JP7067989B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

エンジンから排気された排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質を捕捉して取り除く車両用のフィルタとして、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）が知られている。このようなフィルタは、使用を継続するに従って粒子状物質によって目詰まりしてしまう。そこで、フィルタを昇温させることで捕捉された煤を燃焼させてフィルタから除去する再生処理が行われる。

再生処理を行う際に、排気ガス中の酸素が相対的に少ないと、煤の燃焼が促進されない。そこで、排気路に空気を噴射することで酸素を補う技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２００３－３１４２４５号公報

空気等の酸素含有ガスを排気路に供給する技術において、排気ガスを効率よく浄化できる技術の開発が希求されている。

本発明は、排気ガスを効率よく浄化することが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンの排気路に設けられた三元触媒と、排気路における三元触媒の下流側に設けられた、触媒機能を有するフィルタと、フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定部と、排気路における三元触媒とフィルタとの間に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、堆積量推定部によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の堆積閾値以上であり、エンジンの吸入空気量とフィルタの温度とに基づく所定の開始条件を満たすと、酸素含有ガス供給部を制御して、酸素含有ガスの供給を開始させる供給制御部と、を備え、堆積量推定部によって推定された粒子状物質の堆積量が第１の堆積閾値以上であり、第１の堆積閾値を上回る第２の堆積閾値未満である場合、開始条件は、吸入空気量が、アイドル運転の際の吸入空気量を上回る所定の吸入空気量以下であり、フィルタの温度が、三元触媒の温度が所定温度であると推定されるフィルタの温度以上かつフィルタの劣化温度未満である。

また、堆積量推定部によって推定された粒子状物質の堆積量が第２の堆積閾値以上である場合、開始条件は、吸入空気量が、アイドル運転の際の吸入空気量を上回る所定の吸入空気量以下であり、フィルタの温度が、粒子状物質を燃焼可能な温度の下限値以上かつフィルタの劣化温度未満であってもよい。

本発明によれば、排気ガスを効率よく浄化することが可能となる。

エンジンシステムの構成を示す概略図である。 排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 実施形態の開始条件を説明する図である。 排気ガス浄化処理の流れを説明するフローチャートである。 変形例の排気ガス浄化装置の構成を示す概略図である。 変形例の開始条件を説明する図である。 変形例の排気ガス浄化処理の流れを説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジンシステム１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、エンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１１０が設けられ、ＥＣＵ１１０によりエンジン１２０全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。また、ここでは、エンジン１２０として、ガソリンエンジンを例に挙げて説明する。

エンジン１２０は、複数の気筒１２２ａを有する多気筒エンジンであり、シリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａの吸気ポート１２４に、吸気マニホールド１２６が連通される。吸気マニホールド１２６の集合部には、エアチャンバ１２８を介して吸気路１３０が連通される。吸気路１３０の上流側には、エアクリーナ１３２が設けられる。エアクリーナ１３２の下流側には、スロットル弁１３４が設けられる。

また、エンジン１２０のシリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａの排気ポート１３６には、排気マニホールド１３８が連通される。排気マニホールド１３８の集合部には、排気路１４０を介してマフラー１４２が連通される。排気路１４０には、後述する排気ガス浄化装置２００が設けられる。

エンジン１２０には、点火プラグ１４８が、その先端が燃焼室１４６内に位置するように各気筒１２２ａそれぞれに対して設けられる。また、各気筒１２２ａの燃焼室１４６には、インジェクタ１５０が設けられる。

エンジンシステム１００には、吸気路１３０におけるエアクリーナ１３２とスロットル弁１３４との間に、エンジン１２０に流入する吸入空気量を検出する吸入空気量センサ１６０、および、エンジン１２０に流入する空気（外気）の温度を検出する吸気温センサ１６２が設けられる。また、エンジンシステム１００には、スロットル弁１３４の開度を検出するスロットル開度センサ１６４が設けられる。また、エンジンシステム１００には、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ１６６、アクセル（図示せず）の開度を検出するアクセル開度センサ１６８が設けられる。

これら各センサ１６０～１６８は、ＥＣＵ１１０に接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ１１０に出力する。

ＥＣＵ１１０は、各センサ１６０～１６８から出力された信号を取得してエンジン１２０を制御する。ＥＣＵ１１０は、エンジン１２０を制御する際、信号取得部１８０、目標値導出部１８２、空気量決定部１８４、噴射量決定部１８６、スロットル開度決定部１８８、点火時期決定部１９０、駆動制御部１９２として機能する。

信号取得部１８０は、各センサ１６０～１６８が検出した値を示す信号を取得する。目標値導出部１８２は、クランク角センサ１６６から取得したクランク角を示す信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。また、目標値導出部１８２は、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ１６８から取得したアクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。

空気量決定部１８４は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数および目標トルクなどに基づいて、各気筒１２２ａに供給する目標空気量を決定する。スロットル開度決定部１８８は、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量の合計量を導出し、合計量の空気を外部から吸気するための目標スロットル開度を決定する。

噴射量決定部１８６は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数および目標トルク、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量などに基づいて、各気筒１２２ａに供給する燃料の目標噴射量を決定する。また、噴射量決定部１８６は、決定した目標噴射量の燃料をエンジン１２０の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ１５０から噴射させるために、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各インジェクタ１５０の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。

点火時期決定部１９０は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数や目標トルク、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号などに基づいて、各気筒１２２ａでの点火プラグ１４８の目標点火時期を決定する。

駆動制御部１９２は、スロットル開度決定部１８８により決定された目標スロットル開度でスロットル弁１３４が開口するように、スロットル弁用アクチュエータ（図示せず）を駆動する。また、駆動制御部１９２は、噴射量決定部１８６により決定された目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ１５０を駆動することで、インジェクタ１５０から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部１９２は、点火時期決定部１９０により決定された目標点火時期で点火プラグ１４８を点火させる。

このようにして、燃焼室１４６で燃料が燃焼されたことにより生じた排気ガスは、排気路１４０を通じて外部に排出される。排気ガスには、炭化水素（ＨＣ：Hydro Carbon）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物(ＮＯｘ)や、煤等の粒子状物質が含まれるため、これらを除去する必要がある。そこで、排気路１４０に排気ガス浄化装置２００を設けておき、排気ガス浄化装置２００において、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、粒子状物質を除去する。

なお、ＥＣＵ１１０は、排気ガス浄化装置として機能する際、堆積量推定部１９４、供給制御部１９６として機能する。堆積量推定部１９４および供給制御部１９６については後に詳述する。

（排気ガス浄化装置２００）
図２は、排気ガス浄化装置２００の構成を示す概略図である。なお、図２中、信号の流れを破線の矢印で示す。図２に示すように、排気ガス浄化装置２００は、堆積量推定部１９４と、供給制御部１９６と、三元触媒（Three-Way Catalyst）２１０と、ＧＰＦ（フィルタ）２２０と、熱交換器２３０と、酸素含有ガス供給部２４０と、温度センサ２５０とを含む。

三元触媒２１０は、排気路１４０内に設けられる。三元触媒２１０は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒成分を含む。三元触媒２１０は、排気ポート１３６から排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。

ＧＰＦ２２０は、排気路１４０内における三元触媒２１０の下流側に設けられる。ＧＰＦ２２０は、排気ポート１３６から排気された排気ガス中の粒子状物質（煤）を捕捉する。ＧＰＦ２２０は、ウォールフロー型のフィルタである。本実施形態においてＧＰＦ２２０は、粒子状物質を捕捉する機能を有するとともに、触媒機能（例えば、三元触媒２１０と同様の、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する三元触媒の機能）を有する。

排気ガス浄化装置２００は、排気路１４０にＧＰＦ２２０を備える構成により、ＧＰＦ２２０に粒子状物質を堆積させて、排気ガスから除去することができる。そして、ＧＰＦ２２０に堆積した粒子状物質（炭素Ｃ）は、下記式（１）に示す反応（粒子状物質の酸化反応）を進行させることによってＧＰＦ２２０から除去され、ＧＰＦ２２０が再生される。
Ｃ ＋ Ｏ_２ → ＣＯ_２ …式（１）

しかし、本実施形態のエンジン１２０はガソリンエンジンであるため、噴射量決定部１８６は、基本的に理論空燃比（ストイキ）となるように燃料の目標噴射量を決定する。理論空燃比での運転では、排気ガスに含まれる酸素が低濃度となるため、ＧＰＦ２２０の再生処理が促進されない。再生処理が促進されないと、ＧＰＦ２２０に粒子状物質が過剰に堆積してしまい、ＧＰＦ２２０が目詰まりを起こして、圧力損失が大きくなってしまう。そうすると、燃費が悪化してしまうという問題がある。

そこで、排気ガス浄化装置２００は、熱交換器２３０、酸素含有ガス供給部２４０、温度センサ２５０を含み、所定の開始条件を満たした場合に、排気ガスの酸素濃度を増加させる。

具体的に説明すると、熱交換器２３０は、三元触媒２１０と外気（酸素含有ガス）とで熱交換を行う。本実施形態において、熱交換器２３０は、本体２３２と、供給管２３４とを含む。本体２３２は、少なくとも三元触媒２１０を囲繞する管である。本実施形態において、本体２３２は、三元触媒２１０および排気路１４０の一部（排気路１４０における三元触媒２１０から所定距離下流側まで）を囲繞する。なお、排気路１４０における本体２３２に囲繞される箇所には、供給口１４０ａが形成されている。供給管２３４は、一端が大気開放されており、他端が本体２３２に接続された管である。供給管２３４の他端は、本体２３２における三元触媒２１０を囲繞する箇所、具体的には、本体２３２における上流側（好ましくは、最も上流）に接続される。

酸素含有ガス供給部２４０は、ポンプで構成される。酸素含有ガス供給部２４０は、供給管２３４に設けられ、外気を供給管２３４に供給する。酸素含有ガス供給部２４０によって供給された外気は、本体２３２を通過した後、供給口１４０ａを通じて排気路１４０に供給される。したがって、酸素含有ガス供給部２４０によって外気が供給されると、本体２３２の通過過程において、外気は、三元触媒２１０と熱交換する。つまり、本体２３２の通過過程において外気は加熱され、三元触媒２１０は冷却される。こうして、熱交換器２３０によって加熱（熱交換）された外気は、供給口１４０ａを通じて排気路１４０に供給される。

温度センサ２５０は、排気路１４０における三元触媒２１０と供給口１４０ａとの間の排気ガスの温度を検出する。

堆積量推定部１９４は、ＧＰＦ２２０における粒子状物質の堆積量を推定する。堆積量推定部１９４は、例えば、エンジン１２０の運転条件や、前回外気を供給してから現在までの運転時間（走行距離）に基づいて粒子状物質の堆積量を推定する。

供給制御部１９６は、所定の開始条件を満たし、かつ、堆積量が所定の堆積閾値以上であると、酸素含有ガス供給部２４０を制御して、外気の供給を開始させる。ここで、開始条件は、吸入空気量センサ１６０が検出した吸入空気量と、ＧＰＦ２２０の温度とに基づいて設定される。なお、ＧＰＦ２２０の温度は、温度センサ２５０が検出した温度に基づいて推定される。

図３は、本実施形態の開始条件を説明する図である。図３において、縦軸は吸入空気量を示し、横軸はＧＰＦ２２０の温度を示す。アイドル状態（アクセル開度センサ１６８が検出したアクセルの開度が０（ゼロ）、かつ、車速が０（ゼロ））である際の吸入空気量をＫｍｉｎ、アクセル開度センサ１６８が検出したアクセルの開度が０を上回る所定の空気量閾値である際の吸入空気量をＫｍａｘ（例えば、４０ｇ／秒）とする。なお、空気量閾値は、三元触媒２１０に加えてＧＰＦ２２０で排気ガスを浄化しなければ、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を浄化できない吸入空気量の下限値である。また、粒子状物質を燃焼可能な温度の下限値をＴｍｉｎ、ＧＰＦ２２０の劣化温度をＴｍａｘとする。ここで、劣化温度は、ＧＰＦ２２０に担持された触媒が劣化する温度の下限値、または、ＧＰＦ２２０が溶損する温度の下限値である。

吸入空気量がＫｍａｘ以上である場合、排気路１４０に外気を供給すると、ＧＰＦ２２０がリーン雰囲気（ストイキよりも酸素が過剰な雰囲気）となる。この場合、ＧＰＦ２２０において窒素酸化物を浄化できなくなってしまう。したがって、供給制御部１９６は、吸入空気量がＫｍａｘ以上である場合およびＫｍｉｎ未満である場合、酸素含有ガス供給部２４０を駆動しない。

また、ＧＰＦ２２０の温度がＴｍｉｎ未満である場合、外気を供給しても粒子状物質の燃焼（再生処理）は行われない。一方、ＧＰＦ２２０の温度がＴｍａｘ以上である場合、外気を供給してしまうと、粒子状物質の燃焼が促進され、ＧＰＦ２２０に担持された触媒が劣化したり、ＧＰＦ２２０自体が溶損したりしてしまう。

したがって、供給制御部１９６は、吸入空気量がＫｍｉｎ以上Ｋｍａｘ未満であり、ＧＰＦ２２０の温度がＴｍｉｎ以上Ｔｍａｘ未満である場合（以下、「供給可能範囲」と称する）に開始条件を満たしたとして、酸素含有ガス供給部２４０を駆動して外気を供給させるとよい。

ただし、供給制御部１９６は、供給可能範囲内の供給推奨範囲を開始条件とし、供給推奨範囲において酸素含有ガス供給部２４０を駆動して外気を供給させると、さらに効率よく再生処理を行うことができる。具体的に説明すると、供給推奨範囲は、吸入空気量がＫｍｉｎ以上Ｋｍａｘ未満であり、ＧＰＦ２２０の温度がＴｔｈ以上Ｔｍａｘ未満の範囲である。

また、Ｔｔｈは、Ｔｍｉｎを上回り、Ｔｍａｘ未満の所定の温度である。Ｔｔｈは、三元触媒２１０の温度が所定のＯＴＰ抑制温度（所定温度）であると推定されるＧＰＦ２２０の温度である。ＯＴＰ抑制温度は、過昇温防止制御（ＯＴＰ：Over Temperature Protection）の開始温度未満の温度である。ＯＴＰは、噴射量決定部１８６を制御して、排気ガスの空燃比がリッチとなるように燃料の噴射量を増加させる制御である。ＯＴＰを開始させることにより、三元触媒２１０の温度を低下させることができる。これにより、三元触媒２１０の劣化を防止することが可能となる。

ＧＰＦ２２０の温度がＴｔｈ以上である場合、酸素含有ガス供給部２４０を駆動させると、ＯＴＰが開始される前に三元触媒２１０を冷却することができる。これにより、ＯＴＰの作動を回避することができ、燃費を悪化させずに、三元触媒２１０を冷却することが可能となる。

続いて、排気ガス浄化装置２００を用いた排気ガスの浄化処理について説明する。図４は、排気ガス浄化処理の流れを説明するフローチャートである。

（第１堆積量判定処理Ｓ３１０）
堆積量推定部１９４は、ＧＰＦ２２０における粒子状物質の堆積量が第１の堆積閾値以上であるか否かを判定する。ここで、第１の堆積閾値は、再生処理が必要な粒子状物質の堆積量の下限値である。堆積量推定部１９４は、第１の堆積閾値以上であると判定した場合には（Ｓ３１０におけるＹＥＳ）、第２堆積量判定処理Ｓ３２０に処理を移し、第１の堆積閾値以上ではないと判定した場合には（Ｓ３１０におけるＮＯ）、温度判定処理Ｓ３７０に処理を移す。

（第２堆積量判定処理Ｓ３２０）
堆積量推定部１９４は、ＧＰＦ２２０における粒子状物質の堆積量が第１の堆積閾値を上回る第２の堆積閾値以上であるか否かを判定する。ここで、第２の堆積閾値は、ＧＰＦ２２０における粒子状物質の堆積量の上限値である。つまり、第２の堆積閾値は、直ちに再生処理を行う必要がある粒子状物質の堆積量である。堆積量推定部１９４は、第２の堆積閾値以上であると判定した場合には（Ｓ３２０におけるＹＥＳ）、第２開始条件判定処理Ｓ３５０に処理を移し、第２の堆積閾値以上ではない（第２の堆積閾値未満である）と判定した場合には（Ｓ３２０におけるＮＯ）、第１開始条件判定処理Ｓ３３０に処理を移す。

（第１開始条件判定処理Ｓ３３０）
供給制御部１９６は、吸入空気量センサ１６０が検出した吸入空気量、および、温度センサ２５０が検出した排気ガスの温度に応じて推定したＧＰＦ２２０の温度に基づき、開始条件を満たすか否か、つまり、供給推奨範囲であるか否かを判定する。その結果、開始条件を満たす（供給推奨範囲内である）と判定した場合には（Ｓ３３０におけるＹＥＳ）、供給処理Ｓ３４０に処理を移し、開始条件を満たさない（供給推奨範囲内ではない）と判定した場合には（Ｓ３３０におけるＮＯ）、排気ガス浄化処理を終了する。

（供給処理Ｓ３４０）
供給制御部１９６は、酸素含有ガス供給部２４０を駆動して、外気の供給を開始し、再生処理を開始する。そして、供給制御部１９６は、外気の供給を開始してから所定時間が経過した後、酸素含有ガス供給部２４０の駆動を停止して、排気ガス浄化処理を終了する。なお、所定時間は、５秒以上３０秒以下である。

（第２開始条件判定処理Ｓ３５０）
供給制御部１９６は、吸入空気量センサ１６０が検出した吸入空気量、および、温度センサ２５０が検出した排気ガスの温度に応じて推定したＧＰＦ２２０の温度に基づき、開始条件を満たすか否か、つまり、供給可能範囲であるか否かを判定する。その結果、開始条件を満たす（供給可能範囲内である）と判定した場合には（Ｓ３５０におけるＹＥＳ）、供給処理Ｓ３６０に処理を移し、開始条件を満たさない（供給可能範囲内ではない）と判定した場合には（Ｓ３５０におけるＮＯ）、排気ガス浄化処理を終了する。

（供給処理Ｓ３６０）
供給制御部１９６は、酸素含有ガス供給部２４０を駆動して、外気の供給を開始し、再生処理を開始する。そして、供給制御部１９６は、外気の供給を開始してから所定時間が経過した後、酸素含有ガス供給部２４０の駆動を停止して、排気ガス浄化処理を終了する。なお、所定時間は、供給処理Ｓ３４０の所定時間より長い時間である。

（温度判定処理Ｓ３７０）
供給制御部１９６は、温度センサ２５０が検出した排気ガスの温度に応じて推定したＧＰＦ２２０の温度がＴｔｈ以上であるか否かを判定する。その結果、Ｔｔｈ以上であると判定した場合には、燃費判定処理Ｓ３８０に処理を移し、Ｔｔｈ以上ではないと判定した場合には、排気ガス浄化処理を終了する。

（燃費判定処理Ｓ３８０）
供給制御部１９６は、温度センサ２５０が検出した排気ガスの温度に応じて三元触媒２１０の温度を推定する。そして、供給制御部１９６は、三元触媒２１０の温度に基づき、三元触媒２１０の温度を所定の安全温度まで低下させるために必要な燃料の量（ＯＴＰを開始して使用する燃料の量）を算出する。具体的に説明すると、三元触媒２１０の温度と、安全温度まで低下させるために必要な燃料の量とが関連付けられたマップが不図示のメモリに保持されており、供給制御部１９６は、マップを参照して、燃料の量を算出する。なお、安全温度は、三元触媒２１０が劣化しない温度である。

また、供給制御部１９６は、吸気温センサ１６２が検出した外気の温度に基づき、熱交換によって三元触媒２１０を安全温度まで低下させるために必要な外気の量を算出する。そして、供給制御部１９６は、算出した量の外気を供給するために、酸素含有ガス供給部２４０の駆動に要する電気エネルギーを算出する。また、供給制御部１９６は、算出した電気エネルギーを燃料の量に換算する（電気エネルギーを燃料の量に換算した値を燃料換算値と称する）。

続いて、供給制御部１９６は、ＯＴＰを開始して使用する燃料の量が、酸素含有ガス供給部２４０の駆動に要する燃料換算値より高いか否かを判定する。その結果、供給制御部１９６は、ＯＴＰを開始して使用する燃料の量が、外気を供給するための燃料換算値よりも高いと判定した場合には（Ｓ３８０におけるＹＥＳ）、供給処理Ｓ３９０に処理を移し、ＯＴＰを開始して使用する燃料の量が、外気を供給するための燃料換算値以下であると判定した場合には（Ｓ３８０におけるＮＯ）、排気ガス浄化処理を終了する。

（供給処理Ｓ３９０）
供給制御部１９６は、酸素含有ガス供給部２４０を駆動して、外気の供給を開始し、三元触媒２１０の冷却を開始する。そして、供給制御部１９６は、外気の供給を開始してから所定時間が経過した後、酸素含有ガス供給部２４０の駆動を停止して、排気ガス浄化処理を終了する。なお、所定時間は、三元触媒２１０が安全温度になるまでの時間である。

以上説明したように、本実施形態の排気ガス浄化装置２００は、吸入空気量とＧＰＦ２２０の温度とに基づいて、外気を供給するため、ＧＰＦ２２０の再生処理を効率よく行うとともに、三元触媒２１０を効率よく冷却することができる。

また、酸素含有ガス供給部２４０が三元触媒２１０とＧＰＦ２２０との間に外気を供給することにより、三元触媒２１０がリーン雰囲気となってしまう事態を回避することができる。これにより、三元触媒２１０において、効率よく排気ガスを浄化することができる。

（変形例）
上記実施形態において、エンジンシステム１００（排気ガス浄化装置２００）が熱交換器２３０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、熱交換器２３０は必須の構成ではない。

図５は、変形例の排気ガス浄化装置４００の構成を示す概略図である。なお、図５中、信号の流れを破線の矢印で示す。図５に示すように、変形例の排気ガス浄化装置４００は、堆積量推定部１９４と、三元触媒２１０と、ＧＰＦ２２０と、酸素含有ガス供給部４４０と、温度センサ４５０と、供給制御部４９６とを含む。なお、上記排気ガス浄化装置２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、排気路１４０における三元触媒２１０とＧＰＦ２２０との間には、供給管４４２が接続される。供給管４４２は、端部が大気開放されている。酸素含有ガス供給部４４０は、ポンプで構成される。酸素含有ガス供給部４４０は、供給管４４２に設けられ、外気を供給管４４２に供給する。酸素含有ガス供給部４４０によって供給された外気は、供給管４４２を通じて排気路１４０に供給される。

温度センサ４５０は、排気路１４０における供給管４４２の接続箇所とＧＰＦ２２０との間の排気ガスの温度を検出する。

供給制御部４９６は、開始条件を満たし、かつ、堆積量が第１の堆積閾値以上であると、酸素含有ガス供給部４４０を制御して、外気の供給を開始させる。

図６は、変形例の開始条件を説明する図である。図６において、縦軸は吸入空気量を示し、横軸はＧＰＦ２２０の温度を示す。なお、図６における供給可能範囲は、上記実施形態で既に説明した供給可能範囲（図３参照）と実質的に等しいため、ここでは、説明を省略する。

変形例の供給推奨範囲は、吸入空気量がＫｍｉｎ以上Ｋｂ以下であり、ＧＰＦ２２０の温度がＴｍｉｎ以上Ｔｍａｘ未満の範囲である。ここで、Ｋｂは、Ｋｍｉｎを上回り、Ｋｍａｘ未満の所定の吸入空気量である。

吸入空気量がＫｂ以下の場合、吸入空気量がＫｂを上回る場合と比較して排気ガスの量が少ない。したがって、供給する外気の量が少なくても、排気ガス中の酸素濃度を増加させることができる。このため、Ｋｂは、排気ガス中の酸素濃度を効率よく増加させることができる吸入空気量に決定される。

つまり、供給制御部４９６が、変形例の供給推奨範囲を開始条件とし、供給推奨範囲において酸素含有ガス供給部４４０を駆動して外気を供給させることで、相対的に少ない量の外気で排気ガスの酸素濃度を増加させることが可能となる。

続いて、排気ガス浄化装置４００を用いた排気ガスの浄化処理について説明する。図７は、変形例の排気ガス浄化処理の流れを説明するフローチャートである。

（堆積量判定処理Ｓ５１０）
堆積量推定部１９４は、ＧＰＦ２２０における粒子状物質の堆積量が第１の堆積閾値以上であるか否かを判定する。堆積量推定部１９４は、第１の堆積閾値以上ではないと判定した場合には（Ｓ５１０におけるＮＯ）、排気ガス浄化処理を終了し、第１の堆積閾値以上であると判定した場合には（Ｓ５１０におけるＹＥＳ）、開始条件判定処理Ｓ５２０に処理を移す。

（開始条件判定処理Ｓ５２０）
供給制御部４９６は、吸入空気量センサ１６０が検出した吸入空気量、および、温度センサ４５０が検出した排気ガスの温度に応じて推定したＧＰＦ２２０の温度に基づき、開始条件を満たすか否か、つまり、供給推奨範囲であるか否かを判定する。その結果、開始条件を満たす（供給推奨範囲である）と判定した場合には（Ｓ５２０におけるＹＥＳ）、供給処理Ｓ５３０に処理を移し、開始条件を満たさない（供給推奨範囲ではない）と判定した場合には（Ｓ５２０におけるＮＯ）、排気ガス浄化処理を終了する。

（供給処理Ｓ５３０）
供給制御部４９６は、酸素含有ガス供給部４４０を駆動して、外気の供給を開始する。そして、供給制御部４９６は、外気の供給を開始してから所定時間が経過した後、酸素含有ガス供給部４４０の駆動を停止して、排気ガス浄化処理を終了する。なお、所定時間は、５秒以上３０秒以下である。

このように、変形例の排気ガス浄化装置４００は、吸入空気量とＧＰＦ２２０の温度とに基づいて、外気を供給するため、ＧＰＦ２２０の再生処理を効率よく行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記実施形態および変形例において、ＥＣＵ１１０が堆積量推定部１９４、供給制御部１９６、４９６として機能する構成を例に挙げて説明した。しかし、堆積量推定部１９４、供給制御部１９６、４９６は、ＥＣＵ１１０と別体で構成されてもよい。

また、上記実施形態および変形例において、酸素含有ガス供給部２４０、４４０が酸素含有ガスとして外気を供給する場合を例に挙げて説明した。しかし、酸素含有ガス供給部２４０、４４０が供給する酸素含有ガスは、理論空燃比の排気ガスより酸素濃度が高いガスであればよい。

また、上記実施形態において、温度センサ２５０が三元触媒２１０と供給口１４０ａとの間の排気ガスの温度を検出する構成を例に挙げて説明した。しかし、温度センサ２５０は、少なくともＧＰＦ２２０の温度を推定できれば検出位置に限定はない。同様に、変形例において、温度センサ４５０が、供給管４４２の接続箇所とＧＰＦ２２０との間の排気ガスの温度を検出する構成を例に挙げて説明した。しかし、温度センサ４５０は、少なくともＧＰＦ２２０の温度を推定できれば検出位置に限定はない。

また、上記実施形態および変形例において、温度センサ２５０、４５０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００、４００は、ＧＰＦ２２０の温度を推定できれば、温度センサ２５０、４５０を備えずともよい。例えば、排気ガス浄化装置２００、４００は、エンジンの回転数に基づいて、ＧＰＦ２２０の温度を推定してもよい。

また、上記実施形態および変形例において、ＧＰＦ２２０が触媒を含む構成を例に挙げて説明したが、ＧＰＦ２２０は粒子状物質を捕捉できればよく、触媒を含まずともよい。

また、供給制御部１９６は、上記実施形態の供給推奨範囲および変形例の供給推奨範囲を開始条件としてもよい。具体的に説明すると、ＧＰＦ２２０の温度がＴｍｉｎ以上Ｔｔｈ未満であり、吸入空気量がＫｍｉｎ以上Ｋｂ以下である場合、および、ＧＰＦ２２０の温度がＴｈ以上Ｔｍａｘ未満であり、吸入空気量がＫｍｉｎ以上Ｋｍａｘ以下である場合を開始条件としてもよい。

また、上記実施形態において、吸入空気量がＫｍｉｎ以上Ｋｍａｘ以下である場合を供給推奨範囲とした。つまり、変形例と比較して、吸入空気量が多い場合も供給推奨範囲とした。これにより、実施形態において、供給推奨範囲を満たさない場合を低減することができる。なお、供給推奨範囲を面積に換算すると、実施形態の供給推奨範囲と、変形例の供給推奨範囲とは、実質的に等しい面積であってもよい。

また、上記実施形態において、熱交換器２３０が本体２３２と供給管２３４とを備える構成を例に挙げて説明した。しかし、熱交換器２３０は、三元触媒２１０と外気（酸素含有ガス）とを熱交換できれば構成に限定はない。

また、上記実施形態において、エンジン１２０としてガソリンエンジンを例に挙げて説明した。しかし、排気ガス浄化装置２００は、エンジンの種類に限らず（例えば、ディーゼルエンジン）、エンジンから排気された排気ガスに含まれる粒子状物質を取り除くことができる。

本発明は、排気ガス浄化装置に利用できる。

１９６、４９６ 供給制御部
２００ 排気ガス浄化装置
２１０ 三元触媒
２２０ ＧＰＦ（フィルタ）
２３０ 熱交換器
２４０、４４０ 酸素含有ガス供給部

Claims (2)

1. エンジンの排気路に設けられた三元触媒と、
   前記排気路における前記三元触媒の下流側に設けられた、触媒機能を有するフィルタと、
   前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する堆積量推定部と、
   前記排気路における前記三元触媒と前記フィルタとの間に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、
   前記堆積量推定部によって推定された粒子状物質の堆積量が所定の堆積閾値以上であり、前記エンジンの吸入空気量と前記フィルタの温度とに基づく所定の開始条件を満たすと、前記酸素含有ガス供給部を制御して、前記酸素含有ガスの供給を開始させる供給制御部と、
   を備え、
   前記堆積量推定部によって推定された粒子状物質の堆積量が第１の堆積閾値以上であり、前記第１の堆積閾値を上回る第２の堆積閾値未満である場合、
   前記開始条件は、
   前記吸入空気量が、アイドル運転の際の吸入空気量を上回る所定の吸入空気量以下であり、
   前記フィルタの温度が、前記三元触媒の温度が所定温度であると推定される前記フィルタの温度以上かつ前記フィルタの劣化温度未満である排気ガス浄化装置。
2. 前記堆積量推定部によって推定された粒子状物質の堆積量が前記第２の堆積閾値以上である場合、
   前記開始条件は、
   前記吸入空気量が、アイドル運転の際の吸入空気量を上回る所定の吸入空気量以下であり、
   前記フィルタの温度が、粒子状物質を燃焼可能な温度の下限値以上かつ前記フィルタの劣化温度未満である請求項１に記載の排気ガス浄化装置。

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