JP2016217257A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路に配設された排気浄化触媒に堆積したデポジットを除去可能とする排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路４に配設されたＣＣＯ２１に対する排気ガス流れ方向を切り替え可能とする切替ユニット９を備えさせる。ＣＣＯ２１の一方側の開口部から他方側の開口部へ向かう方向に排気ガスが流れている状態で、ＣＣＯ２１に流入する排気ガスの温度を温度センサ４５ａによって検出し、その排気ガスの温度がデポジット堆積温度域である積算時間が所定時間に達した場合には、切替ユニット９によって、ＣＣＯ２１の他方側の開口部から一方側の開口部へ向かう方向に排気ガスが流れるように切り替える。これにより、ＣＣＯ２１の一方側の開口部を高温にし、この一方側の開口部に堆積しているデポジットを焼失させてＣＣＯ２１の排気浄化機能を回復させる。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に備えられる排気浄化装置に係る。

従来、例えば自動車等に搭載されるディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという場合もある）の排気通路に、排気浄化触媒およびＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が配設された構成が知られている（特許文献１を参照）。

例えば排気浄化触媒が酸化触媒である場合、排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）は、この酸化触媒によって酸化されて浄化される。また、ＤＰＦは排気ガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter）を捕集し、このＰＭが大気中に放出されることを抑制する。

特開２０１４−２２２０２１号公報

エンジンの運転中には、排気ガス中の煤とＨＣとが結合することに起因するデポジットが生成され、このデポジットが排気浄化触媒に堆積することがある。

このデポジットは、例えば５００℃程度の比較的高温の環境下では焼失する。排気浄化触媒にあっては、仮にエンジンが低負荷運転状態であっても、触媒内部での酸化反応（例えばＤＰＦ再生処理が実行されたことに伴う酸化反応等）によって、排気ガス流れ方向の中央部分や下流端部分が比較的高温（５００℃以上）となる。このため、これら中央部分や下流端部分にあってはデポジットは殆ど堆積しない。

しかしながら、排気浄化触媒の排気ガス流れ方向の上流端部分は、比較的温度が低いため（エンジンの低負荷運転状態では例えば１６０℃〜３５０℃程度）、この上流端部分にデポジットが堆積することになる。このように排気浄化触媒の上流端部分にデポジットが堆積すると、排気浄化触媒の排気浄化機能が大幅に減少してしまうことになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気通路に配設された排気浄化触媒に堆積したデポジットを除去可能とする排気浄化装置を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、内燃機関の排気通路に配設され且つ一方側の開口部と他方側の開口部との間で排気ガスの流通が可能な排気浄化触媒を備える排気浄化装置を前提とする。この排気浄化装置に対し、前記排気浄化触媒における排気ガスの流通方向を切り替え可能な切替手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を推定または検出する排気ガス温度認識手段と、前記排気浄化触媒における排気ガスの流通方向が、前記一方側の開口部から前記他方側の開口部へ向かう方向である際に、前記排気ガス温度認識手段によって推定または検出された排気ガスの温度が予め規定されたデポジット堆積温度域である状況の積算時間が所定時間に達した場合、前記排気浄化触媒における排気ガスの流通方向を、前記他方側の開口部から前記一方側の開口部へ向かう方向に切り替えるように前記切替手段を制御する制御部とを備えさせている。

この特定事項により、排気ガスが排気浄化触媒の一方側の開口部から他方側の開口部へ向かって流れている状態で、排気ガス温度認識手段によって推定または検出された排気ガスの温度がデポジット堆積温度域である状況の積算時間が所定時間に達した場合には、制御部は、排気浄化触媒における排気ガスの流通方向を、他方側の開口部から一方側の開口部へ向かう方向に切り替えるように切替手段を制御する。これにより、排気浄化触媒の前記一方側の開口部（デポジットが堆積している開口部）が、排気浄化触媒における排気ガスの流通方向の下流側の開口部となることで、この開口部の温度が上昇する（排気浄化触媒内部での酸化反応によって排気ガス温度が上昇し、この排気ガスの熱を受けることで、この開口部の温度が上昇する）。言い換えると、切替手段の切り替えに伴って、排気浄化触媒において高温となる領域が他方側の開口部から一方側の開口部にシフトする（デポジットが堆積している開口部が高温の領域に変更される）。これにより、前記一方側の開口部に堆積していたデポジットを焼失させることができる。つまり、排気浄化触媒の一方側の開口部に堆積していたデポジットを除去することで、排気浄化触媒の排気浄化機能を回復させることができる。

本発明では、排気浄化触媒の開口部にデポジットが堆積していると推定される状況において、排気浄化触媒における排気ガスの流通方向を切り替えることで、この開口部を高温にしてデポジットを除去するようにしている。これにより、排気浄化触媒の排気浄化機能を回復させることができる。

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 各切替弁が第１の切替位置となった初期状態を説明するための排気系の概略構成図である。 各切替弁が第１の切替位置となって所定時間経過後の状態を説明するための排気系の概略構成図である。 各切替弁が第２の切替位置となった状態を説明するための排気系の概略構成図である。 デポジット除去制御の手順を示すフローチャート図である。 ＤＰＦ再生処理時における触媒入口ガス温度および触媒出口ガス温度の推移の一例を示す図である。 排気ガス温度とそれに応じたＳＯＦおよびＳｏｏｔそれぞれの除去比率との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明する。また、本実施形態では、排気浄化触媒としてＣＣＯ（Catalytic Converter Oxidation：酸化触媒コンバータ）が採用された場合について説明する。

−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成を、図１を参照して説明する。

本実施形態に係るエンジン１は、各気筒の燃焼室１ａに、その燃焼室１ａ内での燃焼に供される燃料を噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）２がそれぞれ配置されている。各気筒のインジェクタ２はコモンレール１１に接続されている。コモンレール１１にはサプライポンプ１０が接続されている。

サプライポンプ１０は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後に燃料通路１０ａを介してコモンレール１１に供給する。コモンレール１１は、サプライポンプ１０から供給された高圧燃料を各インジェクタ２に分配する。

また、前記サプライポンプ１０は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路１０ｂを介して燃料添加弁１２に供給する。また、前記燃料添加弁１２は、排気マニホールド４ａを流れる排気ガスに対して所定量および所定タイミングで燃料添加を必要に応じて実行するようになっている。

エンジン１の吸気系には吸気通路３が、排気系には排気通路４がそれぞれ設けられている。吸気通路３には、吸入空気流れ方向の上流側から下流側に向けて順に、エアクリーナ３１、エアフローメータ４３、後述するターボチャージャ６のコンプレッサインペラ６３、インタークーラ８、および、吸気絞り弁５が配設されている。吸気絞り弁５はスロットルモータ５１によって開度が調整される。なお、吸気通路３は、吸気絞り弁５の下流側に配置された吸気マニホールド３ａにおいて各気筒に対応して分岐している。

排気通路４は、エンジン１の各気筒の燃焼室１ａと繋がる排気マニホールド４ａによって各気筒毎に分岐した状態から一つに集合するように構成されている。

この排気通路４には、排気ガス流れ方向の上流側から下流側に向けて順に、後述するターボチャージャ６のタービンホイール６２、ＣＣＯ２１、ＤＰＦ２２が配設されている。ＣＣＯ２１は、排気ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）を酸化して浄化する。ＤＰＦ２２は、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する。

本実施形態の特徴の一つとして、排気通路４にあっては、ＣＣＯ２１における排気ガスの流通方向（ＣＣＯ２１の一方側の開口部と他方側の開口部との間での排気ガスの流通方向）が切り替え可能となっている。以下、具体的に説明する。

排気通路４には、ＣＣＯ２１における排気ガスの流通方向が切り替え可能な切替ユニット（本発明でいう切替手段）９が備えられている。この切替ユニット９は、一端（排気ガスの流れ方向の上流側）が後述するターボチャージャ６のタービンホイール６２に繋がる上流側排気通路４ｂに接続されている。また、この切替ユニット９は、他端（排気ガスの流れ方向の下流側）がＤＰＦ２２に繋がる下流側排気通路４ｃに接続されている。

そして、切替ユニット９は、ＣＣＯ２１の一方側（図１における上側）の開口部に連通する第１連通路９１と、ＣＣＯ２１の他方側（図１における下側）の開口部に連通する第２連通路９２とを備えている。

また、これら連通路９１，９２よりも上流側（排気ガスの流れ方向の上流側）には、第１分岐通路９３および第２分岐通路９４が設けられている。具体的に、第１分岐通路９３は、一端（排気ガスの流れ方向の上流側端）が前記上流側排気通路４ｂに接続されていると共に、他端（排気ガスの流れ方向の下流側端）が前記第１連通路９１に接続されている。また、第２分岐通路９４は、一端（排気ガスの流れ方向の上流側端）が前記上流側排気通路４ｂに接続されていると共に、他端（排気ガスの流れ方向の下流側端）が前記第２連通路９２に接続されている。これら第１分岐通路９３および第２分岐通路９４における上流側排気通路４ｂとの接続位置（上流側排気通路４ｂから第１分岐通路９３および第２分岐通路９４が分岐される位置）には、上流側切替弁９Ａが設けられている。この上流側切替弁９Ａは、上流側排気通路４ｂと第１分岐通路９３とを連通すると共に上流側排気通路４ｂと第２分岐通路９４とを遮断する第１の切替位置（図３および図４を参照）と、上流側排気通路４ｂと第２分岐通路９４とを連通すると共に上流側排気通路４ｂと第１分岐通路９３とを遮断する第２の切替位置（図５を参照）との間で切り替え可能となっている。

一方、前記連通路９１，９２よりも下流側（排気ガスの流れ方向の下流側）には、第３分岐通路９５および第４分岐通路９６が設けられている。具体的に、第３分岐通路９５は、一端（排気ガスの流れ方向の下流側端）が前記下流側排気通路４ｃに接続されていると共に、他端（排気ガスの流れ方向の上流側端）が前記第１連通路９１に接続されている。また、第４分岐通路９６は、一端（排気ガスの流れ方向の下流側端）が前記下流側排気通路４ｃに接続されていると共に、他端（排気ガスの流れ方向の上流側端）が前記第２連通路９２に接続されている。これら第３分岐通路９５および第４分岐通路９６における下流側排気通路４ｃとの接続位置（第３分岐通路９５と第４分岐通路９６とが集合されて下流側排気通路４ｃに接続される位置）には、下流側切替弁９Ｂが設けられている。この下流側切替弁９Ｂは、下流側排気通路４ｃと第４分岐通路９６とを連通すると共に下流側排気通路４ｃと第３分岐通路９５とを遮断する第１の切替位置（図３および図４を参照）と、下流側排気通路４ｃと第３分岐通路９５とを連通すると共に下流側排気通路４ｃと第４分岐通路９６とを遮断する第２の切替位置（図５を参照）との間で切り替え可能となっている。

前記切替ユニット９よりも上流側（ＣＣＯ２１よりも上流側であってタービンホイール６２よりも下流側）の前記上流側排気通路４ｂにはＡ／Ｆセンサ４４および第１排気温センサ（本発明でいう、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温度認識手段）４５ａが配置されている。この第１排気温センサ４５ａの出力信号によりＣＣＯ２１に流入する排気ガスの温度を検出する。また、前記切替ユニット９よりも下流側（ＣＣＯ２１よりも下流側であってＤＰＦ２２よりも上流側）の前記下流側排気通路４ｃには第２排気温センサ４５ｂが配置されている。この第２排気温センサ４５ｂの出力信号によりＣＣＯ２１から流出する排気ガスの温度（ＤＰＦ２２に流入する排気ガスの温度）を検出する。更に排気通路４には、ＤＰＦ２２の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサ４Ａが設けられている。

エンジン１にはターボチャージャ６が装備されている。ターボチャージャ６は、ロータシャフト６１を介して連結されたタービンホイール６２とコンプレッサインペラ６３とを備えている。このターボチャージャ６は、タービンホイール６２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ６３を回転させることにより吸入空気を過給する。

また、エンジン１にはＥＧＲ装置７が装備されている。このＥＧＲ装置７は、吸気マニホールド３ａと排気マニホールド４ａとを接続するＥＧＲ通路７１を備えている。このＥＧＲ通路７１には、ＥＧＲバルブ７２およびＥＧＲクーラ７３が設けられている。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図２に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、クランクポジションセンサ４０、レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、各排気温センサ４５ａ，４５ｂ、水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９、差圧センサ４Ａなどが接続されている。これらセンサの機能は周知であるのでここでの説明は省略する。

一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、前記インジェクタ２、吸気絞り弁５、サプライポンプ１０、燃料添加弁１２、ＥＧＲバルブ７２、上流側切替弁９Ａ、下流側切替弁９Ｂが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、前記各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値に基づき、必要に応じて前記ＲＯＭに記憶された各種マップを参照して、エンジン１の各種制御を実行する。一例としてＥＣＵ１００は、インジェクタ２による燃料噴射制御（パイロット噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射それぞれの噴射量・噴射時期の制御）、ＥＧＲバルブ７２の開度制御、燃料添加弁１２の燃料添加制御、各切替弁９Ａ，９Ｂの切り替え制御等を含むエンジン１の各種制御を実行する。更に、ＥＣＵ１００は、下記のＤＰＦ再生処理を実行する。

ここでＤＰＦ再生処理について簡単に説明する。

ディーゼルエンジン１においては、排気ガス中に含まれるＰＭをＤＰＦ２２によって捕集するが、こうして捕集されたＰＭはＤＰＦ２２のセルの壁面に堆積して排気ガスの流れの妨げとなり、徐々に通気抵抗が大きくなってゆく。

ＤＰＦ再生処理は、前記燃料添加弁１２からの燃料添加やインジェクタ２からのポスト噴射を実施して排気ガス中に燃料を供給することにより、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを燃焼除去するものである。すなわち、排気ガス中に供給された燃料は排気ガスとともにＣＣＯ２１に達して酸化され、この酸化反応に伴う発熱で排気ガス温度が上昇し、ＤＰＦ２２の温度が上昇する。ＤＰＦ２２の温度がＰＭの燃焼を可能にする温度（例えば６００℃以上）まで上昇すれば、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭが燃焼を始め、この燃焼に伴う発熱でＤＰＦ２２の温度は更に上昇する。このような状態を所定時間維持することにより、堆積したＰＭは除去され、ＤＰＦ２２のＰＭ捕集能力が回復する。

このＤＰＦ再生処理は、ＤＰＦ２２のＰＭ捕集量が所定値に達したことが推定された場合に実行される。つまり、前記差圧センサ４Ａの出力信号（差圧）とＰＭの堆積量との関係をマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておき、このマップによりＰＭの堆積量を求め、この求められたＰＭの堆積量が所定値に達した際にＤＰＦ再生処理は実行される。

−デポジット除去制御−
次に、本実施形態の特徴とする制御であるデポジット除去制御について説明する。

前述したように、エンジン１の運転中には、排気ガス中の煤とＨＣとが結合することに起因するデポジットが生成され、このデポジットがＣＣＯ２１に堆積することがある。このデポジットは、例えば５００℃程度の比較的高温の環境下では焼失する。ＣＣＯ２１にあっては、仮にエンジン１が低負荷運転状態であっても、ＣＣＯ２１内部での酸化反応（例えば前述したＤＰＦ再生処理が実行されたことに伴う酸化反応等）によって、排気ガス流れ方向の中央部分や下流端部分が比較的高温（５００℃以上）となる。このため、これら中央部分や下流端部分にあってはデポジットは殆ど堆積しない。しかしながら、ＣＣＯ２１の排気ガス流れ方向の上流端部分は、比較的温度が低いため（エンジン１の低負荷運転状態では例えば１６０℃〜３５０℃程度）、この上流端部分にデポジットが堆積することになる。

図７は、ＤＰＦ再生処理時においてＣＣＯ２１に流入する排気ガスの温度（触媒入口ガス温度）およびＣＣＯ２１から流出する排気ガスの温度（触媒出口ガス温度）の推移の一例を示す図である。この図７では、タイミングｔ１からＤＰＦ再生処理が開始されている。このＤＰＦ再生処理が開始されると、ＣＣＯ２１内部での酸化反応によって触媒出口ガス温度は比較的高温に達する。図７に示すものでは、タイミングｔ２でデポジット焼失温度Ｔ１（５００℃）に達している。このため、ＣＣＯ２１における中央部分や下流端部分にあってはデポジットは殆ど堆積しない。これに対し、触媒入口ガス温度は、ＤＰＦ再生処理を実行したとしても、比較的低温（図中の温度Ｔ１未満）となっている。このため、ＣＣＯ２１における排気ガス流れ方向の上流端部分にはデポジットが堆積することになる。

また、図８は、排気ガス温度と、それに応じたＳＯＦ（可溶有機成分）およびＳｏｏｔ（デポジットの成分である煤）それぞれの除去比率との関係をＴＧ分析した結果を示す図である。この図８に示すように、排気ガス温度が図中の温度Ｔ１（５００℃）未満の範囲にある場合には、温度が高くなるに従ってＳＯＦの除去比率は高くなるものの、Ｓｏｏｔは殆ど除去されない。これに対し、排気ガス温度が図中の温度Ｔ１以上の範囲にある場合には、温度が高くなるに従ってＳｏｏｔの除去比率は高くなる。つまり、Ｓｏｏｔを効果的に除去するためには排気ガス温度を温度Ｔ１以上とすることが有効であることが判る。

なお、排気ガスの温度と排気ガス中に発生する成分との関係の一例としては、前述した如く、この排気ガス温度が１６０℃〜３５０℃である場合には、固相または液相の芳香族ＨＣ酸化物や脂肪族ＨＣ酸化物が発生し、これらがデポジットとしてＣＣＯ２１に堆積する。また、排気ガス温度が１６０℃未満である場合には、液相のＨＣ重質分が発生する。また、排気ガス温度が３５０℃〜５００℃である場合には固相のＨＣ炭化物が発生することになる。そして、排気ガス温度が５００℃を超えていると、前記デポジットやＨＣ炭化物は焼失することになる。

前述したようにＣＣＯ２１の上流端部分にデポジットが堆積すると、ＣＣＯ２１の排気浄化機能が大幅に減少してしまうことになる。また、ＣＣＯ２１の内部が閉塞することで、圧力損失が増大してエンジン出力の低下を招いたり、ＣＣＯ２１に損傷を招いたりする可能性がある。更には、ＣＣＯ２１内部での温度勾配が大きくなることに起因してＣＣＯ２１に損傷を招いたり、ＤＰＦ２２へ導入する排気ガス温度を十分に高めることができなくなってＤＰＦ再生処理が良好に行えなくなったりする。

本実施形態では、この点に鑑み、ＣＣＯ２１の上流端部分にデポジットが堆積していると推定される状況になると、前記切替ユニット９によって、ＣＣＯ２１における排気ガスの流通方向を切り替える。これにより、それまで排気ガス流れ方向の上流側端であった前記ＣＣＯ２１の上流端部分が、排気ガス流れ方向の下流側端（下流端部分）となることで、この部分に高温の排気ガスが流れることになり、これにより、ＣＣＯ２１の前記上流端部分（排気ガスの流通方向が切り替えられたことで下流端となる部分）からデポジットを除去するようにしている。

そして、ＣＣＯ２１の上流端部分にデポジットが堆積していることを推定する手法としては、ＣＣＯ２１における排気ガスの流通方向が、一方側の開口部（例えば図１における上側の開口部）から他方側の開口部（例えば図１における下側の開口部）へ向かう方向である際に（図３に示すように各切替弁９Ａ，９Ｂが第１の切替位置となっている際に）、前記第１排気温センサ４５ａによって検出された排気ガスの温度が予め規定されたデポジット堆積温度域（例えば１６０℃〜３５０℃）である状況の積算時間が所定時間に達すると、デポジット堆積量が所定量に達したと判断する（図４に示す状態を参照）。そして、この場合、デポジット除去制御を実行する。前記所定時間は、実験またはシミュレーションによって予め規定されている。

このデポジット除去制御では、前述した如く、切替ユニット９の各切替弁９Ａ，９Ｂを切り替えることによって、ＣＣＯ２１における排気ガスの流通方向を、他方側の開口部（例えば図１における下側の開口部）から一方側の開口部（例えば図１における上側の開口部）へ向かう方向に切り替えるように制御する（図５に示すように各切替弁９Ａ，９Ｂを第２の切替位置に切り替えるように制御する）。これにより、それまで排気ガス流れ方向の上流側端であった前記一方側の開口部が、各切替弁９Ａ，９Ｂの切り替えによって排気ガス流れ方向の下流側端となり、この一方側の開口部には、ＣＣＯ２１を通過した排気ガスが達することになる。この排気ガスはＣＣＯ２１内部での酸化反応によって高温となっているので、この高温の排気ガスによって、前記堆積しているデポジットが除去されることになる（図５に示す状態を参照）。

このように各切替弁９Ａ，９Ｂを切り替える制御が前記ＥＣＵ１００によって行われる。このため、ＥＣＵ１００においてこの各切替弁９Ａ，９Ｂの切り替え動作を実行する機能部分が本発明でいう制御部として構成されている。また、この制御部、前記排気通路４、前記ＣＣＯ（排気浄化触媒）２１、切替ユニット（切替手段）９、第１排気温センサ（排気ガス温度認識手段）４５ａ等によって本発明に係る排気浄化装置が構成されている。

以下、このデポジット除去制御の具体的な手順について図６のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン１の始動後、前記ＥＣＵ１００において所定時間毎に繰り返し実行される。

先ず、ステップＳＴ１において、前記第１排気温センサ４５ａによって検出されている排気ガスの温度（ＣＣＯ２１の上流側の排気ガスの温度）がデポジット堆積温度域であるか否かを判定する。例えば、第１排気温センサ４５ａによって検出されている排気ガスの温度が１６０℃〜３５０℃の範囲内にあるか否かを判定する。

排気ガスの温度がデポジット堆積温度域でない場合には、ステップＳＴ１でＮＯ判定され、現在の運転状態はデポジットが堆積する状態ではない（デポジットの堆積量が増加していく状態ではない）として、そのままリターンされる。

一方、ＣＣＯ２１の上流側の排気ガスの温度がデポジット堆積温度域であり、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、前回ルーチンにおいてデポジット除去制御が終了した以降において、ＣＣＯ２１の上流側の排気ガスの温度がデポジット堆積温度域にある状態の積算時間（堆積温度域積算時間）が所定時間Ａ以上に達したか否かを判定する。つまり、デポジット除去制御が終了した以降において、排気ガスの温度がデポジット堆積温度域にある状態の積算時間を計測しておき、ステップＳＴ２は、この積算時間が所定時間Ａ以上に達したか否かを判定している。

この精算時間が所定時間Ａ未満であり、ステップＳＴ２でＮＯ判定された場合には、ＣＣＯ２１におけるデポジットの堆積量は比較的少なく、デポジット除去制御（各切替弁９Ａ，９Ｂの切り替え制御）は未だ必要ないとしてステップＳＴ３に移る。

このステップＳＴ３では、ＤＰＦ２２のＰＭ捕集量が所定値に達したことでＤＰＦ再生処理要求が生じているか否かを判定する。

未だＤＰＦ再生処理要求が生じていない場合には、そのままリターンされる。

一方、ＤＰＦ再生処理要求が生じており、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ４に移り、ＤＰＦ再生処理を開始する。つまり、前記燃料添加弁１２からの燃料添加やインジェクタ２からのポスト噴射を実施して排気ガス中に燃料を供給することにより、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを燃焼除去する。

その後、ステップＳＴ５でＤＰＦ再生処理が完了したか否かを判定する。このＤＰＦ再生処理が完了したか否かの判定は、前記差圧センサ４Ａによって検出されるＤＰＦ２２の上流側圧力と下流側圧力との差圧が所定値未満となった場合に、ＤＰＦ再生処理が完了したと判定される。ＤＰＦ再生処理が完了したと判定されるまでは（ステップＳＴ５でＹＥＳ判定されるまでは）ＤＰＦ再生処理が継続される。そして、ＤＰＦ再生処理が完了したと判定されると、前記燃料添加弁１２からの燃料添加やインジェクタ２からのポスト噴射は停止される。なお、ＤＰＦ再生処理途中でエンジン１が停止した場合、次回のエンジン始動時にあっては、このエンジン始動と略同時にＤＰＦ再生処理が開始されることになる。つまり、ステップＳＴ４から制御が開始される。

一方、前記堆積温度域積算時間が所定時間Ａ以上であり、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ６に移り、前記各切替弁９Ａ，９Ｂを切り替える。例えば、それまで図３および図４に示すように各切替弁９Ａ，９Ｂが第１の切替位置（上流側切替弁９Ａが上流側排気通路４ｂと第１分岐通路９３とを連通すると共に上流側排気通路４ｂと第２分岐通路９４とを遮断し、下流側切替弁９Ｂが下流側排気通路４ｃと第４分岐通路９６とを連通すると共に下流側排気通路４ｃと第３分岐通路９５とを遮断する切替位置）となっていた場合には、図５に示すように各切替弁９Ａ，９Ｂを第２の切替位置（上流側切替弁９Ａが上流側排気通路４ｂと第２分岐通路９４とを連通すると共に上流側排気通路４ｂと第１分岐通路９３とを遮断し、下流側切替弁９Ｂが、下流側排気通路４ｃと第３分岐通路９５とを連通すると共に下流側排気通路４ｃと第４分岐通路９６とを遮断する切替位置）に切り替える。

これにより、ＣＣＯ２１の前記一方側の開口部（デポジットが堆積している開口部；図４における上側の開口部）が、ＣＣＯ２１における排気ガスの流通方向の下流側の開口部となることで、この開口部の温度が上昇する。言い換えると、各切替弁９Ａ，９Ｂの切り替えに伴って、ＣＣＯ２１において高温となる領域が他方側の開口部（図５における下側の開口部）から一方側の開口部（図５における上側の開口部）にシフトする（デポジットが堆積している開口部が高温の領域となる）。これにより、前記一方側の開口部に堆積していたデポジットを焼失および除去することができる。

ステップＳＴ７では、前記デポジット除去制御によってデポジットの全量が除去できるタイミングよりも、ＤＰＦ再生処理要求が生じるタイミングの方が早く訪れるか否かを判定する。この判定は、前記堆積温度域積算時間に基づいて求められるデポジット堆積量と現在の排気ガスの温度（第２排気温センサ４５ｂによって検出されている排気ガスの温度）とから、デポジットの全量が除去できるタイミングを求めると共に、差圧センサ４Ａの出力信号（差圧）から求められる現在のＰＭ堆積量と、エンジン回転速度およびインジェクタ２からの燃料噴射量とに応じたＰＭ発生量とから、ＤＰＦ再生処理要求が生じるタイミングを求め、これらタイミングを比較することにより行われる。具体的に、デポジットの全量が除去できるタイミングを求める手法としては、堆積温度域積算時間に基づいて求められるデポジット堆積量と、現在の排気ガスの温度と、デポジットの全量を除去するのに要する時間との関係を予め実験等により求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておき、このマップにより、デポジットの全量が除去できるタイミングを求めることが挙げられる。また、ＤＰＦ再生処理要求が生じるタイミングを求める手法としては、現在のＰＭ堆積量と、エンジン回転速度およびインジェクタ２からの燃料噴射量とに応じたＰＭ発生量と、ＤＰＦ再生処理要求が生じるまでの時間との関係を予め実験等により求めてマップ化してＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶しておき、このマップにより、ＤＰＦ再生処理要求が生じるタイミングを求めることが挙げられる。

ＤＰＦ再生処理要求が生じるタイミングよりも前に、デポジットの全量が除去できるタイミングが訪れると判断された場合には、ステップＳＴ７でＮＯ判定され、ステップＳＴ８に移る。このステップＳＴ８では、前記第２排気温センサ４５ｂによって検出されている排気ガスの温度（ＣＣＯ２１の下流側の排気ガスの温度）がデポジット除去可能温度以上となっているか否かを判定する。つまり、第２排気温センサ４５ｂによって検出されている排気ガスの温度が例えば５００℃に達しているか否かを判定する。

ＣＣＯ２１の下流側の排気ガスの温度がデポジット除去可能温度未満であって、ステップＳＴ８でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、ＣＣＯ２１の下流側の排気ガスの温度を上昇させるための強制昇温制御が実行される。この強制昇温制御としては、例えば、インジェクタ２からの燃料噴射時期（例えばメイン噴射時期）を遅角側に補正したり、燃料添加弁１２からの燃料添加を行ったりすることが挙げられる。

ＣＣＯ２１の下流側の排気ガスの温度がデポジット除去可能温度以上である場合（前記強制昇温制御を実行することなくデポジット除去可能温度以上となった場合、および、強制昇温制御を実行したことでデポジット除去可能温度以上となった場合の両方を含む）、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定されてステップＳＴ１０に移る。このステップＳＴ１０では、前記ＥＣＵ１００に備えられているタイマのカウントが開始される。このタイマがカウントアップするまでの時間は、ＣＣＯ２１に堆積しているデポジットの略全量が除去可能な時間として、予め実験やシミュレーションによって設定されている。

ステップＳＴ１１ではタイマがカウントアップしたか否かが判定される。タイマが未だカウントアップしておらず、ステップＳＴ１１でＮＯ判定された場合には、現在の状態が維持される。

一方、タイマがカウントアップし、ステップＳＴ１１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１２に移り、デポジット除去制御を終了してリターンされる。このデポジット除去制御の終了に伴って前記堆積温度域積算時間は「０」にリセットされる。このデポジット除去制御としては、各切替弁９Ａ，９Ｂを切り替える（第２の切替位置にあった場合には第１の切替位置に戻す）ものであってもよいし、現在の各切替弁９Ａ，９Ｂの切り替え状態が維持されるものであってもよい。なお、現在の各切替弁９Ａ，９Ｂの切り替え状態を維持する場合には、前記タイマのカウント中にデポジットがＣＣＯ２１に堆積している可能性があるので、第１排気温センサ４５ａによって検出されている排気ガスの温度がデポジット堆積温度域である期間が存在する場合には、その期間を前記ステップＳＴ２での堆積温度域積算時間に加算しておく。

なお、前記タイマのカウント中（未だデポジットの略全量が除去できていないタイミング）にエンジン１が停止した場合、次回のエンジン始動時にあっては、現在の各切替弁９Ａ，９Ｂを切り替え状態が維持されると共にタイマのカウントが再開されることになる。

一方、デポジット除去制御によってデポジットの全量が除去できるタイミングよりも、ＤＰＦ再生処理要求が生じるタイミングの方が早く訪れると判断された場合（ステップＳＴ７でＹＥＳ判定された場合）には、ステップＳＴ４に移り、ＤＰＦ再生処理を開始する。つまり、前記燃料添加弁１２からの燃料添加やインジェクタ２からのポスト噴射を実施して排気ガス中に燃料を供給することにより、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを燃焼除去する。

その後、ステップＳＴ５でＤＰＦ再生処理が完了したか否かを判定する。このＤＰＦ再生処理が完了したか否かの判定は前述したとおりである。

このように、各切替弁９Ａ，９Ｂが切り替えられた状態でＤＰＦ再生処理が実行された場合には、燃料添加弁１２から添加された燃料やインジェクタ２からのポスト噴射された燃料がＣＣＯ２１の内部で酸化反応することによって、排気ガスが高温（５００℃以上）となるので、前述した強制昇温制御を実行することなく、排気ガス温度をデポジット除去可能温度以上にすることができる。この場合、ＤＰＦ再生処理の完了に伴って前記堆積温度域積算時間は「０」にリセットされる。

以上の動作が繰り返されることにより、ＣＣＯ２１の一方側の開口部に堆積していたデポジットを焼失させることができる。つまり、ＣＣＯ２１の一方側の開口部に堆積していたデポジットを除去することで、ＣＣＯ２１の排気浄化機能を回復させることができる。

−他の実施形態−
以上説明した実施形態は排気浄化触媒としてＣＣＯ２１が採用された場合について説明した。本発明はこれに限らず、排気浄化触媒としてＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒が採用された場合についても適用が可能である。

また、前記実施形態は自動車に搭載されたコモンレール式ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外に搭載されるディーゼルエンジンにも適用可能である。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。

また、前記実施形態では、ＣＣＯ２１に流入する排気ガスの温度を第１排気温センサ４５ａによって検出するようにしていた。本発明はこれに限らず、インジェクタからの燃料噴射量やＥＧＲ率（ＥＧＲバルブ７２の開度により設定されるＥＧＲ率）等によってＣＣＯ２１に流入する排気ガスの温度を推定するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ１００においてこの排気ガスの温度を推定する機能部分が本発明でいう排気ガス温度認識手段に相当することになる。

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式ディーゼルエンジンにおいて、排気系に備えられた排気浄化触媒のデポジット除去制御に適用可能である。

１ エンジン（内燃機関）
４ 排気通路
９ 切替ユニット（切替手段）
２１ ＣＣＯ（排気浄化触媒）
４５ａ 第１排気温センサ（排気ガス温度認識手段）
１００ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に配設され且つ一方側の開口部と他方側の開口部との間で排気ガスの流通が可能な排気浄化触媒を備える排気浄化装置において、
   前記排気浄化触媒における排気ガスの流通方向を切り替え可能な切替手段と、
   前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を推定または検出する排気ガス温度認識手段と、
   前記排気浄化触媒における排気ガスの流通方向が、前記一方側の開口部から前記他方側の開口部へ向かう方向である際に、前記排気ガス温度認識手段によって推定または検出された排気ガスの温度が予め規定されたデポジット堆積温度域である状況の積算時間が所定時間に達した場合、前記排気浄化触媒における排気ガスの流通方向を、前記他方側の開口部から前記一方側の開口部へ向かう方向に切り替えるように前記切替手段を制御する制御部とを備えていることを特徴とする排気浄化装置。

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