JP4164634B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の排気系に設けられて、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
ディーゼルエンジン等から排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほかにパティキュレートが含まれており、このパティキュレートを処理するための後処理装置としてパティキュレートフィルタが提案されている。例えば、触媒を担持したフィルタがエンジンの排気系に設けられて、排ガス中に含まれるパティキュレートを捕集する一方、排気温度が比較的高い運転状態のときに、堆積したパティキュレートを触媒の効果により酸化・焼却除去している（連続再生）。又、この連続再生作用が得られない運転状態が継続されて、パティキュレート堆積量が許容量を越えたときには、例えばポスト噴射により膨張行程或いは排気行程で追加燃料を噴射し、これによりフィルタを昇温して、パティキュレートを強制的に焼却除去している（強制再生）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した再生時のフィルタは、パティキュレートの燃焼熱を受けて昇温される一方、内部を流通する排ガスに放熱して冷却され、双方の作用が均衡することで、適切な温度、つまり、着火後のパティキュレートの燃焼が継続され、且つ自己の過熱による焼損が防止される温度に保たれる。
【０００４】
しかしながら、車両の走行状態に応じてエンジンの運転状態は大きく変化し、例えばアイドル運転を含む低負荷低回転域では、排気流量が極端に減少すると共に、排ガス中の酸素濃度が増加する現象が生じる。排気流量の減少は、放熱不足によりフィルタを昇温させる方向に作用し、酸素濃度の増加は、パティキュレートの燃焼促進により同じくフィルタを昇温させる方向に作用するため、このような運転状態にエンジンが移行すると、フィルタが過昇温されて焼損する虞があった。
【０００５】
本発明の目的は、パティキュレートを焼却除去するフィルタ再生時に、エンジンの運転状態に関わらずフィルタの過昇温による焼損を未然に防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、排気系のフィルタ上流側に設けられたタービン、及び内燃機関の吸気系に設けられ、タービンに駆動されて内燃機関に導入される吸気を過給するコンプレッサから構成されるターボ過給機と、排気系のタービン上流側に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、フィルタが再生中か否かを判定するフィルタ再生判定手段と、内燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、フィルタ再生判定手段によりフィルタが再生中と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態と判定されたとき、燃焼ガス供給手段を作動させる制御手段とを備えたものである。
【０００７】
従って、排ガス中のパティキュレートはフィルタに捕集されて次第に堆積し、堆積したパティキュレートは、例えば内燃機関が排気温度の比較的高い運転状態のときに触媒作用により酸化・焼却除去される一方（連続再生）、積極的に排気温度の上昇やフィルタへの未燃燃料の供給が実施されたときに強制的に酸化・焼却除去され（強制再生）、このフィルタの再生がフィルタ再生判定手段により判定される。
【０００８】
一方、例えば内燃機関がアイドル運転を含む低負荷低回転域にあるとき、或いは車両減速に伴う燃料供給の中止時、又は排気ブレーキの作動により排気流量が絞られたとき等には、内燃機関の排気流量が低下すると共に排気中の酸素濃度が増加する所定運転状態となり、この所定運転状態が運転状態判定手段により判定される。
【０００９】
そして、フィルタの再生中に内燃機関が所定運転状態に移行すると、排気流量の低下によりフィルタの放熱不足が生じるが、このときには制御手段により燃焼ガス供給手段が作動されて、タービン上流側に燃焼ガスを供給するため、タービン仕事の増加により過給が促進されて内燃機関の排気流量が増加し、結果としてフィルタの放熱不足が解消されて、フィルタの過昇温が抑制される。
【００１０】
加えて、内燃機関の排ガスに酸素の少ない、若しくは含まない燃焼ガスが混合されるため、排ガスの酸素濃度が低減されて、フィルタでパティキュレートの燃焼が抑制され、上記フィルタの過昇温の抑制がより確実なものとなる。
請求項２の発明は、内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、排気系のフィルタ上流側に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、フィルタが再生中か否かを判定するフィルタ再生判定手段と、内燃機関が燃料供給を中止する特定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、フィルタ再生判定手段によりフィルタが再生中と判定され、且つ運転状態判定手段により特定運転状態と判定されたとき、燃焼ガス供給手段を作動させる制御手段とを備えたものである。
【００１１】
従って、排ガス中のパティキュレートはフィルタに捕集されて次第に堆積し、堆積したパティキュレートは、例えば内燃機関が排気温度の比較的高い運転状態のときに触媒作用により酸化・焼却除去される一方（連続再生）、積極的に排気温度の上昇やフィルタへの未燃燃料の供給が実施されたときに強制的に酸化・焼却除去され（強制再生）、このフィルタの再生がフィルタ再生判定手段により判定される。
【００１２】
一方、例えば車両減速に伴って内燃機関の燃料供給は中止され、このときの運転状態が特定運転状態として運転状態判定手段により判定される。特定運転状態では、吸入空気が燃焼に利用されずにそのまま排出されて、排ガスに十分な酸素が含まれている。
従って、フィルタの再生中に内燃機関が特定運転状態に移行すると、排ガス中の酸素によりパティキュレートの燃焼が過度に促進されるが、このときには制御手段により燃焼ガス供給手段が作動されて、フィルタ上流側に燃焼ガスを供給するため、酸素をほとんど含まない、若しくは過濃な燃焼ガスの混合により排ガスの酸素濃度が低減され、結果としてパティキュレートの燃焼が抑制されて、フィルタの過昇温が抑制される。
【００１３】
請求項３の発明は、ターボ過給機が、排気系のタービン上流側の排ガスを排気系のタービン下流側にバイパスさせるウエストゲート弁を含み、制御手段が、燃焼ガス供給手段の作動時にウエストゲート弁を閉弁させるものである。
従って、燃焼ガス供給手段の作動時にはウエストゲート弁が閉弁されるため、燃焼ガス供給手段からの全ての燃焼ガスがタービン側に供給されて、効果的にタービン仕事の増加に利用される。その結果、ターボ過給機による過給を一層促進して内燃機関の排気流量を増加させ、フィルタの放熱不足がより確実に解消される。
【００１４】
請求項４の発明は、ターボ過給機が、排気系のタービン上流側の排ガスを排気系のタービン下流側にバイパスさせるウエストゲート弁を含み、燃焼ガス供給手段の空気取入れ口を吸気系のコンプレッサ下流側に連通させ、空気取入れ口と吸気系との間に燃焼ガス供給手段への吸入空気量を制御する切換弁を備え、更に、フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、制御手段が、堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、切換弁を開弁すると共にウエストゲート弁を開弁し、且つ燃焼ガス供給手段を作動させ、一方、フィルタ再生判定手段によりフィルタが再生中と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態と判定されたとき、切換弁を開弁すると共にウエストゲート弁を閉弁し、且つ燃焼ガス供給手段を作動させるものである。
【００１５】
従って、堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたときには、制御手段により切換弁が開弁されて、吸入空気の一部が燃焼ガス供給手段に供給され、燃焼ガス供給手段から発生した燃焼ガスにより排気昇温が行われ、これによりフィルタ上のパティキュレートが強制的に焼却除去される。そして、このときのウエストゲート弁は開弁されているため、昇温された排ガスの大半はタービンを通過することなく、タービン下流側にバイパスされ、タービン仕事がほとんど増加しないことから、排ガスが有するエネルギが効果的にフィルタの昇温に利用される。
【００１６】
一方、フィルタの再生中に内燃機関が所定運転状態に移行したときには、燃焼ガス供給手段の作動と共にウエストゲート弁が閉弁されるため、燃焼ガス供給手段からの全ての燃焼ガスがタービン側に供給されて、タービン仕事の増加に利用され、過給を一層促進して排気流量を増加させ、フィルタの放熱不足がより確実に解消される。
【００１７】
又、このように燃焼ガス供給手段を利用して、強制再生時のフィルタの昇温を行っているため、強制再生を実施するための専用の昇温手段を省略可能となる。請求項５の発明は、制御手段が、フィルタ再生判定手段によりフィルタが再生中と判定され、且つ運転状態判定手段により所定運転状態が所定時間以上継続していると判定されたとき、燃焼ガス供給手段を作動させるものである。
【００１８】
従って、フィルタの再生中において内燃機関が所定運転状態に移行しても、その継続時間が短いときにはフィルタが放熱不足の事態に陥る虞がないため、この場合には燃焼ガス供給手段が停止保持されて、その不要な作動が未然に防止される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明をディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。本実施形態のエンジン１はコモンレール式ディーゼルエンジンとして構成されており、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁２に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で燃料噴射弁２から各気筒の筒内に噴射可能に構成されている。
【００２０】
エンジン１の吸気通路３には、上流側より、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａ、インタークーラ５が設けられている。図示しないエアクリーナから導入された吸入空気は、コンプレッサ４ａにより過給されてインタークーラ５で冷却された後、各気筒の筒内に導入されて、上記燃料噴射弁２から噴射された燃料の燃焼に利用される。
【００２１】
又、エンジン１の排気通路６には、上流側より、上記コンプレッサ４ａと同軸上に連結されたターボ過給機４のタービン４ｂ、酸化触媒７、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと略す）８が設けられ、酸化触媒７とＤＰＦ８（フィルタ）により後処理装置９が構成されている。排気通路６のタービン４ｂ上流とタービン４ｂ下流側とはバイパス通路１０により連結され、バイパス通路１０にはウエストゲート弁１１が設けられている。ウエストゲート弁１１の開度に応じて排ガスの一部がバイパス通路１０側にバイパスされ、これによりターボ過給機４の過給圧が調整される。
【００２２】
上記ＤＰＦ８はハニカム型のセラミック担体からなり、多数の排ガス通路の上流側と下流側の開口部を交互に閉鎖して、排ガス通路を形成する多孔質の壁面を経て排ガスを流通させる。そして、各気筒から排出された排ガスは、排気通路６を経てタービン４ｂを回転駆動した後に酸化触媒７及びＤＰＦ８を経て大気中に排出され、ＤＰＦ８を通過する際に含有するパティキュレートが捕集される。
【００２３】
上記コンプレッサ４ａ下流側の吸気通路３と上記タービン４ｂ上流側の排気通路６とはバーナ通路１２を介して連結され、このバーナ通路１２の吸気通路３側には切換弁１３が設けられ、排気通路６側にはバーナ１４（燃焼ガス供給手段）が設けられている。切換弁１３の開弁時には、吸気通路３を流通する吸入空気の一部がバーナ１４に供給され、その空気を利用してバーナ１４内で燃料が燃焼されて、燃焼ガスが排気通路６側に供給される。
【００２４】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には、アクセル操作量ＡＰＳを検出するアクセルセンサ２２、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ２３、上記ＤＰＦ８の上流側及び下流側の排ガス温度Ｔ1,Ｔ2を検出する温度センサ２４ａ，２４ｂ等の各種センサ類が接続され、出力側には、上記燃料噴射弁２、ウエストゲート弁１１、切換弁１３、バーナ１４等の各種デバイス類が接続されている。
【００２５】
そして、ＥＣＵ２１はアクセル操作量ＡＰＳやエンジン回転速度Ｎe等の検出情報に基づいて燃料噴射弁２の噴射時期や噴射量、ターボ過給機４の過給圧、図示しないＥＧＲ弁によるＥＧＲ率等の目標値を設定し、それらの目標値に基づいて燃料噴射弁２、ウエストゲート弁１１、ＥＧＲ弁等を制御する。
一方、パティキュレートの捕集によりＤＰＦ８上のパティキュレート堆積量は次第に増加するが、堆積したパティキュレートは、エンジン１が所定の運転状態（例えば、排気温度が比較的高い運転状態）のときに連続的に酸化・焼却除去される。
【００２６】
又、連続再生作用が得られない運転状態が継続されると、ＤＰＦ８でのパティキュレート堆積量が次第に増加して許容量を越えてしまうため、このような状況を想定して、ＥＣＵ２１は積極的にパティキュレートを焼却除去する強制再生を実行しており、以下、その詳細を説明する。
図２はＥＣＵ２１が実行するパティキュレート堆積量判定ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２１はエンジン１の運転中に常にこのルーチンを所定の制御インターバルで実行する。まず、ステップＳ２で各センサ類からの検出情報を入力し、ステップＳ４でＤＰＦ８のパティキュレート堆積量Ａが予め設定された再生開始判定値Ａ1以上か否かを判定する（堆積量推定手段）。パティキュレート堆積量Ａは、ＤＰＦ８の前後差圧（つまり、ＤＰＦ８の圧損）及び排気流量に対して相関することから、例えば、これらの関係を規定したマップに基づいて堆積量Ａを推定する。
【００２７】
パティキュレート堆積量Ａが再生開始判定値Ａ1未満のときには、ステップＳ４でＮＯ（否定）の判定を下してルーチンを終了する。そして、運転の継続によりパティキュレート堆積量Ａが次第に増加して再生開始判定値Ａ1以上になると、ＥＣＵ２１はステップＳ４でＹＥＳ（肯定）の判定を下し、ステップＳ６で強制再生処理を実行した後、ルーチンを終了する。
【００２８】
図３はＥＣＵ２１が実行する強制再生ルーチンを示すフローチャートであり、上記ステップＳ６で強制再生処理が実行されると、ＥＣＵ２１は当該ルーチンを開始し、まず、ステップＳ１２で検出情報を入力し、ステップＳ１４でパティキュレートが着火しているか否かを判定する。この判定は、上記温度センサ２４ａ，２４ｂにより検出されたＤＰＦ８の上流側及び下流側の排ガス温度Ｔ1，Ｔ2に基づいて行われ、排ガス温度Ｔ1,Ｔ2の平均値が所定温度、例えば６００℃以上の状態が所定時間に亘って継続したときに、着火と判定する。
【００２９】
ステップＳ１４の判定がＮＯのときには、ステップＳ１６で上記切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を大出力で作動させ（供給熱量大）、その後、ステップＳ１８でウエストゲート弁１１を開弁する。ＥＣＵ２１は続くステップＳ２０でパティキュレート堆積量Ａが再生終了判定値Ａ2（＜Ａ1)以下か否かを判定し、判定がＮＯのときにはルーチンを終了する。
【００３０】
切換弁１３の開弁により吸入空気の一部がバーナ１４に供給されて、バーナ１４から発生した燃焼ガスにより排気昇温が行われる。そして、ウエストゲート弁１１が開弁されているため、昇温された排ガスの大半はタービン４ｂを通過することなく、バイパス通路１０を経てタービン４ｂ下流側にバイパスされる。従って、このときのタービン仕事はほとんど増加せず、排ガスが有するエネルギが効果的に酸化触媒７及びＤＰＦ８の昇温に利用される。
【００３１】
以上のステップＳ１２〜２０の処理が繰り返されることで、酸化触媒７やＤＰＦ８が次第に昇温され、ＤＰＦ８上のパティキュレートが着火すると、ＥＣＵ２１は上記ステップＳ１４でＹＥＳの判定を下し、ステップＳ２２で切換弁１３を開弁のまま、バーナ１４を小出力で作動させる（供給熱量小）。その結果、バーナ１４によるＤＰＦ８の昇温効果は減少するが、パティキュレートは既に着火されているため、燃焼を継続して焼却除去される。
【００３２】
パティキュレート堆積量Ａが次第に減少して再生終了判定値Ａ2以下になると、ＥＣＵ２１はステップＳ２０でＹＥＳの判定を下し、ステップＳ２４でウエストゲート弁１１の強制開弁制御を停止し、続くステップＳ２６で切換弁１３の閉弁とバーナ１４の停止を行った後、ルーチンを終了する。
尚、本実施形態では、強制再生のためにバーナ１４による燃焼ガスを利用したが、これに限定されるものではなく、例えば、主噴射後の膨張行程や排気行程でポスト噴射を実施して、追加燃料の燃焼により排気昇温させたり、或いは追加燃料を直接ＤＰＦ８上で燃焼させたりして、パティキュレートを酸化・焼却除去してもよい。又、ポスト噴射に代えて排気通路６に設けた未燃燃料供給手段から未燃燃料を供給して、ポスト噴射と同様の作用を得てもよい。
【００３３】
一方、本実施形態では、以上の強制再生、或いは上記した連続再生によりパティキュレートが焼却除去されているとき、ＤＰＦ８の過昇温を抑制するための過昇温抑制処理を実行する。
図４はＥＣＵ２１が実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２１はこのルーチンを上記パティキュレート堆積量判定ルーチンと並行して実行する。まず、ＥＣＵ２１はステップＳ３２で検出情報を入力し、続くステップＳ３４で強制再生中か否か（より具体的には、強制再生によるパティキュレートの着火後か否か）を判定する（フィルタ再生判定手段）。判定がＹＥＳのときにはステップＳ３６に移行し、現在のエンジン１の運転状態が図５にａで示す所定の低負荷低回転域（アイドル運転を含む）にあるか否かを判定する（運転状態判定手段）。
【００３４】
この判定は、例えば回転速度センサ２３により検出されたエンジン回転速度Ｎe、及びエンジン負荷と相関する燃料噴射量に基づいて行われ、上記した低負荷低回転域にないときには、ステップＳ３６でＮＯの判定を下してルーチンを終了する。この場合には、切換弁１３は閉弁状態に、バーナ１４は停止状態に保持される一方、ウエストゲート弁１１の開度は本来の過給圧制御に基づいて調整される。
【００３５】
一方、低負荷低回転域にあるとして上記ステップＳ３６でＹＥＳの判定を下すと、ＥＣＵ２１はステップＳ３８に移行してタイマｔをインクリメントし、続くステップＳ４０でタイマｔが所定値ｔ0に達したか否かを判定し、判定がＮＯのときにはルーチンを終了する。
又、上記ステップＳ４０の判定がＹＥＳのとき、つまり、低負荷低回転域での運転が所定値ｔ0に相当する期間に亘って継続したときには、ステップＳ４２に移行して過給圧制御に関係なくウエストゲート弁１１を閉弁し、続くステップＳ４４で切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を作動させる（制御手段）。
【００３６】
ウエストゲート弁１１の閉弁により、バーナ１４が発生した全ての燃焼ガスはタービン４ｂ側に供給されて、タービン入口の排ガスの温度が上昇し、これにより排ガスからタービン４ｂに付与されるエネルギが増大する。その結果、タービン仕事が増加してコンプレッサ４ａによる過給を促進するため、エンジン１の吸入空気量が増加し、通常の低負荷低回転域のときに比較して排気流量が大幅に増加する。
【００３７】
又、エンジン１の排ガスに、酸素の少ない若しくはほとんど含まないバーナ１４からの燃焼ガスが混合されるため、排ガスの酸素濃度は、通常の低負荷低回転域のときに比較して大幅に低減される。尚、タービン４ｂの過回転を防止すべく、タービン回転速度が許容値を超えてしまう場合にはウエストゲート弁１１を開弁する処理を加えてもよい。
【００３８】
一方、強制再生中でないとして上記ステップＳ３４でＮＯの判定を下したときには、ステップＳ４６でパティキュレートが着火しているか否かを判定する（フィルタ再生判定手段）。このときの着火は上記連続再生によって生じる着火であり、例えば上記ステップＳ１４と同じく排ガス温度Ｔ1,Ｔ2に基づいて判定し、ＮＯのときにはルーチンを終了する。
【００３９】
又、判定がＹＥＳのときにはステップＳ４８に移行して、パティキュレート堆積量Ａが急燃焼判定値Ａ3以上か否かを判定する。急燃焼判定値Ａ3としては、例えば上記強制再生の開始及び終了判定値Ａ1,Ａ2の中間値（Ａ2＜Ａ3＜Ａ1)が設定され、判定がＮＯのときには、堆積しているパティキュレートが少量のため急燃焼しないと見なし、ルーチンを終了する。一方、ステップＳ４８の判定がＹＥＳのときには、多量のパティキュレートにより急燃焼が起こり得ると見なして上記ステップＳ３６に移行し、以降は強制再生中の場合と同様のステップＳ３８〜４４の処理を行う。
【００４０】
以上のＥＣＵ２１による処理の結果、以下に述べるようにしてパティキュレートの急燃焼が抑制される。
周知のようにアイドル運転を含む低負荷低回転域では、エンジン１の排気流量が極端に減少すると共に、排ガス中の酸素濃度が増加する。よって、強制再生や連続再生によるパティキュレートの酸化・焼却除去中に、エンジン１が低負荷低回転域に至ると、排気流量の減少によりＤＰＦ８の放熱不足が生じると共に、酸素濃度の増加によりパティキュレートの燃焼が過度に促進されるため、ＤＰＦ８の過昇温の懸念が生じる。
【００４１】
ここで、上記のようにバーナ１４からの燃焼ガスがタービン４ｂに供給されると、過給の促進に伴ってエンジン１の排気流量が大幅に増加するため、ＤＰＦ８の放熱が促進される一方、燃焼ガスの混合により排ガスの酸素濃度が大幅に低減されるため、パティキュレートの燃焼が抑制され、結果としてＤＰＦ８の過昇温が抑制される。よって、本実施形態の排気浄化装置によれば、強制再生や連続再生によりパティキュレートを焼却除去する際に、ＤＰＦ８の過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【００４２】
又、ＤＰＦ８の再生時においてエンジン１が低負荷低回転域に移行しても、その継続時間が短いときにはＤＰＦ８の熱容量相当分の温度上昇が遅れるため、ＤＰＦ８が放熱不足の事態に陥る虞がないが、このような場合にはバーナ１４が停止保持されるため、バーナ１４の不要な作動を未然に防止できるという利点もある。
【００４３】
一方、再生中のＤＰＦ８の過昇温を抑制するためのバーナ１４を利用して、強制再生時のＤＰＦ８の昇温を行っているため、強制再生を実施するための専用の昇温手段、例えば上記ポスト噴射や未燃燃料供給手段等を省略することができる。
尚、上記実施形態では、ＤＰＦ８の上流側に酸化触媒７を設けているが、ＤＰＦ８に酸化機能を奏する金属を担持してもよい。
【００４４】
［第２実施形態］
次に、本発明を別のディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化した第２実施形態を説明する。尚、本実施形態では、上記第1実施形態の低負荷低回転域に代えて、特に車両減速に伴って燃料噴射を中止するフューエルカット（以下、Ｆ／Ｃという）時に発生するＤＰＦ８の過昇温を抑制することを目的としており、その全体的な構成、及び図２，３の強制再生制御については同一のため説明を省略し、相違点を重点的に説明する。
【００４５】
図６は本実施形態のＥＣＵ２１が実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ２１は図４に示した第１実施形態と同様に、ステップＳ５２で検出情報を入力した後、強制再生中と見なしてステップＳ５６でＹＥＳの判定を下したとき、若しくは、急燃焼判定値Ａ3以上のパティキュレートが着火と見なして、ステップＳ５６，５８でＹＥＳの判定を下したときには、ステップＳ６０に移行する。
【００４６】
ステップＳ６０では、第１実施形態の低負荷低回転域に代えて、Ｆ／Ｃを実行中か否かを判定し（運転状態判定手段）、ＮＯのときにはルーチンを終了する。又、Ｆ／Ｃ中であるとしてＹＥＳの判定を下し、続くステップＳ６２，６４の処理で、Ｆ／Ｃが所定値ｔ0に相当する期間に亘って継続したと判定したときには、ステップＳ６６に移行して排気ブレーキが作動中であるか否かを判定する。
【００４７】
排気ブレーキの作動は図示しないスイッチで運転者が任意にキャンセル可能であり、キャンセル操作により排気ブレーキが作動していないときには、ＮＯの判定を下してステップＳ６８でウエストゲート弁１１を開弁し、続くステップＳ７０で切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を作動させた後、ルーチンを終了する。
【００４８】
一方、排気ブレーキの作動中として上記ステップＳ６６でＹＥＳの判定を下したときには、ステップＳ７２に移行してウエストゲート弁１１を閉弁し、その後、上記ステップＳ７０で切換弁１３を開弁すると共に、バーナ１４を作動させる（制御手段）。尚、バーナ１４からの燃焼ガスは排気ブレーキによる制動を低下させるため、運転者が空走感を抱く虞がある。従って、この場合には、空走感を与えない程度にバーナ１４からの燃焼ガスを適宜制限することが望ましい。
【００４９】
ここで、排気ブレーキの作動状態に関係なく、図５にｂで示すＦ／Ｃが行われる領域では、吸入空気の大部分が燃焼に利用されずにそのまま排出されるため、排ガスには十分な酸素が含まれ、パティキュレートの燃焼が過度に促進される虞がある。しかしながら、上記ステップＳ７０の処理により排ガスに燃焼ガスが混合されるため、酸素濃度は大幅に低減され、パティキュレートの燃焼が抑制されることになる。
【００５０】
一方、Ｆ／Ｃ中で排気ブレーキの非作動時には、モータリングによりエンジン１の排気流量がエンジン回転速度Ｎeにほぼ比例して変化し、例えばアイドル回転速度が６５０rpmの小型エンジンの場合、定格回転３２００rpmの無負荷時には排気流量が約５倍に増加する。従って、この場合にはステップＳ６８でウエストゲート弁１１を開弁しても、上記低負荷低回転域に比較して十分な排気流量が確保される。
【００５１】
尚、この場合には逆にＤＰＦ８が過冷却となってパティキュレートの燃焼が途絶える可能性もあるため、例えば排ガス温度Ｔ1，Ｔ2の平均値が所定温度未満になると、バーナ１４を作動させる共にウエストゲート弁１１を開弁する処理を加え、排ガスの昇温を図ってもよい。
又、Ｆ／Ｃ中で排気ブレーキの作動時には、排気流量が例えば排気ブレーキの非作動時の３０％程度まで絞られるため、エンジン回転速度Ｎeが上記定格回転より低い場合には排気流量が減少するが、ステップＳ７２でウエストゲート弁１１が閉弁されるため、過給が促進されて十分な排気流量が確保される。
【００５２】
よって、Ｆ／Ｃ中には排気ブレーキの作動状態に関わらず、バーナ１４を作動させることによって排ガスの酸素濃度が低減されて、パティキュレートの燃焼が抑制される一方、排気流量が減少する排気ブレーキの作動時には、過給の促進により排気流量の増加が図られて、ＤＰＦ８の放熱が促進され、もって、ＤＰＦ８の過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【００５３】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態では、コモンレール式ディーゼルエンジン用の排気浄化装置に具体化したが、エンジンの形式等はこれに限ることはなく、例えば、通常のディーゼルエンジン用の排気浄化装置として具体化してもよい。
【００５４】
又、上記各実施形態では、エンジン１にターボ過給機４を備え、バーナ１４による過給促進を利用してＤＰＦ８の放熱不足を解消したが、必ずしもターボ過給機４を備える必要はなく、自然吸気式のエンジンとしてもよい。この場合であっても、バーナ１４からの燃焼ガスにより排ガスの酸素濃度を低減できるため、第２実施形態で述べたようにＦ／Ｃ時に伴う排ガスの酸素濃度の増加を抑制し、これによるＤＰＦ８の過昇温を防止することができる。
【００５５】
一方、上記実施形態では、排気温度が比較的高い運転状態のときに連続再生を行うべくＤＰＦ８の上流側に酸化触媒７を設けたが、必ずしも酸化触媒７を備える必要はなく、酸化触媒７を省略して、パティキュレートの焼却除去を電気ヒータ等の外部熱源により実施する装置にも適用可能である。
又、上記各実施形態では、吸気通路３を流通する吸入空気をバーナ１４の燃焼に利用したが、吸入空気に代えて排気通路６側を流通する排ガスを利用してもよい。この場合でも、低負荷低回転域やＦ／Ｃ域では排ガス中に十分な酸素が含まれるため、支障なくバーナ１４を作動させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタの再生中に内燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態に移行したときに、フィルタの過昇温による焼損を未然に防止することができる。
請求項２の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタの再生中に内燃機関が燃料供給を中止する特定運転状態に移行したときに、フィルタの過昇温による焼損を未然に防止することができる。
【００５７】
請求項３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、ターボ過給機による過給を一層促進して排気流量を増加させ、もって、フィルタの放熱不足をより確実に解消することができる。
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、フィルタの強制再生時には、燃焼ガス供給手段を利用してフィルタを昇温することにより、強制再生のための専用の昇温手段を省略できると共に、排ガスが有するエネルギにより効果的にフィルタを昇温でき、一方、フィルタ再生中の所定運転状態のときには、フィルタの放熱不足をより確実に解消することができる。
【００５８】
請求項５の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の発明に加えて、燃焼ガス供給手段の不要な作動を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行するパティキュレート堆積量判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行する強制再生ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】ＥＣＵが実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】バーナの作動領域を示すマップである。
【図６】第２実施形態のＥＣＵが実行する過昇温抑制ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
４ ターボ過給機
４ａ コンプレッサ
４ｂ タービン
８ ＤＰＦ（フィルタ）
１１ ウエストゲート弁
１３ 切換弁
１４ バーナ（燃焼ガス供給手段）
２１ ＥＣＵ（フィルタ再生判定手段、運転状態判定手段、制御手段、堆積量推定手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
   上記排気系の上記フィルタ上流側に設けられたタービン、及び上記内燃機関の吸気系に設けられ、上記タービンに駆動されて内燃機関に導入される吸気を過給するコンプレッサから構成されるターボ過給機と、
   上記排気系の上記タービン上流側に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、
   上記フィルタが再生中か否かを判定するフィルタ再生判定手段と、
   上記内燃機関が排気流量低下を生じる所定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
   上記フィルタ再生判定手段により上記フィルタが再生中と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態と判定されたとき、上記燃焼ガス供給手段を作動させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 内燃機関の排気系に設けられて排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタと、
   上記排気系の上記フィルタ上流側に燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、
   上記フィルタが再生中か否かを判定するフィルタ再生判定手段と、
   上記内燃機関が燃料供給を中止する特定運転状態にあるか否かを判定する運転状態判定手段と、
   上記フィルタ再生判定手段により上記フィルタが再生中と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記特定運転状態と判定されたとき、上記燃焼ガス供給手段を作動させる制御手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 上記ターボ過給機は、上記排気系のタービン上流側の排ガスを該排気系のタービン下流側にバイパスさせるウエストゲート弁を含み、
   上記制御手段は、上記燃焼ガス供給手段の作動時に上記ウエストゲート弁を閉弁させ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。
4. 上記ターボ過給機は、上記排気系のタービン上流側の排ガスを該排気系のタービン下流側にバイパスさせるウエストゲート弁を含み、
   上記燃焼ガス供給手段の空気取入れ口を上記吸気系のコンプレッサ下流側に連通させ、該空気取入れ口と上記吸気系との間に上記燃焼ガス供給手段への吸入空気量を制御する切換弁を備え、更に、上記フィルタに捕集されたパティキュレートの堆積量を推定する堆積量推定手段を備え、
   上記制御手段は、上記堆積量推定手段により推定されたパティキュレートの堆積量が所定値を越えたとき、上記切換弁を開弁すると共に上記ウエストゲート弁を開弁し、且つ上記燃焼ガス供給手段を作動させ、一方、上記フィルタ再生判定手段により上記フィルタが再生中と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態と判定されたとき、上記切換弁を開弁すると共に上記ウエストゲート弁を閉弁し、且つ上記燃焼ガス供給手段を作動させ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。
5. 上記制御手段は、上記フィルタ再生判定手段により上記フィルタが再生中と判定され、且つ上記運転状態判定手段により上記所定運転状態が所定時間以上継続していると判定されたとき、上記燃焼ガス供給手段を作動させ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。

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