JP3424584B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、詳細には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内燃機関の排
気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気、特にディーゼルエンジ
ンの排気にはカーボン（すす）を主成分とする排気微粒
子（パティキュレート）が含まれている。このため、こ
のパティキュレートの大気放出を防止するためにパティ
キュレートフィルタを用いて排気を浄化する排気浄化装
置が種々考案されている。

【０００３】パティキュレートフィルタとしては、通常
セラミック、多孔質金属、金属繊維不織布等のフィルタ
材を用いたものが使用される。例えば金属繊維不織布を
フィルタ部材として用いたものでは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ
合金やＮｉ−Ｃｒ−Ａｌ合金等の耐熱性金属繊維を用い
た帯状の不織布を同様な材質の耐熱性金属の波板と交互
に積層したものをロール状に巻いてパティキュレートフ
ィルタが形成される（特開平９−２６２４１４号公報参
照）。このパティキュレートフィルタでは、波板により
金属繊維不織布相互が間隙をあけて保持されるため、波
板にそった軸線方向通路が渦巻き状に配列した構成とな
っている。パティキュレートフィルタの一端では、互い
に対向する不織布端部は一層おきに渦巻き状に連続して
溶着されて上記軸線方向通路の半数の端部を閉塞するよ
うにされている。また、パティキュレートフィルタの反
対側の端部では、上記一端側とは異なる層の不織布端部
が渦巻き状に相互に溶着されて軸線方向通路の端部を閉
塞している。これにより、ロール状パティキュレートフ
ィルタ内には、一端が閉塞された軸線方向通路と他端が
閉塞された軸線方向通路とが金属繊維不織布の壁を隔て
て半径方向に交互に配列されるようになる。

【０００４】このパティキュレートフィルタを排気通路
に配置することにより、排気はパティキュレートフィル
タの上流側端が開放された軸線方向通路に流入し、通路
間を隔てる不織布を通過して下流側端が開放された軸線
方向通路に入り、この通路を通って下流側に排出され
る。このため、不織布通過時に排気中のパティキュレー
トが不織布に捕集される。

【０００５】一般にパティキュレートフィルタのフィル
タ材の孔径はパティキュレートフィルタ自体の排気抵抗
を低くするため１５〜５０ミクロン程度と比較的大きく
設定されており、パティキュレートの主成分のカーボン
粒子（すす）の径（０．１ミクロン程度）よりかなり大
きくなっている。従って、パティキュレートフィルタの
使用開始時には排気中のパティキュレートの相当量がフ
ィルタを通過するためパティキュレートフィルタの捕集
効率は比較的低くなる。しかし、使用とともに、フィル
タ材の空孔まわりにパティキュレートが付着し、この付
着したパティキュレート粒子が互いに結びついて成長す
ることによりパティキュレートの堆積層が形成されるよ
うになりパティキュレートの堆積とともに実質的なフィ
ルタ孔径は小さくなる。このため、パティキュレートの
堆積とともにフィルタの捕集効率は増大し、同時にフィ
ルタの排気圧損も増大する。

【０００６】パティキュレートフィルタでは、パティキ
ュレートの堆積（捕集量）が増大するにつれて排気圧損
が増加するため、定期的に排気温度を上昇させる等の方
法によりフィルタに堆積したパティキュレート（カーボ
ン粒子）を燃焼させ排気圧損の過度の増大による機関性
能の低下を防止する必要がある。このようなパティキュ
レートフィルタを用いた排気浄化装置の例としては、例
えば実開平５−６９３１１号公報に記載されたものがあ
る。同公報の装置は、ディーゼルエンジンの各気筒の排
気ポートと排気集合部との間をそれぞれ接続する排気枝
管上に小容量のパティキュレートフィルタを配置した構
成となっている。同公報の装置では、パティキュレート
フィルタを排気系で最も排気温度が高い排気ポート近傍
に設けたこと、及び各気筒個別にパティキュレートフィ
ルタを設けてそれぞれのパティキュレートフィルタの熱
容量を小さくしたことにより、機関運転中に負荷の上昇
等により排気温度が高くなるとパティキュレートフィル
タに堆積したパティキュレートが容易に燃焼する。この
ため、別途パティキュレート燃焼用の加熱装置等を設け
ることなく効率的にパティキュレートを燃焼させること
が可能となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記実開平
５−６９３１１号公報の装置では、パティキュレートフ
ィルタに堆積したパティキュレートは良好に燃焼させる
ことができるものの、パティキュレートフィルタ上に堆
積したアッシュを脱離させることができず、アッシュの
堆積によりフィルタの圧損が徐々に増大する問題が生じ
る。

【０００８】排気には、カーボン粒子（すす）を主成分
とするパティキュレートの他に、例えば潤滑油等の燃焼
生成物を主成分とするアッシュが含まれている。アッシ
ュは主に硫酸カルシウム等の無機成分からなり、パティ
キュレートと同様、通常０．１ミクロン程度の大きさと
なっている。また、アッシュもパティキュレートと同じ
メカニズムでパティキュレートフィルタのフィルタ材上
に粒子相互が結合した堆積層を形成する。排気中に含ま
れるアッシュの量はパティキュレートに比較して極めて
少ないが、排気温度が上昇してもカーボンを主成分とす
るパティキュレートのように燃焼することがないためパ
ティキュレートフィルタの使用期間が長くなるにつれて
徐々にパティキュレートフィルタ上に蓄積されるように
なる。

【０００９】しかも、アッシュの堆積層はパティキュレ
ートの堆積層に較べて機械的強度が高く機関運転による
振動程度では自然にフィルタから脱離することがないた
め、パティキュレートの燃焼を定期的に行った行っただ
けではフィルタの圧損はアッシュの堆積により徐々に増
加してしまい、機関性能に影響が生じるようになる。こ
のため、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ
を脱離させフィルタの圧損を回復させる操作が別途必要
となるが、上記公報の装置ではこの点についての考慮が
なされていない。

【００１０】アッシュの堆積層は燃焼しないため、パテ
ィキュレートフィルタから脱離させるためには大きな機
械的衝撃を与えて堆積層を崩壊させることが必要とな
る。この機械的衝撃は理論的には、例えばパティキュレ
ートフィルタを通過する排気流速を増大させること等に
よっても与えることができる。しかし、前述したよう
に、アッシュの堆積層は機械的強度が比較的高く、排気
流速の増大によりアッシュを脱離させるためには機関回
転数と負荷とを大幅に増大した運転が必要となり、通常
の機関運転状態に与える影響が大きくなるため実際的で
ない。

【００１１】本発明は上記問題に鑑み、通常の機関運転
状態に大きな影響を与えることなくパティキュレートフ
ィルタに堆積したアッシュを脱離させることが可能な内
燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関の各気筒の排気ポートと各気筒の排気
が合流する排気集合部とを接続するそれぞれの排気枝管
上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、前記それぞれのパティキュレ
ートフィルタを通って前記排気集合部から排気ポート側
に逆流する排気流を生じさせることにより前記パティキ
ュレートフィルタに堆積した不燃成分からなるアッシュ
を脱離させるアッシュ脱離手段と、前記内燃機関が機関
排気圧力が充分に上昇する領域として予め定められた負
荷領域内で加速を終了、または減速を開始した時に、前
記アッシュ脱離手段を作動させてアッシュ脱離操作を行
う脱離制御手段と、を備え、前記アッシュ脱離手段は、
前記排気枝管のパティキュレートフィルタ上流側部分
と、少なくとも他の１つの気筒の排気枝管のパティキュ
レートフィルタ上流側部分とを連通する連通路と、該連
通路を閉鎖可能な連通弁とを備え、アッシュ脱離操作時
には前記連通路を閉鎖することによりパティキュレート
フィルタに前記排気逆流を生じさせる内燃機関の排気浄
化装置が提供される。すなわち、請求項１に記載の発明
では排気集合部から排気ポート側に向けて排気を逆流さ
せることにより、パティキュレートフィルタに堆積した
アッシュを脱離させる。通常の運転ではアッシュの堆積
状態は排気ポート側から排気集合部に向かう方向の排気
の流れに対して最も抵抗が少ないようになっており、通
常とは逆方向の排気の流れに対しては堆積層の抵抗は比
較的大きくなっている。このため、排気の逆流によりア
ッシュ堆積層には大きな力が作用し、比較的小さな流量
の排気の逆流でも容易にアッシュ堆積層が崩壊しフィル
タから脱離する。崩壊したアッシュ堆積層は微細な粒子
状になるため、排気が順方向に流れるとフィルタの孔を
通過してパティキュレートフィルタ下流側に排出され
る。

【００１３】なお、排気を逆流させるアッシュ脱離手段
としては、例えば後述するように排気枝管の連通路の閉
鎖、気筒内の燃焼停止等の他、排気絞り、ターボチャー
ジゃの可変ノズル（インレットガイドベーン）閉鎖また
はＥＧＲの停止などによる排気集合部の圧力上昇、吸気
絞り、バルブタイミング変更等による吸入空気量の低下
等の手段のいずれか１つまたは２つ以上を組み合わせた
ものが使用可能である。

【００１４】このような手段を用いて排気を逆流させる
と機関の運転状態に影響が生じる場合がある。しかし、
加速終了時や減速開始時等では機関の気筒に供給される
燃料量が減少するため、加速終了時、減速開始時には気
筒から排出される排気の圧力は加速中や減速開始前に較
べて低下する。一方、加速終了時や減速開始時の排気集
合部の排気圧力はまだ加速中若しくは減速開始前の比較
的高い圧力になっている。このため、加速終了時と減速
開始時には排気集合部圧力の方が排気ポート圧力より高
くなるため上記の各手段を用いなくても排気がパティキ
ュレートフィルタ中を逆流し易い条件が成立している。
この状態では、上記アッシュ脱離手段を用いることによ
り機関の運転に大きな影響を与えることなく比較的大量
の排気をフィルタ中を通って逆流させることができる。
このため、加速終了時または減速開始時にアッシュ脱離
手段を用いて排気を逆流させることにより機関の運転に
影響を与えることなく堆積したアッシュがフィルタから
脱離するようになる。

【００１５】更に、本発明ではアッシュ脱離手段は、各
排気枝管のパティキュレートフィルタ上流側と少なくと
も他の１つの気筒の排気枝管とを連通する連通路と、こ
の連通路を閉鎖可能な連通弁とを備えている。連通路開
放時には排気枝管のパティキュレートフィルタ上流側は
他の排気枝管と連通しているためパティキュレート上流
側の排気枝管の容積は実質的に大きくなるが、連通弁が
連通路を閉塞するとパティキュレート上流側の排気枝管
容積は小さくなる。

【００１６】一方、各気筒の排気弁が開弁すると開弁初
期には気筒から高圧の排気ガスが排出され排気ポート圧
力は上昇するが、その後気筒内の高圧排気ガスの排出が
終了すると排気ポート圧力は低下する。連通弁開弁時に
は排気枝管のパティキュレートフィルタ上流側の容積が
他の排気枝管との連通により大きくなっているため、排
気弁開弁後排気圧力が低下しても排気ポート圧力はそれ
ほど大きくは低下しない。しかし、連通弁が閉弁される
と排気枝管容積の低下のため高圧排気ガス排出終了後の
排気ポート圧力低下は大きくなる。連通弁閉鎖時、ある
気筒の排気ポート圧力が大きく低下した場合を考える
と、この時の排気集合部圧力は他の気筒からの高圧排気
の流入により高い圧力に維持されているため、排気集合
部と排気ポートの間には圧力差が生じることになる。こ
の圧力差は加速終了時または減速開始時には一層大きく
なる。このため、機関排気圧力が充分に上昇する領域と
して予め定められた負荷領域内での加速終了時または減
速開始時には連通弁を閉鎖することにより排気集合部と
排気ポートとの間に大きな圧力差を発生させることがで
き、多量の排気をパティキュレートフィルタを通して逆
流させることができる。これにより、機関運転状態に大
きな影響を与えることなくフィルタからアッシュが脱離
するようになる。

【００１７】請求項２に記載の発明によれば、前記脱離
制御手段は、更に、機関排気圧力が前記負荷領域より低
い前記負荷領域に隣接した予め定めた第２の負荷領域内
で機関が減速を開始したときにも前記アッシュ脱離手段
を作動させ、前記アッシュ脱離手段は前記第２の負荷領
域内での作動時には前記連通路を閉鎖するとともに、排
気マニホルドの圧力を上昇させる操作を行う、請求項１
に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。すなわ
ち、請求項２に記載の発明では機関排気圧力が低く連通
路閉鎖のみではパティキュレートフィルタに充分な負の
圧力差をを発生できない第２の負荷領域では、機関減速
開始時に連通路閉鎖とともに排気マニホルド圧力を上昇
させる操作を行う、これにより排気圧力が低い第２の負
荷領域においてもアッシュ脱離操作を実行することが可
能となり、アッシュ脱離操作実行可能領域が拡大され
る。

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、内燃機関
の各気筒の排気ポートと各気筒の排気が合流する排気集
合部とを接続するそれぞれの排気枝管上に配置され排気
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、前記それぞれのパティキュレートフィルタを通
って前記排気集合部から排気ポート側に逆流する排気流
を生じさせることにより前記パティキュレートフィルタ
に堆積した不燃成分からなるアッシュを脱離させるアッ
シュ脱離手段と、前記内燃機関が予め定めた負荷領域に
おいて加速を終了、または減速を開始した時に、前記ア
ッシュ脱離手段を作動させてアッシュ脱離操作を行う脱
離制御手段と、を備え、前記アッシュ脱離手段は、前記
内燃機関の任意の１部の気筒の燃焼を停止する気筒休止
手段を備え、アッシュ脱離操作時には１部の気筒の燃焼
を停止することにより該１部の気筒の排気枝管に配置さ
れたパティキュレートフィルタに前記排気逆流を生じさ
せる内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１９】すなわち、請求項３の発明では、アッシュ
脱離手段は加速終了または減速開始時に機関の一部の気
筒の燃焼を停止することによりアッシュをフィルタから
脱離させる。気筒内の燃焼を停止することにより気筒か
ら排出される排気の最小圧力は機関の吸気圧力とほぼ等
しくなるため、排気集合部と排気ポートとの間には大き
な圧力差が生じ、多量の排気をパティキュレートフィル
タを通して逆流させることができる。一方、加速終了時
及び減速開始時は通常、機関の回転数と負荷とは大きく
なっている状態であるため一部の気筒を休止しても機関
の運転に大きな影響は生じない。

【００２０】請求項４に記載の発明によれば、更に、前
記排気集合部からの排気の流出を抑制することにより排
気集合部の排気圧力を上昇させること、若しくは各気筒
に流入する吸入空気量を低下させること、のいずれか一
方若しくは両方により前記それぞれのパティキュレート
フィルタを通って前記排気集合部から排気ポート側に逆
流する排気流を生じさせてパティキュレートフィルタか
らアッシュを脱離させるアッシュ強制脱離手段を備え、
前記脱離制御手段は、予め定めたアッシュ脱離操作実行
期間内に前記アッシュ脱離操作が実行されなかった場合
には、前記脱離操作実行期間経過後に前記アッシュ強制
脱離手段を作動させてアッシュの強制脱離操作を実行す
る請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機
関の排気浄化装置が提供される。

【００２１】すなわち、請求項４に記載の発明ではアッ
シュ脱離操作実行期間が定められており、例えばアッシ
ュ堆積量が所定値以上になった場合にはこの脱離操作実
行期間内に機関が所定の負荷状態で加速または減速され
た場合にアッシュ脱離操作が行われる。また、本発明で
は上記所定の負荷状態での加速終了または減速開始時に
行うアッシュ脱離操作とは別に、排気集合部圧力を上
昇、または気筒吸気圧力を低下させることのいずれか一
方または両方により負荷とは無関係に強制的にアッシュ
を脱離させるアッシュ強制脱離手段が設けられている。
アッシュ脱離操作は所定の負荷状態で機関の加速または
減速が行われるときに実行されるため、これらの条件が
成立しないと機関はアッシュ堆積量が多い状態（フィル
タ圧損が高い状態）で長時間運転される可能性がある。
本発明では、アッシュ脱離操作を実行すべき期間、すな
わち脱離操作実行期間を定め、この期間内にアッシュ脱
離操作が行われなかった場合には、上記条件が成立して
いなくてもアッシュ強制脱離手段を用いてフィルタから
アッシュを脱離させる。この場合には、機関の運転状態
には多少の影響は出るものの、これにより機関が長時間
フィルタ圧損の高い状態で運転されることが防止され
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明の排気浄化
装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の概略構
成を説明する図である。図１において、１は自動車用内
燃機関を示す。本実施形態では機関１は４気筒ディーゼ
ル機関とされ、各気筒には気筒内に直接燃料を噴射する
筒内燃料噴射弁１１１が設けられている。燃料は高圧燃
料噴射ポンプ１１３から各燃料噴射弁１１１が接続され
たコモンレール（蓄圧室）１１５に圧送され、コモンレ
ールから各燃料噴射弁１１１により各気筒内に所定のタ
イミングで噴射される。

【００２３】図１において２１は各気筒の吸気ポートを
吸気通路２に接続する吸気マニホルド、３１は各気筒の
排気ポートを排気通路３に接続する排気マニホルド（排
気集合部）である。本実施形態では、機関１の過給を行
なう過給機３５が設けられており、排気通路３は過給機
３５の排気出口に、吸気通路２は過給機３５の吸気吐出
口に、それぞれ接続されている。

【００２４】本実施形態では、過給機３５の排気タービ
ン３５ａの排気入口にはノズル開口面積を変化させるこ
とができる可変ノズル（インレットガイドベーン）３６
が設けられている。可変ノズル３６は後述するＥＣＵ３
０からの制御信号に応じて作動するステッパモータ、負
圧アクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエータ３６
ａを備えており、ＥＣＵ３０からの信号に応じた角度に
制御される。可変ノズル３６のノズル開口面積を変化さ
せると、同一の排気流量であってもノズルを通過して排
気タービンの翼車に流入する排気の流速は変化するため
タービン回転数が変化する。このため、可変ノズル３６
を制御することにより排気流量が変化した場合にもター
ビン回転数をほぼ一定に維持することが可能となる。な
お、排気流量が一定の場合、可変ノズル３６のノズル開
口面積を減少させる（絞る）ほど排気マニホルド３１内
の圧力は上昇する。

【００２５】また、吸気通路２には過給機３５から供給
される吸気の冷却を行なうインタークーラ２５及び吸気
絞り弁２７が設けられている。吸気絞り弁２７は、後述
するＥＣＵ３０からの信号に応じて作動するステッパモ
ータ、負圧アクチュエータ等の適宜な形式のアクチュエ
ータ２７ａを備え、ＥＣＵ３０からの信号に応じた開度
をとり機関の吸気流量を制限する。

【００２６】吸気絞り弁２７により吸気流量が制限され
ると、各気筒の吸気圧力は低下し気筒内に流入する吸気
量は減少するため排気弁開弁時の排気ポート圧力最小値
は低下する。更に、本実施形態では過給機３５下流側の
排気通路３には、吸気絞り弁２７と同様なアクチュエー
タ３７ａを備えた排気絞り弁３７が設けられており、Ｅ
ＣＵ３０からの信号に応じた開度をとり排気絞りを行な
う。

【００２７】排気絞り弁３７により排気絞りが行われる
と排気マニホルド３１内の排気圧力は上昇する。図１に
おいて、３３は機関排気系と吸気系とを接続し機関排気
の一部を吸気系に還流するＥＧＲ通路、２３はＥＧＲ通
路に配置されたＥＧＲ弁である。ＥＧＲ弁２３はステッ
パモータ、負圧アクチュエータ等の適宜なアクチュエー
タ（図示せず）を備え、ＥＣＵ３０からの信号に応じた
開度をとりＥＧＲ通路３３を通って吸気系に還流される
排気（ＥＧＲガス）流量を機関運転状態に応じて制御す
るものである。

【００２８】ＥＧＲ実施中、ＥＧＲ弁開度が低下すると
排気マニホルド３１から吸気系に還流される排気流量が
減少するため、他の条件が一定であっても排気マニホル
ド３１内の圧力は上昇する。本実施形態では、排気マニ
ホルド３１を各排気ポートに接続する排気枝管にはパテ
ィキュレートフィルタ（ディーゼルパティキュレートフ
ィルタ、以下「ＤＰＦ」と称する）４０が設けられてい
る。ＤＰＦ４０は、セラミック、金属繊維不織布等の耐
熱性を有する多孔質の材質から形成され軸線方向（排気
流れ方向）に排気流路を形成する多数の流路を有してい
る。これらの流路のそれぞれは排気流れ方向上流端また
は下流端のうち一方が閉塞されており、上流端が閉塞さ
れた流路と下流端が閉塞された流路とが交互に互いに隣
接して配置されている。このため、各気筒の排気ポート
から排出される排気は、それぞれのＤＰＦの上流端が開
放された（下流端が閉塞された）流路に流入し、流路相
互を隔てる多孔質の隔壁を通過して下流端が開放された
流路に流入し下流端からＤＰＦ外に流出する。排気中に
含まれるパティキュレートは排気が多孔質の隔壁を通過
する際に捕集される。

【００２９】本実施形態では、比較的小容量のＤＰＦ４
０を各気筒の排気ポートに隣接して設けたことにより、
気筒からの高温の排気が直接ＤＰＦに流入するため各Ｄ
ＰＦ４０の温度を高く維持することができる。また、各
ＤＰＦ４０は小容量であるため、捕集可能なパティキュ
レート量も少なくなりパティキュレートの燃焼操作実行
間隔を比較的短く設定する必要があるが、熱容量が小さ
いため排気温度が上昇すると短時間でＤＰＦ温度が上昇
しパティキュレートの燃焼が開始される。また、パティ
キュレート捕集量が少ないため短時間で捕集したパティ
キュレートの燃焼を終了することができ、再生操作に要
する時間を短縮することができる。本実施形態では、機
関１としてディーゼル機関が使用されているため、通常
運転時の機関排気温度は比較的低い。本実施形態では、
小容量のＤＰＦ４０を各気筒の排気ポートに配置する、
いわゆる分離型のＤＰＦを採用したことにより、加速時
等に短時間排気温度が上昇するような機関運転状態でも
良好に各ＤＰＦ４０の再生を完了することが可能となっ
ている。

【００３０】また、本実施形態では、排気マニホルド３
１と各気筒の排気ポートとを接続する枝管のＤＰＦ４０
の上流側（排気ポート側）は連通路４１により隣接する
排気枝管のＤＰＦ４０上流側と接続されており、各連通
路には連通路４０を閉鎖可能な連通弁４３が設けられて
いる。連通弁４３はＥＣＵ３０からの信号により作動す
る適宜な形式のアクチュエータ（図示せず）を備えてお
り、ＥＣＵ３０からの信号に応じて連通路４１を閉塞す
る。なお、連通弁４１は通常運転時（アッシュ脱離操作
を実行していない時）は開弁状態に保持される。

【００３１】図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユ
ニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態で
はＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイク
ロコンピュータとされ、機関１の燃料噴射制御等の基本
制御を行なう他、後述するように機関運転状態に応じて
ＤＰＦ４０に堆積したアッシュの脱離操作を行う脱離制
御手段として機能している。

【００３２】これらの制御を行なうため、ＥＣＵ３０の
入力ポートには、機関吸気通路に設けられたエアフロー
メータ５１から機関吸入空気量に対応した信号が、また
排気マニホルド３１に設けられた温度センサ５３から機
関排気温度に対応する信号がそれぞれ入力されている
他、機関クランク軸（図示せず）近傍に配置された回転
数センサ５５から機関クランク軸一定回転角毎にパルス
信号が入力されている。更に、本実施形態では、ＥＣＵ
３０の入力ポートには機関１のアクセルペダル（図示せ
ず）近傍に配置したアクセル開度センサ５７から運転者
のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）を表す信号
が入力されている。ＥＣＵ３０は、所定間隔毎にエアフ
ローメータ５１出力とアクセル開度センサ５７出力及び
温度センサ５３出力とをＡＤ変換して吸入空気量Ｇａと
アクセル開度ＡＣＣＰ、排気温度ＴとしてＥＣＵ３０の
ＲＡＭの所定領域に格納するとともに、回転数センサ５
５からのパルス信号の間隔から機関回転数ＮＥを算出
し、ＲＡＭの所定の領域に格納している。ＥＣＵ３０
は、アクセル開度センサ５７で検出されたアクセル開度
ＡＣＣＰと機関回転数ＮＥとに基づいて予めＲＯＭに格
納した関係に基づいて機関基本燃料噴射量と燃料噴射時
期を算出し、この基本燃料噴射量に機関運転状態に応じ
た補正を加えて機関の燃料噴射量ＱＩＮＪと燃料噴射時
期とを設定する。なお、本発明では燃料噴射量と燃料噴
射時期の設定方法には特に制限はなく、ディーゼル機関
における公知の方法のいずれをも使用することができ
る。

【００３３】一方、ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒
への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図
示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１
１に接続されている他、高圧燃料ポンプ１１３に図示し
ない駆動回路を介して接続され、ポンプ１１３からコモ
ンレール１１５への燃料圧送量を制御している。また、
ＥＣＵ３０の出力ポートは更に、それぞれ図示しない駆
動回路を介して吸気絞り弁２７のアクチュエータ２７
ａ、過給機排気タービン３５ａの可変ノズルアクチュエ
ータ３６ａ、排気絞り弁３７のアクチュエータ３７ａ及
びＥＧＲ弁２３のアクチュエータに接続され、吸気絞り
弁２７、可変ノズル３６及び排気絞り弁３７とＥＧＲ弁
２３の開度をそれぞれ制御している。

【００３４】次に、本実施形態におけるＤＰＦ４０から
のアッシュ脱離操作について説明する。前述したよう
に、ＤＰＦ４０には排気に含まれる硫酸カルシウム等の
無機物を主成分とするアッシュが堆積し、パティキュレ
ートの燃焼操作にかかわらず徐々に圧損が増大する。排
気中のアッシュの量は微量であるためアッシュ堆積によ
る圧損の上昇は比較的緩やかであるが、長期間使用する
とＤＰＦ４０の圧損が増大するため、例えば車両走行１
０００キロメートル程度毎にアッシュ脱離操作を行いＤ
ＰＦ４０の圧損を低下させる必要がある。前述したよう
に、アッシュを脱離させるためには、排気マニホルド３
１内の圧力が気筒排気ポート圧力より高くなる状態（以
下、「ＤＰＦに負の圧力差が生じる状態」と言う）を作
りＤＰＦ４０を通して排気を逆流させることが有効であ
ることが判明している。

【００３５】ＤＰＦに負の圧力差を生じさせる方法とし
ては、例えば以下に示す方法がある。 （Ａ）連通弁４３の閉弁。 気筒排気行程で排気弁が開弁すると気筒から高圧の排気
ガスが排出され排気ポート圧力は上昇するが、高圧排気
ガスの排出が終了すると排気ポート圧力は低下する。ま
た、連通弁４３を閉弁すると、ＤＰＦ上流側の容積は低
下するため、この排気ポートの圧力低下は大きくなる。
一方、ＤＰＦ下流側の排気マニホルドでは他の気筒から
の高圧排気ガスが流入しているため排気圧力は常に高く
維持されている。このため、連通弁４３を閉弁すると気
筒の排気弁開弁中にＤＰＦ前後に負の圧力差が生じるよ
うになる。連通弁の閉弁による方法では、機関の出力や
振動、騒音にほとんど変化が生じないため機関の運転性
にはほとんど影響を与えない。

【００３６】（Ｂ）一部気筒休止。 本実施形態では、各気筒に個別に燃料を噴射する燃料噴
射弁が設けられているため、任意の一部の気筒の燃料噴
射を停止して気筒内で燃焼が生じないようにすることが
できる。この場合、休止中の気筒では燃焼が生じないた
め排気ポートに排出される排気の最大圧力は大幅に低下
し、排気弁開弁時の排気ポート圧力変化における最小圧
力は更に低下して気筒吸気圧力近傍の値になる。一方、
この場合も排気マニホルド３１圧力は休止気筒以外の気
筒からの排気で高圧に維持されている。このため、一部
の気筒の燃焼を休止すると休止気筒のＤＰＦには大きな
負の圧力差が生じるようになる。

【００３７】一部気筒休止による負の圧力差発生は、短
時間であるため機関出力に対する影響は小さいが機関の
振動や騒音が変化するため運転者に違和感を生じさせる
ので機関の運転性に多少の影響を生じるようになる。 （Ｃ）排気マニホルドから流出する排気の抑制。 排気マニホルドから流出する排気を抑制するとマニホル
ド内の排気圧力が上昇するため、結果的に各気筒の排気
ポート圧力より排気マニホルド圧力が高くなる期間が生
じ、ＤＰＦに負の圧力差が発生する。

【００３８】排気マニホルドからの排気流出を抑制する
ための具体的方法としては、 （ａ）排気絞り弁３７の閉弁による排気絞り。 （ｂ）ターボチャージャ３５の可変ノズル３６の開度低
減。 （ｃ）ＥＧＲ弁２３の閉弁による還流排気ガス量の低
減。 等がある。

【００３９】排気マニホルド圧力を上昇させると、排気
背圧の上昇により機関の出力低下や燃費の悪化が生じる
他、排気音が大きく変化するようになるため、この方法
では機関運転性に与える影響が比較的大きくなる。 （Ｄ）気筒吸入空気量の低減。 気筒に吸入される吸入空気量を低減すると気筒内燃焼圧
力が低下するため、排気弁開弁時の排気圧力は全体的に
低くなる。この場合、排気弁開弁時の排気圧力に較べて
高圧排気の排出終了が早まることによる最小圧力低下の
方が大きくなる。このため、排気マニホルドの圧力低下
より排気ポートの圧力低下が大きくなりＤＰＦに負の圧
力差が生じるようになる。

【００４０】気筒吸入空気量を低減させる手段として
は、本実施形態では吸入空気量絞り弁２７による吸気絞
りが用いられるが、機関吸気バルブタイミングを変更可
能な可変バルブタイミングを備えた機関では、吸気弁の
閉弁タイミングを遅角させて気筒の吸気体積効率を低下
させることによっても気筒吸入空気量を低減させること
ができる。

【００４１】気筒吸入空気量低減による方法は、排気圧
の上昇による方法と同様に機関出力の低下や燃費の悪化
を生じるため機関運転性に与える影響は大きくなる。Ｄ
ＰＦに負の圧力差を生じさせる具体的な方法としては、
上述の（Ａ）から（Ｄ）説明した方法があるが、実際の
運転では定常運転時に上記（Ａ）から（Ｄ）の方法を単
独で用いたのではＤＰＦに生じる負の圧力差は比較的小
さくアッシュの脱離効果が不充分になる。このため、機
関の定常運転時に上述の（Ａ）から（Ｄ）の方法を用い
てアッシュの脱離操作を行う場合には上記方法の２つま
たはそれ以上を組み合わせて実施してＤＰＦに生じる負
の圧力差が大きくなるようにする必要がある。

【００４２】ところが、各方法の説明で述べたように連
通弁の閉鎖による方法以外の方法では多少とも機関の運
転性に影響が生じるため、定常運転時に連通弁の閉鎖に
よる方法と他の方法を組み合わせて実施すると機関の運
転性に影響が生じてしまう。そこで、本実施形態ではア
ッシュ脱離操作の機関運転性に与える影響を最小に抑制
するために、機関の加速終了または減速開始時に上記方
法を単独で、または組み合わせてアッシュ脱離操作を行
うようにしている。

【００４３】前述したように、機関の加速終了時と減速
開始時には各気筒に供給される燃料量は急激に低減され
る。このため、加速終了と減速開始時には各気筒内燃焼
圧力は急激に低下し、排気弁開弁時の排気ポート最小圧
力も比較的大きく低下する。一方、加速終了及び減速開
始時には排気マニホルドにはまだ加速中または減速開始
前の比較的高い圧力の排気が残留しているため、排気ポ
ートの圧力が排気マニホルド圧力より低下してＤＰＦに
負の圧力差が生じるようになる。このときに上記方法の
いずれかを実行すると、加減速による負の圧力差発生効
果にこれらの操作による負の圧力差発生効果が加わるこ
とになり、発生する負の圧力差は極めて大きくなりアッ
シュの脱離が完全に行われるようになる。

【００４４】しかも、加速終了や減速開始は比較的機関
回転数と出力が高い運転領域で行われ、加速終了と減速
開始時にはともに機関出力は急激に減少する。このた
め、この状態では、連通路閉鎖はもちろん、定常運転で
は機関運転性に影響を生じる他の方法を実施しても機関
出力の変動や振動、騒音の変化は運転者にはほとんど感
知されず機関運転性には影響が生じない。

【００４５】以下、加速終了や減速開始時にアッシュ脱
離操作を行う具体的な実施形態について説明する。 （１）第１の実施形態 本実施形態では、ＤＰＦ４０へのアッシュ堆積量が増大
したときに機関の所定の負荷領域で機関の加速が終了、
または減速が開始されたときにＤＰＦ４０上流側の排気
枝管を他の排気枝管と連通する連通弁４３を閉弁するこ
とによりアッシュ脱離操作を行う。

【００４６】前述したように、連通弁４３閉弁によれ
ば、定常運転時においても機関の運転性に影響を与える
ことなくＤＰＦ４０に負の圧力差を生じさせることがで
きるが、この方法単独では発生する負の圧力差は比較的
小さい。本実施形態では、機関の加速終了時または減速
開始時に連通弁４３を閉弁することにより、ＤＰＦ４０
に生じる負の圧力差を増幅し機関運転性に影響を与える
ことなくアッシュ脱離効果を大幅に向上させている。図
２は、本実施形態のアッシュ脱離操作を説明するフロー
チャートである。

【００４７】本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に
実行されるルーチンにより実施される。図２において、
操作がスタートするとステップ２０１では、別途ＥＣＵ
３０により算出された機関燃料噴射量ＱＩＮＪ、機関回
転数ＮＥ、及びアクセル開度ＡＣＣＰ及び前回アッシュ
脱離操作が行われてからの車両走行距離ＫＭが読み込ま
れる。本実施形態では、ＥＣＵ３０は別途実施するルー
チンにより、アッシュ脱離操作を行ってからの車両走行
距離を積算、記憶している。この走行距離ＫＭはアッシ
ュ脱離操作の要否の判定に用いられる。

【００４８】次いでステップ２０３では、現在ＤＰＦ４
０のアッシュ脱離操作が必要か否かが判定される。ＤＰ
Ｆ４０上のアッシュ堆積量は機関の運転時間（車両の走
行距離）に比例して増大すると考えられる。そこで本実
施形態では、前回脱離操作を実行してからの車両走行距
離が所定値（例えば１０００ｋｍ）以上になったときに
ＤＰＦ４０上のアッシュ堆積量が許容上限値まで増大し
たと判断しアッシュ脱離操作を実行する。なお、アッシ
ュ堆積量の判定には、車両走行距離に代えて、例えば前
回脱離操作実行後の機関回転数の積算値や機関燃料噴射
量の積算値等を使用するようにしても良い。

【００４９】ステップ２０３で現在アッシュ脱離操作が
必要と判断された場合には、次にステップ２０５で現在
機関がアッシュ脱離操作を実行すべき負荷領域で運転さ
れているか否かが判定される。アッシュ脱離操作はＤＰ
Ｆ４０に充分に大きな負の圧力差が発生する条件下で行
う必要がある。このためには、機関負荷がある程度大き
く排気圧力が充分に高くなっている状態で実施すること
が好ましい。そこで、本実施形態では加減速時の連通弁
４３閉弁により充分に高い負の圧力差が生じる機関負荷
条件を予め実験等により定めてあり、機関がこの負荷領
域で加速を終了、または減速を開始したときにのみ連通
弁４３閉弁によるアッシュ脱離操作を実行するようにし
ている。

【００５０】図３は、本実施形態でアッシュ脱離操作を
実行する負荷領域を模式的に示す図で有り、図３の縦軸
は機関出力トルク（すなわち燃料噴射量ＱＩＮＪ）、横
軸は機関回転数ＮＥを表している。本実施形態では、機
関排気圧力が充分に上昇する領域（図３、領域Ｉ）にお
いてのみ連通弁４３閉弁によるアッシュ脱離操作を実行
する。

【００５１】ステップ２０５で、機関が図３の領域Ｉで
運転されていた場合には、次にステップ２０７で現在が
機関の加速終了、または減速開始の時点に相当するか否
かが判定される。本実施形態では、ステップ２０１で読
み込んだアクセル開度ＡＣＣＰの変化により加速終了、
減速開始の判定を行う。加速終了時、減速開始時にはい
ずれも運転者はアクセルペダルを戻すため、アクセル開
度ＡＣＣＰは減少する。そこで、ステップ２０７では現
在のアクセル開度ＡＣＣＰが前回本操作実行時に読み込
んだアクセル開度ＡＣＣＰに対して所定値以上減少した
場合に現在加速が終了または減速が開始されたところで
あると判断するようにしている。

【００５２】なお、加速終了時及び減速開始時にはいず
れも機関への燃料噴射量ＱＩＮＪは前回までの値に較べ
て低減される。このため、アクセル開度ＡＣＣＰに代え
て前回操作実行時からの燃料噴射量ＱＩＮＪが所定量以
上減少した場合に加速終了または減速開始が行われたと
判定するようにしても良い。ステップ２０７で所定負荷
領域で加速終了または減速開始が行われたと判定された
場合には、ステップ２０９で連通弁４３の閉弁が行われ
る。これにより、加速終了、減速開始時の圧力差に加え
て連通弁４３の閉弁による負の圧力差が加わるためＤＰ
Ｆ４０には大きな負の圧力差が作用し、排気の逆流によ
りＤＰＦ４０上に堆積したアッシュ層が崩壊、脱離す
る。なお、ステップ２０９で連通弁４３閉弁とともに、
ステップ２１１ではアッシュ脱離操作実行要否判定のた
めの走行距離ＫＭの値はクリアされ、新たにＫＭの値の
積算が開始される。

【００５３】ステップ２０３から２０７のいずれかで否
定判定された場合には、ステップ２１３で連通弁４３は
開弁され、本操作は終了する。このため、加速終了また
は減速開始時に連通弁４３閉弁が行われアッシュの脱離
が完了した後は連通弁４３は開弁状態に保持される。こ
れにより、アッシュ脱離操作によりＤＰＦ４０から脱離
して微細な粒子状となっていたアッシュはＤＰＦ４０を
通る順方向の排気流によりＤＰＦ４０の細孔を通過して
ＤＰＦ４０下流側に排出される。

【００５４】（２）第２の実施形態 本実施形態では、第１の実施形態の連通弁４３閉弁操作
に代えて加速終了、減速開始時に機関の一部の気筒を休
止させることによりＤＰＦ４０に生じる負の圧力差を増
大させる。本実施形態では、気筒の休止は各気筒の燃料
噴射弁からの燃料噴射停止により行い、１回のアッシュ
脱離操作では１気筒のみの休止を行う。すなわち、本実
施形態では１回のアッシュ脱離操作では１つの気筒のＤ
ＰＦのみのアッシュ脱離が行われ、４回のアッシュ脱離
操作を行うことにより全気筒のＤＰＦからのアッシュ脱
離が完了する。

【００５５】図４は本実施形態のアッシュ脱離操作を説
明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０によ
り一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。図
４のフローチャートにおいて、ステップ４０１からステ
ップ４０７は図２ステップ２０１からステップ２０７と
同一の操作を示す。本操作においても、ＤＰＦ４０のア
ッシュ堆積量が増大し、機関が所定の負荷領域で運転さ
れているときに加速が終了または減速が開始されたとき
にのみステップ４０９以下の一部気筒休止によるアッシ
ュ脱離操作が実行される。

【００５６】すなわち、ステップ４０９では気筒番号を
表すカウンタｉの値が１増加される。カウンタｉの値は
今回運転を休止してアッシュ脱離操作を行う気筒の番号
を表している。本実施形態ではステップ４０３から４０
７の条件成立時にカウンタｉの値が操作実行毎に１ずつ
増大されるため、第１気筒から第４気筒に順にアッシュ
脱離操作が行われるようになる。また、ｉの値が４以上
になった場合（ステップ４１１）は、全気筒のアッシュ
脱離操作が終了したことを意味するため、ステップ４１
９でｉの値はクリアされ、次回のアッシュ脱離操作開始
に備えられる。

【００５７】ステップ４１１でｉ≦４であった場合に
は、ステップ４１３に進み機関の第ｉ番気筒への次回の
燃料噴射が停止され、気筒運転が休止される。これによ
り、第ｉ番気筒のＤＰＦには大きな負の圧力差が作用
し、ＤＰＦに堆積したアッシュが崩壊、脱離する。な
お、加減速時に気筒運転を休止することにより発生する
ＤＰＦの負の圧力差は極めて大きいため、本実施形態で
は気筒の休止期間は１サイクルのみとしている。ＤＰＦ
に堆積したアッシュ層は１回の気筒運転休止により脱離
するが、１つの気筒を複数サイクルにわたって休止する
ことにより、一層完全にアッシュを脱離するようにする
ことも可能である。

【００５８】ステップ４１５では、ステップ４１３で休
止した気筒の番号ｉが４か否かが判定される。ステップ
４１３で第４番目の気筒が休止されていた（ｉ＝４）場
合には、第１から第４番の全ての気筒のアッシュ脱離操
作が完了しているため、ステップ４１７では、アッシュ
脱離操作の要否を判定するための走行距離積算値ＫＭは
クリアされ、新たにＫＭの積算が開始される。ステップ
４１３でｉ≠４であった場合には、まだ全気筒のアッシ
ュ脱離が完了していないためＫＭの値はクリアされな
い。このため、この場合にはステップ４０３から４０７
の条件が成立している限り引き続き次の気筒のアッシュ
脱離操作が実行されるようになる。

【００５９】なお、第１の実施形態と第２の実施形態で
は、連通弁４３閉弁操作または一部気筒休止操作とを単
独で実行することによりアッシュ脱離操作を行っている
が、連通弁４３閉弁と一部気筒休止操作とを同時に行え
ば、更にＤＰＦ４０の負の圧力差を増大させることがで
きるため、より完全にアッシュを脱離させることが可能
となる。

【００６０】（３）第３の実施形態 次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実
施形態では、アッシュ脱離操作を行う機関負荷領域は、
図６に示すように２つの領域に設定されている。図６の
負荷領域Ｉは図３の負荷領域Ｉと同様に機関排気圧力が
充分に高くなる負荷領域である。また、図６負荷領域Ｉ
Ｉは、負荷領域Ｉに較べて排気圧力は低下するが、後述
するように排気圧力上昇操作を行えばアッシュの脱離に
充分な負の圧力差をＤＰＦに生成可能な負荷領域であ
る。負荷領域Ｉ、ＩＩは実際の機関とＤＰＦとを用いて
実験により定めることが好ましい。

【００６１】本実施形態では、第１の実施形態と同様
に、機関が負荷領域Ｉで運転されているときに加速の終
了または減速の開始が生じた場合には連通弁４３の閉弁
のみによるアッシュ脱離操作を実行する。一方、第１の
実施形態では機関が負荷領域Ｉ以外の領域で運転されて
いた場合にはアッシュ脱離操作は実行されなかったのに
対して、本実施形態では機関が負荷領域ＩＩで運転され
ている場合にも減速開始時にはアッシュ脱離操作を行
う。また、この場合には連通弁４３閉弁のみではＤＰＦ
に充分な大きさの負の圧力差を発生できない可能性があ
るため、連通弁４３の閉弁とともに前述の（Ｃ）で説明
した方法のいずれか（（ａ）から（ｃ））を用いて排気
マニホルドの圧力を上昇させる操作を行う。これによ
り、機関負荷領域ＩＩにおいてもアッシュ脱離操作を実
行することが可能となる。この場合、定常運転状態では
排気マニホルド圧力上昇操作を行うと機関出力の低下や
振動、騒音の変化による運転性の悪化が大きくなるが、
減速開始時には機関の出力は減少を開始したところであ
り、また、機関負荷領域ＩＩは比較的高回転、高負荷に
設定されているため機関出力の減少や振動、騒音の変化
による運転性の悪化は相対的に小さくなる。これによ
り、本実施形態では第１の実施形態に較べてアッシュ脱
離操作を実行可能な領域が拡大され、アッシュ脱離操作
が必要な時に脱離操作が実行される確率が増大するよう
になる。

【００６２】なお、本実施形態では機関が負荷領域ＩＩ
で運転されている場合であっても、機関の加速終了時に
はアッシュ脱離操作は実行しない。加速後は機関出力の
増大が必要とされるため、排気マニホルド圧力上昇操作
を行うと機関出力低下のために機関の運転性が大幅に悪
化する可能性があるためである。図５は、本実施形態の
アッシュ脱離操作を説明するフローチャートである。本
操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチ
ンとして実施される。

【００６３】図５において、ステップ５０１、５０３で
は燃料噴射量ＱＩＮＪ等のパラメータの読み込みと現在
アッシュ脱離操作が必要か否かの判断が行われる。ステ
ップ５０１と５０３はそれぞれ図２ステップ２０１、２
０３と同一の操作である。ステップ５０１で現在アッシ
ュ脱離操作が必要な場合は、次にステップ５０５で現在
機関が図６の負荷領域Ｉで運転されているか否かが判定
される。現在負荷領域Ｉで機関が運転されている場合に
は、ステップ５０７で現在が加速終了時または減速開始
時に相当するか否かを判定し、加速終了時または減速開
始時の場合にはステップ５０９で連通弁４３を閉弁して
アッシュ脱離操作を実行する。ステップ５０７と５０９
とは図２ステップ２０７、２０９とそれぞれ同一の操作
である。そして、ステップ５０９実行後ステップ５１１
で走行距離積算値ＫＭの値がクリアされる。

【００６４】一方、ステップ５０５で機関が図６負荷領
域Ｉで運転されていない場合には、ステップ５１３に進
み現在機関が図６負荷領域ＩＩで運転されているか否か
が判定され、領域ＩＩで運転されている場合にはステッ
プ５１５で現在機関が減速を開始したところか否かを判
定する。本実施形態では、例えば、ステップ５０１で読
み込んだアクセル開度ＡＣＣＰの前回からの減少量が所
定値以上であり、かつ現在のアクセル開度が所定値より
小さい場合に減速が開始されたと判定する。すなわち、
本実施形態では運転者がアクセルペダルを戻し、かつ戻
した後のアクセル開度が小さな値になっている場合に減
速が開始されたと判断するようにしている。

【００６５】ステップ５１３、５１５で現在負荷領域Ｉ
Ｉでの減速が開始されたと判定された場合には、ステッ
プ５１７で排気マニホルドの圧力上昇操作が行われる。
本実施形態では、前述したように（ａ）排気絞り弁３７
の閉弁による排気絞り、（ｂ）ターボチャージャ３５の
可変ノズル３６の開度低減、（ｃ）ＥＧＲ弁２３の閉弁
による還流排気ガス量の低減のいずれか１つまたは２つ
以上の方法により排気マニホルド３１の圧力上昇操作が
行われる。そして、ステップ５１９では排気マニホルド
圧力上昇操作と同時に連通弁４３が閉弁される。これに
より、比較的排気圧の低い負荷領域ＩＩにおいてもＤＰ
Ｆ４０に充分に大きな負の圧力差を生じさせることがで
き、ＤＰＦ４０に堆積したアッシュが崩壊、脱離する。

【００６６】ステップ５２１から５２３はステップ５１
７と５１９とによるアッシュ脱離操作の終了条件の判定
を示す。本実施形態では、排気マニホルド圧力上昇操作
と連通弁閉弁とによるアッシュ脱離操作は、ステップ５
１７で排気マニホルド圧力上昇操作が開始されてから所
定時間だけ継続される。すなわち、ステップ５２１では
計時カウンタｔの値が１増加され、ステップ５２３でカ
ウンタｔの値が予め定めた値ｔ₀ に到達するまでステッ
プ５１７と５１９とによるアッシュ脱離操作が継続され
る。上述したように、本実施形態では排気絞り弁３７、
ターボチャージャ可変ノズル３６、ＥＧＲ弁２３の手段
により排気マニホルド圧力上昇を行うが、これらの手段
はいずれも比較的作動速度が遅いため作動開始から排気
マニホルドの圧力上昇までには時間遅れが生じる。そこ
で、本実施形態では、排気絞り弁３７、ターボチャージ
ャ可変ノズル３６、ＥＧＲ弁２３等の作動開始からある
程度の余裕を見た時間（ステップ５２３のｔ₀ に相当す
る時間）が経過したときにＤＰＦ４０に充分に大きな負
の圧力差が生じてアッシュが脱離したと判定するように
しているのである。

【００６７】ステップ５２３でｔ≧ｔ₀ となった場合に
はアッシュ脱離操作が完了したため、ステップ５１１に
進み走行距離積算値ＫＭがクリアされる。なお、ステッ
プ５０３でアッシュ脱離操作が必要ない場合（例えばＫ
Ｍの値が所定値に到達していない場合）及びステップ５
１３で現在機関が負荷領域Ｉ或いはＩＩで運転されてい
ない場合、ステップ５０７で加速終了または減速開始時
でない場合、及びステップ５１５で減速開始時でない場
合にはいずれもステップ５２５からステップ５２９の操
作が行われ、上述の計時カウンタｔの値がクリアされる
とともに、連通弁４３は開弁状態に保持され、排気マニ
ホルド圧力上昇操作は停止される。

【００６８】なお、本実施形態では連通弁４３を用いて
アッシュ脱離操作を行っているが、第２の実施形態（図
４）で説明したように連通弁４３に変えて一部気筒休止
により１気筒ずつアッシュ脱離操作を行うことも可能で
ある。また、負荷領域ＩＩにおける減速開始時に、排気
マニホルド圧力上昇操作に変えて吸入空気量絞り弁２７
による気筒吸入空気量低減操作と連通弁４３閉弁操作と
を併用、或いは気筒吸入空気量低減操作と一部気筒休止
操作とを併用するようにしても同様な効果を得ることが
できる。

【００６９】更に、負荷領域ＩＩにおける減速開始時に
は例えば排気絞り弁３７または吸入空気量絞り弁２３等
の絞りを比較的小さく（開度を比較的大きく）するよう
にすれば、機関運転性に与える影響を更に小さくするこ
とができる。 （４）第４の実施形態 次に本発明の第４の実施形態について説明する。

【００７０】前述の各実施形態では、アッシュ脱離操作
はいずれも特定の負荷領域で加速終了または減速開始が
行われたときにのみ実行される。この場合、機関が特定
の負荷領域以外で継続的に運転される場合や、特定の負
荷領域で運転されていても加速または減速が行われない
場合にはアッシュ堆積量が増大してもアッシュ脱離操作
は実行されないことになり、機関はＤＰＦ４０の圧損の
大きな状態で長時間運転されるようになる。

【００７１】本実施形態は、これを防止するためアッシ
ュ脱離操作を実行する必要があると判断されたときから
予め定めた脱離操作実行期間内にアッシュ脱離操作が実
行されない場合には、上記アッシュ脱離操作実行のため
の条件が成立していなくても強制的にアッシュを脱離さ
せるようにしている。この場合、機関運転状態によって
は排気圧力が低くなっている場合も考えられるため、本
実施形態では排気マニホルド圧力上昇操作と連通弁閉弁
操作とを併用することにより、低い排気圧力下でも確実
にＤＰＦに大きな負の圧力差が生じるようにしている。
これにより、アッシュ堆積量が増大した場合には確実に
アッシュ脱離操作が実行されるようになるため、機関が
ＤＰＦの圧損の高い状態で長時間運転されることが防止
される。

【００７２】図７は、本実施形態のアッシュ脱離操作を
説明するフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０に
より一定時間毎に実行されるルーチンにより実施され
る。図７、ステップ７０１は各パラメータの読み込み操
作を、ステップ７０３はアッシュ脱離操作要否の判定操
作を示している。ステップ７０１、７０３はそれぞれ図
２ステップ２０１、２０３と同一の操作である。

【００７３】ステップ７０３で現在アッシュ脱離操作が
必要とされた場合には、ステップ７０５で脱離操作実行
期間カウンタｃｔの値が増加される。カウンタｃｔは、
ステップ７０３でアッシュ脱離操作の必要がないと判定
された場合、すなわちアッシュ堆積量が許容範囲内であ
ると判定された場合には常にステップ７２７でクリアさ
れているため、ステップ７０７で算出されたカウンタｃ
ｔの値はアッシュ脱離操作が必要と判定されてからの経
過時間に対応した値となる。

【００７４】次いで、ステップ７０７ではカウンタｃｔ
の値が所定値ｃｔ₀ に到達したか否かが判定される。ｃ
ｔ₀ の値は、脱離操作実行期間に相当する値でありアッ
シュ堆積量が増大した状態での機関運転を許可する上限
時間として設定される。ステップ７０７でｃｔ＜ｃ
ｔ₀ 、すなわち脱離操作実行期間が経過していない場合
には、ステップ７０９で計時カウンタｔの値をクリアし
た後ステップ７１１から７１７が実行される。ステップ
７１１から７１７は図２ステップ２０５から２０１と同
一の操作であり、これにより、機関が所定の負荷領域
（図３、負荷領域Ｉと同じ負荷領域）で運転されてお
り、かつ機関の加速終了または減速開始が生じた場合に
は連通弁４３の閉弁のみによるアッシュ脱離操作が行わ
れる。また、ステップ７１１から７１５の操作によりア
ッシュ脱離操作が行われると、脱離操作実行要否の判定
のための走行距離積算値ＫＭはクリアされ、次回の操作
実行時にはステップ７２７で脱離操作実行期間カウンタ
ｃｔの値がクリアされるとともに、ステップ７２９では
連通弁４３が開弁状態に保持され、ステップ７３１では
排気マニホルド圧力上昇操作は停止されるようになる。

【００７５】一方、アッシュ脱離操作が必要であるにも
かかわらずステップ７１１、７１３のアッシュ脱離操作
実行条件が成立しない場合には、操作実行毎にステップ
７０５でカウンタｃｔの値が増大する。そして、アッシ
ュ脱離操作が実行されないまま、脱離操作実行期間が経
過するとステップ７０７ではｃｔ≧ｃｔ₀ となり、ステ
ップ７１９から７２５が実行されるようになる。ステッ
プ７１９から７２１は図５ステップ５１７から５２３と
同一の操作を示す。すなわち、ステップ７１９では排気
マニホルド圧力上昇操作が行われるとともに、ステップ
７２１では連通弁４３が閉弁される。これにより、ステ
ップ７１１と７１３の脱離操作実行条件が成立しない場
合にもアッシュ脱離操作が強制的に実行されるようにな
る。また、この状態は所定時間（計時カウンタｔの値が
０からｔ₀ に増大するまでの時間）保持され（ステップ
７２３、７２５）、上記所定時間が経過するとステップ
７１７が実行されてＫＭの値がクリアされる。すなわ
ち、アッシュの強制脱離操作は開始後所定時間（ｔ₀ ）
が経過すると終了する。この場合も、次回の操作実行時
にはステップ７０３の次にステップ７２７から７３１が
実行され、機関の通常運転が再開される。

【００７６】なお、本実施形態においても排気マニホル
ド圧力上昇操作の代りに吸気絞り弁２７による気筒吸入
空気量低減操作を、また、連通弁４３閉弁操作の代りに
一部気筒休止操作を行うことによりアッシュ脱離を行う
ようにすることも可能であることは言うまでもない。

【００７７】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、機関の
運転状態に大きな影響を与えることなくパティキュレー
トフィルタに堆積したアッシュを確実に脱離させること
が可能となる共通の効果を奏する。また、請求項４の発
明によれば、上記共通の効果に加えて更に、機関が排気
圧損の高い状態で長時間運転されることを防止可能とす
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した場
合の実施形態の概略構成を示す図である。

【図２】本発明によるアッシュ脱離操作の第１の実施形
態を説明するフローチャートである。

【図３】図２のアッシュ脱離操作を実行する機関負荷領
域を示す図である。

【図４】本発明によるアッシュ脱離操作の第２の実施形
態を説明するフローチャートである。

【図５】本発明によるアッシュ脱離操作の第３の実施形
態を説明するフローチャートである。

【図６】図５のアッシュ脱離操作を実行する機関負荷領
域を示す図である。

【図７】本発明によるアッシュ脱離操作の第４の実施形
態を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関 ２３…ＥＧＲ弁 ２７…吸気絞り弁 ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ） ３１…排気マニホルド ３５…ターボチャージャ ３６…可変ノズル ３７…排気絞り弁 ４０…パティキュレートフィルタ ４１…連通路 ４３…連通弁

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−54220（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−89046（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−334016（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−268910（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒の排気ポートと各気筒
   の排気が合流する排気集合部とを接続するそれぞれの排
   気枝管上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、 前記それぞれのパティキュレートフィルタを通って前記
   排気集合部から排気ポート側に逆流する排気流を生じさ
   せることにより前記パティキュレートフィルタに堆積し
   た不燃成分からなるアッシュを脱離させるアッシュ脱離
   手段と、 前記内燃機関が機関排気圧力が充分に上昇する領域とし
   て予め定められた負荷領域内で加速を終了、または減速
   を開始した時に、前記アッシュ脱離手段を作動させてア
   ッシュ脱離操作を行う脱離制御手段と、を備え、 前記アッシュ脱離手段は、前記排気枝管のパティキュレ
   ートフィルタ上流側部分と、少なくとも他の１つの気筒
   の排気枝管のパティキュレートフィルタ上流側部分とを
   連通する連通路と、該連通路を閉鎖可能な連通弁とを備
   え、アッシュ脱離操作時には前記連通路を閉鎖すること
   によりパティキュレートフィルタに前記排気逆流を生じ
   させる内 燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記脱離制御手段は、更に、機関排気圧
   力が前記負荷領域より低い前記負荷領域に隣接した予め
   定めた第２の負荷領域内で機関が減速を開始したときに
   も前記アッシュ脱離手段を作動させ、前記アッシュ脱離
   手段は前記第２の負荷領域内での作動時には前記連通路
   を閉鎖するとともに、排気マニホルドの圧力を上昇させ
   る操作を行う、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。
3. 【請求項３】 内燃機関の各気筒の排気ポートと各気筒
   の排気が合流する排気集合部とを接続するそれぞれの排
   気枝管上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、 前記それぞれのパティキュレートフィルタを通って前記
   排気集合部から排気ポート側に逆流する排気流を生じさ
   せることにより前記パティキュレートフィルタに堆積し
   た不燃成分からなるアッシュを脱離させるアッシュ脱離
   手段と、 前記内燃機関が予め定めた負荷領域において加速を終
   了、または減速を開始した時に、前記アッシュ脱離手段
   を作動させてアッシュ脱離操作を行う脱離制御手段と、
   を備え、 前記アッシュ脱離手段は、前記内燃機関の任意の１部の
   気筒の燃焼を停止する気筒休止手段を備え、アッシュ脱
   離操作時には１部の気筒の燃焼を停止することにより該
   １部の気筒の排気枝管に配置されたパティキュレートフ
   ィルタに前記排気逆流を生じさせる内燃機関の排気浄化
   装置。
4. 【請求項４】 更に、前記排気集合部からの排気の流出
   を抑制することにより排気集合部の排気圧力を上昇させ
   ること、若しくは各気筒に流入する吸入空気量を低下さ
   せること、のいずれか一方若しくは両方により前記それ
   ぞれのパティキュレートフィルタを通って前記排気集合
   部から排気ポート側に逆流する排気流を生じさせてパテ
   ィキュレートフィルタからアッシュを脱離させるアッシ
   ュ強制脱離手段を備え、 前記脱離制御手段は、予め定めたアッシュ脱離操作実行
   期間内に前記アッシュ脱離操作が実行されなかった場合
   には、前記脱離操作実行期間経過後に前記アッシュ強制
   脱離手段を作動させてアッシュの強制脱離操作を実行す
   る請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機
   関の排気浄化装置。