(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの強制再生制御を実行する機会を可及的に低減し、燃費の悪化を抑制する技術を提供する。【解決手段】内燃機関から排気が排出される排気通路と、排気通路に設けられ酸化機能を有する触媒を担持すると共に排気中のＰＭを捕集するＤＰＦと、ＤＰＦに捕集されたＰＭの酸化除去を促進させる場合には、ＤＰＦの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると共に、ＤＰＦに捕集されたＰＭの堆積量を検出する場合には、ＤＰＦの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくする排気脈動制御手段と、を備えた。【選択図】図３
2009144543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排気が排出される排気通路と、
前記排気通路に設けられ酸化機能を有する触媒を担持すると共に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去を促進させる場合には、前記フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると共に、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を検出する場合には、前記フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくする排気脈動制御手段と、
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】
前記フィルタよりも上流の前記排気通路に当該排気通路の一部の間を前記排気通路の一部の長さとは異なる経路長で接続された副排気通路と、
前記排気通路の一部と前記副排気通路のどちらか一方又は両方に排気を流通させる排気流路選択手段と、
をさらに備え、
前記排気脈動制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去を促進させる場合には、前記排気流路選択手段によって前記排気通路の一部と前記副排気通路のどちらか一方に排気を流通させて、前記フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると共に、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を検出する場合には、前記排気流路選択手段によって前記排気通路の一部と前記副排気通路の両方に排気を流通させて、前記フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さく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】
前記排気脈動制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去を促進させる場合には、前記排気流路選択手段によって、前記排気通路の一部と前記副排気通路の内、前記内燃機関の機関回転数に応じて変化する排気脈動による排気の往復動量が前記フィルタの配置位置で最大に近づく方に排気を流通させ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装置。
【請求項４】
前記排気流路選択手段は、前記排気通路と前記副排気通路とが分岐する位置に配置され前記排気通路を閉じる状態と前記副排気通路を閉じる状態と前記排気通路及び前記副排気通路の両方を開く状態を選択可能な第１選択弁と、前記排気通路と前記副排気通路とが合流する位置に配置され前記排気通路を閉じる状態と前記副排気通路を閉じる状態と前記排気通路及び前記副排気通路の両方を開く状態を選択可能な第２選択弁と、を有し、前記第１、第２選択弁は同時に同じ状態を選択することを特徴とする請求項１〜３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】
前記フィルタの配置位置近傍の前記排気通路に設けられ前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を検出するために排気圧力を検知する排気圧力検知手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４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】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気中の煤やＳＯＦなどの粒子状物質（Particulate Matter：以下単にＰＭという）を捕集するために、パティキュレートフィルタ（以下単にフィルタという）が配置される。フィルタに捕集されたＰＭが過剰に堆積すると、フィルタにおける流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し、機関出力の低下などが生じてしまう。このため、一時的にフィルタを昇温してフィルタに捕集されたＰＭをフィルタから酸化除去するフィルタの強制再生制御が行われる。このフィルタの強制再生制御を実行する時期を的確に判断するために、フィルタ表層部のＰＭ堆積特性を考慮してフィルタのＰＭ堆積量を算出する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３２５５３号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３４４７号公報
【特許文献３】特開２００６−２２００５２号公報
【特許文献４】特開２０００−８８４０号公報
【特許文献５】特開２００４−４４６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、フィルタの強制再生制御は、フィルタを昇温させるために排気中への燃料添加やリタード燃焼によって排気の昇温が行われるので、燃費の悪化を伴う。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの強制再生制御を実行する機会を可及的に低減し、燃費の悪化を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関から排気が排出される排気通路と、
前記排気通路に設けられ酸化機能を有する触媒を担持すると共に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去を促進させる場合には、前記フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると共に、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を検出する場合には、前記フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくする排気脈動制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００６】
フィルタに捕集されたＰＭ（粒子状物質）が過剰に堆積すると、フィルタにおける流通抵抗の増大で内燃機関の背圧が上昇し、機関出力の低下などが生じてしまう。このため、一時的にフィルタを昇温してフィルタに捕集されたＰＭをフィルタから酸化除去するフィルタの強制再生制御が行われる。ここで、フィルタには、基材内部及び基材表層にＰＭが堆積するものであり、フィルタの基材表層に堆積するＰＭは酸化除去され難い。この基材表層に堆積するＰＭは、フィルタの圧力損失に影響をあまり及ぼさないため、精度良く堆積量を検出することが困難である。フィルタの基材表層にＰＭが過剰に堆積してしまった場合には、フィルタの強制再生制御の実行時に熱負荷によってフィルタが破損してしまうおそれがある。したがって、フィルタの強制再生制御の実行時の熱負荷によるフィルタ破
損を防止するため、頻繁にフィルタの強制再生制御を実行する必要がある。しかし、頻繁にフィルタの強制再生制御を実行すると、フィルタを昇温させるために排気中への燃料添加やリタード燃焼によって排気の昇温が行われる頻度も増加し、燃費の悪化が増大する。
【０００７】
一方、フィルタに捕集されたＰＭをフィルタから自動的に酸化除去するフィルタの連続再生が内燃機関の通常運転中に常時行われている。フィルタの連続再生では、フィルタを昇温させないので、排気中への燃料添加やリタード燃焼によって排気を昇温する必要が無い。このため、フィルタの連続再生によるＰＭ酸化除去機能をより高めることができれば、燃費の悪化を抑制できる。
【０００８】
ここで、フィルタの連続再生では、排気中のＮＯ２を利用してＰＭを酸化除去する。ＮＯ２は、排気中のＮＯがフィルタに流入し、フィルタの基材内部を通過した際にＮＯが酸化機能を有する触媒によって酸化されることで生成される。このようにフィルタの基材内部においてＮＯ２が生成されるため、ＮＯ２を利用してフィルタの基材内部に堆積したＰＭを酸化除去することができる。
【０００９】
しかしながら、フィルタの基材表層では、フィルタに流入したＮＯは未だフィルタの基材内部を通過していないため酸化機能を有する触媒によってＮＯ２に酸化されていない。ＮＯはＮＯ２に比してＰＭを酸化除去する能力に劣る。したがって、フィルタの基材表層に堆積したＰＭは、フィルタの基材内部において生成されたＮＯ２が寄与せず、フィルタの連続再生においても酸化除去され難いものであった。
【００１０】
そこで、本発明では、フィルタに捕集されたＰＭの酸化除去を促進させる場合には、フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると共に、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量を検出する場合には、フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくするようにした。
【００１１】
フィルタに捕集されたＰＭの酸化除去を促進させる場合にフィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると、フィルタの配置位置で排気の逆流が大きく生じる。よって、フィルタの基材内部を通過した際にＮＯが酸化機能を有する触媒によって酸化されて生成されたＮＯ２も逆流し、逆流したＮＯ２がフィルタの基材表層に供給される。これにより、逆流したＮＯ２を利用してフィルタの基材表層に堆積したＰＭを酸化除去することができる。したがって、フィルタの連続再生によるＰＭ酸化除去機能をより高めることができる。
【００１２】
しかしながら、フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると、フィルタの圧力損失が精度良く求められなくなり、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量を精度良く検出することができない。このままでは、フィルタにＰＭが過剰に堆積してしまう場合があり、フィルタの強制再生制御の実行時に熱負荷によってフィルタが破損してしまうおそれが生じる。これに対し、フィルタの強制再生制御の実行時の熱負荷によるフィルタ破損を防止するため、頻繁にフィルタの強制再生制御を実行すると、フィルタを昇温させるために排気中への燃料添加やリタード燃焼によって排気の昇温が行われる頻度も増加し、燃費の悪化が増大してしまう。
【００１３】
そこで、本発明では、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量を検出する場合には、フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくする。これによると、フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくするので、フィルタの圧力損失がより精度良く求めることができ、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量をより精度良く検出することができる。したがって、フィルタの強制再生制御を実行する時期をより的確に判断でき、フィルタの強制再生制御の実行時の熱負荷によるフィルタ破損を防止するため頻繁にフィルタの強制再生制
御を実行する必要がなくなる。
【００１４】
このように本発明によると、フィルタの配置位置及びその近傍における排気脈動を制御することにより、フィルタの連続再生によるＰＭ酸化除去機能をより高めることができると共に、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量をより精度良く検出してフィルタの強制再生制御を実行する時期をより的確に判断できる。これによって、フィルタの強制再生制御を実行する機会を可及的に低減し、フィルタを昇温させるために排気中への燃料添加やリタード燃焼によって排気の昇温が行われる頻度を減少させることができ、燃費の悪化を抑制できる。
【００１５】
前記フィルタよりも上流の前記排気通路に当該排気通路の一部の間を前記排気通路の一部の長さとは異なる経路長で接続された副排気通路と、前記排気通路の一部と前記副排気通路のどちらか一方又は両方に排気を流通させる排気流路選択手段と、をさらに備え、前記排気脈動制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化を促進させる場合には、前記排気流路選択手段によって前記排気通路の一部と前記副排気通路のどちらか一方に排気を流通させて、前記フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると共に、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を検出する場合には、前記排気流路選択手段によって前記排気通路の一部と前記副排気通路の両方に排気を流通させて、前記フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくするとよい。
【００１６】
本発明によると、フィルタに捕集されたＰＭの酸化を促進させる場合には、排気通路の一部と副排気通路のどちらか一方に排気を流通させる。これによると、排気脈動が小さくならずにフィルタ位置に到達し、フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすることができる。
【００１７】
一方、本発明によると、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量を検出する場合には、排気通路の一部と副排気通路の両方に排気を流通させる。これによると、排気通路の一部を通過する排気脈動と副排気通路を通過する排気脈動とが合流した際に打ち消し合い、フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体を小さくすることができる。
【００１８】
前記排気脈動制御手段は、前記フィルタに捕集された粒子状物質の酸化を促進させる場合には、前記排気流路選択手段によって、前記排気通路の一部と前記副排気通路の内、前記内燃機関の機関回転数に応じて変化する排気脈動による排気の往復動量が前記フィルタの配置位置で最大に近づく方に排気を流通させるとよい。
【００１９】
本発明によると、排気脈動が内燃機関の機関回転数に応じて変化しても、フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量をより大きくすることができる。
【００２０】
前記排気流路選択手段は、前記排気通路と前記副排気通路とが分岐する位置に配置され前記排気通路を閉じる状態と前記副排気通路を閉じる状態と前記排気通路及び前記副排気通路の両方を開く状態を選択可能な第１選択弁と、前記排気通路と前記副排気通路とが合流する位置に配置され前記排気通路を閉じる状態と前記副排気通路を閉じる状態と前記排気通路及び前記副排気通路の両方を開く状態を選択可能な第２選択弁と、を有し、前記第１、第２選択弁は同時に同じ状態を選択するとよい。
【００２１】
本発明によると、排気通路の一部と副排気通路のどちらか一方に排気を流通させる場合に、排気通路の一部と副排気通路のどちらか他方は、排気通路と副排気通路とが分岐する位置を第１選択弁で閉じられると共に排気通路と副排気通路とが合流する位置を第２選択弁で閉じられる。これによると、排気通路の一部と副排気通路のどちらか他方が排気経路上の空間部となってしまうことを防止し、当該空間部の存在に起因して排気脈動が小さく
なることを防止できる。したがって、排気通路の一部と副排気通路のどちらか一方に排気を流通させる場合に、フィルタの配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすることができる。
【００２２】
前記フィルタの配置位置近傍の前記排気通路に設けられ前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を検出するために排気圧力を検知する排気圧力検知手段をさらに備えるとよい。
【００２３】
本発明によると、前記フィルタに捕集された粒子状物質の堆積量を検出する場合には、前記フィルタの配置位置近傍での排気脈動自体が小さいので、排気圧力検知手段は排気圧力を精度良く検知することができる。これにより、精度良く検知された排気圧力から導出されるフィルタの圧力損失がより精度良く求めることができ、フィルタに捕集されたＰＭの堆積量をより精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの強制再生制御を実行する機会を低減し、燃費の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２６】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する４気筒圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。
【００２７】
内燃機関１には、各気筒で燃焼された後の排気が排出されて流通する排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３が配置されている。
【００２８】
ＤＰＦ３は、コージェライト製のウォールフロー型ハニカム形状の基材を有している。ＤＰＦ３は、排気流れ方向の下流側端部が目詰めされ排気が流入する流入側セルと、排気流れ方向の上流側端部が目詰めされ流入側セルに隣接し排気が流出する流出側セルと、それらのセルを区画した基材に相当するフィルタ隔壁と、から構成されている。ＤＰＦ３は、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒などの酸化機能を有する触媒をＤＰＦ３の基材内部、すなわちフィルタ隔壁に担持している。ＤＰＦ３は、本発明のフィルタに相当する。
【００２９】
ＤＰＦ３の直上流側及び直下流側の排気通路２には、それぞれの位置で排気圧力を検知する第１、第２排気圧力センサ４，５が配置されている。第１、第２排気圧力センサ４，５が本発明の排気圧力検知手段に相当する。
【００３０】
ＤＰＦ３より上流側の排気通路２には、排気通路の一部２ａの間を当該排気通路の一部２ａの長さとは異なる経路長で接続された副排気通路６が接続されている。なお、排気通路の一部２ａは排気通路２中における所望の経路長の部分である。
【００３１】
排気通路２と副排気通路６とが分岐する位置には、第１選択弁７が配置されている。また、第１選択弁７が配置位置よりも下流で排気通路２と副排気通路６とが合流する位置には、第２選択弁８が配置されている。第１、第２選択弁７，８は、排気通路２を閉じる状態と副排気通路６を閉じる状態と排気通路２及び副排気通路６の両方を開く状態をそれぞ
れ選択可能である。このため、第１選択弁７は、排気通路２と副排気通路６とが分岐する位置の下流側端に板状の弁体が回動するための回動基点となる支持部が設けられ、排気通路２を弁体が遮ると排気通路２を閉じる状態となり、副排気通路６を弁体が遮ると副排気通路６を閉じる状態となり、排気通路２と副排気通路６の両方を弁体が半開にすると排気通路２及び副排気通路６の両方を開く状態となる。一方、第２選択弁８は、排気通路２と副排気通路６とが合流する位置の上流側端に板状の弁体が回動するための回動基点となる支持部が設けられ、排気通路２を弁体が遮ると排気通路２を閉じる状態となり、副排気通路６を弁体が遮ると副排気通路６を閉じる状態となり、排気通路２と副排気通路６の両方を弁体が半開にすると排気通路２及び副排気通路６の両方を開く状態となる。第１、第２選択弁７，８は、本発明の排気流路選択手段に相当する。
【００３２】
以上のように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９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。
【００３３】
ＥＣＵ９には、第１、第２排気圧力センサ４，５などが電気配線を介して接続されており、これらの機器の出力信号が該ＥＣＵ９に入力されている。ＥＣＵ９には、第１、第２選択弁７，８などが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ９によりこれらの機器が制御される。
【００３４】
ＥＣＵ９は、不図示の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出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００３５】
ところで、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭが過剰に堆積すると、ＤＰＦ３における流通抵抗の増大で内燃機関１の背圧が上昇し、機関出力の低下などが生じてしまう。そこで、ＥＣＵ９は、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭを強制的に酸化除去し、ＤＰＦ３のＰＭ捕集能を再生する制御（以下、ＤＰＦ強制再生制御という）を行う。ＤＰＦ強制再生制御は、第１、第２排気圧力センサ４，５の出力差からＤＰＦ３の圧力損失を算出し、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量が規定値以上と検出された場合に、一時的に、排気通路２に設けられる不図示の燃料添加弁からの排気中への燃料添加や内燃機関１での主噴射とは別のポスト噴射などによって供給される燃料の酸化反応や内燃機関１でのリタード燃焼によって排気を昇温し、これによってＤＰＦ３を例えば６００℃などに昇温し、ＤＰＦ３に捕集されているＰＭを強制的に酸化除去する制御である。
【００３６】
ここで、ＤＰＦ３では、排気が流入側セルから流入し、流入側セルに流入した排気がフィルタ隔壁を通過し、フィルタ隔壁を通過した排気が流出側セルから流出する。このとき、ＤＰＦ３に流入する排気中に含まれるＰＭは、フィルタ隔壁の流入側セル側表面の表層（以下、単にフィルタ隔壁表層という）及びフィルタ隔壁内部に捕集され堆積する。そして、フィルタ隔壁内部に堆積したＰＭは酸化除去され易いものの、フィルタ隔壁表層に堆積したＰＭは酸化除去され難い。この酸化除去され難いフィルタ隔壁表層に堆積するＰＭは、ＤＰＦ３の圧力損失に影響をあまり及ぼさないため、精度良く堆積量を検出することが困難である。ＤＰＦ３のフィルタ隔壁表層にＰＭが過剰に堆積してしまった場合には、ＤＰＦ強制再生制御の実行時に熱負荷によってＤＰＦ３が破損してしまうおそれがある。したがって、ＤＰＦ強制再生制御の実行時の熱負荷によるＤＰＦ破損を防止するため、頻繁にＤＰＦ強制再生制御を実行する必要がある。しかし、頻繁にＤＰＦ強制再生制御を実行すると、ＤＰＦ３を昇温させるために排気中への燃料添加、ポスト噴射、リタード燃焼などによって排気の昇温が行われる頻度も増加し、燃費の悪化が増大する。
【００３７】
一方、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭをＤＰＦ３から自動的に酸化除去する処理（以下、Ｄ
ＰＦ連続再生という）が内燃機関１の通常運転中に常時行われている。ＤＰＦ連続再生では、ＤＰＦ３を昇温させないので、排気中への燃料添加、ポスト噴射、リタード燃焼によって排気を昇温する必要が無い。このため、ＤＰＦ連続再生によるＰＭ酸化除去機能をより高めることができれば、燃費の悪化を抑制できる。
【００３８】
ここで、ＤＰＦ連続再生では、排気中のＮＯ２を利用してＰＭを酸化除去する。ＮＯ２は、排気中のＮＯがＤＰＦ３に流入し、ＤＰＦ３のフィルタ隔壁内部を通過した際にＮＯが触媒によって酸化されることで生成される。このようにＤＰＦ３のフィルタ隔壁内部においてＮＯ２が生成されるため、ＮＯ２を利用してフィルタ隔壁内部に堆積したＰＭを酸化除去することができる。
【００３９】
しかしながら、ＤＰＦ３のフィルタ隔壁表層では、ＤＰＦ３に流入したＮＯは未だフィルタ隔壁内部を通過していないため触媒によってＮＯ２に酸化されていない。ＮＯはＮＯ２に比してＰＭを酸化除去する能力に劣る。したがって、フィルタ隔壁表層に堆積したＰＭは、フィルタ隔壁内部において生成されたＮＯ２が寄与せず、ＤＰＦ連続再生においても酸化除去され難い。
【００４０】
そこで、本実施例では、ＤＰＦ連続再生によりＤＰＦ３に捕集されたＰＭの酸化除去を促進させる場合には、ＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくするように第１、第２選択弁７，８を制御し、排気通路の一部２ａと副排気通路６の内、内燃機関１の機関回転数に応じて変化する排気脈動による排気の往復動量がＤＰＦ３の配置位置で最大に近づく方に排気を流通させるようにした。
【００４１】
図２（ａ）は内燃機関１の通常運転中に副排気通路６を遮断し排気通路の一部２ａだけに排気を流通させＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きく生じる様子を示す図である。図２（ａ）では第１、第２選択弁７，８は同時に同じ副排気通路６を閉じる状態となっている。図２（ａ）によると、排気通路の一部２ａを流通した排気はＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きくなっている。図２（ａ）に示す内燃機関１から排気通路の一部２ａを通過してＤＰＦ３の配置位置に到達する排気流通経路を経路Ｓと称する。
【００４２】
なお、図２における排気通路２及び副排気通路６内の太線は排気脈動を示しており、太線の上下幅が排気の往復動量に対応しており、例えば太線の上下幅が広くなると排気の往復動量が大きくなることを示している。
【００４３】
図３はＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きく生じた場合のＤＰＦ３内部における排気流動の様子を示す図である。ＤＰＦ３では、通常順流している場合には、排気が流入側セル３１から流入し、流入側セル３１に流入した排気がフィルタ隔壁３２を通過し、フィルタ隔壁３２を通過した排気が流出側セル３３から流出する。このとき、流入側セル３１のＮＯがフィルタ隔壁３２内部を通過した際に触媒によって酸化されることでＮＯ２が生成される。ここで、ＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量が大きいと、ＤＰＦ３の配置位置で排気の逆流が大きく生じる。よって、ＤＰＦ３のフィルタ隔壁３２内部を通過した際にＮＯが触媒によって酸化されて生成され流出側セル３３に存在するＮＯ２も逆流し、逆流したＮＯ２がＤＰＦ３のフィルタ隔壁表層に堆積したＰＭ３４に供給される。したがって、逆流したＮＯ２を利用してフィルタ隔壁表層に堆積したＰＭ３４を酸化除去することができる。なお、ここでいう排気の大きな逆流とは、ＤＰＦ３のフィルタ隔壁３２内部を通過して流出側セル３３に流出した排気がフィルタ隔壁３２内部を逆戻りし流入側セル３１のフィルタ表層側へ戻ることが可能となる微視的な排気流動である。また、排気脈動は、順流と逆流が繰り返されながら下流へ流れる。このため、フィルタ隔壁表層に堆積したＰＭ３４を酸化除去してＮＯ２から還元されたＮＯ
は順流し、再度フィルタ隔壁３２内部を通過した際にＮＯ２に酸化される。そして再び逆流したＮＯ２がフィルタ隔壁表層に堆積したＰＭ３４に供給される場合もある。
【００４４】
このように、ＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると、ＤＰＦ連続再生によるＰＭ酸化除去機能をより高めることができ、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの酸化除去を促進させることができる。
【００４５】
ところで、排気脈動は内燃機関１の機関回転数に応じて変化し、排気脈動によってはＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすることができない場合がある。図２（ｂ）は経路Ｓを選択したもののＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きく生じない様子を示す図である。図２（ｂ）によると、経路Ｓの経路長が、このときの内燃機関１の機関回転数に応じた排気脈動に対して、ＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きくなる経路長ではない。このため、排気通路の一部２ａを流通した排気ではＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が小さくなっている。図２（ｂ）のような場合では、ＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量が小さいので、ＤＰＦ３の配置位置で排気の逆流があまり生じない。よって、ＤＰＦ３のフィルタ隔壁内部を通過した際にＮＯが触媒によって酸化されて生成されたＮＯ２があまり逆流せず、逆流してＤＰＦ３のフィルタ隔壁表層に堆積するＰＭに供給されるＮＯ２量が減少してしまう。したがって、逆流したＮＯ２を利用してフィルタ隔壁表層に堆積したＰＭを酸化除去することがあまりできなくなる。
【００４６】
ここで、本実施例では、排気通路の一部２ａの経路長と副排気通路６の経路長が異なっている。このため、図２（ｂ）のように経路Ｓの経路長が、このときの内燃機関１の機関回転数に応じた排気脈動に対して、ＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きくなる経路長ではない場合に、図２（ｃ）のように内燃機関１から副排気通路６を通過しＤＰＦ３の配置位置に到達する経路Ｌの経路長がＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きくなる経路長となる。図２（ｃ）は内燃機関１の通常運転中に排気通路の一部２ａを遮断し副排気通路６だけに排気を流通させＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きく生じる様子を示す図である。図２（ｃ）では第１、第２選択弁７，８は同時に同じ排気通路２を閉じる状態となっている。図２（ｃ）によると、副排気通路６を流通した排気はＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きくなっている。図２（ｃ）に示す内燃機関１から副排気通路６を通過してＤＰＦ３の配置位置に到達する排気流通経路を経路Ｌと称する。
【００４７】
つまり、排気脈動が内燃機関１の機関回転数に応じて変化しても、排気通路の一部２ａと副排気通路６の内どちらか一方に排気を流通させれば、排気脈動による排気の往復動量がＤＰＦ３の配置位置で最大に近づく。このため、本実施例では、内燃機関１の機関回転数に基づいて第１、第２選択弁７，８を制御し、排気通路の一部２ａと副排気通路６の内、内燃機関１の機関回転数に応じて変化する排気脈動による排気の往復動量がＤＰＦ３の配置位置で最大に近づく方に排気を流通させる。したがって、ＤＰＦ連続再生によりＤＰＦ３に捕集されたＰＭの酸化除去を促進させる場合には、排気脈動が内燃機関１の機関回転数に応じて変化しても、常にＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすることができる。
【００４８】
なお、排気通路の一部２ａの経路長と副排気通路６の経路長は異なり、それらの経路長がＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量を大きくするいずれの内燃機関１の機関回転数に適合するかは予め実験や検証などによって定められるとよい。
【００４９】
しかしながら、ＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすると、排気圧力の変動が大きいためにＤＰＦ３の直上流及び直下流に配置された第１、第２排
気圧力センサ４，５の出力信号の検知誤差が大きくなり、ＤＰＦ３の圧力損失が精度良く求められなくなり、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量を精度良く検出することができない。このままでは、ＤＰＦ３にＰＭが過剰に堆積してしまう場合があり、ＤＰＦ強制再生制御の実行時に熱負荷によってＤＰＦ３が破損してしまうおそれが生じる。これに対し、ＤＰＦ強制再生制御の実行時の熱負荷によるＤＰＦ破損を防止するため、頻繁にＤＰＦ強制再生制御を実行すると、ＤＰＦ３を昇温させるために排気中への燃料添加、ポスト噴射、リタード燃焼などによって排気の昇温が行われる頻度も増加し、燃費の悪化が増大してしまう。
【００５０】
そこで、本実施例では、ＤＰＦ強制再生制御の実行時期を決定するためにＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量を検出する場合には、ＤＰＦ３の配置位置近傍での排気脈動自体を小さくするように第１、第２選択弁７，８を制御し、排気通路の一部２ａと副排気通路６の両方に同時に排気を流通させるようにした。
【００５１】
図２（ｄ）は内燃機関１の通常運転中に排気通路の一部２ａと副排気通路６の両方に排気を流通させＤＰＦ３の配置位置近傍で排気脈動自体が小さくなる様子を示す図である。図２（ｄ）では第１、第２選択弁７，８は排気通路２及び副排気通路６の両方を開く状態となっている。図２（ｄ）によると、排気通路の一部２ａと副排気通路６の両方に排気を流通させるので、排気通路の一部２ａを通過する排気脈動と副排気通路６を通過する排気脈動とが合流した際に打ち消し合い、ＤＰＦ３の配置位置近傍を含む排気通路の一部２ａと副排気通路６とが合流した後での排気脈動自体が小さくなっている。上記したように排気通路の一部２ａの経路長と副排気通路６の経路長が異なるため、排気通路の一部２ａと副排気通路６のそれぞれを通過した排気脈動の脈動位相差が生じ、両方の排気脈動が合流するとこの脈動位相差によって両方の排気脈動が打ち消し合うことになる。
【００５２】
これによると、排気通路の一部２ａと副排気通路６とが合流した後の下流での排気脈動自体を小さくするので、ＤＰＦ３直上流及び直下流を含むＤＰＦ３の配置位置近傍では排気圧力の変動が小さく且つ安定しており、第１、第２排気圧力センサ４，５の出力信号の検知誤差が小さくなり、第１、第２排気圧力センサ４，５の出力差から算出されるＤＰＦ３の圧力損失がより精度良く求めることができ、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量をより精度良く検出することができる。したがって、ＤＰＦ強制再生制御を実行する時期をより的確に判断でき、ＤＰＦ強制再生制御の実行時の熱負荷によるＤＰＦ破損を防止するため頻繁にＤＰＦ強制再生制御を実行する必要がなくなる。
【００５３】
このように本実施例によると、ＤＰＦ３の配置位置及びその近傍における排気脈動を制御することにより、ＤＰＦ連続再生によるＰＭ酸化除去機能をより高めることができると共に、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量をより精度良く検出してＤＰＦ強制再生制御を実行する時期をより的確に判断できる。これによって、ＤＰＦ強制再生制御を実行する機会を可及的に低減し、ＤＰＦ３を昇温させるために排気中への燃料添加、ポスト噴射、リタード燃焼などによって排気の昇温が行われる頻度を減少させることができ、燃費の悪化を抑制できる。
【００５４】
次に、本実施例による排気脈動制御ルーチンについて説明する。図４は、本実施例による排気脈動制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。また、本ルーチンを実行するＥＣＵ９が、本発明の排気脈動制御手段に相当する。
【００５５】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ９は、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量の検出要求があるか否かを判別する。ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量の検出要求は、ＤＰＦ強制再生制御の実行時期を決定しようとする適宜のタイミングに要求される。
【００５６】
ステップＳ１０１において、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量の検出要求があると肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。一方、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量の検出要求がないと否定判定された場合には、ステップＳ１０３へ移行する。
【００５７】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ９は、第１、第２選択弁７，８を同時に同じ排気通路２及び副排気通路６の両方を開く状態に制御する。このステップＳ１０２の処理により、図２（ｄ）に示すように排気通路の一部２ａと副排気通路６の両方に排気を流通させ、排気通路の一部２ａを通過する排気脈動と副排気通路６を通過する排気脈動とを合流した際に打ち消し合わせるようにし、合流後の排気脈動自体を小さくしている。ステップＳ１０２の処理の後、本ルーチンを一旦終了すると共に、ＥＣＵ９は第１、第２排気圧力センサ４，５の出力信号を受けてＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量を検出する。
【００５８】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ９は、内燃機関１の機関回転数を取得する。内燃機関１の機関回転数は、不図示のクランクポジションセンサの出力信号から取得される。
【００５９】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ９は、ステップＳ１０３で取得した内燃機関１の機関回転数での排気脈動による排気の往復動量がＤＰＦ３の配置位置で最大に近づくのが副排気通路６を遮断し排気通路の一部２ａに排気を流通させる経路Ｓの場合であるか否かを判別する。
【００６０】
経路Ｓと経路Ｌのどちらの場合に、ステップＳ１０３で取得した内燃機関１の機関回転数での排気脈動による排気の往復動量がＤＰＦ３の配置位置で最大に近づくかは、ステップＳ１０３で取得した内燃機関１の機関回転数に基づいて、経路Ｓの経路長と経路Ｌの経路長のどちらが「共鳴の波長（＝音速／排気行程の時間間隔）×Ｎ（Ｎ＝自然数）」に近いかで算出される。
【００６１】
ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で取得した内燃機関１の機関回転数での排気脈動による排気の往復動量がＤＰＦ３の配置位置で最大に近づくのが経路Ｓの場合であると肯定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。一方、ステップＳ１０３で取得した内燃機関の機関回転数での排気脈動による排気の往復動量がＤＰＦ３の配置位置で最大に近づくのが経路Ｓでなく、経路Ｌの場合であると否定判定された場合には、ステップＳ１０６へ移行する。
【００６２】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ９は、第１、第２選択弁７，８を同時に同じ副排気通路６を閉じる状態に制御する。このステップＳ１０５の処理により、図２（ａ）に示すように経路Ｓに排気を流通させ、ＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量を大きくする。ステップＳ１０５の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００６３】
一方、ステップＳ１０６では、ＥＣＵ９は、第１、第２選択弁７，８を同時に同じ排気通路２を閉じる状態に制御する。このステップＳ１０６の処理により、図２（ｃ）に示すように経路Ｌに排気を流通させ、ＤＰＦ３の配置位置で排気脈動による排気の往復動量を大きくする。ステップＳ１０６の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
【００６４】
以上の本ルーチンを実施することにより、ＤＰＦ３の配置位置における排気脈動による排気の往復動量を大きくしたり、ＤＰＦ３の配置位置近傍での排気脈動自体を小さくしたりでき、ＤＰＦ連続再生によるＰＭ酸化除去機能をより高めることができると共に、ＤＰＦ３に捕集されたＰＭの堆積量をより精度良く検出できる。
【００６５】
なお、本実施例では、第１、第２選択弁７，８は、排気通路２を閉じる状態、副排気通
路６を閉じる状態、排気通路２及び副排気通路６の両方を開く状態のいずれかの状態の内から同時に同じ状態を選択するようにしていた。これによると、排気通路の一部２ａと副排気通路６のどちらか一方に排気を流通させる場合に、排気通路の一部２ａと副排気通路６のどちらか他方は、排気通路２と副排気通路６とが分岐する位置を第１選択弁７で閉じられると共に排気通路２と副排気通路６とが合流する位置を第２選択弁８で閉じられる。そうすると、排気通路の一部２ａと副排気通路６のどちらか他方が排気経路上の不要な空間部となってしまうことを防止できる。当該空間部は内燃機関１の機関回転数によっては排気脈動を小さくしてしまう場合がある。本実施例では、第１、第２選択弁７，８が同時に同じ状態を選択することで当該空間部を存在させないようにするので、当該空間部の存在に起因して排気脈動が小さくなることを防止できる。したがって、これによっても排気通路の一部２ａと副排気通路６のどちらか一方に排気を流通させる場合に、ＤＰＦ３の配置位置での排気脈動による排気の往復動量を大きくすることができる。
【００６６】
しかしながら、本発明はこれに限られず、排気流路選択手段として、第１、第２選択弁７，８のいずれか一方を備える構成としてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、第１選択弁７だけを備えてもよいし、図５（ｂ）に示すように、第２選択弁８だけを備えてもよい。
【００６７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る排気流路を変更した場合の排気脈動の様子を示す図である。
【図３】実施例１に係るＤＰＦの配置位置で排気脈動による排気の往復動量が大きく生じた場合のＤＰＦのフィルタ隔壁表層及びフィルタ隔壁内部における排気流動の様子を示す図である。
【図４】実施例１に係る排気脈動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】実施例１の他の例に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１     内燃機関
２     排気通路
２ａ   排気通路の一部
３     ＤＰＦ
４     第１排気圧力センサ
５     第２排気圧力センサ
６     副排気通路
７     第１選択弁
８     第２選択弁
９     ＥＣＵ
３１   流入側セル
３２   フィルタ隔壁
３３   流出側セル
３４   フィルタ隔壁表層に堆積したＰＭ
【図１】
2009144543.tif 000003
【図２】
2009144543.tif 000004
【図３】
2009144543.tif 000005
【図４】
2009144543.tif 000006
【図５】
2009144543.tif 000007