JP2019199862A - 空気供給システム、吸排気システム及び吸排気システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルタに供給される空気を昇圧するための専用のコンプレッサを配置せずに済む技術を提供する。【解決手段】 空気供給システムは、前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の前記吸気管と、前記フィルタよりも上流側の前記排気管と、を連通する空気供給管と、前記空気供給管を介して前記吸気管と前記排気管とが連通されている連通状態と、前記空気供給管において前記吸気管と前記排気管とが遮断されている遮断状態と、に切り替え可能な切替装置と、を備えていてもよい。【選択図】 図６

Description

本明細書は、内燃機関の排気管に配置されるフィルタに空気を供給する空気供給システムに関する技術を開示する。

特許文献１に、排気ガス浄化装置が開示されている。排気ガス浄化装置は、フィルタの上流側で排気管から分岐して再度接続されるバイパス経路と、バイパス経路上に配置され、加圧状態の空気を貯留するサージタンクと、空気を昇圧してサージタンクに送り込むコンプレッサと、を備える。

特開２０１８−２５１５５号公報

上記の技術では、フィルタに空気を供給するために、空気を昇圧するための専用の貯留部とコンプレッサを配置しなければならない。

本明細書は、フィルタに供給される空気を昇圧するための専用の貯留部とコンプレッサを配置せずに済む技術を提供する。

本明細書で開示される技術は、内燃機関の排気管に配置されるフィルタに空気を供給する空気供給システムに関する。前記内燃機関には、前記内燃機関に供給される空気を昇圧するコンプレッサと、前記コンプレッサの下流側に位置するスロットルバルブと、が配置されている吸気管が接続されていてもよい。空気供給システムは、前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の前記吸気管と、前記フィルタよりも上流側の前記排気管と、を連通する空気供給管と、前記空気供給管を介して前記吸気管と前記排気管とが連通されている連通状態と、前記空気供給管において前記吸気管と前記排気管とが遮断されている遮断状態と、に切り替え可能な切替装置と、を備えていてもよい。

この構成では、吸気管から空気供給管を介してフィルタに空気が供給される。空気供給管は、コンプレッサよりも下流側の吸気管から排気管に連通する。この結果、コンプレッサで昇圧された空気を、空気供給管を介して排気管に供給することができる。コンプレッサは、内燃機関に供給される空気を昇圧するためにも利用される。この構成によれば、空気供給管を介して排気管に供給する空気を昇圧するための専用のコンプレッサを配置せずに済む。

空気供給システムは、前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気管と、前記フィルタよりも上流側の前記排気管と、を連通する排気循環管をさらに備えていてもよい。内燃機関が駆動している間、コンプレッサよりも上流側の吸気管内の圧力は、コンプレッサの動作状況によって負圧又は大気圧に近似している。一方、フィルタよりも上流側の排気管内の圧力は、大気圧よりも高い。このため、排気循環管を介して、排気の一部を排気管から吸気管に送出する、排気再循環システムを構成することができる。

本明細書で開示されるさらなる技術は、内燃機関の吸排気システムに関する。吸排気システムは、前記内燃機関の吸気側に連通する吸気管と、前記吸気管に配置されるコンプレッサと、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気管に配置されるスロットルバルブと、前記内燃機関の排気側に連通する排気管と、前記排気管に配置されるフィルタと、前記フィルタよりも上流側の前記排気管に配置されており、前記排気管を通過する排気によって動作されることによって前記コンプレッサを動作させるタービンと、前記タービンを迂回して前記排気管を連通するバイパス管と、前記バイパス管の開度を調整することによって、前記タービンに向けて流れる前記排気の流量を調整する調整装置と、前記フィルタに空気を供給する空気供給システムと、前記スロットルバルブと、前記調整装置と、前記空気供給システムと、を制御する制御装置と、を備えていてもよい。前記空気供給システムは、前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の前記吸気管と、前記タービンと前記フィルタとの間の前記排気管と、を連通する空気供給管と、前記空気供給管を介して前記吸気管と前記排気管とが連通されている連通状態と、前記空気供給管において前記吸気管と前記排気管とが遮断されている遮断状態と、に切り替え可能な切替装置と、を備えていてもよい。前記制御装置は、前記フィルタに空気を供給しない状態から供給すべき状態に移行する場合に、前記調整装置によって前記タービンに前記排気を供給し、前記切替装置によって前記空気供給管を前記遮断状態から前記連通状態に切り替え、前記タービンに供給される前記排気の前記流量の変化による前記コンプレッサの作動状況の変化に応じて、前記スロットルバルブの開度を調整してもよい。

この構成では、フィルタに空気を供給すべき場合に、タービンに排気を供給させて、コンプレッサを動作させる。このため、コンプレッサよりも下流側の吸気管内を昇圧することができる。また、タービンの動作によって、タービンよりも下流側の排気管の圧力を低減させることができる。これにより、空気供給管の吸気管側と排気管側との圧力差を大きくすることができる。この結果、専用のコンプレッサを配置せずに、空気供給管を介して、吸気管から排気管に向けて空気を供給することができる。

上記の吸排気システムに配置される制御装置、吸排気システムを実現するためのコンピュータプログラム、及び、当該コンピュータプログラムを格納するコンピュータ読取可能記録媒体も、新規で有用である。また、上記の吸排気システムを実現するための制御方法も新規で有用である。

実施例の吸排気システムの概略図を示す。 実施例の自然吸気状態のエンジン吸排気システムの各部の動作及び空気の流れを説明するための吸排気システムの概略図を示す。 実施例の過給状態のエンジン吸排気システムの各部の動作及び空気の流れを説明するためのエンジン吸排気システムの概略図を示す。 第１実施例のＧＰＦ再生処理のフローチャートを示す。 実施例の空気供給弁の正常判定時のエンジン吸排気システムの各部の動作及び空気の流れを説明するためのエンジン吸排気システムの概略図を示す。 実施例のＧＰＦ再生時のエンジン吸排気システムの各部の動作及び空気の流れを説明するためのエンジン吸排気システムの概略図を示す。 実施例のＧＰＦ再生処理における各弁の開閉の切り替え及び吸排気システム内の圧力の変化を表すタイムチャートを示す。 実施例の通常走行とＧＰＦ再生処理を実行する場合とにおけるコンプレッサとスロットルバルブとの間の吸気管内の圧力の変化を表すグラフを示す。 第２実施例のＧＰＦ再生処理のフローチャートを示す。

（第１実施例）
図面を参照して、本実施例の吸排気システム１０を説明する。図１に示すように、吸排気システム１０は、自動車等の車両に搭載され、エンジン２に空気を供給し、エンジン２内で燃焼された後の排気を、フィルタ群５０を介して大気に排出する。なお、図１では、エンジン２が断面図で示される一方、吸排気システム１０は、概略で示される。

（吸排気システムの構成）
吸排気システム１０は、吸気管１２と、コンプレッサ１４と、スロットルバルブ１６と、エアクリーナ１８と、エアフロメータ２０と、排気管３０と、タービン３２と、バイパス管３４と、ウェイストゲートバルブ３６と、フィルタ群５０と、空気供給システム１００と、ＥＣＵ４０と、を備える。

（吸気側の構成）
吸気管１２は、エンジン２のインテークマニホールド４に連結されている。吸気管１２には、エアクリーナ１８、エアフロメータ２０、コンプレッサ１４及びスロットルバルブ１６が上流側から順に配置されている。エアクリーナ１８は、エアクリーナ１８内を通過する空気中の異物を除去する。エアフロメータ２０は、例えばホットワイヤ式のエアフロメータであって、エアフロメータ２０が配置されている位置の吸気管１２内を通過する空気の流量を検出する。

コンプレッサ１４は、後述するタービン３２の回転によって動作され、コンプレッサ１４の上流側（即ちエアフロメータ２０側）の空気を吸入し、昇圧して、コンプレッサ１４の下流側（即ちスロットルバルブ１６側）に送出する。なお、コンプレッサ１４で昇圧されることによって昇温された空気は、コンプレッサ１４とスロットルバルブ１６との間の吸気管１２に配置されているインタークーラ１５によって冷却される。スロットルバルブ１６は、例えばバタフライ弁を備える。スロットルバルブ１６は、吸気管１２の開度を調整する。

吸気管１２の下流端に、インテークマニホールド４が接続されている。吸気管１２は、インテークマニホールド４を介してエンジン２の１個以上の燃焼室のそれぞれに連通している。インテークマニホールド４は、吸気管１２から流入する空気を、エンジン２の１個以上の燃焼室のそれぞれに供給する。

エンジン２は、インテークマニホールド４から供給される空気を利用して、図示省略した燃料タンクから燃料ポンプ、インジェクタ等を介して供給される燃料を燃焼して、燃焼後の排気を排気側に排出する。エンジン２は、ＥＣＵ４０によって制御される。

（排気側の構成）
エンジン２の排気側には、排気管３０が連結されている。排気管３０には、タービン３２と、フィルタ群５０と、バイパス管３４と、ウェイストゲートバルブ３６と、が配置されている。

タービン３２は、排気管３０内に配置される羽根車を有する。タービン３２は、排気管３０を流れる排気によって羽根車を回転させる。これにより、排気管３０を流れる排気の運動エネルギーを回転運動の運動エネルギーに変換する。タービン３２は、コンプレッサ１４に連結されている。タービン３２は、回転運動の運動エネルギーを利用してコンプレッサ１４を動作させる。これにより、コンプレッサ１４は、吸気を昇圧して、エンジン２に供給することができる。なお、タービン３２とコンプレッサ１４とを合わせて過給機（１４、３２）と呼ぶこともできる。

排気管３０には、タービン３２を迂回するように、バイパス管３４が連結されている。バイパス管３４の一端は、タービン３２よりも上流側（即ちエンジン２側）の排気管３０に連結されており、バイパス管３４の他端は、タービン３２よりも下流側（即ちエンジン２と反対側）の排気管３０に連結されている。

バイパス管３４の中間位置には、ウェイストゲートバルブ３６が配置されている。ウェイストゲートバルブ３６は、ＥＣＵ４０に制御され、バイパス管３４を連通するバイパス状態と、バイパス管３４を閉塞する閉塞状態と、が切り替えられる。ＥＣＵ４０は、ウェイストゲートバルブ３６の開度を、バルブの開度が最も大きい全開状態とバルブを閉じる全閉状態との間で調整する。ウェイストゲートバルブ３６が全閉状態ではバイパス管３４は閉塞状態となり、ウェイストゲートバルブ３６が全閉状態から開弁して全開状態までの間で開度が調整されている状態ではバイパス管３４はバイパス状態となる。ウェイストゲートバルブ３６の開度を調整することによって、連通状態では排気管３０を流れる排気のうちの一部がバイパス管３４に流れる。これにより、タービン３２に流れる排気量が調整される。この結果、コンプレッサ１４の過給圧を調整することができる。また、バイパス管３４（及びタービン３２）下流の排気管３０内の圧力を調整することもできる。

排気管３０のバイパス管３４よりも下流側には、フィルタ群５０が配置されている。フィルタ群５０は、２個の触媒５２、５４を備える。２個の触媒５２、５４は、排気管３０上で直列に配置されている。触媒５４は、排気中の有害物質である炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等を無害化する。触媒５２は、触媒５４の下流側に配置されている。触媒５２は、排気中の微粒子を捕集する、いわゆるガソリンパティキュレートフィルタ（即ち「ＧＰＦ」）である。

（空気供給システムの構成）
触媒５２には、空気供給システム１００から空気が供給される。なお、空気供給システム１００では、コンプレッサ１４で昇圧されることによって昇温された空気であって、インタークーラ１５によって冷却されていない空気が供給される。空気供給システム１００は、さらに、排気管３０の一部の排気を吸気管１２に送出する、いわゆる排気再循環（即ちＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculationの略））を実行する。

空気供給システム１００は、空気供給管１０２と、空気供給弁１０４と、排気循環管１１０と、排気切替装置１１２と、冷却器１１４と、圧力センサ１２０と、を備える。空気供給管１０２は、吸気管１２と排気管３０とを連通する。空気供給管１０２の一端は、コンプレッサ１４とインタークーラ１５との間であって、コンプレッサ１４とスロットルバルブ１６との間で吸気管１２に連通しており、空気供給管１０２の他端は、触媒５２と触媒５４との間で排気管３０に連通している。空気供給管１０２には、空気供給弁１０４が配置されている。空気供給弁１０４は、ウェイストゲートバルブ３６と同様に、開度が調整可能な弁装置である。空気供給弁１０４は、開弁して空気供給管１０２を介して吸気管１２と排気管３０とを連通する連通状態と、閉弁して空気供給管１０２を遮断して空気供給管１０２を介した吸気管１２と排気管３０との連通を遮断する遮断状態と、に切り替える。空気供給弁１０４は、ＥＣＵ４０によって開弁と閉弁とが切り替えられる。

排気循環管１１０は、吸気管１２と排気管３０とを連通する。排気循環管１１０の一端は、コンプレッサ１４よりも上流側で吸気管１２に連通しており、排気循環管１１０の他端は、触媒５２と触媒５４との間で排気管３０に連通している。なお、排気循環管１１０の他端は、触媒５２と触媒５４との間において、空気供給管１０２の他端よりも上流側に配置されている。しかしながら、変形例では、排気循環管１１０の他端は、触媒５２と触媒５４との間において、空気供給管１０２の他端よりも下流側に配置されていてもよい。

排気循環管１１０には、排気切替装置１１２と冷却器１１４とが配置されている。排気切替装置１１２は、例えばバタフライ弁等の弁装置を備え、開弁して排気循環管１１０を介して吸気管１２と排気管３０とを連通する排気再循環状態と、閉弁して排気循環管１１０を遮断して排気循環管１１０を介した吸気管１２と排気管３０との連通を遮断する循環遮断状態と、に切り替える。排気切替装置１１２は、ウェイストゲートバルブ３６、空気供給弁１０４と同様に、開度が調整可能な弁装置を備える。排気切替装置１１２は、ＥＣＵ４０によって開弁と閉弁とが切り替えられる。

冷却器１１４は、排気切替装置１１２よりも排気側（即ち上流側）の排気循環管１１０に配置されている。冷却器１１４は、排気循環管１１０内を流れる排気を冷却する。冷却器１１４は、エンジン２を冷却するための冷却水を用いてもよいし、専用の冷媒を用いてもよい。

圧力センサ１２０は、触媒５２と触媒５４との間の排気管３０に配置され、触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力を検出する。検出済みの圧力は、ＥＣＵ４０に送信される。

（吸排気システムにおける空気の流れ）
図２及び図３に示すように、車両が通常に走行している状況では、コンプレッサ１４が作動していない状態で吸気される、いわゆる自然吸気状態（図２参照）と、コンプレッサ１４が作動している状態で吸気される、いわゆる過給状態（図３参照）と、のいずれかの状態で、エンジン２が駆動される。なお、図２及び図３では、空気供給弁（図中のＡＳＶ）１０４は閉弁されており、空気供給管１０２を介して触媒（図中のＧＰＦ）５２に空気が供給されていない。

図２に示すように、自然吸気状態では、スロットルバルブ（図中でＴＨＲ）１６は開弁され、ウェイストゲートバルブ（図中でＷＧＶ）３６は、全開状態で維持される。エンジン２が駆動されると、吸気管１２に大気圧よりも低い負圧が発生する。これにより、空気は、吸気管１２からスロットルバルブ１６を介してエンジン（図中のＥＮＧ）２に吸入される。エンジン２で燃焼されたガスは、排気管３０に排出される。ウェイストゲートバルブ３６が全開状態で維持されると、排気は、バイパス管３４を通過して、フィルタ群５０に流れる。この結果、タービン３２によってコンプレッサ１４は動作されない。

自然吸気状態では、吸気管１２内が負圧である一方、排気管３０内は大気圧よりも高い正圧である。このため、循環切替装置（図中のＥＧＲＶ）１１２が開弁すると、排気循環管１１０に、排気管３０から吸気管１２に向かって排気が流れる。

図３に示すように、過給状態では、スロットルバルブ１６は開弁され、ウェイストゲートバルブ３６の開度は全閉状態か全開状態よりも小さい開度に調整される。これにより、排気管３０の排気の少なくとも一部がタービン３２に向かって流れる。この結果、タービン３２において回転運動の運動エネルギーが発生し、コンプレッサ１４が作動する。

コンプレッサ１４が作動すると、吸気管１２内の空気が昇圧され、エンジン２に圧送される。このため、コンプレッサ１４の上流側の吸気管１２内は大気圧である一方、コンプレッサ１４の下流側の吸気管１２内は正圧である。また、排気管３０内は正圧である。なお、過給状態では、排気管３０内の排気の運動エネルギーの一部は、タービン３２によってコンプレッサ１４を作動させる回転エネルギーに変換される。このため、タービン３２よりも下流側では、過給状態における排気管３０内の正圧の値は、自然吸気状態における排気管３０内の正圧の値よりも小さくなり得、コンプレッサ１４の下流側の吸気管１２内の正圧の値よりも小さくなり得る。

過給状態では、吸気管１２のコンプレッサ１４の上流側が大気圧である一方、排気管３０内は正圧である。このため、過給状態では、自然吸気状態と同様に、排気切替装置１１２が開弁することによって排気再循環状態である場合には、排気循環管１１０に、排気管３０から吸気管１２に向かって、排気が流れる。

（触媒のＧＰＦ再生処理）
触媒５２は、排気中の微粒子を捕集する。このため、触媒５２には、微粒子が蓄積される。触媒５２に多くの微粒子が蓄積されると、触媒５２の上流側の圧力が上昇し、排気再循環を適切に実行することができなくなる等の不都合が生じる。このため、ＥＣＵ４０は、触媒５２に対してＧＰＦ再生処理を実行することによって、触媒５２に空気を供給して、触媒５２に蓄積されている微粒子を燃焼させる。

ＧＰＦ再生処理は、例えば、車両のシステムが始動した後（例えば車両のメインスイッチ（例えばイグニションスイッチ）をオフからオンに切り替えた後）に実行される。なお、ＧＰＦ再生処理は、例えば、車両のシステムが始動した後に定期的に繰り返し開始する等、適宜設定されるタイミングで開始されてもよい。なお、ＧＰＦ再生処理が実行されている間、ＥＣＵ４０は、排気切替装置１１２を閉弁して循環遮断状態を維持する。なお、変形例では、排気切替装置１１２を開弁して排気循環状態が維持されていてもよい。

ＧＰＦ再生処理では、まず、Ｓ１２において、ＥＣＵ４０は、再生条件が成立することを監視する。具体的には、ＥＣＵ４０は、触媒５２と触媒５４との間の排気管３０（即ち触媒５２の上流側の排気管３０）内の圧力を圧力センサ１２０から取得する。次いで、ＥＣＵ４０は、取得済みの圧力が予めＥＣＵ４０に格納されている圧力閾値よりも大きいか否かを判断する。触媒５２に微粒子が蓄積されると、触媒５２内の流路面積が小さくなる。この結果、触媒５２の上流側の排気管３０内の圧力は、触媒５２に微粒子が蓄積される前の圧力よりも高くなる。圧力閾値は、微粒子が除去すべき程度まで触媒５２に蓄積されている状態における触媒５２の上流側の排気管３０内の圧力を示す。圧力閾値は、実験等によって予め特定されてＥＣＵ４０に格納されている。

取得済みの圧力が圧力閾値よりも大きい場合、再生条件が成立すると判断して（Ｓ１２でＹＥＳ）、Ｓ１４に進む。Ｓ１４では、ＥＣＵ４０は、触媒５２の温度が基準温度以上であるか否かを判断する。触媒５２の温度は、例えば、図示省略した温度センサによって検出してもよい。あるいは、車両の駆動状況（連続駆動期間、エンジン２の負荷率等）に基づいて推定してもよい。なお、車両の駆動状況に基づいて推定する場合、予め実験等によって、車両の駆動状況と触媒５２の温度との相関関係を特定し、相関関係を表すデータマップ等をＥＣＵ４０に格納しておいてもよい。

ＧＦＰ再生処理では、触媒５２に空気（即ち酸素）を供給することによって、触媒５２の温度を利用して、触媒５２に蓄積されている微粒子を燃焼させる。このため、触媒５２が微粒子を燃焼させる程度の温度（即ち基準温度）以上の温度でないと、触媒５２に空気を供給しても、微粒子を燃焼させることができない。

触媒５２の温度が基準温度未満である場合（Ｓ１４でＮＯ）、ＥＣＵ４０は、触媒５２の温度が基準温度以上になるまで、Ｓ１４の処理を繰り返す。一方、触媒５２の温度が基準温度以上である場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、Ｓ１６において、ＥＣＵ４０は、車両の運転状態を取得する。運転状態は、エンジン２の回転数及びエンジン２の負荷率を含む。

次いで、Ｓ１８において、ＥＣＵ４０は、排気管３０に供給すべき空気量と、スロットルバルブ１６及びウェイストゲートバルブ３６の目標開度と、を特定する。詳細には、ＥＣＵ４０は、空気供給管１０２を介して排気管３０に供給すべき空気量を特定する。ＥＣＵ４０には、取得済みの圧力から推定される微粒子の蓄積量に応じて供給すべき空気量を示すデータマップが格納されている。このデータマップは、予め実験等によって特定され、ＥＣＵ４０に格納されている。ＥＣＵ４０は、Ｓ１６で取得済みの運転状態と、供給すべき空気量を示すデータマップを用いて、排気管３０に供給すべき空気量を特定する。

次いで、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ１６及びウェイストゲートバルブ３６の目標開度を特定する。ＥＣＵ４０は、特定済みの排気管３０に供給すべき空気量と、エアフロメータ２０で検出される空気の流量と、を用いて、スロットルバルブ１６及びウェイストゲートバルブ３６の目標開度を特定する。具体的には、空気供給弁１０４が開弁されると、吸気管１２に流入する空気（即ちエアフロメータ２０で検出される空気）の一部が、エンジン２に供給されず、空気供給管１０２を介して、排気管３０に供給される。また、ウェイストゲートバルブ３６が目標開度に調整されると、タービン３２に流れる排気量が変動する。この結果、コンプレッサ１４の動作状態が変化する。このため、スロットルバルブ１６の開度を調整しなければ、エンジン２に供給される空気量が変化する。

ＥＣＵ４０は、空気が空気供給管１０２を介して排気管３０に供給される状況において、エンジン２に供給される空気量を、空気が空気供給管１０２を介して排気管３０に供給されるより前の空気量に維持するとともに、特定済みの排気管３０に供給すべき空気量が空気が空気供給管１０２を介して排気管３０に供給されるように、スロットルバルブ１６及びウェイストゲートバルブ３６の目標開度を特定する。具体的には、ＥＣＵ４０は、予め実験で特定され、ＥＣＵ４０に予め格納されている特定済みの排気管３０に供給すべき空気量と、エアフロメータ２０で検出される空気の流量と、スロットルバルブ１６及びウェイストゲートバルブ３６の目標開度との相関関係を示すデータマップを用いて特定される。

次いで、Ｓ２２では、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ１６とウェイストゲートバルブ３６とを目標開度に調整する。図５に示すように、Ｓ２２の処理後には、コンプレッサ１４及びタービン３２が動作し、吸気管１２に流量Ｑ１の空気が流入する。流量Ｑ１の空気は、スロットルバルブ１６を介して、エンジン２に供給される。

Ｓ２４では、ＥＣＵ４０は、エアフロメータ２０で検出される空気の流量Ｑ１を取得する。次いで、Ｓ２６では、ＥＣＵ４０は、空気供給弁１０４を開弁する。Ｓ２２において、スロットルバルブ１６とウェイストゲートバルブ３６とが目標開度に調整されると、タービン３２によって生じた回転運動のエネルギーでコンプレッサ１４が作動され、コンプレッサ１４の下流側の吸気管１２内は正圧となる。一方、タービン３２によって排気のエネルギーが利用されるため、タービン３２の下流側の排気管３０の正圧は、比較的に小さくされている。この結果、図６に示すように、Ｓ２６において、空気供給弁１０４が正常に開弁すると、空気は、コンプレッサ１４の下流側の吸気管１２から、空気供給管１０２を介して、排気管３０に流れる。このため、吸気管１２に流入する空気の流量Ｑ２は流量Ｑ１と比較して増加する。

Ｓ２８では、ＥＣＵ４０は、エアフロメータ２０で検出される空気の流量Ｑ２を取得する。次いで、Ｓ３０において、ＥＣＵ４０は、Ｓ２８で取得済みの流量Ｑ２からＳ２４で取得済みの流量Ｑ１を減算する。この結果、Ｓ２６で空気供給弁１０４が閉弁から開弁に切り替えられる前後の吸気管１２に流入する空気の流量の差が算出される。ＥＣＵ４０は、流量の差Ｑ２−Ｑ１が所定流量Ｑ０未満か否かを判断する。流量の差Ｑ２−Ｑ１が所定流量Ｑ０未満の場合（Ｓ３０でＹＥＳ）、空気供給弁１０４が閉弁から開弁に正常に切り替えられていない可能性が高い。Ｓ３０でＹＥＳの場合、Ｓ３４において、ＥＣＵ４０は、空気供給弁１０４が正常に動作していないことを示す信号を、車両の表示装置（例えばインストルメントパネル）に出力して、Ｓ３６に進む。表示装置は、信号を受信すると、空気供給弁１０４が正常に動作していないことを示す情報を表示する。これにより、運転者は、空気供給弁１０４が正常に動作していないことを認識することができる。

一方、流量の差Ｑ２−Ｑ１が所定流量Ｑ０よりも大きい場合（Ｓ３０でＮＯ）、Ｓ３２において、ＥＣＵ４０は、ＧＰＦ再生処理を終了すべきであるか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ４０は、Ｓ２６で空気供給弁１０４を開弁してから、所定の期間が経過している場合に、ＧＰＦ再生処理を終了すべきである（Ｓ３２でＹＥＳ）と判断し、所定の期間が経過していない場合に、ＧＰＦ再生処理を終了すべきでない（Ｓ３２でＮＯ）と判断する。Ｓ３２でＮＯの場合、Ｓ３２でＹＥＳと判断されるまで、Ｓ３２の処理を繰り返す。一方、Ｓ３２でＹＥＳの場合、Ｓ３６に進む。

Ｓ３６では、ＥＣＵ４０は、終了処理を実行して、ＧＰＦ再生処理を終了する。具体的には、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ１６とウェイストゲートバルブ３６との開度を、目標開度からＳ１６で特定済みの開度に変更する。

次いで、図７を参照して、ウェイストゲートバルブ３６が全開状態である自然吸気状態で、ＧＰＦ再生処理が実行される場合のウェイストゲートバルブ３６の開度ＷＧ１と、スロットルバルブ１６の開度ＴＲ１と、空気供給弁１０４の開度ＡＳ１と、コンプレッサ１４とスロットルバルブ１６との間の吸気管１２内の圧力Ｐ１と、触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力Ｐ２と、の時間変化が示されている。図７の上方のチャートは、時間（横軸）に対する開度の変化（縦軸）を示す。図７の下方のチャートは、時間（横軸）に対する圧力の変化（縦軸）を示す。なお、圧力Ｐ０は、大気圧を示す。

タイミングＴ１以前の自然吸気状態では、ウェイストゲートバルブ３６の開度ＷＧ１は、全開状態で維持されている。このとき、ＧＰＦ再生処理が実行されるまでは、スロットルバルブ１６は、車両の走行状態によって開度ＴＲ１が調整され、空気供給弁１０４は、全閉状態で維持されている。この結果、吸気側の圧力Ｐ１は、大気圧Ｐ０よりも低い負圧であり、排気側の圧力Ｐ２は、大気圧Ｐ０よりも高い正圧である。

タイミングＴ１において、ＧＰＦ再生処理のＳ２２の処理が実行されると、ウェイストゲートバルブ３６の開度ＷＧ１が目標開度（例えば全閉状態）に調整され、スロットルバルブ１６の開度ＴＲ１が目標開度に調整される。これにより、タービン３２によってコンプレッサ１４が作動されるため、吸気側の圧力Ｐ１は正圧に上昇し、排気側の圧力Ｐ２は低下する。

次いで、タイミングＴ２において、ＧＰＦ再生処理のＳ２６の処理が実行されると、空気供給弁１０４の開度ＡＳ１が全閉状態から全開状態に切り替えられると、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差によって、空気が空気供給管１０２を介して吸気管１２から排気管３０に供給される。タイミングＴ３及びタイミングＴ４において、ＧＰＦ再生処理のＳ３６の処理が実行されると、空気供給弁１０４が全開状態から全閉状態に切り替えられ、ウェイストゲートバルブ３６の開度ＷＧ１及びスロットルバルブ１６の開度ＴＲ１のそれぞれが、タイミングＴ１以前の開度に調整される。この結果、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２は、タイミングＴ１以前の自然吸気状態の圧力に戻る。

（効果）
図８は、コンプレッサ１４とスロットルバルブ１６との間の吸気管１２内の圧力ＰＡ１、ＰＢ１と、触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力ＰＡ２、ＰＢ２と、インテークマニホールド４内の圧力Ｐ３と、大気圧Ｐ０と、エンジン２に吸入されるガスの流量と、の相関関係を表すグラフを示す。圧力ＰＡ１は、ＧＰＦ再生処理が実行される場合のコンプレッサ１４とスロットルバルブ１６との間の吸気管１２内の圧力を示し、圧力ＰＢ１は、ＧＰＦ再生処理が実行されない場合のコンプレッサ１４とスロットルバルブ１６との間の吸気管１２内の圧力を示す。自然吸気状態では、圧力ＰＢ１は、大気圧Ｐ０と一致し、過給状態では、インテークマニホールド内の圧力Ｐ３と一致する。圧力ＰＡ２は、ＧＰＦ再生処理が実行される場合の触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力を示し、圧力ＰＢ２は、ＧＰＦ再生処理が実行されない場合の触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力を示す。圧力ＰＡ２は、排気によってタービン３２が動作されるため、圧力ＰＢ２よりも小さくなる。

空気供給管１０２を介して吸気管１２から触媒５２に空気を供給するためには、圧力ＰＡ１が圧力ＰＢ１よりも高いか、圧力ＰＢ１が圧力ＰＢ２よりも高くなければならない。ＧＰＦ再生処理が実行されない場合（即ち圧力ＰＢ１、ＰＢ２の場合）には、空気の流量が流量Ｑ３以上でなければ、触媒５２に空気を供給することができない。一方、ＧＰＦ再生処理を実行することによって、空気の流量が流量Ｑ３よりも少ない範囲でも、コンプレッサ１４とスロットルバルブ１６との間の吸気管１２内の圧力ＰＡ１を、触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力ＰＡ２よりも高くすることによって、触媒５２に空気を供給することができる。

上記の空気供給システム１００では、吸気管１２から空気供給管１０２を介して触媒５２に空気が供給される。空気供給管１０２は、コンプレッサ１４よりも下流側の吸気管１２から排気管３０を連通する。この結果、コンプレッサ１４で昇圧された空気を、空気供給管１０２を介して排気管３０に供給することができる。コンプレッサ１４は、エンジン２に供給される空気を昇圧するのにも利用される。この構成によれば、空気供給管１０２を介して排気管３０に供給する空気を昇圧するための専用のコンプレッサを配置せずに済む。

また、上記の空気供給システム１００では、空気供給管１０２が、コンプレッサ１４とインタークーラ１５との間の吸気管１２に連結されている。この結果、吸気管１２からコンプレッサ１４によって昇圧されることによって昇温された比較的に高温の空気が、インタークーラ１５で冷却されずに、空気供給管１０２を介して触媒５２に供給される。この構成によれば、空気供給管１０２から供給される空気によって触媒５２の温度が低下されることを抑制することができる。これにより、触媒５２において微粒子を効率よく燃焼させることができる。

また、ＧＰＦ再生処理では、通常であれば、車両が自然吸気状態で走行可能な状況において、排気によってタービン３２を動作させる。この構成によれば、タービン３２よりも下流側の排気管３０内の圧力を低下させることができる。これにより、吸気管１２と排気管３０との圧力差をより大きくすることができる。この結果、空気供給管１０２を介して排気管３０に、スムーズに空気を供給することができる。

（対応関係）
触媒５２が「フィルタ」の一例であり、ウェイストゲートバルブ３６が「調整装置」の一例であり、ＥＣＵ４０が「制御装置」及び「判断部」の一例であり、空気供給弁１０４が「切替装置」の一例である。

（第２実施例）
図９を参照して、本実施例の空気供給システム１００について、第１実施例と異なる点を説明する。本実施例の空気供給システム１００では、ＧＰＦ再生処理の内容が、第１実施例の空気供給システム１００と異なる。

図９に示すように、本実施例のＧＰＦ再生処理では、第１実施例と同様に、Ｓ１２〜Ｓ２２の処理を実行する。次いで、Ｓ１２２では、第１実施例のＳ２２の処理に替えて、ＥＣＵ４０は、圧力センサ１２０で検出される触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力ＰＣ１を取得する。次いで、ＥＣＵ４０は、Ｓ２６の処理を実行する。次いで、Ｓ１２８において、第１実施例のＳ２８の処理に替えて、ＥＣＵ４０は、圧力センサ１２０で検出される触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力ＰＣ２を取得する。次いで、Ｓ１３０において、第１実施例のＳ３０の処理に替えて、ＥＣＵ４０は、Ｓ１２８で取得済みの圧力ＰＣ２からＳ１２４で取得済みの圧力ＰＣ１を減算する。この結果、Ｓ２６で空気供給弁１０４が閉弁から開弁に切り替えられる前後の触媒５２と触媒５４との間の排気管３０内の圧力差が算出される。ＥＣＵ４０は、圧力差ＰＣ２−ＰＣ１が所定圧力ＰＣ０未満か否かを判断する。圧力差ＰＣ２−ＰＣ１が所定圧力ＰＣ０未満の場合（Ｓ１３０でＹＥＳ）、空気供給弁１０４が閉弁から開弁に正常に切り替えられていない可能性が高い。Ｓ１３０でＹＥＳの場合、Ｓ３４に進む。

一方、圧力差ＰＣ２−ＰＣ１が所定圧力ＰＣ０よりも大きい場合（Ｓ１３０でＮＯ）、Ｓ３２に進む。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（１）バイパス管３４の構成は、特に限定されず、タービン３２に対して離間して配置されていてもよいし、タービン３２のケーシングに設けられていてもよい。ウェイストゲートバルブ３６も同様である。

（２）空気供給システム１００は、排気循環管１１０と、排気切替装置１１２と、冷却器１１４と、を備えていなくてもよい。

（３）ＥＣＵ４０は、ＧＰＦ再生処理において、Ｓ２４、Ｓ２８、Ｓ３０、Ｓ３４の処理を実行しなくてもよい。この場合、ＥＣＵ４０は、Ｓ２２の処理後、Ｓ２６、Ｓ３２、Ｓ３６の順に実行してもよい。

（４）空気供給弁１０４は、開度が調整可能な弁を備えていてもよい。この場合、ＥＣＵ４０は、Ｓ１８において、空気供給弁１０４の目標開度を特定してもよいし、Ｓ２６において、空気供給弁１０４を目標開度で開弁してもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：エンジン
１０ ：吸排気システム
１２ ：吸気管
１４ ：コンプレッサ
１６ ：スロットルバルブ
２０ ：エアフロメータ
３０ ：排気管
３２ ：タービン
３４ ：バイパス管
３６ ：ウェイストゲートバルブ
４０ ：ＥＣＵ
５０ ：フィルタ群
５２、５４ ：触媒
１００ ：空気供給システム
１０２ ：空気供給管
１０４ ：空気供給弁
１１０ ：排気循環管
１１４ ：冷却器
１２０ ：圧力センサ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気管に配置されるフィルタに空気を供給する空気供給システムであって、
   前記内燃機関には、前記内燃機関に供給される空気を昇圧するコンプレッサと、前記コンプレッサの下流側に位置するスロットルバルブと、が配置されている吸気管が接続されており、
   前記空気供給システムは、
   前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の前記吸気管と、前記フィルタよりも上流側の前記排気管と、を連通する空気供給管と、
   前記空気供給管を介して前記吸気管と前記排気管とが連通されている連通状態と、前記空気供給管において前記吸気管と前記排気管とが遮断されている遮断状態と、に切り替え可能な切替装置と、を備える、空気供給システム。
2. 請求項１に記載の空気供給システムであって、
   前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気管と、前記フィルタよりも上流側の前記排気管と、を連通する排気循環管をさらに備える、空気供給システム。
3. 請求項１又は２に記載の空気供給システムであって、
   前記連通状態において前記吸気管に流入する空気の流量と、前記遮断状態において前記吸気管に流入する空気の流量と、を用いて、前記切替装置が正常に切り替え可能であるか否かを判断する、判断部をさらに備える、空気供給システム。
4. 請求項１又は２に記載の空気供給システムであって、
   前記連通状態における前記フィルタよりも上流側の前記排気管内の圧力と、前記遮断状態における前記フィルタよりも上流側の前記排気管内の圧力と、を用いて、前記切替装置が正常に切り替え可能であるか否かを判断する、判断部をさらに備える、空気供給システム。
5. 内燃機関の吸排気システムであって、
   前記内燃機関の吸気側に連通する吸気管と、
   前記吸気管に配置されるコンプレッサと、
   前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気管に配置されるスロットルバルブと、
   前記内燃機関の排気側に連通する排気管と、
   前記排気管に配置されるフィルタと、
   前記フィルタよりも上流側の前記排気管に配置されており、前記排気管を通過する排気によって動作されることによって前記コンプレッサを動作させるタービンと、
   前記タービンを迂回して前記排気管を連通するバイパス管と、
   前記バイパス管の開度を調整することによって、前記タービンに向けて流れる前記排気の流量を調整する調整装置と、
   前記フィルタに空気を供給する空気供給システムと、
   前記スロットルバルブと、前記調整装置と、前記空気供給システムと、を制御する制御装置と、を備え、
   前記空気供給システムは、
   前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の前記吸気管と、前記タービンと前記フィルタとの間の前記排気管と、を連通する空気供給管と、
   前記空気供給管を介して前記吸気管と前記排気管とが連通されている連通状態と、前記空気供給管において前記吸気管と前記排気管とが遮断されている遮断状態と、に切り替え可能な切替装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記フィルタに空気を供給しない状態から供給する状態に移行する場合に、
   前記調整装置によって前記タービンに前記排気を供給し、
   前記切替装置によって前記空気供給管を前記遮断状態から前記連通状態に切り替え、
   前記タービンに供給される前記排気の前記流量の変化による前記コンプレッサの作動状況の変化に応じて、前記スロットルバルブの開度を調整する、吸排気システム。
6. 内燃機関の吸排気システムを制御する制御装置であって、
   前記吸排気システムは、
   前記内燃機関の吸気側に連通する吸気管と、
   前記吸気管に配置されるコンプレッサと、
   前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気管に配置されるスロットルバルブと、
   前記内燃機関の排気側に連通する排気管と、
   前記排気管に配置されるフィルタと、
   前記フィルタよりも上流側の前記排気管に配置されており、前記排気管を通過する排気によって動作されることによって前記コンプレッサを動作させるタービンと、
   前記タービンを迂回して前記排気管を連通するバイパス管と、
   前記バイパス管の開度を調整することによって、前記タービンに向けて流れる前記排気の流量を調整する調整装置と、
   前記フィルタに空気を供給する空気供給システムと、を備え、
   前記空気供給システムは、
   前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の前記吸気管と、前記タービンと前記フィルタとの間の前記排気管と、を連通する空気供給管と、
   前記空気供給管を介して前記吸気管と前記排気管とが連通されている連通状態と、前記空気供給管において前記吸気管と前記排気管とが遮断されている遮断状態と、に切り替え可能な切替装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記フィルタに空気を供給しない状態から供給する状態に移行する場合に、
   前記調整装置によって前記タービンに前記排気を供給し、
   前記切替装置によって前記空気供給管を前記遮断状態から前記連通状態に切り替え、
   前記タービンに供給される前記排気の前記流量の変化による前記コンプレッサの作動状況の変化に応じて、前記スロットルバルブの開度を調整する、制御装置。
   
   
   
   
   

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