JP2017155707A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の運転を停止する際に、電気ヒータを用いて、フィルタに堆積したＰＭをより好適に除去することを目的とする。【解決手段】内燃機関の運転停止条件が成立した際に、フィルタにおけるＰＭ堆積量が所定堆積量より多い場合、該内燃機関の排気を電気ヒータによって加熱することでフィルタの温度をＰＭの酸化可能温度まで上昇させてから該内燃機関の運転を停止させる。そして、フィルタの温度がＰＭの酸化可能温度まで上昇してから該フィルタに空気を供給する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

従来、内燃機関の排気通路にフィルタが設けられる場合がある。このフィルタは、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭと称する場合もある。）を捕集する機能を有する。フィルタには、捕集されたＰＭが徐々に堆積する。内燃機関の運転中に、フィルタの温度がＰＭの酸化可能温度に達しており且つ該フィルタの周囲雰囲気に酸素が存在する状況（以下、このような状況を「ＰＭ酸化可能状況」と称する場合もある。）が形成されれば、該フィルタに堆積したＰＭは酸化し除去される。しかしながら、内燃機関の運転中にＰＭ酸化可能状況が形成されなければ、フィルタにおけるＰＭ堆積量が増加し続けることになる。そこで、フィルタに堆積したＰＭを酸化させ除去すべくフィルタ再生処理を実行する技術が知られている。フィルタ再生処理は、強制的にＰＭ酸化可能状況を形成する処理である。

特許文献１には、内燃機関の運転が停止された時において、フィルタにおけるＰＭ堆積量が所定量よりも多い場合、内燃機関の運転停止中にフィルタ再生処理を行う技術が開示されている。この特許文献１に開示された構成では、酸化機能を有する触媒がフィルタに担持されている。また、フィルタには、該フィルタを加熱するための電気ヒータが設けられている。さらに、フィルタより上流側の排気通路には燃料添加弁および二次空気供給弁が設置されている。そして、内燃機関の運転停止中に、電気ヒータによりフィルタを加熱することでフィルタを昇温させる。さらに、電気ヒータによりフィルタを加熱した状態で燃料添加弁から燃料を添加することで、触媒において燃料が酸化することで生じる酸化熱によってフィルタの温度をＰＭの酸化可能温度まで上昇させるとともに、二次空気供給弁から二次空気を供給することで、ＰＭを酸化させ除去する。

また、特許文献２には、内燃機関の運転中にフィルタ再生処理を行う技術が開示されている。この特許文献２に開示されたフィルタ再生処理では、内燃機関の運転中に、フィルタを電気ヒータによって加熱することで該フィルタの温度を所定温度まで上昇させた後、該電気ヒータによる該フィルタの加熱を停止し、次いで、空気供給弁から該フィルタに空気を供給することで、ＰＭを酸化させ除去する。

特開２００７−１８７００６号公報 特開２０００−０９７０１２号公報

ＰＭ酸化可能状況が比較的長い期間形成されないまま内燃機関の運転が停止されると、フィルタに多くのＰＭが堆積した状態で該内燃機関の運転が停止されることになる場合がある。この場合、内燃機関の次回の運転開始時においても、フィルタに多くのＰＭが堆積した状態となる。そして、内燃機関の運転開始後に、該内燃機関の運転状態が高負荷運転となることでフィルタの温度がＰＭの酸化可能温度まで急上昇し、酸化可能状況が形成されると、堆積していたＰＭの酸化が急速に進行する場合がある。このような場合に、フィルタに多くのＰＭが堆積していると、該フィルタが過昇温し、該フィルタに不具合が生じる虞がある。

このような内燃機関の運転開始後のフィルタの過昇温の発生を抑制するために、上述した従来技術のように、内燃機関の運転停止中に、電気ヒータによって該フィルタを加熱するとともに該フィルタに空気を供給することで、該フィルタに堆積したＰＭを除去することが考えられる。しかしながら、内燃機関の運転停止中に電気ヒータによる加熱によってフィルタの温度をＰＭの酸化可能温度まで上昇させるためには、比較的多くの電力が必要となる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の運転を停止する際に、電気ヒータを用いて、フィルタに堆積したＰＭをより好適に除去することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明では、内燃機関の運転停止条件が成立した際に、フィルタにおけるＰＭ堆積量が所定堆積量より多い場合、該内燃機関の排気を電気ヒータによって加熱することでフィルタの温度をＰＭの酸化可能温度まで上昇させてから内燃機関の運転を停止させる。そして、フィルタの温度がＰＭの酸化可能温度まで上昇してから該フィルタに空気を供給する。

より詳細には、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられており排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに流入する排気を加熱する電気ヒータと、前記フィルタに空気を供給する空気供給部と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定部と、前記内燃機関の運転停止条件が成立したときに、前記推定部によって推定される前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が所定堆積量より多い場合、前記内燃機関の運転を継続させるとともに前記電気ヒータによって排気を加熱する昇温制御を実行することで前記フィルタの温度を粒子状物質の酸化可能温度である所定温度まで上昇させ、且つ、前記フィルタの温度を前記所定温度まで上昇させてから前記内燃機関の運転および前記電気ヒータによる排気の加熱を停止させる昇温制御部と、前記内燃機関の運転停止条件が成立したときに、前記推定部によって推定される前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が前記所定堆積量より多い場合前記フィルタの温度が前記所定温度より低い場合、前記昇温制御部による前記昇温制御の実行によって前記フィルタの温度が前記所定温度に達してから、前記空気供給部によって前記フィルタに空気を供給する空気供給制御部と、を備える。

本発明では、内燃機関の運転停止条件が成立しても、フィルタにおけるＰＭ堆積量が所定堆積量より多い場合、該内燃機関の運転が直ちには停止されずに、その運転がある程度の期間継続される。なお、本発明において、「内燃機関の運転停止」とは、内燃機関における燃料噴射弁からの燃料噴射が停止され、該内燃機関において燃料の燃焼が行われなくなることを意味する。したがって、内燃機関における燃料噴射の停止後において、燃料の燃焼が行われていない状態で慣性力によって該内燃機関の回転（すなわち、クランクシャフトの回転）がある程度の期間継続していても、燃料噴射の停止後は該内燃機関の運転は停止していると解釈する。また、本発明において、「内燃機関の運転を継続する」とは、内燃機関における燃料噴射弁からの燃料噴射を継続し、該内燃機関での燃料の燃焼を継続させることを意味する。また、本発明において、「内燃機関の運転停止条件」とは、内燃機関における燃料噴射弁からの燃料噴射を停止する条件、すなわち、内燃機関における燃料の燃焼を停止させる条件を意味する。また、本発明における「所定堆積量」は、内燃機関の次回の運転開始後にフィルタの温度がＰＭの酸化可能温度まで急上昇することで酸化可能状況が形成されてＰＭの酸化が急速に進行したとしても、フィルタの過昇温が生じる可能性は低いと判断できる量である。

そして、内燃機関の運転が継続されている間に、フィルタに流入する排気を電気ヒータ
によって加熱する。このように内燃機関の運転を継続させるとともに排気を電気ヒータによって加熱する制御を、本発明では「昇温制御」と称する。そして、本発明では、この昇温制御を実行することで、フィルタの温度を所定温度まで上昇させる。この昇温制御では、電気ヒータの電気エネルギーのみならず、排気が有する熱エネルギーも、フィルタの温度上昇に寄与することになる。さらに、本発明では、フィルタの温度が所定温度に達するまでの間は空気供給部からの該フィルタへの空気供給を行わない。そのため、フィルタの温度を所定温度まで上昇させるために、排気の他に、空気供給部から供給される空気を電気ヒータによって加熱する必要はない。これらにより、フィルタの温度を所定温度まで上昇させるために電気ヒータによって消費される電力を低減することができる。

また、本発明では、昇温制御を実行することでフィルタの温度が所定温度に達してからは、空気供給部によってフィルタに空気が供給される。これにより、ＰＭ酸化可能状況が形成されるため、フィルタに堆積したＰＭが酸化する。そのため、フィルタの温度を所定温度まで上昇させてから内燃機関の運転および電気ヒータによる排気の加熱を停止させたとしても、ＰＭ酸化可能状況が形成されている間（すなわち、フィルタの温度がＰＭの酸化可能温度である間）は、該フィルタに堆積したＰＭは酸化され除去される。したがって、本発明によれば、内燃機関の運転を停止する際に、電気ヒータを用いて、フィルタに堆積したＰＭをより好適に除去することができる。

本発明においては、昇温制御部は、昇温制御の実行開始後、フィルタの温度が所定温度に達した時点で内燃機関の運転および電気ヒータによる排気の加熱を停止させてもよい。これによれば、フィルタを昇温させるための内燃機関の運転継続期間および電気ヒータの稼働期間を最低限に抑えることができる。したがって、フィルタを昇温させるための燃料消費量および消費電力量を可及的に少なくすることができる。

また、本発明では、空気供給部の構成として、フィルタより上流側の排気通路中に二次空気を噴射する空気噴射弁を有する構成を採用してもよい。このような構成の場合、空気供給部は、空気噴射弁から二次空気を噴射することでフィルタに空気を供給する。

また、本発明では、空気供給部の構成として、内燃機関を回転させる（すなわち、内燃機関のクランクシャフトを回転させる）電気モータを有する構成を採用してもよい。このような構成の場合、空気供給部は、内燃機関の運転が停止した状態で電気モータによって該内燃機関を回転させることでフィルタに空気を供給する。この場合、二次空気を供給するための装置を別途設けることなく、フィルタに空気を供給することが可能となる。

本発明によれば、内燃機関の運転を停止する際に、電気ヒータを用いて、フィルタに堆積したＰＭをより好適に除去することができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る機関停止時再生処理が実行された場合の、燃料噴射弁、電気ヒータ、および空気噴射弁の作動状態と、フィルタの温度と、フィルタにおけるＰＭ堆積量との時間的な推移を示すタイムチャートである。 本発明の実施例１に係る機関停止時再生処理のフローを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例２に係る機関停止時再生処理のフローを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを、車両駆動用のガソリンエンジンに適用した場合の実施例について説明する。ただし、本発明に係る内燃機関は、ガソリンエンジンに限られるものではなくディーゼルエンジン等であってもよい。

［排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のガソリンエンジンである。内燃機関１には気筒内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁２が設けられている。なお、燃料噴射弁２は、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射弁でもよく、また、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁でもよい。内燃機関１には排気通路３が接続されている。なお、排気通路３はエキゾーストマニホールドを含んで構成される。図１における矢印は、排気通路３内における排気の流れ方向を表している。

排気通路３には排気浄化触媒４が設けられている。排気浄化触媒４としては、酸化触媒や三元触媒を例示することができる。また、排気通路３における排気浄化触媒４より下流側にはフィルタ５が設けられている。フィルタ５は、多孔質の基材により形成されたウォールフロー型のフィルタであって、排気中のＰＭを捕集する機能を有する。なお、フィルタ５には、酸化機能を有する触媒が担持されていてもよい。

排気通路３における排気浄化触媒４より下流側であってフィルタ５の直上流には、該フィルタ５に流入するガス（排気）を加熱することが可能な電気ヒータ６が設置されている。また、排気通路３におけるフィルタ５より下流側には、該フィルタ５から流出するガス（排気）の温度を検出する温度センサ７が設けられている。さらに、排気通路３における排気浄化触媒４よりも上流側には、排気通路３内に二次空気を噴射する空気噴射弁８が設けられている。空気噴射弁８には、空気供給通路を通して空気ポンプによって圧送された空気が供給される。なお、図１では、空気供給通路および空気ポンプの図示が省略されている。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、温度センサ７が電気的に接続されており、該温度センサ７の検出値がＥＣＵ１０に入力される。そして、ＥＣＵ１０は、温度センサ７の検出値に基づいてフィルタ５の温度を推定する。また、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁２、電気ヒータ６、および空気噴射弁８が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１０によって、これらの装置の動作が制御される。

さらに、ＥＣＵ１０には、内燃機関１を搭載した車両に設置されたイグニッションスイッチ１１が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ１０は、イグニッションスイッチ１１の出力信号に基づいて、内燃機関１の燃料噴射弁２の作動を制御する。つまり、内燃機関１の運転中に車両のユーザによってイグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされると、ＥＣＵ１０によって、燃料噴射弁２からの燃料噴射が停止される。なお、このときは、ＥＣＵ１０によって点火プラグ（図示略）による点火も停止される。これにより、内燃機関１での燃料の燃焼が行われなくなる。つまり、内燃機関１の運転が停止される。ただし、本実施においては、後述するように、必ずしも、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされると直ちに内燃機関１の運転が停止されるとは限らない。

［機関停止時再生処理］
内燃機関１の運転中においては、捕集されたＰＭが徐々に堆積することでフィルタ５におけるＰＭ堆積量が増加する。ただし、内燃機関１においては、車両の走行中に、内燃機関１において、燃料噴射弁２からの燃料噴射が停止されて燃料の燃焼が行われなくなる、所謂フューエルカット制御が実行される場合がある。このようなフューエルカット制御が実行されると、フィルタ５に空気が供給されることになる。そのため、フィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度に達している状態の下でフューエルカット制御が実行されると、ＰＭ酸化可能状況が形成されることになる。ＰＭ酸化可能状況が形成されると、フィルタ５に堆積したＰＭが酸化し除去されるため、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が減少する。

しかしながら、フィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度までは達しない程度に排気温度が低い状態の下では、フューエルカット制御が実行されたとしても、ＰＭ酸化可能状況は形成されない。そのため、フィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度までは達しない程度に排気温度が低い機関負荷での運転が続いた後で内燃機関１の運転が停止された場合のように、ＰＭ酸化可能状況が比較的長い期間形成されないまま内燃機関１の運転が停止される場合がある。このような場合、フィルタ５に多くのＰＭが堆積した状態で該内燃機関１の運転が停止されることになる。このとき、内燃機関１の次回の運転開始後に該内燃機関１の運転状態が高負荷運転となることでフィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度まで急上昇し、ＰＭ酸化可能状況が形成されると、堆積したＰＭの酸化が急速に進行することで該フィルタ５が過昇温する虞がある。

そこで、本実施例においては、内燃機関１の次回の運転開始後におけるフィルタ５の過昇温の発生を抑制するために、内燃機関１の運転を停止する際にフィルタ再生処理が実行される。以下、内燃機関１の運転を停止する際のフィルタ再生処理（以下、機関停止時再生処理と称する場合もある）について図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係る機関停止時再生処理が実行された場合の、燃料噴射弁、電気ヒータ、および空気噴射弁の作動状態と、フィルタの温度と、フィルタにおけるＰＭ堆積量との時間的な推移を示すタイムチャートである。

図２においては、時期ｔ１が、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされたタイミングを表している。なお、本実施例においては、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされることが、本発明に係る「内燃機関の運転停止条件」が成立したことに相当する。また、本実施例においては、内燃機関１の運転中に、ＥＣＵ１０によって、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が推定される。ここで、フィルタ５におけるＰＭ堆積量の推定方法としては、公知のどのような方法を適用してもよい。例えば、内燃機関１の運転中において、該内燃機関１から排出されるＰＭの量と、フィルタ５におけるＰＭの酸化量とを積算することで、フィルタ５におけるＰＭ堆積量を推定してもよい。なお、内燃機関１から排出されるＰＭの量は、内燃機関１での燃料噴射量等に基づいて推定することができる。また、フィルタ５におけるＰＭの酸化量は、内燃機関１の運転状態およびフィルタ５の温度等に基づいて推定することができる。本実施例においては、ＥＣＵ１０によってフィルタ５におけるＰＭ堆積量が推定されることで、本発明に係る「推定部」が実現される。そして、本実施例では、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされたときに、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が所定堆積量Ｆｐｍ１より多い場合に、機関停止時再生処理が実行される。ここで、所定堆積量Ｆｐｍ１は、内燃機関１の次回の運転開始後にフィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度まで急上昇することで酸化可能状況が形成されてＰＭの酸化が急速に進行したとしても、フィルタ５の過昇温が生じる可能性は低いと判断できる量として設定された量である。このような所定堆積量Ｆｐｍ１は、実験等に基づいて予め設定することができる。

本実施例に係る機関停止時再生処理においては、図２に示すように、時期ｔ１においてイグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされても、燃料噴射弁２からの燃料噴射は直ちには停止されずに継続される。つまり、時期ｔ１以降も内燃機関１の運転が継続される。時期ｔ１以降においても、内燃機関１の運転が継続されている間は排気通路３に排気が流れることになる。そして、時期ｔ１から電気ヒータ６がＯＮにされる。つまり、時期ｔ１から、フィルタ５に流入する排気の電気ヒータ６による加熱が開始される。これにより、フィルタ５の温度が上昇する。そして、時期ｔ２において、フィルタ５の温度が第１所定温度Ｔｆ１に達する。ここで、第１所定温度Ｔｆ１は、ＰＭの酸化可能温度であって、且つ、仮にＰＭ酸化可能状況が形成されることでフィルタ５に堆積したＰＭが酸化し、その酸化熱によって該フィルタ５の温度がさらに上昇したとしても、該フィルタ５の温度が許容範囲（過昇温とはならない範囲）の上限値（図２におけるＴｆｌｉｍｉｔ）以下に収まる温度として実験等に基づき予め定められた温度である。

この時期ｔ２においてフィルタ５の温度が第１所定温度Ｔｆ１に達すると、燃料噴射弁２からの燃料噴射が停止されるとともに、電気ヒータ６がＯＦＦにされる。つまり、時期ｔ２において、内燃機関１の運転が停止されるとともに、電気ヒータ６による排気の加熱が停止される。なお、本実施例では、時期ｔ１から時期ｔ２までの間において、内燃機関１の運転が継続され且つ電気ヒータ６による排気が加熱されることで、本発明に係る昇温制御が実行されることになる。そして、時期ｔ２から、空気噴射弁８からの二次空気の噴射が開始される。これにより、その温度がＰＭの酸化可能温度に達しているフィルタ５に空気が供給されることになる。その結果、ＰＭ酸化可能状況が形成されることになる。

時期ｔ２においてＰＭ酸化可能状況が形成されると、フィルタ５に堆積したＰＭが酸化し始める。そのため、時期ｔ２から、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が徐々に減少する。また、時期ｔ２から、フィルタ５に堆積したＰＭが酸化し始めると、その酸化熱のために暫くの間は該フィルタ５の温度がさらに上昇する。ただし、時期ｔ２において電気ヒータ６はＯＦＦにされているため、該電気ヒータ６からはフィルタ５に熱エネルギーは供給されない。そして、フィルタ５においてＰＭが酸化することで発生した熱量は、空気噴射弁８から噴射され該フィルタ５に供給される空気によって持ち去られることになる。したがって、図２に示すように、時期ｔ２から暫くするとフィルタ５の温度が低下し始める。つまり、時期ｔ２時点の温度よりもさらに上昇したフィルタ５の温度は、許容範囲の上限値Ｔｆｌｉｍｉｔを超える前にピークととなり、その後、低下する。

そして、時期ｔ３においてフィルタ５の温度が第２所定温度Ｔｆ２に達する。ここで、第２所定温度Ｔｆ２は、第１所定温度Ｔｆ１より低い温度であって、ＰＭの酸化可能温度の下限値として実験等に基づいて予め定められた温度である。つまり、時期ｔ３以降においては、フィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度の下限値を下回るため、該フィルタ５に空気が供給されたとしても、ＰＭ酸化可能状況は形成されなくなる。そのため、フィルタ５に堆積したＰＭが酸化されなくなる。そこで、時期ｔ３においては、空気噴射弁８からの二次空気の噴射が停止される。これにより、機関停止時再生処理の実行が停止される。

上記のような機関停止時再生処理によれば、時期ｔ２から時期ｔ３までの期間においてＰＭ酸化可能状況が形成される。そのため、この期間において、フィルタ５に堆積したＰＭを酸化させ除去することができる。これにより、内燃機関１の次回の運転開始時のフィルタ５におけるＰＭ堆積量を減少させることができる。その結果、内燃機関１の次回の運転開始後に、仮に、該内燃機関１の運転状態が高負荷運転となることでフィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度まで急上昇したとしても、ＰＭの酸化熱によって該フィルタ５が過昇温することを抑制することができる。

また、上記の機関停止時再生処理によれば、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにさ
れても直ちには内燃機関１の運転を停止させずにその運転を継続させる。そして、内燃機関１の運転が継続されている間に、フィルタ５に流入する排気を電気ヒータ６によって加熱することで、該フィルタ５の温度を第１所定温度Ｔｆ１まで上昇させる。そのため、電気ヒータ６の電気エネルギーのみならず、排気が有する熱エネルギーも、フィルタ５の温度上昇に寄与することになる。さらに、上記の機関停止時再生処理によれば、時期ｔ１以降において、フィルタ５の温度が第１所定温度Ｔｆ１に達するまでは、空気噴射弁８からの二次空気の噴射は行われない。そのため、フィルタ５の温度を第１所定温度Ｔｆ１まで上昇させるために、内燃機関１から排出される排気の他に、空気噴射弁８から噴射された二次空気を電気ヒータ６によって加熱する必要はない。したがって、空気噴射弁８から二次空気を噴射しつつ電気ヒータ６によって排気および二次空気を加熱した場合に比べて、フィルタ５の温度を第１所定温度Ｔｆ１までより効率的に上昇させることができる。これにより、フィルタ５の温度を第１所定温度Ｔｆ１まで上昇させるために電気ヒータ６によって消費される電力を低減することができる。

次に、本実施例に係る機関停止時再生処理のフローについて図３に基づいて説明する。図３は、本実施例に係る機関停止時再生処理のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に記憶されており、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされたとき、すなわち、内燃機関１の運転停止条件が成立したときに、該ＥＣＵ１０によって実行される。なお、本フローの実行途中において、内燃機関１の運転停止条件が不成立となった場合（すなわち、イグニッションスイッチ１１がＯＮにされた場合）、本フローの実行は途中で停止される。

本フローでは、Ｓ１０１において、現時点のフィルタ５におけるＰＭ堆積量が読み込まれる。なお、フィルタ５におけるＰＭ堆積量は、ＥＣＵ１０によって本フローとは別のフローが実行されることで推定される。そして、推定されたＰＭ堆積量がＥＣＵ１０に記憶されている。Ｓ１０１では、この記憶されているＰＭ堆積量が読み込まれる。次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で読み込まれたフィルタ５におけるＰＭ堆積量Ｆｐｍが、上述した所定堆積量Ｆｐｍ１より多いか否かが判別される。Ｓ１０２において否定判定された場合、つまり、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされたときのフィルタ５おけるＰＭ堆積量Ｆｐｍが所定堆積量Ｆｐｍ１以下の場合は、内燃機関１の次回の運転開始後にＰＭの酸化が急速に進行したとしてもフィルタ５が過昇温する可能性は低い。そのため、この場合は、次にＳ１１１の処理が実行される。Ｓ１１１においては、内燃機関１において燃料噴射弁２からの燃料噴射が停止される。この場合、点火プラグによる点火も停止される。これにより、内燃機関１の運転が停止される。その後、本フローの実行が終了される。

一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合、次にＳ１０３の処理が実行される。Ｓ１０３においては、燃料噴射弁２からの燃料噴射が継続される。この場合、点火プラグによる点火も継続される。これにより、内燃機関１の運転が継続される。なお、内燃機関１の運転が継続される際の燃料噴射弁２からの燃料噴射量は、通常のアイドル運転時の燃料噴射量と同量であってもよく、また、通常のアイドル運転時の燃料噴射量より少なくてもよい。次に、Ｓ１０４において、電気ヒータ６がＯＮにされる。これにより、電気ヒータ６によって、フィルタ５に流入する排気が加熱される。なお、本実施例では、Ｓ１０３およびＳ１０４の処理が実行されることで、本発明に係る「昇温制御」が実行されることになる。

次に、Ｓ１０５において、フィルタ５の温度Ｔｆが第１所定温度Ｔｆ１以上となったか否かが判別される。上述したように、第１所定温度Ｔｆ１は、ＰＭの酸化可能温度であって、且つ、仮にＰＭ酸化可能状況が形成されることでフィルタ５に堆積したＰＭが酸化し、その酸化熱によって該フィルタ５の温度がさらに上昇したとしても、該フィルタ５の温度が許容範囲の上限値以下に収まる温度である。なお、本実施例においては、この第１所
定温度Ｔｆ１が、本発明に係る「所定温度」に相当する。Ｓ１０５において否定された場合、すなわち、フィルタ５の温度Ｔｆが第１所定温度Ｔｆ１にまだ達していない場合、Ｓ１０３およびＳ１０４の処理が再度実行される。一方、Ｓ１０５において肯定判定された場合、次にＳ１０６の処理が実行される。Ｓ１０６においては、電気ヒータ６がＯＦＦにされる。これにより、電気ヒータ６による、フィルタ５に流入する排気の加熱が停止される。次に、Ｓ１０７において、燃料噴射弁２からの燃料噴射が停止される。この場合、点火プラグによる点火も停止される。これにより、内燃機関１の運転が停止される。

次に、Ｓ１０８において、空気噴射弁８からの二次空気の噴射が実行される。これにより、フィルタ５に空気が供給される。その結果、ＰＭ酸化可能状況が形成される。そのため、フィルタ５に堆積したＰＭが酸化されることになる。なお、Ｓ１０８においては、空気噴射弁８からの二次空気の噴射量が、ＰＭ酸化可能状況を形成することが可能な程度の量の空気がフィルタ５に供給されるように設定された目標噴射量に制御される。この目標噴射量は実験等に基づいて予め定められている。次に、Ｓ１０９において、フィルタ５の温度が第２所定温度Ｔｆ２より低くなったか否かが判別される。上述したように、第２所定温度Ｔｆ２は、ＰＭの酸化可能温度の下限値として設定された温度である。なお、Ｓ１０９の処理が実行される時点では内燃機関１の運転が停止されているため排気通路３には排気は流れてないが、該排気通路３には空気噴射弁８から噴射された空気が流れている。そして、フィルタ５から流出した空気の温度を温度センサ７によって検出することができる。ＥＣＵ１０は、この温度センサ７によって検出された空気の温度に基づいてフィルタ５の温度を推定することができる。Ｓ１０９において否定判定された場合、すなわち、フィルタ５の温度Ｔｆが第２所定温度Ｔｆ２までまだ低下していない場合、Ｓ１０８の処理が再度実行される。

一方、Ｓ１０９において肯定判定された場合、次にＳ１１０の処理が実行される。Ｓ１１０においては、空気噴射弁８からの二次空気の噴射が停止される。その後、本フローの実行が終了される。

上記フローによれば、内燃機関１の運転を停止する際に、フィルタ５におけるＰＭ堆積量Ｆｐｍが所定堆積量Ｆｐｍ１より多い場合、電気ヒータ６によって消費される電力を低減しつつ、フィルタ５に堆積したＰＭを除去し、減少させることができる。

なお、本実施例においては、本発明に係る空気供給装置が、空気噴射弁８を含んで構成される。ここで、本実施例では、空気噴射弁８によって、排気浄化触媒４よりも上流側の排気通路３に二次空気が噴射される。これによって、フィルタ５に空気が供給される際に、排気浄化触媒４が有する熱によって暖められた空気がフィルタ５に供給されることになる。これにより、フィルタ５から空気によって熱が持ち去れることによる該フィルタ５の温度低下を低減することができる。また、フィルタ５よりも上流側の排気通路３に、ターボチャージャのタービン等のような排気浄化触媒４以外の排気系構造物が設けられている場合は、該排気系構造物より上流側の排気通路３に空気噴射弁８を設けてもよい。これによれば、空気噴射弁８から噴射された二次空気がフィルタ５に供給される際に、該空気を排気系構造物が有する熱によって暖めることができる。そのため、上記と同様の効果を得ることができる。ただし、空気噴射弁が、排気浄化触媒やそれ以外の排気系構造物よりも上流側の排気通路に設けられることは、本発明において必須ではない。

また、本実施例においては、ＥＣＵ１０が図３に示すフローにおけるＳ１０２〜Ｓ１０７の処理を実行することで、本発明に係る昇温制御部が実現される。また、本実施例においては、ＥＣＵ１０が図３に示すフローにおけるＳ１０２，Ｓ１０５，およびＳ１０８の処理を実行することで、本発明に係る空気供給制御部が実現される。

また、本実施例に係る機関停止時再生処理では、フィルタ５の温度が第１所定温度に達した時点で、内燃機関１の運転および電気ヒータ６による排気の加熱を停止した。しかしながら、フィルタ５の温度が第１所定温度に達した時点以降においても、内燃機関１の運転および電気ヒータ６による排気の加熱を継続してよい。この場合でも、フィルタ５の温度が第１所定温度に達した時点以降においては空気噴射弁８からの二次空気の噴射が実行されるため、内燃機関１の運転が継続しており且つ電気ヒータ６による排気の加熱が行われている期間（すなわち、本発明に係る昇温制御が実行されている期間）と、空気噴射弁８からの二次空気の噴射が実行される期間とが一部重なることになる。ただし、上述したように、フィルタ５の温度が第１所定温度に達していれば、内燃機関１の運転の継続および電気ヒータ６による排気の加熱によって該フィルタ５がそれ以上昇温されなくても、空気噴射弁８からの二次空気の噴射が実行されることで該フィルタ５に空気が供給されれば、ＰＭ酸化可能状況が形成されるため、フィルタ５に堆積したＰＭは酸化し得る。そして、フィルタ５の温度が第１所定温度に達した時点で内燃機関１の運転および電気ヒータ６による排気の加熱を停止することで、フィルタ５を昇温させるための内燃機関１の運転継続期間および電気ヒータ６の稼働期間を最低限に抑えることができる。これにより、フィルタ５を昇温させるための燃料消費量および消費電力量を可及的に少なくすることができる。

また、本実施例に係る機関停止時再生処理において、内燃機関１の運転を停止する時期（燃料噴射弁２からの燃料噴射の停止時期）と、電気ヒータ６をＯＦＦとする時期とは必ずしも同時期でなくてもよい。また、本実施例に係る機関停止時再生処理において、空気噴射弁８からの二次空気の噴射を停止する時期は、必ずしも、フィルタ５の温度がＰＭの酸化可能温度の下限値である第２所定温度に達した時点でなくてもよい。しかしながら、フィルタ５の温度が第２所定温度に達するまで空気噴射弁８からの二次空気の噴射することで、可及的に長い期間、ＰＭ酸化可能状況を形成することができる。そのため、フィルタ５に堆積したＰＭを可及的に減少させることができる。

また、本実施例に係る機関停止時再生処理を、車両のユーザによってイグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされることで内燃機関１の運転を停止する場合のみならず、予め定められた自動停止条件が成立すると該内燃機関１の運転が自動的に停止される自動運転停止制御が行われる際に実行してもよい。この場合、自動停止条件が成立したときに、上記の機関停止時再生処理のフローが実行される。そして、この場合、自動停止条件が成立したときが、本発明に係る「内燃機関の運転停止条件が成立したとき」に相当する。なお、自動停止条件の一つに、フィルタ５におけるＰＭ堆積量に関する条件であるＰＭ堆積量条件も含まれると捉える場合には、該ＰＭ堆積量条件以外の条件が成立したときが、本発明に係る「内燃機関の運転停止条件が成立したとき」に相当する。

＜実施例２＞
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを、車両の駆動源として内燃機関の他に電気モータを有するハイブリッドシステムに適用した場合の実施例について説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。ここで、実施例１に係る構成と異なる点についてのみ説明する。本実施例において、内燃機関１は、ハイブリッドシステム２０を構成する内燃機関である。ハイブリッドシステム２０は、車両の駆動源となる電気モータ１２を含んでいる。電気モータ１２にはバッテリ（図示略）から電力が供給される。また、電気モータ１２はＥＣＵ１０に電気的に接続されており、該ＥＣＵ１０によってその動作が制御される。また、ハイブリッドシステム２０は、内燃機関１の運転停止中であっても、電気モータ１２によって内燃機関１を回転可能に構成されている（すなわち、内燃機関１のクランクシャフトを回転可能に構成されている。）。また、本実施例においては、内燃機関１の排気通路３に、実施例１に係る構成に含まれていた
空気噴射弁８は設けられていない。

本実施例においては、実施例１で説明したように車両のユーザによってイグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされた場合の他に、ＥＣＵ１０によって車両の駆動源が内燃機関１から電気モータ１２に切り換えられた場合に、内燃機関１の運転が停止される。つまり、本実施例においては、車両の駆動源として電気モータ１２が選択される条件が成立したときも、内燃機関１の運転停止条件が成立したことになる。

そして、本実施例においても、内燃機関１の運転停止条件が成立したときに、フィルタ５におけるＰＭ堆積量が所定堆積量より多い場合、機関停止時再生処理が実行される。ただし、上述したように、本実施例においては、内燃機関１の排気通路に空気を噴射する空気噴射弁が設けられていない。そのため、本実施例に係る機関停止時再生処理においては、フィルタ５に空気を供給する方法が、実施例１に係る機関停止時再生処理とは異なっている。

本実施に係る機関停止時再生処理においても、内燃機関１の運転停止条件が成立しても内燃機関１の運転は直ちには停止されず、該内燃機関１の運転を継続するとともに電気ヒータ６によって排気を加熱することで、フィルタ５の温度を第１所定温度Ｔｆ１まで上昇させる。また、フィルタ５の温度が第１所定温度Ｔｆ１に達した時点で、燃料噴射弁２からの燃料噴射を停止させて内燃機関１の運転を停止させる。そして、フィルタ５の温度が第１所定温度Ｔｆ１に達してから、内燃機関１の運転を停止させた状態で電気モータ１２によって該内燃機関１を回転させる（すなわち、内燃機関のクランクシャフトを回転させる。）。これにより、吸気通路を介して内燃機関１に空気が流入するとともに、該空気が内燃機関１から排気通路３に排出される。そして、内燃機関１から排気通路３に排出された空気がフィルタ５に供給されることになる。

次に、本実施例に係る機関停止時再生処理のフローについて図５に基づいて説明する。図５は、本実施例に係る機関停止時再生処理のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０に記憶されており、イグニッションスイッチ１１がＯＦＦにされたとき、または、車両の駆動源として電気モータ１２が選択される条件が成立したとき、すなわち、内燃機関１の運転停止条件が成立したときに、該ＥＣＵ１０によって実行される。また、本フローの実行途中において、内燃機関１の運転停止条件が不成立となった場合（すなわち、イグニッションスイッチ１１がＯＮにされた場合、または、車両の駆動源として内燃機関１が選択される条件が成立した場合）、本フローの実行は途中で停止される。なお、本フローにおける各ステップのうち、図３に示すフローにおける各ステップと同様の処理を実行するステップについては、同様の参照番号を付し、その説明を省略する。

本フローでは、Ｓ１０７において燃料噴射弁２からの燃料噴射が停止され、内燃機関１の運転が停止されると、次にＳ２０８の処理が実行される。Ｓ２０８においては、内燃機関１の運転が停止された状態で電気モータ１２によって該内燃機関１が回転される。これにより、フィルタ５に空気が供給される。その結果、ＰＭ酸化可能状況が形成される。そのため、フィルタ５に堆積したＰＭが酸化されることになる。なお、Ｓ２０８においては、内燃機関１の機関回転速度が、ＰＭ酸化可能状況を形成することが可能な程度の量の空気がフィルタ５に供給されるように設定された目標回転速度となるように、電気モータ１２が制御される。この目標回転速度は実験等に基づいて予め定められている。

また、本フローでは、Ｓ１０９において肯定判定された場合、すなわち、フィルタ５の温度Ｔｆが第２所定温度Ｔｆ２まで低下した場合、Ｓ２１０の処理が実行される。Ｓ２１０においては、電気モータ１２による内燃機関１の回転が停止される。その後、本フローの実行が終了される。

本実施例に係る機関停止時再生処理によれば、実施例１に係る機関停止時再生処理と同様、内燃機関１の運転を停止する際に、フィルタ５におけるＰＭ堆積量Ｆｐｍが所定堆積量Ｆｐｍ１より多い場合、電気ヒータ６によって消費される電力を低減しつつ、フィルタ５に堆積したＰＭを除去し、減少させることができる。また、本実施例に係る構成によれば、実施例１に係る空気噴射弁８のような二次空気を供給するための装置を別途設けることなく、フィルタ５に空気を供給することが可能となる。

なお、本実施例においては、本発明に係る空気供給装置が、電気モータ１２を含んで構成される。ただし、本発明において内燃機関の運転が停止された状態で該内燃機関を回転させるための電気モータは、必ずしも、ハイブリッドシステムにおいて車両の駆動源となる電気モータでなくてもよい。例えば、内燃機関を始動させる際に用いられるスタータモータを、本発明において内燃機関の運転が停止された状態で該内燃機関を回転させるための電気モータとして用いてもよい。

また、本実施例においては、ＥＣＵ１０が図５に示すフローにおけるＳ１０２，Ｓ１０５，およびＳ２０８の処理を実行することで、本発明に係る空気供給制御部が実現される。

また、実施例１とは異なり、本実施例に係る機関停止時再生処理の場合、内燃機関１の運転と、フィルタ５への空気の供給とを同時期に実行することはできない。そのため、本実施例の場合、フィルタ５の温度が第１所定温度に達した時点で、内燃機関１の運転が停止され、その時点以降は該内燃機関１の運転は継続されない。

１・・・内燃機関
２・・・燃料噴射弁
３・・・排気通路
４・・・排気浄化触媒
５・・・フィルタ
６・・・電気ヒータ
７・・・温度センサ
８・・・空気噴射弁
１０・・ＥＣＵ
１１・・イグニッションスイッチ
１２・・電気モータ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられており排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタに流入する排気を加熱する電気ヒータと、前記フィルタに空気を供給する空気供給部と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量を推定する推定部と、
   前記内燃機関の運転停止条件が成立したときに、前記推定部によって推定される前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が所定堆積量より多い場合、前記内燃機関の運転を継続させるとともに前記電気ヒータによって排気を加熱する昇温制御を実行することで前記フィルタの温度を粒子状物質の酸化可能温度である所定温度まで上昇させ、且つ、前記フィルタの温度を前記所定温度まで上昇させてから前記内燃機関の運転および前記電気ヒータによる排気の加熱を停止させる昇温制御部と、
   前記内燃機関の運転停止条件が成立したときに、前記推定部によって推定される前記フィルタにおける粒子状物質の堆積量が前記所定堆積量より多い場合、前記昇温制御部による前記昇温制御の実行によって前記フィルタの温度が前記所定温度に達してから、前記空気供給部によって前記フィルタに空気を供給する空気供給制御部と、を備える内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記昇温制御部が、前記昇温制御の実行開始後、前記フィルタの温度が前記所定温度に達した時点で前記内燃機関の運転および前記電気ヒータによる排気の加熱を停止させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記空気供給部は、前記フィルタより上流側の前記排気通路中に二次空気を噴射する空気噴射弁を有し、前記空気噴射弁から二次空気を噴射することで前記フィルタに空気を供給する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記空気供給部は、前記内燃機関を回転させる電気モータを有し、前記内燃機関の運転が停止した状態で前記電気モータによって前記内燃機関を回転させることで前記フィルタに空気を供給する請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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