JP7144957B2

JP7144957B2 - 排ガス浄化再生装置

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Publication number: JP7144957B2
Application number: JP2018066050A
Authority: JP
Inventors: 崇紀榎本
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2022-09-30
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019173741A

Description

本発明は、排ガス浄化再生装置に関する。

特許文献１には、排気流路に設けられる排気ガス浄化部（例えば、触媒）の温度が目標温度以下である場合、過給機を駆動させ、吸気流路からＥＧＲ流路を介して排気流路に空気を供給し、排気ガス浄化部の温度を高める排ガス浄化再生装置について開示がある。

特開２００７－３３２９２５号公報

しかし、特許文献１では、吸気流路からＥＧＲ流路を介して排気流路に空気を供給するために、吸気圧を排気圧よりも高くする必要があり、過給機のコンプレッサを回転駆動させる電動機を設ける必要があった。したがって、特許文献１では、排気ガス浄化部を再生させる排ガス浄化再生装置の構成が複雑になるという問題があった。

そこで、本発明は、簡易な構成で、排気ガス浄化部を再生可能な排ガス浄化再生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、本発明による排ガス浄化再生装置は、吸気流路に設けられたコンプレッサの上流側と下流側とを連通させるエアバイパス流路と、前記エアバイパス流路を開閉するエアバイパスバルブと、前記エアバイパス流路から分岐し、排気ガス浄化部を有する排気流路と連通する分岐流路と、前記分岐流路を開閉する分岐バルブと、前記エアバイパスバルブの駆動状態に基づいて、前記分岐バルブの開度を制御する制御部と、前記吸気流路のうち、前記コンプレッサの下流側と前記エアバイパス流路との接続箇所より下流側に配置されるインテークマニホールドと、を備え、前記エアバイパスバルブは、前記吸気流路から前記エアバイパス流路に流入する圧縮空気の圧力が、前記インテークマニホールド内の圧力よりも大きくなるときに開状態となるバルブである。

前記制御部は、前記エアバイパスバルブが開状態である場合に、前記分岐バルブを開状態に制御し、前記エアバイパスバルブが閉状態である場合に、前記分岐バルブを閉状態に制御してもよい。

前記制御部は、エンジン負荷に応じて決定される空燃比に応じて、前記分岐バルブの開度を制御してもよい。

前記制御部は、前記空燃比が理論空燃比またはリッチであり、前記エアバイパスバルブが開状態である場合に、前記分岐バルブを開状態に制御し、前記空燃比がリーン、または、前記エアバイパスバルブが閉状態である場合に、前記分岐バルブを閉状態に制御してもよい。

本発明によれば、簡易な構成で、排気ガス浄化部を再生させることができる。

本実施形態のエンジンシステムの構成を示す概略図である。分岐バルブ制御部によるＧＰＦの再生処理のフローチャートを示す図である。

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、本実施形態のエンジンシステム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は、エンジン１０２およびＥＣＵ（Engine Control Unit）１０４が設けられている。ＥＣＵ１０４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により構成され、エンジン１０２全体を統括制御する。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。

エンジン１０２は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０と一体形成されたクランクケース１２と、シリンダブロック１０に連結されたシリンダヘッド１４とが設けられている。

シリンダブロック１０には、複数のシリンダ１６が形成されており、シリンダ１６には、ピストン１８が摺動自在にコネクティングロッド２０に支持される。そして、シリンダヘッド１４と、シリンダ１６と、ピストン１８の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室２２として形成される。

また、エンジン１０２には、クランクケース１２によってクランク室２４が形成されており、クランク室２４内にクランクシャフト２６が回転自在に支持される。クランクシャフト２６には、コネクティングロッド２０を介してピストン１８が連結される。

シリンダヘッド１４には、吸気ポート２８および排気ポート３０が燃焼室２２に連通するように形成される。

吸気ポート２８には、インテークマニホールド３２を含む吸気流路３４が接続される。吸気ポート２８は、インテークマニホールド３２に臨む吸気の上流側に１つの開口が形成されている。また、吸気ポート２８は、燃焼室２２に臨む下流側に２つの開口が形成されている。これにより、吸気ポート２８は、上流から下流に向かう途中で流路が２つに分岐される。吸気ポート２８は、吸気の上流側でインテークマニホールド３２と連通し、吸気の下流側で各シリンダ１６と連通する。インテークマニホールド３２の集合部には、吸気流路３４が連通される。

吸気ポート２８と燃焼室２２との間には、吸気バルブ３６の先端（傘）が位置している。吸気バルブ３６の末端には、ロッカーアーム３８を介して、吸気用カムシャフト４０に固定されたカム４２が当接されている。吸気バルブ３６は、吸気用カムシャフト４０の回転に伴って、吸気ポート２８を燃焼室２２に対して開閉する。

排気ポート３０には、エキゾーストマニホールド４４を含む排気流路４６が接続される。排気ポート３０は、燃焼室２２に臨む排気の上流側に２つの開口が形成されている。また、排気ポート３０は、エキゾーストマニホールド４４に臨む下流側に１つの開口が形成されている。これにより排気ポート３０は、上流から下流に向かう途中で流路が１つに統合される。排気ポート３０は、排気の上流側で各シリンダ１６と連通し、排気の下流側でエキゾーストマニホールド４４と連通する。エキゾーストマニホールド４４の集合部には、排気流路４６が連通される。

排気ポート３０と燃焼室２２との間には、排気バルブ４８の先端（傘）が位置している。排気バルブ４８の末端には、ロッカーアーム５０を介して、排気用カムシャフト５２に固定されたカム５４が当接されている。排気バルブ４８は、排気用カムシャフト５２の回転に伴って、排気ポート３０を燃焼室２２に対して開閉する。

また、シリンダヘッド１４には、先端が燃焼室２２内に位置するようにインジェクタ５６および点火プラグ５８が設けられている。インジェクタ５６は、燃焼室２２に燃料を噴射する。点火プラグ５８は、吸気ポート２８を介して燃焼室２２に流入した空気と、インジェクタ５６から噴射された燃料との混合気を所定のタイミングで点火して燃焼させる。かかる燃焼により、ピストン１８がシリンダ１６内で往復運動を行う。そして、クランクシャフト２６は、ピストン１８の往復運動により、コネクティングロッド２０を通じて回転運動を行う。

吸気流路３４には、上流側から順に、エアクリーナ６０、インタークーラ６２、スロットルバルブ６４が設けられている。エアクリーナ６０は、外気から吸入された空気に混合する異物を除去する。インタークーラ６２は、後述する過給機８０のコンプレッサ８４によって圧縮された空気を冷却する。スロットルバルブ６４は、アクセル（不図示）の開度に応じてアクチュエータ６６により開閉駆動され、燃焼室２２へ送出する空気量を調節する。

排気流路４６内には、三元触媒（Three-Way Catalyst）６８とＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）７０が設けられる。三元触媒６８は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含む。三元触媒６８は、燃焼室２２から排出された排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

ＧＰＦ（排気ガス浄化部）７０は、排気流路４６内における三元触媒６８の下流側に設けられる。ＧＰＦ７０は、燃焼室２２から排気された排気ガス中の粒子状物質（煤）を捕捉（捕集）する。ＧＰＦ７０は、例えばウォールフロー型のフィルタである。ＧＰＦ７０は、内部に粒子状物質を堆積させることで、排気ガスから粒子状物質を除去することができる。本実施形態においてＧＰＦ７０は、粒子状物質を捕捉する捕捉機能と、触媒機能（例えば、三元触媒６８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）とを含む。ＧＰＦ７０は、捕捉した粒子状物質を燃焼（酸化）除去することで捕捉機能を再生させることができる。

具体的に、ＧＰＦ７０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ＧＰＦ７０から除去され、ＧＰＦ７０が再生される。
Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２ …式（１）

また、エンジン１０２には、過給機８０が設けられる。過給機８０は、タービン８２と、コンプレッサ８４と、タービン８２およびコンプレッサ８４を一体回転可能に接続するタービンシャフト８６とを含んで構成される。タービン８２は、排気流路４６における三元触媒６８の上流側に設けられ、燃焼室２２から排出される排気ガスによって回転する。コンプレッサ８４は、吸気流路３４におけるエアクリーナ６０と、インタークーラ６２との間に設けられ、タービン８２の回転に伴って回転し、エアクリーナ６０で塵や埃などの不純物（ダスト）が除去された吸気を圧縮して下流に供給する。

また、エンジン１０２には、ＧＰＦ７０の捕捉機能を再生させるための排ガス浄化再生装置２００が設けられる。排ガス浄化再生装置２００は、エアバイパス流路２０２と、エアバイパスバルブ２０４と、開閉バルブ２０５と、分岐流路２０６と、分岐バルブ２０８と、後述する分岐バルブ制御部１２４とを備える。

エアバイパス流路２０２は、コンプレッサ８４を迂回して、コンプレッサ８４の上流側の吸気流路（以下、上流側吸気流路という）３４ａと、コンプレッサ８４の下流側の吸気流路（以下、下流側吸気流路という）３４ｂを連通する。エアバイパス流路２０２と上流側吸気流路３４ａとは、エアクリーナ６０とコンプレッサ８４との間で接続される。また、エアバイパス流路２０２と下流側吸気流路３４ｂとは、コンプレッサ８４とインタークーラ６２との間で接続される。

エアバイパス流路２０２には、エアバイパスバルブ２０４が介装される。エアバイパスバルブ２０４は、ダイアフラム式のバルブであり、エアバイパス流路２０２を開閉する。エアバイパスバルブ２０４は、下流側吸気流路３４ｂからエアバイパス流路２０２に流入する圧縮空気の圧力が、インテークマニホールド３２内の圧力よりも大きくなるときに開状態となる。また、エアバイパスバルブ２０４は、下流側吸気流路３４ｂからエアバイパス流路２０２に流入する圧縮空気の圧力が、インテークマニホールド３２内の圧力よりも小さくなるときに閉状態となる。例えば、エアバイパスバルブ２０４は、運転者がアクセルを放したときなど、インテークマニホールド３２内の圧力が負圧となるときに開状態となり、下流側吸気流路３４ｂの圧力が過剰となることを防止する。

また、エアバイパス流路２０２には、開閉バルブ２０５が介装される。開閉バルブ２０５は、エアバイパスバルブ２０４よりも下流側（エアバイパスバルブ２０４に対し上流側吸気流路３４ａ側）に配される。開閉バルブ２０５は、エアバイパス流路２０２を開閉可能に構成される。開閉バルブ２０５は、ＥＣＵ１０４（分岐バルブ制御部）１２４から送信される信号に基づいて開状態または閉状態に制御される。

分岐流路２０６は、エアバイパス流路２０２と排気流路４６を連通する。分岐流路２０６とエアバイパス流路２０２とは、開閉バルブ２０５と、エアバイパスバルブ２０４との間で接続される。換言すれば、分岐流路２０６とエアバイパス流路２０２とは、エアバイパス流路２０２と上流側吸気流路３４ａの接続部（合流部）と、エアバイパスバルブ２０４との間で接続される。分岐流路２０６と排気流路４６とは、三元触媒６８とＧＰＦ７０との間で接続される。

分岐流路２０６には、分岐バルブ２０８が介装される。分岐バルブ２０８は、分岐流路２０６を開閉可能に構成される。分岐バルブ２０８は、ＥＣＵ１０４（分岐バルブ制御部１２４）から送信される信号に基づいて開度が制御される。

また、エンジンシステム１００には、アクセル開度センサ９０、クランク角センサ９２、吸入空気量センサ９４、差圧センサ９６、温度センサ９８が設けられる。アクセル開度センサ９０は、アクセルペダルの踏み込み量を検出する。クランク角センサ９２は、クランクシャフト２６近傍に設けられており、クランクシャフト２６が所定角度回転する毎にパルス信号を出力する。吸入空気量センサ９４は、吸気流路３４内におけるエアクリーナ６０とスロットルバルブ６４との間に設けられており、エンジン１０２に流入する吸入空気量を検出する。差圧センサ９６は、排気流路４６内におけるＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差を検出する。温度センサ９８は、ＧＰＦ７０の温度を検出する。

これら各センサ９０～９８は、ＥＣＵ１０４に接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ１０４に出力する。

ＥＣＵ１０４は、各センサ９０～９８から出力された信号を取得してエンジン１０２を制御する。ＥＣＵ１０４は、エンジン１０２を制御する際、信号取得部１１０、目標値導出部１１２、空気量決定部１１４、噴射量決定部１１６、スロットル開度決定部１１８、点火時期決定部１２０、駆動制御部１２２、分岐バルブ制御部１２４として機能する。

信号取得部１１０は、各センサ９０～９８が検出した値を示す信号を取得する。目標値導出部１１２は、クランク角センサ９２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１１２は、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ９０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１１４は、目標値導出部１１２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に基づいて、各シリンダ１６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１１８は、空気量決定部１１４により決定された各シリンダ１６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１１６は、空気量決定部１１４により決定された各シリンダ１６の目標空気量に基づいて、各シリンダ１６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１１６は、決定した目標噴射量の燃料をエンジン１０２の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ５６から噴射させるために、クランク角センサ９２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５６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１２０は、目標値導出部１１２により導出された目標エンジン回転数、および、クランク角センサ９２により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各シリンダ１６での点火プラグ５８の目標点火時期を決定する。

駆動制御部１２２は、スロットル開度決定部１１８により決定された目標スロットル開度でスロットルバルブ６４が開口するようにアクチュエータ６６を駆動させる。また、駆動制御部１２２は、噴射量決定部１１６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５６を駆動することで、インジェクタ５６から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部１２２は、点火時期決定部１２０により決定された目標点火時期で点火プラグ５８を点火させる。

分岐バルブ制御部１２４は、排ガス浄化再生装置２００の分岐バルブ２０８の開度を制御する。分岐バルブ制御部１２４は、基本状態として分岐バルブ２０８を閉状態に制御する。分岐バルブ制御部１２４は、後述するＧＰＦ７０の再生処理を実行する場合、分岐バルブ２０８を閉状態から開状態に制御する。

また、分岐バルブ制御部１２４は、開閉バルブ２０５を開状態または閉状態に制御する。分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８の開閉状態に応じて開閉バルブ２０５の開閉状態を制御する。具体的に、分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８を開状態に制御している間、開閉バルブ２０５を閉状態に制御する。また、分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８を閉状態に制御している間、開閉バルブ２０５を開状態に制御する。分岐バルブ制御部１２４の詳細については、後述する。

本実施形態のエンジン１０２はガソリンエンジンであり、噴射量決定部１１６は、エンジン負荷の状況に応じて空燃比を決定している。噴射量決定部１１６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。また、噴射量決定部１１６は、発進時や加速時等のパワーが必要なとき（高負荷時）に、出力空燃比（リッチ）となるように燃料の目標噴射量を決定する。また、噴射量決定部１１６は、低負荷時において燃費を抑制するために、経済空燃比（リーン）となるように燃料の目標噴射量を決定する。

ここで、理論空燃比または出力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、ＧＰＦ７０の再生処理が促進されない。再生処理が促進されないと、ＧＰＦ７０に粒子状物質が堆積してしまい、ＧＰＦ７０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、本実施形態のエンジン１０２は、理論空燃比または出力空燃比での運転時において、ＧＰＦ７０の再生処理を促進させるべく、排ガス浄化再生装置２００を備えている。排ガス浄化再生装置２００（分岐バルブ制御部１２４）は、以下で説明する所定の開始条件を満たした場合に、ＧＰＦ７０に空気を供給することで、排気ガス中の酸素濃度を増加させてＧＰＦ７０の再生処理を実行する。

分岐バルブ制御部１２４は、まず、ＧＰＦ７０の温度、および、排気流路４６におけるＧＰＦ７０の上流側の圧力と下流側の圧力との差（以下、単に圧力差という）に基づいて、ＧＰＦ７０の再生処理の開始条件を満たしているか否か判定する。具体的に、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満であるか否か判定する。また、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差が所定圧力以上であるか否か判定する。そして、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満であり、かつ、ＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差が所定圧力以上である場合に、ＧＰＦ７０の再生処理の開始条件を満たしていると判定し、ＧＰＦ７０の再生処理を実行（開始）する。

ここで、所定温度とは、ＧＰＦ７０の再生処理時の温度上昇によりＧＰＦ７０が破損してしまうことを回避することができる温度である。ＧＰＦ７０の再生処理時には、ＧＰＦ７０に空気が供給されるが、ＧＰＦ７０に空気が供給されると、上記式（１）に示す反応（粒子状物質の酸化反応）により、ＧＰＦ７０の温度が上昇する。ＧＰＦ７０の温度が所定温度以上まで上昇すると、ＧＰＦ７０が破損するおそれがある。そのため、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満であるか否か判定し、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満である場合にＧＰＦ７０の再生処理を実行する。

また、所定圧力とは、ＧＰＦ７０に捕捉される粒子状物質の堆積量が所定量以上であるとみなせる圧力である。ここで、ＧＰＦ７０に捕捉される粒子状物質の堆積量が所定量未満となると、ＧＰＦ７０が粒子状物質を捕捉する捕捉率が低下し、ＧＰＦ７０から排出される粒子状物質の量が増加してしまう。そのため、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差が所定圧力以上であるか否か判定し、ＧＰＦ７０の圧力差が所定圧力以上（すなわち、堆積量が所定量以上）である場合にＧＰＦ７０の再生処理を実行する。

つぎに、分岐バルブ制御部１２４は、上記ＧＰＦ７０の再生処理の開始条件を満たしている場合、理論空燃比または出力空燃比での運転時においてのみ、ＧＰＦ７０の再生処理を実行（開始）する。具体的に、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満であり、ＧＰＦ７０の圧力差が所定圧力以上であり、かつ、理論空燃比または出力空燃比での運転時である場合に、ＧＰＦ７０の再生処理を実行する。理論空燃比または出力空燃比での運転時にＧＰＦ７０の再生処理を実行することで、排気ガス中の酸素濃度を増加させることができ、ＧＰＦ７０の再生処理を効果的に行うことができる。

対して、分岐バルブ制御部１２４は、上記ＧＰＦ７０の再生処理の開始条件を満たしていても、経済空燃比での運転時である場合は、ＧＰＦ７０の再生処理を実行しない。つまり、分岐バルブ制御部１２４は、上記ＧＰＦ７０の再生処理の開始条件を満たしていても、経済空燃比での運転時である場合は、常に分岐バルブ２０８を閉状態に制御し、開閉バルブ２０５を開状態に制御する。これは、経済空燃比での運転では、理論空燃比または出力空燃比に比べ、排気ガスに含まれる酸素が高濃度となるため、分岐バルブ２０８を開状態に制御してＧＰＦ７０に空気を供給しても、ＧＰＦ７０の再生処理を効果的に行うことができないからである。

分岐バルブ制御部１２４は、上記ＧＰＦ７０の再生処理の開始条件を満たし、かつ、理論空燃比または出力空燃比での運転時である場合、エアバイパスバルブ２０４の駆動状態に基づいて、分岐バルブ２０８の開度を制御する。分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４と連動して分岐バルブ２０８の駆動を制御する。例えば、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が開状態となり、下流側吸気流路３４ｂを流通する圧縮空気がエアバイパス流路２０２を介して上流側吸気流路３４ａに還流するとき、分岐バルブ２０８を開状態に制御する。このとき、分岐バルブ制御部１２４は、開閉バルブ２０５を閉状態に制御する。これにより、エアバイパス流路２０２を流通する圧縮空気は、分岐流路２０６を介して排気流路４６（三元触媒６８とＧＰＦ７０との間の排気流路４６）に供給される。

ここで、エアバイパスバルブ２０４が開状態となったときのエアバイパス流路２０２内の圧力は、三元触媒６８とＧＰＦ７０との間の排気流路４６内の圧力よりも高い圧力となっている。そのため、エアバイパス流路２０２内を流通する圧縮空気は、分岐流路２０６を介して三元触媒６８とＧＰＦ７０との間の排気流路４６に流入することができる。三元触媒６８とＧＰＦ７０との間の排気流路４６に流入した圧縮空気は、三元触媒６８より下流側に配されるＧＰＦ７０に供給される。ＧＰＦ７０に供給された圧縮空気（酸素）は、ＧＰＦ７０に捕捉された粒子状物質を燃焼（酸化）させ、ＧＰＦ７０から粒子状物質を除去する。ＧＰＦ７０から粒子状物質が除去されることで、ＧＰＦ７０は、粒子状物質を捕捉する捕捉機能を再生させることができる。

また、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が閉状態となるとき、分岐バルブ２０８を閉状態に制御する。このとき、分岐バルブ制御部１２４は、開閉バルブ２０５を開状態に制御する。これにより、三元触媒６８とＧＰＦ７０との間の排気流路４６からエアバイパス流路２０２に空気が流入（逆流）することを防止することができる。

なお、本実施形態のエンジン１０２は、下流側吸気流路３４ｂからエアバイパス流路２０２に流入する圧縮空気の圧力、および、インテークマニホールド３２内の圧力を検出する不図示の圧力センサを有する。分岐バルブ制御部１２４は、不図示のセンサから出力される信号に基づいて、エアバイパスバルブ２０４の駆動状態（開状態または閉状態）を判定（推定）する。これにより、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４の駆動状態に基づいて、分岐バルブ２０８の開度を制御することができる。また、分岐バルブ制御部１２４は、吸入空気量センサ９４から出力される信号（吸入空気量）に基づいて分岐バルブ２０８の開度を制御してもよい。これにより、分岐流路２０６を介してＧＰＦ７０に供給される空気量を最適に制御することができる。

本実施形態によれば、エアバイパスバルブ２０４が開かれたときに、エアバイパス流路２０２内を流通する空気（酸素）が分岐流路２０６を介してＧＰＦ７０に供給される。そのため、分岐流路２０６を介してＧＰＦ７０に空気を供給する際に、分岐流路２０６の流入側（吸気側）の圧力を排出側（排気側）の圧力よりも高くする構成を別途設ける必要がなくなる。したがって、本実施形態の排ガス浄化再生装置２００は、簡易な構成で、ＧＰＦ７０の再生処理を実行することができる。ここで、吸気流路３４から分岐流路２０６を介して排気流路４６に空気を供給する場合、吸気流路３４の吸気圧を排気流路４６の排気圧よりも高くする必要があり、無駄にコンプレッサ８４を回転駆動させなくてはならない。一方、本実施形態の分岐流路２０６は、エアバイパス流路２０２を介して下流側吸気流路３４ｂから上流側吸気流路３４ａに還流させる圧縮空気（余剰な圧縮空気）をＧＰＦ７０に供給しているため、無駄にコンプレッサ８４を回転駆動させなくてよい。

図２は、分岐バルブ制御部１２４によるＧＰＦ７０の再生処理のフローチャートを示す図である。

まず、分岐バルブ制御部１２４は、温度センサ９８から出力される信号に基づいて、現在のＧＰＦ７０の温度を導出する。また、分岐バルブ制御部１２４は、差圧センサ９６から出力される信号に基づいて、現在のＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差を導出する。そして、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満であり、かつ、ＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差が所定圧力以上であるか否か判定する。（ステップＳ１０２）。分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満であり、かつ、ＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差が所定圧力以上である場合（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、ステップＳ１０４に進む。一方、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の温度が所定温度以上、または、ＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差が所定圧力未満である場合（ステップＳ１０２においてＮＯ）、ＧＰＦ７０の再生処理を終了する（ＧＰＦ７０の再生処理は行わない）。なお、ＧＰＦ７０の再生処理を行わない場合、インテークマニホールド３２内の圧力等に応じてエアバイパスバルブ２０４の開閉を行い、吸気流路３４でサージが発生することを防止する。サージの発生を防止するためにエアバイパスバルブ２０４を開弁するときは、開閉バルブ２０５も開弁される。

ステップＳ１０２においてＹＥＳである場合、分岐バルブ制御部１２４は、理論空燃比または出力空燃比での運転が行われているか否か判定する（ステップＳ１０４）。分岐バルブ制御部１２４は、理論空燃比または出力空燃比での運転が行われている場合（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進む。一方、分岐バルブ制御部１２４は、理論空燃比または出力空燃比での運転が行われていない、すなわち、経済空燃比での運転が行われている場合（ステップＳ１０４においてＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２の判定を再度行う。

ステップＳ１０４においてＹＥＳである場合、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が開状態であるか否か判定する（ステップＳ１０６）。分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が開状態であると判定した場合（ステップＳ１０６のおいてＹＥＳ）、ステップＳ１０８に進む。一方、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が開状態でない、すなわち、閉状態であると判定した場合（ステップＳ１０６においてＮＯ）、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１０６においてＹＥＳである場合、分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８を開状態に制御する（ステップＳ１０８）。このとき、分岐バルブ制御部１２４は、開閉バルブ２０５を閉状態に制御する。分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８を開状態に制御した後、エアバイパスバルブ２０４が開状態から閉状態に変化したか否か（すなわち、エアバイパスバルブ２０４が閉状態であるか否か）判定する（ステップＳ１１２）。

分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が閉状態でないと判定した場合（ステップＳ１１２においてＮＯ）、エアバイパスバルブ２０４が閉状態となるまで、ステップＳ１１２の判定を繰り返し行う。すなわち、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が開状態を維持している間、分岐バルブ２０８を開状態に制御する。一方、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が閉状態であると判定した場合（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、分岐バルブ２０８を閉状態に制御する（ステップＳ１１４）。このとき、分岐バルブ制御部１２４は、開閉バルブ２０５を開状態に制御する。分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８を閉状態に制御した後、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２の判定を再度行う。

一方、ステップＳ１０６においてＮＯである場合、分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８を閉状態に制御する（ステップＳ１１０）。このとき、分岐バルブ制御部１２４は、開閉バルブ２０５を開状態に制御する。分岐バルブ制御部１２４は、分岐バルブ２０８を閉状態に制御した後、ステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２の判定を再度行う。

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。

上記実施形態では、エアバイパスバルブ２０４は、下流側吸気流路３４ｂからエアバイパス流路２０２に流入する圧縮空気の圧力、および、インテークマニホールド３２内の圧力に応じて、エアバイパス流路２０２を開閉する例を示した。しかし、これに限定されず、エアバイパスバルブ２０４は、ＥＣＵ１０４（分岐バルブ制御部１２４）によって制御される電子制御バルブであってもよい。この場合、ＥＣＵ１０４(分岐バルブ制御部１２４)は、電子制御バルブの開閉に応じて分岐バルブ２０８の開閉を制御することができる。

また、開閉バルブ２０５および分岐バルブ２０８の代わりに、分岐流路２０６とエアバイパス流路２０２との接続部（合流部）において、三方弁を設けてもよい。分岐流路２０６とエアバイパス流路２０２との接続部に三方弁を設けることで、ＧＰＦ７０の再生処理時に、エアバイパス流路２０２を流通する圧縮空気をＧＰＦ７０に供給することができる。具体的に、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパス流路２０２と上流側吸気流路３４ａとの連通を遮断させ、エアバイパス流路２０２と分岐流路２０６とを連通させるように、三方弁を制御する。

また、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパス流路２０２と分岐流路２０６との連通を遮断させ、エアバイパス流路２０２と上流側吸気流路３４ａとを連通させるように、三方弁を制御することができる。これにより、エアバイパス流路２０２を流通する圧縮空気は、上流側吸気流路３４ａに還流される。

また、分岐バルブ制御部１２４は、ＧＰＦ７０の再生処理時において、タービン８２の仕事量を増加させるようにしてもよい。タービン８２の仕事量を増加させることで、コンプレッサ８４の仕事量も増加するため、エアバイパス流路２０２を流通する圧縮空気量を増加させることができる。その結果、ＧＰＦ７０に供給される空気（酸素）の量を増加させることができ、ＧＰＦ７０の再生処理をより効果的に行うことができる。

また、上記実施形態では、分岐バルブ制御部１２４は、エンジン負荷の状況に応じて決定される空燃比が、理論空燃比または出力空燃比であるときに、ＧＰＦ７０の再生処理を実行する例について説明した。しかし、これに限定されず、分岐バルブ制御部１２４は、空燃比に関わらず、ＧＰＦ７０の温度が所定温度未満であり、かつ、ＧＰＦ７０の上流側と下流側の圧力差が所定圧力以上である場合に、ＧＰＦ７０の再生処理を実行してもよい。

また、上記実施形態では、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４の駆動状態（開状態または閉状態）に連動して分岐バルブ２０８の開度を制御する例について説明した。しかし、これに限定されず、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４の駆動状態と連動せずに分岐バルブ２０８の開度を制御してもよい。例えば、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が開状態となったとき、分岐バルブ２０８を開状態に制御する。そして、分岐バルブ制御部１２４は、エアバイパスバルブ２０４が開状態となったときから所定時間後、エアバイパスバルブ２０４が開状態であっても、分岐バルブ２０８を閉状態とするように制御してもよい。

本発明は、排ガス浄化再生装置に利用できる。

３４吸気流路
４６排気流路
７０ＧＰＦ（排気ガス浄化部）
８４コンプレッサ
１２４分岐バルブ制御部
２００排ガス浄化再生装置
２０２エアバイパス流路
２０４エアバイパスバルブ
２０６分岐流路
２０８分岐バルブ

Claims

吸気流路に設けられたコンプレッサの上流側と下流側とを連通させるエアバイパス流路と、
前記エアバイパス流路を開閉するエアバイパスバルブと、
前記エアバイパス流路から分岐し、排気ガス浄化部を有する排気流路と連通する分岐流路と、
前記分岐流路を開閉する分岐バルブと、
前記エアバイパスバルブの駆動状態に基づいて、前記分岐バルブの開度を制御する制御部と、
前記吸気流路のうち、前記コンプレッサの下流側と前記エアバイパス流路との接続箇所より下流側に配置されるインテークマニホールドと、
を備え、
前記エアバイパスバルブは、前記吸気流路から前記エアバイパス流路に流入する圧縮空気の圧力が、前記インテークマニホールド内の圧力よりも大きくなるときに開状態となるバルブである排ガス浄化再生装置。
前記制御部は、
前記エアバイパスバルブが開状態である場合に、前記分岐バルブを開状態に制御し、
前記エアバイパスバルブが閉状態である場合に、前記分岐バルブを閉状態に制御する
請求項１に記載の排ガス浄化再生装置。
前記制御部は、エンジン負荷に応じて決定される空燃比に応じて、前記分岐バルブの開度を制御する
請求項１または２に記載の排ガス浄化再生装置。
前記制御部は、
前記空燃比が理論空燃比またはリッチであり、前記エアバイパスバルブが開状態である場合に、前記分岐バルブを開状態に制御し、
前記空燃比がリーン、または、前記エアバイパスバルブが閉状態である場合に、前記分岐バルブを閉状態に制御する
請求項３に記載の排ガス浄化再生装置。