内燃機関の排気浄化装置
【課題】内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化ユニットの排気浄化能力をより好適に回復させる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気通路２に配置されたＮＳＲ触媒３と、ＮＳＲ触媒３よりも上流の排気に燃料を添加する燃料添加弁４と、排気通路２を流通する排気にＮＳＲ触媒３をバイパスさせるバイパス通路５と、ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量とバイパス通路５に流入する排気流量とを調節するバイパス弁６と、を備え、燃料添加弁４から燃料を添加しＮＳＲ触媒３を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにしＮＳＲ触媒３から硫黄成分を放出させるＳ再生の実施時に、バイパス弁６によってＮＳＲ触媒３に流入する排気流量を異ならせる。
【解決手段】内燃機関１の排気通路２に配置されたＮＳＲ触媒３と、ＮＳＲ触媒３よりも上流の排気に燃料を添加する燃料添加弁４と、排気通路２を流通する排気にＮＳＲ触媒３をバイパスさせるバイパス通路５と、ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量とバイパス通路５に流入する排気流量とを調節するバイパス弁６と、を備え、燃料添加弁４から燃料を添加しＮＳＲ触媒３を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにしＮＳＲ触媒３から硫黄成分を放出させるＳ再生の実施時に、バイパス弁６によってＮＳＲ触媒３に流入する排気流量を異ならせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＳＲ触媒に堆積した硫黄成分堆積量が所定量以上になると、還元剤を供給しＮＳＲ触媒を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにしＮＳＲ触媒から硫黄成分（ＳＯｘ）を放出させるＳ再生を実施する場合がある。このＳ再生を実施する場合に、ＮＳＲ触媒が硫黄成分を放出する状態になった頻度（Ｓ再生頻度）に応じて、硫化水素の生成を抑制するようにＮＳＲ触媒の温度或いは昇温速度を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３４９２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでＳ再生時にＮＳＲ触媒に流入する排気流量が高流量であると、ＮＳＲ触媒における上流部は昇温が困難になる。しかしこのときＮＳＲ触媒における下流部は昇温される。よってＮＳＲ触媒における上流部の温度が低くＮＳＲ触媒における下流部の温度が高くなり、ＮＳＲ触媒には上流から下流へ向かう程高温となる温度勾配が生じる。ここでＮＳＲ触媒には、過昇温されるとＮＳＲ触媒が破損する昇温限界が存在する。このためＮＳＲ触媒における下流部を昇温限界の温度以下にすると、ＮＳＲ触媒における上流部における昇温が不十分になってしまう。そうなるとＮＳＲ触媒における上流部では昇温が不十分なことからＳ再生が不十分となり、ＮＳＲ触媒における上流部に堆積した硫黄成分を完全に放出することはできなかった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化ユニットの排気浄化能力をより好適に回復させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された排気浄化ユニットと、
前記排気浄化ユニットよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記排気浄化ユニットの排気浄化能力を回復させる回復制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記排気浄化ユニットをバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気浄化ユニットに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記回復制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００６】
本発明では回復制御手段の実施時に、排気流量調節手段によって排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせる。
【０００７】
ここで排気浄化ユニットに流入する排気流量が高流量であると、排気浄化ユニットにおける下流部で効率よく還元剤が反応し、排気浄化ユニットにおける下流部が最も昇温され
る。これに対し排気浄化ユニットに流入する排気流量が低流量であると、排気浄化ユニットにおける上流部で効率よく還元剤が反応し、排気浄化ユニットにおける上流部が最も昇温される。また排気浄化ユニットに流入する排気流量が中流量であると、排気浄化ユニットにおける中央部で効率よく還元剤が反応し、排気浄化ユニットにおける中央部が最も昇温される。このように排気浄化ユニットに流入する排気流量によって排気浄化ユニットにおける最も昇温される部位が異なってくる。
【０００８】
本発明によると、回復制御手段の実施時に排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることから、排気浄化ユニットにおける最も昇温される部位を異ならせることができる。つまり排気浄化ユニットよりも上流の排気流量にかかわらず排気浄化ユニットにおける任意の部位を最も昇温することができ、これによって排気浄化ユニットにおける任意の部位の排気浄化能力を回復させることができる。
【０００９】
前記回復制御手段の実施時に、前記排気浄化ユニットにおける排気浄化能力を回復させる部位に対応して、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせるとよい。
【００１０】
本発明によると、排気浄化能力を回復させる部位を最も昇温するように排気浄化ユニットに流入する排気流量を変更することができる。よって排気浄化ユニットにおける排気浄化能力を回復させる部位の排気浄化能力を回復させることができる。
【００１１】
前記回復制御手段の実施時に、実施経過時間に応じて、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせるとよい。
【００１２】
本発明によると、回復制御手段の実施経過時間に応じて排気浄化ユニットの最も昇温される部位が変わって行く。よって排気浄化ユニットにおける最も昇温される部位を広げることができ、排気浄化ユニットにおける広範囲な部位の排気浄化能力を回復させることができる。
【００１３】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された硫黄成分を吸蔵すると共に高温且つ排気空燃比がリッチ若しくはストイキのときに吸蔵した硫黄成分を放出する特性を有する触媒と、
前記触媒よりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記触媒を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにし前記触媒から硫黄成分を放出させる硫黄成分放出制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記触媒をバイパスさせるバイパス通路と、
前記触媒に流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記硫黄成分放出制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記触媒に流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１４】
本発明によると、硫黄成分放出制御手段の実施時に触媒に流入する排気流量を異ならせることから、触媒における最も昇温される部位を異ならせることができる。つまり触媒よりも上流の排気流量にかかわらず触媒における任意の部位を最も昇温することができ、これによって触媒における任意の部位の硫黄成分を放出させてＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。
【００１５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記フィルタを高温にし前記フィルタから粒子状物質を酸化除去させる粒子状物質酸化除去制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記フィルタをバイパスさせるバイパス通路と、
前記フィルタに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記粒子状物質酸化除去制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記フィルタに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１６】
本発明によると、粒子状物質酸化除去制御手段の実施時にフィルタに流入する排気流量を異ならせることから、フィルタにおける最も昇温される部位を異ならせることができる。つまりフィルタよりも上流の排気流量にかかわらずフィルタにおける任意の部位を最も昇温することができ、これによってフィルタにおける任意の部位の粒子状物質捕集能力を回復させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化ユニットの排気浄化能力をより好適に回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１９】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。
【００２０】
内燃機関１には、内燃機関１からの排気が排出される排気通路２が接続されている。排気通路２には、ＮＳＲ触媒３が配置されている。ＮＳＲ触媒３は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、内燃機関１が通常運転状態のように排気空燃比がリーンのときには、排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がリッチ若しくはストイキになり且つ排気中に還元成分が存在するとき（還元雰囲気のとき）には、吸蔵したＮＯｘを放出する特性を有する。またＮＳＲ触媒３は、ＮＯｘと共に燃料などに含まれる硫黄成分（ＳＯｘ）を吸蔵し、高温且つ排気空燃比がリッチ若しくはストイキのときに吸蔵した硫黄成分を放出する特性も有する。本実施例におけるＮＳＲ触媒３が本発明の触媒に相当し、広義には本発明の排気浄化ユニットに相当する。またＮＳＲ触媒３のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵能力が排気浄化能力に相当する。
【００２１】
ＮＳＲ触媒３の直上流の排気通路２には、排気通路２内の排気に還元剤として燃料を添加する燃料添加弁４が配置されている。本実施例における燃料添加弁４が本発明の還元剤供給手段に相当する。なお還元剤供給手段として排気通路２に配置される添加弁としては、燃料以外にも尿素水などの他の還元剤を添加するものでもよい。また還元剤供給手段としては、内燃機関１におけるアフター噴射などによって排気に燃料を供給するものであってもよい。
【００２２】
排気通路２には、排気にＮＳＲ触媒３をバイパスさせるバイパス通路５が設けられている。バイパス通路５は、燃料添加弁４よりも上流の排気通路２と分岐し、ＮＳＲ触媒３よりも下流の排気通路２に合流する。なおバイパス通路５は、排気にＮＳＲ触媒３を迂回させることができればよいので、燃料添加弁４よりも下流且つＮＳＲ触媒３よりも上流の排
気通路２と分岐するものでもよい。
【００２３】
バイパス通路５には、バイパス通路５に流入する排気流量を調節するバイパス弁６が備えられている。バイパス弁６は、電動アクチュエータにより開閉される。バイパス弁６がバイパス通路５に流入する排気流量を調節する場合には、同時にバイパス通路５との分岐部よりも下流の排気通路２を流れＮＳＲ触媒３に流入する排気流量も相対的に調節される。ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量とバイパス通路５に流入する排気流量とはどちらか一方が増加すれば他方が減少する相関関係にある。本実施例におけるバイパス弁６が本発明の排気流量調節手段に相当する。なお排気流量調節手段としては、バイパス弁６以外にも、バイパス通路５との分岐部よりも下流且つＮＳＲ触媒３よりも上流の排気通路２に排気絞り弁を備えるようにしてもよいし、排気通路２とバイパス通路５との分岐部において両者の分流比を変更する調節弁を備えるようにしてもよい。排気通路２及び排気通路２に備えられるこれらの機器によって内燃機関１の排気系が構成される。
【００２４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ７が併設されている。ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２５】
ＥＣＵ７には、各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ７に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ７には、燃料添加弁４及びバイパス弁６の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ７によりこれらの機器が制御される。
【００２６】
ＥＣＵ７は、不図示のクランクポジションセンサやアクセルポジションセンサなどの出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００２７】
ところで、排気通路２に配置されたＮＳＲ触媒３はＮＯｘと共に吸蔵する硫黄成分が内燃機関１の運転時間と共に増加する。そしてＮＳＲ触媒３は吸蔵した硫黄成分が増加して行くと、ＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまう。そこでＮＳＲ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、ＮＳＲ触媒３に堆積した硫黄成分堆積量が所定量以上になると、燃料添加弁４から燃料を添加しＮＳＲ触媒３を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにしＮＳＲ触媒３から硫黄成分を放出させるＳ再生を実施する場合がある。本実施例におけるＳ再生が本発明の硫黄成分放出制御手段に相当し、広義には本発明の回復制御手段に相当する。
【００２８】
ここでＳ再生の実施時にＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が高流量であると、ＮＳＲ触媒３における上流部では燃料の反応時間が短く且つ消費酸素量が増加し、ＮＳＲ触媒３における上流部での昇温が困難になる。しかしこのときＮＳＲ触媒３における下流部では燃料の反応時間が長く且つ消費酸素量が減少して効率よく燃料が反応し、ＮＳＲ触媒３における下流部は昇温される。よって図２のＡに示すようにＮＳＲ触媒３における上流部の温度（床温）が低くＮＳＲ触媒３における下流部の温度が高くなり、ＮＳＲ触媒３には上流から下流へ向かう程高温となる温度勾配が生じる。ここでＮＳＲ触媒３には、過昇温されるとＮＳＲ触媒３が破損する昇温限界が存在する。このため図２のＢに示すようにＮＳＲ触媒３における下流部を昇温限界の温度以下の目標床温にすると、ＮＳＲ触媒３における上流部における昇温が不十分になってしまう。そうなるとＮＳＲ触媒３における上流部では昇温が不十分なことからＳ再生の実施が不十分となり、ＮＳＲ触媒３における上流部のＮＯｘ吸蔵能力を完全に回復させることはできなかった。
【００２９】
これに対しＮＳＲ触媒３における上流部で効率よく燃料を反応させてＮＳＲ触媒３にお
ける上流部を最も昇温させるために、Ｓ再生の実施時にＮＳＲ触媒３に流入する排気流量を低流量にすることも考えられる。しかしＳ再生の実施時にＮＳＲ触媒３に流入する排気流量を低流量にすると、ＮＳＲ触媒３における上流部で燃料が反応し過ぎたりして放熱などによりＮＳＲ触媒３における下流部の温度低下を引き起こしてしまう。
【００３０】
そこで本実施例ではＳ再生の実施時に、図３に示すようにＳ再生の実施経過時間に応じてバイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するようにした。これによってＳ再生の実施中に、バイパス通路５に流入する排気流量が高流量、中流量、低流量の順に変わって行く。これに伴いＮＳＲ触媒３の上流における排気流量が高流量であっても、ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量は低流量、中流量、高流量の順に３段階に変わって行く。
【００３１】
なおＳ再生の実施経過時間に応じるバイパス弁６の開度は上記に限られない。例えばＮＳＲ触媒３の上流における排気流量があまり高流量ではない場合には、バイパス弁６の小開度Ｏ３を閉弁に変更するようにしてもよく、Ｏ１＞Ｏ２＞Ｏ３の開度の大小関係が守られていればよい。またＯ１，Ｏ２，Ｏ３のようにバイパス弁６の開度を３段階に変更する他に、Ｓ再生の実施経過時間に応じてバイパス弁６の開度を４段階や５段階に変更してもよく、さらにはバイパス弁６の開度を大開度から小開度へリニアに変更してもよい。
【００３２】
ここでＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が高流量であると、ＮＳＲ触媒３における下流部で効率よく燃料が反応し、図４のＴ３に示すようにＮＳＲ触媒３における下流部が最も昇温される。これに対しＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が低流量であると、ＮＳＲ触媒３における上流部で効率よく燃料が反応し、図４のＴ１に示すようにＮＳＲ触媒３における上流部が最も昇温される。またＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が中流量であると、ＮＳＲ触媒３における中央部で効率よく燃料が反応し、図４のＴ２に示すようにＮＳＲ触媒３における中央部が最も昇温される。このようにＮＳＲ触媒３に流入する排気流量によってＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位が異なってくる。
【００３３】
このため本実施例によると、バイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するので、ＮＳＲ触媒３における床温がＴ１、Ｔ２、Ｔ３の順に変化する。この結果ＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位がＳ再生の実施経過中に上流部、中央部、下流部の順に変わって行く。よってＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位は触媒全域となり、一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３における触媒全域のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。そしてＮＳＲ触媒３における上流部から下流部へ順にＳ再生を実施すると、ＮＳＲ触媒３におけるＳ再生の実施によって硫黄成分が放出された部位に再び硫黄成分を吸蔵させることなく、Ｓ再生を実施完了できる。
【００３４】
＜実施例２＞
実施例１では、一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３における触媒全域のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるようにしていた。しかしこれに限られず、一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させたい部位のみのＮＯｘ吸蔵能力を回復させるようにしてもよい。
【００３５】
そこで本実施例ではＳ再生の実施時に、ＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させる部位に対応してバイパス弁６の開度を設定するようにした。これによって一度のＳ再生の実施時に、バイパス通路５に流入する排気流量がバイパス弁６の設定開度に応じて一定に維持される。これに伴いＮＳＲ触媒３の上流における排気流量が高流量であっても、ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量はＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させる部位に対応した流量に維持される。
【００３６】
ここで具体的なＳ再生の実施時のＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させる部位に対応したバイパス弁６の開度の設定方法について述べる。まずＮＳＲ触媒３通過排気流量及び燃料に含有される硫黄成分量を予め実験などにより求められたマップに取り込み、ＮＳＲ触媒３の各部位（実施例１の例を用いれば、上流部、中央部、下流部の３つ）の硫黄成分堆積量を推定する。次ぎにＮＳＲ触媒３の各部位の硫黄成分堆積量のうち所定量以上の堆積量となった部位をＮＯｘ吸蔵能力を回復させるためにＳ再生が必要な部位と選定する。そしてＮＳＲ触媒３の上流における排気流量及びＮＳＲ触媒温度に基づいて、選定されたＳ再生が必要な部位がＳ再生の実施時に最も昇温されるようにバイパス弁開度を算出し、Ｓ再生時のバイパス弁はこの開度に設定される。実施例１の例を用いれば、Ｓ再生が必要な部位が、ＮＳＲ触媒３の下流部であれば小開度Ｏ３、ＮＳＲ触媒の中央部であれば中開度Ｏ２、ＮＳＲ触媒３の上流部であれば大開度Ｏ１となる。
【００３７】
このため本実施例によると、一度のＳ再生の実施時にＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位がＳ再生が必要な部位に限定される。よって一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３におけるＳ再生が必要な部位だけのＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。
【００３８】
＜実施例３＞
実施例１，２では、排気通路２に配置されるＮＳＲ触媒３についてＳ再生を実施し、ＮＳＲ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力をより好適に回復させるものであった。しかしこれに限られず、排気通路２に配置されるＤＰＦについてＰＭ酸化除去を実施し、ＤＰＦのＰＭ捕集能力をより好適に回復させるものでもよい。
【００３９】
図５は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【００４０】
排気通路２には、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）８が配置されている。ＤＰＦ８は、排気通路２を流通する排気中の煤やＳＯＦなどの粒子状物質（Particulate Matter：単にＰＭという）を捕集する特性を有する。本実施例におけるＤＰＦ８には酸化能を有する触媒が担持されている。本実施例におけるＤＰＦ８が本発明のフィルタに相当し、広義には本発明の排気浄化ユニットに相当する。またＤＰＦ８のＰＭを捕集するＰＭ捕集能力が粒子状物質捕集能力であり排気浄化能力に相当する。
【００４１】
その他の構成は図１に示す実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
ところで、排気通路２に配置されたＤＰＦ８は捕集するＰＭが内燃機関１の運転時間と共に増加する。そしてＤＰＦ８は捕集したＰＭが増加して行くと、ＤＰＦ８における流通抵抗の増大で内燃機関１の背圧が上昇し、機関出力の低下などが生じてしまう。そこでＤＰＦ８における流通抵抗を削減しＤＰＦ８のＰＭ捕集能力を回復させるために、ＤＰＦ８に堆積したＰＭ堆積量が所定量以上になると、燃料添加弁４から燃料を添加し酸化能を有する触媒を用いて燃料を反応させＤＰＦ８を例えば６００℃の高温にしＤＰＦ８からＰＭを強制的に酸化除去させるＰＭ酸化除去を実施する場合がある。本実施例におけるＰＭ酸化除去が本発明の粒子状物質酸化除去制御手段に相当し、広義には本発明の回復制御手段に相当する。
【００４３】
ここでＰＭ酸化除去の実施時にＤＰＦ８に流入する排気流量が高流量であると、ＤＰＦ８における上流部では燃料の反応時間が短く且つ消費酸素量が増加し、ＤＰＦ８における上流部での昇温が困難になる。しかしこのときＤＰＦ８における下流部では燃料の反応時間が長く且つ消費酸素量が減少して効率よく燃料が反応し、ＤＰＦ８における下流部は昇温される。よって図２のＡに示すようにＤＰＦ８における上流部の温度が低くＤＰＦ８における下流部の温度が高くなり、ＤＰＦ８には上流から下流へ向かう程高温となる温度勾
配が生じる。ここでＤＰＦ８には、過昇温されるとＤＰＦ８が破損する昇温限界が存在する。このため図２のＢに示すようにＤＰＦ８における下流部を昇温限界の温度以下の目標床温にすると、ＤＰＦ８における上流部における昇温が不十分になってしまう。そうなるとＤＰＦ８における上流部では昇温が不十分なことからＰＭ酸化除去の実施が不十分となり、ＤＰＦ８における上流部のＰＭ捕集能力を完全に回復させることはできなかった。
【００４４】
これに対しＤＰＦ８における上流部で効率よく燃料を反応させてＤＰＦ８における上流部を最も昇温させるために、ＰＭ酸化除去の実施時にＤＰＦ８に流入する排気流量を低流量にすることも考えられる。しかしＰＭ酸化除去の実施時にＤＰＦ８に流入する排気流量を低流量にすると、ＤＰＦ８における上流部で燃料が反応し過ぎたりして放熱などによりＤＰＦ８における下流部の温度低下を引き起こしてしまう。
【００４５】
そこで本実施例ではＰＭ酸化除去の実施時に、図３に示すようにＰＭ酸化除去の実施経過時間に応じてバイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するようにした。これによってＰＭ酸化除去の実施中に、バイパス通路５に流入する排気流量が高流量、中流量、低流量の順に変わって行く。これに伴いＤＰＦ８の上流における排気流量が高流量であっても、ＤＰＦ８に流入する排気流量は低流量、中流量、高流量の順に３段階に変わって行く。
【００４６】
このため本実施例によると、バイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するので、ＤＰＦ８における床温が図４に示すＴ１、Ｔ２、Ｔ３の順に変化する。これによりＤＰＦ８における最も昇温される部位がＰＭ酸化除去の実施経過中に上流部、中央部、下流部の順に変わって行く。よってＤＰＦ８における最も昇温される部位はフィルタ全域となり、一度のＰＭ酸化除去の実施によってＤＰＦ８におけるフィルタ全域のＰＭ捕集能力を回復させることができる。
【００４７】
なお本実施例においても実施例１と同様な各種変更が可能である。
【００４８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例１，２に係るＳ再生やＰＭ酸化除去の実施時にＮＳＲ触媒やＤＰＦに生じる温度勾配を示す図。
【図３】実施例１，２に係るＳ再生やＰＭ酸化除去の実施時におけるバイパス弁の設定開度を示す図。
【図４】実施例１，２に係るＳ再生やＰＭ酸化除去の実施時におけるＮＳＲ触媒やＤＰＦの床温変化を示した図。
【図５】実施例２に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ ＮＳＲ触媒
４ 燃料添加弁
５ バイパス通路
６ バイパス弁
７ ＥＣＵ
８ ＤＰＦ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＳＲ触媒に堆積した硫黄成分堆積量が所定量以上になると、還元剤を供給しＮＳＲ触媒を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにしＮＳＲ触媒から硫黄成分（ＳＯｘ）を放出させるＳ再生を実施する場合がある。このＳ再生を実施する場合に、ＮＳＲ触媒が硫黄成分を放出する状態になった頻度（Ｓ再生頻度）に応じて、硫化水素の生成を抑制するようにＮＳＲ触媒の温度或いは昇温速度を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３４９２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところでＳ再生時にＮＳＲ触媒に流入する排気流量が高流量であると、ＮＳＲ触媒における上流部は昇温が困難になる。しかしこのときＮＳＲ触媒における下流部は昇温される。よってＮＳＲ触媒における上流部の温度が低くＮＳＲ触媒における下流部の温度が高くなり、ＮＳＲ触媒には上流から下流へ向かう程高温となる温度勾配が生じる。ここでＮＳＲ触媒には、過昇温されるとＮＳＲ触媒が破損する昇温限界が存在する。このためＮＳＲ触媒における下流部を昇温限界の温度以下にすると、ＮＳＲ触媒における上流部における昇温が不十分になってしまう。そうなるとＮＳＲ触媒における上流部では昇温が不十分なことからＳ再生が不十分となり、ＮＳＲ触媒における上流部に堆積した硫黄成分を完全に放出することはできなかった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化ユニットの排気浄化能力をより好適に回復させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された排気浄化ユニットと、
前記排気浄化ユニットよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記排気浄化ユニットの排気浄化能力を回復させる回復制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記排気浄化ユニットをバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気浄化ユニットに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記回復制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００６】
本発明では回復制御手段の実施時に、排気流量調節手段によって排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせる。
【０００７】
ここで排気浄化ユニットに流入する排気流量が高流量であると、排気浄化ユニットにおける下流部で効率よく還元剤が反応し、排気浄化ユニットにおける下流部が最も昇温され
る。これに対し排気浄化ユニットに流入する排気流量が低流量であると、排気浄化ユニットにおける上流部で効率よく還元剤が反応し、排気浄化ユニットにおける上流部が最も昇温される。また排気浄化ユニットに流入する排気流量が中流量であると、排気浄化ユニットにおける中央部で効率よく還元剤が反応し、排気浄化ユニットにおける中央部が最も昇温される。このように排気浄化ユニットに流入する排気流量によって排気浄化ユニットにおける最も昇温される部位が異なってくる。
【０００８】
本発明によると、回復制御手段の実施時に排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることから、排気浄化ユニットにおける最も昇温される部位を異ならせることができる。つまり排気浄化ユニットよりも上流の排気流量にかかわらず排気浄化ユニットにおける任意の部位を最も昇温することができ、これによって排気浄化ユニットにおける任意の部位の排気浄化能力を回復させることができる。
【０００９】
前記回復制御手段の実施時に、前記排気浄化ユニットにおける排気浄化能力を回復させる部位に対応して、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせるとよい。
【００１０】
本発明によると、排気浄化能力を回復させる部位を最も昇温するように排気浄化ユニットに流入する排気流量を変更することができる。よって排気浄化ユニットにおける排気浄化能力を回復させる部位の排気浄化能力を回復させることができる。
【００１１】
前記回復制御手段の実施時に、実施経過時間に応じて、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせるとよい。
【００１２】
本発明によると、回復制御手段の実施経過時間に応じて排気浄化ユニットの最も昇温される部位が変わって行く。よって排気浄化ユニットにおける最も昇温される部位を広げることができ、排気浄化ユニットにおける広範囲な部位の排気浄化能力を回復させることができる。
【００１３】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された硫黄成分を吸蔵すると共に高温且つ排気空燃比がリッチ若しくはストイキのときに吸蔵した硫黄成分を放出する特性を有する触媒と、
前記触媒よりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記触媒を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにし前記触媒から硫黄成分を放出させる硫黄成分放出制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記触媒をバイパスさせるバイパス通路と、
前記触媒に流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記硫黄成分放出制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記触媒に流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１４】
本発明によると、硫黄成分放出制御手段の実施時に触媒に流入する排気流量を異ならせることから、触媒における最も昇温される部位を異ならせることができる。つまり触媒よりも上流の排気流量にかかわらず触媒における任意の部位を最も昇温することができ、これによって触媒における任意の部位の硫黄成分を放出させてＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。
【００１５】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記フィルタを高温にし前記フィルタから粒子状物質を酸化除去させる粒子状物質酸化除去制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記フィルタをバイパスさせるバイパス通路と、
前記フィルタに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記粒子状物質酸化除去制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記フィルタに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１６】
本発明によると、粒子状物質酸化除去制御手段の実施時にフィルタに流入する排気流量を異ならせることから、フィルタにおける最も昇温される部位を異ならせることができる。つまりフィルタよりも上流の排気流量にかかわらずフィルタにおける任意の部位を最も昇温することができ、これによってフィルタにおける任意の部位の粒子状物質捕集能力を回復させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化ユニットの排気浄化能力をより好適に回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１９】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。
【００２０】
内燃機関１には、内燃機関１からの排気が排出される排気通路２が接続されている。排気通路２には、ＮＳＲ触媒３が配置されている。ＮＳＲ触媒３は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、内燃機関１が通常運転状態のように排気空燃比がリーンのときには、排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がリッチ若しくはストイキになり且つ排気中に還元成分が存在するとき（還元雰囲気のとき）には、吸蔵したＮＯｘを放出する特性を有する。またＮＳＲ触媒３は、ＮＯｘと共に燃料などに含まれる硫黄成分（ＳＯｘ）を吸蔵し、高温且つ排気空燃比がリッチ若しくはストイキのときに吸蔵した硫黄成分を放出する特性も有する。本実施例におけるＮＳＲ触媒３が本発明の触媒に相当し、広義には本発明の排気浄化ユニットに相当する。またＮＳＲ触媒３のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵能力が排気浄化能力に相当する。
【００２１】
ＮＳＲ触媒３の直上流の排気通路２には、排気通路２内の排気に還元剤として燃料を添加する燃料添加弁４が配置されている。本実施例における燃料添加弁４が本発明の還元剤供給手段に相当する。なお還元剤供給手段として排気通路２に配置される添加弁としては、燃料以外にも尿素水などの他の還元剤を添加するものでもよい。また還元剤供給手段としては、内燃機関１におけるアフター噴射などによって排気に燃料を供給するものであってもよい。
【００２２】
排気通路２には、排気にＮＳＲ触媒３をバイパスさせるバイパス通路５が設けられている。バイパス通路５は、燃料添加弁４よりも上流の排気通路２と分岐し、ＮＳＲ触媒３よりも下流の排気通路２に合流する。なおバイパス通路５は、排気にＮＳＲ触媒３を迂回させることができればよいので、燃料添加弁４よりも下流且つＮＳＲ触媒３よりも上流の排
気通路２と分岐するものでもよい。
【００２３】
バイパス通路５には、バイパス通路５に流入する排気流量を調節するバイパス弁６が備えられている。バイパス弁６は、電動アクチュエータにより開閉される。バイパス弁６がバイパス通路５に流入する排気流量を調節する場合には、同時にバイパス通路５との分岐部よりも下流の排気通路２を流れＮＳＲ触媒３に流入する排気流量も相対的に調節される。ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量とバイパス通路５に流入する排気流量とはどちらか一方が増加すれば他方が減少する相関関係にある。本実施例におけるバイパス弁６が本発明の排気流量調節手段に相当する。なお排気流量調節手段としては、バイパス弁６以外にも、バイパス通路５との分岐部よりも下流且つＮＳＲ触媒３よりも上流の排気通路２に排気絞り弁を備えるようにしてもよいし、排気通路２とバイパス通路５との分岐部において両者の分流比を変更する調節弁を備えるようにしてもよい。排気通路２及び排気通路２に備えられるこれらの機器によって内燃機関１の排気系が構成される。
【００２４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ７が併設されている。ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２５】
ＥＣＵ７には、各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ７に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ７には、燃料添加弁４及びバイパス弁６の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ７によりこれらの機器が制御される。
【００２６】
ＥＣＵ７は、不図示のクランクポジションセンサやアクセルポジションセンサなどの出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。
【００２７】
ところで、排気通路２に配置されたＮＳＲ触媒３はＮＯｘと共に吸蔵する硫黄成分が内燃機関１の運転時間と共に増加する。そしてＮＳＲ触媒３は吸蔵した硫黄成分が増加して行くと、ＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまう。そこでＮＳＲ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、ＮＳＲ触媒３に堆積した硫黄成分堆積量が所定量以上になると、燃料添加弁４から燃料を添加しＮＳＲ触媒３を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにしＮＳＲ触媒３から硫黄成分を放出させるＳ再生を実施する場合がある。本実施例におけるＳ再生が本発明の硫黄成分放出制御手段に相当し、広義には本発明の回復制御手段に相当する。
【００２８】
ここでＳ再生の実施時にＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が高流量であると、ＮＳＲ触媒３における上流部では燃料の反応時間が短く且つ消費酸素量が増加し、ＮＳＲ触媒３における上流部での昇温が困難になる。しかしこのときＮＳＲ触媒３における下流部では燃料の反応時間が長く且つ消費酸素量が減少して効率よく燃料が反応し、ＮＳＲ触媒３における下流部は昇温される。よって図２のＡに示すようにＮＳＲ触媒３における上流部の温度（床温）が低くＮＳＲ触媒３における下流部の温度が高くなり、ＮＳＲ触媒３には上流から下流へ向かう程高温となる温度勾配が生じる。ここでＮＳＲ触媒３には、過昇温されるとＮＳＲ触媒３が破損する昇温限界が存在する。このため図２のＢに示すようにＮＳＲ触媒３における下流部を昇温限界の温度以下の目標床温にすると、ＮＳＲ触媒３における上流部における昇温が不十分になってしまう。そうなるとＮＳＲ触媒３における上流部では昇温が不十分なことからＳ再生の実施が不十分となり、ＮＳＲ触媒３における上流部のＮＯｘ吸蔵能力を完全に回復させることはできなかった。
【００２９】
これに対しＮＳＲ触媒３における上流部で効率よく燃料を反応させてＮＳＲ触媒３にお
ける上流部を最も昇温させるために、Ｓ再生の実施時にＮＳＲ触媒３に流入する排気流量を低流量にすることも考えられる。しかしＳ再生の実施時にＮＳＲ触媒３に流入する排気流量を低流量にすると、ＮＳＲ触媒３における上流部で燃料が反応し過ぎたりして放熱などによりＮＳＲ触媒３における下流部の温度低下を引き起こしてしまう。
【００３０】
そこで本実施例ではＳ再生の実施時に、図３に示すようにＳ再生の実施経過時間に応じてバイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するようにした。これによってＳ再生の実施中に、バイパス通路５に流入する排気流量が高流量、中流量、低流量の順に変わって行く。これに伴いＮＳＲ触媒３の上流における排気流量が高流量であっても、ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量は低流量、中流量、高流量の順に３段階に変わって行く。
【００３１】
なおＳ再生の実施経過時間に応じるバイパス弁６の開度は上記に限られない。例えばＮＳＲ触媒３の上流における排気流量があまり高流量ではない場合には、バイパス弁６の小開度Ｏ３を閉弁に変更するようにしてもよく、Ｏ１＞Ｏ２＞Ｏ３の開度の大小関係が守られていればよい。またＯ１，Ｏ２，Ｏ３のようにバイパス弁６の開度を３段階に変更する他に、Ｓ再生の実施経過時間に応じてバイパス弁６の開度を４段階や５段階に変更してもよく、さらにはバイパス弁６の開度を大開度から小開度へリニアに変更してもよい。
【００３２】
ここでＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が高流量であると、ＮＳＲ触媒３における下流部で効率よく燃料が反応し、図４のＴ３に示すようにＮＳＲ触媒３における下流部が最も昇温される。これに対しＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が低流量であると、ＮＳＲ触媒３における上流部で効率よく燃料が反応し、図４のＴ１に示すようにＮＳＲ触媒３における上流部が最も昇温される。またＮＳＲ触媒３に流入する排気流量が中流量であると、ＮＳＲ触媒３における中央部で効率よく燃料が反応し、図４のＴ２に示すようにＮＳＲ触媒３における中央部が最も昇温される。このようにＮＳＲ触媒３に流入する排気流量によってＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位が異なってくる。
【００３３】
このため本実施例によると、バイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するので、ＮＳＲ触媒３における床温がＴ１、Ｔ２、Ｔ３の順に変化する。この結果ＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位がＳ再生の実施経過中に上流部、中央部、下流部の順に変わって行く。よってＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位は触媒全域となり、一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３における触媒全域のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。そしてＮＳＲ触媒３における上流部から下流部へ順にＳ再生を実施すると、ＮＳＲ触媒３におけるＳ再生の実施によって硫黄成分が放出された部位に再び硫黄成分を吸蔵させることなく、Ｓ再生を実施完了できる。
【００３４】
＜実施例２＞
実施例１では、一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３における触媒全域のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるようにしていた。しかしこれに限られず、一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させたい部位のみのＮＯｘ吸蔵能力を回復させるようにしてもよい。
【００３５】
そこで本実施例ではＳ再生の実施時に、ＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させる部位に対応してバイパス弁６の開度を設定するようにした。これによって一度のＳ再生の実施時に、バイパス通路５に流入する排気流量がバイパス弁６の設定開度に応じて一定に維持される。これに伴いＮＳＲ触媒３の上流における排気流量が高流量であっても、ＮＳＲ触媒３に流入する排気流量はＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させる部位に対応した流量に維持される。
【００３６】
ここで具体的なＳ再生の実施時のＮＳＲ触媒３におけるＮＯｘ吸蔵能力を回復させる部位に対応したバイパス弁６の開度の設定方法について述べる。まずＮＳＲ触媒３通過排気流量及び燃料に含有される硫黄成分量を予め実験などにより求められたマップに取り込み、ＮＳＲ触媒３の各部位（実施例１の例を用いれば、上流部、中央部、下流部の３つ）の硫黄成分堆積量を推定する。次ぎにＮＳＲ触媒３の各部位の硫黄成分堆積量のうち所定量以上の堆積量となった部位をＮＯｘ吸蔵能力を回復させるためにＳ再生が必要な部位と選定する。そしてＮＳＲ触媒３の上流における排気流量及びＮＳＲ触媒温度に基づいて、選定されたＳ再生が必要な部位がＳ再生の実施時に最も昇温されるようにバイパス弁開度を算出し、Ｓ再生時のバイパス弁はこの開度に設定される。実施例１の例を用いれば、Ｓ再生が必要な部位が、ＮＳＲ触媒３の下流部であれば小開度Ｏ３、ＮＳＲ触媒の中央部であれば中開度Ｏ２、ＮＳＲ触媒３の上流部であれば大開度Ｏ１となる。
【００３７】
このため本実施例によると、一度のＳ再生の実施時にＮＳＲ触媒３における最も昇温される部位がＳ再生が必要な部位に限定される。よって一度のＳ再生の実施によってＮＳＲ触媒３におけるＳ再生が必要な部位だけのＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。
【００３８】
＜実施例３＞
実施例１，２では、排気通路２に配置されるＮＳＲ触媒３についてＳ再生を実施し、ＮＳＲ触媒３のＮＯｘ吸蔵能力をより好適に回復させるものであった。しかしこれに限られず、排気通路２に配置されるＤＰＦについてＰＭ酸化除去を実施し、ＤＰＦのＰＭ捕集能力をより好適に回復させるものでもよい。
【００３９】
図５は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【００４０】
排気通路２には、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）８が配置されている。ＤＰＦ８は、排気通路２を流通する排気中の煤やＳＯＦなどの粒子状物質（Particulate Matter：単にＰＭという）を捕集する特性を有する。本実施例におけるＤＰＦ８には酸化能を有する触媒が担持されている。本実施例におけるＤＰＦ８が本発明のフィルタに相当し、広義には本発明の排気浄化ユニットに相当する。またＤＰＦ８のＰＭを捕集するＰＭ捕集能力が粒子状物質捕集能力であり排気浄化能力に相当する。
【００４１】
その他の構成は図１に示す実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
ところで、排気通路２に配置されたＤＰＦ８は捕集するＰＭが内燃機関１の運転時間と共に増加する。そしてＤＰＦ８は捕集したＰＭが増加して行くと、ＤＰＦ８における流通抵抗の増大で内燃機関１の背圧が上昇し、機関出力の低下などが生じてしまう。そこでＤＰＦ８における流通抵抗を削減しＤＰＦ８のＰＭ捕集能力を回復させるために、ＤＰＦ８に堆積したＰＭ堆積量が所定量以上になると、燃料添加弁４から燃料を添加し酸化能を有する触媒を用いて燃料を反応させＤＰＦ８を例えば６００℃の高温にしＤＰＦ８からＰＭを強制的に酸化除去させるＰＭ酸化除去を実施する場合がある。本実施例におけるＰＭ酸化除去が本発明の粒子状物質酸化除去制御手段に相当し、広義には本発明の回復制御手段に相当する。
【００４３】
ここでＰＭ酸化除去の実施時にＤＰＦ８に流入する排気流量が高流量であると、ＤＰＦ８における上流部では燃料の反応時間が短く且つ消費酸素量が増加し、ＤＰＦ８における上流部での昇温が困難になる。しかしこのときＤＰＦ８における下流部では燃料の反応時間が長く且つ消費酸素量が減少して効率よく燃料が反応し、ＤＰＦ８における下流部は昇温される。よって図２のＡに示すようにＤＰＦ８における上流部の温度が低くＤＰＦ８における下流部の温度が高くなり、ＤＰＦ８には上流から下流へ向かう程高温となる温度勾
配が生じる。ここでＤＰＦ８には、過昇温されるとＤＰＦ８が破損する昇温限界が存在する。このため図２のＢに示すようにＤＰＦ８における下流部を昇温限界の温度以下の目標床温にすると、ＤＰＦ８における上流部における昇温が不十分になってしまう。そうなるとＤＰＦ８における上流部では昇温が不十分なことからＰＭ酸化除去の実施が不十分となり、ＤＰＦ８における上流部のＰＭ捕集能力を完全に回復させることはできなかった。
【００４４】
これに対しＤＰＦ８における上流部で効率よく燃料を反応させてＤＰＦ８における上流部を最も昇温させるために、ＰＭ酸化除去の実施時にＤＰＦ８に流入する排気流量を低流量にすることも考えられる。しかしＰＭ酸化除去の実施時にＤＰＦ８に流入する排気流量を低流量にすると、ＤＰＦ８における上流部で燃料が反応し過ぎたりして放熱などによりＤＰＦ８における下流部の温度低下を引き起こしてしまう。
【００４５】
そこで本実施例ではＰＭ酸化除去の実施時に、図３に示すようにＰＭ酸化除去の実施経過時間に応じてバイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するようにした。これによってＰＭ酸化除去の実施中に、バイパス通路５に流入する排気流量が高流量、中流量、低流量の順に変わって行く。これに伴いＤＰＦ８の上流における排気流量が高流量であっても、ＤＰＦ８に流入する排気流量は低流量、中流量、高流量の順に３段階に変わって行く。
【００４６】
このため本実施例によると、バイパス弁６の開度を、大開度Ｏ１、中開度Ｏ２、小開度Ｏ３の順に変更するので、ＤＰＦ８における床温が図４に示すＴ１、Ｔ２、Ｔ３の順に変化する。これによりＤＰＦ８における最も昇温される部位がＰＭ酸化除去の実施経過中に上流部、中央部、下流部の順に変わって行く。よってＤＰＦ８における最も昇温される部位はフィルタ全域となり、一度のＰＭ酸化除去の実施によってＤＰＦ８におけるフィルタ全域のＰＭ捕集能力を回復させることができる。
【００４７】
なお本実施例においても実施例１と同様な各種変更が可能である。
【００４８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施例１に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図。
【図２】実施例１，２に係るＳ再生やＰＭ酸化除去の実施時にＮＳＲ触媒やＤＰＦに生じる温度勾配を示す図。
【図３】実施例１，２に係るＳ再生やＰＭ酸化除去の実施時におけるバイパス弁の設定開度を示す図。
【図４】実施例１，２に係るＳ再生やＰＭ酸化除去の実施時におけるＮＳＲ触媒やＤＰＦの床温変化を示した図。
【図５】実施例２に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１ 内燃機関
２ 排気通路
３ ＮＳＲ触媒
４ 燃料添加弁
５ バイパス通路
６ バイパス弁
７ ＥＣＵ
８ ＤＰＦ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された排気浄化ユニットと、
前記排気浄化ユニットよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記排気浄化ユニットの排気浄化能力を回復させる回復制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記排気浄化ユニットをバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気浄化ユニットに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記回復制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記回復制御手段の実施時に、前記排気浄化ユニットにおける排気浄化能力を回復させる部位に対応して、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記回復制御手段の実施時に、実施経過時間に応じて、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配置された硫黄成分を吸蔵すると共に高温且つ排気空燃比がリッチ若しくはストイキのときに吸蔵した硫黄成分を放出する特性を有する触媒と、
前記触媒よりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記触媒を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにし前記触媒から硫黄成分を放出させる硫黄成分放出制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記触媒をバイパスさせるバイパス通路と、
前記触媒に流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記硫黄成分放出制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記触媒に流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配置された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記フィルタを高温にし前記フィルタから粒子状物質を酸化除去させる粒子状物質酸化除去制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記フィルタをバイパスさせるバイパス通路と、
前記フィルタに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記粒子状物質酸化除去制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記フィルタに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された排気浄化ユニットと、
前記排気浄化ユニットよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記排気浄化ユニットの排気浄化能力を回復させる回復制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記排気浄化ユニットをバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気浄化ユニットに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記回復制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記回復制御手段の実施時に、前記排気浄化ユニットにおける排気浄化能力を回復させる部位に対応して、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記回復制御手段の実施時に、実施経過時間に応じて、前記排気流量調節手段によって前記排気浄化ユニットに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配置された硫黄成分を吸蔵すると共に高温且つ排気空燃比がリッチ若しくはストイキのときに吸蔵した硫黄成分を放出する特性を有する触媒と、
前記触媒よりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記触媒を高温にすると共に排気空燃比をリッチ若しくはストイキにし前記触媒から硫黄成分を放出させる硫黄成分放出制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記触媒をバイパスさせるバイパス通路と、
前記触媒に流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記硫黄成分放出制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記触媒に流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配置された排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも上流の排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段から還元剤を供給し前記フィルタを高温にし前記フィルタから粒子状物質を酸化除去させる粒子状物質酸化除去制御手段と、
前記排気通路を流通する排気に前記フィルタをバイパスさせるバイパス通路と、
前記フィルタに流入する排気流量と前記バイパス通路に流入する排気流量とを調節する排気流量調節手段と、
を備え、
前記粒子状物質酸化除去制御手段の実施時に、前記排気流量調節手段によって前記フィルタに流入する排気流量を異ならせることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−１８５６２０（Ｐ２００９−１８５６２０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３７７１（Ｐ２００８−２３７７１）
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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