排気浄化システム
【課題】排気浄化装置の再生中等において排気浄化装置の排気下流側の排気温度が上昇する場合に、還流流路に設置された装置が損傷することなく排気浄化装置の排気下流側から吸気側に還流流路を通って排ガスを還流できる排気浄化システムを提供する。
【解決手段】ＥＣＵ８０は、ＤＰＦ５０の再生のためにポスト噴射が実行されている場合には、高圧ＥＧＲ弁４２を閉弁して高圧還流流路２２０にＥＧＲガスが流れることを禁止し、高圧ＥＧＲ弁４２に代えて低圧ＥＧＲ弁６２を開弁し、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。ＥＣＵ８０は、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２のＥＧＲガスの熱による損傷を防止するために、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とに基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整する。
【解決手段】ＥＣＵ８０は、ＤＰＦ５０の再生のためにポスト噴射が実行されている場合には、高圧ＥＧＲ弁４２を閉弁して高圧還流流路２２０にＥＧＲガスが流れることを禁止し、高圧ＥＧＲ弁４２に代えて低圧ＥＧＲ弁６２を開弁し、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。ＥＣＵ８０は、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２のＥＧＲガスの熱による損傷を防止するために、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とに基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気流路に設置されて排ガス中の有害成分を除去する排気浄化装置の排気下流側から吸気側に排ガスを還流し、排ガスの還流量を還流量調整弁で調整する排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気側から吸気側に排ガスを還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）により、内燃機関の気筒内において燃焼を抑制し、ＮＯｘの排出量を低減することが知られている。排気側と吸気側とを接続する還流流路を通って排気側から吸気側に還流される排ガス（ＥＧＲガスとも言う。）はＥＧＲクーラで冷却されるとともに、ＥＧＲ弁により流量を調整される（例えば、特許文献１参照）。ＥＧＲクーラでＥＧＲガスの温度を低下することにより、気筒内における燃焼温度が低下して燃焼がさらに抑制されるとともに、同じＥＧＲガス量であれば、より多くの質量の排ガスを還流させることができる。
【０００３】
ところで、特許文献１では、排気浄化装置が除去している有害成分を浄化するためにポスト噴射等により排気流路に未燃成分を添加し、未燃成分が酸化触媒等で酸化反応するときの熱を有害成分の浄化に利用している。
【０００４】
この場合、排気浄化装置の排気上流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる構成では、ＥＧＲ弁またはＥＧＲクーラ等の還流流路に設置される装置が排気流路に添加された未燃成分により濡れ、ＥＧＲガス中のパティキュレートが付着しやすくなる。例えばパティキュレートがＥＧＲ弁の弁部に付着すると、弁部が固着したり、弁部に付着したパティキュレートにより全閉時に隙間ができＥＧＲガスが弁部から漏れる恐れがある。また、ＥＧＲクーラ内にパティキュレートが付着すると、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下する。
【０００５】
この問題に対し特許文献１では、排気流路に未燃成分を添加して排気浄化装置を再生する場合には、ＥＧＲ弁を閉弁し還流流路にＥＧＲガスが流れないようにしている。
しかしながら、ＥＧＲ弁を閉弁するとＥＧＲガスを吸気側に還流できないので、排気浄化装置の再生中にＮＯｘ排出量を低減できないという問題が生じる。
【０００６】
そこで、排気浄化装置の排気上流側ではなく排気下流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させることが考えられる。この構成では、排気浄化装置の再生のために未燃成分が添加されても、排気浄化装置の排気上流側または排気浄化装置自体に担持されている酸化触媒により未燃成分が酸化反応するので、排気浄化装置の排気下流側には未燃成分が流出しない。
【０００７】
これにより、排気浄化装置の再生中に排気浄化装置の排気下流側から還流流路を通って吸気側にＥＧＲガスを還流させても、ＥＧＲ弁およびＥＧＲクーラが未燃成分に濡れることを防止できる。そして、排気浄化装置の再生中に吸気側にＥＧＲガスを還流できるので、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２９９４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、排気浄化装置の排気下流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる構成では、排気浄化装置の再生中に添加された未燃成分が酸化反応することにより、排気浄化装置の排気下流側の排気温度が上昇し、温度が上昇したＥＧＲガスが還流流路を通過することになる。すると、ＥＧＲ弁およびＥＧＲクーラのように、還流流路に設置された装置が熱により損傷する恐れがある。
【００１０】
排気浄化装置の排気下流側での排気温度の上昇は、未燃成分の酸化反応により生じる以外にも、排気浄化装置に捕集されたパティキュレートが燃焼する場合にも生じる。
還流流路に設置された装置が熱によって損傷することを防止するために、排気浄化装置の再生中にＥＧＲ弁を閉弁すると、前述したたように、排気浄化装置の再生中に発生するＮＯｘを低減できないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、排気浄化装置の再生中等において排気浄化装置の排気下流側の排気温度が上昇する場合に、還流流路に設置された装置が損傷することなく排気浄化装置の排気下流側から吸気側に還流流路を通って排ガスを還流できる排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１から１８に記載の発明によると、還流流路は排気浄化装置の排気下流側の排ガスを吸気側に還流し、還流量調整弁は還流流路に設置され排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を調整する。
【００１３】
これにより、排気浄化装置を再生するために未燃成分を排気流路に添加しても、未燃成分が酸化反応等により消費されるので、排気浄化装置の排気下流側に未燃成分は排出されない。その結果、排気浄化装置の再生中に還流量調整弁を開弁して還流流路を排ガスが流れても、還流量調整弁を含み還流流路に設置された装置が未燃成分に濡れることを防止できる。
【００１４】
さらに、請求項１から１８に記載の発明によると、還流温度検出手段は、還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流温度を検出し、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度に基づいて還流量調整弁を制御し還流量を調整する。
【００１５】
これにより、例えば排気浄化装置の再生のために添加された未燃成分が酸化反応することにより排気温度が上昇する場合に、還流流路を流れる排ガスの還流温度に基づいて排ガスの還流量を調整するので、還流量調整弁を含み還流流路に設置された装置が高温で多量の排ガスに晒されることを防止できる。
【００１６】
その結果、排気浄化装置の再生中等において排気浄化装置の排気下流側の排気温度が上昇する場合にも、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスの熱により損傷することを防止しつつ、排気浄化装置の排気下流側から吸気側に排ガスを極力還流できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によると、還流量検出手段は還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を検出し、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度と還流量検出手段が検出する還流量とに基づいて還流量調整弁を制御し還流量を調整する。
【００１８】
このように、ＥＧＲガスの温度に加え流量に基づいてＥＧＲガスの還流量を調整するので、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスの熱エネルギーにより損傷することをより高精度に防止できる。
【００１９】
ところで、内燃機関の気筒容積と内燃機関の回転数との積により気筒に吸入されるガスの体積は算出できる。そして、気筒に吸入されるガスの体積とインテークマニホールドにおける吸気圧および吸気温度とに基づいて、気筒内に吸入されるガスの総モル数を気体の状態方程式から算出できる。気筒内に吸入されるガスの総モル数は、吸気量センサから検出された吸気量から算出されるモル数と、排気側から吸気側に還流されるＥＧＲガスのモル数との和である。
【００２０】
そこで、請求項３に記載の発明によると、還流量検出手段は、インテークマニホールドの吸気圧および吸気温度と、内燃機関の回転数と、吸気量とに基づいて還流量を推定し還流量として検出する。
【００２１】
これにより、インテークマニホールドの吸気圧および吸気温度と内燃機関の回転数とに基づいて気筒内に吸入されるガスの総モル数を算出し、この総モル数に対して吸気量から算出されるモル数を減算すると、排ガスの還流量を推定できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によると、還流量制御手段は、還流量検出手段が検出する還流量が多くなるにしたがい還流量調整弁を制御して還流量を低減する。
還流温度が同じであれば、還流量が多いほどＥＧＲガスの熱エネルギーは大きくなるので、還流量検出手段が検出する還流量が多くなるにしたがい還流量を低減することにより、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスから受ける熱エネルギーは小さくなる。これにより、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスの熱エネルギーにより損傷することを防止できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて還流温度を検出する。
排気浄化装置の排気下流側にはＥＧＲガスの温である還流温度が上昇する要因は通常存在しないので、排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて、還流温度を高精度に検出できる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、排気浄化装置に流入する排ガス量と、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて還流温度を検出する。
【００２５】
これにより、未燃成分濃度に基づいて未燃成分が酸化反応するときに生じる熱量を算出できる。そして、この熱量と、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度と、排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定できる。そして、未燃成分の濃度が高いほど、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度が高いほど、排気浄化装置に流入する排ガス量が少ないほど、排気浄化装置の排気下流側の排気温度は高くなる。
【００２６】
尚、酸素濃度が低い場合には、未燃成分の一部が酸化反応しないこともあるので、未燃成分が酸化反応する場合に生じる熱量を、酸素濃度を考慮して推定してもよい。また、フィルタに捕集されているパティキュレートの量によっては、未燃成分の酸化反応により生じる熱量に加え、パティキュレートが燃焼するときに生じる熱量を考慮して排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定してもよい。
【００２７】
ところで、排気浄化装置に捕集されているパティキュレートは、例えば気筒への燃料噴射量が増えて排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度が上昇すると、未燃成分を添加しない場合にも燃焼することがある。パティキュレートが燃焼するときに生じる熱量は排気浄化装置に捕集されているパティキュレートの量に基づいて算出できる。
【００２８】
そして、パティキュレートが燃焼するときに生じる熱量と、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度と、排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定できる。また、パティキュレート量が多いほど、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度が高いほど、排気浄化装置に流入する排ガス量が少ないほど、排気浄化装置の排気下流側の排気温度は高くなる。
【００２９】
そこで、請求項７に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、排気浄化装置に流入する排ガス量と、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置に流入する排ガス量と、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて還流温度を検出する。
【００３０】
尚、酸素濃度が低い場合には、排気浄化装置に捕集されているパティキュレートの一部が燃焼しないこともあるので、パティキュレートが燃焼する場合に生じる熱量を、酸素濃度をパラメータとして推定してもよい。また、未燃成分が添加される場合には、未燃成分の濃度をパラメータとして、未燃成分が酸化反応することにより生じる熱量を推定してもよい。
【００３１】
請求項８に記載の発明によると、還流温度検出手段は、下流温度センサが検出する排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて還流温度を検出する。
これにより、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定することなく、直接かつ高精度に排気浄化装置の排気下流側の排気温度を検出できる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によると、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度が高くなるにしたがい還流量調整弁を制御して還流量を低減する。
このように、還流温度が高くなるにしたがい還流量を低減するので、還流流路に設置された装置が熱による損傷を受けることを防止できる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明によると、還流流路に設置される排気冷却装置により、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する。
これにより、気筒内における燃焼温度が低下して燃焼が抑制されるとともに、同じＥＧＲガス量であれば、より多くの質量の排ガスを還流させることができる。その結果、気筒から排出されるＮＯｘ量を低減できる。
【００３４】
また、排気冷却装置は、ＥＧＲガスを冷却するために冷却フィン等を有しているので、熱による損傷を受け易い構造である。したがって、還流流路を流れる排ガスの還流温度に基づいて排ガスの還流量を調整して排気冷却装置が高温で多量の排ガスに晒されることを防止することが、排気冷却装置の損傷を防止する上で効果的である。
【００３５】
請求項１１に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気冷却装置の排気上流側の排気温度を還流温度として検出する。
これにより、排気冷却装置の排気上流側の排気温度に基づいて、排気冷却装置が熱により損傷しないように排ガスの還流量を調整できる。
【００３６】
ところで、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側に排ガスが到達するまでに低下する排気温度の温度低下量は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と還流量とに応じて変化する。
【００３７】
そこで、請求項１２に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と、還流量検出手段が検出する還流量とに基づいて排気冷却装置の排気上流側の排気温度を推定し還流温度として検出する。
【００３８】
これにより、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側に排ガスが到達するまでに低下する排気温度の温度低下量を、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と還流量とに基づいて推定できる。
【００３９】
ところで、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側に排ガスが到達するまでに低下する排気温度の温度低下量は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度が高いほど大きく、還流量が多いほど小さくなる。
【００４０】
そこで、請求項１３に記載の発明によると、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の温度低下量を推定する温度低下量推定手段は、還流量検出手段が検出する還流量が多くなるにしたがい温度低下量が小さくなるように推定し、排気浄化装置の排気下流側の排気温度が高くなるにしたがい温度低下量が大きくなるように推定する。そして、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度から温度低下量推定手段が推定する温度低下量を減算して排気冷却装置の排気上流側の排気温度を算出し還流温度として検出する。
【００４１】
これにより、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と還流量とに基づいて、排気冷却装置の排気上流側の排気温度を高精度に推定して検出できる。
請求項１４に記載の発明によると、還流温度検出手段は、さらに排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の時間遅れ特性に基づいて排気冷却装置の排気上流側の排気温度を還流温度として検出する。
【００４２】
これにより、排気浄化装置から排気冷却装置までの還流流路の流路長または流路抵抗等を考慮して、排気浄化装置の排気下流側の排気温度から遅れて変化する排気冷却装置の排気上流側の温度を高精度に推定できる。
【００４３】
請求項１５に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気冷却装置の排気上流側に設置されている上流温度センサが検出する排気冷却装置の排気上流側の排気温度を還流温度として検出する。
【００４４】
これにより、排気冷却装置の排気上流側の排気温度を推定することなく、直接かつ高精度に排気冷却装置の排気上流側の排気温度を検出できる。
請求項１６に記載の発明によると、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度が所定値以上の場合、還流量調整弁を制御して還流量を調整する。
【００４５】
これにより、還流温度が所定値以上の場合には還流量を調整し、還流温度が所定値より低い場合には、例えば還流量調整弁を全開にすることができる。その結果、還流量制御手段が還流量調整弁を制御する制御負荷を低減できる。
【００４６】
請求項１７に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、フィルタ自体に酸化触媒が担持されているか、あるいはフィルタの排気上流側に設置された酸化触媒を備える。
【００４７】
このように、排気浄化装置としてパティキュレートを捕集するフィルタ自体に酸化触媒が担持されているか、あるいはフィルタの排気上流側に酸化触媒が設置されている構成では、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量が増加し排気浄化装置の圧損が大きくなると、排気流路に未燃成分を添加する。
【００４８】
添加された未燃成分が酸化触媒により酸化反応して排気温度が上昇することにより、排気浄化装置が捕集しているパティキュレートが燃焼し、排気浄化装置が再生される。このように、排気浄化装置を再生するときに、排気浄化装置の排気下流側の温度が上昇する。
【００４９】
したがって、未燃成分を添加して排気浄化装置が捕集しているパティキュレートを燃焼させる構成では、未燃成分が添加されるタイミングが分かるので、未燃成分が添加され排気温度が上昇するタイミングに合わせて還流流量を適切に調整できる。
【００５０】
請求項１８に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のＮＯｘ成分を除去するＮＯｘ触媒を備える。
ＮＯｘ触媒は、通常、白金等の酸化触媒が担持されているので、未燃成分が添加されると、未燃成分が酸化触媒により酸化反応して排気温度が上昇する。そして、未燃成分が添加されるタイミングが分かるので、未燃成分が添加され排気温度が上昇するタイミングに合わせて還流流量を適切に調整できる。
【００５１】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図２】ＤＰＦ再生時のＤＰＦ下流側の温度変化を示すタイムチャート。
【図３】還流量検出値とＤＰＦ下流側温度と還流量上限値との関係を示す特性図。
【図４】（Ａ）はＤＰＦ下流側からＥＧＲクーラ上流側までの排気温度の遅れ特性を示すタイムチャート、（Ｂ）は還流量とＤＰＦ下流側温度と還流温度の温度低下量との関係を示す特性図。
【図５】ＥＧＲガス量制御ルーチン１を示すフローチャート。
【図６】ＥＧＲガス量制御ルーチン２を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図８】第３実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図９】第４実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図１０】第５実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による排気浄化システムを図１に示す。
【００５４】
（排気浄化システム１０）
第１実施形態の排気浄化システム１０は、燃料噴射弁４から噴射された燃料がディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」とも言う。）２で燃焼し、エンジン２から排出される排ガスを浄化するシステムである。エンジン２は、例えば４気筒の内燃機関である。本実施形態では、高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０の２系統で排気側から吸気側に排ガスが還流する。
【００５５】
吸気流路２００に吸入された吸気はエアクリーナ１２で異物を除去され、吸気量センサ１４により吸気量を検出される。吸気量センサ１４は、高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０が吸気流路２００に接続する位置よりも吸気上流側に設置されている。つまり、吸気量センサ１４が検出する吸気量は、ＥＧＲガスが排気側から吸気側に還流される前の吸気量である。
【００５６】
そして、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２で圧縮された吸気は、インタークーラ１６で冷却される。コンプレッサ３２は、排気流路２１０に設置されたタービン３４によりシャフトを介して回転駆動される。
【００５７】
インタークーラ１６で冷却された吸気は、スロットル弁１８で流量を調整される。スロットル弁１８は、軽負荷領域ではＥＧＲガスをより多く入れるために絞られるが、高負荷領域では吸気量増大やポンピングロスの低減等のために、ほぼ全開状態に保持される。
【００５８】
スロットル弁１８を通過した吸気は、インテークマニホールド２０で分岐されてエンジン２の各気筒に吸入される。インテークマニホールド２０には、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４がそれぞれ設置されている。
【００５９】
吸気流路２００と排気流路２１０とは高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０でそれぞれ接続されており、高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０を通り排気側から吸気側に排ガスが還流される。高圧還流流路２２０は、エンジン２とターボチャージャ３０のタービン３４との間の排気流路２１０と、インテークマニホールド２０とを接続している。低圧還流流路２３０は、ＤＰＦ(Diesel Particulate filter)５０の排気下流側の排気流路２１０と、吸気量センサ１４とターボチャージャ３０のコンプレッサ３２との間の吸気流路２００とを接続している。
【００６０】
高圧還流流路２２０がインテークマニホールド２０で吸気流路２００に接続する位置はターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の吸気下流側であるから、高圧還流流路２２０が吸気流路２００に接続する位置の吸気圧は、低圧還流流路２３０がターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の吸気上流側で吸気流路２００に接続する位置よりも高い。
【００６１】
高圧還流流路２２０には、高圧ＥＧＲクーラ４０、高圧ＥＧＲ弁４２が排気側からこの順番で設置されている。高圧ＥＧＲクーラ４０は、例えば、排気上流側から下流側に向けて延びる薄板が所定の間隔をおいて積層されている積層構造で形成されている。薄板と薄板との間には、冷却水が流れる層と、波状のフィンが設置されている層とが交互に形成されている。フィンが設置されている層は冷却流路を形成している。
【００６２】
高圧ＥＧＲ弁４２は、デューティ比または供給電力量により開度を制御される電磁弁である。高圧ＥＧＲ弁４２の開度が制御されることにより、高圧還流流路２２０を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量であるＥＧＲガス量が調整される。
【００６３】
ＤＰＦ５０は、ターボチャージャ３０のタービン３４の排気下流側に設置されている。ＤＰＦ５０は、多孔質のセラミックに白金等の酸化触媒が担持されたハニカム構造体で形成されている。ＤＰＦ５０のハニカム構造体の排気流れ方向に形成された流路の入口側および出口側は、互い違いに封止されている。排ガス中の有害成分であるパティキュレートは、入口側が封止されておらず出口側が封止されている流路から流入し、流路を形成するハニカム構造体の隔壁を通過する際に隔壁の細孔に捕集される。そして、排ガスは、入口側が封止されており出口側が封止されていない流路から流出する。
【００６４】
ＤＰＦ５０の排気上流側および下流側には、排気温センサ５２、５４がそれぞれ設置されている。また、差圧センサ５６は、ＤＰＦ５０の排気入口と排気出口との間の差圧を検出する。ＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレート量が増加すると、差圧センサ５６が検出する差圧は大きくなる。したがって、差圧センサ５６が検出する差圧に基づいて、ＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレート量を推定できる。
【００６５】
低圧還流流路２３０には、低圧ＥＧＲクーラ６０、低圧ＥＧＲ弁６２が排気側からこの順番で設置されている。低圧ＥＧＲクーラ６０、低圧ＥＧＲ弁６２は、体格の違いはあるものの、それぞれ前述した高圧ＥＧＲクーラ４０、高圧ＥＧＲ弁４２とほぼ同一の構成である。
【００６６】
低圧ＥＧＲクーラ６０により、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側に還流されるＥＧＲガスが冷却される。また、低圧ＥＧＲ弁６２の開度が制御されることにより、低圧還流流路２３０を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量であるＥＧＲガス量が調整される。
【００６７】
ＥＣＵ８０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、通信インタフェース等を有するマイクロコンピュータにより主に構成されている。ＥＣＵ８０は、ＥＣＵ８０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、エンジン運転状態を制御する。
【００６８】
ＥＣＵ８０は、吸気量センサ１４、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４、排気温センサ５２、５４、差圧センサ５６、エンジン回転数センサ７０、アクセル開度センサ７２、ならびにその他の各種センサの出力信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ８０は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁４の噴射時期および噴射量を制御する。また、ＥＣＵ８０は、エンジン運転状態に基づいて、エンジンの主なトルクを発生するメイン噴射を含み、メイン噴射の前のパイロット噴射、メイン噴射の後のポスト噴射等の多段噴射を実施する。
【００６９】
パイロット噴射は、メイン噴射による着火の前に空気と微少量の燃料とを予め混合させておくために実施される。ポスト噴射は、微少量の燃料を噴射してＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレートを燃焼するために実施される。
【００７０】
また、ＥＣＵ８０は、高圧ＥＧＲ弁４２、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御することにより、排気側から吸気側に還流するＥＧＲガス量を調整する。
（ＥＧＲ制御の切り替え）
次に、高圧還流流路２２０と低圧還流流路２３０との使用の切り替えについて説明する。前述したように、高圧還流流路２２０は、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の下流側の吸気流路２００であるインテークマニホールド２０内に排気側からＥＧＲガスを還流する。ＥＧＲガスは、排気側と吸気側との差圧により吸気側に吸入されるので、エンジン運転状態が高負荷状態であり、ターボチャージャ３０の過給圧が高圧になっている場合には、高圧還流流路２２０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流することが困難なときがある。
【００７１】
これに対し、低圧還流流路２３０は、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の下流側よりも吸気圧の低いコンプレッサ３２の上流側の吸気流路２００に排気側からＥＧＲガスを還流する。したがって、エンジン運転状態が高負荷状態であっても、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流できる。
【００７２】
そこで、高負荷運転状態の場合には、低圧ＥＧＲ弁６２を開弁し、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。この場合、排気側から吸気側に還流するＥＧＲガス量を高精度に調整するために、高圧ＥＧＲ弁４２は閉弁しておく。
【００７３】
ただし、エンジン運転状態が高負荷状態以外の場合には、高圧ＥＧＲ弁４２を開弁し、高圧還流流路２２０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。この場合、排気側から吸気側に還流するＥＧＲガス量を高精度に調整するために、低圧ＥＧＲ弁６２は閉弁しておく。
【００７４】
また、ＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレートを燃焼させてＤＰＦ５０を再生するためにポスト噴射を実行する場合、高圧ＥＧＲ弁４２が開弁しＥＧＲガスが高圧還流流路２２０を流れると、ポスト噴射により排気流路２１０に添加された未燃成分が高圧ＥＧＲクーラ４０および高圧ＥＧＲ弁４２に付着し、高圧ＥＧＲクーラ４０および高圧ＥＧＲ弁４２が未燃成分により濡れる。
【００７５】
すると、ＥＧＲガス中のパティキュレートが高圧ＥＧＲクーラ４０の冷却フィンに付着して、高圧ＥＧＲクーラ４０の冷却効率が低下する。また、ＥＧＲガス中のパティキュレートが高圧ＥＧＲ弁４２の弁部に付着すると、弁部が固着したり、パティキュレートが弁部に噛み込むことにより全閉時にＥＧＲガスが弁部から漏れる恐れがある。
【００７６】
そこで、ＤＰＦ５０の再生のためにポスト噴射が実行されている場合には、高圧ＥＧＲ弁４２を閉弁して高圧還流流路２２０にＥＧＲガスが流れることを禁止する。そして、高圧ＥＧＲ弁４２に代えて低圧ＥＧＲ弁６２を開弁し、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。
【００７７】
ポスト噴射により排気流路２１０に添加された未燃成分は、ＤＰＦ５０に担持されている酸化触媒により酸化反応しＤＰＦ５０の排気下流側には排出されない。そして、低圧還流流路２３０は、ＤＰＦ５０の排気下流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させるので、ＤＰＦ５０の再生中に低圧ＥＧＲ弁６２を開弁しても、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガスには未燃成分が含まれていない。したがって、ＤＰＦ５０の再生のために排気流路２１０に未燃成分が添加されても、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２は未燃成分に濡れない。
【００７８】
ところで、ポスト噴射により排気流路２１０に未燃成分が添加され、ＤＰＦ５０で未燃成分が酸化反応すると、反応熱によりＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が上昇する。この場合、ポスト噴射量が適量であるか、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレートが通常状態で燃焼する場合には、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度は、図２の実線３００に示すように許容範囲内に適正に昇温される。
【００７９】
これに対し、例えば、ポスト噴射量が多量の場合か、あるいはポスト噴射が実施されない場合にも排気温度の上昇によりＤＰＦ５０に捕集されている多量のパティキュレートが急激に燃焼すると、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が、図２の点線３１０に示すように排気温度の上限値を超えて過度に上昇することがある。
【００８０】
ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が過度に上昇している場合に低圧ＥＧＲ弁６２を開弁していると、ＤＰＦ５０の排気下流側から低圧還流流路２３０に高温のＥＧＲガスが流れる。これにより、低圧還流流路２３０に設置されている低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２等の装置が熱により損傷する恐れがある
（ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度検出）
そこで、本実施形態では、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度をＤＰＦ５０の排気下流側に設置された排気温センサ５４で検出し、検出した排気温度を還流温度として低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御することにより低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整する。排気温センサ５４でＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を直接検出することにより、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を高精度に検出できる。
【００８１】
例えば、図３に示すように、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が高くなるほど、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を小さくして低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を小さくし、ＥＧＲガス量を減少させる。一方、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が低くなるほど、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を大きくし低圧ＥＧＲ弁６２の開度を大きくしてＥＧＲガス量を増加させる。これにより、低圧還流流路２３０に設置されている低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が熱により損傷することを防止できる。
【００８２】
尚、排気温センサ５４を使用せず、エンジン運転状態に基づいてＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定して検出してもよい。例えば、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で未燃成分が酸化反応することにより上昇する排気温度を推定できる。この推定温度をＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度として検出してもよい。
【００８３】
ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度は、ＤＰＦ５０の排気上流側に設置された排気温センサ５２の出力信号から検出される。ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度は、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいてマップ等から算出される。ＤＰＦ５０に流入する排ガス量は、インテークマニホールド２０における吸気圧と吸気温度とエンジン回転数とに基づいてエンジン２に吸入される吸気量を算出することにより求めることができる。
【００８４】
このように、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で未燃成分が酸化反応することにより上昇する排気温度を推定する場合に、ＤＰＦ５０の排気上流側の酸素濃度と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレート量を考慮すると、より高精度にＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定できる。
【００８５】
ＤＰＦ５０の排気上流側の酸素濃度は、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度と同様に、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいてマップ等から算出できる。ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレート量は差圧センサ５６の出力信号から検出できる。
【００８６】
また、排気流路２１０に未燃成分が添加されずＤＰＦ５０の再生中ではない場合にも、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレートが排気温度の上昇により燃焼し、ＤＰＦ５０の排気下流側の温度が上昇することがある。この場合、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレー量と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で捕集されているパティキュレートが燃焼することにより上昇する排気温度を推定できる。この推定温度をＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度として検出してもよい。
【００８７】
このように、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレー量と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で捕集されているパティキュレートが燃焼することにより上昇する排気温度を推定する場合に、ＤＰＦ５０の排気上流側の酸素濃度と、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度とを考慮すると、より高精度にＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定できる。
【００８８】
（ＥＧＲガス量検出）
ところで、低圧還流流路２３０を流れる排ガスの還流量であるＥＧＲガス量が多い場合には、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガスの熱エネルギーが大きくなる。したがって、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度に加え、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整することが望ましい。低圧ＥＧＲ弁６２の開度の制御には、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を全閉することも含まれる。
【００８９】
例えば、図３に示すように、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量（還流量検出値）が多くなるほど、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を小さくして低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を小さくし、ＥＧＲガス量を減少させる。一方、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量が少なくなるほど、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を大きくして低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を大きくし、ＥＧＲガス量を増加させる。
【００９０】
ここで、エンジン２に吸入される吸気量は、吸気量センサ１４で検出される吸気量と、吸気量センサ１４の下流側に還流されるＥＧＲガス量との和である。したがって、低圧還流流路２３０を流れる排ガスの還流量であるＥＧＲガス量は、エンジン２に吸入される吸気量から、吸気量センサ１４で検出される吸気量を減算して求めることができる。
【００９１】
エンジン２に吸入される吸気量は、インテークマニホールド２０における吸気圧と吸気温度とエンジン回転数とに基づいて算出できる。インテークマニホールド２０における圧力および温度は、インテークマニホールド２０に設置された吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４の出力信号からそれぞれ検出できる。
【００９２】
（低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度検出）
尚、低圧還流流路２３０に設置されている低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が熱により損傷することを防止する場合、ＤＰＦ５０の排気下流側ではなく、低圧ＥＧＲクーラ６０に近い低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整することが望ましい。
【００９３】
低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度は、ＤＰＦ５０の排気下流側に設置された排気温センサ５４の出力信号から検出するＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度、あるいは前述したようにエンジン運転状態から推定したＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度に基づいて推定できる。
【００９４】
ただし、図４の（Ａ）に示すように、ＤＰＦ５０から低圧ＥＧＲクーラ６０にＥＧＲガスが到達するまでに、配管長、流路抵抗等により排気温度に時間遅れがある。
さらに、ＤＰＦ５０から低圧ＥＧＲクーラ６０にＥＧＲガスが到達するまでに熱伝導等により排気温度は低下する。図４の（Ｂ）に示すように、排気温度の温度低下量は、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が高いほど大きく、還流量であるＥＧＲガス量が多いほど小さい。
【００９５】
そこで、このような時間遅れと排気温度の温度低下量とを考慮し、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度を検出することが望ましい。低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度は、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから推定した温度低下量をＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度から減算することにより検出できる。
【００９６】
ＥＣＵ８０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等に記憶された制御プログラムを実行することにより、前述したように高圧ＥＧＲ弁４２および低圧ＥＧＲ弁６２の開閉を切り替え、高圧還流流路２２０と低圧還流流路２３０との使用を切り替える。そして、低圧還流流路２３０を使用する場合には、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度とＥＧＲガス量とに基づいて、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御して低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整する。
【００９７】
（ＥＧＲガス量制御）
次に、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の制御について、図５および図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図５のＥＧＲガス量制御ルーチン１、図６に示すＥＧＲガス量制御ルーチン２は常時実行される。図５および図６において「Ｓ」はステップを表している。ＥＣＵ８０は、ＥＧＲガス量制御ルーチンとして、図５または図６のいずれのルーチンを実行してもよい。
【００９８】
（ＥＧＲガス量制御ルーチン１）
図５のＳ４００においてＥＣＵ８０は、前述したように、エンジン２に吸入される吸気量から吸気量センサ１４により検出されるＥＧＲガスが吸気側に還流される前の吸気量を減算することにより、低圧還流流路２３０から吸気流路２００に還流されるＥＧＲガス量を還流量として検出する。
【００９９】
Ｓ４０２においてＥＣＵ８０は、前述したように、ＥＧＲガスの温度に関する時間遅れおよび温度低下量に基づいて、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから、低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の温度を還流温度として検出する。
【０１００】
そして、Ｓ４０４においてＥＣＵ８０は、図３の特性図に基づき、Ｓ４００において検出した還流量とＳ４０２で検出した還流温度とから低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、還流量の上限値を調整する。これにより、低圧還流流路２３０に設置された装置として、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が、ＥＧＲガスの熱エネルギーにより損傷することを防止する。
【０１０１】
（ＥＧＲガス量制御ルーチン２）
図６のＳ４１０、Ｓ４１２、Ｓ４１６は図５のＳ４００、Ｓ４０２、Ｓ４０４と実質的に同一処理を実行するので、説明を省略する。
【０１０２】
Ｓ４１４においてＥＣＵ８０は、Ｓ４１２において検出した還流温度が所定値以上であるか否かを判定する。還流温度が所定値以上であれば（Ｓ４１４：Ｙｅｓ）、Ｓ４１６においてＥＣＵ８０は、還流量および還流温度から低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、還流量の上限値を調整する。
【０１０３】
還流温度が所定値より低い場合（Ｓ４１４：Ｎｏ）、ＥＣＵ８０は、現在の還流温度では低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２の熱による損傷は生じないと判断し、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御せず、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を現在のままか、全開にしてＳ４１０に処理を戻す。
【０１０４】
ＥＧＲガス量制御ルーチン２では、還流温度が所定値より低い場合に低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御しないので、ＥＣＵ８０の処理負荷を低減できる。
第１実施形態において、エンジン２は本発明の内燃機関に相当し、ＤＰＦ５０は本発明の排気浄化装置およびフィルタに相当し、低圧ＥＧＲクーラ６０は本発明の排気冷却装置に相当し、低圧ＥＧＲ弁６２は本発明の還流量調整弁に相当し、吸気圧センサ２２と吸気温センサ２４とエンジン回転数センサ７０と吸気量センサ１４とは本発明の還流量検出手段に相当し、排気温センサ５４は本発明の還流温度検出手段および下流温度センサに相当し、低圧還流流路２３０は本発明の還流流路に相当する。
【０１０５】
また、排気温センサ５４を使用せずにエンジン運転状態に基づいてＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定して検出する場合には、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と未燃成分濃度と酸素濃度と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレート量とを検出するための、排気温センサ５２、エンジン回転数センサ７０、アクセル開度センサ７２、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４および差圧センサ５６が還流温度検出手段に相当する。
【０１０６】
そして、ＥＣＵ８０は、上記各種センサの出力信号に基づいて、還流温度検出手段、還流量検出手段、還流量制御手段および温度低下量推定手段として機能する。
また、図５のＳ４００および図６のＳ４１０は還流量検出手段が実行する機能に相当し、図５のＳ４０２および図６のＳ４１２は還流温度検出手段および温度低下量推定手段が実行する機能に相当し、図５のＳ４０４および図６のＳ４１４、Ｓ４１６は還流量制御手段が実行する機能に相当する。
【０１０７】
［第２、第３、第４、第５実施形態］
本発明の第２、第３、第４、第５実施形態を図７〜図１０にそれぞれ示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【０１０８】
図７に示す第２実施形態の排気浄化システム１００では、低圧ＥＧＲ弁６２が低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側に設置されている。この構成では、低圧ＥＧＲクーラ６０に冷却される前のＥＧＲガスに低圧ＥＧＲ弁６２が直接晒されるので、低圧ＥＧＲ弁６２の熱による損傷を防止するために、低圧ＥＧＲ弁６２の肉厚を増加する等により低圧ＥＧＲ弁６２の耐熱性を高める必要がある。すると、低圧ＥＧＲ弁６２が大型化し、結果として低圧ＥＧＲ弁６２の流路面積を大きくすることができるので、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を増加できる。
【０１０９】
図８に示す第３実施形態の排気浄化システム１１０では、高圧還流流路２２０を設けず、低圧還流流路２３０だけを設けている。つまり、排気側から吸気側には、低圧還流流路２３０だけからＥＧＲガスが還流される。
【０１１０】
また、第３実施形態では、低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側に排気温センサ６４を設置している。これにより、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度を推定するのではなく、低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度を排気温センサ６４の出力信号に基づいて直接かつ高精度に検出できる。
【０１１１】
第３実施形態において、排気温センサ６４は本発明の上流温度センサおよび還流温度検出手段に相当する。
図９に示す第４実施形態の排気浄化システム１２０では、ＤＰＦ５０に代えて、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒９０が設置されている。ＮＯｘ触媒９０は、燃料リーン状態で排ガス中の有害成分としてＮＯｘを吸蔵し、燃料リッチ状態で吸蔵したＮＯｘを還元する装置である。
【０１１２】
この構成においても、ＮＯｘ触媒９０が吸蔵しているＮＯｘを還元しＮＯｘ触媒を再生するために、ポスト噴射が実行される。ポスト噴射が実行され、排気流路２１０に未燃成分が添加されることにより、ＮＯｘ触媒９０に担持されている酸化触媒により未燃成分が酸化反応して熱が発生しＮＯｘ触媒９０が活性化する。そして、吸蔵されているＮＯｘが還元されるときにも熱が発生する。
【０１１３】
これにより、第１実施形態から第３実施形態と同様に、未燃成分を添加してＮＯｘ触媒９０を再生するときに、ＮＯｘ触媒９０の下流側の排気温度が上昇する。したがって、ＥＣＵ８０は、ＮＯｘ触媒９０の下流側の排気温度と、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とに基づいて、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御しＥＧＲガス量を調整する。
【０１１４】
第４実施形態において、ＮＯｘ触媒９０は本発明の排気浄化装置に相当する。
図１０に示す第５実施形態の排気浄化システム１３０では、第１実施形態の構成において、低圧還流流路２３０に低圧ＥＧＲクーラ６０を設置せず、低圧ＥＧＲ弁６２だけを設置している。この構成においても、低圧ＥＧＲ弁６２が低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガスの熱により損傷することを防止するために、ＤＰＦ５０の下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とに基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、ＥＧＲガス量を調整する。
【０１１５】
以上説明した上記複数の実施形態では、ＤＰＦ５０またはＮＯｘ触媒９０等の排気浄化装置の排気下流側の排ガスを、低圧還流流路２３０を通って吸気側に還流する排気浄化システムにおいて、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス温度およびＥＧＲガス量に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整している。
【０１１６】
これにより、排気浄化装置を再生するために添加した未燃成分が酸化反応するときに生じる反応熱、あるいは未燃成分を添加していない状態で排気温度が上昇することによりＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレートが燃焼することにより生じる燃焼熱等によりＥＧＲガス温度が上昇しても、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が熱により損傷することを防止できる。
【０１１７】
［他の実施形態］
上記実施形態では、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス温度およびＥＧＲガス量の両方に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整した。これに対し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス温度だけに基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整してもよい。
【０１１８】
上記実施形態では、ＤＰＦ５０またはＮＯｘ触媒９０の一方を排気浄化装置として排気流路２１０に設置した。これに対し、ＤＰＦ５０およびＮＯｘ触媒９０の両方を排気流路２１０に設置してもよい。また、未燃成分を添加したときに排気温度を上昇させるために、ＤＰＦ５０またはＮＯｘ触媒９０の排気上流側に酸化触媒を設置してもよい。
【０１１９】
また、上記実施形態では、エンジン２に流入する吸気量からＥＧＲガスが還流する前の吸気量を減算してＥＧＲガス量を検出した。これに対し、ＥＧＲガス量を検出するために低圧還流流路２３０に流量センサを設置してもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンの排気浄化システムに本発明を適用した例について説明した。これに対し、排気浄化装置の排気下流側から吸気側に排ガスを還流し、排気浄化装置の再生等により排気浄化装置の排気下流側の温度が上昇するのであれば、ディーゼルエンジンに限らず、直噴式のガソリンエンジン等、どのような内燃機関用の排気浄化システムにも本発明を適用できる。
【０１２１】
また、ターボチャージャ３０を搭載しない吸気システムに本発明の排気浄化システムを適用してもよい。
上記実施形態では、還流温度検出手段、還流量検出手段、還流量制御手段および温度低下量推定手段の機能の少なくとも一部を、制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ８０により実現している。これに対し、ＥＣＵ８０が実行している機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
【０１２２】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０、１００、１１０、１２０、１３０：排気浄化システム、１４：吸気量センサ（還流量検出手段）、２２：吸気圧センサ（還流温度検出手段、還流量検出手段）、２４：吸気温センサ（還流温度検出手段、還流量検出手段）、５０：ＤＰＦ（排気浄化装置）、５２：排気温センサ（還流温度検出手段）、５４：排気温センサ（下流温度センサ、還流温度検出手段）、６０：低圧ＥＧＲクーラ（排気冷却装置）、６２：低圧ＥＧＲ弁（還流量調整弁）、６４：排気温センサ（上流温度センサ、還流温度検出手段）、７０：エンジン回転数センサ（還流温度検出手段、還流量検出手段）、７２：アクセル開度センサ（還流温度検出手段）、８０：ＥＣＵ（還流温度検出手段、還流量検出手段、還流量制御手段、温度低下量推定手段）、９０：ＮＯｘ触媒（排気浄化装置）、２００：吸気流路、２１０：排気流路、２３０：低圧還流流路（還流流路）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気流路に設置されて排ガス中の有害成分を除去する排気浄化装置の排気下流側から吸気側に排ガスを還流し、排ガスの還流量を還流量調整弁で調整する排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気側から吸気側に排ガスを還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）により、内燃機関の気筒内において燃焼を抑制し、ＮＯｘの排出量を低減することが知られている。排気側と吸気側とを接続する還流流路を通って排気側から吸気側に還流される排ガス（ＥＧＲガスとも言う。）はＥＧＲクーラで冷却されるとともに、ＥＧＲ弁により流量を調整される（例えば、特許文献１参照）。ＥＧＲクーラでＥＧＲガスの温度を低下することにより、気筒内における燃焼温度が低下して燃焼がさらに抑制されるとともに、同じＥＧＲガス量であれば、より多くの質量の排ガスを還流させることができる。
【０００３】
ところで、特許文献１では、排気浄化装置が除去している有害成分を浄化するためにポスト噴射等により排気流路に未燃成分を添加し、未燃成分が酸化触媒等で酸化反応するときの熱を有害成分の浄化に利用している。
【０００４】
この場合、排気浄化装置の排気上流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる構成では、ＥＧＲ弁またはＥＧＲクーラ等の還流流路に設置される装置が排気流路に添加された未燃成分により濡れ、ＥＧＲガス中のパティキュレートが付着しやすくなる。例えばパティキュレートがＥＧＲ弁の弁部に付着すると、弁部が固着したり、弁部に付着したパティキュレートにより全閉時に隙間ができＥＧＲガスが弁部から漏れる恐れがある。また、ＥＧＲクーラ内にパティキュレートが付着すると、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下する。
【０００５】
この問題に対し特許文献１では、排気流路に未燃成分を添加して排気浄化装置を再生する場合には、ＥＧＲ弁を閉弁し還流流路にＥＧＲガスが流れないようにしている。
しかしながら、ＥＧＲ弁を閉弁するとＥＧＲガスを吸気側に還流できないので、排気浄化装置の再生中にＮＯｘ排出量を低減できないという問題が生じる。
【０００６】
そこで、排気浄化装置の排気上流側ではなく排気下流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させることが考えられる。この構成では、排気浄化装置の再生のために未燃成分が添加されても、排気浄化装置の排気上流側または排気浄化装置自体に担持されている酸化触媒により未燃成分が酸化反応するので、排気浄化装置の排気下流側には未燃成分が流出しない。
【０００７】
これにより、排気浄化装置の再生中に排気浄化装置の排気下流側から還流流路を通って吸気側にＥＧＲガスを還流させても、ＥＧＲ弁およびＥＧＲクーラが未燃成分に濡れることを防止できる。そして、排気浄化装置の再生中に吸気側にＥＧＲガスを還流できるので、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２９９４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、排気浄化装置の排気下流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる構成では、排気浄化装置の再生中に添加された未燃成分が酸化反応することにより、排気浄化装置の排気下流側の排気温度が上昇し、温度が上昇したＥＧＲガスが還流流路を通過することになる。すると、ＥＧＲ弁およびＥＧＲクーラのように、還流流路に設置された装置が熱により損傷する恐れがある。
【００１０】
排気浄化装置の排気下流側での排気温度の上昇は、未燃成分の酸化反応により生じる以外にも、排気浄化装置に捕集されたパティキュレートが燃焼する場合にも生じる。
還流流路に設置された装置が熱によって損傷することを防止するために、排気浄化装置の再生中にＥＧＲ弁を閉弁すると、前述したたように、排気浄化装置の再生中に発生するＮＯｘを低減できないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、排気浄化装置の再生中等において排気浄化装置の排気下流側の排気温度が上昇する場合に、還流流路に設置された装置が損傷することなく排気浄化装置の排気下流側から吸気側に還流流路を通って排ガスを還流できる排気浄化システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１から１８に記載の発明によると、還流流路は排気浄化装置の排気下流側の排ガスを吸気側に還流し、還流量調整弁は還流流路に設置され排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を調整する。
【００１３】
これにより、排気浄化装置を再生するために未燃成分を排気流路に添加しても、未燃成分が酸化反応等により消費されるので、排気浄化装置の排気下流側に未燃成分は排出されない。その結果、排気浄化装置の再生中に還流量調整弁を開弁して還流流路を排ガスが流れても、還流量調整弁を含み還流流路に設置された装置が未燃成分に濡れることを防止できる。
【００１４】
さらに、請求項１から１８に記載の発明によると、還流温度検出手段は、還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流温度を検出し、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度に基づいて還流量調整弁を制御し還流量を調整する。
【００１５】
これにより、例えば排気浄化装置の再生のために添加された未燃成分が酸化反応することにより排気温度が上昇する場合に、還流流路を流れる排ガスの還流温度に基づいて排ガスの還流量を調整するので、還流量調整弁を含み還流流路に設置された装置が高温で多量の排ガスに晒されることを防止できる。
【００１６】
その結果、排気浄化装置の再生中等において排気浄化装置の排気下流側の排気温度が上昇する場合にも、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスの熱により損傷することを防止しつつ、排気浄化装置の排気下流側から吸気側に排ガスを極力還流できる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によると、還流量検出手段は還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を検出し、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度と還流量検出手段が検出する還流量とに基づいて還流量調整弁を制御し還流量を調整する。
【００１８】
このように、ＥＧＲガスの温度に加え流量に基づいてＥＧＲガスの還流量を調整するので、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスの熱エネルギーにより損傷することをより高精度に防止できる。
【００１９】
ところで、内燃機関の気筒容積と内燃機関の回転数との積により気筒に吸入されるガスの体積は算出できる。そして、気筒に吸入されるガスの体積とインテークマニホールドにおける吸気圧および吸気温度とに基づいて、気筒内に吸入されるガスの総モル数を気体の状態方程式から算出できる。気筒内に吸入されるガスの総モル数は、吸気量センサから検出された吸気量から算出されるモル数と、排気側から吸気側に還流されるＥＧＲガスのモル数との和である。
【００２０】
そこで、請求項３に記載の発明によると、還流量検出手段は、インテークマニホールドの吸気圧および吸気温度と、内燃機関の回転数と、吸気量とに基づいて還流量を推定し還流量として検出する。
【００２１】
これにより、インテークマニホールドの吸気圧および吸気温度と内燃機関の回転数とに基づいて気筒内に吸入されるガスの総モル数を算出し、この総モル数に対して吸気量から算出されるモル数を減算すると、排ガスの還流量を推定できる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によると、還流量制御手段は、還流量検出手段が検出する還流量が多くなるにしたがい還流量調整弁を制御して還流量を低減する。
還流温度が同じであれば、還流量が多いほどＥＧＲガスの熱エネルギーは大きくなるので、還流量検出手段が検出する還流量が多くなるにしたがい還流量を低減することにより、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスから受ける熱エネルギーは小さくなる。これにより、還流流路に設置された装置がＥＧＲガスの熱エネルギーにより損傷することを防止できる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて還流温度を検出する。
排気浄化装置の排気下流側にはＥＧＲガスの温である還流温度が上昇する要因は通常存在しないので、排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて、還流温度を高精度に検出できる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、排気浄化装置に流入する排ガス量と、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて還流温度を検出する。
【００２５】
これにより、未燃成分濃度に基づいて未燃成分が酸化反応するときに生じる熱量を算出できる。そして、この熱量と、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度と、排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定できる。そして、未燃成分の濃度が高いほど、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度が高いほど、排気浄化装置に流入する排ガス量が少ないほど、排気浄化装置の排気下流側の排気温度は高くなる。
【００２６】
尚、酸素濃度が低い場合には、未燃成分の一部が酸化反応しないこともあるので、未燃成分が酸化反応する場合に生じる熱量を、酸素濃度を考慮して推定してもよい。また、フィルタに捕集されているパティキュレートの量によっては、未燃成分の酸化反応により生じる熱量に加え、パティキュレートが燃焼するときに生じる熱量を考慮して排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定してもよい。
【００２７】
ところで、排気浄化装置に捕集されているパティキュレートは、例えば気筒への燃料噴射量が増えて排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度が上昇すると、未燃成分を添加しない場合にも燃焼することがある。パティキュレートが燃焼するときに生じる熱量は排気浄化装置に捕集されているパティキュレートの量に基づいて算出できる。
【００２８】
そして、パティキュレートが燃焼するときに生じる熱量と、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度と、排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定できる。また、パティキュレート量が多いほど、排気浄化装置に流入する排ガスの排気温度が高いほど、排気浄化装置に流入する排ガス量が少ないほど、排気浄化装置の排気下流側の排気温度は高くなる。
【００２９】
そこで、請求項７に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、排気浄化装置に流入する排ガス量と、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、排気浄化装置に流入する排ガス量と、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とに基づいて、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて還流温度を検出する。
【００３０】
尚、酸素濃度が低い場合には、排気浄化装置に捕集されているパティキュレートの一部が燃焼しないこともあるので、パティキュレートが燃焼する場合に生じる熱量を、酸素濃度をパラメータとして推定してもよい。また、未燃成分が添加される場合には、未燃成分の濃度をパラメータとして、未燃成分が酸化反応することにより生じる熱量を推定してもよい。
【００３１】
請求項８に記載の発明によると、還流温度検出手段は、下流温度センサが検出する排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて還流温度を検出する。
これにより、排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定することなく、直接かつ高精度に排気浄化装置の排気下流側の排気温度を検出できる。
【００３２】
請求項９に記載の発明によると、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度が高くなるにしたがい還流量調整弁を制御して還流量を低減する。
このように、還流温度が高くなるにしたがい還流量を低減するので、還流流路に設置された装置が熱による損傷を受けることを防止できる。
【００３３】
請求項１０に記載の発明によると、還流流路に設置される排気冷却装置により、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する。
これにより、気筒内における燃焼温度が低下して燃焼が抑制されるとともに、同じＥＧＲガス量であれば、より多くの質量の排ガスを還流させることができる。その結果、気筒から排出されるＮＯｘ量を低減できる。
【００３４】
また、排気冷却装置は、ＥＧＲガスを冷却するために冷却フィン等を有しているので、熱による損傷を受け易い構造である。したがって、還流流路を流れる排ガスの還流温度に基づいて排ガスの還流量を調整して排気冷却装置が高温で多量の排ガスに晒されることを防止することが、排気冷却装置の損傷を防止する上で効果的である。
【００３５】
請求項１１に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気冷却装置の排気上流側の排気温度を還流温度として検出する。
これにより、排気冷却装置の排気上流側の排気温度に基づいて、排気冷却装置が熱により損傷しないように排ガスの還流量を調整できる。
【００３６】
ところで、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側に排ガスが到達するまでに低下する排気温度の温度低下量は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と還流量とに応じて変化する。
【００３７】
そこで、請求項１２に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と、還流量検出手段が検出する還流量とに基づいて排気冷却装置の排気上流側の排気温度を推定し還流温度として検出する。
【００３８】
これにより、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側に排ガスが到達するまでに低下する排気温度の温度低下量を、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と還流量とに基づいて推定できる。
【００３９】
ところで、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側に排ガスが到達するまでに低下する排気温度の温度低下量は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度が高いほど大きく、還流量が多いほど小さくなる。
【００４０】
そこで、請求項１３に記載の発明によると、排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の温度低下量を推定する温度低下量推定手段は、還流量検出手段が検出する還流量が多くなるにしたがい温度低下量が小さくなるように推定し、排気浄化装置の排気下流側の排気温度が高くなるにしたがい温度低下量が大きくなるように推定する。そして、還流温度検出手段は、排気浄化装置の排気下流側の排気温度から温度低下量推定手段が推定する温度低下量を減算して排気冷却装置の排気上流側の排気温度を算出し還流温度として検出する。
【００４１】
これにより、排気浄化装置の排気下流側の排気温度と還流量とに基づいて、排気冷却装置の排気上流側の排気温度を高精度に推定して検出できる。
請求項１４に記載の発明によると、還流温度検出手段は、さらに排気浄化装置の排気下流側から排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の時間遅れ特性に基づいて排気冷却装置の排気上流側の排気温度を還流温度として検出する。
【００４２】
これにより、排気浄化装置から排気冷却装置までの還流流路の流路長または流路抵抗等を考慮して、排気浄化装置の排気下流側の排気温度から遅れて変化する排気冷却装置の排気上流側の温度を高精度に推定できる。
【００４３】
請求項１５に記載の発明によると、還流温度検出手段は、排気冷却装置の排気上流側に設置されている上流温度センサが検出する排気冷却装置の排気上流側の排気温度を還流温度として検出する。
【００４４】
これにより、排気冷却装置の排気上流側の排気温度を推定することなく、直接かつ高精度に排気冷却装置の排気上流側の排気温度を検出できる。
請求項１６に記載の発明によると、還流量制御手段は、還流温度検出手段が検出する還流温度が所定値以上の場合、還流量調整弁を制御して還流量を調整する。
【００４５】
これにより、還流温度が所定値以上の場合には還流量を調整し、還流温度が所定値より低い場合には、例えば還流量調整弁を全開にすることができる。その結果、還流量制御手段が還流量調整弁を制御する制御負荷を低減できる。
【００４６】
請求項１７に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、フィルタ自体に酸化触媒が担持されているか、あるいはフィルタの排気上流側に設置された酸化触媒を備える。
【００４７】
このように、排気浄化装置としてパティキュレートを捕集するフィルタ自体に酸化触媒が担持されているか、あるいはフィルタの排気上流側に酸化触媒が設置されている構成では、排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量が増加し排気浄化装置の圧損が大きくなると、排気流路に未燃成分を添加する。
【００４８】
添加された未燃成分が酸化触媒により酸化反応して排気温度が上昇することにより、排気浄化装置が捕集しているパティキュレートが燃焼し、排気浄化装置が再生される。このように、排気浄化装置を再生するときに、排気浄化装置の排気下流側の温度が上昇する。
【００４９】
したがって、未燃成分を添加して排気浄化装置が捕集しているパティキュレートを燃焼させる構成では、未燃成分が添加されるタイミングが分かるので、未燃成分が添加され排気温度が上昇するタイミングに合わせて還流流量を適切に調整できる。
【００５０】
請求項１８に記載の発明によると、排気浄化装置として排ガス中のＮＯｘ成分を除去するＮＯｘ触媒を備える。
ＮＯｘ触媒は、通常、白金等の酸化触媒が担持されているので、未燃成分が添加されると、未燃成分が酸化触媒により酸化反応して排気温度が上昇する。そして、未燃成分が添加されるタイミングが分かるので、未燃成分が添加され排気温度が上昇するタイミングに合わせて還流流量を適切に調整できる。
【００５１】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図２】ＤＰＦ再生時のＤＰＦ下流側の温度変化を示すタイムチャート。
【図３】還流量検出値とＤＰＦ下流側温度と還流量上限値との関係を示す特性図。
【図４】（Ａ）はＤＰＦ下流側からＥＧＲクーラ上流側までの排気温度の遅れ特性を示すタイムチャート、（Ｂ）は還流量とＤＰＦ下流側温度と還流温度の温度低下量との関係を示す特性図。
【図５】ＥＧＲガス量制御ルーチン１を示すフローチャート。
【図６】ＥＧＲガス量制御ルーチン２を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図８】第３実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図９】第４実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【図１０】第５実施形態による排気浄化システムを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による排気浄化システムを図１に示す。
【００５４】
（排気浄化システム１０）
第１実施形態の排気浄化システム１０は、燃料噴射弁４から噴射された燃料がディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」とも言う。）２で燃焼し、エンジン２から排出される排ガスを浄化するシステムである。エンジン２は、例えば４気筒の内燃機関である。本実施形態では、高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０の２系統で排気側から吸気側に排ガスが還流する。
【００５５】
吸気流路２００に吸入された吸気はエアクリーナ１２で異物を除去され、吸気量センサ１４により吸気量を検出される。吸気量センサ１４は、高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０が吸気流路２００に接続する位置よりも吸気上流側に設置されている。つまり、吸気量センサ１４が検出する吸気量は、ＥＧＲガスが排気側から吸気側に還流される前の吸気量である。
【００５６】
そして、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２で圧縮された吸気は、インタークーラ１６で冷却される。コンプレッサ３２は、排気流路２１０に設置されたタービン３４によりシャフトを介して回転駆動される。
【００５７】
インタークーラ１６で冷却された吸気は、スロットル弁１８で流量を調整される。スロットル弁１８は、軽負荷領域ではＥＧＲガスをより多く入れるために絞られるが、高負荷領域では吸気量増大やポンピングロスの低減等のために、ほぼ全開状態に保持される。
【００５８】
スロットル弁１８を通過した吸気は、インテークマニホールド２０で分岐されてエンジン２の各気筒に吸入される。インテークマニホールド２０には、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４がそれぞれ設置されている。
【００５９】
吸気流路２００と排気流路２１０とは高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０でそれぞれ接続されており、高圧還流流路２２０および低圧還流流路２３０を通り排気側から吸気側に排ガスが還流される。高圧還流流路２２０は、エンジン２とターボチャージャ３０のタービン３４との間の排気流路２１０と、インテークマニホールド２０とを接続している。低圧還流流路２３０は、ＤＰＦ(Diesel Particulate filter)５０の排気下流側の排気流路２１０と、吸気量センサ１４とターボチャージャ３０のコンプレッサ３２との間の吸気流路２００とを接続している。
【００６０】
高圧還流流路２２０がインテークマニホールド２０で吸気流路２００に接続する位置はターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の吸気下流側であるから、高圧還流流路２２０が吸気流路２００に接続する位置の吸気圧は、低圧還流流路２３０がターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の吸気上流側で吸気流路２００に接続する位置よりも高い。
【００６１】
高圧還流流路２２０には、高圧ＥＧＲクーラ４０、高圧ＥＧＲ弁４２が排気側からこの順番で設置されている。高圧ＥＧＲクーラ４０は、例えば、排気上流側から下流側に向けて延びる薄板が所定の間隔をおいて積層されている積層構造で形成されている。薄板と薄板との間には、冷却水が流れる層と、波状のフィンが設置されている層とが交互に形成されている。フィンが設置されている層は冷却流路を形成している。
【００６２】
高圧ＥＧＲ弁４２は、デューティ比または供給電力量により開度を制御される電磁弁である。高圧ＥＧＲ弁４２の開度が制御されることにより、高圧還流流路２２０を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量であるＥＧＲガス量が調整される。
【００６３】
ＤＰＦ５０は、ターボチャージャ３０のタービン３４の排気下流側に設置されている。ＤＰＦ５０は、多孔質のセラミックに白金等の酸化触媒が担持されたハニカム構造体で形成されている。ＤＰＦ５０のハニカム構造体の排気流れ方向に形成された流路の入口側および出口側は、互い違いに封止されている。排ガス中の有害成分であるパティキュレートは、入口側が封止されておらず出口側が封止されている流路から流入し、流路を形成するハニカム構造体の隔壁を通過する際に隔壁の細孔に捕集される。そして、排ガスは、入口側が封止されており出口側が封止されていない流路から流出する。
【００６４】
ＤＰＦ５０の排気上流側および下流側には、排気温センサ５２、５４がそれぞれ設置されている。また、差圧センサ５６は、ＤＰＦ５０の排気入口と排気出口との間の差圧を検出する。ＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレート量が増加すると、差圧センサ５６が検出する差圧は大きくなる。したがって、差圧センサ５６が検出する差圧に基づいて、ＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレート量を推定できる。
【００６５】
低圧還流流路２３０には、低圧ＥＧＲクーラ６０、低圧ＥＧＲ弁６２が排気側からこの順番で設置されている。低圧ＥＧＲクーラ６０、低圧ＥＧＲ弁６２は、体格の違いはあるものの、それぞれ前述した高圧ＥＧＲクーラ４０、高圧ＥＧＲ弁４２とほぼ同一の構成である。
【００６６】
低圧ＥＧＲクーラ６０により、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側に還流されるＥＧＲガスが冷却される。また、低圧ＥＧＲ弁６２の開度が制御されることにより、低圧還流流路２３０を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量であるＥＧＲガス量が調整される。
【００６７】
ＥＣＵ８０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、通信インタフェース等を有するマイクロコンピュータにより主に構成されている。ＥＣＵ８０は、ＥＣＵ８０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、エンジン運転状態を制御する。
【００６８】
ＥＣＵ８０は、吸気量センサ１４、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４、排気温センサ５２、５４、差圧センサ５６、エンジン回転数センサ７０、アクセル開度センサ７２、ならびにその他の各種センサの出力信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ８０は、取得したエンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁４の噴射時期および噴射量を制御する。また、ＥＣＵ８０は、エンジン運転状態に基づいて、エンジンの主なトルクを発生するメイン噴射を含み、メイン噴射の前のパイロット噴射、メイン噴射の後のポスト噴射等の多段噴射を実施する。
【００６９】
パイロット噴射は、メイン噴射による着火の前に空気と微少量の燃料とを予め混合させておくために実施される。ポスト噴射は、微少量の燃料を噴射してＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレートを燃焼するために実施される。
【００７０】
また、ＥＣＵ８０は、高圧ＥＧＲ弁４２、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御することにより、排気側から吸気側に還流するＥＧＲガス量を調整する。
（ＥＧＲ制御の切り替え）
次に、高圧還流流路２２０と低圧還流流路２３０との使用の切り替えについて説明する。前述したように、高圧還流流路２２０は、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の下流側の吸気流路２００であるインテークマニホールド２０内に排気側からＥＧＲガスを還流する。ＥＧＲガスは、排気側と吸気側との差圧により吸気側に吸入されるので、エンジン運転状態が高負荷状態であり、ターボチャージャ３０の過給圧が高圧になっている場合には、高圧還流流路２２０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流することが困難なときがある。
【００７１】
これに対し、低圧還流流路２３０は、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２の下流側よりも吸気圧の低いコンプレッサ３２の上流側の吸気流路２００に排気側からＥＧＲガスを還流する。したがって、エンジン運転状態が高負荷状態であっても、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流できる。
【００７２】
そこで、高負荷運転状態の場合には、低圧ＥＧＲ弁６２を開弁し、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。この場合、排気側から吸気側に還流するＥＧＲガス量を高精度に調整するために、高圧ＥＧＲ弁４２は閉弁しておく。
【００７３】
ただし、エンジン運転状態が高負荷状態以外の場合には、高圧ＥＧＲ弁４２を開弁し、高圧還流流路２２０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。この場合、排気側から吸気側に還流するＥＧＲガス量を高精度に調整するために、低圧ＥＧＲ弁６２は閉弁しておく。
【００７４】
また、ＤＰＦ５０が捕集しているパティキュレートを燃焼させてＤＰＦ５０を再生するためにポスト噴射を実行する場合、高圧ＥＧＲ弁４２が開弁しＥＧＲガスが高圧還流流路２２０を流れると、ポスト噴射により排気流路２１０に添加された未燃成分が高圧ＥＧＲクーラ４０および高圧ＥＧＲ弁４２に付着し、高圧ＥＧＲクーラ４０および高圧ＥＧＲ弁４２が未燃成分により濡れる。
【００７５】
すると、ＥＧＲガス中のパティキュレートが高圧ＥＧＲクーラ４０の冷却フィンに付着して、高圧ＥＧＲクーラ４０の冷却効率が低下する。また、ＥＧＲガス中のパティキュレートが高圧ＥＧＲ弁４２の弁部に付着すると、弁部が固着したり、パティキュレートが弁部に噛み込むことにより全閉時にＥＧＲガスが弁部から漏れる恐れがある。
【００７６】
そこで、ＤＰＦ５０の再生のためにポスト噴射が実行されている場合には、高圧ＥＧＲ弁４２を閉弁して高圧還流流路２２０にＥＧＲガスが流れることを禁止する。そして、高圧ＥＧＲ弁４２に代えて低圧ＥＧＲ弁６２を開弁し、低圧還流流路２３０を通って排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させる。
【００７７】
ポスト噴射により排気流路２１０に添加された未燃成分は、ＤＰＦ５０に担持されている酸化触媒により酸化反応しＤＰＦ５０の排気下流側には排出されない。そして、低圧還流流路２３０は、ＤＰＦ５０の排気下流側から吸気側にＥＧＲガスを還流させるので、ＤＰＦ５０の再生中に低圧ＥＧＲ弁６２を開弁しても、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガスには未燃成分が含まれていない。したがって、ＤＰＦ５０の再生のために排気流路２１０に未燃成分が添加されても、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２は未燃成分に濡れない。
【００７８】
ところで、ポスト噴射により排気流路２１０に未燃成分が添加され、ＤＰＦ５０で未燃成分が酸化反応すると、反応熱によりＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が上昇する。この場合、ポスト噴射量が適量であるか、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレートが通常状態で燃焼する場合には、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度は、図２の実線３００に示すように許容範囲内に適正に昇温される。
【００７９】
これに対し、例えば、ポスト噴射量が多量の場合か、あるいはポスト噴射が実施されない場合にも排気温度の上昇によりＤＰＦ５０に捕集されている多量のパティキュレートが急激に燃焼すると、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が、図２の点線３１０に示すように排気温度の上限値を超えて過度に上昇することがある。
【００８０】
ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が過度に上昇している場合に低圧ＥＧＲ弁６２を開弁していると、ＤＰＦ５０の排気下流側から低圧還流流路２３０に高温のＥＧＲガスが流れる。これにより、低圧還流流路２３０に設置されている低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２等の装置が熱により損傷する恐れがある
（ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度検出）
そこで、本実施形態では、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度をＤＰＦ５０の排気下流側に設置された排気温センサ５４で検出し、検出した排気温度を還流温度として低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御することにより低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整する。排気温センサ５４でＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を直接検出することにより、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を高精度に検出できる。
【００８１】
例えば、図３に示すように、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が高くなるほど、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を小さくして低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を小さくし、ＥＧＲガス量を減少させる。一方、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が低くなるほど、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を大きくし低圧ＥＧＲ弁６２の開度を大きくしてＥＧＲガス量を増加させる。これにより、低圧還流流路２３０に設置されている低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が熱により損傷することを防止できる。
【００８２】
尚、排気温センサ５４を使用せず、エンジン運転状態に基づいてＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定して検出してもよい。例えば、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で未燃成分が酸化反応することにより上昇する排気温度を推定できる。この推定温度をＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度として検出してもよい。
【００８３】
ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度は、ＤＰＦ５０の排気上流側に設置された排気温センサ５２の出力信号から検出される。ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度は、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいてマップ等から算出される。ＤＰＦ５０に流入する排ガス量は、インテークマニホールド２０における吸気圧と吸気温度とエンジン回転数とに基づいてエンジン２に吸入される吸気量を算出することにより求めることができる。
【００８４】
このように、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で未燃成分が酸化反応することにより上昇する排気温度を推定する場合に、ＤＰＦ５０の排気上流側の酸素濃度と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレート量を考慮すると、より高精度にＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定できる。
【００８５】
ＤＰＦ５０の排気上流側の酸素濃度は、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度と同様に、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいてマップ等から算出できる。ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレート量は差圧センサ５６の出力信号から検出できる。
【００８６】
また、排気流路２１０に未燃成分が添加されずＤＰＦ５０の再生中ではない場合にも、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレートが排気温度の上昇により燃焼し、ＤＰＦ５０の排気下流側の温度が上昇することがある。この場合、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレー量と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で捕集されているパティキュレートが燃焼することにより上昇する排気温度を推定できる。この推定温度をＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度として検出してもよい。
【００８７】
このように、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレー量と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量とに基づいて、ＤＰＦ５０で捕集されているパティキュレートが燃焼することにより上昇する排気温度を推定する場合に、ＤＰＦ５０の排気上流側の酸素濃度と、ＤＰＦ５０の排気上流側の未燃成分濃度とを考慮すると、より高精度にＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定できる。
【００８８】
（ＥＧＲガス量検出）
ところで、低圧還流流路２３０を流れる排ガスの還流量であるＥＧＲガス量が多い場合には、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガスの熱エネルギーが大きくなる。したがって、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度に加え、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整することが望ましい。低圧ＥＧＲ弁６２の開度の制御には、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を全閉することも含まれる。
【００８９】
例えば、図３に示すように、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量（還流量検出値）が多くなるほど、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を小さくして低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を小さくし、ＥＧＲガス量を減少させる。一方、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量が少なくなるほど、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を大きくして低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の上限値を大きくし、ＥＧＲガス量を増加させる。
【００９０】
ここで、エンジン２に吸入される吸気量は、吸気量センサ１４で検出される吸気量と、吸気量センサ１４の下流側に還流されるＥＧＲガス量との和である。したがって、低圧還流流路２３０を流れる排ガスの還流量であるＥＧＲガス量は、エンジン２に吸入される吸気量から、吸気量センサ１４で検出される吸気量を減算して求めることができる。
【００９１】
エンジン２に吸入される吸気量は、インテークマニホールド２０における吸気圧と吸気温度とエンジン回転数とに基づいて算出できる。インテークマニホールド２０における圧力および温度は、インテークマニホールド２０に設置された吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４の出力信号からそれぞれ検出できる。
【００９２】
（低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度検出）
尚、低圧還流流路２３０に設置されている低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が熱により損傷することを防止する場合、ＤＰＦ５０の排気下流側ではなく、低圧ＥＧＲクーラ６０に近い低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整することが望ましい。
【００９３】
低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度は、ＤＰＦ５０の排気下流側に設置された排気温センサ５４の出力信号から検出するＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度、あるいは前述したようにエンジン運転状態から推定したＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度に基づいて推定できる。
【００９４】
ただし、図４の（Ａ）に示すように、ＤＰＦ５０から低圧ＥＧＲクーラ６０にＥＧＲガスが到達するまでに、配管長、流路抵抗等により排気温度に時間遅れがある。
さらに、ＤＰＦ５０から低圧ＥＧＲクーラ６０にＥＧＲガスが到達するまでに熱伝導等により排気温度は低下する。図４の（Ｂ）に示すように、排気温度の温度低下量は、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度が高いほど大きく、還流量であるＥＧＲガス量が多いほど小さい。
【００９５】
そこで、このような時間遅れと排気温度の温度低下量とを考慮し、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度を検出することが望ましい。低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度は、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから推定した温度低下量をＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度から減算することにより検出できる。
【００９６】
ＥＣＵ８０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等に記憶された制御プログラムを実行することにより、前述したように高圧ＥＧＲ弁４２および低圧ＥＧＲ弁６２の開閉を切り替え、高圧還流流路２２０と低圧還流流路２３０との使用を切り替える。そして、低圧還流流路２３０を使用する場合には、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度とＥＧＲガス量とに基づいて、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御して低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整する。
【００９７】
（ＥＧＲガス量制御）
次に、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量の制御について、図５および図６に示すフローチャートに基づいて説明する。図５のＥＧＲガス量制御ルーチン１、図６に示すＥＧＲガス量制御ルーチン２は常時実行される。図５および図６において「Ｓ」はステップを表している。ＥＣＵ８０は、ＥＧＲガス量制御ルーチンとして、図５または図６のいずれのルーチンを実行してもよい。
【００９８】
（ＥＧＲガス量制御ルーチン１）
図５のＳ４００においてＥＣＵ８０は、前述したように、エンジン２に吸入される吸気量から吸気量センサ１４により検出されるＥＧＲガスが吸気側に還流される前の吸気量を減算することにより、低圧還流流路２３０から吸気流路２００に還流されるＥＧＲガス量を還流量として検出する。
【００９９】
Ｓ４０２においてＥＣＵ８０は、前述したように、ＥＧＲガスの温度に関する時間遅れおよび温度低下量に基づいて、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから、低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の温度を還流温度として検出する。
【０１００】
そして、Ｓ４０４においてＥＣＵ８０は、図３の特性図に基づき、Ｓ４００において検出した還流量とＳ４０２で検出した還流温度とから低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、還流量の上限値を調整する。これにより、低圧還流流路２３０に設置された装置として、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が、ＥＧＲガスの熱エネルギーにより損傷することを防止する。
【０１０１】
（ＥＧＲガス量制御ルーチン２）
図６のＳ４１０、Ｓ４１２、Ｓ４１６は図５のＳ４００、Ｓ４０２、Ｓ４０４と実質的に同一処理を実行するので、説明を省略する。
【０１０２】
Ｓ４１４においてＥＣＵ８０は、Ｓ４１２において検出した還流温度が所定値以上であるか否かを判定する。還流温度が所定値以上であれば（Ｓ４１４：Ｙｅｓ）、Ｓ４１６においてＥＣＵ８０は、還流量および還流温度から低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、還流量の上限値を調整する。
【０１０３】
還流温度が所定値より低い場合（Ｓ４１４：Ｎｏ）、ＥＣＵ８０は、現在の還流温度では低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２の熱による損傷は生じないと判断し、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御せず、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を現在のままか、全開にしてＳ４１０に処理を戻す。
【０１０４】
ＥＧＲガス量制御ルーチン２では、還流温度が所定値より低い場合に低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御しないので、ＥＣＵ８０の処理負荷を低減できる。
第１実施形態において、エンジン２は本発明の内燃機関に相当し、ＤＰＦ５０は本発明の排気浄化装置およびフィルタに相当し、低圧ＥＧＲクーラ６０は本発明の排気冷却装置に相当し、低圧ＥＧＲ弁６２は本発明の還流量調整弁に相当し、吸気圧センサ２２と吸気温センサ２４とエンジン回転数センサ７０と吸気量センサ１４とは本発明の還流量検出手段に相当し、排気温センサ５４は本発明の還流温度検出手段および下流温度センサに相当し、低圧還流流路２３０は本発明の還流流路に相当する。
【０１０５】
また、排気温センサ５４を使用せずにエンジン運転状態に基づいてＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度を推定して検出する場合には、ＤＰＦ５０の排気上流側の排気温度と未燃成分濃度と酸素濃度と、ＤＰＦ５０に流入する排ガス量と、ＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレート量とを検出するための、排気温センサ５２、エンジン回転数センサ７０、アクセル開度センサ７２、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２４および差圧センサ５６が還流温度検出手段に相当する。
【０１０６】
そして、ＥＣＵ８０は、上記各種センサの出力信号に基づいて、還流温度検出手段、還流量検出手段、還流量制御手段および温度低下量推定手段として機能する。
また、図５のＳ４００および図６のＳ４１０は還流量検出手段が実行する機能に相当し、図５のＳ４０２および図６のＳ４１２は還流温度検出手段および温度低下量推定手段が実行する機能に相当し、図５のＳ４０４および図６のＳ４１４、Ｓ４１６は還流量制御手段が実行する機能に相当する。
【０１０７】
［第２、第３、第４、第５実施形態］
本発明の第２、第３、第４、第５実施形態を図７〜図１０にそれぞれ示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【０１０８】
図７に示す第２実施形態の排気浄化システム１００では、低圧ＥＧＲ弁６２が低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側に設置されている。この構成では、低圧ＥＧＲクーラ６０に冷却される前のＥＧＲガスに低圧ＥＧＲ弁６２が直接晒されるので、低圧ＥＧＲ弁６２の熱による損傷を防止するために、低圧ＥＧＲ弁６２の肉厚を増加する等により低圧ＥＧＲ弁６２の耐熱性を高める必要がある。すると、低圧ＥＧＲ弁６２が大型化し、結果として低圧ＥＧＲ弁６２の流路面積を大きくすることができるので、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を増加できる。
【０１０９】
図８に示す第３実施形態の排気浄化システム１１０では、高圧還流流路２２０を設けず、低圧還流流路２３０だけを設けている。つまり、排気側から吸気側には、低圧還流流路２３０だけからＥＧＲガスが還流される。
【０１１０】
また、第３実施形態では、低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側に排気温センサ６４を設置している。これにより、ＤＰＦ５０の排気下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とから低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度を推定するのではなく、低圧ＥＧＲクーラ６０の排気上流側の排気温度を排気温センサ６４の出力信号に基づいて直接かつ高精度に検出できる。
【０１１１】
第３実施形態において、排気温センサ６４は本発明の上流温度センサおよび還流温度検出手段に相当する。
図９に示す第４実施形態の排気浄化システム１２０では、ＤＰＦ５０に代えて、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒９０が設置されている。ＮＯｘ触媒９０は、燃料リーン状態で排ガス中の有害成分としてＮＯｘを吸蔵し、燃料リッチ状態で吸蔵したＮＯｘを還元する装置である。
【０１１２】
この構成においても、ＮＯｘ触媒９０が吸蔵しているＮＯｘを還元しＮＯｘ触媒を再生するために、ポスト噴射が実行される。ポスト噴射が実行され、排気流路２１０に未燃成分が添加されることにより、ＮＯｘ触媒９０に担持されている酸化触媒により未燃成分が酸化反応して熱が発生しＮＯｘ触媒９０が活性化する。そして、吸蔵されているＮＯｘが還元されるときにも熱が発生する。
【０１１３】
これにより、第１実施形態から第３実施形態と同様に、未燃成分を添加してＮＯｘ触媒９０を再生するときに、ＮＯｘ触媒９０の下流側の排気温度が上昇する。したがって、ＥＣＵ８０は、ＮＯｘ触媒９０の下流側の排気温度と、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とに基づいて、低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御しＥＧＲガス量を調整する。
【０１１４】
第４実施形態において、ＮＯｘ触媒９０は本発明の排気浄化装置に相当する。
図１０に示す第５実施形態の排気浄化システム１３０では、第１実施形態の構成において、低圧還流流路２３０に低圧ＥＧＲクーラ６０を設置せず、低圧ＥＧＲ弁６２だけを設置している。この構成においても、低圧ＥＧＲ弁６２が低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガスの熱により損傷することを防止するために、ＤＰＦ５０の下流側の排気温度と低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量とに基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、ＥＧＲガス量を調整する。
【０１１５】
以上説明した上記複数の実施形態では、ＤＰＦ５０またはＮＯｘ触媒９０等の排気浄化装置の排気下流側の排ガスを、低圧還流流路２３０を通って吸気側に還流する排気浄化システムにおいて、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス温度およびＥＧＲガス量に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整している。
【０１１６】
これにより、排気浄化装置を再生するために添加した未燃成分が酸化反応するときに生じる反応熱、あるいは未燃成分を添加していない状態で排気温度が上昇することによりＤＰＦ５０に捕集されているパティキュレートが燃焼することにより生じる燃焼熱等によりＥＧＲガス温度が上昇しても、低圧ＥＧＲクーラ６０および低圧ＥＧＲ弁６２が熱により損傷することを防止できる。
【０１１７】
［他の実施形態］
上記実施形態では、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス温度およびＥＧＲガス量の両方に基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整した。これに対し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス温度だけに基づいて低圧ＥＧＲ弁６２の開度を制御し、低圧還流流路２３０を流れるＥＧＲガス量を調整してもよい。
【０１１８】
上記実施形態では、ＤＰＦ５０またはＮＯｘ触媒９０の一方を排気浄化装置として排気流路２１０に設置した。これに対し、ＤＰＦ５０およびＮＯｘ触媒９０の両方を排気流路２１０に設置してもよい。また、未燃成分を添加したときに排気温度を上昇させるために、ＤＰＦ５０またはＮＯｘ触媒９０の排気上流側に酸化触媒を設置してもよい。
【０１１９】
また、上記実施形態では、エンジン２に流入する吸気量からＥＧＲガスが還流する前の吸気量を減算してＥＧＲガス量を検出した。これに対し、ＥＧＲガス量を検出するために低圧還流流路２３０に流量センサを設置してもよい。
【０１２０】
また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンの排気浄化システムに本発明を適用した例について説明した。これに対し、排気浄化装置の排気下流側から吸気側に排ガスを還流し、排気浄化装置の再生等により排気浄化装置の排気下流側の温度が上昇するのであれば、ディーゼルエンジンに限らず、直噴式のガソリンエンジン等、どのような内燃機関用の排気浄化システムにも本発明を適用できる。
【０１２１】
また、ターボチャージャ３０を搭載しない吸気システムに本発明の排気浄化システムを適用してもよい。
上記実施形態では、還流温度検出手段、還流量検出手段、還流量制御手段および温度低下量推定手段の機能の少なくとも一部を、制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ８０により実現している。これに対し、ＥＣＵ８０が実行している機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
【０１２２】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０、１００、１１０、１２０、１３０：排気浄化システム、１４：吸気量センサ（還流量検出手段）、２２：吸気圧センサ（還流温度検出手段、還流量検出手段）、２４：吸気温センサ（還流温度検出手段、還流量検出手段）、５０：ＤＰＦ（排気浄化装置）、５２：排気温センサ（還流温度検出手段）、５４：排気温センサ（下流温度センサ、還流温度検出手段）、６０：低圧ＥＧＲクーラ（排気冷却装置）、６２：低圧ＥＧＲ弁（還流量調整弁）、６４：排気温センサ（上流温度センサ、還流温度検出手段）、７０：エンジン回転数センサ（還流温度検出手段、還流量検出手段）、７２：アクセル開度センサ（還流温度検出手段）、８０：ＥＣＵ（還流温度検出手段、還流量検出手段、還流量制御手段、温度低下量推定手段）、９０：ＮＯｘ触媒（排気浄化装置）、２００：吸気流路、２１０：排気流路、２３０：低圧還流流路（還流流路）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気流路に設置されて排ガス中の有害成分を除去する排気浄化装置と、
前記排気浄化装置の排気下流側の排ガスを吸気側に還流する還流流路に設置され排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を調整する還流量調整弁と、
前記還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流温度を検出する還流温度検出手段と、
前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度に基づいて前記還流量調整弁を制御し前記還流量を調整する還流量制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
前記還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を検出する還流量検出手段を備え、
前記還流量制御手段は、前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度と前記還流量検出手段が検出する前記還流量とに基づいて前記還流量調整弁を制御し前記還流量を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
前記還流量検出手段は、インテークマニホールドにおける吸気圧および吸気温度と、前記内燃機関の回転数と、吸気量とに基づいて前記還流量を推定し前記還流量として検出することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記還流量制御手段は、前記還流量検出手段が検出する前記還流量が多くなるにしたがい前記還流量調整弁を制御して前記還流量を低減することを特徴とする請求項２または３に記載の排気浄化システム。
【請求項５】
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて前記還流温度を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項６】
前記排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、前記排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量と、前記排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて前記還流温度を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の排気浄化システム。
【請求項７】
前記排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、前記排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量と、前記排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量と、前記排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とに基づいて、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて前記還流温度を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の排気浄化システム。
【請求項８】
前記排気浄化装置の排気下流側に設置された下流温度センサを備え、
前記還流温度検出手段は、前記下流温度センサが検出する前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて前記還流温度を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の排気浄化システム。
【請求項９】
前記還流量制御手段は、前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度が高くなるにしたがい前記還流量調整弁を制御して前記還流量を低減することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記還流流路に設置され、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する排気冷却装置を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１１】
前記還流温度検出手段は、前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を前記還流温度として検出することを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化システム。
【請求項１２】
前記還流流路に設置され、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する排気冷却装置を備え、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度と、前記還流量検出手段が検出する前記還流量とに基づいて前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を推定し前記還流温度として検出する、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１３】
前記排気浄化装置の排気下流側から前記排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の温度低下量を推定する温度低下量推定手段を備え、
前記温度低下量推定手段は、前記還流量検出手段が検出する前記還流量が多くなるにしたがい前記温度低下量が小さくなるように推定し、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度が高くなるにしたがい前記温度低下量が大きくなるように推定し、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度から前記温度低下量を減算して前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を算出し前記還流温度として検出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の排気浄化システム。
【請求項１４】
前記還流温度検出手段は、さらに前記排気浄化装置の排気下流側から前記排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の時間遅れ特性に基づいて前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を算出し前記還流温度として検出することを特徴とする請求項１３に記載の排気浄化システム。
【請求項１５】
前記還流流路に設置され、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する排気冷却装置と、
前記排気冷却装置の排気上流側に設置され、前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を検出する上流温度センサと、
を備え、
前記還流温度検出手段は、前記上流温度センサが検出する前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を前記還流温度として検出する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１６】
前記還流量制御手段は、前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度が所定値以上の場合、前記還流量調整弁を制御して前記還流量を調整することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１７】
前記排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、前記フィルタ自体に酸化触媒が担持されているか、あるいは前記フィルタの排気上流側に設置された酸化触媒を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１８】
前記排気浄化装置として排ガス中のＮＯｘを除去する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を備えることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１】
内燃機関の排気流路に設置されて排ガス中の有害成分を除去する排気浄化装置と、
前記排気浄化装置の排気下流側の排ガスを吸気側に還流する還流流路に設置され排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を調整する還流量調整弁と、
前記還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流温度を検出する還流温度検出手段と、
前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度に基づいて前記還流量調整弁を制御し前記還流量を調整する還流量制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム。
【請求項２】
前記還流流路を通り排気側から吸気側に還流される排ガスの還流量を検出する還流量検出手段を備え、
前記還流量制御手段は、前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度と前記還流量検出手段が検出する前記還流量とに基づいて前記還流量調整弁を制御し前記還流量を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化システム。
【請求項３】
前記還流量検出手段は、インテークマニホールドにおける吸気圧および吸気温度と、前記内燃機関の回転数と、吸気量とに基づいて前記還流量を推定し前記還流量として検出することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化システム。
【請求項４】
前記還流量制御手段は、前記還流量検出手段が検出する前記還流量が多くなるにしたがい前記還流量調整弁を制御して前記還流量を低減することを特徴とする請求項２または３に記載の排気浄化システム。
【請求項５】
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて前記還流温度を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項６】
前記排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、前記排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量と、前記排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量とに基づいて、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて前記還流温度を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の排気浄化システム。
【請求項７】
前記排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置の排気上流側の未燃成分濃度と、前記排気浄化装置の排気上流側の酸素濃度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量と、前記排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とのうち、少なくとも前記排気浄化装置の排気上流側の排気温度と、前記排気浄化装置に流入する排ガス量と、前記排気浄化装置が捕集しているパティキュレート量とに基づいて、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度を推定し、推定した排気温度に基づいて前記還流温度を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の排気浄化システム。
【請求項８】
前記排気浄化装置の排気下流側に設置された下流温度センサを備え、
前記還流温度検出手段は、前記下流温度センサが検出する前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度に基づいて前記還流温度を検出する、
ことを特徴とする請求項５に記載の排気浄化システム。
【請求項９】
前記還流量制御手段は、前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度が高くなるにしたがい前記還流量調整弁を制御して前記還流量を低減することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記還流流路に設置され、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する排気冷却装置を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１１】
前記還流温度検出手段は、前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を前記還流温度として検出することを特徴とする請求項１０に記載の排気浄化システム。
【請求項１２】
前記還流流路に設置され、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する排気冷却装置を備え、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度と、前記還流量検出手段が検出する前記還流量とに基づいて前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を推定し前記還流温度として検出する、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１３】
前記排気浄化装置の排気下流側から前記排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の温度低下量を推定する温度低下量推定手段を備え、
前記温度低下量推定手段は、前記還流量検出手段が検出する前記還流量が多くなるにしたがい前記温度低下量が小さくなるように推定し、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度が高くなるにしたがい前記温度低下量が大きくなるように推定し、
前記還流温度検出手段は、前記排気浄化装置の排気下流側の排気温度から前記温度低下量を減算して前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を算出し前記還流温度として検出する、
ことを特徴とする請求項１２に記載の排気浄化システム。
【請求項１４】
前記還流温度検出手段は、さらに前記排気浄化装置の排気下流側から前記排気冷却装置の排気上流側までの排気温度の時間遅れ特性に基づいて前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を算出し前記還流温度として検出することを特徴とする請求項１３に記載の排気浄化システム。
【請求項１５】
前記還流流路に設置され、排気側から吸気側に還流される排ガスを冷却する排気冷却装置と、
前記排気冷却装置の排気上流側に設置され、前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を検出する上流温度センサと、
を備え、
前記還流温度検出手段は、前記上流温度センサが検出する前記排気冷却装置の排気上流側の排気温度を前記還流温度として検出する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１６】
前記還流量制御手段は、前記還流温度検出手段が検出する前記還流温度が所定値以上の場合、前記還流量調整弁を制御して前記還流量を調整することを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１７】
前記排気浄化装置として排ガス中のパティキュレートを捕集するフィルタを備え、前記フィルタ自体に酸化触媒が担持されているか、あるいは前記フィルタの排気上流側に設置された酸化触媒を備えることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【請求項１８】
前記排気浄化装置として排ガス中のＮＯｘを除去する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を備えることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項に記載の排気浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１８９３（Ｐ２０１１−１８９３Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４６１５２（Ｐ２００９−１４６１５２）
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１９日（２００９．６．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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