触媒の入口に付着し、このＨＣに未燃焼ガス中に含まれる煤等の微粒子がさらに付着する場合がある。酸化触媒の入口にＨＣや微粒子が付着して堆積すると、酸化触媒が目詰まりして酸化触媒内の微粒子の流れが偏流となり悪化する。特に、低速走行など、排気ガスの温度が低い低負荷運転状態が長時間継続された場合は、付着したＨＣと微粒子が堆積し続け症状がより酷くなる虞がある。酸化触媒内の排気ガスの流れが悪化すると酸化触媒の浄化性能や昇温性能が低下してしまうため、フィルタに捕集された微粒子の浄化が難しくなり、排気浄化装置の排気浄化性能が低下する虞が生じる。この酸化触媒の入口にＨＣと微粒子が付着した状態で、フィルタ再生処理（ポスト噴射等による燃料添加）を行っても、酸化触媒の入口付近では温度が低いため、酸化触媒の入口に堆積したＨＣと微粒子を除去することは難しい。
【０００６】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、このような従来技術の状況の基になされた発明であって、その目的とするところは、酸化触媒に付着するＨＣ成分を除去することで酸化触媒の目詰まりを抑制し、浄化性能の低下を抑制することが可能な内燃機関の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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一つの実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に排気ガスの流れ方向上流側から下流側へ向かって、排気ガス中の未燃焼ガスを酸化可能な酸化触媒と、排気ガス中の微粒子を捕集可能なフィルタとが順に設けられた内燃機関の排気浄化装置であって、前記フィルタの上流で前記排気通路から分岐して前記酸化触媒の一方側に接続される第１分岐通路と、前記フィルタの上流で前記排気通路から分岐して前記酸化触媒の他方側に接続される第２分岐通路と、前記排気通路に設けられ、前記酸化触媒の一方側から排気ガスを流す第１流れと前記酸化触媒の他方側から排気ガスを流す第２流れとを、交互に切換え可能な排気切換弁と、前記酸化触媒の上流において排気ガス中に燃料を添加するポスト噴射を実施可能な燃料噴射手段と、前記酸化触媒の異常閉塞を判断するための前記酸化触媒の状態を検出可能な酸化触媒状態検出手段と、前記酸化触媒状態検出手段により検出された前記酸化触媒の状態から前記酸化触媒が異常閉塞の状態にあると判断すると、前記排気切換弁を切換えて前記酸化触媒を流れる排気ガスの流れを逆転させるとともに、前記酸化触媒の上流に前記ポスト噴射を行って前記酸化触媒の温度を昇温させるよう制御する制御部とを、備えて構成される。
【０００８】
内燃機関から排出される排気ガス中に未燃焼ガスが存在すると、未燃焼ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）成分が酸化触媒の入口に付着し、このＨＣに未燃焼ガス中に含まれる煤等の微粒子がさらに付着する場合がある。ここで、酸化触媒の入口に付着したＨＣを除去する方法として、燃料のポスト噴射をして酸化触媒の上流で排気ガス中に未燃燃料を添加し、酸化触媒と反応させることで酸化触媒の温度、すなわち排気ガスの温度を微粒子が浄化できる温度まで上昇させる方法が従来から実施されている。しかしながら、ポスト噴射をしても酸化触媒の入口が異常閉塞していると、十分に排気ガスの温度を上昇させることができない。また、酸化触媒の入口に付着したＨＣは、排気ガスの温度が高ければ浄化（燃焼）させることができるが、内燃機関がディーゼルエンジンの場合、比較的排気ガスの温度が低く、低・中負荷運転状態では、酸化触媒の入口に付着したＨＣを除去することができない。また、ポスト噴射をして酸化触媒を昇温させたとしても酸化触媒の入口付近の温度は低いため、酸化触媒の入口に付着したＨＣを除去することはできない。このため、燃料をポスト噴射しただけでは、酸化触媒の入口に付着したＨＣを除去することはできない。そこで、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸化触媒を流れる排気ガスの流れを逆転させることで、ＨＣと微粒子が堆積した酸化触媒の端部（入口）を高温となる下流側とし、その上で燃料をポスト噴射することによって酸化触媒を昇温させるように温度制御している。これにより、酸化触媒に付着したＨＣが高温にさらされて確実に除去され、煤等の微粒子がサラサラな状態となって排気ガスと一緒に流されてフィルタに捕集される。よって、酸化触媒の目詰まりを抑制し、浄化性能の低下を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を実現できる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制御部は、前記酸化触媒が異常閉塞の状態にあるときに、前記ポスト噴射によって、前記酸化触媒の温度を前記酸化触媒に付着しているＨＣ（炭化水素）成分を燃焼可能な設定温度以上に昇温させるとともに所定の温度範囲内に保持するよう温度制御を行うように構成される。
【００１０】
上記（２）に記載の実施形態によれば、酸化触媒の温度がＨＣ（炭化水素）成分を燃焼可能な所定の温度範囲内に保たれるので、酸化触媒に付着しているＨＣ（炭化水素）成分を確実に燃焼して除去することができ、酸化触媒の異常閉塞（目詰まり）を効率よく解消することができる。また、酸化触媒の過昇温を抑制して、酸化触媒が溶損することを防止することができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制御部は、前記酸化触媒の温度が前記設定温度以下の場合に前記設定温度への昇温時における温度上昇率が所定範囲内になるように前記ポスト噴射の噴射量及び噴射間隔の少なくともいずれかを制御するプレ噴射モードを実行するように構成される。
【００１２】
上記（３）に記載の実施形態によれば、設定温度への昇温時における温度上昇率が所定範囲内に保たれるので、酸化触媒の温度上昇が急激になる虞はなく、所定範囲内の温度上昇率で昇温される。したがって、酸化触媒の過昇温を回避して酸化触媒の溶損を防止することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制御部は、前記内燃機関が高負荷運転状態にある場合に、前記ポスト噴射を禁止するように構成される。
【００１４】
上記（４）に記載の実施形態によれば、内燃機関が高負荷運転状態にある場合には、排気ガスは昇温してＨＣを燃焼可能な温度になり、ポスト噴射による温度制御を実行する必要がない。そのため、内燃機関が高負荷運転状態にある場合にポスト噴射による温度制御を禁止することで、無駄な燃料の消費を抑制することができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記酸化触媒状態検出手段は、前記酸化触媒内を流れる排気ガスの流入側圧力と流出側圧力の差圧を検出可能な圧力センサから構成され、前記制御部は、前記圧力センサにより検出された差圧が圧力閾値を超える場合に、前記酸化触媒の異常閉塞が生じたと判断するように構成されている。
【００１６】
酸化触媒の入口にＨＣ及び微粒子が付着すると、入口が狭くなり、酸化触媒内を流れる排気ガスの流入側圧力と流出側圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、入口に付着するＨＣ及び微粒子の量が増大するに伴って大きくなる。このため、上記（５）に記載の実施形態にすることで、圧力センサにより検出された差圧が圧力閾値を超えると、制御部は、酸化触媒の異常閉塞が生じたと判断することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、酸化触媒に付着したＨＣを除去することで酸化触媒の目詰まりを抑制し、浄化性能の低下を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】酸化触媒を流れる排気ガスの流れの方向が逆転した場合の内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図３】図３（ａ）は、入口側から見た酸化触媒の斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視に相当する部分の酸化触媒の断面図である。
【図４】図４（ａ）は、入口にＨＣ等が付着した酸化触媒の入口側斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ矢視に相当する部分の酸化触媒の断面図である。
【図５】酸化触媒が閉塞した場合と、閉塞していない正常な場合における酸化触媒内の温度変化及び圧力変化を比較したグラフである。
【図６】ポスト噴射時における酸化触媒の排気ガス流方向に沿った温度変化を表した説明図である。
【図７】内燃機関の排気浄化装置の制御部のブロック図である。
【図８】制御部による温度制御の流れを説明するフローチャートである。
【図９】制御部の上昇率制御部によるプレ噴射モードを説明するフローチャートである。
【図１０】制御部の温度保持制御部によるポスト噴射モードを説明するフローチャートである。
【図１１】プレ噴射モード及びポスト噴射モードを説明するためのグラフである。
【図１２】他の実施形態に係る制御部による温度制御の流れを説明するフローチャートである。
【図１３】他の実施形態に係るポスト噴射モードを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１の概略構成図である。図２は、酸化触媒１０を流れる排気ガスＧの流れの方向が逆転した場合の内燃機関の排気浄化装置１の概略構成図である。図３（ａ）は、入口側から見た酸化触媒１０の斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視に相当する部分の酸化触媒１０の断面図である。図４（ａ）は、入口にＨＣ等が付着した酸化触媒１０の入口側斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶ−ＩＶ矢視に相当する部分の酸化触媒１０の断面図である。図５は、酸化触媒１０が閉塞した場合と、閉塞していない正常な場合における酸化触媒内の温度変化及び圧力変化を表したグラフである。図７は、内燃機関の排気浄化装置１の制御部５０のブロック図である。なお、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置１は、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例として説明する。
【００２１】
本発明の一実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１は、図１に示すように、排気ガスＧを流す排気通路３の排気ガスＧの流れ方向上流側から下流側へ向かって、酸化触媒１０とパティキュレートフィルタ２０（以下、「フィルタ２０」と記す。）とが順に設けられた内燃機関の排気浄化装置１である。酸化触媒１０は、排気ガスＧ中の未燃焼ガスを酸化可能に構成され、フィルタ２０は、排気ガスＧ中の微粒子を捕獲可能に構成されている。排気浄化装置１は、フィルタ２０の上流で排気通路３から分岐して酸化触媒１０の一方側に接続される第１分岐通路５と、フィルタ２０の上流で排気通路３から分岐して酸化触媒１０の他方側に接続される第２分岐通路７と、排気通路３に設けられ、酸化触媒１０の一方側から排気ガスＧを流す第１流れＦ１と酸化触媒１０の他方側から排気ガスＧを流す第２流れＦ２とを、交互に切換え可能な排気切換弁３０と、排気ガスＧ中に燃料を添加するポスト噴射が可能な燃料噴射装置６０（燃料噴射手段）と、酸化触媒１０の状態を検出する酸化触媒状態検出手段３６、３７、３８、３９と、排気切換弁３０の駆動および燃料噴射装置６０によるポスト噴射を制御する制御部５０と、を備えている。
【００２２】
図示した実施形態では、酸化触媒１０は、排気ガスＧ中の未燃焼ガス（ＨＣ（炭化水素)、ＳＯＦ（可溶性有機化合物））を酸化可能に構成されている。酸化触媒１０は、炭化水素(ＨＣ)と一酸化炭素(ＣＯ)を二酸化炭素(ＣＯ２)と水(Ｈ２Ｏ)に変化させ、またＳＯＦもＨＣ（炭化水素）と同様に酸化させる。さらに、酸化触媒１０は、ＮＯＸのうち一酸化窒素(ＮＯ)を二酸化窒素(ＮＯ２)に変化させ、二酸化窒素の比率を一時的に高める。そして、酸化触媒１０で生成された二酸化窒素(ＮＯ２)は、後段のフィルタ２０に捕捉された煤等の微粒子（炭素(C)）成分を低温で燃やすように作用する。
【００２３】
フィルタ２０は、排気ガスＧ中の煤等の微粒子を捕獲可能に構成される。図示した実施形態では、フィルタ２０は、例えば素焼きのもので構成され、蜂の巣状の細い穴の壁を備えている。煤等の微粒子がフィルタ内の細かい穴で捕獲される。
【００２４】
図示した実施形態では、フィルタ２０の排気ガス上流側端に接続された排気通路３に分岐部３ａが形成され、分岐部３ａの幅方向一方側に第１分岐通路５が接続され、分岐部３ａの幅方向他方側に第１分岐通路５と対向して第２分岐通路７が接続されている。つまり、フィルタ２０より上流側の分岐部３ａから第１分岐通路５および第２分岐通路７がそれぞれ分岐している。第１分岐通路５は分岐部３ａから酸化触媒側へ延びて先端部が酸化触媒１０の一方側端に接続されている。また。第２分岐通路７は分岐部３ａから酸化触媒側へ延びて先端部が酸化触媒１０の他方側端に接続されている。
【００２５】
排気切換弁３０は、排気通路３の分岐部３ａ内に配設されている。排気切換弁３０は、例えば電磁式バルブであり、回動軸３０ａを中心として回動軸回りに回動自在に支持された弁体３０ｂを備えている。弁体３０ｂは、分岐部３ａ内で回動されることで、排気ガスＧを第１分岐通路５へ流す（案内する）第１の位置（図１参照）と、排気ガスＧを第２分岐通路７へ流す（案内する）第２の位置（図２参照）とに切り換え可能とされている。例えば、この弁体３０ｂが第１の位置に回動されると（図１参照）、排気通路３の分岐部３ａより上流側と第１分岐通路５とが連通するとともに、第２分岐通路７と排気通路３の分岐部３ａより下流側、すなわちフィルタ２０とが連通する。このため、排気ガスＧは分岐部３ａから第１分岐通路５を通って酸化触媒１０の一方側端部に流入して酸化触媒１０の他方側端部から流出する。そして、排気ガスＧは第２分岐通路７及び分岐部３ａを通ってフィルタ２０内に流入する。
【００２６】
一方、弁体３０ｂが第２の位置に回動されると（図２参照）、排気通路３の分岐部３ａより上流側と第２分岐通路７とが連通するとともに、第１分岐通路５とフィルタ２０とが連通する。このため、排気ガスＧは分岐部３ａから第２分岐通路７を通って酸化触媒１０の他方側端部に流入して酸化触媒１０の一方側端部から流出する。そして、排気ガスＧは第１分岐通路５及び分岐部３ａを通ってフィルタ２０内に流入する。
【００２７】
このため、弁体３０ｂを回動させて第１の位置と第２の位置とで切り換え制御することで、第１分岐通路５を介して酸化触媒１０の一方側から排気ガスＧを流す第１流れＦ１と、第２分岐通路７を介して酸化触媒１０の他方側から排気ガスＧを流す第２流れＦ２とを、交互に切換えることができる。排気切換弁３０は制御部５０によって駆動が制御される。
【００２８】
制御部５０は、酸化触媒１０の状態を検出可能な酸化触媒状態検出手段３６、３７、３８、３９により検出された酸化触媒１０の状態から酸化触媒１０が異常閉塞の状態にあると判断すると、排気切換弁３０を切換えて酸化触媒１０を流れる排気ガスＧの流れを逆転させる。酸化触媒状態検出手段３６、３７、３８、３９は、酸化触媒１０の異常閉塞を判断するための酸化触媒１０の状態を検出する。
【００２９】
図示した実施形態では、酸化触媒状態検出手段３６、３７、３８、３９は、図１に示すように、酸化触媒１０内の入口側（上流側）と出口側（下流側）の圧力差、即ち差圧を検出可能な圧力センサ３６、３７、酸化触媒１０の温度を検出する温度センサ３８、３９である。
【００３０】
温度センサ３８、３９は、酸化触媒１０の排気ガスＧの流れ方向両端部に設けられている。これらの温度センサ３８、３９は、排気ガスの流れ方向に応じて酸化触媒１０のガス下流側に配設された温度センサが使用される。また、酸化触媒１０内の差圧は、酸化触媒１０の排気ガスＧの流れ方向の両端部で差圧が最も大きくなると考えられるので、圧力センサ３６、３７は、酸化触媒１０の排気ガスＧの流れ方向の両端部に設けられている。これらの温度センサ３８、３９及び圧力センサ３６、３７は、制御部５０に電気的に接続されている。
【００３１】
図示した実施形態では、図７に示すように、制御部５０は、酸化触媒状態検出手段３６、３７、３８、３９により検出された酸化触媒１０の状態から酸化触媒１０が異常閉塞の状態にあるか否かを判断する異常閉塞判定部５１と、異常閉塞判定部５１の判断結果に応じて排気切換弁３０を切換制御するバルブ駆動制御部５４とを有する。
【００３２】
異常閉塞判定部５１は、酸化触媒状態検出手段である圧力センサ３６、３７により検出された差圧が所定の圧力閾値を超えており、且つ温度センサ３８、３９の検出値が所定値以下である場合に、酸化触媒１０の異常閉塞が生じたと判定する。
【００３３】
ここで言う異常閉塞状態とは、酸化触媒１０の入口（上流側端部）１０ｂにＨＣや微粒子が堆積して目詰まりを起こした状態である。内燃機関から排出される排気ガスＧ中にはＨＣ（炭化水素）や煤等の微粒子が含まれる。ＨＣ（炭化水素）は粘着性があり、酸化触媒１０への流入時に酸化触媒１０の入口１０ｂに付着し、さらに入口１０ｂに付着したＨＣに微粒子が付着して堆積される。そして、この症状が酷くなると酸化触媒１０の入口１０ｂが目詰まりを起こし異常閉塞の状態となる。
【００３４】
酸化触媒１０の入口にＨＣ及び微粒子が付着すると、入口が狭くなり、酸化触媒１０内を流れる排気ガスＧの流入側圧力と流出側圧力との間に差圧が生じる。この差圧は、入口に付着するＨＣ及び微粒子の量が増大するに伴って大きくなる。このため、上述した実施形態にすることで、圧力センサ３６、３７により検出された差圧が所定の圧力閾値を超えると、制御部５０は、酸化触媒１０の異常閉塞が生じたと判断することができる。
【００３５】
バルブ駆動制御部５４は、異常閉塞判定部５１により酸化触媒１０が異常閉塞の状態にあると判断されると、酸化触媒１０に流れる排気ガスＧの流れが逆方向になるように排気切換弁３０の弁体３０ｂを回動させて第１流れＦ１と第２流れＦ２を切り替える。
【００３６】
また、制御部５０は、図７に示すように、酸化触媒状態検出手段３６、３７、３８、３９により検出された酸化触媒１０の状態から酸化触媒１０が異常閉塞の状態にあるときに、酸化触媒１０の温度を、酸化触媒１０に付着しているＨＣ（炭化水素）成分を燃焼可能な設定温度以上に昇温させるよう温度制御を行う酸化触媒昇温制御部５５を有している。つまり、制御部５０は、酸化触媒１０に流れる排気ガスＧの流れを切り換える切換制御と同時に酸化触媒１０の温度を昇温させる温度制御を実施している。
【００３７】
酸化触媒昇温制御部５５は、酸化触媒１０の上流において、排気ガスＧ中に燃料をポスト噴射させ、燃料と酸化触媒１０を酸化反応させることで酸化触媒１０の温度を昇温させる。図示した実施形態では、制御部５０に内燃機関の燃料噴射装置６０が電気的に接続されており、制御部５０は、この燃料噴射装置６０により内燃機関の気筒内に非着火のタイミングで燃料をポスト噴射させて酸化触媒１０に燃料を供給している。
【００３８】
ここで、酸化触媒１０における排気ガスＧの流れと異常閉塞により生じる影響について説明する。酸化触媒１０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、排気ガスＧの流れ方向に沿った細かい流路１０ａが多数形成されている。このため、酸化触媒１０の流路１０ａが閉塞されていない正常状態である場合には、排気ガスＧは多数の流路１０ａの夫々に流れる。これに対して、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、酸化触媒１０の入口１０ｂにＨＣ（炭化水素）及び微粒子（以下、これらをまとめて「付着物Ｈ」と記す）が付着して異常閉塞の状態となった場合には、排気ガスＧの流れは偏流し減少する。
【００３９】
図５は、酸化触媒１０が異常閉塞した場合と、閉塞していない正常な場合における酸化触媒１０内の温度変化及び圧力損失の変化を比較したグラフである。紙面の左側の縦軸が圧力損失を示し、紙面の右側の縦軸が排気温度を示している。そして、図中の上側の２本の線は排気温度に関係したグラフであり、図中の下側の２本の線は圧力損失に関係したグラフである。図５の上側に記載された２本の線に示すように、酸化触媒１０の温度は、排気ガスＧの流れが正常である場合は、酸化反応が促進されて排気ガスＧの排気温度が比較的に高くなるが、酸化触媒１０の入口１０ｂが付着物Ｈによって閉塞された場合には、排気ガスＧの流量が減少して排気温度が比較的に低くなる。一方、酸化触媒１０の圧力損失は、図５の下側に記載された２本の線に示すように、排気ガスＧの流れが正常である場合には、酸化触媒１０の入口１０ｂと出口の差圧は比較的に小さくなるが、酸化触媒１０の入口１０ｂが閉塞された場合には、酸化触媒１０の入口１０ｂと出口の差圧は比較的に大きくなる。
【００４０】
このように、酸化触媒１０の入口１０ｂが異常閉塞の状態となると、酸化触媒１０内を流れる排気ガスの量が減るとともに、温度も低下するので、酸化触媒１０の浄化性能および昇温性能が低下してしまう。このため、酸化触媒１０で生成される二酸化窒素(ＮＯ２)の量が低減する上、下流のフィルタ２０へ流れる排気ガスＧの温度が下がり、フィルタ２０の温度を十分に上昇できない。このためフィルタ２０に捕集された煤等の微粒子を浄化する浄化性能が低下する。
【００４１】
フィルタ２０に捕集された微粒子を浄化するために、燃料のポスト噴射をして酸化触媒１０の上流で排気ガスＧ中に未燃燃料を添加し、酸化触媒１０と反応させることで酸化触媒１０の温度、すなわち排気ガスＧの温度を微粒子が浄化できる温度まで上昇させる方法が従来から実施されている。
【００４２】
しかしながら、ポスト噴射をしても酸化触媒１０の入口１０ｂが異常閉塞していると、上記のように十分に排気ガスＧの温度を上昇させることができない。酸化触媒１０の入口１０ｂに付着したＨＣは、排気ガスＧの温度が高ければ浄化（燃焼）させることができるが、ディーゼルエンジンの場合、比較的排気ガスＧの温度が低く、低・中負荷運転状態では、酸化触媒１０の入口１０ｂに付着したＨＣを除去することはできない。また、ポスト噴射をして酸化触媒１０を昇温させたとしても酸化触媒１０の入口付近の温度は、低いため酸化触媒１０の入口に付着したＨＣを除去することはできない。
【００４３】
図６は、ポスト噴射時における酸化触媒の排気ガス流方向に沿った温度変化を表した説明図である。
【００４４】
ポスト噴射をしたときの酸化触媒１０内の温度は、図６に示すように、排気ガスＧの下流側へ行くほど上昇して高沸点ＨＣ除去可能温度を超えるが、酸化触媒１０の入口（上流側の端部）の温度は低く、高沸点ＨＣ除去可能温度以下となっている。このため、燃料をポスト噴射しただけでは、酸化触媒１０の入口の温度は低いので、酸化触媒１０の入口に付着したＨＣを除去することはできない。
【００４５】
そこで、本実施形態では、酸化触媒１０を流れる排気ガスＧの流れを逆転させることで、ＨＣと微粒子が堆積した酸化触媒１０の端部（入口１０ｂ）を高温となる下流側とし、その上で燃料をポスト噴射することによって酸化触媒１０を昇温させるように温度制御している。これにより、酸化触媒１０に付着したＨＣが高温にさらされて確実に除去され、微粒子がサラサラな状態となって排気ガスＧと一緒に流されるので、酸化触媒１０の異常閉塞（目詰まり）が解消される。酸化触媒１０の異常閉塞（目詰まり）が解消されることで、酸化触媒１０の浄化性能および昇温性能が改善されるのでフィルタ２０の浄化性能が改善される。すなわち、酸化触媒１０の目詰まりを抑制し、排気浄化装置１の浄化性能の低下を抑制することが可能となる。
【００４６】
そして、幾つかの実施形態では、酸化触媒昇温制御部５５は、酸化触媒１０の温度を酸化触媒１０に付着しているＨＣ（炭化水素）成分を燃焼可能な設定温度以上に昇温した後、ＨＣ（炭化水素）成分を燃焼可能な所定の温度範囲（４００℃から４５０℃）に制御する温度保持制御部５３を有している。
【００４７】
温度保持制御部５３は、酸化触媒１０の温度を所定の温度範囲（４００℃から４５０℃）内に収まるようポスト噴射の噴射量及び噴射間隔を制御するポスト噴射モードを実行する。
【００４８】
これにより、酸化触媒１０の後端の温度をＨＣ除去可能な温度範囲内に維持することができるので、酸化触媒１０の異常閉塞（目詰まり）を確実かつ効率よく解消することができる上、酸化触媒１０の過昇温による溶損も防止することができる。
【００４９】
また、幾つかの実施形態では、酸化触媒昇温制御部５５は、酸化触媒１０の後端側の温度が設定温度以下の場合に設定温度への昇温時における温度上昇率（温度上昇勾配）が所定範囲内になるようにポスト噴射のポスト噴射量及び噴射間隔の少なくともいずれかを調整しつつ酸化触媒１０の温度をＨＣが燃焼可能な設定温度へ昇温させるよう制御する上昇率制御部５２を有している。
【００５０】
このように、上昇率制御部５２は、酸化触媒１０の後端側の温度が設定温度以下の場合に設定温度への昇温時における温度上昇率（温度上昇勾配）が所定範囲内になるようにポスト噴射のポスト噴射量及び噴射間隔の少なくともいずれかを調整して制御するプレ噴射モードを実行する。このため、酸化触媒１０は、温度上昇が急激になる虞はなく、所定範囲内の温度上昇率で昇温される。したがって、酸化触媒１０の過昇温を回避して酸化触媒の溶損を防止することができる。
【００５１】
また、幾つかの実施形態では、酸化触媒昇温制御部５５は、車両が高負荷運転状態にある場合に、酸化触媒１０の温度制御を禁止するように構成されている。つまり、制御部５０は、酸化触媒１０が異常閉塞の状態であっても内燃機関が高負荷運転状態にあれば、酸化触媒上流への燃料のポスト噴射は行わない。なお、酸化触媒昇温制御部５５は、エンジン回転数センサ４１からの検出値に応じて車両が高負荷運転状態にあるかどうかを判断している。
【００５２】
このように、内燃機関が高負荷運転状態にある場合には、排気ガスＧは昇温してＨＣを燃焼可能な温度になる。このため、内燃機関が高負荷運転状態にある場合には、酸化触媒昇温制御部５５による温度制御、すなわち燃料のポスト噴射を実行する必要がない。よって、上述した実施形態によれば、内燃機関が高負荷運転状態にある場合には、酸化触媒昇温制御部５５はポスト噴射による温度制御を禁止することで、無駄な燃料の消費を抑制することができる。
【００５３】
図８は、制御部５０による温度制御の流れを説明するフローチャートである。図９は、制御部５０の上昇率制御部５２によるプレ噴射モードを説明するフローチャートである。図１０は、制御部５０の温度保持制御部５３によるポスト噴射モードを説明するフローチャートである。図１１は、プレ噴射モード及びポスト噴射モードを説明するためのグラフである。図１２は、他の実施形態に係る制御部５０による温度制御の流れを説明するフローチャートである。図１３は、他の実施形態に係るポスト噴射モードを説明するフローチャートである。
【００５４】
次に、内燃機関の排気浄化装置１の作動について説明する。内燃機関が始動すると、図８に示すように、異常閉塞判定部５１によって酸化触媒１０の差圧が所定値以上か否かについて判定する（ステップ１００）。そして、酸化触媒１０の差圧が所定値以上である場合には、酸化触媒１０の異常閉塞が生じたと判断し、ステップ１０１に移行して、制御部５０のバルブ駆動制御部５４が排気切換弁３０の弁体３０ｂを回動させて酸化触媒１０を流れる排気ガスＧの流れ方向を切換える。一方、ステップ１００において、酸化触媒１０の差圧が所定値以上でない場合には、ステップ１００が繰り替えされる。
【００５５】
ステップ１０１において排気切換弁３０の切換えが実行されると、異常閉塞判定部５１は、エンジン回転数センサ４１からの検出値に応じて車両が高負荷運転中であるか否かを判定する（ステップ１０２）。車両が高負荷運転中である場合には、排気ガスＧの温度が高く、ポスト噴射を行う必要がないので、ステップ１０３に移行して、再び酸化触媒１０の差圧が所定値以下であるか否か、すなわち酸化触媒１０がまだ閉塞状態にあるか否かが異常閉塞判定部５１によって判定される（ステップ１０３）。酸化触媒１０の差圧が所定値以下である場合には、酸化触媒１０のＨＣと微粒子が除去されて異常閉塞が解消されたと判断され、ステップ１００に戻る。一方、酸化触媒１０の差圧が所定値以下でない場合には、まだ酸化触媒１０が異常閉塞状態にあると判断し、ステップ１０２に戻る。高負荷運転中は、酸化触媒１０の異常閉塞が解消されるまで上記フローが繰り返される。
【００５６】
一方、ステップ１０２において、車両が高負荷運転中でない場合には、ステップ１０４に移行して、酸化触媒１０の排気ガスＧの流れ方向下流側端の温度が、酸化触媒１０に付着したＨＣ（炭化水素）を燃焼可能な第１所定温度Ｋ１（４００℃）未満であるか否かが異常閉塞判定部５１により判定される。温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）未満でない場合には、ポスト噴射を行う必要がないのでステップ１０３に移行する。温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）未満である場合には、ポスト噴射によって酸化触媒１０の温度を昇温させる必要があるのでステップ１０５に移行する。
【００５７】
ステップ１０５では、まず上昇率制御部５２によりプレ噴射モードが実行される。プレ噴射モードでは、ポスト噴射で酸化触媒１０の温度の上昇勾配が大きくならないように、ポスト噴射のポスト噴射量、噴射間隔を調整しながら、酸化触媒温度が第１所定温度Ｋ１（約４００℃）以上になるまでポスト噴射を実施する。
【００５８】
図示した実施形態では、図９及び図１１に示すように、最初に微量のポスト噴射を実行する（ステップ１０５ａ）。この最初のポスト噴射は、所定のポスト噴射量Ｌ（微量）及び噴射間隔Ｔに設定されている。そして、上昇率制御部５２によって、酸化触媒１０の温度の上昇勾配が所定範囲を超えたか否かが判定される（ステップ１０５ｂ）。即ち、温度上昇が急激であるか否かが判定される。その結果、酸化触媒１０の温度の上昇勾配が所定範囲を超えていれば、ステップ１０５ｂ１に移行する。
【００５９】
ステップ１０５ｂ１では、ポスト噴射の設定した噴射間隔Ｔが上限値に達しているか否かが判定される。達していなければ、噴射間隔Ｔをさらに大きくすることができるので、ステップ１０５ｂ２に移行して噴射間隔Ｔを広げる。一方、噴射間隔Ｔが上限値に達している場合には、ステップ１０５ｂ３に移行してポスト噴射量Ｌを減量させる。このように、噴射間隔Ｔを広げるまたは、ポスト噴射量Ｌを減量させることで、所定時間におけるポスト噴射量Ｌが減量されるので酸化触媒１０の温度上昇勾配を小さくして所定範囲内に調整することができる。
【００６０】
一方、ステップ１０５ｂにおいて、酸化触媒１０の温度の上昇勾配が所定範囲を超えていなければ、ステップ１０５ｃに移行する。ステップ１０５ｃでは、酸化触媒１０の温度の上昇勾配が所定範囲以下であるかどうかが判定される。上昇勾配が所定範囲以下であれば、ステップ１０５ｃ１に移行する。ステップ１０５ｃ１では、ポスト噴射の設定した噴射間隔Ｔが下限値に達しているか否かが判定される。達していなければ、噴射間隔Ｔをさらに小さくすることができるので、ステップ１０５ｃ２に移行して噴射間隔Ｔを縮小させる。一方、噴射間隔Ｔが下限値に達している場合には、ステップ１０５ｃ３に移行してポスト噴射量Ｌを増量させる。このように、噴射間隔Ｔを縮小するまたはポスト噴射量Ｌを増量させることで、所定時間におけるポスト噴射量Ｌが増量されるので酸化触媒１０の温度上昇勾配を大きくして所定範囲内に調整することができる。
【００６１】
ステップ１０５ｃにおいて、酸化触媒１０の温度の上昇勾配が所定範囲以下でない場合、すなわち酸化触媒１０の温度の上昇勾配が所定範囲内に維持されている場合には、ステップ１０５ｄに移行して、予め設定した噴射間隔Ｔ（時間）を経過したか否かが判定される。経過していなければ、ステップ１０５ｄ１に移行して、車両が高負荷運転中であるか否かが判定される。車両が高負荷運転中でなければ、ステップ１０５ｄに戻り、高負荷運転とならない限り噴射間隔Ｔ（時間）が経過するまでこのフローを繰り返す。一方、車両が高負荷運転中であれば、排気ガスＧの温度が高くポスト噴射を行う必要が無いので、図８のステップ１０２又はステップ１０３に戻る。
【００６２】
ステップ１０５ｄにおいて、噴射間隔Ｔ（時間）を経過している場合には、ステップ１０５ｅに移行する。ステップ１０５ｅでは、酸化触媒１０の温度がＨＣを燃焼可能な第１所定温度Ｋ１（４００℃）以上であるか否かが判定される。そして、温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）に達していれば、プレ噴射モードを終了する。一方、温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）以上でなければ、ステップ１０５ａに戻る。プレ噴射モードを終了すると、図８に示すように、ポスト噴射モードが温度保持制御部５３によって実行される。
【００６３】
ポスト噴射モードは、酸化触媒１０の温度を所定の温度範囲（４００℃から４５０℃）に制御して、ＨＣを燃焼させて煤等の微粒子を酸化触媒１０から吹き飛ばす作用を行う。図示した実施形態では、図１０に示すように、酸化触媒１０の温度が第２所定温度Ｋ２（４５０℃）以上であるか否かが判定される（ステップ１０６ａ）。温度が第２所定温度Ｋ２（４５０℃）以上である場合には、酸化触媒１０の温度を上昇させる必要がないので、ステップ１０６ｅに移行する。温度が第２所定温度Ｋ２（４５０℃）以上でない場合には、ステップ１０６ｂに移行して、温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）以下であるか否かが判定される。
【００６４】
温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）以下でない場合には、酸化触媒１０の温度を上昇させる必要がないので、ステップ１０６ｅに移行する。温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）以下である場合には、酸化触媒１０の温度を上昇させる必要があるのでステップ１０６ｃに移行して、ポスト噴射が行われる。これによって、酸化触媒１０の温度を所定の温度範囲（４００℃から４５０℃）内に制御することができる。そして、噴射間隔Ｔが経過しているか否かが判定される（ステップ１０６ｄ）。ステップ１０６ｄにおいて、噴射間隔Ｔ（時間）が経過していなければ、ステップ１０６ｄ１に移行して、車両が高負荷運転中であるか否かが判定される。車両が高負荷運転中でなければ、ステップ１０６ｄに戻り、高負荷運転とならない限り噴射間隔Ｔ（時間）が経過するまでこのフローを繰り返す。一方、車両が高負荷運転中であれば、排気ガスＧの温度が高くポスト噴射を行う必要が無いので図８に示すステップ１０２又はステップ１０３に移行する。
【００６５】
ステップ１０６ｄにおいて、噴射間隔（時間）が経過すると、ステップ１０６ｅに移行して酸化触媒１０の差圧が所定の閾値以下であるか否かが判定される。差圧が所定の閾値以下であれば、異常閉塞状態が解消されたと判断してポスト噴射モードを終了する。差圧が所定の閾値以下でなければ、まだ酸化触媒が異常閉塞状態にあるので、ステップ１０６ａに戻り、異常閉塞状態が解消されるまでポスト噴射モードのフローを繰り返す。
【００６６】
なお、前述した制御部５０による酸化触媒１０の温度制御方法は、図１２及び図１３に示す方法でもよい。図１２及び図１３に示す酸化触媒１０の温度制御方法については、前述した温度制御方法と異なる部分のみを説明し、前述した温度制御方法と同一態様部分については同一符号を附して説明を省略する。
【００６７】
図１２に示すように、ステップ１０４において、酸化触媒１０の温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）未満である場合には、ポスト噴射モードに移行する（ステップ１０６'）。このポスト噴射モードでは、図１３に示すように、先ず、酸化触媒１０の温度が第２所定温度Ｋ２（４５０℃）以下であるか否かが判定される（ステップ１０６'ａ）。温度が第２所定温度Ｋ２（４５０℃）以下である場合には、ステップ１０６'ｄに移行する。温度が第２所定温度Ｋ２（４５０℃）以下でない場合には、ステップ１０６'ｂに移行して、酸化触媒１０の温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）以下であるか否かが判定される。そして、酸化触媒１０の温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）以下でない場合には、ステップ１０６'ｄに移行し、温度が第１所定温度Ｋ１（４００℃）以下である場合には、ステップ１０６'ｃに移行する。ステップ１０６'ｃでは、最初のポスト噴射が行われる。この場合のポスト噴射は、前述したポスト噴射（ステップ１０５ａ）とは異なり、所定のポスト噴射量のポスト噴射が行われる。
【００６８】
よって、酸化触媒１０の温度上昇率が前述したポスト噴射（ステップ１０５ａ）と比較して大きくなる虞がある。しかしながら、ステップ１０５ｂ以降のステップ（ステップ１０５ｂ〜ステップ１０５ｂ３、ステップ１０５ｃ〜ステップ１０５ｃ３）が実行されるので、酸化触媒１０の温度上昇率を所定範囲内にすることができる。このため、急激な温度上昇による酸化触媒の溶損を防止することができる。
【００６９】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１  内燃機関の排気浄化装置
３  排気通路
３ａ  分岐部
５  第１分岐通路
７  第２分岐通路
１０  酸化触媒
１０ａ  流路
１０ｂ  入口
２０  フィルタ
３０  排気切換弁
３０ａ  回転軸
３０ｂ  弁体
３６，３７  圧力センサ（酸化触媒状態検出手段）
３８，３９  温度センサ（酸化触媒状態検出手段）
４１  エンジン回転数センサ
５０  制御部
５１  異常閉塞判定部
５２  上昇率制御部
５３  温度保持制御部
５４  バルブ駆動制御部
５５  酸化触媒昇温制御部
６０  燃料噴射装置（燃料噴射手段）
Ｆ１  第１流れ
Ｆ２  第２流れ
Ｇ  排気ガス
Ｈ  付着物
【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】
2017190738.tif 000009
【図８】
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【図９】
2017190738.tif 000011
【図１０】
2017190738.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2017190738.tif 000014
【図１３】
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