JP2020063689A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造を有しつつフィルタ上に堆積したＰＭを効率的に除去することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路内に配置されたフィルタと、フィルタに空気を供給する空気供給装置と、空気供給装置を制御すると共にフィルタの温度を制御する制御装置とを備える。制御装置は、フィルタの再生条件が成立した場合、フィルタの温度がＰＭ酸化開始温度以上になっている状態で、内燃機関を停止させると共に空気供給装置からフィルタへ空気を供給するように構成される。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来から、内燃機関の排気通路上に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えると共に、フィルタを再生するにあたってフィルタに二次空気を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。フィルタに二次空気を供給することにより、フィルタ上に堆積した微粒子を燃焼、除去することができる。

特に、特許文献１に記載の排気浄化装置は、並列に設けられた複数のフィルタを備えると共に、フィルタを再生する際には、一方のフィルタのみに排気ガスを流入させると共に、他方のフィルタには二次空気のみが流入するように構成されている。

特開平６−１４６８５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の排気浄化装置では、フィルタが並列に設けられている上に排気ガスの流れを制御する制御弁が複数設けられている。加えて、二次空気を供給及び排出するのに用いられる通路や制御弁も多数設けられており、特許文献１に記載の排気浄化装置は非常に複雑な構造を有している。このため、斯かる内燃機関はその製造コストが高いものとなっている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構造を有しつつフィルタ上に堆積したＰＭを効率的に除去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。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）内燃機関の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタに空気を供給する空気供給装置と、該空気供給装置を制御すると共に前記パティキュレートフィルタの温度を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記パティキュレートフィルタの再生条件が成立した場合、前記パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度以上になっている状態で、前記内燃機関を停止させると共に前記空気供給装置から前記パティキュレートフィルタへ空気を供給するように構成される、内燃機関の排気浄化装置。

本発明によれば、簡単な構造を有しつつフィルタ上に堆積したＰＭを効率的に除去することができる内燃機関の排気浄化装置が提供される。

図１は、排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、フィルタの構造を示す図である。 図３は、フィルタ再生処理を行ったときの、機関回転速度等のタイムチャートである。 図４は、フィルタの再生処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、空気供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図６は、第二実施形態に係るフィルタ再生処理を行ったときの、機関回転速度等の図３と同様なタイムチャートである。 図７は、第二実施形態に係る空気供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
≪内燃機関全体の説明≫
図１は、第一実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関では、ガソリン以外の燃料、或いはガソリンとの混合燃料を用いてもよい。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介してパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」ともいう）２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気浄化触媒２０とフィルタ２４との間の排気管２２には、排気管２２内を流れる排気ガス中に、すなわちフィルタ２４に流入する排気ガス中に二次空気を供給する二次空気供給装置２５が設けられる。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。

なお、本実施形態の排気浄化装置では二次空気供給装置２５が設けられているが、フィルタ２４に流入する排気ガス中に酸素を含む気体を供給することができれば、他の酸素供給装置が設けられてもよい。斯かる酸素供給装置として、具体的には、例えば、排気ガス中に酸素のみを供給する装置等が挙げられる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。

吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、排気浄化触媒２０から流出してフィルタ２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

さらに、排気浄化触媒２０には排気浄化触媒２０の温度を検出するための触媒温度センサ４６が設けられる。また、フィルタ２４にはフィルタ２４の温度を検出するためのフィルタ温度センサ４７が設けられる。また、フィルタ２４の上流側及び下流側の排気管２２の間にはフィルタ２４の前後差圧を検出するための差圧センサ４８が設けられる。これら温度センサ４６、４７及び差圧センサ４８の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。

一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁駆動アクチュエータ１７及び二次空気供給装置２５に接続される。したがって、ＥＣＵ３１は、これら点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁駆動アクチュエータ１７及び二次空気供給装置２５の作動を制御する制御装置として機能する。

排気浄化触媒２０は、本実施形態では、セラミックから成る担体に触媒作用を有する触媒貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。なお、排気浄化触媒２０は、触媒作用を有する物質を担持していれば、酸化触媒等やＮＯｘ吸蔵還元触媒等、三元触媒以外の触媒であってもよい。

図２は、フィルタ２４の構造を示す図である。図２（Ａ）はフィルタ２４の正面図であり、図２（Ｂ）はフィルタ２４の側面断面図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、フィルタ２４はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路６０、６１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓６２により閉塞された排気ガス流入通路６０と、上流端が栓６３により閉塞された排気ガス流出通路６１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓６３を示している。したがって排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は薄肉の隔壁６４を介して交互に配置される。換言すると、排気ガス流入通路６０および排気ガス流出通路６１は各排気ガス流入通路６０が４つの排気ガス流出通路６１によって包囲され、各排気ガス流出通路６１が４つの排気ガス流入通路６０によって包囲されるように配置される。

フィルタ２４は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されている。したがって、排気ガス流入通路６０内に流入した排気ガスは、図２（Ｂ）において矢印で示したように周囲の隔壁６４内を通って隣接する排気ガス流出通路６１内に流出する。このように排気ガスが隔壁６４内を通って流れる間に、排気ガス中に含まれるＰＭがフィルタ２４に捕集されることになる。

また、フィルタ２４には、触媒作用を有する触媒貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））が担持される。したがって、フィルタ２４は、排気ガス中のＰＭを捕集するだけでなく、排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯを酸化浄化することができる。なお、フィルタ２４は、排気ガス中のＰＭを捕集すると共に触媒作用を有する物質を担持していれば、他の構成を有していてもよい。さらに、二次空気供給装置２５とフィルタ２４との間に触媒作用を有する排気浄化触媒が配置された場合には、フィルタ２４は触媒作用を有する物質を担持していなくてもよい。

≪フィルタ再生処理≫
フィルタ２４に捕集されたＰＭはフィルタ２４上に堆積する。フィルタ２４上へのＰＭの堆積量が増大すると、隔壁６４内の細孔に目詰まりが生じ、フィルタ２４に起因する排気ガスの圧力損失が大きくなる。圧力損失の増大は、排気ガスが流れにくくなることによる内燃機関の出力の低下や、燃焼の悪化を招いてしまう。したがって、内燃機関の出力の低下や燃焼の悪化を防止するためには、フィルタ２４上へのＰＭの堆積量が限界堆積量よりも多くなった場合には、フィルタ２４上に堆積しているＰＭを酸化除去する必要がある。ここで、限界堆積量とは、それ以上フィルタ２４へのＰＭの堆積量が増大すると、フィルタ２４に起因する圧力損失が増大して内燃機関の運転状態の悪化等を招いてしまうような量である。

そこで、本実施形態では、フィルタ２４のＰＭ堆積量が多くなったときには、ＰＭを酸化除去するためにフィルタ再生処理が行われる。本実施形態の排気浄化装置では、フィルタ２４の再生条件が成立した場合、フィルタ再生処理として、フィルタ２４の温度がＰＭ酸化開始温度以上になっている状態で、内燃機関が停止されると共に二次空気供給装置２５からフィルタ２４へ二次空気が供給される。

以下では、図３を参照して、フィルタ再生処理について説明する。図３は、フィルタ再生処理を行ったときの、機関回転速度、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比、二次空気供給装置２５から供給される二次空気の流量、排気浄化触媒２０及びフィルタ２４の温度、及びフィルタ２４上のＰＭ堆積量のタイムチャートである。図中、空燃比に関して、破線は機関本体１から排出された排気ガスの空燃比、実線はフィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比をそれぞれ示している。また、温度に関して、破線は排気浄化触媒２０の温度、実線はフィルタ２４の温度をそれぞれ示している。

図３に示した例では、時刻ｔ１以前において、フィルタ２４のＰＭ堆積量が限界堆積量よりも少ない上限堆積量以上になっている状態を示している。ここで、上限堆積量は、フィルタ２４のＰＭ堆積量がそれ以上になるとフィルタ２４の再生処理が行われる堆積量である。

図３に示した例では、時刻ｔ１において、内燃機関の停止条件が成立する。本実施形態では、時刻ｔ１において内燃機関の停止条件が成立しても、内燃機関はすぐには停止されずに、運転され続ける。加えて、時刻ｔ１において、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」という）になるように、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量が制御される。

さらに、時刻ｔ１においては、二次空気供給装置２５からの二次空気の供給が開始される。本実施形態では、このとき、二次空気供給装置２５からは、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように二次空気が供給される。

加えて、本実施形態では、時刻ｔ１以降、機関回転速度が、アイドリング中の回転速度（例えば、６００ｒｐｍ）よりも速い回転速度（例えば、３０００ｒｐｍ）になるように内燃機関が制御される。

この結果、時刻ｔ１以降は、フィルタ２４の上流側に配置された排気浄化触媒２０から未燃ＨＣ及びＣＯ等を含む排気ガスが流出する。フィルタ２４では、排気浄化触媒２０から排出された排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ及びＣＯ等が、二次空気中の酸素と反応して燃焼せしめられる。斯かる燃焼に伴ってフィルタ２４の温度が徐々に上昇する。加えて、フィルタ２４には理論空燃比の排気ガスが流入するように二次空気が供給される。したがって、フィルタ２４に流入する排気ガス中の未燃ＨＣ及びＣＯ等はフィルタ２４でほぼ全て浄化され、よってフィルタ２４から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ及びＣＯ等が低減せしめられる。

また、本実施形態では、時刻ｔ１以降において機関回転速度が速いため、フィルタ２４には未燃ＨＣやＣＯを含んだ多量の排気ガスが流入する。このため、フィルタ２４上での未燃ＨＣやＣＯの燃焼速度は速く、よってフィルタ２４の昇温速度は速い。

その後、本実施形態では、フィルタ２４の温度がＰＭ酸化開始温度以上の所定の下限温度に到達した時刻ｔ２において、内燃機関が停止せしめられる。また、時刻ｔ２以降も、二次空気供給装置２５から二次空気が供給され続ける。したがって、フィルタ２４には二次空気のみが流入することになり、フィルタ２４に流入するガスの空燃比が極めて高い値となる。特に、本実施形態では、時刻ｔ２において、二次空気供給装置２５からの二次空気の供給流量が減少せしめられる。

このようにフィルタ２４の温度がＰＭ酸化開始温度以上の状態でフィルタ２４に空気が流入すると、フィルタ２４上のＰＭが空気中の酸素と反応して燃焼せしめられる。この結果、フィルタ２４のＰＭ堆積量は徐々に減少すると共に、ＰＭの燃焼に伴ってフィルタ２４の温度が徐々に上昇する。

このときＰＭの燃焼に伴うフィルタ２４における発熱量は、フィルタ２４に流入する空気の流量が多いほど大きくなる。これは、フィルタ２４に流入する空気の流量が多いほどフィルタ２４に多量の酸素が流入し、この結果、多くのＰＭが燃焼することによるものである。本実施形態では、時刻ｔ２以降において二次空気供給装置２５からの二次空気の供給流量が少ないため、フィルタ２４の昇温速度はそれほど速くない。

また、本実施形態のように、二次空気供給装置２５から空気を供給することによってフィルタ２４上のＰＭを酸化・除去させる場合、フィルタ２４上のＰＭを燃焼させる際に内燃機関が運転されていたとしても、機関本体１から排出される排気ガスはＰＭの酸化・除去にほとんど寄与しない。これは、機関本体１から排出される排気ガス中に酸素がほとんど含まれていないためである。これに対して、本実施形態では、フィルタ２４上のＰＭを燃焼させるに際に、内燃機関が停止せしめられる。このため、内燃機関は無駄に運転されることがなく、よってフィルタ２４上のＰＭの除去に伴う燃費の悪化を抑制することができる。

その後、フィルタ２４の温度は上昇していき、時刻ｔ３において限界温度よりも僅かに低い上限温度Ｔｍａｘに到達する。ここで、限界温度は、それ以上フィルタ２４の温度が高くなると、フィルタ２４の溶損が発生し始める温度を意味する。本実施形態では、時刻ｔ３においてフィルタ２４の温度が上限温度に到達すると、二次空気供給装置２５からの二次空気供給量が増大せしめられる。

ここで、上述したように、ＰＭの燃焼に伴うフィルタ２４における発熱量は、フィルタ２４に流入する空気の流量が多いほど大きくなる。ところが、ＰＭの燃焼に伴うフィルタ２４における発熱量は、フィルタ２４に流入する空気の流量が或る一定以上多くなると、流量が増大してもほとんど変化しなくなる。これは、フィルタ２４上に堆積しているＰＭのうち表面に曝されているＰＭのみが空気と接触することができ、よって斯かるＰＭのみが酸素と反応して燃焼し、残りの下層側に位置するＰＭは表面上のＰＭが燃焼して除去された後でないと、空気と接触することができないことによるものであると推測される。

従って、フィルタ２４に流入する空気の流量が或る一定流量以上に多くなると、フィルタ２４はＰＭと反応しない空気によって冷却され、フィルタ２４の温度が徐々に低下することになる。本実施形態では、時刻ｔ３以降、二次空気供給装置２５からはフィルタ２４に上記一定流量以上の空気が供給され、よってフィルタ２４の温度が徐々に低下する。また、このときにもフィルタ２４上のＰＭは燃焼・除去されるため、フィルタ２４のＰＭ堆積量は徐々に減少していく。

その後、フィルタ２４の温度は低下していき、時刻ｔ４においてＰＭ再生開始温度よりも僅かに高い下限温度Ｔｍｉｎに到達する。時刻ｔ４においてフィルタ２４の温度が下限温度Ｔｍｉｎに到達すると、二次空気供給装置２５からの二次空気の供給流量が減少せしめられ、時刻ｔ２〜ｔ３と同程度の供給流量とされる。この結果、時刻ｔ４以降はフィルタ２４の温度が上昇せしめられる。その後、時刻ｔ２〜ｔ３の操作と時刻ｔ３〜ｔ４の操作とが繰り返されることによって、フィルタ２４のＰＭ堆積量は徐々に減少していく。そして、フィルタ２４のＰＭ堆積量がほぼゼロになると、フィルタ２４の再生処理が終了せしめられる。

≪具体的な制御例≫
次に、図４及び図５を参照して、フィルタ２４の再生処理における制御の具体例について説明する。図４は、フィルタ２４の再生処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔毎に実行される。

図４を参照すると、まず、ステップＳ１１では、再生フラグがＯＦＦになっているか否かが判定される。再生フラグは、フィルタ２４の再生中にＯＮにセットされ、それ以外のときにはＯＦＦにセットされるフラグである。ステップＳ１１において、再生フラグがＯＦＦにセットされていると判定されると、制御ルーチンはステップＳ１２へと進む。

ステップＳ１２では、内燃機関が停止中であるか否かが判定される。内燃機関が運転されている場合には、ステップＳ１２において内燃機関は停止中ではないと判定されて、ステップＳ１３へと進む。

ステップＳ１３では、内燃機関の停止条件が成立しているか否かが判定される。内燃機関の停止条件は、内燃機関を停止させるべきときに成立する公知の条件とされる。具体的には、内燃機関の停止条件は、例えば、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがＯＦＦにされたときに成立する。或いは、内燃機関の停止条件は、内燃機関を搭載した車両の速度がゼロであってブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれているときに成立する。ステップＳ１３において、内燃機関の停止条件が成立していないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、内燃機関の停止条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１４へと進む。

ステップＳ１４では、フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが、上限堆積量Ｑｍａｘ以上であるか否かが判定される。フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍは、例えば、差圧センサ４８の出力に基づいて推定される。具体的には、差圧センサ４８によって検出された差圧が大きいほどフィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが多いとして推定される。ステップＳ１４において、フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが上限堆積量Ｑｍａｘ未満であると判定された場合には、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、フィルタ２４の再生処理が行われることなく内燃機関が停止せしめられる。一方、ステップＳ１４において、フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが上限堆積量Ｑｍａｘ以上であると判定された場合には、ステップＳ１６へと進む。

ステップＳ１６では、フィルタ２４の温度Ｔｆがフィルタ２４の活性温度Ｔａｃｔ以上であるか否かが判定される。フィルタ２４の温度は、フィルタ温度センサ４７によって検出される。また、フィルタ２４の活性温度はフィルタ２４に担持されている触媒貴金属の活性温度であり、フィルタ２４の温度がこの活性温度以上になるとフィルタ２４に流入した排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯが酸化される。ステップＳ１６においてフィルタ２４の温度Ｔｆが活性温度Ｔａｃｔ未満であると判定された場合には、ステップＳ１５へと進み、内燃機関が停止せしめられる。一方、ステップＳ１６において、フィルタ２４の温度Ｔｆが活性温度Ｔａｃｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ１７へと進む。

ステップＳ１７では、再生フラグがＯＮにセットされ、次いで、ステップＳ１８では、図５に示した空気供給処理が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。ステップＳ１７において、再生フラグがＯＮにセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１１において再生フラグがＯＦＦにセットされていないと判定され、ステップＳ１８へ進むことになる。一方、ステップＳ１５において内燃機関が停止せしめられると、その後の制御ルーチンでは、ステップＳ１２において内燃機関が停止中であると判定され、フィルタ２４の再生処理が行われることなく制御ルーチンが終了せしめられる。

図５は、図４のステップＳ１８において実行される空気供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、図４において制御ルーチンがＳ１８に到達する毎に実行される。

図５を参照すると、まず、ステップＳ２１において、内燃機関が停止中でるか否かが判定される。ステップＳ２１において内燃機関が停止中でないと判定された場合には、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２及びステップＳ２３では、フィルタ２４を昇温すべく、機関本体１から排出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように内燃機関が制御されると共に、二次空気供給装置２５からの空気供給流量が中程度の流量に設定される。本実施形態では、このときの二次空気の供給流量は、フィルタ２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるような流量とされる。

次いで、ステップＳ２４では、フィルタ２４の温度Ｔｆが下限温度Ｔｍｉｎ以上であるか否かが判定される。フィルタ２４の温度Ｔｆが下限温度Ｔｍｉｎ未満であると判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ２４において、フィルタ２４の温度Ｔｆが下限温度Ｔｍｉｎ以上であると判定された場合には、ステップＳ２５へと進む。ステップＳ２５では内燃機関が停止され、次いで、ステップＳ２６では、二次空気供給装置２５からの空気供給流量が、上述した中程度の流量よりも少ない少量の流量に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

ステップＳ２５において内燃機関が停止されると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ２１からＳ２７及びＳ２８へと進む。ステップＳ２７では、フィルタ２４の温度Ｔｆが上限温度Ｔｍａｘよりも高いか否かが判定される。フィルタ２４の温度Ｔｆが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判定された場合には、ステップＳ２９へと進み、二次空気供給装置２５からの空気供給流量が、上述した或る一定以上の多量の流量に設定される。一方、ステップＳ２８では、フィルタ２４の温度Ｔｆが下限温度Ｔｍｉｎ未満であるか否かが判定される。フィルタ２４の温度Ｔｆが下限温度Ｔｍｉｎ未満であると判定された場合には、ステップＳ３０へと進み、二次空気供給装置２５からの空気供給量流量が、ステップＳ２６と同様な少量の流量に設定される。

その後、ステップＳ３１では、フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍがほぼゼロである最小値Ｑｍｉｎ以下であるか否かが判定される。フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍは最小値Ｑｍｉｎよりも多いと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられ、フィルタ２４の再生処理が継続される。一方、ステップＳ３１において、フィルタ２４のＰＭ堆積量Ｑｐｍが最小値Ｑｍｉｎ以下であると判定された場合、すなわちフィルタ２４上のＰＭが除去されたと判定された場合には、ステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２では、二次空気供給装置２５からの空気供給流量がゼロに設定される。次いで、ステップＳ３３では、再生フラグがＯＦＦにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

なお、図４及び図５に示した例では、フィルタ２４の温度がフィルタ温度センサ４７によって検出されている。しかしながら、フィルタ２４の温度は、フィルタ２４のＰＭ堆積量、二次空気供給装置２５からの二次空気の供給流量等に基づいて推定されてもよい。

≪変形例≫
次に、第一実施形態の変形例について説明する。上記第一実施形態では、内燃機関を搭載した車両の運転中にフィルタ再生処理が行われる。しかしながら、フィルタ再生処理は整備工場等で行われてもよい。

この場合、車両には、ドライバへフィルタ再生処理が必要である旨の警告を行う警告灯（図示せず）が設けられ、この警告灯は駆動回路４５を介してＥＣＵ３１の出力ポートに接続される。警告灯は、差圧センサ４８によって検出されたフィルタ２４の前後差圧が限界差圧よりも大きくなると点灯せしめられる。警告灯が点灯せしめられると、その車両はドライバによって整備工場に持ち込まれる。

このとき、内燃機関の排気浄化装置は、排気管２２に二次空気供給装置２５を取り付けるための開口（図示せず）が設けられていれば、二次空気供給装置２５を備えていなくてよい。この場合、整備工場では排気管２２の開口に取り付けられたカバーが外されると共に、この開口に二次空気供給装置２５が取り付けられ、この二次空気供給装置２５がＥＣＵの出力ポートに接続される。その後、フィルタ２４の再生処理が行われる。なお、この場合、図４に示した処理は不要であり、フィルタ２４の温度Ｔｆが活性温度Ｔａｃｔ以上に予め上昇せしめられてから図５に示した空気供給処理が行われることになる。

＜第二実施形態＞

次に、図６及び図７を参照して、第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では第一実施形態に係る排気浄化装置とは異なる部分を中心に説明する。

上記第一実施形態に係る排気浄化装置では、フィルタ２４の再生処理中において、フィルタ２４の温度が上限温度に到達すると、二次空気供給装置２５からの二次空気供給流量が増大されていた。このとき、二次空気供給装置２５からの二次空気供給流量は、フィルタ２４に堆積しているＰＭが燃焼してもフィルタ２４の温度が低下するような、かなり大きな流量が必要である。このため、二次空気供給装置２５は大きな容量の空気ポンプを備えることが必要になり、製造コストの増大を招く。そこで、本実施形態では、フィルタ２４の温度が上限温度に到達すると、二次空気供給装置２５からの二次空気供給流量がゼロに設定される。

図６は、本実施形態に係るフィルタ再生処理を行ったときの、機関回転速度等の図３と同様なタイムチャートである。図６に示した例でも、図３に示した例と同様に、時刻ｔ３において、フィルタ２４の温度が上限温度Ｔｍａｘに到達する。本実施形態では、時刻ｔ３以降、二次空気供給装置２５からの二次空気供給流量がゼロとされる。これにより、フィルタ２４には新たに酸素が供給されることがなくなり、よってフィルタ２４においてＰＭが燃焼することもなくなる。したがって、フィルタ２４のＰＭ堆積量は変化しない。加えて、フィルタ２４は、外気によって冷却されることから、フィルタ２４の温度は徐々に低下していく。ただし、フィルタ２４の冷却速度はそれほど速くない。

その後、フィルタ２４の温度は低下していき、時刻ｔ４において下限温度Ｔｍｉｎに到達すると、二次空気供給装置２５からの二次空気の供給が再開される。時刻ｔ４以降の二次空気の供給流量は、時刻ｔ２〜ｔ３と同程度の供給流量とされる。その後、時刻ｔ２〜ｔ３の操作と時刻ｔ３〜ｔ４の操作とが繰り返されることによって、フィルタ２４のＰＭ堆積量は徐々に減少していく。

図７は、第二実施形態に係る空気供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、図４において制御ルーチンがＳ１８に到達する毎に実行される。なお、図７のステップＳ４１〜Ｓ４８及びＳ５０〜Ｓ５３はそれぞれ図５のステップＳ２１〜Ｓ２８及びＳ３０〜Ｓ３３と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ４７において、フィルタ２４の温度Ｔｆが上限温度Ｔｍａｘよりも高いと判定された場合には、ステップＳ４９へと進む。ステップＳ４９では、二次空気供給装置２５からの空気供給流量が、ゼロに設定され、ステップＳ５１へと進む。

１ 機関本体
５ 燃焼室
１１ 燃料噴射弁
２０ 排気浄化触媒
２５ 二次空気供給装置
２４ パティキュレートフィルタ（フィルタ）
４６ 触媒温度センサ
４７ フィルタ温度センサ
４８ 差圧センサ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタに空気を供給する空気供給装置と、該空気供給装置を制御すると共に前記パティキュレートフィルタの温度を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記パティキュレートフィルタの再生条件が成立した場合、前記パティキュレートフィルタの温度がＰＭ酸化開始温度以上になっている状態で、前記内燃機関を停止させると共に前記空気供給装置から前記パティキュレートフィルタへ空気を供給するように構成される、内燃機関の排気浄化装置。

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