JP2011032968A - 内燃機関および内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パティキュレートフィルタの再生時におけるエンジン燃焼温度上昇を大容量のＥＧＲクーラを用いることなく抑制することができる内燃機関と内燃機関の制御方法の提供。
【解決手段】エンジン１１の排気通路２０に設けられ、排気通路２０における排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ２４と、排気通路２０におけるパティキュレートフィルタ２４の下流側にて分岐され、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路１９へ戻すＥＧＲ通路３１と、とを備え、排気通路２０は、パティキュレートフィルタ２４の出口からＥＧＲ通路３１との分岐部３０までの分岐前通路部３２と、分岐部より下流側の分岐後通路部３３を備え、分岐前通路部３２内又はＥＧＲ通路３１内に二酸化炭素を吸着又は放出する二酸化炭素吸放出体３７を設けた。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関および内燃機関の制御方法に関し、特に、排気通路の排気の一部を吸気通路へ戻すＥＧＲ通路を備えた内燃機関および内燃機関の制御方法に関する。

内燃機関および内燃機関の制御方法に関係する従来の技術としては、例えば、特許文献１に開示された内燃機関の排気処理装置が存在する。
この内燃機関の排気処理装置は、ディーゼルエンジンの排気通路に介装したパティキュレート捕集用の排気フィルタを備えている。
排気通路における排気フィルタの上流には排気フィルタの再生時に燃料を排気中に供給する燃料噴射弁が設けられている。
また、排気通路における排気フィルタの下流には、排気絞り弁が設けられているほか、排気フィルタと排気絞り弁との間から分岐された排気還流通路が設けられ、排気還流通路はディーゼルエンジンの吸気絞り弁の下流に接続されている。
排気還流通路の途中には通常運転中に排気還流量を運転状態に応じて制御する排気環流弁が介装されている。

この内燃機関の排気処理装置によれば、排気フィルタの再生時には燃料が排気に供給され、排気フィルタに捕集されたパティキュレートの燃焼が行われる。
このとき、排気絞り弁が絞り込まれるため、排気フィルタの下流の排気圧力が吸気圧力よりも高くなり、排気フィルタ通過後の排気の一部が吸気中に還流される。
因みに、排気フィルタの再生時に排気還流通路を通る排気は、再生時以外に排気還流通路を通過する排気よりも高温となる。
これは、排気フィルタの再生時には排気に供給された燃料が燃焼するためである。
特許文献１に開示された内燃機関の排気処理設備は、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）およびＥＧＲ（排気再循環）通路を備えた内燃機関と言える。

特開平４−２２７０５号公報

しかしながら、従来技術では、ＤＰＦの再生時に得られる排気は、排気に供給された燃料の燃焼により再生時以外の排気と比べて高温であり、このため、再生時においてＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスは高温となる。
高温の再生時の排気がＥＧＲガスとして吸気通路へ多量に導入されると、エンジンの燃焼温度が上昇して、排気中の窒素酸化物が増大する場合がある。
因みに、ＥＧＲ通路を設ける場合、エンジンにおける燃焼温度の上昇を抑制し、窒素酸化物の発生を抑制するため、ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを設ける技術が存在する。
しかしながら、ＥＧＲクーラを設ける場合であっても、ＤＰＦ再生時にＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスが再生時以外の排気と比べると高温であることから、再生時のＥＧＲガスを十分に冷却することが可能な高い冷却能力を持つ大容量のＥＧＲクーラが必要となる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、パティキュレートフィルタの再生時におけるエンジン燃焼温度上昇を大容量のＥＧＲクーラを用いることなく抑制することができる内燃機関と内燃機関の制御方法の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路における排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流側にて分岐され、前記排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ戻すＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関であって、前記排気通路は、前記パティキュレートフィルタの出口から前記ＥＧＲ通路との分岐部までの分岐前通路部を備え、前記分岐前通路部内又は前記ＥＧＲ通路内に、前記パティキュレートフィルタ再生時に前記パティキュレートフィルタ出口から排出される排気の温度未満のとき二酸化炭素を吸着し、前記排気の温度以上のとき吸着している二酸化炭素を放出する二酸化炭素吸放出体を設けることを特徴とする。

本発明によれば、パティキュレートフィルタが再生されないエンジンの運転状態では、パティキュレートフィルタはエンジンからの排気に含まれる粒子状物質を捕集し、二酸化炭素吸放出体は排気に含まれる二酸化炭素を可能な限り吸着する。
パティキュレートフィルタの再生時にパティキュレートフィルタ出口から排出される排気（以下、フィルタ下流排気という）は、再生時以外の運転状態よりも高温となるから、二酸化炭素吸放出体は、吸着されている二酸化炭素を放出する。
パティキュレートフィルタの再生時にＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスには、放出された二酸化炭素と再生時のフィルタ下流排気が含まれる。
このため、ＥＧＲガスが再生時のフィルタ下流排気のみからなる場合と比較すると、放出された二酸化炭素の相当量だけ、ＥＧＲガスにおける再生時のフィルタ下流排気の量を少なくすることができる。
本発明によれば、パティキュレートフィルタの再生時において、ＥＧＲガスにおける再生時のフィルタ下流排気の量を従来よりも少なくすることができる。
ＥＧＲガスにおける再生時のフィルタ下流排気の量が従来よりも少なくなることにより、例えば、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設ける場合であっても、従来よりも冷却能力の低いＥＧＲクーラを用いることができる。

また、本発明では、上記の内燃機関において、前記エンジンの運転負荷を検知する運転負荷検知手段と、前記運転負荷検知手段の検知結果に基づき、高負荷状態時に前記パティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御手段とを備えてもよい。

この場合、再生制御手段が、エンジンの運転負荷を運転負荷検知手段により検知し、運転負荷検知手段の検知結果に基づき、高負荷状態時にパティキュレートフィルタの再生を制御することができる。

また、本発明では、上記の内燃機関において、前記二酸化炭素吸放出体を前記ＥＧＲ通路内に設けてもよい。

この場合、二酸化炭素吸放出体は、パティキュレートフィルタの再生時に発生した排気のうち、ＥＧＲ通路へ導入される再生時のフィルタ下流排気を用いて二酸化炭素を放出することができる。

また、本発明では、上記の内燃機関において、前記二酸化炭素吸放出体を前記分岐前通路部内に設けてもよい。

この場合、二酸化炭素吸放出体は、パティキュレートフィルタの再生時に発生した全てのフィルタ下流排気を用いて二酸化炭素を放出することができ、放出された二酸化炭素を含むフィルタ下流排気の一部をＥＧＲ通路へ導入してＥＧＲガスとすることができる。

また、本発明では、上記の内燃機関において、前記パティキュレートフィルタを再生する加熱手段を有し、前記再生制御手段は、運転負荷検知手段の検知結果によって前記エンジンが高負荷状態であると判断したときに、前記加熱手段を駆動して前記パティキュレートフィルタを加熱させて再生させてもよい。

この場合、再生制御手段が運転負荷検知手段の検知結果によってエンジンが高負荷状態であると判断すると、加熱手段の駆動によりパティキュレートフィルタを加熱させて再生することができる。

また、本発明では、上記の内燃機関において、前記二酸化炭素吸放出体は、リチウムシリケート又はリチウムジルコネートを含んでもよい。

この場合、二酸化炭素吸放出体がリチウムシリケート又はリチウムジルコネートを含むことにより、パティキュレートフィルタ再生時以外で二酸化炭素を吸着し、パティキュレートフィルタ再生時には吸着した二酸化炭素を放出することができる。

また、本発明は、エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路における排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、前記排気の一部をＥＧＲガスとして前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流側から前記吸気通路へ戻すＥＧＲ通路と、二酸化炭素吸放出体と、を有する内燃機関の制御方法であって、前記パティキュレートフィルタの粒子状物質の捕集時には、前記排気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸放出体に吸着させ、前記パティキュレートフィルタの再生時に前記炭素吸放出体から二酸化炭素を放出させ、放出された二酸化炭素および前記排気の一部を共に吸気通路へ導入することを特徴とする。

本発明によれば、パティキュレートフィルタの再生時において、ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスに含まれる再生時のフィルタ下流排気の量を従来よりも少なくすることができる。

また、本発明では、上記の内燃機関の制御方法において、前記エンジンの運転負荷が所定以上の高負荷時に前記パティキュレートフィルタを再生してもよい。

この場合、エンジンの運転負荷が高負荷時にパティキュレートフィルタを再生することにより、放出された二酸化炭素と再生時の排気を含むＥＧＲガスが吸気通路に導入されるから、エンジンの運転負荷が高負荷であっても、エンジンにおける燃焼温度を抑制して窒素酸化物の発生を抑制することができる。

本発明によれば、パティキュレートフィルタの再生時におけるエンジン燃焼温度上昇を大容量のＥＧＲクーラを用いることなく抑制することができる内燃機関と内燃機関の制御方法
を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。 ＤＰＦ再生制御の手順を示すフロー図である。 本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る内燃機関について図面に基づいて説明する。
図１に示す内燃機関は、エンジンとしての複数の気筒を備えた車両搭載用のディーゼルエンジン（以下「エンジン」と表記する。）１１を備えている。
エンジン１１の各気筒１２内には燃料を噴射する燃料噴射弁１３が設けられ、各燃料噴射弁１３は加圧された燃料を貯溜するコモンレール１４と接続されている。
エンジンの運転状態は、エンジンコントロールユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）１５により制御される。
ＥＣＵ１５は、図示はしないが、演算処理を行うマイクロプロセッサと、各種データやプログラム等を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭと、接続される各機器との接続するためのインターフェース等を備えている。

また、エンジン１１の排気マニホールド１７には、エンジン１１の燃焼直後の排気の温度を検知する温度センサ１６が設けられており、温度センサ１６の検出信号はＥＣＵ１５に入力される。
温度センサ１６はエンジン１１における燃焼状態を確認し、エンジン１１の運転負荷を検知する運転負荷検知手段に相当する。

エンジン１１の吸気マニホールド１８には吸気通路１９が接続されている。
吸気通路１９には、排気圧を利用して吸気圧を高める過給機２１のコンプレッサ部２２が設置されている。
エンジン１１の排気マニホールド１７には排気通路２０が接続されている。
排気通路２０には過給機２１のタービン部２３が備えられており、排気通路２０のタービン部２３の下流側には、パティキュレートフィルタとしてのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２４が設けられている。
ＤＰＦ２４はケーシング２５に内蔵したフィルタ体２６を備えており、フィルタ体２６はＤＰＦ２４を通過する排気中の粒子状物質（以後「ＰＭ」と表記する）を捕集する。

排気通路２０におけるＤＰＦ２４の排気の入口付近には入口側圧力センサ２７が設けられており、入口側圧力センサ２７はＤＰＦ２４の入口付近の排気圧を検知する。
排気通路２０におけるＤＰＦ２４の排気の出口付近には出口側圧力センサ２８が設けられており、出口側圧力センサ２８はＤＰＦ２４の出口付近の排気圧を検知する。
入口側圧力センサ２７および出口側圧力センサ２８はＥＣＵ１５と接続されており、各センサ２７、２８の検知信号はＥＣＵ１５に入力される。
入口側圧力センサ２７および出口側圧力センサ２８の圧力差が所定値以下の場合、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積が少ない状態であり、両センサ２７、２８の圧力差が所定値を越える場合、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積が多い状態である。

排気通路２０における入口側圧力センサ２７とＤＰＦ２４との間には加熱手段としての燃料添加器２９が設けられており、燃料添加器２９はＤＰＦ２４の再生時にＤＰＦ再生用燃料を排気通路２０へ添加する。
ＥＣＵ１５は、燃料添加器２９と接続されており、入口側圧力センサ２７および出口側圧力センサ２８の検出信号に基づいて燃料添加器２９を制御する。

排気通路２０における出口側圧力センサ２８の下流側では、排気通路２０からＥＧＲ通路３１が分岐される分岐部３０が設けられている。
排気通路２０におけるＤＰＦ２４の出口と分岐部３０との間は分岐前通路部３２であり、排気通路２０における分岐部３０の下流側は分岐後通路部３３であり、分岐後通路部３３を通る排気は車外へ排出される。
分岐部３０から分岐された通路は排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路１９へ戻すＥＧＲ通路３１を形成する。
ＥＧＲ通路３１内には二酸化炭素吸放出器３４と、ＥＧＲクーラ３５と、ＥＧＲ弁３６が備えられている。

二酸化炭素吸放出器３４は、容器内に充填された二酸化炭素吸放出体３７を備えている。
二酸化炭素吸放出体３７は、特定の温度域においてＥＧＲ通路３１におけるＥＧＲガスに含まれる二酸化炭素を吸着し、特定の温度域を超えた温度では吸着した二酸化炭素をＥＧＲ通路３１へ放出する性質を持つ。
この実施形態では、二酸化炭素吸放出体として、リチウムシリケート（Ｌｉ_４ＳｉＯ_４）を用いている。
リチウムシリケートは、４５０〜７００℃未満の温度域にて二酸化炭素を吸着し、７００℃以上では吸着した二酸化炭素を放出する性質を有する。

ＥＧＲクーラ３５は、高温のＥＧＲガスが吸気通路１９へ導入されないようにＥＧＲガスを冷却する。
ＥＧＲクーラ３５には冷却水が通され、冷却水とＥＧＲガスとの熱交換により、ＥＧＲガスは冷却される。
ＥＧＲ弁３６はＥＧＲガスの流量を制御する流量制御弁であり、ＥＣＵ１５の指示に基づき作動される。

ところで、ＥＣＵ１５は図２のフロー図に示すＤＰＦ再生制御の制御ルーチン（ステップＳ１〜Ｓ７）を実行する。
図２に示すフロー図では、ＤＰＦ再生制御として、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積状態を検知し、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積状態に応じてＤＰＦ２４を再生する制御（Ｓ１〜Ｓ３を参照）のほか、ＰＭの堆積状態とは別にエンジン１１の燃焼状態に応じてＤＰＦ２４を再生する制御（Ｓ６、Ｓ７、Ｓ３を参照）が存在する。
ＰＭの堆積状態に応じたＤＰＦ２４の再生は、ＰＭの堆積量が所定量を超えたときに行うが、ＰＭの堆積量は、ＤＰＦ２４の入口側と出口側との排気の圧力差の値により推定し、例えば、圧力差が所定値を越えたときに、ＤＰＦ２４の再生が必要なＰＭの堆積量が存在するものとしている（Ｓ２を参照）。
ＤＰＦ２４の入口側と出口側との排気の圧力差は、具体的には、入口側圧力センサ２７および出口側圧力センサ２８の検知信号に基づいて算出される。
なお、圧力差が所定値を越えない場合は、ＰＭの堆積量が所定量以下であると判定され、この制御ルーチンを終了してリターンとなる（Ｓ２を参照）。

圧力差が所定値を越えたときに、ＥＣＵ１５はＤＰＦ２４の再生が必要として燃料添加器２９を制御する。
燃料添加器２９の作動により排気通路２０におけるＤＰＦ２４の上流側において燃料が添加され、添加した燃料の燃焼によりＰＭが焼失され、ＤＰＦ２４の再生が行われる（Ｓ３を参照）。
ＤＰＦ２４の再生中は、温度センサ１６により検知される燃焼温度に基づき、エンジンの燃焼状態を確認してＥＧＲガス量を制御する（Ｓ４を参照）。
ＤＰＦ２４の再生が終了すると制御ルーチンを終了してリターンとなる（Ｓ５を参照）。

エンジン１１の燃焼状態に応じたＤＰＦ２４の再生は、エンジン１１の運転負荷が高い状態、つまり高負荷時にも行われる。
エンジン１１の運転負荷が高い状態では、エンジン１１における燃焼温度が高くなり、窒素酸化物の生成が増大することから、エンジン１１における燃焼温度上昇を抑制するためには多量の二酸化炭素が吸気に含まれることが要求される。
エンジン１１の運転負荷は、運転負荷検知手段としての温度センサ１６による燃焼直後の排気温度の検知結果により判別される。
温度センサ１６により検知された温度が所定温度を超える場合、検知結果としてはエンジン１１の運転負荷は高負荷状態であると判定され、ＥＣＵ１５はＤＰＦ２４の再生を行うように燃料添加器２９を制御する（Ｓ７を参照）。
温度センサ１６により検知された温度が所定温度を超えない場合、検知結果としてはエンジン１１の運転負荷は高負荷状態でないと判定され、制御ルーチンは終了しリターンとなる（Ｓ７を参照）。

温度センサ１６により検知された温度が所定温度を超える場合、燃料添加器２９の作動により排気通路２０におけるＤＰＦ２４の上流側において燃料が添加され、添加した燃料の燃焼により加熱されたＰＭが高温により焼失し、ＤＰＦ２４の再生が行われる（Ｓ３を参照）。
ＤＰＦ２４の再生中は、温度センサ１６により検知される燃焼温度に基づき、エンジン１１の燃焼状態を確認してＥＧＲガス量を制御する（Ｓ４を参照）。
ＤＰＦ２４の再生が終了すると制御ルーチンを終了してリターンとなる（Ｓ５を参照）。
なお、ＤＰＦ２４の再生時には、高温の排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路３１を通り、二酸化炭素吸放出器３４を通過するから、二酸化炭素吸放出器３４に吸着されている二酸化炭素が放出される。
放出された二酸化炭素はＥＧＲガスとともに吸気通路１９へ供給され、二酸化炭素はエンジン１１の燃焼温度の上昇を抑制する。

次に、この実施形態に係る内燃機関の制御方法について説明する。
エンジン１１が駆動運転される状態では、吸気通路１９により供給される空気は過給機２１のコンプレッサ部２２を通り圧縮されて気筒１２内に導入される。
燃料噴射弁１３はコモンレール１４からの燃料を気筒１２内へ噴射し、噴射された燃料は気筒１２内で燃焼される。
エンジン１１の排気はタービン部２３を通り、排気に含まれるＰＭはＤＰＦ２４のフィルタ体２６により捕集される。
ＤＰＦ２４を通過した排気の一部は分岐部３０においてＥＧＲ通路３１へ導入され、残りの排気は分岐後通路部３３を通じて車外へ排出される。

ＥＧＲ通路３１に導入される排気の一部はＥＧＲガスとして二酸化炭素吸放出器３４を通過する。
ＤＰＦ２４の捕集時であってエンジン１１の運転負荷が高くない場合には、排気の温度は７００℃より低いため、排気が二酸化炭素吸放出器３４を通過するとき、二酸化炭素吸放出体３７はＥＧＲガスに含まれる二酸化炭素を吸着する。
二酸化炭素吸放出体３７の最大吸着容量を満たすまで二酸化炭素が吸着されると、飽和してＥＧＲガス中の二酸化炭素は二酸化炭素吸放出体３７に吸着されなくなる。このような二酸化炭素吸放出体３７の飽和状態は次のＤＰＦ再生処理時まで維持される。
二酸化炭素吸放出器３４を通過したＥＧＲガスはＥＧＲクーラ３５を通り、ＥＧＲクーラ３５において冷却される。
ＥＧＲクーラ３５により冷却されたＥＧＲガスはＥＧＲ弁３６を通じて吸気通路１９へ導入される。
ＥＧＲ弁３６は、エンジン１１の運転状態に応じた適切なＥＧＲガス量を吸気通路１９へ導入することができるようにＥＣＵ１５により制御される。

エンジン１１の運転状態が高負荷でない状態、例えば、温度センサ１６による検知温度が所定の温度を超えていない運転状態にあって、ＤＰＦ２４の入口側および出口側の排気の圧力差が所定値を超える場合、ＤＰＦ２４の再生が行われる。
ＤＰＦ２４の再生は、燃料添加器２９からの燃料がＤＰＦ２４の上流側に添加され、添加された燃料が燃焼することにより行われ、ＰＭは燃料の燃焼により酸化されて焼失する。
ＤＰＦ２４の再生中は、添加された燃料が燃焼されることから、ＤＰＦ２４の出口から排出される排気（以下「フィルタ下流排気」という）は７００℃以上の高温となっている。
高温のフィルタ下流排気の一部はＥＧＲ弁３６の制御によりＥＧＲ通路３１に導入され、二酸化炭素吸放出器３４を通過する。
高温の排気によって二酸化炭素吸放出体３７の温度が７００℃以上になると、二酸化炭素吸放出体３７に吸着されている二酸化炭素が放出される。

二酸化炭素がＥＧＲ通路３１に放出されることにより、ＤＰＦ２４の再生時にＥＧＲ通路３１を通るＥＧＲガスには、放出された二酸化炭素と再生時のフィルタ下流排気が含まれる。
このため、ＥＧＲガスがフィルタ下流排気のみである場合と比較すると、放出された二酸化炭素の相当量だけ、ＥＧＲガスにおけるフィルタ下流排気の量は少ない状態にある。
ＥＧＲガスにおけるフィルタ下流排気の量が少なくなることにより、ＥＧＲクーラ３５が受ける熱負荷は、ＥＧＲガスが再生時のフィルタ下流排気のみである場合よりも小さくなる。
また、ＤＰＦ２４の再生時には、ＤＰＦ２４から放出された多量の二酸化炭素がＥＧＲガスに含まれ、このＥＧＲガスが、二酸化炭素吸放出体３７より放出された二酸化炭素とともに、吸気通路１９へ導入されると、二酸化炭素がエンジン１１における燃焼温度を抑制する。

ところで、急加速等によりエンジン１１の運転負荷が高くなると、エンジン１１における燃焼温度が上昇する。
燃焼温度が上昇し、温度センサ１６が検知する温度が所定温度を超えるとき、ＥＣＵ１５はエンジン１１の運転負荷が高いと判断し、ＤＰＦ２４の再生を行う。
高負荷状態時のＤＰＦ２４の再生は、高温のフィルタ下流排気を用いて二酸化炭素吸放出器３４に吸着されている二酸化炭素を放出させ、専ら吸気通路１９に多量の二酸化炭素を供給することを目的に行うためのＤＰＦ２４の再生である。
従って、この場合のＤＰＦ２４の再生は、基本的にＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積の状態とは無関係に行われる。

燃料添加器２９からの燃料がＤＰＦ２４の上流側に添加され、添加された燃料が燃焼することによりＤＰＦ２４の再生が行われる。
ＤＰＦ２４の再生中は、添加された燃料が燃焼されることから、ＤＰＦ２４の出口から排出される排気は７００℃以上の高温となっている。
このため、ＥＧＲ通路３１に導入される高温のフィルタ下流排気が二酸化炭素吸放出器３４を通過すると、二酸化炭素吸放出体３７は吸着している二酸化炭素を放出する。
放出された二酸化炭素は再生時のフィルタ下流排気とともにＥＧＲガスとして吸気通路１９へ供給され、エンジン１１へ送られた二酸化炭素がエンジン１１における燃焼を緩慢にして燃焼温度上昇を抑制する。

この実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）ＤＰＦ２４の再生時にＥＧＲ通路３１を通るＥＧＲガスには、放出された二酸化炭素と再生時のフィルタ下流排気が含まれる。このため、ＥＧＲガスがフィルタ下流排気のみである場合と比較すると、放出された二酸化炭素の相当量だけ、ＥＧＲガスにおける高温なフィルタ下流排気の量を少なくすることができる。ＥＧＲガスにおける高温なフィルタ下流排気の量が少なくなることにより、ＥＧＲクーラ３５に対する熱負荷を小さくすることができ、例えば、従来よりも冷却能力の低い小型のＥＧＲクーラ３５を用いることができる。
（２）急加速時等のようにエンジン１１の運転負荷が高負荷状態時にＤＰＦ２４を再生し、放出された二酸化炭素と排気によるＥＧＲガスが吸気通路１９へ導入されるから、エンジン１１では高出力が維持されるとともに、導入される二酸化炭素により燃焼温度の上昇が抑制される。つまり、エンジンの運転負荷が高くてもエンジン１１における燃焼温度の上昇を抑制して窒素酸化物の発生を抑制することができる。また、エンジン１１における燃焼温度の上昇を抑制することによりタービン部２３やＤＰＦ２４の焼損を防止することができる。
（３）ＤＰＦ２４の再生時に発生する高温のフィルタ下流排気を用いて、二酸化炭素吸放出器３４に吸着されている二酸化炭素を放出するから、従来では無駄な熱として放出されていたＤＰＦ２４の再生時のフィルタ下流排気が有する熱を有効活用することができ、二酸化炭素吸放出体３７に吸着された二酸化炭素の放出のために別の熱源を用いる必要もない。

（４）ＤＰＦ２４を通過した排気が二酸化炭素吸放出器３４を通るので、ＰＭはＤＰＦ２４により捕集され、二酸化炭素吸放出器３４はＰＭによる目詰まり等の悪影響を受けることがない。
（５）二酸化炭素吸放出器３４は、ＤＰＦ２４の再生時に発生したフィルタ下流排気のうち、ＥＧＲ通路３１へ導入される再生時のフィルタ下流排気を用いて二酸化炭素吸放出体３７に吸着された二酸化炭素を放出させることができる。ＤＰＦ２４の再生時に二酸化炭素吸放出器３４から放出される二酸化炭素を全て吸気通路１９へ導入させることができる。
（６）ＥＣＵ１５がエンジンの高負荷状態を判断すると、燃料添加器２９の燃料添加によりＤＰＦ２４を加熱し再生することができる。また、ＤＰＦ２４の再生時におけるＤＰＦ２４の下流の排気温度が二酸化炭素吸放出体３７による二酸化炭素の放出に必要な温度よりも高くなることにより、二酸化炭素吸放出体３７からの二酸化炭素の放出が確実となる。
（７）二酸化炭素吸放出体３７がリチウムシリケートであることから、７００℃に達しないＤＰＦ２４再生時以外のフィルタ下流排気温度（４５０℃〜７００℃未満）では二酸化炭素を吸着し、７００℃以上のＤＰＦ２４再生時のフィルタ下流排気温度（７００℃〜８００℃）では吸着した二酸化炭素を放出することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る内燃機関および内燃機関の制御方法について説明する。
第２の実施形態では、二酸化炭素吸放出器が設けられる位置が第１の実施形態と異なる点を除き、その他の構成は第１の実施形態と共通する。
従って、第２の実施形態において第１の実施形態と共通する要素は、第１の実施形態の説明を援用し、同じ符号を用いる。

図３に示すように、排気通路４０におけるＤＰＦ２４の下流側は、ＤＰＦ２４の出口と分岐部４１とを結ぶ分岐前通路部４２と、分岐部４１より下流側となる分岐後通路部４３とにより構成されている。
分岐部４１から分岐され、吸気通路１９と連通するＥＧＲ通路４４には、ＥＧＲクーラ３５とＥＧＲ弁３６が設けられている。
分岐前通路部４２内には、二酸化炭素吸放出器４５が設けられている。
二酸化炭素吸放出器４５には、二酸化炭素吸放出体４６が内蔵されており、二酸化炭素吸放出体４６はＥＧＲ通路４４におけるＥＧＲガスに含まれる二酸化炭素を吸着したり、吸着した二酸化炭素をＥＧＲ通路４４へ放出したりする。
この実施形態の二酸化炭素吸放出体４６はリチウムシリケート（Ｌｉ_４ＳｉＯ_４）である。

第２の実施形態の二酸化炭素吸放出器４５では、第１の実施形態の二酸化炭素吸放出器３４と比較して、二酸化炭素吸放出体４６の量を多くして、二酸化炭素の最大吸着容量が大きく設定されている。
これは、エンジン１１からの排気が全て二酸化炭素吸放出器４５を通過するほか、ＤＰＦ２４の再生時に放出される二酸化炭素の一部だけがＥＧＲ通路４４へ導入され、放出された残りの二酸化炭素は分岐後通路部４３を通じて排出されるためである。
つまり、ＤＰＦ２４の再生時に吸気通路１９へ導入する二酸化炭素が不足しないようにするためである。

この実施形態では、第１の実施形態と同様に、ＤＰＦ２４の再生時およびエンジン１１の運転負荷が高くない運転負荷の状態では、二酸化炭素吸放出体４６は、二酸化炭素吸放出器４５を通過する排気中の二酸化炭素を吸着する。
二酸化炭素が二酸化炭素吸放出器４５の最大吸着容量まで吸着されると、その後に二酸化炭素吸放出器４５を排気が通過しても、排気中の二酸化炭素は吸着されない。
そして、ＥＣＵ１５は、図２に示した同じフローに従い、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積の状態や、エンジン１１の運転負荷の状態に応じて、ＤＰＦ２４の再生を制御する。
ＤＰＦ２４の入口側と出口側の排気の圧力差が所定以上となり、ＤＰＦ２４におけるＰＭの堆積が所定量を超えた判断されるときＤＰＦ２４の再生が行われる。
また、温度センサ１６が所定温度以上の排気温度を検知したとき、エンジン１１の運転負荷が高負荷である判断され、ＤＰＦ２４の再生が行われる。

ＤＰＦ２４の再生によりＤＰＦ２４に吸着されている二酸化炭素が分岐前通路部４２に放出され、この二酸化炭素およびエンジン１１の排気の一部は、ＥＧＲ弁３６の制御により分岐部４１からＥＧＲ通路４４へ導入され、残りの二酸化炭素と排気は分岐後通路部４３を通じて排出される。
ＥＧＲ通路４４へ導入された二酸化炭素およびエンジン１１の排気の一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラ３５およびＥＧＲ弁３６を通じて吸気通路１９へ導入される。

この実施形態では、第１の実施形態の作用効果（１）〜（４）、（６）、（７）と同等の作用効果を奏する。
さらに言うと、二酸化炭素吸放出器４５は、ＤＰＦ２４の再生時に発生した全ての排気を用いて二酸化炭素吸放出器４５に吸着された二酸化炭素を放出させることができ、放出された二酸化炭素およびエンジン１１の排気の一部はＥＧＲガスとなる。
このため、第１の実施形態と比較すると、二酸化炭素吸放出体４６の最大吸着容量まで二酸化炭素が吸着される時間を短縮することができ、二酸化炭素の放出の準備を短時間で完了することができる。

なお、上記の実施形態に係る内燃機関および内燃機関の制御方法は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態等に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態では、パティキュレートフィルタとしてディーゼルエンジンに用いられるＤＰＦを例として説明したが、内燃機関をガソリンエンジンとし、パティキュレートフィルタをガソリンエンジンに用いられるパティキュレートフィルタとしてもよい。
○ 上記の実施形態では、二酸化炭素吸放出体としてリチウムシリケートを用いたが、二酸化炭素吸放出体は、パティキュレートフィルタ再生時以外のフィルタ下流排気温度未満で二酸化炭素を吸着し、パティキュレートフィルタ再生時のフィルタ下流排気温度で吸着している二酸化炭素を放出することができる材料であればよく、例えば、リチウムジルコネート（Ｌｉ_２ＺｒＯ_３）を用いてもよい。
○ 上記の実施形態では、ＤＰＦの再生については、ＰＭの堆積に基づくＤＰＦの再生と、エンジンの運転負荷に基づくＤＰＦの再生を別にして説明したが、堆積されたＰＭの焼失のためのＤＰＦの再生時に、エンジンの運転負荷が高負荷となる場合があってもよい。また、エンジンの運転負荷が高負荷時に、ＰＭの堆積が一定以上となる場合があってもよい。
○ 上記の実施形態では、ＥＧＲクーラと吸気通路の間にＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁を設けるようにしたが、例えば、ＥＧＲガスの流量を調整する弁を、分岐部にも受けてもよい。分岐部に設けた弁を制御することにより、ＥＧＲ通路に通すＥＧＲガスと分岐後通路部に通す排気の比率を変更することができる。
○ 上記の実施形態では、ＰＭの堆積が少なくてもエンジンの運転負荷が高い状態のとき、ＤＰＦの再生を行うようにしたが、その他、吸気通路への二酸化炭素の導入を必要とする状況に合わせた任意のタイミングでＤＰＦの再生を行うようにしてもよい。この場合、二酸化炭素を必要とするときに、必要な二酸化炭素を吸気通路へ供給することができる。また、ＤＰＦの再生は、ＰＭの堆積の状態だけに応じて行うようにしてもよい。
○ 上記の実施形態ではＤＰＦの再生として、ＤＰＦの上流側に燃料を添加するようにしたが、ＤＰＦの再生の手段は特に限定されない、例えば、ＤＰＦの上流側に再生用のヒータも設けてもよい。あるいは、エンジンの気筒内に再生用の燃料を添加し、ＤＰＦ上流側でこの燃料を燃焼させるようにしてもよい。

１１ ディーゼルエンジン
１２ 気筒
１３ 燃料噴射弁
１４ コモンレール
１５ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１６ 温度センサ
１７ 排気マニホールド
１８ 吸気マニホールド
１９ 吸気通路
２０、４０ 排気通路
２１ 過給機
２２ コンプレッサ部
２３ タービン部
２４ ＤＰＦ
２５ ケーシング
２６ フィルタ体
２７ 入口側圧力センサ
２８ 出口側圧力センサ
２９ 燃料添加器
３０、４１ 分岐部
３１、４４ ＥＧＲ通路
３２、４２ 分岐前通路部
３３、４３ 分岐後通路部
３４、４５ 二酸化炭素吸放出器
３５ ＥＧＲクーラ
３６ ＥＧＲ弁
３７、４６ 二酸化炭素吸放出体

Claims (8)

1. エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路における排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
   前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流側にて分岐され、前記排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路へ戻すＥＧＲ通路と、を備えた内燃機関であって、
   前記排気通路は、
   前記パティキュレートフィルタの出口から前記ＥＧＲ通路との分岐部までの分岐前通路部を備え、
   前記分岐前通路部内又は前記ＥＧＲ通路内に、前記パティキュレートフィルタ再生時に前記パティキュレートフィルタ出口から排出される排気の温度未満のとき二酸化炭素を吸着し、前記排気の温度以上のとき吸着している二酸化炭素を放出する二酸化炭素吸放出体を設けることを特徴とする内燃機関。
2. 前記エンジンの運転負荷を検知する運転負荷検知手段と、
   前記運転負荷検知手段の検知結果に基づき、高負荷状態時に前記パティキュレートフィルタの再生を制御する再生制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
3. 前記二酸化炭素吸放出体を前記ＥＧＲ通路内に設けることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関。
4. 前記二酸化炭素吸放出体を前記分岐前通路部内に設けることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関。
5. 前記パティキュレートフィルタを再生する加熱手段を有し、
   前記再生制御手段は、運転負荷検知手段の検知結果によって前記エンジンが高負荷状態であると判断したときに、前記加熱手段を駆動して前記パティキュレートフィルタを加熱させて再生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の内燃機関。
6. 前記二酸化炭素吸放出体は、リチウムシリケート又はリチウムジルコネートを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の内燃機関。
7. エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路における排気に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
   前記排気の一部をＥＧＲガスとして前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流側から前記吸気通路へ戻すＥＧＲ通路と、
   二酸化炭素吸放出体と、を有する内燃機関の制御方法であって、
   前記パティキュレートフィルタの粒子状物質の捕集時には、前記排気に含まれる二酸化炭素を二酸化炭素吸放出体に吸着させ、
   前記パティキュレートフィルタの再生時に前記炭素吸放出体から二酸化炭素を放出させ、
   放出された二酸化炭素および前記排気の一部を共に吸気通路へ導入することを特徴とする内燃機関の制御方法。
8. 前記エンジンの運転負荷が所定以上の高負荷時に前記パティキュレートフィルタを再生することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御方法。