JP2007040220A

JP2007040220A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2007040220A
Application number: JP2005226594A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kodama; 健司児玉
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタの強制再生時における酸化触媒の昇温とパティキュレートフィルタの昇温とを、排気絞り弁を用いて安定して効率よく行うことができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】パティキュレートフィルタ（３０）の強制再生を行う際に、酸化触媒（２８）を活性化温度以上の温度に昇温するときには、排気絞り弁（３８）を全閉位置近傍にあって排気通路（２０）との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置に保持し、パティキュレートフィルタ（３０）に蓄積したパティキュレートを焼却する際には、排気絞り弁（３８）を最小開度位置と全開開度位置との間の中間開度位置に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は排気浄化装置に関し、より詳しくはエンジンから排出される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。

従来より、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気通路にパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）を設け、エンジンから排出される排気中に含まれるパティキュレートをフィルタで捕集し、大気中にパティキュレートが放出されないようにする技術が知られている。
このようなフィルタでは、捕集したパティキュレートがフィルタ内に堆積することにより、次第に排気抵抗が増大するため、適宜堆積したパティキュレートを何らかの方法で強制的に焼却してパティキュレートフィルタを再生する、いわゆる強制再生を行う必要がある。

パティキュレートフィルタを強制再生するにはパティキュレートフィルタの温度を上昇させる必要があるが、そのために例えば、パティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を設け、エンジンの膨張行程や排気行程で気筒内に燃料を噴射する、いわゆるポスト噴射を行うことにより、排気通路に供給したＨＣを酸化触媒で酸化させ、パティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させることが知られている。

このとき、エンジンがアイドル運転などの低回転・低負荷運転状態にあると、排気温度が低いため酸化触媒が活性化温度に達していないことがある。このような状態でパティキュレートフィルタの強制再生が必要になった場合には、まず酸化触媒を活性化温度まで昇温し、酸化触媒が活性化温度に達した後に、ポスト噴射により供給されたＨＣを酸化触媒で酸化することによってパティキュレートフィルタの昇温を行うようにしている。

酸化触媒の昇温の際には、排気通路に設けられて排気ブレーキとして機能する排気絞り弁を全閉位置近傍の最小開度位置とし、エンジンのポンプ損失を増大させることにより、排気温度を上昇させることが行われる。この排気絞り弁は、排気ブレーキとして作動する場合以外ではアイドル運転時を除いて全開状態とされ、パティキュレートフィルタの強制再生時に前記最小開度位置とされる。

また、排気絞り弁をこのように全開位置と最小開度位置の２段階制御とせずに、酸化触媒や排気の温度に基づき開度を連続制御するようにしたものも提案されている（特許文献１）。
特開２００４−３５３５２９号公報

排気絞り弁を最小開度位置とした場合にも酸化触媒に排気を供給するようにするため、排気通路との間に、排気の流動を許容するバルブクリアランスが形成されるようになっている。このバルブクリアランスには、排気絞り弁自体の製造誤差などによってばらつきが生じるため、開発設計段階では、予めこのようなばらつきの許容範囲を設定し、この許容範囲を考慮した上で、所望の特性が得られるようにエンジンのマッチングを行うようにしている。

ところで、排気絞り弁の開度、即ちバルブクリアランスとエンジンの排気温度又は排圧との間には、例えばアイドル運転時において図４のような関係がある。このため、最小開度位置における許容範囲内で比較的小さい値のバルブクリアランスを想定して開発設計段階でのマッチングを行うと、製品として製造する段階において、許容範囲内で比較的大きい値のバルブクリアランスを有する排気絞り弁が装着された場合に、排気絞り弁を最小開度位置にしても排気温度が十分上昇せず、酸化触媒が活性化温度まで昇温されないという問題が生じる可能性がある。

このような問題は、最小開度における許容範囲内で比較的大きい値のバルブクリアランスを想定してマッチングを行うことにより解決することができる。しかしながら、図４に示すように、開度の小さい領域では、排気絞り弁のバルブクリアランスのばらつきに対して排圧の変動が大きくなる。このため、パティキュレートフィルタの昇温でポスト噴射を行う際に、排気絞り弁のバルブクリアランスのばらつきによって筒内温度が変動し、これに伴い筒内で燃焼するポスト噴射の量が変動する。この結果、筒内温度が上昇した場合には、ポスト噴射の一部が筒内で燃焼し、触媒の酸化発熱のために使うべき燃料（ＨＣ）量が不足し、パティキュレートの焼却に必要な温度までパティキュレートフィルタを昇温することができなくなる。また、筒内温度が低下した場合には、排気温度が低下し、触媒の温度を活性化温度以上に保持することが不可能になる。

このような問題は、排気絞り弁の開度を連続的に制御するようにした上記特許文献１の排気浄化装置であっても同様に発生する可能性がある。
即ち、上記特許文献１の排気浄化装置も、このようなバルブクリアランスのばらつきを考慮せずに、最小開度位置の近傍において排気絞り弁の開度を増減制御するものであり、マッチングを行った際のバルブクリアランスと、実際に装着された排気絞り弁のバルブクリアランスとの違いによって、酸化触媒やパティキュレートフィルタの昇温制御が不安定となる。特に最小開度位置近傍においては、図４に示すように、バルブクリアランスの変化に対して排気温度が大きく変化する傾向にあるため、安定した制御を実現することが困難である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートフィルタの強制再生時における酸化触媒の昇温とパティキュレートフィルタの昇温とを、排気絞り弁を用いて安定して効率よく行うことができる排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配置され、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と、前記パティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路に配設された酸化触媒と、前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う際に、前記酸化触媒を活性化温度以上の温度に昇温する第１ステージと、活性化した前記酸化触媒により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記パティキュレートフィルタに蓄積したパティキュレートを焼却する第２ステージとを実行可能な再生制御手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気通路に設けられ、全閉位置近傍にあって前記排気通路との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置、全開開度位置、及び前記最小開度位置と前記全開開度位置との間の中間開度位置の３段階に位置を変更可能な排気絞り弁をさらに備え、前記再生制御手段は、前記第１ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記最小開度位置に保持する一方、前記第２ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記中間開度位置に保持することを特徴とする（請求項１）。

このように構成した排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタを強制再生するために、酸化触媒を活性化温度以上の温度に昇温する第１ステージを実行する際に、排気絞り弁は全閉位置近傍にあって前記排気通路との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置に保持される。また、活性化した酸化触媒によりパティキュレートフィルタを昇温してパティキュレートフィルタに蓄積したパティキュレートを焼却する第２ステージを実行する際に、排気絞り弁は前記最小開度位置と全開開度位置との間の中間開度位置に保持される。

また、好ましくは、前記排気絞り弁は、前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスに、製造誤差に対応した所定の許容範囲が予め設定されており、前記再生制御手段は、前記第１ステージを実行する際に、前記排気絞り弁が前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスが、前記許容範囲内の最大値を持つものとして前記酸化触媒の昇温を行うことを特徴とする（請求項２）。

本発明の排気浄化装置によれば、酸化触媒の昇温を行う際には最小開度位置に排気絞り弁を保持することにより、酸化触媒の昇温を迅速に行うことができる一方で、パティキュレートフィルタの昇温を行う際には排気絞り弁の開度変化に対する排気温度や排圧の変化が、最小開度位置の場合に比較して小さくなる中間開度位置に保持されるので、排気絞り弁の特性にばらつきがあっても、そのばらつきに起因する排気温度や排圧のばらつきを小さくすることができ、上述したパティキュレートフィルタの昇温が不十分となるという問題を解消することができる。

また、請求項２の排気浄化装置によれば、排気絞り弁を最小開度位置に保持して酸化触媒の昇温を行う際に、排気絞り弁がその製造誤差に対応して予め設定されているバルブクリアランスの許容範囲内の最大値を持つものとして、酸化触媒の昇温を行うようにしたので、実際に装着された排気絞り弁のバルブクリアランスが許容範囲内でばらついたとしても、排気温度が上昇する方向への変動となるため、酸化触媒を確実に活性化温度まで昇温することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒に共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、コモンレール２に蓄えられた高圧の軽油を各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。

吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ１６が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気通路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経て排気後処理装置２６に接続されており、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結され、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。

排気後処理装置２６は、ケーシング内の上流側に酸化触媒２８が収容されると共に、この酸化触媒２８の下流側には、排気中のパティキュレートを捕捉するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３０が収容されている。
酸化触媒２８は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ_２を生成し、このＮＯ_２を酸化剤としてフィルタ３０に供給するものである。また、フィルタ３０は、ハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されている。

フィルタ３０に堆積しているパティキュレートは、酸化触媒２８から供給されたＮＯ_２と反応して酸化し、フィルタ３０の連続再生が行われるようになっている。
酸化触媒２８とフィルタ３０との間には、酸化触媒２８の出口側の排気温度を検出する触媒温度センサ３２と、フィルタ３０上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ３４とが設けられている。また、フィルタ３０の下流側には、フィルタ３０下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ３６が設けられている。

排気後処理装置２６の上流側には、車両の減速時に排気管２０を閉じて排気ブレーキとして作動する排気絞り弁３８が介装されている。
排気絞り弁３８はバタフライ弁であって、駆動ロッド４０を介して２段作動式の負圧アクチュエータ４２により開度が制御されるようになっている。負圧アクチュエータ４２の詳細な構造については後述するが、２段階に作動するために第１三方電磁弁４４及び第２三方電磁弁４６を介して負圧源４８と接続されている。

排気絞り弁３８は、負圧アクチュエータ４２が２段階に作動することにより、全閉位置近傍の最小開度位置、全開開度位置、及び最小開度位置と全開開度位置との中間にある中間開度位置の３段階に位置が制御されるようになっている。そして、排気絞り弁３８が最小開度位置にあるときにも、排気管２０との間に排気絞り弁３８前後の排気の流動を許容するバルブクリアランスが形成されるようになっている。

また、排気絞り弁３８には、製造誤差等を考慮して最小開度位置におけるバルブクリアランスに許容範囲が予め設定されており、この許容範囲内のバルブクリアランスを有するもののみが使用されるようになっている。そして、エンジン１の開発設計段階では、排気絞り弁３８が最小開度にあるときのバルブクリアランスが前記許容範囲内の最大値にあるものとして、後述する酸化触媒２８の昇温制御が適正に行われるよう、エンジン１のマッチングを行っている。

即ち、排気絞り弁３８の開度、即ちバルブクリアランスと排気温度又は排圧との関係を示す図４において、最小開度位置におけるバルブクリアランスの許容範囲はＡの領域にあり、酸化触媒２８の昇温についてエンジン１のマッチングを行う際は、排気絞り弁３８が最小開度位置にあるときのバルブクリアランスが領域Ａのうちの最大値であるａ点にあるものを前提としている。

このようにすることにより、エンジン１の製造段階で装着される排気絞り弁３８の最小開度位置におけるバルブクリアランスが許容範囲内でばらついたとしても、排気温度及び排圧はマッチング時のａ点から増加方向にしか変動しないことになる。
また、排気絞り弁３８が中間開度位置にあるときのバルブクリアランスの許容範囲は、図４におけるＢの領域にあるようになっており、この許容範囲内でバルブクリアランスがばらついたとしても、図４に示すように排気温度及び排圧の変動は領域Ａの場合に比べて大幅に減少するようになっている。

このように排気絞り弁３８の位置を制御するための負圧アクチュエータ４２及びその周辺の構成を図２に示す。
負圧アクチュエータ４２は、仕切り板５０によって内部が２室に区分されたハウジング５２を有しており、一方の室には第１ダイヤフラム５４と仕切り板５０との間に第１作動室５６が形成され、他方の室には第２ダイヤフラム５８と仕切り板５０との間に第２作動室６０が形成されている。第２ダイヤフラム５８には駆動ロッド４０の一端が連結されており、この駆動ロッド４０の他端は、排気絞り弁３８の弁軸に一端を固定されたレバー６２の他端に枢着されている。また、第１ダイヤフラム５０には、ストッパロッド６４の一端が取り付けられ、このストッパロッド６４の他端は仕切り板５０を貫通して作動室６０内に位置している。更に、第１ダイヤフラム５４とケーシング５２との間には、第１ダイヤフラム５４を図２の上方に向けて付勢する第１リターンスプリング６６が設けられ、第２ダイヤフラム５８とケーシング５２との間には、第２ダイヤフラム５８を図２の下方に向けて付勢する第２リターンスプリング６８が設けられている。

負圧アクチュエータ４２の第１作動室５６には第１三方電磁弁４４の出口が接続され、第２作動室６０には第２三方電磁弁４６の出口が接続されており、これら第１三方電磁弁４４及び第２三方電磁弁４６の入口には負圧源４８が接続されている。また、第１三方電磁弁４４及び第２三方電磁弁４６は、消勢時に出口側を大気開放し、付勢時に入口側と出口側とを連通するようになっている。なお、負圧源４８は、バキュームポンプ（図示せず）とバキュームポンプが発生した負圧を蓄えるバキュームタンク（図示せず）とからなっている。

図２は、第１三方電磁弁４４及び第２三方電磁弁４６が共に消勢されることにより、第１作動室５６及び第２作動室６０が共に大気開放された状態を示している。この状態では第２ダイヤフラム５８が第２リターンスプリング６８に付勢されて駆動ロッド４０を図２の下方に駆動し、排気絞り弁３８が実線で示す全開位置に保持されるようになっている。
ここで第１三方電磁弁４４及び第２三方電磁弁４６が共に付勢されると、第１作動室５６に負圧源４８から負圧が供給されることにより、第１ダイヤフラム５４が図２の下方に変位し、ストッパロッド６４が点線で示す位置まで移動する。一方、第２作動室６０に負圧が供給されることにより、第２ダイヤフラム５８が図２の上方に向けてストッパロッド６４に当接するまで変位し、駆動ロッド４０はストロークＳ１だけ上方に移動する。この結果、駆動ロッド４０の動きがレバー６２を介して排気絞り弁３８に伝達され、排気絞り弁３８がＰ１の中間開度位置まで回動する。このとき形成される排気絞り弁３８のバルブクリアランスは、前述したように図４の領域Ｂの範囲内となるようにされている。

また、第１三方電磁弁４４が消勢されると共に第２三方電磁弁４６が付勢された場合には、第１作動室５６が大気開放されることにより第１ダイヤフラム５４が第１リターンスプリング６６の付勢力で図２の上方に変位するためストッパロッド６４が実線で示す位置にある。そして、第２作動室６０に負圧が供給されることにより、第２ダイヤフラム５８が図２の上方に向けてストッパロッド６４に当接するまで変位し、駆動ロッド４０はストロークＳ２だけ上方に移動する。この結果、駆動ロッド４０の動きがレバー６２を介して排気絞り弁３８に伝達され、排気絞り弁３８がＰ２の最小開度位置まで回動する。この最小開度位置は排気管２０を全閉とする位置の近傍ではあるものの、排気絞り弁３８前後の排気の流動を許容するバルブクリアランスがある程度形成されるような位置であって、このとき形成されるバルブクリアランスは、前述したように図４の領域Ａの範囲内となるようにされている。

再び図１の全体構成図に戻り説明を進めると、ＥＣＵ７０はエンジン１を含め、本発明に係る排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ７０の入力側には、各種制御を行うのに必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１６、触媒温度センサ３２、上流圧力センサ３４、及び下流圧力センサ３６のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ７２、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７４などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４や吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２８、第１三方電磁弁４４、及び第２三方電磁弁４６などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ７０によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ７２によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ７４によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動される。

このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、酸化触媒２８を用いた連続再生により、フィルタ３０に堆積したパティキュレートの酸化除去が行われるが、エンジン１の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒２８の活性化温度まで上昇せず、排気中のＮＯが酸化されずに連続再生が行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ３０内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ３０が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ３０におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜強制再生が行われる。

この強制再生の制御は、図３に示すフローチャートに従い、エンジン１が運転中であるときにＥＣＵ７０によって所定の制御周期で実行される。従って、ＥＣＵ７０が本発明の再生制御手段に相当する。
まず、図３のステップＳ２において、強制再生フラグＦ１の値が１であるか否かを判定する。強制再生フラグＦ１は強制再生を実行中であるか否かを示すものであり、値が１であると強制再生を実行中であり、値が０であると強制再生を実行していないことを示す。強制再生フラグＦ１の初期設定値は０となっており、最初の制御周期ではステップＳ２からステップＳ４へと進む。

ステップＳ４では、フィルタ３０の強制再生が必要であるか否かの判断がなされる。具体的には、上流圧力センサ３４と下流圧力センサ３６の検出値から求めたフィルタ３０前後の差圧と、吸気流量センサ１６の検出値から算出したフィルタ３０への排気流量とに基づき、フィルタ３０へのパティキュレートの堆積量を推定し、この堆積推定量が強制再生開始判定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。

強制再生が必要であると判断した場合にはステップＳ６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１とし、強制再生フラグＦ１が強制再生実行中であることを示すように変更する。一方、パティキュレートの推定堆積量が強制再生開始判定値未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップＳ２から処理を行う。

ステップＳ４で強制再生が必要であると判断してステップＳ６に進み、強制再生フラグＦ１の値を１とした後、ステップＳ８に進むと、触媒温度センサ３２の検出値Ｔｃを酸化触媒２８の温度に相当するものとし、酸化触媒２８の温度Ｔｃが活性化温度に達しているか否かを判定する。本実施形態では酸化触媒２８の活性化温度を２５０℃とし、触媒温度センサ３２の検出値Ｔｃが２５０℃以上であるか否かにより、酸化触媒２８が活性化したか否かを判定している。

触媒温度Ｔｃが２５０℃未満である場合にはステップＳ１０に進み、強制再生制御の第１ステージとして酸化触媒２８の昇温制御が行われる。
この昇温制御は、酸化触媒２８に高温の排気を供給することにより、酸化触媒２８の温度を活性化温度（例えば２５０℃）まで昇温するものであり、吸気制御弁１２や排気絞り弁３８を閉方向に制御することにより、エンジン１から排出される排気の温度を上昇させる。このとき、排気絞り弁３８は、第１三方電磁弁４４が消勢されると共に第２三方電磁弁４６が付勢されることにより、図２に示すＰ２の最小開度位置に保持される。

排気絞り弁３８が最小開度位置に保持されることにより、排気絞り弁３８のバルブクリアランスは図４の領域Ａで示される許容範囲内にあり、排気温度が上昇する。このときエンジン１のマッチングは、前述のように領域Ａ内でバルブクリアランスが最大となるａ点にあるものとして行われているので、実際に装着されている排気絞り弁３８のバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、排気温度が上昇する方向に変動することになる。このため、排気温度が十分に上昇せずに酸化触媒２８を活性化温度まで上昇させることができないといった不具合が発生することはない。

また、図４に示すように排気温度が急激に上昇するような最小開度に排気絞り弁３８を保持するようにしたので、酸化触媒２８を迅速に昇温することが可能となる。
なお、酸化触媒２８の昇温の際には、排気温度をより迅速に上昇させるために、各気筒の膨張行程において第１の追加燃料噴射を行ってもよい。この場合、第１の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド１８内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒２８に供給されることにより、酸化触媒２８の温度が上昇する。

このように第１の追加燃料の噴射を併用する場合には、上述のように排気絞り弁３８のバルブクリアランスのばらつきが排気温度の上昇方向の変化しか生じないようになっているため、燃料を余分に消費するような問題が生じることがないという効果がある。
また、第１の追加燃料噴射を長時間継続すると、酸化触媒２８にＨＣが多量に吸着し、その後にフィルタ３０の昇温のために排気温度が上昇したとき、吸着しているＨＣが急激に燃焼して過昇温が発生したり、白煙が発生したりする可能性があるが、酸化触媒２８の昇温を短時間で行うことができるので、このような問題が発生することもない。

ステップＳ１０で酸化触媒の昇温を行ってステップＳ１８に進むと、ステップＳ４の時と同様に、フィルタ３０前後の差圧とフィルタ３０への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。
上述のように酸化触媒２８は十分活性化していない状況であるため、パティキュレートの焼却はまだ行われておらず、パティキュレートの推定堆積量は強制再生終了判定値より大であると判定されて今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップＳ２から制御を行う。

この場合、既に強制再生フラグＦ１の値は１となっているので、ステップＳ２からステップＳ８へと進み、酸化触媒２８の温度Ｔｃが２５０℃未満である場合には、再びステップＳ１０で酸化触媒２８の昇温が行われる。従って、酸化触媒２８の温度Ｔｃが２５０℃未満である間は、制御周期ごとにステップＳ１０による酸化触媒２８の昇温が繰り返し行われる。

このようにして触媒昇温制御が繰り返され、酸化触媒２８の温度Ｔｃが２５０℃以上になると、ステップＳ８からステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では、触媒温度センサ３２の検出温度Ｔｃに基づき、フィルタ３０に供給される排気の温度が所定温度以上であるか否かが判定される。この所定温度は、フィルタ３０でパティキュレートが最も効率よく燃焼する温度であり、本実施形態では６５０℃を所定温度としている。

ステップＳ１２で触媒温度センサ３２の検出温度Ｔｃが６５０℃以上であると判定するとステップＳ１４に進み、検出温度Ｔｃが６５０℃未満であると判定するとステップＳ１６に進む。
ステップＳ１４及びＳ１６では、強制再生制御の第２ステージとして、フィルタ３０に堆積しているパティキュレートを焼却するためにフィルタ３０の昇温を行う。即ち、フィルタ３０に供給される排気の温度を６５０℃前後に維持するように、排気絞り弁３８を制御すると共に第２の追加燃料を各気筒に噴射するものであって、第２の追加燃料は排気行程で噴射されるようになっている。このような噴射タイミングで第２の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第２の追加燃料のＨＣは気筒内や排気マニホールド１８内で燃焼することなく酸化触媒２８に達し、活性化温度にある酸化触媒２８で酸化する。この酸化反応により酸化触媒２８からフィルタ３０へ流入する排気温度が６５０℃前後まで上昇し、フィルタ３０に堆積したパティキュレートが焼却される。

第２の追加燃料は回転数センサ７２によって検出されたエンジン回転数とＥＣＵ７０で決定される主噴射量（負荷）とをパラメータとするマップに記憶されており、このマップは第２の追加燃料噴射量が比較的多めに設定された増量マップと、比較的少なめに設定された減量マップの２種類が用意されている。そして、ステップＳ１４では触媒温度センサ３２の検出温度Ｔｃが６５０℃以上あるため、減量マップを用いて比較的少なめの第２の追加燃料を噴射し、ステップＳ１６では触媒温度センサ３２の検出温度Ｔｃが６５０℃未満であるため、増量マップを用いて比較的多めの第２の追加燃料を噴射する。これによって酸化触媒２８から排出されてフィルタ３０に供給される排気の温度が６５０℃前後に維持される。

また、このとき排気絞り弁３８は、第１三方電磁弁４４及び第２三方電磁弁４６が共に付勢されることにより、図２に示すＰ１の中間開度位置に保持される。排気絞り弁３８がこの中間開度位置にあるときのバルブクリアランスは、図４における領域Ｂで示される許容範囲内にある。従って、図４に示すようにバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、排気温度や排圧の変動量は少なくなっており、バルブクリアランスのばらつきにより排圧が大きく変動して酸化触媒２８が過昇温となったり、フィルタ３０に供給される排気温度が十分上昇せずに強制再生が不十分となるといった問題を生じることがない。

ステップＳ１４又はＳ１６で排気絞り弁３８を制御すると共に第２の追加燃料を噴射すると、ステップＳ１８に進み、前述したように、フィルタ３０前後の差圧とフィルタ３０への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。パティキュレートの推定堆積量が強制再生終了判定値より大である場合には、依然としてフィルタ３０の強制再生が必要であると判断し、この制御周期を終えて、次の制御周期で再びステップＳ２から制御を行う。

従って、パティキュレートの推定堆積量が強制再生終了判定値以下となるまでは、ステップＳ１４及びステップＳ１６でのフィルタ３０の昇温による強制再生が行われる。
パティキュレートの推定堆積量が強制再生終了判定値以下となり、ステップＳ１８でフィルタ３０の強制再生が完了したと判断すると、ステップＳ２０に進み、強制再生フラグＦ１の値を０として、今回の制御周期を終了する。このようにして強制再生フラグＦ１の値が０になると、次の制御周期ではステップＳ２からステップＳ４へと進むので、再びフィルタ２の強制再生が必要となるまでは、ステップＳ２からステップＳ４の処理が繰り返され、制御周期毎に強制再生の要否が判断される。

以上のようにしてフィルタ３０の強制再生制御が行われることにより、酸化触媒２８を活性化温度まで昇温するための第１ステージ実行時は、排気絞り弁３８が最小開度位置に保持され、上述したように、排気絞り弁３８のバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、排気温度が上昇する方向に変動するので、排気温度が十分に上昇せずに酸化触媒２８を活性化温度まで上昇させることができないといった不具合が発生することはない。

また、フィルタ３０を昇温してパティキュレートを焼却する第２ステージ実行時は、排気絞り弁３８が中間開度位置に保持され、上述したように、排気絞り弁３８のバルブクリアランスにばらつきがあったとしても、そのばらつきによって生じる排圧変動は僅かなものであるため、排圧の大幅な変動により酸化触媒２８が過昇温となったり、フィルタ３０に供給される排気温度が十分上昇せずに強制再生が不十分となるといった問題を生じることがない。

更に、アイドル運転時のように排気温度が低い運転状態であっても、安定した強制再生が可能となるため、走行中の強制再生時間が短縮され、ドライブフィーリングが向上すると共にエンジン１の耐久性も向上する。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、エンジン１の膨張行程や排気行程における追加燃料の噴射によりフィルタ３０の強制再生を行うようにしたが、フィルタ３０の強制再生の方法はこれに限られるものではなく、電気ヒータを用いてフィルタ３０を過熱するものや、排気管２０に燃料添加弁を設け、排気中に直接燃料を添加するようにしたものなど、フィルタ３０の温度を上昇させてパティキュレートを焼却するようにしたものであれば、どのようなものでも適用可能である。

また、フィルタ３０の強制再生開始及び終了の判断を、フィルタ３０前後の差圧とフィルタ３０への排気流量とから推定したパティキュレートの堆積量を強制再生開始判定値や強制再生終了判定値と比較することにより行っていたが、判断の方法はこれに限られるものではなく、エンジン１への燃料供給量や、エンジン１の運転時間等に基づいてパティキュレート堆積量を推定して判断するようにしてもよいし、種々知られている方法を用いて強制再生の開始及び終了を判断することができる。

更に、排気絞り弁３８は負圧アクチュエータ４２により開度を制御するようにしたが、負圧アクチュエータ４２に代えて電磁ソレノイドや電動モータなどを用いて同様に制御するようにしてもよい。
最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、フィルタを用いてパティキュレートの除去を行い、パティキュレートの焼却によりフィルタの再生を行うエンジンであればどのようなものでも適用可能である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成図である。図１の排気浄化装置で用いられる負圧アクチュエータとその周辺の概略構成図である。図１の排気浄化装置で行われる強制再生制御のフローチャートである。図１の排気浄化装置で用いられる排気絞り弁の開度（バルブクリアランス）と排気温度又は排圧との関係を示す説明図である。

符号の説明

１エンジン
２０排気管（排気通路）
２８酸化触媒
３０フィルタ（パティキュレートフィルタ）
３８排気絞り弁
７０ＥＣＵ（再生制御手段）

Claims

エンジンの排気通路に配置され、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と、
前記パティキュレートフィルタの上流側の前記排気通路に配設された酸化触媒と、
前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う際に、前記酸化触媒を活性化温度以上の温度に昇温する第１ステージと、活性化した前記酸化触媒により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記パティキュレートフィルタに蓄積したパティキュレートを焼却する第２ステージとを実行可能な再生制御手段とを備えた排気浄化装置において、
前記排気通路に設けられ、全閉位置近傍にあって前記排気通路との間にバルブクリアランスを形成する最小開度位置、全開開度位置、及び前記最小開度位置と前記全開開度位置との間の中間開度位置の３段階に位置を変更可能な排気絞り弁をさらに備え、
前記再生制御手段は、前記第１ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記最小開度位置に保持する一方、前記第２ステージを実行する際には前記排気絞り弁を前記中間開度位置に保持することを特徴とする排気浄化装置。
前記排気絞り弁は、前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスに、製造誤差に対応した所定の許容範囲が予め設定されており、
前記再生制御手段は、前記第１ステージを実行する際に、前記排気絞り弁が前記最小開度位置にあるときに形成される前記バルブクリアランスが、前記許容範囲内の最大値を持つものとして前記酸化触媒の昇温を行うことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。