内燃機関の排気浄化装置
【課題】酸化剤としてオゾンを用いたパティキュレートフィルタの再生処理において、オゾンが熱分解されることを抑制可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ３０と、フィルタの上流部にオゾンを生成し供給するためのオゾン生成器４１と、フィルタ３０の温度を取得する排気温度センサ３１と、フィルタ３０下流の排気通路１５と上流の吸気通路１６とを連通する低圧EGR通路２０と、吸気通路１６と排気マニフォールド１２とを連通する高圧EGR通路２３と、低圧EGR通路２０にEGRポンプ２２とを備え、フィルタ３０の床温がオゾンの熱分解が起こりうる所定温度以上である場合、EGRポンプ２２を駆動させ、各EGR通路を通じてフィルタ３０に排気を循環させることでフィルタ３０の床温を低下させた後に、排気を循環させながらフィルタ３０にオゾンを供給する。
【解決手段】排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ３０と、フィルタの上流部にオゾンを生成し供給するためのオゾン生成器４１と、フィルタ３０の温度を取得する排気温度センサ３１と、フィルタ３０下流の排気通路１５と上流の吸気通路１６とを連通する低圧EGR通路２０と、吸気通路１６と排気マニフォールド１２とを連通する高圧EGR通路２３と、低圧EGR通路２０にEGRポンプ２２とを備え、フィルタ３０の床温がオゾンの熱分解が起こりうる所定温度以上である場合、EGRポンプ２２を駆動させ、各EGR通路を通じてフィルタ３０に排気を循環させることでフィルタ３０の床温を低下させた後に、排気を循環させながらフィルタ３０にオゾンを供給する。
【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係り、特に、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集して、酸化することにより浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭという。）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そこで、排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという。）を設けることで排気ガス中のＰＭを捕集して除去する技術が周知である。
このフィルタに捕集されたＰＭの量が多くなると、フィルタの目詰まりが起こり、フィルタを通過する排気の抵抗が大きくなるため、燃費悪化する。そのため、フィルタに捕集されたＰＭを除去する所謂フィルタの再生処理を行う必要があり、従来からフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するための手法が種々知られている。
【０００３】
ところで、内燃機関が停止されたときに、フィルタにＰＭが多く堆積している場合、このＰＭは時間が経過するに従い酸化し難い状態に変化する。そこで内燃機関の停止前にフィルタの再生処理を行っておくことが考えられるが、内燃機関の運転時にフィルタの再生処理を行う場合、運転状態の変化によっては、フィルタの温度維持が難しく、フィルタの再生処理が継続できずに中断されてしまうこともあり、対応が難しい。そのため、内燃機関の停止中にＰＭを除去しておくことが望ましい。そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、内燃機関の停止中に、フィルタに堆積したＰＭの量を算出し、ＰＭの量が所定量以上であった場合に、フィルタに燃料を添加してフィルタの温度を昇温することで、堆積したＰＭを酸化除去している。また、特許文献２において、内燃機関の燃料供給停止中に、フィルタに酸化力が強いオゾンＯ3を供給して、ＰＭを酸化除去する技術が開示されている。その他、内燃機関の停止中にフィルタの再生処理を行うものとして例えば特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８７００６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４２１９号公報
【特許文献３】特開２００１−５００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、内燃機関の停止中に、フィルタに燃料を添加してフィルタの温度を昇温することで、フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するものであるが、燃料を添加する必要があるため燃費悪化の虞があった。また、特許文献２の記載の技術では、内燃機関への燃料供給停止中に、電力によりオゾン生成するオゾン供給器を用いて、オゾンをフィルタに供給することでＰＭを酸化除去するものであり、燃費悪化の虞はないが、内燃機関から排出される排気ガスの流速によっては、供給されたオゾンがフィルタ中のＰＭと十分に酸化反応を起こす前にフィルタから放出される虞があった。
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の停止中にオゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、前記パティキュレートフィルタの下流側の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記ＥＧＲ通路を通じて前記パティキュレートフィルタに排気を循環させるための循環手段を備え、内燃機関の停止中に前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた状態で前記オゾン供給手段によりオゾン供給を実行することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の停止中にＥＧＲ通路に排気を循環させることで、ＰＭと反応せずにフィルタを通過したオゾンを、フィルタ下流の排気通路に接続されたＥＧＲ通路から、吸気通路、フィルタ上流の排気通路を通じて、再度フィルタに導入することができるため、フィルタ通過時に未反応のオゾンを再度ＰＭの酸化除去に使用することができる。
【０００８】
ここで、前記パティキュレートフィルタの温度を取得する温度取得手段をさらに備え、該温度取得手段により取得された温度が所定温度より高い場合には、前記温度取得手段により取得された温度が所定温度以下になるまで前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた後に、前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行するのが好ましい。
オゾンはＰＭの酸化除去のための適切な温度ウインドウを有し、この温度ウインドウよりも高温（例えば２００℃以上）になるとオゾンが熱分解して消失してしまう。そこで、内燃機関の停止中に、フィルタの温度が供給されるオゾンの大部分が熱分解されるような温度である場合、循環手段を実行することにより、排気ガスがＥＧＲ通路、吸気通路、及び排気通路等を通過する際に熱を放出することで、排気の温度を早く下げることができ、フィルタに温度が下がった排気が流入することで、フィルタの温度を早く低下させることができる。フィルタの温度をオゾンが熱分解されにくい温度域にまで低下させた後に、オゾンをフィルタに供給することで、オゾンの熱分解を抑制してＰＭの酸化除去に使用することができる。
【０００９】
さらに好ましくは、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気通路に吸気絞り弁と、前記排気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より下流の排気通路に排気絞り弁と、のどちらか一方、もしくは両方をさらに備え、どちらか一方を備えるものであれば、備えられた前記吸気絞り弁、もしくは前記排気絞り弁の開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行するとよい。また両方備えるものであれば前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁の両方の開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行するとよい。
【００１０】
ＥＧＲ通路と吸気通路との接続部より上流の吸気通路内に吸気絞り弁、ＥＧＲ通路と排気通路との接続部より下流の排気通路内に排気絞り弁を備える場合、吸気絞り弁及び排気絞り弁を閉じた後に循環手段を実行することで、循環手段によって循環される排気の一部が吸気通路、又は排気通路から放出されることが抑制できるため、オゾンが大気へと放出されることを抑制することができる。吸気絞り弁、又は排気絞り弁のどちらか一方を備えるものであっても、絞り弁開度を閉方向に制御することにより、吸気絞り弁、排気絞り弁を共に備えるものほどではないが同様の効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関の停止中にオゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、ＰＭと未反応のままフィルタを通過したオゾンを再度フィルタに導入してＰＭの酸化除去に使用することができるとともに、排気を循環させることでフィルタの温度を低下させることが可能となり、オゾンの熱分解を抑制できるという効果を奏する。また、フィルタを未反応のまま通過したオゾンが大気へと放出されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の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とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関停止後のフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に表すシステム図である。図中、１０は内燃機関であり、本実施形態の場合、ディーゼルエンジンである。１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォールド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォールド、１３は燃焼室である。また、吸気通路１６にはインタークーラ２９が備えられている。本実施形態では、図示しない燃料タンクから高圧ポンプに供給された燃料が、高圧ポンプによりコモンレールに圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール内の高圧燃料が燃料噴射弁から燃焼室１３内に直接噴射される。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォールド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。
【００１４】
排気通路１５には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（フィルタ）３０が配置されている。そして、フィルタ３０にその上流側からオゾン（Ｏ3）を供給するためのオゾン供給手段が設けられている。オゾン供給手段は、フィルタ３０の上流側の排気通路１５内に配置されたオゾン供給ノズル４０と、オゾン供給ノズル４０にオゾン供給通路４２を介して接続されたオゾン発生手段としてのオゾン発生器４１とを備える。図示しないバッテリ４３からの電力を使用してオゾン発生器４１で発生したオゾンは、オゾン供給通路４２を介してオゾン供給ノズルに供給されると共に、このオゾン供給ノズル４０から下流側のフィルタ３０に向かって排気通路１５内に噴射供給される。
【００１５】
オゾン発生器４１としては、例えば、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、その他、任意の形式のものを用いることができる。ここで、原料となる空気または酸素は、排気通路１５内の排気ガスに含まれる気体を図示しないエアポンプを用いてオゾン発生器４１に取り込んで用いるが、排気通路１５内の排気に直接高電圧を印加する方式でもよい。その他、排気通路１５外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体でもよい。
【００１６】
また、フィルタ３０の上流側の排気通路１５内には、排気通路１５を流通する排気ガスの温度を取得する排気温度センサ３１が配置されている。この排気温度センサ３１の出力信号に基づいてフィルタ３０の温度が検出される。なお、本発明においては排気温度センサ３１が、本発明における温度取得手段に相当する。
【００１７】
さらに、フィルタ３０の下流側の排気通路１５には、排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室１３に循環させて流入させるための低圧ＥＧＲ通路２０の一端が接続されている。また、低圧ＥＧＲ通路２０の他の一端はターボチャージャ１９の上流の吸気通路１６に接続されている。低圧ＥＧＲ通路２０と吸気通路１６の接続部より上流部には吸気絞り弁２６が設けられており、低圧ＥＧＲ通路２０と排気通路１５との接続部より下流部には排気絞り弁２８が設けられている。低圧ＥＧＲ通路２０中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１とＥＧＲガスの循環を手助けするためのＥＧＲポンプ２２が配置されており、このＥＧＲポンプ２２が、本発明においての循環手段に相当する。また、排気マニフォールド１２と吸気マニフォールド１１には、高圧ＥＧＲ通路２３が接続されることにより連通しており、ここでも排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室１３に循環させて流入させている。高圧ＥＧＲ通路２３と吸気通路１６の接続部より上流部にはスロットル弁２７が設けられている。上記に加えて、低圧ＥＧＲ通路２０、及び高圧ＥＧＲ通路２３の吸気通路側に接続されている一端には循環されるＥＧＲガスの流量を調整するための低圧ＥＧＲ弁２４、高圧ＥＧＲ弁２５がそれぞれ備えられている。
【００１８】
以上に述べたように構成された内燃機関１０には、内燃機関１０を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ５０が併設されている。このＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１０の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、排気温度センサ３１やその他各種センサ類が電気配線を介して接続され、排気温度センサ３１を含む各種センサ類からの出力信号が入力されるようになっており、これに基づいてオゾン発生器４１、低圧ＥＧＲ弁２４、高圧ＥＧＲ弁２５等の各弁、及び燃料噴射弁、高圧ポンプ等が制御される。
次に、図２は本発明の実施例に係る内燃機関停止中のフィルタ再生制御のフローを示したフローチャートであり、図２に基づき本発明でのフィルタ再生制御の手順を説明する。本ルーチンは内燃機関停止中に実行される。例えば、運転者が内燃機関１０を停止させるためにイグニッションキーをＯＦＦとした場合や、燃費向上のために車両停止時に内燃機関１０を自動的に停止されるときに実行される。また、ハイブリッド車両である場合、内燃機関を停止して、モータによって運転されるＥＶ走行時に実行してもよい。
ステップＳ１０１ではフィルタ３０に堆積したＰＭ量がフィルタの再生処理を行う必要がある所定量に達しているかが判断される。ここでフィルタに堆積したＰＭが所定量に達したかどうかは、例えば、以前にフィルタの再生処理が実行された時点以降に走行した距離、もしくは走行時間に基づいて判断され、走行距離、走行時間に応じたＰＭの堆積量については予め実験等により求めておく。その他、フィルタ３０の上流側、及び下流側の排気の圧力を検出する差圧センサ等を備えるものであれば、フィルタ前後の差圧を算出することで、フィルタに堆積したＰＭの量を推定し判断基準としてもよい。
【００１９】
ステップＳ１０１で、ＰＭの堆積量がフィルタの再生処理が必要と判断される肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２に進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
ステップＳ１０２では、バッテリ４３に蓄えられている電力の充電量が十分であるかどうかを判断する。また、プラグインや車載太陽電池等の外部からの電力供給手段が備えるものであってもよく、この場合、外部から供給される電力量が十分であるかどうかが判断される。具体的には、オゾン発生器４１で消費されるオゾン生成のための電力消費、及びＥＧＲポンプ２２で消費される電力に加えて、他の電力供給が必要な負荷での電力消費があっても、供給不足とならない電力量であるかどうかを判断する。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３に進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
ステップ１０３では吸気絞り弁２６、排気絞り弁２８を閉じ、スロットル弁２７、高圧ＥＧＲ弁２５、及び、低圧ＥＧＲ弁２４を開く。このように各弁を制御することで、フィルタ３０下流からの排気を、低圧ＥＧＲ通路２０、吸気通路１６、高圧ＥＧＲ通路２３、及び、排気通路１５を通じて循環させるための循環閉路を形成することができ、循環させる排気を大気へと放出することを抑制することができる。この制御が完了すると次にステップＳ１０４へと進む。
【００２０】
ステップＳ１０４では排気温度センサ３１によって検出されたフィルタ３０の温度が所定温度（例えば２００℃）以下であるかどうかが判断される。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合はステップＳ１０６へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５に進む。
【００２１】
ステップＳ１０５では、バッテリ４３からの電力を使用してＥＧＲポンプ２２を駆動する。これにより、フィルタ３０を通過する排気を低圧ＥＧＲ通路２０、吸気通路、高圧ＥＧＲ通路２３、及び排気通路１５を通じて、再度フィルタ３０に循環させることができる。このとき、循環される排気は、各通路での放熱の他、ＥＧＲクーラ２１及びインタークーラ２９との熱交換により冷まされるため、素早く排気温度を低下させることができる。この結果、温度取得手段によって検出されるフィルタ３０の温度が所定温度以下となった場合ステップＳ１０６へ進む。
【００２２】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５と同様の手順にて、ＥＧＲポンプ２２を駆動させることでフィルタ３０に排気を循環させるとともに、バッテリ４３の電力を使用してオゾン発生器４１でオゾンを発生させ、オゾン供給通路４２を通じてオゾン供給ノズル４０から噴射することでフィルタ３０にオゾンを供給する。これによりフィルタ３０にオゾンを供給することでフィルタ３０に堆積しているＰＭをオゾンと酸化反応させることで除去することができるとともに、フィルタ３０からＰＭと反応しきれずに放出されたオゾンを上記手順で形成された循環閉路を通じてフィルタ３０に再度導入することができるため、発生させたオゾンを効率的にＰＭの酸化除去に使用することができる。また、循環閉路中の各ＥＧＲ通路やＥＧＲポンプ２２等、通常運転時から排気が流れている箇所には、通路内に煤やスート、ＨＣが付着している場合があるが、本発明を用いることにより、これらとオゾンを酸化反応させることで除去できる。
【００２３】
このようにして、内燃機関の停止中に、バッテリ４３に蓄えられた電力、又は外部から供給される電力を使用してＰＭの酸化除去を行うことで、燃料を使わずにフィルタの再生処理が行えるため、燃費の悪化を抑制できる。また、内燃機関の停止中に、フィルタの温度をオゾンが熱分解されない温度以下に低下させた後にオゾンを供給することで、オゾンを効率的にＰＭの酸化除去に使用することができる。
【００２４】
本実施形態では、循環手段としてＥＧＲポンプを用いたが、循環閉路中の排気を送気できるものであればよく、例えば備えられたターボチャージャが電動モータアシストターボチャージャである場合、電動モータを駆動することによって排気を循環させてもよい。
【００２５】
また、前記実施形態では、フィルタに流入する排気の温度からフィルタ床温を推定し取得することで制御を行ったが、直接フィルタ床温を取得して制御を行ってもよい。
【００２６】
その他、内燃機関の排気浄化装置の構成によっては、フィルタ下流に、例えばＮＯｘ還元触媒やＮＯｘ吸着触媒、酸化触媒等の他の触媒を設ける場合もあるが、その場合、触媒にもオゾンを通過させることにより、触媒に付着している煤やスート、ＨＣを除去することもできる。
【００２７】
本発明は、圧縮自己着火式内燃機関としてのディーゼルエンジン以外にも、ＰＭ発生の可能性のある全ての内燃機関に適用できる。例えば、直噴の火花点火式内燃機関である。このエンジンでは筒内燃焼室に燃料が直接噴射されるが、燃料噴射量が多い高負荷域では燃料が燃焼しきらず、ＰＭが発生する可能性がある。このようなエンジンに本発明を適用しても、同様の作用効果が期待できる。
【符号の説明】
【００２８】
１０ 内燃機関
１１ 吸気マニフォールド
１２ 排気マニフォールド
１３ 燃焼室
１５ 排気通路
１６ 吸気通路
１９ ターボチャージャ
１９ａ コンプレッサ
１９ｂ タービン
２０ 低圧ＥＧＲ通路
２１ ＥＧＲクーラ
２２ ＥＧＲポンプ
２３ 高圧ＥＧＲ通路
２４ 低圧ＥＧＲ弁
２５ 高圧ＥＧＲ弁
２６ 吸気絞り弁
２７ スロットル弁
２８ 排気絞り弁
２９ インタークーラ
３０ パティキュレートフィルタ
３１ 排気温度センサ
４０ オゾン供給ノズル
４１ オゾン発生器
４２ オゾン供給通路
５０ ＥＣＵ
５１ アクセル
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、内燃機関から排出される排気ガス中の粒子状物質を捕集して、酸化することにより浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に内燃機関、特にディーゼルエンジンの排気ガスには、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭという。）が含まれ、大気汚染の原因となることが知られている。そこで、排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという。）を設けることで排気ガス中のＰＭを捕集して除去する技術が周知である。
このフィルタに捕集されたＰＭの量が多くなると、フィルタの目詰まりが起こり、フィルタを通過する排気の抵抗が大きくなるため、燃費悪化する。そのため、フィルタに捕集されたＰＭを除去する所謂フィルタの再生処理を行う必要があり、従来からフィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するための手法が種々知られている。
【０００３】
ところで、内燃機関が停止されたときに、フィルタにＰＭが多く堆積している場合、このＰＭは時間が経過するに従い酸化し難い状態に変化する。そこで内燃機関の停止前にフィルタの再生処理を行っておくことが考えられるが、内燃機関の運転時にフィルタの再生処理を行う場合、運転状態の変化によっては、フィルタの温度維持が難しく、フィルタの再生処理が継続できずに中断されてしまうこともあり、対応が難しい。そのため、内燃機関の停止中にＰＭを除去しておくことが望ましい。そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、内燃機関の停止中に、フィルタに堆積したＰＭの量を算出し、ＰＭの量が所定量以上であった場合に、フィルタに燃料を添加してフィルタの温度を昇温することで、堆積したＰＭを酸化除去している。また、特許文献２において、内燃機関の燃料供給停止中に、フィルタに酸化力が強いオゾンＯ3を供給して、ＰＭを酸化除去する技術が開示されている。その他、内燃機関の停止中にフィルタの再生処理を行うものとして例えば特許文献３がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８７００６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４２１９号公報
【特許文献３】特開２００１−５００３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、内燃機関の停止中に、フィルタに燃料を添加してフィルタの温度を昇温することで、フィルタに堆積したＰＭを酸化除去するものであるが、燃料を添加する必要があるため燃費悪化の虞があった。また、特許文献２の記載の技術では、内燃機関への燃料供給停止中に、電力によりオゾン生成するオゾン供給器を用いて、オゾンをフィルタに供給することでＰＭを酸化除去するものであり、燃費悪化の虞はないが、内燃機関から排出される排気ガスの流速によっては、供給されたオゾンがフィルタ中のＰＭと十分に酸化反応を起こす前にフィルタから放出される虞があった。
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の停止中にオゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、オゾンを効率的に使用可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、前記パティキュレートフィルタの下流側の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記ＥＧＲ通路を通じて前記パティキュレートフィルタに排気を循環させるための循環手段を備え、内燃機関の停止中に前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた状態で前記オゾン供給手段によりオゾン供給を実行することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、内燃機関の停止中にＥＧＲ通路に排気を循環させることで、ＰＭと反応せずにフィルタを通過したオゾンを、フィルタ下流の排気通路に接続されたＥＧＲ通路から、吸気通路、フィルタ上流の排気通路を通じて、再度フィルタに導入することができるため、フィルタ通過時に未反応のオゾンを再度ＰＭの酸化除去に使用することができる。
【０００８】
ここで、前記パティキュレートフィルタの温度を取得する温度取得手段をさらに備え、該温度取得手段により取得された温度が所定温度より高い場合には、前記温度取得手段により取得された温度が所定温度以下になるまで前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた後に、前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行するのが好ましい。
オゾンはＰＭの酸化除去のための適切な温度ウインドウを有し、この温度ウインドウよりも高温（例えば２００℃以上）になるとオゾンが熱分解して消失してしまう。そこで、内燃機関の停止中に、フィルタの温度が供給されるオゾンの大部分が熱分解されるような温度である場合、循環手段を実行することにより、排気ガスがＥＧＲ通路、吸気通路、及び排気通路等を通過する際に熱を放出することで、排気の温度を早く下げることができ、フィルタに温度が下がった排気が流入することで、フィルタの温度を早く低下させることができる。フィルタの温度をオゾンが熱分解されにくい温度域にまで低下させた後に、オゾンをフィルタに供給することで、オゾンの熱分解を抑制してＰＭの酸化除去に使用することができる。
【０００９】
さらに好ましくは、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気通路に吸気絞り弁と、前記排気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より下流の排気通路に排気絞り弁と、のどちらか一方、もしくは両方をさらに備え、どちらか一方を備えるものであれば、備えられた前記吸気絞り弁、もしくは前記排気絞り弁の開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行するとよい。また両方備えるものであれば前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁の両方の開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行するとよい。
【００１０】
ＥＧＲ通路と吸気通路との接続部より上流の吸気通路内に吸気絞り弁、ＥＧＲ通路と排気通路との接続部より下流の排気通路内に排気絞り弁を備える場合、吸気絞り弁及び排気絞り弁を閉じた後に循環手段を実行することで、循環手段によって循環される排気の一部が吸気通路、又は排気通路から放出されることが抑制できるため、オゾンが大気へと放出されることを抑制することができる。吸気絞り弁、又は排気絞り弁のどちらか一方を備えるものであっても、絞り弁開度を閉方向に制御することにより、吸気絞り弁、排気絞り弁を共に備えるものほどではないが同様の効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関の停止中にオゾンを用いてＰＭを酸化除去する際に、ＰＭと未反応のままフィルタを通過したオゾンを再度フィルタに導入してＰＭの酸化除去に使用することができるとともに、排気を循環させることでフィルタの温度を低下させることが可能となり、オゾンの熱分解を抑制できるという効果を奏する。また、フィルタを未反応のまま通過したオゾンが大気へと放出されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の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とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関停止後のフィルタ再生処理のフローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に表すシステム図である。図中、１０は内燃機関であり、本実施形態の場合、ディーゼルエンジンである。１１は吸気ポートに連通されている吸気マニフォールド、１２は排気ポートに連通されている排気マニフォールド、１３は燃焼室である。また、吸気通路１６にはインタークーラ２９が備えられている。本実施形態では、図示しない燃料タンクから高圧ポンプに供給された燃料が、高圧ポンプによりコモンレールに圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール内の高圧燃料が燃料噴射弁から燃焼室１３内に直接噴射される。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気マニフォールド１２からターボチャージャ１９を経た後にその下流の排気通路１５に流され、後述のように浄化処理された後、大気に排出される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。
【００１４】
排気通路１５には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（フィルタ）３０が配置されている。そして、フィルタ３０にその上流側からオゾン（Ｏ3）を供給するためのオゾン供給手段が設けられている。オゾン供給手段は、フィルタ３０の上流側の排気通路１５内に配置されたオゾン供給ノズル４０と、オゾン供給ノズル４０にオゾン供給通路４２を介して接続されたオゾン発生手段としてのオゾン発生器４１とを備える。図示しないバッテリ４３からの電力を使用してオゾン発生器４１で発生したオゾンは、オゾン供給通路４２を介してオゾン供給ノズルに供給されると共に、このオゾン供給ノズル４０から下流側のフィルタ３０に向かって排気通路１５内に噴射供給される。
【００１５】
オゾン発生器４１としては、例えば、高電圧を印加可能な放電管内に原料となる空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、その他、任意の形式のものを用いることができる。ここで、原料となる空気または酸素は、排気通路１５内の排気ガスに含まれる気体を図示しないエアポンプを用いてオゾン発生器４１に取り込んで用いるが、排気通路１５内の排気に直接高電圧を印加する方式でもよい。その他、排気通路１５外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体でもよい。
【００１６】
また、フィルタ３０の上流側の排気通路１５内には、排気通路１５を流通する排気ガスの温度を取得する排気温度センサ３１が配置されている。この排気温度センサ３１の出力信号に基づいてフィルタ３０の温度が検出される。なお、本発明においては排気温度センサ３１が、本発明における温度取得手段に相当する。
【００１７】
さらに、フィルタ３０の下流側の排気通路１５には、排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室１３に循環させて流入させるための低圧ＥＧＲ通路２０の一端が接続されている。また、低圧ＥＧＲ通路２０の他の一端はターボチャージャ１９の上流の吸気通路１６に接続されている。低圧ＥＧＲ通路２０と吸気通路１６の接続部より上流部には吸気絞り弁２６が設けられており、低圧ＥＧＲ通路２０と排気通路１５との接続部より下流部には排気絞り弁２８が設けられている。低圧ＥＧＲ通路２０中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１とＥＧＲガスの循環を手助けするためのＥＧＲポンプ２２が配置されており、このＥＧＲポンプ２２が、本発明においての循環手段に相当する。また、排気マニフォールド１２と吸気マニフォールド１１には、高圧ＥＧＲ通路２３が接続されることにより連通しており、ここでも排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室１３に循環させて流入させている。高圧ＥＧＲ通路２３と吸気通路１６の接続部より上流部にはスロットル弁２７が設けられている。上記に加えて、低圧ＥＧＲ通路２０、及び高圧ＥＧＲ通路２３の吸気通路側に接続されている一端には循環されるＥＧＲガスの流量を調整するための低圧ＥＧＲ弁２４、高圧ＥＧＲ弁２５がそれぞれ備えられている。
【００１８】
以上に述べたように構成された内燃機関１０には、内燃機関１０を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ５０が併設されている。このＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１０の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、排気温度センサ３１やその他各種センサ類が電気配線を介して接続され、排気温度センサ３１を含む各種センサ類からの出力信号が入力されるようになっており、これに基づいてオゾン発生器４１、低圧ＥＧＲ弁２４、高圧ＥＧＲ弁２５等の各弁、及び燃料噴射弁、高圧ポンプ等が制御される。
次に、図２は本発明の実施例に係る内燃機関停止中のフィルタ再生制御のフローを示したフローチャートであり、図２に基づき本発明でのフィルタ再生制御の手順を説明する。本ルーチンは内燃機関停止中に実行される。例えば、運転者が内燃機関１０を停止させるためにイグニッションキーをＯＦＦとした場合や、燃費向上のために車両停止時に内燃機関１０を自動的に停止されるときに実行される。また、ハイブリッド車両である場合、内燃機関を停止して、モータによって運転されるＥＶ走行時に実行してもよい。
ステップＳ１０１ではフィルタ３０に堆積したＰＭ量がフィルタの再生処理を行う必要がある所定量に達しているかが判断される。ここでフィルタに堆積したＰＭが所定量に達したかどうかは、例えば、以前にフィルタの再生処理が実行された時点以降に走行した距離、もしくは走行時間に基づいて判断され、走行距離、走行時間に応じたＰＭの堆積量については予め実験等により求めておく。その他、フィルタ３０の上流側、及び下流側の排気の圧力を検出する差圧センサ等を備えるものであれば、フィルタ前後の差圧を算出することで、フィルタに堆積したＰＭの量を推定し判断基準としてもよい。
【００１９】
ステップＳ１０１で、ＰＭの堆積量がフィルタの再生処理が必要と判断される肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２に進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
ステップＳ１０２では、バッテリ４３に蓄えられている電力の充電量が十分であるかどうかを判断する。また、プラグインや車載太陽電池等の外部からの電力供給手段が備えるものであってもよく、この場合、外部から供給される電力量が十分であるかどうかが判断される。具体的には、オゾン発生器４１で消費されるオゾン生成のための電力消費、及びＥＧＲポンプ２２で消費される電力に加えて、他の電力供給が必要な負荷での電力消費があっても、供給不足とならない電力量であるかどうかを判断する。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３に進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
ステップ１０３では吸気絞り弁２６、排気絞り弁２８を閉じ、スロットル弁２７、高圧ＥＧＲ弁２５、及び、低圧ＥＧＲ弁２４を開く。このように各弁を制御することで、フィルタ３０下流からの排気を、低圧ＥＧＲ通路２０、吸気通路１６、高圧ＥＧＲ通路２３、及び、排気通路１５を通じて循環させるための循環閉路を形成することができ、循環させる排気を大気へと放出することを抑制することができる。この制御が完了すると次にステップＳ１０４へと進む。
【００２０】
ステップＳ１０４では排気温度センサ３１によって検出されたフィルタ３０の温度が所定温度（例えば２００℃）以下であるかどうかが判断される。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合はステップＳ１０６へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５に進む。
【００２１】
ステップＳ１０５では、バッテリ４３からの電力を使用してＥＧＲポンプ２２を駆動する。これにより、フィルタ３０を通過する排気を低圧ＥＧＲ通路２０、吸気通路、高圧ＥＧＲ通路２３、及び排気通路１５を通じて、再度フィルタ３０に循環させることができる。このとき、循環される排気は、各通路での放熱の他、ＥＧＲクーラ２１及びインタークーラ２９との熱交換により冷まされるため、素早く排気温度を低下させることができる。この結果、温度取得手段によって検出されるフィルタ３０の温度が所定温度以下となった場合ステップＳ１０６へ進む。
【００２２】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５と同様の手順にて、ＥＧＲポンプ２２を駆動させることでフィルタ３０に排気を循環させるとともに、バッテリ４３の電力を使用してオゾン発生器４１でオゾンを発生させ、オゾン供給通路４２を通じてオゾン供給ノズル４０から噴射することでフィルタ３０にオゾンを供給する。これによりフィルタ３０にオゾンを供給することでフィルタ３０に堆積しているＰＭをオゾンと酸化反応させることで除去することができるとともに、フィルタ３０からＰＭと反応しきれずに放出されたオゾンを上記手順で形成された循環閉路を通じてフィルタ３０に再度導入することができるため、発生させたオゾンを効率的にＰＭの酸化除去に使用することができる。また、循環閉路中の各ＥＧＲ通路やＥＧＲポンプ２２等、通常運転時から排気が流れている箇所には、通路内に煤やスート、ＨＣが付着している場合があるが、本発明を用いることにより、これらとオゾンを酸化反応させることで除去できる。
【００２３】
このようにして、内燃機関の停止中に、バッテリ４３に蓄えられた電力、又は外部から供給される電力を使用してＰＭの酸化除去を行うことで、燃料を使わずにフィルタの再生処理が行えるため、燃費の悪化を抑制できる。また、内燃機関の停止中に、フィルタの温度をオゾンが熱分解されない温度以下に低下させた後にオゾンを供給することで、オゾンを効率的にＰＭの酸化除去に使用することができる。
【００２４】
本実施形態では、循環手段としてＥＧＲポンプを用いたが、循環閉路中の排気を送気できるものであればよく、例えば備えられたターボチャージャが電動モータアシストターボチャージャである場合、電動モータを駆動することによって排気を循環させてもよい。
【００２５】
また、前記実施形態では、フィルタに流入する排気の温度からフィルタ床温を推定し取得することで制御を行ったが、直接フィルタ床温を取得して制御を行ってもよい。
【００２６】
その他、内燃機関の排気浄化装置の構成によっては、フィルタ下流に、例えばＮＯｘ還元触媒やＮＯｘ吸着触媒、酸化触媒等の他の触媒を設ける場合もあるが、その場合、触媒にもオゾンを通過させることにより、触媒に付着している煤やスート、ＨＣを除去することもできる。
【００２７】
本発明は、圧縮自己着火式内燃機関としてのディーゼルエンジン以外にも、ＰＭ発生の可能性のある全ての内燃機関に適用できる。例えば、直噴の火花点火式内燃機関である。このエンジンでは筒内燃焼室に燃料が直接噴射されるが、燃料噴射量が多い高負荷域では燃料が燃焼しきらず、ＰＭが発生する可能性がある。このようなエンジンに本発明を適用しても、同様の作用効果が期待できる。
【符号の説明】
【００２８】
１０ 内燃機関
１１ 吸気マニフォールド
１２ 排気マニフォールド
１３ 燃焼室
１５ 排気通路
１６ 吸気通路
１９ ターボチャージャ
１９ａ コンプレッサ
１９ｂ タービン
２０ 低圧ＥＧＲ通路
２１ ＥＧＲクーラ
２２ ＥＧＲポンプ
２３ 高圧ＥＧＲ通路
２４ 低圧ＥＧＲ弁
２５ 高圧ＥＧＲ弁
２６ 吸気絞り弁
２７ スロットル弁
２８ 排気絞り弁
２９ インタークーラ
３０ パティキュレートフィルタ
３１ 排気温度センサ
４０ オゾン供給ノズル
４１ オゾン発生器
４２ オゾン供給通路
５０ ＥＣＵ
５１ アクセル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタの上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、
前記パティキュレートフィルタの下流側の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＥＧＲ通路を通じて前記パティキュレートフィルタに排気を循環させるための循環手段を備え、内燃機関の停止中に前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた状態で前記オゾン供給手段によりオゾン供給を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記パティキュレートフィルタの温度を取得する温度取得手段を備え、
該温度取得手段により取得された温度が所定温度より高い場合には、前記温度取得手段により取得される温度が所定温度以下になるまで前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行す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】
前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気通路に吸気絞り弁と、
前記排気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より下流の排気通路に排気絞り弁と、のどちらか一方をさらに備え、
前記吸気絞り弁又は前記排気絞り弁開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気通路に吸気絞り弁と、
前記排気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より下流の排気通路に排気絞り弁と、をさらに備え、
前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
排気通路内の排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタの上流側からオゾンを供給するためのオゾン供給手段と、
前記パティキュレートフィルタの下流側の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＥＧＲ通路を通じて前記パティキュレートフィルタに排気を循環させるための循環手段を備え、内燃機関の停止中に前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた状態で前記オゾン供給手段によりオゾン供給を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記パティキュレートフィルタの温度を取得する温度取得手段を備え、
該温度取得手段により取得された温度が所定温度より高い場合には、前記温度取得手段により取得される温度が所定温度以下になるまで前記循環手段により前記パティキュレートフィルタに排気を循環させた後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行す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】
前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気通路に吸気絞り弁と、
前記排気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より下流の排気通路に排気絞り弁と、のどちらか一方をさらに備え、
前記吸気絞り弁又は前記排気絞り弁開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より上流の吸気通路に吸気絞り弁と、
前記排気通路と前記ＥＧＲ通路との接続部より下流の排気通路に排気絞り弁と、をさらに備え、
前記吸気絞り弁及び前記排気絞り弁開度を閉方向に制御した後に前記オゾン供給手段によるオゾン供給を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２５５５８２（Ｐ２０１０−２５５５８２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０８７１４（Ｐ２００９−１０８７１４）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【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２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【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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