JP2001303928A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、排気に含まれる微粒子を酸化する
機能を有するパティキュレートフィルタと、排気温度が
低いときは排気がパティキュレートフィルタを迂回して
流れるよう排気の流れを切り換える機構とを備えた排気
浄化装置において、排気の流れがバイパス状態からパテ
ィキュレートフィルタ経由状態へ戻された際に、パティ
キュレートフィルタが不要に冷却されるのを防止するこ
とを目的とする。 【解決手段】 本発明に係る内燃機関の排気浄化装置
は、排気の流れがパティキュレートフィルタを迂回する
流れであるときに、排気の流量を減少又は排気の温度を
上昇させることにより、パティキュレートフィルタより
上流に位置する排気通路の温度低下を防止し、排気の流
れがバイパス状態からパティキュレートフィルタへ戻さ
れた際に、排気の熱が排気通路によって奪われることを
防止し、以てパティキュレートフィルタに低温の排気が
流入するのを防止することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気を
浄化する技術に関し、特に、排気中に含まれる微粒子を
浄化する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車等に搭載される内燃機関で
は、該内燃機関から排出される排気を大気中に放出する
前に、排気中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素
（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯx）等の有害ガス成分を浄
化又は除去することにより排気エミッションを向上させ
ることが要求されている。

【０００３】特に、軽油を燃料とする圧縮着火式のディ
ーゼル機関では、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（Ｈ
Ｃ）、窒素酸化物（ＮＯx）等に加え、排気中に含まれ
る煤やＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状
物質（ＰＭ：Particulate Matter）と呼ばれる微粒子を
浄化もしくは除去することが重要である。

【０００４】このため、ディーゼル機関では、断面積が
非常に小さい細孔を多数備えた多孔質の基材からなるパ
ティキュレートフィルタを排気通路に配置し、そのパテ
ィキュレートフィルタの細孔に排気を流すことにより、
排気中の微粒子を捕集する方法が知られている。

【０００５】ところで、パティキュレートフィルタに捕
集される微粒子量が過剰に増加すると、パティキュレー
トフィルタ内の排気流路の断面積が減少し、排気の流れ
が妨げられるようになる。

【０００６】パティキュレートフィルタにより排気の流
れが妨げられると、パティキュレートフィルタ上流の排
気通路において排気圧力が高まり、その排気圧力が背圧
として内燃機関に作用してしまう。

【０００７】このため、パティキュレートフィルタに捕
集された微粒子量が過剰に増加する前に、パティキュレ
ートフィルに捕集された微粒子を浄化してパティキュレ
ートフィルタを再生させる必要がある。

【０００８】パティキュレートフィルタを再生する方法
としては、パティキュレートフィルタ内を酸化雰囲気に
することにより、パティキュレートフィルタに捕集され
た微粒子を酸化させる方法がある。

【０００９】但し、微粒子は、およそ５００℃〜７００
℃の高温下で着火及び燃焼するため、パティキュレート
フィルタに捕集された微粒子を酸化させるには、パティ
キュレートフィルタの雰囲気温度を５００℃〜７００℃
まで高めるとともに、パティキュレートフィルタを酸素
過剰雰囲気としなければならない。

【００１０】しかしながら、ディーゼル機関は、大部分
の運転領域において空気過剰の希薄燃焼運転を行うた
め、混合気の燃焼温度が低くなり易く、それに応じて排
気の温度も低くなり易い。従って、ディーゼル機関で
は、排気の熱を利用してパティキュレートフィルタの雰
囲気温度を５００℃以上まで昇温させることは困難であ
る。

【００１１】これに対し、従来では、特公平７−１０６
２９０号公報に記載されたようなディーゼル排気粒子用
フィルタが提案されている。この公報に記載されたディ
ーゼル排気粒子用フィルタは、白金族金属及びアルカリ
土金属酸化物の混合物を含む触媒物質をパティキュレー
トフィルタ上に担持させることにより、およそ３５０℃
〜４００℃程度の比較的低い温度下でも微粒子の着火及
び燃焼を行えるようにしたものである。

【００１２】ところで、上記したようなディーゼル排気
粒子用フィルタに担持される触媒物質は、温度が高くな
るほど微粒子を酸化する能力が高まるため、該触媒物質
の温度が比較的低いときに多量の微粒子がパティキュレ
ートフィルタに流入すると、全ての微粒子を酸化させる
ことが困難となる。

【００１３】一方、ディーゼル機関の排気温度は、高負
荷運転領域では３５０℃以上に達しやすいが、低負荷運
転領域では３５０℃以上に達し難くい。従って、ディー
ゼル機関が低負荷運転された場合、特に、ディーゼル機
関が減速運転状態にある場合のように燃料噴射が停止さ
れた場合には、ディーゼル機関から低温の排気が排出さ
れるため、パティキュレートフィルタが低温の排気によ
って冷却され、該パティキュレートフィルタの微粒子酸
化能力が低下することが想定される。

【００１４】このようにパティキュレートフィルタの微
粒子酸化能力が低下すると、比較的多量の微粒子が燃焼
されずにパティキュレートフィルタに堆積される。パテ
ィキュレートフィルタに堆積した微粒子は燃焼し難くな
るため、パティキュレートフィルタの雰囲気温度が３５
０℃以上となった場合でも微粒子の燃え残りがパティキ
ュレートフィルタ内に多量に残留し、パティキュレート
フィルタ内の排気流路が目詰まりする虞がある。

【００１５】パティキュレートフィルタ内の排気流路が
目詰まりすると、パティキュレートフィルタにおける排
気抵抗が増加して内燃機関に作用する背圧が高くなり、
内燃機関の出力が低下してしまうことになる。

【００１６】すなわち、前述したディーゼル排気粒子用
フィルタのように微粒子を酸化する機能を有するパティ
キュレートフィルタを単に排気通路に配置するだけで
は、パティキュレートフィルタの微粒子酸化能力を効率
的に利用することができず、パティキュレートフィルタ
の目詰まりや内燃機関の出力低下等を誘発する虞があ
る。

【００１７】このような問題に対し、内燃機関の排気通
路にパティキュレートフィルタを迂回するバイパス通路
を設け、ディーゼル機関が減速運転状態や低負荷運転状
態にある場合のようにディーゼル機関から比較的低温の
排気が排出される場合には、排気の少なくとも一部がバ
イパス通路を流れるように排気の流れを切り換えること
により、低温の排気がパティキュレートフィルタに流入
するのを防止することが考えられる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディー
ゼル機関から比較的低温の排気が排出される場合に、そ
の排気がバイパス通路へ流されると、パティキュレート
フィルタより上流に位置する排気通路の壁面等が低温の
排気によって冷却されることになる。

【００１９】このようにパティキュレートフィルタより
上流の排気通路が冷却されると、排気の流れがバイパス
状態からパティキュレートフィルタ経由状態へ戻された
際に、たとえ内燃機関から排出される排気の温度が高く
とも、その排気の熱がパティキュレートフィルタ上流の
排気通路の壁面等に奪われることになる。

【００２０】この結果、排気がパティキュレートフィル
タに到達した時点では、該排気の温度が低くなり、その
ような低温の排気によってパティキュレートフィルタが
不要に冷却されることになる。

【００２１】本発明は、上記したような種々の事情に鑑
みてなされたものであり、排気中の微粒子を酸化する能
力を有するパティキュレートフィルタを具備し、内燃機
関から排出される排気の温度が低いときには、排気がパ
ティキュレートフィルタをバイパスして流れるように排
気の流れを切り換える機構を備えた内燃機関の排気浄化
装置において、排気の流れがバイパス状態からパティキ
ュレートフィルタ経由状態へ戻された際に、パティキュ
レートフィルタが不要に冷却されるのを防止することが
できる技術を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。すなわ
ち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関
の排気通路に設けられ、排気中に含まれる微粒子を酸化
させる能力を有するパティキュレートフィルタと、排気
の状態が前記パティキュレートフィルタの微粒子酸化能
力を低下させる状態にあると予想されるときに、排気の
少なくとも一部が前記パティキュレートフィルタを迂回
して流れるよう排気の流れを切り換えるバイパス手段
と、前記バイパス手段によって排気が前記パティキュレ
ートフィルタを迂回して流されているときに、前記排気
通路の温度低下を抑制する温度低下抑制手段と、を備え
ることを特徴としている。

【００２３】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、排気の状態がパティキュレートフィルタの微
粒子酸化能力を低下させる状態にないときには、排気の
流れは、パティキュレートフィルタを経由する流れとな
る。そして、排気の状態がパティキュレートフィルタの
微粒子酸化能力を低下させる状態にあると予想されたと
きには、バイパス手段は、排気がパティキュレートフィ
ルタを迂回して流れるように排気の流れを切り換えるこ
とになる。

【００２４】ここで、排気の状態がパティキュレートフ
ィルタの微粒子酸化能力を低下させる状態にあるときと
しては、例えば、内燃機関が減速運転状態にあるとき又
は内燃機関に対する燃料噴射量が少ないときを例示する
ことができる。

【００２５】パティキュレートフィルタの微粒子酸化能
力は、パティキュレートフィルタの雰囲気温度との相関
が強く、パティキュレートフィルタの雰囲気温度が高く
なるほど活性するため、パティキュレートフィルタの雰
囲気温度が低下すると、それに応じてパティキュレート
フィルタの微粒子酸化能力も低下することになる。

【００２６】一方、内燃機関が減速運転状態あるとき
は、通常、内燃機関に対する燃料噴射が停止されて燃焼
が行われないため、その際に内燃機関から排出される排
気は、低温の空気のみとなる。内燃機関に対する燃料噴
射量が少ないときは、燃料の燃焼によって発生する熱量
が少なくなるため、その際に内燃機関から排出される排
気の温度は、比較的低くなる。

【００２７】従って、内燃機関が減速運転状態にあると
きや内燃機関に対する燃料噴射量が少ないときは、排気
の温度が低くなり、そのような排気がパティキュレート
フィルタに流入するとパティキュレートフィルタの温度
が低下することになるため、内燃機関が減速運転状態や
内燃機関に対する燃料噴射量が少ないときは、排気の状
態がパティキュレートフィルタの微粒子酸化能力を低下
させる状態にあると言える。

【００２８】ところで、排気の状態がパティキュレート
フィルタの微粒子酸化能力を低下させる状態にあるとき
は、バイパス手段によって排気の流れがパティキュレー
トフィルタを迂回するバイパス状態となるため、パティ
キュレートフィルタ自体が低温の排気によって冷却され
ることはないが、排気通路の壁面等の熱が排気に奪わ
れ、排気通路の温度が低下することになる。

【００２９】そのような状況において排気の流れがバイ
パス状態からパティキュレートフィルタ経由状態へ戻さ
れると、たとえ内燃機関から高温の排気が排出された場
合であっても、パティキュレートフィルタより上流に位
置する排気通路において排気の熱が排気通路の壁面等に
奪われてしまうことになる。このため、排気がパティキ
ュレートフィルタに到達した時点では、排気の温度が低
くなっていると考えられる。

【００３０】これに対し、本発明に係る内燃機関の排気
浄化装置では、排気の流れがバイパス状態にあるとき
は、温度低下抑制手段が排気通路の温度低下を抑制する
ようにした。

【００３１】排気の流れがバイパス状態にあるときの排
気通路の温度低下が抑制されると、排気の流れがバイパ
ス状態からパティキュレートフィルを経由する状態へ戻
された際に、内燃機関から排出された高温の排気がパテ
ィキュレートフィルタ上流の排気通路において冷却され
ることがなくなる。この結果、パティキュレートフィル
タに低温の排気が流入することがなくなり、パティキュ
レートフィルタが不要に冷却されることもない。

【００３２】また、本発明に係る温度低下抑制手段は、
排気通路を流れる排気の流量を減少させることにより排
気通路の温度低下を抑制するようにしてもよい。この場
合、内燃機関から比較的低温の排気が排出されても、排
気の流量が少なくなるため、排気通路から排気へ伝達さ
れる熱量が少なくなり、以て排気通路の温度低下が抑制
されることになる。

【００３３】排気通路を流れる排気の流量を減少させる
方法としては、例えば、内燃機関の吸気通路およびまた
は排気通路にそれらの通路を流れるガスの流量を調整す
る流量調整弁を設け、その流量調整弁の開度を絞る方法
を例示することができる。

【００３４】尚、本発明に係る排気浄化装置を適用する
内燃機関が排気通路を流れる排気の一部を吸気通路へ還
流させる排気再循環機構を備えている場合は、排気再循
環機構によって還流される排気量を増加させることによ
り、排気通路を流れる排気の流量を減少させるようにし
てもよい。

【００３５】次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれ
る微粒子を酸化させる能力を有するパティキュレートフ
ィルタと、排気の状態が前記パティキュレートフィルタ
の微粒子酸化能力を低下させる状態にあると予想される
ときに、排気の少なくとも一部が前記パティキュレート
フィルタを迂回して流れるよう排気の流れを切り換える
バイパス手段と、前記バイパス手段によって排気が前記
パティキュレートフィルタを迂回して流されているとき
に、排気の温度を昇温させる排気昇温手段と、を備える
ことを特徴とするようにしてもよい。

【００３６】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、排気の状態がパティキュレートフィルタの微
粒子酸化能力を低下させる状態にあると予想されるとき
には、バイパス手段は、排気がパティキュレートフィル
タを迂回して流れるように排気の流れを切り換える。続
いて、排気昇温手段が排気の温度を上昇させる。

【００３７】排気の流れがバイパス状態にあるときの排
気の温度が高められると、排気通路の壁面等が排気によ
って冷却されることがなく、又は排気によって暖められ
ることになるため、排気の流れがバイパス状態からパテ
ィキュレートフィル経由状態へ戻された際に、パティキ
ュレートフィルタ上流の排気通路において排気の熱が排
気通路の壁面等に奪われることがなくなる。

【００３８】この結果、パティキュレートフィルタに低
温の排気が流入することがなくなり、パティキュレート
フィルタが不要に冷却されることもない。本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置において、排気昇温手段は、パ
ティキュレートフィルタより上流の排気通路に設けられ
た酸化触媒であってもよい。

【００３９】この場合、酸化触媒において排気中に含ま
れる炭化水素等の未燃燃料成分が酸化され、その際に発
生する熱によって排気が昇温することになる。尚、内燃
機関が減速運転状態にあるときのように内燃機関に対す
る燃料噴射が停止されている場合は、排気中に未燃燃料
成分が存在しないため、酸化触媒において酸化反応が発
生しなくなるが、酸化触媒に蓄熱された熱が排気に伝達
されて排気の温度が上昇することになる。

【００４０】但し、内燃機関が減速運転状態にあるとき
のように内燃機関に対する燃料噴射が停止されていると
きに酸化触媒の酸化機能を積極的に利用して排気を昇温
させる場合には、排気昇温手段は、パティキュレートフ
ィルタより上流の排気通路に設けられた酸化触媒に加
え、前記酸化触媒へ燃料を供給する燃料供給手段を備え
るようにしてもよい。

【００４１】燃料供給手段は、酸化触媒より上流の排気
通路に設けられた燃料添加ノズルであってもよく、内燃
機関の各気筒が排気行程にあるときに副次的に燃料を噴
射する燃料噴射弁であってもよい。

【００４２】尚、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置
において、パティキュレートフィルタは、該パティキュ
レートフィルタに流入する排気の流れ方向を逆転させる
排気流れ切換手段を備えるようにしてもよく、酸素過剰
雰囲気のときは酸素を取り込んで保持するとともに、酸
素濃度が低下したときは保持していた酸素を活性酸素と
して放出する活性酸素放出剤を担持するようにしてもよ
い。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて
説明する。

【００４４】＜実施の形態１＞先ず、本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置の第１の実施態様について図１〜図
１２に基づいて説明する。

【００４５】図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸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２を有する圧
縮着火式のディーゼル機関である。この内燃機関１に
は、各気筒２の燃焼室内へ直接燃料を噴射する燃料噴射
弁３と、該内燃機関１の機関出力軸たるクランクシャフ
トが所定の角度（例えば、１５°）回転する度にパルス
信号を出力するクランクポジションセンサ４と、該内燃
機関１の図示しないウォータージャケットを流れる冷却
水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ５と
が取り付けられている。

【００４６】前記した燃料噴射弁３は、燃料パイプ６を
介して蓄圧室（コモンレール）７と接続されている。前
記コモンレール７は、燃料タンク８に取り付けられた燃
料ポンプ９と燃料パイプ１０を介して接続されるととも
に、リターンパイプ１１を介して燃料タンク８と接続さ
れている。

【００４７】前記コモンレール７におけるリターンパイ
プ１１の接続部位には、該コモンレール７内の燃料圧力
が予め設定された最大圧力より低いときは閉弁してコモ
ンレール７とリターンパイプ１１との導通を遮断し、コ
モンレール７内の燃料圧力が前記最大圧力以上となった
ときは開弁してコモンレール７とリターンパイプ１１と
の導通を許容する圧力調整弁１２が設けられている。

【００４８】前記コモンレール７には、該コモンレール
７内の燃料圧力に応じた電気信号を出力する燃料圧セン
サ１３が取り付けられている。このように構成された燃
料系では、燃料ポンプ９が燃料タンク８内に貯蔵された
燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料を燃料パイプ１０を介
して前記コモンレール７へ圧送する。その際、燃料ポン
プ９の燃料吐出量は、前記した燃料圧センサ１３の出力
信号値に基づいてフィードバック制御される。

【００４９】燃料ポンプ９からコモンレール７へ供給さ
れた燃料は、該燃料の圧力が所望の目標圧力に達するま
で蓄圧される。コモンレール７において目標圧力まで蓄
圧された燃料は、燃料パイプ６を介して各気筒２の燃料
噴射弁３へ分配及び供給される。そして、各燃料噴射弁
３は、駆動電流が印加されたときに開弁して、前記コモ
ンレール７から供給された目標圧力の燃料を各気筒２の
燃焼室内へ噴射する。

【００５０】尚、前記した燃料系では、コモンレール７
内の燃料圧力が最大圧力より高くなると、圧力調整弁１
２が開弁する。この場合、コモンレール７内に蓄えられ
た燃料の一部がリターンパイプ１１を介して燃料タンク
８へ戻され、コモンレール７内の燃料圧力が減圧される
ことになる。

【００５１】次に、内燃機関１には、複数の枝管が一本
の集合管に合流するよう形成された吸気枝管１４が連結
されている。前記吸気枝管１４の各枝管は、図示しない
吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
前記吸気枝管１４の集合管は、吸気管１５と接続され、
吸気管１５は、エアクリーナボックス１６と接続されて
いる。

【００５２】前記吸気管１５において前記エアクリーナ
ボックス１６の直下流の部位には、該吸気管１５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１７と、該吸気管１５内を流れる吸気の温度に
対応した電気信号を出力する吸気温度センサ１８とが取
り付けられている。

【００５３】前記吸気管１５において前記エアフローメ
ータ１７より下流の部位には、内燃機関１から排出され
る排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機
（ターボチャージャ）１９のコンプレッサハウジング１
９ａが設けられている。

【００５４】前記吸気管１５において前記コンプレッサ
ハウジング１９ａより下流の部位には、前記コンプレッ
サハウジング１９ａ内で圧縮されて高温となった新気を
冷却するためのインタークーラ２０が設けられている。

【００５５】上記したインタークーラ２０としては、内
燃機関１を搭載した車両の走行時に発生する走行風を利
用して新気が持つ熱を放熱させる空冷式インタークー
ラ、新気が持つ熱と所定の冷却水との間で熱交換を行う
ことによって新気の温度を低下させる水冷式インターク
ーラ等を例示することができる。

【００５６】前記吸気管１５において前記インタークー
ラ２０より下流の部位には、該吸気管１５内を流れる吸
気の流量を調節する吸気絞り弁（スロットル弁）２１が
設けられている。このスロットル弁２１には、該スロッ
トル弁２１を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ
２１ａと、前記スロットル弁２１の開度に応じた電気信
号を出力するスロットルポジションセンサ２１ｂとが取
り付けられている。

【００５７】前記スロットル用アクチュエータ２１ａと
しては、例えば、ステッパモータ等からなり印加電力の
大きさに応じてスロットル弁２１を開閉駆動する電気式
のアクチュエータや、スロットル弁２１に連動して変位
するダイヤフラムを内蔵し、印加される負圧の大きさに
応じてダイヤフラムを変位させることによりスロットル
弁２１を開閉駆動する負圧式のアクチュエータ等を例示
することができる。

【００５８】前記したスロットル弁２１及び前記スロッ
トル用アクチュエータ２１ａは、本発明に係る流量調整
弁を実現するものである。このように構成された吸気系
では、エアクリーナボックス１６に流入した新気は、該
エアクリーナボックス１６内の図示しないエアクリーナ
によって新気中の塵や埃等が除去された後、吸気管１５
を介して遠心過給機１９のコンプレッサハウジング１９
ａに流入する。

【００５９】コンプレッサハウジング１９ａに流入した
新気は、該コンプレッサハウジング１９ａに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング１９ａ内で圧縮されて高温とな
った新気は、インタークーラ２０にて冷却される。

【００６０】インタークーラ２０によって冷却された新
気は、必要に応じてスロットル弁２１によって流量を調
節されて吸気枝管１４に導かれる。吸気枝管１４に導か
れた新気は、該吸気枝管１４の集合管から各枝管へ分配
されて各気筒２の燃焼室へ導かれる。

【００６１】各気筒２の燃焼室へ分配された新気は、図
示しないピストンによって圧縮され、燃料噴射弁３から
噴射された燃料を着火源として燃焼する。次に、内燃機
関１には、複数の枝管が一本の集合管に合流するよう形
成された排気枝管２４が連結されている。前記排気枝管
２４の各枝管は、図示しない排気ポートを介して各気筒
２の燃焼室と連通している。前記排気枝管２４の集合管
は、遠心過給機１９のタービンハウジング１９ｂを介し
て排気管２５ａに接続されている。

【００６２】前記排気枝管２４において前記タービンハ
ウジング１９ｂの直上流に位置する部位と前記排気管２
５ａにおいて前記タービンハウジング１９ｂの直下流に
位置する部位とは、前記タービンハウジング１９ｂを迂
回するタービンバイパス通路２６によって接続されてい
る。

【００６３】前記タービンバイパス通路２６には、該タ
ービンバイパス通路２６を開閉する弁体２７ａと、弁体
２７ａを開閉駆動するアクチュエータ２７ｂとからなる
ウェストゲートバルブ２７が取り付けられている。

【００６４】前記アクチュエータ２７ｂは、コンプレッ
サハウジング１９ａの直下流に位置する吸気管１５と作
動圧通路２８を介して接続されており、コンプレッサハ
ウジング１９ａ直下流の吸気管１５内を流れる新気の圧
力、言い換えれば、コンプレッサハウジング１９ａにお
いて圧縮された新気の圧力（過給圧）を利用して前記弁
体２７ａを開閉駆動する。

【００６５】具体的には、アクチュエータ２７ｂは、吸
気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧未満の圧力
が印加されているときは弁体２７ａを閉弁位置に保持
し、吸気管１５から作動圧通路２８を介して所定圧以上
の圧力が印加されたときは弁体２７ａを開弁駆動する。

【００６６】つまり、アクチュエータ２７ｂは、遠心過
給機１９による吸気の過給圧が所定圧以上に達すると、
弁体２７ａを開弁させてタービンバイパス通路２６を導
通状態とすることにより、タービンハウジング１９ｂに
流入する排気の流量を減少させ、以て過給圧が前記した
所定圧を越えないようにする。

【００６７】前記排気管２５ａは、排気中の有害ガス成
分、特に煤等の微粒子からなる粒子状物質（ＰＭ：Part
iculate Matter）を浄化する排気浄化機構２９に接続さ
れている。前記排気浄化機構２９は排気管２５ｂに接続
され、排気管２５ｂは下流にて図示しないマフラーに接
続されている。、以下では、排気浄化機構２９より上流
の排気管２５ａを上流側排気管２５ａと称し、排気浄化
機構２９より下流の排気管２５ｂを下流側排気管２５ｂ
と称するものとする。

【００６８】前記下流側排気管２５ｂにおいて排気浄化
機構２９の直下流に位置する部位には、該下流側排気管
２５ｂ内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁３３
が取り付けられている。

【００６９】前記排気絞り弁３３には、該排気絞り弁３
３を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ３４が取り
付けられている。前記排気絞り用アクチュエータ３４
は、電磁力もしくは負圧等を利用して前記排気絞り弁３
３を開閉駆動するアクチュエータである。

【００７０】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２の燃焼室で燃焼された既燃ガスは、各気
筒２の排気ポートを介して排気枝管２４へ排出され、次
いで排気枝管２４の各枝管から集合管を通って遠心過給
機１９のタービンハウジング１９ｂ内に流入する。

【００７１】遠心過給機１９のタービンハウジング１９
ｂ内に排気が流入すると、排気の熱エネルギが前記ター
ビンハウジング１９ｂ内に回転自在に支持されたタービ
ンホイールの回転エネルギに変換される。タービンホイ
ールの回転エネルギは、前述のコンプレッサハウジング
１９ａのコンプレッサホイールへ伝達され、コンプレッ
サホイールは、前記タービンホイールから伝達された回
転エネルギによって新気を圧縮する。

【００７２】その際、コンプレッサハウジング１９ａ内
で圧縮された新気の圧力（過給圧）が所定圧以上まで上
昇すると、その過給圧が作動圧通路２８を介してウェス
トゲートバルブ２７のアクチュエータ２７ｂへ印加さ
れ、アクチュエータ２７ｂが弁体２７ａを開弁駆動する
ことになる。

【００７３】ウェストゲートバルブ２７の弁体２７ａが
開弁されると、排気枝管２４を流れる排気の一部がター
ビンバイパス通路２６を介して上流側排気管２５ａへ流
れるため、タービンハウジング１９ｂに流入する排気の
流量が減少し、タービンハウジング１９ｂ内に流入する
排気の熱エネルギ、言い換えれば、タービンハウジング
１９ｂにおいてタービンホイールの回転エネルギに変換
される熱エネルギが減少する。この結果、タービンホイ
ールからコンプレッサホイールへ伝達される回転エネル
ギが減少し、過給圧の過剰な上昇が抑制される。

【００７４】前記タービンハウジング１９ｂから上流側
排気管２５ａへ排出された排気、及び、タービンバイパ
ス通路２６から上流側排気管２５ａへ導かれた排気は、
上流側排気管２５ａから排気浄化機構２９へ流入する。
排気浄化機構２９に流入した排気は、該排気に含まれる
煤などの微粒子を浄化又は除去された後に下流側排気管
２５ｂへ排出され、下流側排気管２５ｂを通って大気中
に放出される。

【００７５】また、排気枝管２４には、排気再循環通路
（ＥＧＲ通路）１００が接続され、このＥＧＲ通路１０
０は、前記吸気枝管１４に接続されている。前記ＥＧＲ
通路１００と前記吸気枝管１４との接続部位には、前記
吸気枝管１４における前記ＥＧＲ通路１００の開口端を
開閉するＥＧＲ弁１０１が設けられている。前記ＥＧＲ
弁１０１は、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさ
に応じて開度を変更することが可能となっている。

【００７６】前記ＥＧＲ通路１００の途中には、該ＥＧ
Ｒ通路１００内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称す
る）を冷却するためのＥＧＲクーラ１０３が設けられて
いる。

【００７７】前記ＥＧＲクーラ１０３には、２本の配管
１０４、１０５が接続され、これら２本の配管１０４、
１０５は、内燃機関１の冷却水が持つ熱を大気中に放熱
するためのラジエター１０６と接続されている。

【００７８】前記した２本の配管１０４、１０５のうち
の一方の配管１０４は、前記ラジエター１０６において
冷却された冷却水の一部を前記ＥＧＲクーラ１０３へ導
くための配管であり、もう一方の配管１０５は、前記Ｅ
ＧＲクーラ１０３内を循環した後の冷却水を前記ラジエ
ター１０６へ導くための配管である。尚、以下では、前
記配管１０４を冷却水導入管１０４と称し、前記配管１
０５を冷却水導出管１０５と称するものとする。

【００７９】前記冷却水導出管１０５の途中には、該冷
却水導出管１０５内の流路を開閉する開閉弁１０７が設
けられている。この開閉弁１０７は、駆動電力が印加さ
れたときに開弁する電磁駆動弁などで構成されている。

【００８０】このように構成された排気再循環機構（Ｅ
ＧＲ機構）では、ＥＧＲ弁１０１が開弁されるとＥＧＲ
通路１００が導通状態となり、排気枝管２４内を流れる
排気の一部が前記ＥＧＲ通路１００を通って吸気枝管１
４へ導かれる。

【００８１】その際、開閉弁１０７が開弁状態にある
と、ラジエター１０６と冷却水導入管１０４とＥＧＲク
ーラ１０３と冷却水導出管１０５とを結ぶ循環経路が導
通状態となり、ラジエター１０６で冷却された冷却水が
ＥＧＲクーラ１０３を循環することになる。その結果、
ＥＧＲクーラ１０３では、ＥＧＲ通路１００内を流れる
ＥＧＲガスとＥＧＲクーラ１０３内を循環する冷却水と
の間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。

【００８２】ＥＧＲ通路１００を介して排気枝管２４か
ら吸気枝管１４へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管１
４の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２
の燃焼室へ導かれ、前記燃料噴射弁３から噴射される燃
料を着火源として燃焼される。

【００８３】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。このため、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められ、以て窒素酸化物
（ＮＯ_x）の発生量が抑制される。

【００８４】更に、ＥＧＲクーラ１０３においてＥＧＲ
ガスが冷却された場合は、ＥＧＲガス自体の温度が低下
するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧ
Ｒガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲
気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼
室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少
することがない。

【００８５】次に、前述した排気浄化機構２９の具体的
な構成について述べる。排気浄化機構２９は、図２及び
図３に示すように、煤などの微粒子を酸化する機能を有
するパティキュレートフィルタ２２が装填されたケーシ
ング２３を備えている。このケーシング２３には、上流
側排気管２５ａから分岐してパティキュレートフィルタ
２２の一側の面に臨む第１の排気通路７６と、上流側排
気管２５ａから分岐してパティキュレートフィルタ２２
の他側の面に臨む第２の排気通路７７とが形成されると
ともに、前記パティキュレートフィルタ２２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３９が取
り付けられている。

【００８６】続いて、排気浄化機構２９は、上流側排気
管２５ａから第１及び第２の排気通路７６、７７へ分岐
する部位から前記パティキュレートフィルタ２２を経由
せずに下流側排気管２５ｂへ排気を導くフィルタバイパ
ス通路７３を備えている。

【００８７】第１の排気通路７６と第２の排気通路７７
とフィルタバイパス通路７３との分岐点には、排気切換
弁７１が設けられている。この排気切換弁７１は、負圧
式アクチュエータやステッパモータ等からなる排気切換
用アクチュエータ７２によって駆動される弁体７１ａを
備え、第１の排気通路７６を選択してパティキュレート
フィルタ２２の一側から他側へ向かう排気の流れ（順
流）と、第２の排気通路７７を選択してパティキュレー
トフィルタ２２の他側から一側へ向かう排気の流れ（逆
流）と、フィルタバイパス通路７３を選択してパティキ
ュレートフィルタ２２を迂回する排気の流れ（バイパス
流）とを切換え可能になっている。

【００８８】前記排気切換弁７１は、本発明に係る排気
流れ切換手段を実現し、前記排気切換弁７１とフィルタ
バイパス通路７３とは、本発明に係るバイパス手段を実
現する。

【００８９】ここで、パティキュレートフィルタ２２を
収容するケーシング２３は、図３に示すように、フィル
タバイパス通路７３の真上に位置するよう配置され、ケ
ーシング２３の両側に上流側排気管２５ａから分岐した
第１の排気通路７６と第２の排気通路７７が接続される
形となっている。ケーシング２３内のパティキュレート
フィルタ２２は、排気の通過方向を長さ方向と仮定した
場合に、長さ方向に直交する幅方向の長さが長さ方向の
長さより長くなるよう形成されている。このような構成
によれば、排気浄化機構２９を車両へ搭載する際に必要
となるスペースを小さくすることができる。

【００９０】上記したように構成された排気浄化機構２
９では、排気切換弁７１の弁体７１ａが図２の破線で示
す順流位置にあるときは、上流側排気管２５ａと第１の
排気通路７６とが導通するとともに、第２の排気通路７
７とフィルタバイパス通路７３とが導通することになる
ため、排気は、上流側排気管２５ａ→第１の排気通路７
６→パティキュレートフィルタ２２→第２の排気通路７
７→フィルタバイパス通路７３→下流側排気管２５ｂの
順に流れる。

【００９１】排気浄化機構２９では、排気切換弁７１の
弁体７１ａが図２の実線で示す逆流位置にあるときは、
上流側排気管２５ａと第２の排気通路７７とが導通する
とともに、第１の排気通路７６とフィルタバイパス通路
７３とが導通することになるため、排気は、上流側排気
管２５ａ→第２の排気通路７７→パティキュレートフィ
ルタ２２→第１の排気通路７６→フィルタバイパス通路
７３→下流側排気管２５ｂの順に流れる。

【００９２】排気浄化機構２９では、排気切換弁７１の
弁体７１ａが図４に示すように上流側排気管２５ａの軸
線と平行となる中立位置にあるときは、上流側排気管２
５ａが直接フィルタバイパス通路７３と導通するため、
排気の流れは、上流側排気管２５ａからパティキュレー
トフィルタ２２を経由せずにフィルタバイパス通路７３
へ流れるバイパス流となる。以下、弁体７１ａの中立位
置をバイパス流位置と称する。

【００９３】排気切換弁７１の弁体７１ａの位置が順流
位置と逆流位置とに交互に切り換えられた場合は、排気
浄化機構２９における排気の流れが順流と逆流とに交互
に切り換えられることになり、煤などの微粒子がパティ
キュレートフィルタ２２の基材内を活発に動き回ること
になるため、微粒子の酸化が促進され、以て微粒子の浄
化が効率よく行われることになる。

【００９４】図５（Ａ）は、パティキュレートフィルタ
２２に一方向からのみ排気を流す場合のイメージを示し
た図であり、微粒子は、パティキュレートフィルタ２２
の一方の面にのみ蓄積して殆ど動き回ることが無く、排
気の圧損上昇の原因となるだけでなく、微粒子の浄化を
妨げることになる。

【００９５】図５（Ｂ）は、パティキュレートフィルタ
２２に双方向から排気を流す場合のイメージを示した図
であり、微粒子は、パティキュレートフィルタ２２の両
面で順流方向と逆流方向に撹乱されるので、パティキュ
レートフィルタ２２の両面で、あるいは、パティキュレ
ートフィルタ２２の基材内部で動き回ることになる。そ
の結果、パティキュレートフィルタ２２の略全域の活性
点で微粒子が酸化されるようになるため、微粒子の蓄積
が抑制され、排気の圧損上昇を避けることができる。

【００９６】ここで、本実施の形態に係るパティキュレ
ートフィルタ２２の具体的な構造について述べる。図６
は、パティキュレートフィルタ２２の構造を示す図であ
り、図６の（Ａ）はパティキュレートフィルタ２２の正
面図を示しており、（Ｂ）はパティキュレートフィルタ
２２の側面断面図を示している。

【００９７】図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、パ
ティキュレートフィルタ２２は、一側の端部が栓５２に
より閉塞された第１排気流路５０と、他側の端部が栓５
３により閉塞された第２排気流路５１とが隔壁５４を介
して交互に且つハニカム状に配置された、多孔質の基材
からなるウォールフロー型のフィルタである。尚、パテ
ィキュレートフィルタ２２の基材としては、コージェラ
イト等を例示することができる。

【００９８】このように構成されたパティキュレートフ
ィルタ２２では、排気の流れが順流となる場合は、第１
排気流路５０内に流入した排気が図６（Ｂ）中の矢印で
示すように周囲の隔壁５４の細孔を通って隣接する第２
排気流路５１内へ流れることになる。

【００９９】尚、本実施の形態では、パティキュレート
フィルタ２２の隔壁５４の表面上、及び隔壁５４の細孔
の内壁面に、アルミナ等からなる担体の層が形成されて
おり、この担体上に貴金属触媒と活性酸素放出剤とが担
持されている。

【０１００】前記した貴金属触媒は、微粒子を酸化する
能力を有する物質であり、そのような貴金属触媒として
は、白金Ｐｔを例示することができる。前記活性酸素放
出剤は、活性酸素を放出して貴金属触媒による微粒子の
酸化を促進するものであり、好ましくは、該活性酸素放
出剤の周囲が酸素過剰雰囲気のときは酸素を取り込んで
保持するとともに、該活性酸素放出剤の周囲の酸素濃度
が低下したときは保持していた酸素を活性酸素の形で放
出するものである。

【０１０１】前記したような活性酸素放出剤としては、
例えば、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、
セシウムＣｓ、ルビジウムＲｂのようなアルカリ金属、
バリウムＢａ、カルシウムＣａ、ストロンチウムＳｒの
ようなアルカリ土類金属、ランタンＬａ、イットリウム
Ｙのような希土類、および遷移金属から選ばれた少くと
も一つから構成されるものを例示することができる。

【０１０２】但し、パティキュレートフィルタ２２に用
いられる活性酸素放出剤としては、カルシウムＣａより
もイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金
属、即ちカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ、ル
ビジウムＲｂ、バリウムＢａ、ストロンチウムＳｒ等か
ら構成されたものが好ましい。

【０１０３】これは、排気中にカルシウムＣａが含まれ
ている場合に、カルシウムＣａがパティキュレートフィ
ルタ２２上で硫黄酸化物と反応して硫酸カルシウムＣａ
ＳＯ ₄のような熱分解されにくい物質を生成するのを防
止し、硫酸カルシウムＣａＳＯ₄に起因したパティキュ
レートフィルタ２２の目詰まりを防止するためである。

【０１０４】ここで、アルミナからなる担体上に白金Ｐ
ｔとカリウムＫとが担持されたパティキュレートフィル
タ２２を例に挙げて、排気浄化機構２９の微粒子浄化メ
カニズムについて説明する。尚、以下で述べる活性酸素
放出剤の機能は、カリウムＫ以外のアルカリ金属、アル
カリ土類金属、希土類、或いは遷移金属を用いても同様
となる。

【０１０５】本実施の形態に係る内燃機関１のような圧
縮着火式の内燃機関では、大部分の運転領域において空
気過剰状態の混合気が燃焼されるため、内燃機関１から
排出される排気は比較的多量の酸素を含有していること
になる。また、混合気が燃焼する際には、ＮＯやＳＯ₂
が発生するため、内燃機関１から排出される排気にはＮ
Ｏ及びＳＯ₂も含有されることになる。この結果、パテ
ィキュレートフィルタ２２には、過剰酸素、ＮＯ、及び
ＳＯ₂を含有した排気が流入することになる。

【０１０６】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、パティキュレ
ートフィルタ２２における排気接触面の拡大図を模式的
に表した図である。パティキュレートフィルタ２２に排
気が流入すると、図７（Ａ）に示すように、排気中の酸
素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐｔ６０の表面に付着
する。排気中のＮＯは、白金Ｐｔ６０の表面上でＯ₂ ^-又
はＯ^2-と反応してＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２ＮＯ
₂ ）。

【０１０７】続いて、ＮＯ₂の一部は、白金Ｐｔ６０の
表面上で酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収さ
れ、カリウムＫと結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で
活性酸素放出剤６１内に拡散する。その際、一部の硝酸
イオンＮＯ₃ ^-が硝酸カリウムＫＮＯ₃を形成する。

【０１０８】また、排気中に含まれているＳＯ₂もＮＯ
と同様なメカニズムによって活性酸素放出剤６１内に吸
収される。即ち、酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で白金Ｐ
ｔ６０の表面に付着しているため、排気中のＳＯ₂が白
金Ｐｔ６０の表面上でＯ₂ ^-又はＯ^2-と反応してＳＯ₃を
形成する。

【０１０９】続いて、ＳＯ₃の一部は、白金Ｐｔ６０の
表面上で更に酸化されつつ活性酸素放出剤６１内に吸収
され、カリウムＫと結合しながら硫酸イオンＳＯ₄ ^2-の
形で活性酸素放出剤６１内に拡散する。その際、一部の
硫酸イオンＳＯ₄ ^2-が硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄を形成す
る。

【０１１０】このようにして活性酸素放出剤６１内には
硝酸カリウムＫＮＯ₃ および硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄ が
形成されることになる。一方、内燃機関１において混合
気が燃焼する際には、主にカーボンＣからなる微粒子が
生成されるため、内燃機関１から排出される排気には微
粒子が含まれていることになる。

【０１１１】上記したような微粒子を含有した排気がパ
ティキュレートフィルタ２２に流入すると、図７（Ｂ）
に示すように、排気中の微粒子６２が担体層の表面、例
えば活性酸素放出剤６１の表面上に衝突して付着する。

【０１１２】このように微粒子６２が活性酸素放出剤６
１の表面上に付着すると、活性酸素放出剤６１と微粒子
６２との接触面において酸素濃度が低下するため、活性
酸素放出剤６１内の酸素が微粒子６２との接触面に向け
て移動しようとする。その結果、活性酸素放出剤６１内
に形成されていた硝酸カリウムＫＮＯ₃がカリウムＫと
酸素ＯとＮＯとに分解され、酸素Ｏが微粒子６２との接
触面に向かい、ＮＯが活性酸素放出剤６１から外部に放
出される。活性酸素放出剤６１から放出されたＮＯは下
流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸素放出
剤６１内に吸収される。

【０１１３】その際、活性酸素放出剤６１内に形成され
ていた硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄もカリウムＫと酸素ＯとＳ
Ｏ₂とに分解され、酸素Ｏが微粒子６２との接触面に向
かうことによってＳＯ₂が活性酸素放出剤６１から外部
へ放出される。活性酸素放出剤６１から放出されたＳＯ
₂は下流側の白金Ｐｔ上において酸化され、再び活性酸
素放出剤６１内に吸収される。但し、硫酸カリウムＫ₂
ＳＯ₄は、安定しているために硝酸カリウムＫＮＯ₃に比
して活性酸素を放出しづらい。

【０１１４】一方、活性酸素放出剤６１内において微粒
子６２との接触面へ移動する酸素Ｏは、硝酸カリウムＫ
ＮＯ₃や硫酸カリウムＫ₂ＳＯ₄のような化合物から分解
された酸素であるため、化学反応を起こしやすい状態、
つまり活性状態にある。このような活性酸素が微粒子６
２と接触すると、微粒子６２は、短時間のうちに輝炎を
発することなく酸化せしめられて完全に消滅する。

【０１１５】ここで図１に戻り、上記したように構成さ
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。

【０１１６】ＥＣＵ３５には、クランクポジションセン
サ４、水温センサ５、燃料圧センサ１３、エアフローメ
ータ１７、吸気温度センサ１８、スロットルポジション
センサ２１ｂ、フィルタ温度センサ３９に加えて、車両
の室内に設けられたアクセルペダル３６の操作量（アク
セル開度）に対応した電気信号を出力するアクセルポジ
ションセンサ３７が電気的に接続され、上記した各セン
サの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになってい
る。

【０１１７】一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、燃
料ポンプ９、スロットル用アクチュエータ２１ａ、排気
絞り用アクチュエータ３４、排気切換用アクチュエータ
７２、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等が電気的に接続
され、ＥＣＵ３５が上記した各部を制御することが可能
になっている。

【０１１８】ここで、ＥＣＵ３５は、図８に示すよう
に、双方向性バス４０によって相互に接続された、ＣＰ
Ｕ４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、バックアップ
ＲＡＭ４４と、入力ポート４５と、出力ポート４６とを
備えるとともに、前記入力ポート４５に接続されたＡ／
Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４７を備えている。

【０１１９】前記入力ポート４５は、クランクポジショ
ンセンサ４のようにデジタル信号形式の信号を出力する
センサの出力信号を入力し、それらの出力信号を双方向
性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送信す
る。

【０１２０】前記入力ポート４５は、水温センサ５、燃
料圧センサ１３、エアフローメータ１７、吸気温度セン
サ１８、スロットルポジションセンサ２１ｂ、アクセル
ポジションセンサ３７、フィルタ温度センサ３９等のよ
うに、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力
信号をＡ／Ｄ４７を介して入力し、それらの出力信号を
双方向性バス４０を介してＣＰＵ４１やＲＡＭ４３へ送
信する。

【０１２１】前記出力ポート４６は、燃料噴射弁３、燃
料ポンプ９、スロットル用アクチュエータ２１ａ、排気
絞り用アクチュエータ３４、排気切換用アクチュエータ
７２、ＥＧＲ弁１０１、開閉弁１０７等と図示しない駆
動回路を介して電気的に接続され、ＣＰＵ４１から出力
される制御信号を前記した各部へ送信する。

【０１２２】前記ＲＯＭ４２は、燃料噴射弁３を制御す
るための燃料噴射弁制御ルーチン、燃料ポンプ９を制御
するための燃料ポンプ制御ルーチン、スロットル弁２１
を制御するためのスロットル制御ルーチン、排気絞り弁
３３を制御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁
１０１を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、開閉弁１
０７を制御するためのＥＧＲ冷却制御ルーチン、排気浄
化機構２９を制御するための排気浄化制御ルーチン等の
各種アプリケーションプログラムを記憶している。

【０１２３】前記ＲＯＭ４２は、上記したアプリケーシ
ョンプログラムに加え、各種の制御マップを記憶してい
る。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態
と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す
燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴
射終了時期との関係を示す燃料噴射終了時期制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態とコモンレール７内の目標圧
力との関係を示すコモンレール圧制御マップ、コモンレ
ール７内の目標圧力と燃料ポンプ９の吐出量（燃料ポン
プ９の駆動電流量）との関係を示す燃料吐出圧力制御マ
ップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁２１の目標
開度との関係を示すスロットル開度制御マップ、内燃機
関１の運転状態と排気絞り弁３３の目標開度との関係を
示す排気絞り開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と
ＥＧＲ弁１０１の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度
制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲクーラ１０
３の作動時期（言い換えれば、開閉弁１０７の開弁時
期）との関係を示すクーラ作動時期制御マップ、内燃機
関１の運転状態と排気切換弁７１の弁体の位置との関係
を示す排気切換弁開度制御マップ等である。

【０１２４】前記ＲＡＭ４３は、各センサからの出力信
号やＣＰＵ４１の演算結果等を格納する。前記演算結果
は、例えば、クランクポジションセンサ４がパルス信号
を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転
数である。これらのデータは、クランクポジションセン
サ４がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き
換えられる。

【０１２５】前記バックアップＲＡＭ４４は、内燃機関
１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリ
である。前記ＣＰＵ４１は、前記ＲＯＭ４２に記憶され
たアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料
噴射制御、燃料ポンプ制御、スロットル制御、排気絞り
制御、ＥＧＲ制御、ＥＧＲ冷却制御を実行するととも
に、本発明の要旨となる排気浄化制御を実行する。

【０１２６】例えば、燃料噴射制御では、ＣＰＵ４１
は、先ず、燃料噴射弁３から噴射される燃料量を決定
し、次いで燃料噴射弁３から燃料を噴射する時期を決定
する。先ず、燃料噴射量を決定する場合は、ＣＰＵ４１
は、ＲＡＭ４３に記憶されている機関回転数とアクセル
ポジションセンサ３７の出力信号（アクセル開度）とを
読み出し、それらアクセル開度と機関回転数とをパラメ
ータとして内燃機関１に対して要求されるトルクを算出
する。

【０１２７】その際、アクセル開度と機関回転数と要求
トルクとの関係を予め実験的に求め、それらアクセル開
度と機関回転数と要求トルクとの関係をマップとしてＲ
ＯＭ４２に記憶しておくようにしてもよい。

【０１２８】続いて、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２の燃料
噴射量制御マップへアクセスし、前記要求トルクに対応
した基本燃料燃料噴射量（基本燃料噴射時間）を算出す
る。ＣＰＵ４１は、水温センサ５の出力信号値、エアフ
ローメータ１７の出力信号値、あるいは吸気温度センサ
１８の出力信号値等に基づいて前記基本燃料噴射時間を
補正し、最終的な燃料噴射時間を決定する。

【０１２９】次に、燃料噴射時期を決定する場合は、Ｃ
ＰＵ４１は、ＲＯＭ４２の燃料噴射終了時期制御マップ
へアクセスし、要求トルクに対応した燃料噴射終了時期
を算出する。ＣＰＵ４１は、燃料噴射終了時期から前記
燃料噴射時間を減算して、燃料噴射開始時期を算出す
る。ＣＰＵ４１は、水温センサ５の出力信号値、エアフ
ローメータ１７の出力信号値、あるいは吸気温度センサ
１８の出力信号値をパラメータとして前記燃料噴射開始
時期を補正し、最終的な燃料噴射開始時期を決定する。

【０１３０】燃料噴射時間と燃料噴射開始時期とが決定
されると、ＣＰＵ４１は、燃料噴射開始時期とクランク
ポジションセンサ４の出力信号とを比較し、前記クラン
クポジションセンサ４の出力信号が燃料噴射開始時期と
一致した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印加を
開始する。ＣＰＵ４１は、燃料噴射弁３に対する駆動電
力の印加を開始した時点からの経過時間が前記燃料噴射
時間に達した時点で燃料噴射弁３に対する駆動電力の印
加を停止する。

【０１３１】尚、燃料噴射制御において内燃機関１の運
転状態がアイドル運転状態にある場合は、ＣＰＵ４１
は、水温センサ５の出力信号値や、車室内用空調装置の
コンプレッサのようにクランクシャフトの回転力を利用
して作動する補機類の作動状態等をパラメータとして内
燃機関１の目標アイドル回転数を算出する。そして、Ｃ
ＰＵ４１は、実際のアイドル回転数が目標アイドル回転
数と一致するよう燃料噴射量をフィードバック制御す
る。

【０１３２】燃料ポンプ制御では、ＣＰＵ４１は、ＲＯ
Ｍ４２のコモンレール圧制御マップヘアクセスし、機関
回転数及びアクセル開度に対応した目標圧力を算出す
る。続いて、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２の燃料吐出圧力
制御マップへアクセスし、前記目標圧力に対応した燃料
ポンプ９の吐出量（燃料ポンプ９の駆動電流量）を算出
し、算出された駆動電流を前記燃料ポンプ９に印加す
る。

【０１３３】その際、ＣＰＵ４１は、コモンレール７に
取り付けられた燃料圧センサ１３の出力信号値（コモン
レール７内の実際の燃料圧力）と前記目標圧力との差分
に基づいて前記燃料ポンプ９に印加すべき駆動電流値を
フィードバック制御する。

【０１３４】スロットル制御では、ＣＰＵ４１は、ＲＯ
Ｍ４２のスロットル開度制御マップへアクセスし、機関
回転数及びアクセル開度に対応した目標スロットル開度
を算出する。ＣＰＵ４１は、前記目標スロットル開度に
対応した量の駆動電流をスロットル用アクチュエータ２
１ａに印加する。

【０１３５】更に、ＣＰＵ４１は、スロットルポジショ
ンセンサ２１ｂの出力信号値（実際のスロットル開度）
と前記目標スロットル開度との差分に基づいて前記スロ
ットル用アクチュエータ２１ａに印加すべき駆動電流量
をフィードバック制御する。

【０１３６】排気絞り制御では、ＣＰＵ４１は、内燃機
関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合や、車室内
用ヒータが作動状態にある場合などに、排気絞り弁３３
を閉弁方向へ駆動すべく排気絞り用アクチュエータ３４
を制御する。この場合、内燃機関１の負荷が増大し、そ
れに対応して燃料噴射量が増量されることなる。その結
果、内燃機関１の発熱量が増加し、内燃機関１の暖機が
促進されるとともに、車室内用ヒータの熱源が確保され
る。

【０１３７】ＥＧＲ制御では、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４
３に記憶されている機関回転数、水温センサ５の出力信
号（冷却水温度）、アクセルポジションセンサ３７の出
力信号（アクセル開度）等を読み出し、ＥＧＲ制御の実
行条件が成立しているか否かを判別する。

【０１３８】上記したＥＧＲ制御実行条件としては、冷
却水温度が所定温度以上にある、内燃機関１が始動時か
ら所定時間以上連続して運転されている、アクセル開度
の変化量が正値である等の条件を例示することができ
る。

【０１３９】上記したようなＥＧＲ制御実行条件が成立
していないと判定した場合は、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ弁
１０１を全閉状態に保持すべく制御する。一方、ＥＧＲ
制御実行条件が成立していると判定した場合は、ＣＰＵ
４１は、ＲＯＭ４２のＥＧＲ弁開度制御マップへアクセ
スし、機関回転数とアクセル開度とに対応した目標ＥＧ
Ｒ開度を算出する。ＣＰＵ４１は、前記目標ＥＧＲ開度
に対応した駆動電力をＥＧＲ弁１０１に印加する。

【０１４０】その際、ＣＰＵ４１は、内燃機関１の吸入
空気量をパラメータとしてＥＧＲ弁１０１の開度をフィ
ードバック制御する、いわゆるＥＧＲ弁フィードバック
制御を行う。

【０１４１】ＥＧＲ弁フィードバック制御では、例え
ば、ＣＰＵ４１は、アクセル開度や機関回転数等をパラ
メータとして内燃機関１の目標吸入空気量を決定する。
その際、アクセル開度と機関回転数と目標吸入空気量と
の関係を予めマップ化しておき、そのマップとアクセル
開度と機関回転数とから目標吸入空気量が算出されるよ
うにしてもよい。

【０１４２】上記した手順により目標吸入空気量が決定
されると、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３に記憶されたエア
フローメータ１７の出力信号値（実際の吸入空気量）を
読み出し、実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを比較
する。

【０１４３】前記した実際の吸入空気量が前記目標吸入
空気量より少ない場合には、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ弁１
０１を所定量閉弁させる。この場合、ＥＧＲ通路１００
から吸気枝管１４へ流入するＥＧＲガス量が減少し、そ
れに応じて内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガ
ス量が減少することになる。その結果、内燃機関１の気
筒２内に吸入される新気の量は、ＥＧＲガスが減少した
分だけ増加する。

【０１４４】一方、実際の吸入空気量が目標吸入空気量
より多い場合には、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ弁１０１を所
定量開弁させる。この場合、ＥＧＲ通路１００から吸気
枝管１４へ流入するＥＧＲガス量が増加し、それに応じ
て内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガス量が増
加する。この結果、内燃機関１の気筒２内に吸入される
新気の量は、ＥＧＲガスが増加した分だけ減少すること
になる。

【０１４５】尚、ＥＧＲガス量を増加させる必要がある
場合に、既にＥＧＲ弁１０１が全開状態にあると、ＣＰ
Ｕ４１は、スロットル弁２１を所定開度閉弁させるべく
スロットル用アクチュエータ２１ａを制御する。

【０１４６】この場合、スロットル弁２１より下流に位
置する吸気枝管１４では、吸気管負圧の負圧度合が高く
なるため、ＥＧＲ通路１００から吸気枝管１４へ吸入さ
れるＥＧＲガス量が増加することになる。

【０１４７】前記した所定量は、予め決定されている固
定値であってもよく、あるいは、実際の吸入空気量と目
標吸入空気量との偏差に応じて変更される可変値であっ
てもよい。

【０１４８】ＥＧＲ冷却制御は、ＥＧＲ制御が実行状態
にあるときに実行される制御である。このＥＧＲ冷却制
御では、ＣＰＵ４１は、ＥＧＲ冷却条件が成立している
ときに、開閉弁１０７を開弁させてラジエター１０６で
冷却された冷却水の一部をＥＧＲクーラ１０３に循環さ
せ、以てＥＧＲ通路１００を流れるＥＧＲガスを冷却す
る。

【０１４９】上記したＥＧＲ冷却条件としては、水温セ
ンサ５の出力信号値（冷却水温度）が所定温度以上であ
る、機関回転数が所定回転数以上である、アクセル開度
が所定開度以上である等の条件を例示することができ
る。

【０１５０】次に、排気浄化制御では、ＣＰＵ４１は、
パティキュレートフィルタ２２の微粒子酸化除去能力を
効率的に利用すべく排気切換用アクチュエータ７２を制
御することになる。

【０１５１】パティキュレートフィルタ２２に担持され
た貴金属触媒および活性酸素放出剤は、パティキュレー
トフィルタ２２の床温が高くなるほど活性するため、単
位時間当りに活性酸素放出剤が放出しうる活性酸素Ｏの
量はパティキュレートフィルタ２２の床温が高くなるほ
ど増大する。これに伴い、単位時間当たりにパティキュ
レートフィルタ２２が輝炎を発することなく酸化除去可
能な微粒子の量（酸化除去可能微粒子量）Ｇも、図９に
示すように、パティキュレートフィルタ２２の床温ＴＦ
が高くなるほど増大することになる。

【０１５２】ここで、単位時間当たりに内燃機関１から
排出される微粒子の量を排出微粒子量Ｍと称すると、パ
ティキュレートフィルタ２２の床温ＴＦに対応した酸化
除去可能微粒子量Ｇが排出微粒子量Ｍより多くなるとき
は、内燃機関１から排出された微粒子の全てがパティキ
ュレートフィルタ２２において輝炎を発することなく酸
化除去せしめられることになる。

【０１５３】これに対し、パティキュレートフィルタ２
２の床温ＴＦに対応した酸化除去可能微粒子量Ｇが排出
微粒子量Ｍより少なくなるときは、内燃機関１から排出
された微粒子の全てをパティキュレートフィルタ２２で
酸化除去するには、活性酸素の量が不足してしまうこと
になる。

【０１５４】パティキュレートフィルタ２２に流入する
微粒子の量に対して活性酸素量が不足している場合は、
図１０の（Ａ）に示すように微粒子６２が活性酸素放出
剤６１上に付着すると、微粒子６２の一部のみが酸化さ
れ、十分に酸化されなかった微粒子部分が担体層上に残
留する。次いで活性酸素量が不足している状態が継続す
ると次から次へと酸化されなかった微粒子部分が担体層
上に残留し、その結果、図１０（Ｂ）に示すように、担
体層の表面が残留微粒子部分６３によって覆われるよう
になる。

【０１５５】担体層の表面を覆う残留微粒子部分６３
は、次第に酸化されにくいカーボン質に変質するため、
そのままパティキュレートフィルタ２２に残留し易くな
る。また、担体層の表面が残留微粒子部分６３によって
覆われると、白金ＰｔによるＮＯ、ＳＯ₂ の酸化作用お
よび活性酸素放出剤６１による活性酸素の放出作用が抑
制される。

【０１５６】この結果、図１０（Ｃ）に示すように、残
留微粒子部分６３の上に別の微粒子６４が次から次へと
堆積し、その結果、微粒子が積層状に堆積することにな
る。担体層の表面に微粒子が積層状に堆積すると、それ
らの微粒子は、白金Ｐｔや活性酸素放出剤と距離を隔て
られることになるため、たとえ酸化されやすい微粒子で
あっても、もはや活性酸素Ｏによって酸化されることが
なく、斯くしてこの微粒子の上に更に別の微粒子が堆積
していくことになる。

【０１５７】そこで、本実施の形態における排気浄化制
御では、ＣＰＵ４１は、パティキュレートフィルタ２２
に堆積した微粒子を除去又はパティキュレートフィルタ
２２における微粒子の堆積を防止すべく、排気浄化機構
２９の排気切換用アクチュエータ７２を制御することに
なる。

【０１５８】具体的には、ＣＰＵ４１は、排気切換弁７
１の弁体７１ａの位置が順流位置と逆流位置とに交互に
切り換わるよう排気切換用アクチュエータ７２を制御す
る。排気切換用アクチュエータ７２がパティキュレート
フィルタ２２に対する排気の流れを逆転（順流から逆流
もしくは逆流から順流へ逆転）させるべく排気切換弁７
１を駆動した場合は、パティキュレートフィルタ２２の
上流側と下流側とが逆転し、切り換え前にパティキュレ
ートフィルタ２２の下流側であった部分の活性酸素放出
剤が微粒子の付着によって活性酸素Ｏを放出し、その活
性酸素Ｏにより微粒子が酸化除去される。更に、活性酸
素放出剤から放出された活性酸素Ｏの一部は、排気とと
もにパティキュレートフィルタ２２の下流側へ移動し、
ここに堆積する微粒子を酸化除去する。

【０１５９】更に、排気切換用アクチュエータ７２がパ
ティキュレートフィルタ２２に対する排気の流れを逆転
させるべく排気切換弁７１を駆動すると、微粒子がパテ
ィキュレートフィルタ２２の両面で順流方向と逆流方向
に撹乱され、パティキュレートフィルタ２２の両面、若
しくは基材内部で動き回り、パティキュレートフィルタ
２２の略全域の活性点で酸化されることになる。

【０１６０】従って、パティキュレートフィルタ２２に
微粒子が堆積し始めている時期に、排気切換弁７１によ
って排気の流れが逆転されると、パティキュレートフィ
ルタ２２から微粒子を完全に酸化除去することができ、
微粒子の堆積に起因したパティキュレートフィルタ２２
の目詰まりを防止することが可能となる。

【０１６１】尚、パティキュレートフィルタ２２上に微
粒子が堆積した場合には、ＣＰＵ４１は、排気の空燃比
を一時的にリッチにすることにより、活性酸素放出剤の
周囲の酸素濃度を低下させて、パティキュレートフィル
タ２２の略全域の活性酸素放出剤から一斉に活性酸素Ｏ
を放出させるようにしてもよい。

【０１６２】また、本実施の形態に係る排気浄化制御で
は、ＣＰＵ４１は、排気の状態がパティキュレートフィ
ルタ２２の酸化除去可能微粒子量を低下させる状態にあ
ると予想される場合には、排気浄化機構２９における排
気の流れがパティキュレートフィルタ２２を迂回する流
れとなるように排気切換用アクチュエータ７２を制御す
る。

【０１６３】ここで、パティキュレートフィルタ２２の
酸化除去可能微粒子量は、前述の図９の説明で述べたよ
うに、パティキュレートフィルタ２２の床温との相関が
強いため、パティキュレートフィルタ２２の床温が低下
すると、それに対応してパティキュレートフィルタ２２
の酸化除去可能微粒子量も減少することになる。

【０１６４】パティキュレートフィルタ２２の床温が低
下する主な要因としては、パティキュレートフィルタ２
２に流入する排気の温度低下を挙げることができる。従
って、内燃機関１から排出される排気の温度が低くなる
ときは、排気の状態がパティキュレートフィルタ２２の
酸化除去可能微粒子量を低下させる状態にあると言え
る。

【０１６５】内燃機関１から排出される排気の温度が低
くなる場合としては、内燃機関１が減速運転状態にある
場合や、内燃機関１に対する燃料噴射量が少ない場合を
例示することができる。

【０１６６】内燃機関１が減速運転状態にあるときは、
燃料噴射弁３に対する駆動電流の印加を停止する、いわ
ゆるフューエルカット制御が実行されるため、内燃機関
１の各気筒２において燃料が燃焼されないことになり、
その結果、各気筒２からは低温の空気のみが排出される
ことになる。

【０１６７】内燃機関１に対する燃料噴射量が少ないと
きは、内燃機関１の各気筒２内で燃焼される燃料量が少
なくなるため、燃料が燃焼する際に発生する熱量が少な
くなり、その結果、各気筒２から排出される排気が持つ
熱量が少なくなる。尚、内燃機関１に対する燃料噴射量
が少ないときとしては、内燃機関１がアイドル運転状態
にあるときや、定常運転状態にあるとき等を例示するこ
とができる。

【０１６８】従って、内燃機関１が減速運転状態にある
とき、若しくは、内燃機関１に対する燃料噴射量が少な
いときは、排気の状態がパティキュレートフィルタ２２
の酸化除去可能微粒子量を低下させる状態にあると言え
る。

【０１６９】そこで、本実施の形態に係る排気浄化制御
では、ＣＰＵ４１は、内燃機関１が減速運転状態にある
とき、若しくは、内燃機関１に対する燃料噴射量が少な
いときは、排気浄化機構２９における排気の流れがパテ
ィキュレートフィルタ２２を迂回する流れとなるように
排気切換用アクチュエータ７２を制御することになる。

【０１７０】このような制御によれば、内燃機関１から
低温の排気が排出される場合に、その低温の排気がパテ
ィキュレートフィルタ２２に流入することがなくなるた
め、パティキュレートフィルタ２２の持つ熱が排気に奪
われることがなく、その結果、パティキュレートフィル
タ２２の床温が低下することを防止することが可能とな
る。

【０１７１】ところで、上記したような制御によれば、
パティキュレートフィルタ２２自体が排気によって冷却
されることはないが、内燃機関１から排気浄化機構２９
に至る排気系の部品、すなわち排気枝管２４、タービン
ハウジング１９ｂ、及び上流側排気管２５ａの熱が低温
の排気によって奪われることになり、それにより前記し
た排気系部品の温度が低下する。

【０１７２】排気浄化機構２９における排気の流れがパ
ティキュレートフィルタ２２を迂回する状態（以下、バ
イパス状態と称する）にあるときに、前記した排気系部
品の温度が低下すると、排気浄化機構２９における排気
の流れがバイパス状態から順流状態又は逆流状態（以
下、パティキュレートフィルタ経由状態と総称する）に
戻された際には、内燃機関１から排出された排気の熱が
上記した排気系部品に奪われることになる。

【０１７３】このため、内燃機関１から高温の排気が排
出されても、その排気がパティキュレートフィルタ２２
に到達する時点では該排気の温度が低くなり、その結
果、パティキュレートフィルタ２２が低温の排気によっ
て不要に冷却されてしまうことになる。

【０１７４】従って、排気浄化機構２９における排気の
流れがバイパス状態にある場合には、排気浄化機構２９
より上流に位置する排気系部品の温度低下を抑制する必
要がある。

【０１７５】そこで、本実施の形態では、ＣＰＵ４１
は、排気浄化機構２９における排気の流れがバイパス状
態にあるときには、排気浄化機構２９より上流に位置す
る排気系部品の温度低下を防止すべく温度低下抑制制御
を実行するようにした。

【０１７６】以下、本実施の形態に係る温度低下抑制制
御について具体的に述べる。温度低下抑制制御では、Ｃ
ＰＵ４１は、図１１に示すような温度低下抑制制御ルー
チンを実行することになる。この温度低下抑制制御ルー
チンは、予めＲＯＭ４２に記憶されているルーチンであ
り、所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４
がパルス信号を出力する度）にＣＰＵ４１によって繰り
返し実行されるルーチンである。

【０１７７】温度低下抑制制御ルーチンでは、ＣＰＵ４
１は、先ず、Ｓ１１０１において、予めＲＡＭ４３の所
定領域に設定されているバイパス実行フラグ記憶領域へ
アクセスし、該バイパス実行フラグ記憶領域に“１”が
記憶されているか否かを判別する。

【０１７８】前記したバイパス実行フラグ記憶領域は、
ＣＰＵ４１が排気浄化機構２９における排気の流れをパ
ティキュレートフィルタ経由状態からバイパス状態へ切
り換える際に“１”をセットし、排気浄化機構２９にお
ける排気の流れをバイパス状態からパティキュレートフ
ィルタ経由状態へ切り換える際に“０”へリセットする
領域である。

【０１７９】前記Ｓ１１０１において前記バイパス実行
フラグ記憶領域に“１”が記憶されていると判定した場
合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１１０２へ進み、吸気絞り制御
を実行する。

【０１８０】吸気絞り制御では、ＣＰＵ４１は、スロッ
トル弁２１を所定量閉弁させるべくスロットル用アクチ
ュエータ２１ａを制御し、内燃機関１の吸入空気量を減
少させる。

【０１８１】この場合、内燃機関１の吸入空気量が減少
されることにより、内燃機関１から排出される排気の量
も減少することになる。この結果、内燃機関１から低温
の排気が排出されても、排気の流量が少なくなるため、
排気浄化機構２９より上流に位置する排気系部品から排
気へ伝達される熱量が少なくなり、以て排気系部品の温
度低下が抑制されることになる。

【０１８２】一方、前記Ｓ１１０１において前記バイパ
ス実行フラグ記憶領域に“１”が記憶されていないと判
定した場合、すなわち、前記バイパス実行フラグ記憶領
域に“０”が記憶されていると判定した場合は、ＣＰＵ
４１は、Ｓ１１０３へ進み、吸気絞り制御の実行を停止
し、スロットル弁２１の開度を通常の開度へ戻すべくス
ロットル用アクチュエータ２１ａを制御し、本ルーチン
の実行を終了する。

【０１８３】上記したようにＣＰＵ４１が温度低下抑制
制御ルーチンを実行することにより、排気浄化機構２９
における排気の流れがバイパス状態にあるときの排気系
部品の温度は、図１２の（Ａ）に示すように、温度低下
抑制制御を実行しない場合に比して高く保たれることに
なり、その結果、排気浄化機構２９における排気の流れ
がバイパス状態からパティキュレートフィルタ経由状態
へ戻った際のパティキュレートフィルタ２２の床温の低
下も、図１２の（Ｂ）に示すように、温度低下抑制制御
を実行しない場合に比して少なくなる。従って、ＣＰＵ
４１が温度低下抑制制御ルーチンを実行することによ
り、本発明に係る温度低下抑制手段が実現されることに
なる。

【０１８４】以上述べた実施の形態によれば、排気浄化
機構２９における排気の流れがバイパス状態にあるとき
の排気系部品の温度低下を抑制することが可能となり、
それにより排気浄化機構２９における排気の流れがバイ
パス状態からパティキュレートフィルタ経由状態へ戻さ
れた際に、パティキュレートフィルタ２２が不要に冷却
されることがなくなる。

【０１８５】この結果、パティキュレートフィルタ２２
の不要な温度低下に起因した酸化除去可能微粒子量の減
少が抑制されることになる。尚、本実施の形態では、温
度低下抑制制御において排気の流量を減少させる方法と
しては、スロットル弁２１の開度を絞る方法を例に挙げ
たが、排気絞り弁３３の開度を絞ることにより排気流量
を減少させる方法、もしくはＥＧＲ弁１００の開度を全
開にして排気流量を減少させる方法によっても同様の効
果を得ることが可能である。

【０１８６】＜実施の形態２＞次に、本発明に係る内燃
機関の排気浄化装置の第２の実施態様について図１３〜
図１７に基づいて述べる。ここでは、前述の第１の実施
の形態と異なる構成について説明し、同様の説明につい
ては説明を省略する。

【０１８７】前述した第１の実施の形態では、排気浄化
機構２９における排気の流れがバイパス状態にあるとき
に、前記排気浄化機構２９より上流に位置する排気系部
品を通過する排気の流量を減少させることにより前記排
気系部品の温度低下を防止する例について述べたが、本
実施の形態では、排気浄化機構２９における排気の流れ
がバイパス状態にあるときに、排気の温度を上昇させ、
以て排気系部品の温度低下防止もしくは排気系部品の温
度上昇を図る排気昇温制御を行う例について述べる。

【０１８８】図１３は、本実施の形態に係る排気浄化装
置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す
図である。図１３に示すように、内燃機関１の排気系に
おいて、上流側排気管２５ａと排気浄化機構２９との間
には、酸化触媒８０が介在している。この酸化触媒８０
は、炭化水素ＨＣ等の未燃燃料成分を酸化する機能を有
するものであればよく、そのような酸化触媒としては三
元触媒を例示することができる。

【０１８９】前記酸化触媒８０の直上流に位置する上流
側排気管２５ａには、該上流側排気管２５ａ内を流れる
排気中に燃料を添加する燃料添加ノズル３８が取り付け
られている。この燃料添加ノズル３８は、本発明に係る
燃料供給手段を実現するものであり、図示しない燃料配
管を介して燃料ポンプ９と接続され、燃料ポンプ９から
吐出された燃料の一部が該燃料添加ノズル３８に供給さ
れるようになっている。尚、燃料添加ノズル３８は、燃
料噴射弁３と同様に、駆動電流が印加されたときに開弁
して燃料を噴射するノズルである。

【０１９０】前記酸化触媒８０には、該酸化触媒８０の
床温に対応した電気信号を出力する触媒温度センサ８１
が取り付けられている。この場合、上記した燃料添加ノ
ズル３８及び触媒温度センサ８１は、電気配線を介して
ＥＣＵ３５と接続されている。具体的には、図１４に示
すように、燃料添加ノズル３８がＥＣＵ３５の出力ポー
ト４６に接続され、触媒温度センサ８１がＥＣＵ３５の
Ａ／Ｄ４７に接続されている。

【０１９１】そして、ＥＣＵ３８のＣＰＵ４１は、排気
の状態がパティキュレートフィルタ２２の酸化除去可能
微粒子量を減少させる状態にあると予想される場合に
は、前述の第１の実施の形態と同様に、排気浄化機構２
９における排気の流れをパティキュレートフィルタ経由
状態からバイパス状態へ切り換える。

【０１９２】これに対応して、ＣＰＵ４１は、図１５に
示すような排気昇温制御ルーチンを実行することにな
る。この排気昇温制御ルーチンは、予めＲＯＭ４２に記
憶されているルーチンであり、ＣＰＵ４１によって所定
時間毎（例えば、クランクポジションセンサ４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
る。

【０１９３】排気昇温制御ルーチンでは、ＣＰＵ４１
は、先ず、Ｓ１５０１において、ＲＡＭ４３のバイパス
実行フラグ記憶領域へアクセスし、該バイパス実行フラ
グ記憶領域に“１”が記憶されているか否かを判別す
る。

【０１９４】前記Ｓ１５０１において前記バイパス実行
フラグ記憶領域に“１”が記憶されていると判定した場
合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１５０２へ進み、ＲＡＭ４３の
所定領域に予め設定されているフューエルカット制御フ
ラグ記憶領域に“１”が記憶されているか否かを判別す
る。

【０１９５】前記フューエルカット制御フラグ記憶領域
は、内燃機関１が減速運転状態にあるときのようにＣＰ
Ｕ４１がフューエルカット制御の実行を開始するときに
“１”をセットし、フューエルカット制御の実行を終了
するときに“０”にリセットする領域である。

【０１９６】前記Ｓ１５０２において前記フューエルカ
ット制御フラグ記憶領域に“１”が記憶されていると判
定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１５０３へ進み、ＲＡ
Ｍ４３から触媒温度センサ８１の出力信号値（酸化触媒
８０の床温）を読み出し、酸化触媒８０の床温が該酸化
触媒８０の活性温度以上であるか否か、つまり酸化触媒
８０が活性状態にあるか否かを判別する。

【０１９７】前記Ｓ１５０３において酸化触媒８０の床
温が活性温度以上であると判定した場合は、ＣＰＵ４１
は、Ｓ１５０４へ進み、燃料添加制御を実行する。燃料
添加制御では、ＣＰＵ４１は、燃料添加ノズル３８に対
して駆動電流を印加する。

【０１９８】この場合、燃料添加ノズル３８は、上流側
排気管２５ａを流れる排気中に燃料を噴射することにな
る。上流側排気管２５ａを流れる排気中に噴射された燃
料は、排気とともに酸化触媒８０へ流入する。その際、
酸化触媒８０が既に活性状態にあるため、前記酸化触媒
８０において燃料が酸化されることになる。その結果、
燃料が酸化する際に発生する熱により酸化触媒８０内を
通過する排気の温度が上昇する。

【０１９９】一方、前記Ｓ１５０２において前記フュー
エルカット制御フラグ記憶領域に“０”が記憶されてい
ると判定した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１５０５へ進
み、燃料添加制御の実行を停止する。

【０２００】この場合、燃料添加ノズル３８から酸化触
媒８０に対して燃料が供給されないことになるが、内燃
機関１から排出される排気中に未燃燃料成分が含まれて
いるため、その未燃燃料成分が酸化触媒８０において酸
化され、未燃燃料成分が酸化する際に発生する熱によっ
て排気の温度が上昇することになる。

【０２０１】また、前記Ｓ１５０３において酸化触媒８
０の床温が活性温度未満であると判定した場合は、ＣＰ
Ｕ４１は、Ｓ１５０５へ進み、燃料添加制御の実行を停
止する。

【０２０２】この場合、排気浄化機構２９における排気
の流れがバイパス状態にあるにも関わらず、酸化触媒８
０において燃料の酸化が行われないことになるが、排気
浄化機構２９より上流の排気系部品の熱容量は、酸化触
媒８０が設けられていない場合に比して多くなるため、
内燃機関１から排出された排気は酸化触媒８０が持つ熱
を受けてある程度昇温することになる。

【０２０３】また、前記Ｓ１５０１において前記バイパ
ス実行フラグ記憶領域に“０”が記憶されていると判定
した場合は、ＣＰＵ４１は、Ｓ１５０５へ進み、燃料添
加制御の実行を停止して本ルーチンの実行を一旦終了す
る。

【０２０４】上記したようにＣＰＵ４１が排気昇温制御
ルーチンを実行することにより、排気浄化機構２９にお
ける排気の流れがバイパス状態にあるときの排気の温度
が昇温されることになり、本発明に係る排気昇温手段が
実現されることになる。

【０２０５】この結果、排気浄化機構２９より上流に位
置する排気系部品、特に酸化触媒８０から排気浄化機構
２９に至る排気経路に位置する排気系部品の温度低下が
抑制もしくは前記排気系部品の温度が上昇することにな
る。

【０２０６】ここで、排気浄化機構２９より上流の排気
通路に酸化触媒が設けられていない場合は、排気浄化機
構２９における排気の流れがバイパス状態にあるときの
排気の温度低下が図１６の（Ａ）に示すように比較的大
きくなるため、排気浄化機構２９における排気の流れが
バイパス状態からパティキュレートフィルタ経由状態へ
戻された際のパティキュレートフィルタ２２の床温も図
１６の（Ｂ）に示すように比較的大きく低下することに
なる。

【０２０７】これに対し、排気浄化機構２９より上流の
排気通路に酸化触媒８０を設けるとともに、本実施の形
態に係る排気昇温制御が実行された場合には、排気浄化
機構２９における排気の流れがバイパス状態にあるとき
の排気の温度低下が図１７の（Ａ）に示すように比較的
小さくなるため、排気浄化機構２９における排気の流れ
がバイパス状態からパティキュレートフィルタ経由状態
へ戻された際のパティキュレートフィルタ２２の床温低
下も図１７の（Ｂ）に示すように比較的小さく抑えられ
ることになる。

【０２０８】従って、以上述べた実施の形態によれば、
排気の流れがバイパス状態にあるときに排気を昇温させ
ることが可能となり、昇温された排気によって排気系部
品の温度低下が防止もしくは排気系部品の温度が上昇さ
れることになるため、排気の流れがバイパス状態からパ
ティキュレートフィルタ経由状態へ戻された際に、パテ
ィキュレートフィルタ２２が不要に冷却されることがな
くなる。

【０２０９】この結果、パティキュレートフィルタ２２
の不要な温度低下に起因した酸化除去可能微粒子量の減
少が抑制されることになる。尚、本実施の形態では、酸
化触媒８０が活性状態にあり、且つ、フューエルカット
制御が実行状態にあるときに、酸化触媒８０に対する燃
料添加制御を実行する例について述べたが、パティキュ
レートフィルタ２２およびまたは酸化触媒８０の温度が
非常に高い場合は、それらパティキュレートフィルタ２
２およびまたは酸化触媒８０が持つ熱によって排気が昇
温されることになるため、酸化触媒８０が活性状態にあ
り、且つ、フューエルカット制御が実行状態にあるとき
であっても、パティキュレートフィルタ２２およびまた
は酸化触媒８０の温度が非常に高い場合には、酸化触媒
８０に対する燃料添加制御を実行しないようにしてもよ
い。この場合、排気昇温制御に係る燃料消費量を低減し
つつ、排気を昇温させることが可能となる。

【０２１０】また、本実施の形態に係る排気昇温制御で
は、酸化触媒８０に対する燃料添加制御のみを行う例に
ついて述べたが、酸化触媒８０に対する燃料添加制御に
加えて、排気絞り制御、吸気絞り制御、もしくはＥＧＲ
制御を並行して実行するようにしてもよい。

【０２１１】この場合、排気浄化機構２９における排気
の流れがバイパス状態にあるときに、酸化触媒８０が未
活性状態にあっても、排気絞り制御、吸気絞り制御、も
しくはＥＧＲ制御によって排気の流量が減少するため、
排気系部品の温度低下を防止することができる。

【０２１２】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、排気の流れがパティキュレートフィルタを迂回する
状態にあるときは、排気通路の温度低下を抑制、又は排
気の温度を上昇させるため、排気の流れがバイパス状態
からパティキュレートフィル経由状態へ戻された際に、
内燃機関から排出された高温の排気がパティキュレート
フィルタ上流の排気通路において冷却されるようなこと
がない。

【０２１３】従って、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置によれば、排気の流れがバイパス状態からパティキ
ュレートフィルタ経由状態へ戻された際に、パティキュ
レートフィルタに低温の排気が流入することがなく、以
てパティキュレートフィルタが不要に冷却されるのを防
止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関の概略構成を示す図

【図２】 排気浄化機構の構成を示す水平断面図

【図３】 排気浄化機構の構成を示す側面図

【図４】 排気切換弁の動作を説明する図

【図５】 （Ａ）フィルタ基材に微粒子が堆積する状態
を示すイメージ図 （Ｂ）排気ガスの順流／逆流による微粒子の撹乱状態を
示すイメージ図

【図６】 パティキュレートフィルタの構成を示す図

【図７】 パティキュレートフィルタにおける微粒子の
酸化作用を示す概念図

【図８】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図９】 パティキュレートフィルタの酸化除去可能微
粒子量とパティキュレートフィルタの温度との関係を示
す図

【図10】 パティキュレートフィルタにおける微粒子の
堆積作用を示す概念図

【図11】 温度低下防止制御ルーチンを示すフローチャ
ート図

【図12】 （Ａ）温度低下抑制制御を実行した場合と実
行しない場合の排気系部品の温度変化を示す図 （Ｂ）温度低下抑制制御を実行した場合と実行しない場
合のパティキュレートフィルタの温度変化を示す図

【図13】 第２の実施の形態に係る排気浄化装置を適用
する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図

【図14】 第２の実施の形態に係るＥＣＵの内部構成を
示すブロック図

【図15】 排気昇温制御ルーチンを示すフローチャート
図

【図16】 （Ａ）排気昇温制御を実行しない場合の排気
の温度変化を示す図 （Ｂ）排気昇温制御を実行しない場合のパティキュレー
トフィルタの温度変化を示す図

【図17】 （Ａ）排気昇温制御を実行した場合の排気の
温度変化を示す図 （Ｂ）排気昇温制御を実行した場合のパティキュレート
フィルタの温度変化を示す図

【符号の説明】

１・・・・内燃機関 ２・・・・気筒 ３・・・・燃料噴射弁 １４・・・吸気枝管 １５・・・吸気管 １７・・・エアフローメータ １８・・・吸気温度センサ １９・・・遠心過給機 １９ａ・・コンプレッサハウジング １９ｂ・・タービンハウジング ２０・・・インタークーラ ２１・・・スロットル弁（吸気絞り弁） ２２・・・パティキュレートフィルタ ２３・・・ケーシング ２４・・・排気枝管 ２９・・・排気浄化機構 ３３・・・排気絞り弁 ３４・・・排気絞り用アクチュエータ ３８・・・燃料添加ノズル ３９・・・フィルタ温度センサ ７１・・・排気切換弁 ７２・・・排気切換用アクチュエータ ７３・・・フィルタバイパス通路 ７６・・・第１の排気通路 ７７・・・第２の排気通路 ８０・・・酸化触媒 ８１・・・触媒温度センサ １００・・ＥＧＲ弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１Ｍ ３Ｇ３０１ Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ Ｓ 9/04 9/04 Ｄ Ｅ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ｂ 41/04 ３１０ 41/04 ３１０Ａ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｋ ３０１Ｈ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ (72)発明者 広田 信也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 伊藤 和浩 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 浅沼 孝充 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中谷 好一郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 DA01 EA10 GA09 3G065 AA01 AA03 AA04 AA09 AA10 CA00 CA12 DA02 DA04 DA06 GA05 GA08 GA09 GA10 GA27 GA41 GA46 HA22 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA01 BA05 BA08 BA13 BA15 BA20 CA02 CA03 CA06 DA10 EA07 EA11 EB08 EB11 EC02 FA02 FA07 FA10 FA12 FA20 FA27 FA33 FA38 3G090 AA03 BA01 CB24 CB25 DA13 DB02 EA07 3G092 AA02 AA06 AA17 DC08 DC12 DC14 DF09 EA01 FA18 HD01Z HD07X HD09X 3G301 HA02 HA11 HA13 JA24 KA05 KA07 KA16 KA26 LA01 LB17 MA11 MA20 MA24 NA08 NC04 ND01 NE01 NE23 PA01A PA01Z PA10Z PA11Z PA16Z PB03Z PB08Z PD11Z PD12Z PE01A PE01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中
   に含まれる微粒子を酸化させる能力を有するパティキュ
   レートフィルタと、 排気の状態が前記パティキュレートフィルタの微粒子酸
   化能力を低下させる状態にあると予想されるときに、排
   気の少なくとも一部が前記パティキュレートフィルタを
   迂回して流れるよう排気の流れを切り換えるバイパス手
   段と、 前記バイパス手段によって排気が前記パティキュレート
   フィルタを迂回して流されているときに、前記排気通路
   の温度低下を抑制する温度低下抑制手段と、を備えるこ
   とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記温度低下抑制手段は、前記排気通路
   を流れる排気の流量を減少させることにより、前記排気
   通路の温度低下を抑制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。
3. 【請求項３】 前記内燃機関の吸気通路およびまたは排
   気通路を流れるガスの流量を調整する流量調整弁を更に
   備え、 前記温度低下抑制手段は、前記流量調整弁の開度を絞る
   ことにより、前記排気通路を流れる排気の流量を減少さ
   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。
4. 【請求項４】 前記内燃機関の排気通路を流れる排気の
   一部を前記内燃機関の吸気通路へ還流させる排気再循環
   機構を更に備え、 前記温度低下抑制手段は、前記排気再循環機構により還
   流される排気量を増加させることにより、前記排気通路
   を流れる排気の流量を減少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。
5. 【請求項５】 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中
   に含まれる微粒子を酸化させる能力を有するパティキュ
   レートフィルタと、 排気の状態が前記パティキュレートフィルタの微粒子酸
   化能力を低下させる状態にあると予想されるときに、排
   気の少なくとも一部が前記パティキュレートフィルタを
   迂回して流れるよう排気の流れを切り換えるバイパス手
   段と、 前記バイパス手段によって排気が前記パティキュレート
   フィルタを迂回して流されているときに、排気を昇温さ
   せる排気昇温手段と、を備えることを特徴とする内燃機
   関の排気浄化装置。
6. 【請求項６】 前記排気昇温手段は、前記パティキュレ
   ートフィルタより上流の排気通路に設けられた酸化触媒
   であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排
   気浄化装置。
7. 【請求項７】 前記排気昇温手段は、前記パティキュレ
   ートフィルタより上流の排気通路に設けられた酸化触媒
   と、前記酸化触媒へ燃料を供給する燃料供給手段とを具
   備することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排
   気浄化装置。
8. 【請求項８】 前記バイパス手段は、前記内燃機関が減
   速運転状態にあるとき又は前記内燃機関に対する燃料噴
   射量が少ないときに、排気の状態が前記パティキュレー
   トフィルタの微粒子酸化能力を低下させる状態にあると
   予想して、排気の少なくとも一部が前記パティキュレー
   トフィルタを迂回して流れるよう排気の流れを切り換え
   ることを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の内燃
   機関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】 前記パティキュレートフィルタは、該パ
   ティキュレートフィルタに流入する排気の流れ方向を逆
   転させる排気流れ切換手段を備えることを特徴とする請
   求項１又は請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 【請求項１０】 前記パティキュレートフィルタには、
    酸素過剰雰囲気のときは酸素を取り込んで保持し、酸素
    濃度が低下したときは保持していた酸素を活性酸素とし
    て放出する活性酸素放出剤が担持されていることを特徴
    とする請求項１又は請求項５に記載の内燃機関の排気浄
    化装置。