排ガス浄化用制御機器
【課題】排ガス浄化装置に煤や未燃炭化水素が堆積したことを検知し、検知するための装置を良好な状態に保つために新たな装置、新たなエネルギー供給を必要としない、排ガス浄化用制御機器を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ装置３と、ＥＧＲバルブ４と、エンジン２からの排ガスを排出する排気管５に設けられ排ガスを通過させる外殻部１４と、外殻部１４内に設けられ光を透過させる光透過部材３０と、光透過部材３０に付着又はコーティングされた光触媒１７とを備えた排ガス浄化システム１を制御する排ガス浄化用制御機器２４において、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が所定値未満のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくＥＧＲバルブ４を閉じる制御装置１２とを備えたものである。
【解決手段】ＥＧＲ装置３と、ＥＧＲバルブ４と、エンジン２からの排ガスを排出する排気管５に設けられ排ガスを通過させる外殻部１４と、外殻部１４内に設けられ光を透過させる光透過部材３０と、光透過部材３０に付着又はコーティングされた光触媒１７とを備えた排ガス浄化システム１を制御する排ガス浄化用制御機器２４において、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が所定値未満のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくＥＧＲバルブ４を閉じる制御装置１２とを備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排ガスを光触媒を用いて浄化する排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンは、熱効率の点からは、ガソリンエンジンに比べて、有利であるにもかかわらず、黒煙、未燃炭化水素、一酸化炭素、窒素化合物といった有害排出ガスが多いため、日本においては現在でも、商用車を除いて、広く市場に出回っていない。
【０００３】
近年、ディーゼル燃焼後に、後処理を加えることで、黒煙や未燃炭化水素などの有害排出物を減少させる工夫が講じられている。図１２に示す排ガス浄化装置６０は、現在用いられているものであり、黒煙や未燃炭化水素の主成分をなす炭素を酸化することで二酸化炭素として排出するものである。この排ガス浄化装置６０は、排ガス中の一酸化炭素、炭化水素を酸化反応により無害化する酸化触媒６１と、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕集し、燃焼させる触媒化セラミックフィルター６２とを備える。
【０００４】
また、この排ガス浄化装置６０には、各種センサーが付属しており、例えば、触媒化セラミックフィルター６２に煤や未燃炭化水素が堆積すると、目詰まりを起こし、前後の圧力センサー６５によって、圧力差が分かることから、触媒化セラミックフィルター６２に熱を加えることで昇温し、堆積した物質を燃焼させることで、目詰まりを防止している。また、圧力センサー６５からの情報によって、触媒化セラミックフィルター６２に熱を加える手段の他に、エンジン６４の燃焼状態を変更し、排ガス温度を上昇させる方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４９２５２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１８４１５号公報
【特許文献３】特開２００８−２６１３０１号公報
【特許文献４】特開２００８−１１４１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、これまでに製品化されてきた排ガス浄化装置を制御する方法としては、図１２のような圧力センサー６５を利用した方法が用いられてきた。
【０００７】
しかしながら、圧力センサー６５の導入管（図示せず）に煤や未燃炭化水素が付着し、正確な圧力の測定が出来なくなり、排ガスの浄化がうまくいかない場合があるという問題があった。
【０００８】
かかる問題を回避するための方法としては、特許文献３（図１３参照）に記載されるように、差圧センサー６５の導入管６６、６７に堆積した煤などを噴射空気で吹き飛ばす方法が考えられているが、装置の大型化によって、エンジン６８の配置に余裕がなくなることや、噴射空気のためのエネルギー使用などによる燃費の悪化が問題視される。特に、燃費の悪化は、現在、最も重要視されている、二酸化炭素排出の削減に対して、妨げとなるものである。
【０００９】
また、現在、光触媒を用いた排ガス浄化装置が提案されている（特許文献２参照）。
【００１０】
この排ガス浄化装置は、光ファイバーで光を導入し、かつ、光ファイバーから光が漏れるような構造とした上で、その光ファイバーの表面に光触媒を担持させ、光触媒による酸化反応を行わせることで排ガスを浄化する仕組みとなっている。
【００１１】
光触媒による排ガス分子の浄化の方法のうち、特に窒素酸化物を浄化する方法において、現在一般に考案されているような還元剤となる燃料の噴射を行う方法（特許文献４参照）と異なる。そのため、余分な燃料を噴射しないため燃費の向上につながると考えられる。
【００１２】
また、排ガスの浄化性能があるとされる酸化チタン光触媒にエネルギーを供給する必要があるが、光ファイバーによる光の供給では、光ファイバーの円筒形形状の表面にしか光が供給できない。そのため、現在用いられている黒煙、未燃炭化水素酸化触媒、窒素酸化物吸蔵還元触媒の金属系のスポンジ状の構造と比較して、排ガス構成分子との接触面積が小さくなり、十分な浄化性能が得られない可能性がある。
【００１３】
そこで、かかる問題を解決すべく排ガス構成分子との反応面積を増大させた複数種類の排ガス浄化装置（未公開）を現在開発中である。
【００１４】
ところで、これらの排ガス浄化装置には、先に述べたような、差圧センサー（圧力センサー）が付属してもよいが、その場合、差圧センサーの構造上、差圧センサーの導入管に煤などが堆積する可能性があり、特許文献３で報告したような、煤の排除装置をつけなくてはならない。これでは、光触媒反応を活かした浄化システムの利点（燃料消費の削減による省エネルギー）を減耗するという課題があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガス浄化装置に煤や未燃炭化水素が堆積したことを検知できると共に検知するための装置を良好な状態に保つために新たな装置、新たなエネルギー供給を必要としない排ガス浄化用制御機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために本発明は、エンジンの排ガスをエンジンの吸気側に還流するＥＧＲ装置と、該ＥＧＲ装置に設けられエンジンの吸気側に還流する排ガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブと、前記エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、該光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく前記ＥＧＲバルブを閉じる制御装置とを備えたものである。
【００１７】
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブを閉じても前記光検出装置で検出される光量が前記所定値未満のとき前記発光装置で発生する光量を増加させるとよい。
【００１８】
前記排ガス浄化システムはエンジンの吸入空気を増加させる過給機を備え、前記制御装置は前記ＥＧＲバルブの閉作動と同時に前記過給機を作動させてエンジンの吸入空気を増加させるとよい。
【００１９】
また、エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、前記光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく上記エンジンの燃料噴射量を減少させる制御装置とを備えたものである。
【００２０】
前記制御装置は、前記光検出装置で検出される光量が前記所定値を所定の許容値以上を超えているときは、前記発光装置で発生する光量を減少させるとよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、排ガス浄化装置に煤や未燃炭化水素が堆積したことを検知できると共に、検知するための装置を良好な状態に保つために新たな装置、新たなエネルギー供給を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は排ガス浄化システムの全体説明図である（第１の実施の形態）。
【図２】図２は排ガス浄化装置の説明図である。
【図３】図３は排ガス浄化装置の要部拡大説明図である。
【図４】図４（ａ）は図３の要部拡大説明図であり、図４（ｂ）は光透過部材に煤及び未燃炭化水素の付着が有るときと無いときの光検出装置に到達する光量を示すグラフである。
【図５】図５は排ガス浄化用制御機器の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】図６は図５の変形例の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図７】図７は図５の変形例の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図８】図８は第２の実施の形態を示す排ガス浄化装置の説明図である。
【図９】図９は図８の排ガス浄化装置の内部構造の説明図である
【図１０】図１０は図８の光透過部材の側面図である。
【図１１】図１１は図１０の要部拡大図である。
【図１２】図１２は従来の排ガス浄化装置の説明図である。
【図１３】図１３は従来の排ガス浄化システムの説明図である（特許文献３）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る第１の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２４】
図１に示すように、排ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジンからなるエンジン２の排ガスをエンジン２の吸気側に還流するＥＧＲ装置３と、ＥＧＲ装置３に設けられ排ガスの再循環流量を調整するためのＥＧＲバルブ４と、エンジン２の吸気側に設けられエンジン２の吸入空気を増加させる過給機２７と、エンジン２からの排ガスを排出する排気管５に設けられ排ガスを浄化する第１排ガス浄化装置６と、ＥＧＲ装置３に設けられエンジン２の吸気側に還流する排ガスを浄化する第２排ガス浄化装置７とを備える。
【００２５】
ＥＧＲ装置３は、エンジン２からの排ガスを排気する排気管５とエンジン２に空気を供給する吸気管８とを接続するＥＧＲ通路９と、ＥＧＲ通路９に設けられＥＧＲ通路９内の排ガスを冷却するＥＧＲクーラー１０とを備え、エンジン２の吸気側に排ガスの一部を還流させることでＮＯｘの発生を抑える機能を有する。ＥＧＲ通路９は、排ガスのエンタルピーを回収するタービン、蒸気発生装置又は熱交換器等の排気エンタルピー回収装置１１を介して排気管５に接続されている。
【００２６】
ＥＧＲバルブ４は、ＥＧＲ通路９内を流れる排ガスの流量を０〜１００％の間で調節する流量制御バルブからなる。ＥＧＲバルブ４は、後述する制御装置１２に信号線１３を介して接続されており、制御装置１２から制御信号を受けることで排ガスの流量を制御信号に応じた流量に調節するようになっている。
【００２７】
過給機２７は、排気エンタルピー回収装置１１からのエネルギーで駆動されるようになっている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第１排ガス浄化装置６は、排気管５に設けられ排ガスを通過させる外殻部１４と、外殻部１４内に設けられ排ガスを通過させる細孔１５を有すると共に光を透過させる多孔質の光透過部材３０と、光透過部材３０に付着又はコーティングされた光触媒１７と、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１とを備える。
【００２９】
図３に示すように、光透過部材３０は、排ガスを通過させる細孔１５を有すると共に光を透過させる多孔質に形成される。光透過部材３０は、ガラスを発泡させて形成したガラス発泡体からなる。ガラス発泡体は、ガラス粉体に貝殻を粉砕した貝殻粉体を含有したものを溶融後、冷却固化することで製造される。溶融後に貝殻粉体に含有する炭酸カルシウムが分解して炭酸ガスを発生させ、溶融したガラスに気泡が形成されると共に貝殻粉体が焼失して細孔１５が形成される。なお、貝殻粉体に代えて炭酸カルシウムの粉体等を用いてもよい。
【００３０】
また、図２に示すように、光透過部材３０は、外殻部１４内に排ガスの流れ方向に複数重ねて配置される。
【００３１】
図３に示すように、光触媒１７は、酸化チタンからなり、紫外光を受けることで触媒として機能する。光触媒１７は、光透過部材３０の細孔１５の内面も含む光透過部材３０の表面の全てに、すなわち、排ガスとの接触表面の全てに付着（担持）あるいはコーティングされており、広い面積で排ガスと接触するようになっている。
【００３２】
発光装置３１は、紫外線発光ダイオードからなり、光透過部材３０内に埋め込まれる。発光装置３１は多数配置したほうが光透過部材３０内（多孔質構造内）に満遍なく光を拡散できるため、発光装置３１は非常に小さいものが好ましい。発光装置３１が半導体の加工において限界（最小）となる程度の大きさのものであれば光透過部材３０内に多量に配置することができ、より満遍なく光触媒１７に光を供給できる。
【００３３】
また、光透過部材３０には、発光装置３１に電力を供給するための電力供給線３２が設けられる。電力供給線３２は、光透過部材３０内に複数並行に埋め込まれており、発光装置３１に電気的に接続されると共に図示しない外部電源に電気的に接続されている。
【００３４】
図１に示す第２排ガス浄化装置７は、外殻部１４がＥＧＲ通路９に設けられる以外は第１排ガス浄化装置６と同じに構成される。
【００３５】
図１に示すように、排ガス浄化システム１には、排ガス浄化システム１を制御するための排ガス浄化用制御機器２４が接続されている。
【００３６】
図１及び図３に示すように、排ガス浄化用制御機器２４は、発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が所定値以下のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくＥＧＲバルブ４を閉じる制御装置１２とを備える。
【００３７】
光検出装置３３は、非常に小さな受光素子からなり、光透過部材３０内に多数埋め込まれる。光検出装置３３の数を増やすほど、詳細な位置における煤や未燃炭化水素の堆積を知ることができる。また、光検出装置３３には、制御装置１２に信号を送るための信号電力供給線１３が接続されている。信号電力供給線１３は、光透過部材３０内に複数並行に埋め込まれており、光検出装置に電気的に接続されると共に後述する制御装置１２に電気的に接続されている。
【００３８】
制御装置１２は、エンジン２を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）からなる。制御装置１２は光検出装置３３に信号線１３を介して接続されると共に、ＥＧＲバルブ４に信号線１３を介して接続されている。制御装置１２は、第１排ガス浄化装置６の光透過部材３０内に埋め込まれた光検出装置３３で検出される光量が所定値以下のときＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断し、完全燃焼を実施するように燃焼方式を変更する。所定値とは、予めコンピュータで算出された、光透過部材３０に汚れがないときの、光検出装置３３に入力される予定の光量の期待値（予測値）である。
【００３９】
また、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断するとき、同時に過給機２７を作動させてエンジン内への供給酸素量を増加させるようになっている。また、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じても光検出装置３３で検出される光量が所定値以下のとき、発光装置３１の光量を増加させるようになっている。
【００４０】
またさらに制御装置１２は、光検出装置３３で検出される光量がＥＣＵで設定される期待値を所定の許容値以上超えているとき発光装置３１で発生する光量を減少させるようになっている。
【００４１】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００４２】
図１に示すエンジン２を始動すると、エンジン２から排気管５に排ガスが流れると共に図３に示す発光装置３１が発光する。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、発光装置３１で発生した紫外光は、光透過部材３０を透過して光触媒１７に至り、光触媒１７を活性化させる。光を受けた光触媒１７が励起することで酸素から強力な酸化剤となる活性酸素を生成する。排ガス構成分子は活性酸素によって酸化される。つまり、光触媒１７は、紫外線を受けることによって、酸化性能を発揮することになる。
【００４４】
一方、図２に示す第１排ガス浄化装置６に流入した排ガスは、図３に示す光透過部材３０の細孔１５内に入り、光触媒１７と接触することで徐々に酸化されていく。酸化反応した排ガス中の有害成分は無害化される。具体的には、この酸化反応により排ガス中の黒煙などの炭素が二酸化炭素になり、未燃炭化水素が二酸化炭素と水になり、窒素酸化物が硝酸イオンになる。このとき、酸素の供給が必要になるが、酸素は排ガス中に含まれるため、上述の酸化反応は可能である。
【００４５】
図５に示すように、発光装置３１から光触媒１７に光を供給Ｓ１し、光検出装置３３を作動Ｓ２させると、光検出装置３３は、発光装置３１から発せられた光のうち光透過部材３０内を透過した光を検出する。光透過部材３０に煤や未燃炭化水素が堆積していない場合、光検出装置３３で検出される光量はＥＣＵで設定されている期待値となる。この場合、制御装置１２は、光検出装置３３で検出された光量から発光装置３１のエネルギー使用量を減少する意図があるか否かを判断する。具体的には、光検出装置３３で検出された光量が期待値を所定の許容値以上超えているか否かを判断し、光量が期待値を許容値以上超えているとき発光装置３１のエネルギー使用量を減少する意図があるものと判断し、発光装置３１からのエネルギー供給をＥＣＵにおいて設定した所定量減少Ｓ３させる（発光量を所定量減少させる）。この後、制御装置１２は、定期的に光検出装置３３を作動Ｓ２させ、光検出装置３３で検出される光量が期待値を許容値以上超えている度に発光装置３１からのエネルギー供給を所定量減少Ｓ３させる。これにより、発光装置３１から過度に光が発せられるのを防ぐことができ、省エネルギー化できる。
【００４６】
光検出装置３３で検出される光量が期待値以上、かつ、期待値を許容値以上超えない値になったら、制御装置１２は発光装置３１のエネルギー使用量を減少する意図がないものと判断する。このとき、発光装置３１からの光量は排ガスによる汚れ量の蓄積と、光によって浄化される量とが平衡状態を保っているため丁度良く、かつ、光触媒１７に排ガス構成分子が付着していない状態であるため、制御装置１２は排ガス浄化に係る制御を何もしない。
【００４７】
光検出装置３３で検出される光量が期待値よりも減少したら、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断すると同時に過給機２７を働かせるＳ４ことにより、エンジン２内への供給酸素量を増加させ、完全燃焼が行われるように変更して完全燃焼を実施する。第１排ガス浄化装置６にあっては、光触媒１７で浄化すべき排ガス成分である煤と未燃炭化水素が排ガス中から減少することにより、光触媒１７の処理能力と煤及び未燃炭化水素の供給量とのバランスが変わる。光触媒１７の処理能力が煤及び未燃炭化水素の供給量を上回ることにより、煤及び未燃炭化水素が減少する。第２排ガス浄化装置７にあっては、煤及び未燃炭化水素の供給が止まり、第２排ガス浄化装置７内の煤及び未燃炭化水素が光触媒によって処理されるのみとなって減少する。このとき、第２排ガス浄化装置７内の排ガス中には酸素が含まれているため、上述の処理は可能である。
【００４８】
また、エンジン２の燃焼を完全燃焼モードに変更しても光検出装置３３で検出される光量が期待値よりも減少しているとき、エンジン２の燃焼を完全燃焼モードに変更することは不可能であるため、発光装置３１の光量を増加させる。これにより、第１排ガス浄化装置６の光触媒１７表面の排ガス構成分子が酸化されると共に、これまで汚れのせいで十分な光量が得られなかった環境にある光触媒１７に光が到達し、光触媒１７が活性化する。そのため、光触媒１７が有効となる領域が拡がり、酸化光触媒の触媒機能回復が可能となる。
【００４９】
このように、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が期待値（所定値）未満のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくＥＧＲバルブ４を閉じる制御装置１２とを備えて排ガス浄化用制御機器２４を構成したため、差圧センサーを用いることで煤の堆積度合いを検知してきた仕組みのように差圧センサーの導入管に堆積した煤の吹き飛ばし操作を必要としないため、より省エネルギーな仕組みで第１排ガス浄化装置６に煤や未燃炭化水素が堆積したことを検知できる。そして、多孔質構造の光透過部材３０の内部に、発光装置３１と、光検出装置３３を埋め込んだ構造にすると、光検出装置３３を配置した位置の近くにおける煤や未燃炭化水素の堆積量を測定することができ、煤や未燃炭化水素の堆積を正確に検知できる。
【００５０】
また、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じても光検出装置３３で検出される光量が期待値（所定値）未満のとき発光装置３１で発生する光量を増加させるため、光触媒１７表面に煤や未燃炭化水素が堆積した場合であっても煤や未燃炭化水素を光触媒１７表面から確実に除去できる。
【００５１】
またさらに、排ガス浄化システム１はエンジン２の吸入空気を増加させる過給機２７を備え、制御装置１２はＥＧＲバルブ４の閉作動と同時に過給機２７を作動させてエンジン２の吸入空気を増加させるものとしたため、エンジン２内への供給酸素量を増加でき、より確実に完全燃焼が行われるようにできる。
【００５２】
なお、制御装置１２は光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のときＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断することを示しているが、ＥＧＲバルブ４を絞ってＥＧＲ量を減少させるものとしてもよい。
【００５３】
また、制御装置１２は光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のときＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断すると共に過給機２７を作動させて完全燃焼を実施するように燃焼を変更し、光検出装置３３で検出される光量が依然期待値未満のとき発光装置３１で発生する光量を増加させるものとしたが、ＥＧＲを中断すると共に過給機２７を作動させるステップＳ４を省略し、図６に示すように、光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のとき発光装置３１で発生する光量を増加３６させるものとしてもよい。
【００５４】
また、図７に示すように、制御装置１２は光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のときエンジン２の燃料噴射量を減少Ｓ７させるものとしてもよい。
【００５５】
このように、排ガス浄化用制御機器２４が、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が期待値（所定値）未満のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくエンジン２の燃料噴射量を減少させる制御装置１２とを備えるものとしてもエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させることができる。光触媒１７の処理能力が煤と未燃炭化水素の供給量を上回ることで煤及び未燃炭化水素が減少する。
【００５６】
光触媒１７は酸化チタンに限るものではなく他のものであってもよい。光触媒１７が酸化チタンである場合、光触媒１７に供給する光は紫外線が最も効果が高くなるので発光装置３１は紫外線発光ダイオードとしたが、光触媒１７が酸化チタン以外のものである場合、発光装置３１も光触媒１７を最も活性化させる光を発するものにするとよい。
【００５７】
発光装置３１は紫外線発光ダイオードに限るものではなく、紫外光を自発光する光源であれば他のものであってもよい。例えば、発光装置３１は、酸化亜鉛半導体、ダイヤモンド、窒化アルミニウムガリウムインジウムなどであってもよい。また、発光装置３１は発光ダイオード等の発光素子に限らない。発光装置３１が紫外線を出すものであれば酸化チタン触媒は性能が発揮できるので、発光装置３１はフィラメントでもよい。
【００５８】
また、制御装置１２は、ＥＧＲを中断するとき同時に過給機２７を作動させるものとしたが、ＥＧＲの中断のみで十分完全燃焼できるエンジン２の場合、過給機２７は省略してもよい。あるいはまた、ＥＧＲの中断をせず、過給機を作動させるものとしてもよい。
【００５９】
またさらに、排ガス浄化システム１は、排気管５に設けられた第１排ガス浄化装置６と、ＥＧＲ装置３に設けられた第２排ガス浄化装置７とを備えるものとしたが、第１排ガス浄化装置６、第２排ガス浄化装置７のいずれか一方のみを備えるものとしてもよい。第１排ガス浄化装置６のみとした場合、ＥＧＲ装置３を介してエンジン２の吸気側に還流する排ガスの浄化は行われないが、排気管５とＥＧＲ通路９との接続部より下流側で排ガスの浄化を行うことができ、煤や未燃炭化水素が大気に排出されることはない。また、第２排ガス浄化装置７のみとした場合、エンジン２の吸気側に還流する排ガスの浄化を行うことができる。この場合、排気管５とＥＧＲ通路９との接続部より下流側の排気管５に別途排ガス浄化装置を設けるとよい。
【００６０】
次に第１の実施の形態の光透過部材３０、発光装置３１及び光検出装置３３に変更を加えた第２の実施の形態を図面を用いて説明する。第１の実施の形態と同様の構成については説明を省き同符号を付す。
【００６１】
図８及び図９に示すように、光透過部材４０は、細長いファイバー状（繊維状）に形成されており、外殻部１４内に複数並行に設けられる。これら光透過部材４０の束は、外殻部１４内にフィルタ状の層４１を作る。また、光透過部材４０の束から構成される層４１は外殻部１４内に排ガスの流れ方向に複数重ねて配置されると共に、隣接する層４１の光透過部材４０の向き（延長方向）が互いに異なるように配置される。光透過部材４０の束の層４１の間隔は光透過部材４０の太さ程度に形成されている。なお、図例では層４１の光透過部材４０は上下、左右方向に延びるものとしたが、斜めに延びるように配置されていてもよい。
【００６２】
図１０及び図１１に示すように、光透過部材４０には、発光装置１８からの光を案内するための光導波路部４２が筒状に形成され、光導波路部４２の内周の光透過部材４０と外周の光透過部材４０には、光導波路部４２より屈折率の高い光分散部４３が光導波路部４２に隣接して形成される。光分散部４３は、光導波路部４２の内部を通過する光の供給を受けて、光導波路部４２からの光が外部に漏出するように屈折率が調整されている。また、光導波路部４２の内周の光透過部材４０には、排ガス導入用の空洞４４が形成されている。空洞４４は、光透過部材４０の中心部に長手方向に沿って形成されると共に、一端を径方向外方に開口され、他端を一端の開口方向とは反対方向に開口されている。一端の開口は、排ガスの上流側に向けられることで排ガスの入口４５を形成し、他端の開口は排ガスの下流側に開口する排ガス出口４６を形成する。また、光透過部材４０の外周面４７と空洞４４の内周面４８には予め凹凸４９が形成されており、排ガスの流れが乱流に遷移するように工夫されている。乱流による慣性遮り効果、拡散効果は、排ガスを構成する分子と光触媒１７との衝突を促進する。光触媒１７は光透過部材４０にコート又は保持（担持）されている。また、図８及び図１０に示すように、光透過部材４０の光導波路部４２の一端には、コネクタ５０を介して発光装置１８が接続されている。発光装置１８は、主に紫外線レーザー発生装置などからなる。光導波路部４２の他端側には、外殻部１４内に挿入された光検出装置２５が配置されている。光検出装置２５は信号電力供給線１３を通じて制御装置１２に接続されている。光検出装置２５は、発光装置１８から光導波路部４２に供給された光のうち光透過部材４０内を透過した光量を検出するようになっている。
【００６３】
第２の実施の形態の作用を述べる。
【００６４】
発光装置１８から紫外光が発せられると、紫外光は、コネクタ５０を介して光透過部材４０の光導波路部４２に入射する。光導波路部４２に入射した紫外光のうち、光導波路部４２と径方向内側の光分散部４３との界面に至った紫外光は、半径方向内側に向かうように屈折して空洞４４の内周面４８の光触媒１７に供給され、光導波路部４２と径方向外側の光分散部４３との界面に至った紫外光は、半径方向外側に向かうように屈折し、光透過部材４０の外周面４７の光触媒１７に供給される。紫外光を供給された光触媒１７はそれぞれ活性化する。
【００６５】
発光装置１８が発光すると、光触媒１７に光が供給されると共に、発光装置１８から発せられた光のうち光透過部材４０内を透過した光が外殻部１４内に挿入された光検出装置２５に到達する。光透過部材４０の表面に煤又は未燃炭化水素の分子が付着すると、外殻部１４内に挿入された光検出装置２５に到達する光量が減少し、光検出装置２５が検出する光量が期待値より減少する。
【００６６】
図５に示すように、発光装置１８から光触媒１７に光を供給Ｓ１し、光検出装置２５を作動Ｓ２させると、光検出装置２５は、発光装置１８から発せられた光のうち光透過部材４０内を透過した光を検出する。光透過部材４０の表面に排ガス構成分子が付着し、光検出装置２５で検出される光量が期待値よりも減少したら、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断すると同時に過給機２７を働かせることにより、エンジン２内への供給酸素量を増加させ、完全燃焼が行われるように変更して完全燃焼を実施Ｓ４する。第１排ガス浄化装置６にあっては、光触媒１７の処理能力が煤及び未燃炭化水素の供給量を上回ることにより、煤及び未燃炭化水素が減少する。
【００６７】
また、エンジン２の燃焼を完全燃焼が行われるように変更しても光検出装置２５で検出される光量が期待値よりも減少しているとき、エンジン２の燃焼を完全燃焼モードに変更するために燃料噴射量を減少Ｓ７させてもよい。
【００６８】
このように、光透過部材４０を細長いファイバー状（繊維状）に形成し、光透過部材４０の一端に発光装置１８を接続し、光透過部材４０の他端に光検出装置２５を接続するものとしても、第１排ガス浄化装置６に煤や未燃炭化水素が堆積したことを精度良く省エネルギーで検知できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 排ガス浄化システム
２ エンジン
３ ＥＧＲ装置
４ ＥＧＲバルブ
５ 排気管
１２ 制御装置
１４ 外殻部
１７ 光触媒
２４ 排ガス浄化用制御機器
２７ 過給機
３０ 光透過部材
３１ 発光装置
３３ 光検出装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排ガスを光触媒を用いて浄化する排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンは、熱効率の点からは、ガソリンエンジンに比べて、有利であるにもかかわらず、黒煙、未燃炭化水素、一酸化炭素、窒素化合物といった有害排出ガスが多いため、日本においては現在でも、商用車を除いて、広く市場に出回っていない。
【０００３】
近年、ディーゼル燃焼後に、後処理を加えることで、黒煙や未燃炭化水素などの有害排出物を減少させる工夫が講じられている。図１２に示す排ガス浄化装置６０は、現在用いられているものであり、黒煙や未燃炭化水素の主成分をなす炭素を酸化することで二酸化炭素として排出するものである。この排ガス浄化装置６０は、排ガス中の一酸化炭素、炭化水素を酸化反応により無害化する酸化触媒６１と、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕集し、燃焼させる触媒化セラミックフィルター６２とを備える。
【０００４】
また、この排ガス浄化装置６０には、各種センサーが付属しており、例えば、触媒化セラミックフィルター６２に煤や未燃炭化水素が堆積すると、目詰まりを起こし、前後の圧力センサー６５によって、圧力差が分かることから、触媒化セラミックフィルター６２に熱を加えることで昇温し、堆積した物質を燃焼させることで、目詰まりを防止している。また、圧力センサー６５からの情報によって、触媒化セラミックフィルター６２に熱を加える手段の他に、エンジン６４の燃焼状態を変更し、排ガス温度を上昇させる方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４９２５２号公報
【特許文献２】特開平１０−１１８４１５号公報
【特許文献３】特開２００８−２６１３０１号公報
【特許文献４】特開２００８−１１４１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、これまでに製品化されてきた排ガス浄化装置を制御する方法としては、図１２のような圧力センサー６５を利用した方法が用いられてきた。
【０００７】
しかしながら、圧力センサー６５の導入管（図示せず）に煤や未燃炭化水素が付着し、正確な圧力の測定が出来なくなり、排ガスの浄化がうまくいかない場合があるという問題があった。
【０００８】
かかる問題を回避するための方法としては、特許文献３（図１３参照）に記載されるように、差圧センサー６５の導入管６６、６７に堆積した煤などを噴射空気で吹き飛ばす方法が考えられているが、装置の大型化によって、エンジン６８の配置に余裕がなくなることや、噴射空気のためのエネルギー使用などによる燃費の悪化が問題視される。特に、燃費の悪化は、現在、最も重要視されている、二酸化炭素排出の削減に対して、妨げとなるものである。
【０００９】
また、現在、光触媒を用いた排ガス浄化装置が提案されている（特許文献２参照）。
【００１０】
この排ガス浄化装置は、光ファイバーで光を導入し、かつ、光ファイバーから光が漏れるような構造とした上で、その光ファイバーの表面に光触媒を担持させ、光触媒による酸化反応を行わせることで排ガスを浄化する仕組みとなっている。
【００１１】
光触媒による排ガス分子の浄化の方法のうち、特に窒素酸化物を浄化する方法において、現在一般に考案されているような還元剤となる燃料の噴射を行う方法（特許文献４参照）と異なる。そのため、余分な燃料を噴射しないため燃費の向上につながると考えられる。
【００１２】
また、排ガスの浄化性能があるとされる酸化チタン光触媒にエネルギーを供給する必要があるが、光ファイバーによる光の供給では、光ファイバーの円筒形形状の表面にしか光が供給できない。そのため、現在用いられている黒煙、未燃炭化水素酸化触媒、窒素酸化物吸蔵還元触媒の金属系のスポンジ状の構造と比較して、排ガス構成分子との接触面積が小さくなり、十分な浄化性能が得られない可能性がある。
【００１３】
そこで、かかる問題を解決すべく排ガス構成分子との反応面積を増大させた複数種類の排ガス浄化装置（未公開）を現在開発中である。
【００１４】
ところで、これらの排ガス浄化装置には、先に述べたような、差圧センサー（圧力センサー）が付属してもよいが、その場合、差圧センサーの構造上、差圧センサーの導入管に煤などが堆積する可能性があり、特許文献３で報告したような、煤の排除装置をつけなくてはならない。これでは、光触媒反応を活かした浄化システムの利点（燃料消費の削減による省エネルギー）を減耗するという課題があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガス浄化装置に煤や未燃炭化水素が堆積したことを検知できると共に検知するための装置を良好な状態に保つために新たな装置、新たなエネルギー供給を必要としない排ガス浄化用制御機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために本発明は、エンジンの排ガスをエンジンの吸気側に還流するＥＧＲ装置と、該ＥＧＲ装置に設けられエンジンの吸気側に還流する排ガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブと、前記エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、該光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく前記ＥＧＲバルブを閉じる制御装置とを備えたものである。
【００１７】
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブを閉じても前記光検出装置で検出される光量が前記所定値未満のとき前記発光装置で発生する光量を増加させるとよい。
【００１８】
前記排ガス浄化システムはエンジンの吸入空気を増加させる過給機を備え、前記制御装置は前記ＥＧＲバルブの閉作動と同時に前記過給機を作動させてエンジンの吸入空気を増加させるとよい。
【００１９】
また、エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、前記光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく上記エンジンの燃料噴射量を減少させる制御装置とを備えたものである。
【００２０】
前記制御装置は、前記光検出装置で検出される光量が前記所定値を所定の許容値以上を超えているときは、前記発光装置で発生する光量を減少させるとよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、排ガス浄化装置に煤や未燃炭化水素が堆積したことを検知できると共に、検知するための装置を良好な状態に保つために新たな装置、新たなエネルギー供給を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は排ガス浄化システムの全体説明図である（第１の実施の形態）。
【図２】図２は排ガス浄化装置の説明図である。
【図３】図３は排ガス浄化装置の要部拡大説明図である。
【図４】図４（ａ）は図３の要部拡大説明図であり、図４（ｂ）は光透過部材に煤及び未燃炭化水素の付着が有るときと無いときの光検出装置に到達する光量を示すグラフである。
【図５】図５は排ガス浄化用制御機器の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】図６は図５の変形例の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図７】図７は図５の変形例の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図８】図８は第２の実施の形態を示す排ガス浄化装置の説明図である。
【図９】図９は図８の排ガス浄化装置の内部構造の説明図である
【図１０】図１０は図８の光透過部材の側面図である。
【図１１】図１１は図１０の要部拡大図である。
【図１２】図１２は従来の排ガス浄化装置の説明図である。
【図１３】図１３は従来の排ガス浄化システムの説明図である（特許文献３）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る第１の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００２４】
図１に示すように、排ガス浄化システム１は、ディーゼルエンジンからなるエンジン２の排ガスをエンジン２の吸気側に還流するＥＧＲ装置３と、ＥＧＲ装置３に設けられ排ガスの再循環流量を調整するためのＥＧＲバルブ４と、エンジン２の吸気側に設けられエンジン２の吸入空気を増加させる過給機２７と、エンジン２からの排ガスを排出する排気管５に設けられ排ガスを浄化する第１排ガス浄化装置６と、ＥＧＲ装置３に設けられエンジン２の吸気側に還流する排ガスを浄化する第２排ガス浄化装置７とを備える。
【００２５】
ＥＧＲ装置３は、エンジン２からの排ガスを排気する排気管５とエンジン２に空気を供給する吸気管８とを接続するＥＧＲ通路９と、ＥＧＲ通路９に設けられＥＧＲ通路９内の排ガスを冷却するＥＧＲクーラー１０とを備え、エンジン２の吸気側に排ガスの一部を還流させることでＮＯｘの発生を抑える機能を有する。ＥＧＲ通路９は、排ガスのエンタルピーを回収するタービン、蒸気発生装置又は熱交換器等の排気エンタルピー回収装置１１を介して排気管５に接続されている。
【００２６】
ＥＧＲバルブ４は、ＥＧＲ通路９内を流れる排ガスの流量を０〜１００％の間で調節する流量制御バルブからなる。ＥＧＲバルブ４は、後述する制御装置１２に信号線１３を介して接続されており、制御装置１２から制御信号を受けることで排ガスの流量を制御信号に応じた流量に調節するようになっている。
【００２７】
過給機２７は、排気エンタルピー回収装置１１からのエネルギーで駆動されるようになっている。
【００２８】
図２及び図３に示すように、第１排ガス浄化装置６は、排気管５に設けられ排ガスを通過させる外殻部１４と、外殻部１４内に設けられ排ガスを通過させる細孔１５を有すると共に光を透過させる多孔質の光透過部材３０と、光透過部材３０に付着又はコーティングされた光触媒１７と、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１とを備える。
【００２９】
図３に示すように、光透過部材３０は、排ガスを通過させる細孔１５を有すると共に光を透過させる多孔質に形成される。光透過部材３０は、ガラスを発泡させて形成したガラス発泡体からなる。ガラス発泡体は、ガラス粉体に貝殻を粉砕した貝殻粉体を含有したものを溶融後、冷却固化することで製造される。溶融後に貝殻粉体に含有する炭酸カルシウムが分解して炭酸ガスを発生させ、溶融したガラスに気泡が形成されると共に貝殻粉体が焼失して細孔１５が形成される。なお、貝殻粉体に代えて炭酸カルシウムの粉体等を用いてもよい。
【００３０】
また、図２に示すように、光透過部材３０は、外殻部１４内に排ガスの流れ方向に複数重ねて配置される。
【００３１】
図３に示すように、光触媒１７は、酸化チタンからなり、紫外光を受けることで触媒として機能する。光触媒１７は、光透過部材３０の細孔１５の内面も含む光透過部材３０の表面の全てに、すなわち、排ガスとの接触表面の全てに付着（担持）あるいはコーティングされており、広い面積で排ガスと接触するようになっている。
【００３２】
発光装置３１は、紫外線発光ダイオードからなり、光透過部材３０内に埋め込まれる。発光装置３１は多数配置したほうが光透過部材３０内（多孔質構造内）に満遍なく光を拡散できるため、発光装置３１は非常に小さいものが好ましい。発光装置３１が半導体の加工において限界（最小）となる程度の大きさのものであれば光透過部材３０内に多量に配置することができ、より満遍なく光触媒１７に光を供給できる。
【００３３】
また、光透過部材３０には、発光装置３１に電力を供給するための電力供給線３２が設けられる。電力供給線３２は、光透過部材３０内に複数並行に埋め込まれており、発光装置３１に電気的に接続されると共に図示しない外部電源に電気的に接続されている。
【００３４】
図１に示す第２排ガス浄化装置７は、外殻部１４がＥＧＲ通路９に設けられる以外は第１排ガス浄化装置６と同じに構成される。
【００３５】
図１に示すように、排ガス浄化システム１には、排ガス浄化システム１を制御するための排ガス浄化用制御機器２４が接続されている。
【００３６】
図１及び図３に示すように、排ガス浄化用制御機器２４は、発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が所定値以下のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくＥＧＲバルブ４を閉じる制御装置１２とを備える。
【００３７】
光検出装置３３は、非常に小さな受光素子からなり、光透過部材３０内に多数埋め込まれる。光検出装置３３の数を増やすほど、詳細な位置における煤や未燃炭化水素の堆積を知ることができる。また、光検出装置３３には、制御装置１２に信号を送るための信号電力供給線１３が接続されている。信号電力供給線１３は、光透過部材３０内に複数並行に埋め込まれており、光検出装置に電気的に接続されると共に後述する制御装置１２に電気的に接続されている。
【００３８】
制御装置１２は、エンジン２を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）からなる。制御装置１２は光検出装置３３に信号線１３を介して接続されると共に、ＥＧＲバルブ４に信号線１３を介して接続されている。制御装置１２は、第１排ガス浄化装置６の光透過部材３０内に埋め込まれた光検出装置３３で検出される光量が所定値以下のときＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断し、完全燃焼を実施するように燃焼方式を変更する。所定値とは、予めコンピュータで算出された、光透過部材３０に汚れがないときの、光検出装置３３に入力される予定の光量の期待値（予測値）である。
【００３９】
また、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断するとき、同時に過給機２７を作動させてエンジン内への供給酸素量を増加させるようになっている。また、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じても光検出装置３３で検出される光量が所定値以下のとき、発光装置３１の光量を増加させるようになっている。
【００４０】
またさらに制御装置１２は、光検出装置３３で検出される光量がＥＣＵで設定される期待値を所定の許容値以上超えているとき発光装置３１で発生する光量を減少させるようになっている。
【００４１】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００４２】
図１に示すエンジン２を始動すると、エンジン２から排気管５に排ガスが流れると共に図３に示す発光装置３１が発光する。
【００４３】
図４（ａ）に示すように、発光装置３１で発生した紫外光は、光透過部材３０を透過して光触媒１７に至り、光触媒１７を活性化させる。光を受けた光触媒１７が励起することで酸素から強力な酸化剤となる活性酸素を生成する。排ガス構成分子は活性酸素によって酸化される。つまり、光触媒１７は、紫外線を受けることによって、酸化性能を発揮することになる。
【００４４】
一方、図２に示す第１排ガス浄化装置６に流入した排ガスは、図３に示す光透過部材３０の細孔１５内に入り、光触媒１７と接触することで徐々に酸化されていく。酸化反応した排ガス中の有害成分は無害化される。具体的には、この酸化反応により排ガス中の黒煙などの炭素が二酸化炭素になり、未燃炭化水素が二酸化炭素と水になり、窒素酸化物が硝酸イオンになる。このとき、酸素の供給が必要になるが、酸素は排ガス中に含まれるため、上述の酸化反応は可能である。
【００４５】
図５に示すように、発光装置３１から光触媒１７に光を供給Ｓ１し、光検出装置３３を作動Ｓ２させると、光検出装置３３は、発光装置３１から発せられた光のうち光透過部材３０内を透過した光を検出する。光透過部材３０に煤や未燃炭化水素が堆積していない場合、光検出装置３３で検出される光量はＥＣＵで設定されている期待値となる。この場合、制御装置１２は、光検出装置３３で検出された光量から発光装置３１のエネルギー使用量を減少する意図があるか否かを判断する。具体的には、光検出装置３３で検出された光量が期待値を所定の許容値以上超えているか否かを判断し、光量が期待値を許容値以上超えているとき発光装置３１のエネルギー使用量を減少する意図があるものと判断し、発光装置３１からのエネルギー供給をＥＣＵにおいて設定した所定量減少Ｓ３させる（発光量を所定量減少させる）。この後、制御装置１２は、定期的に光検出装置３３を作動Ｓ２させ、光検出装置３３で検出される光量が期待値を許容値以上超えている度に発光装置３１からのエネルギー供給を所定量減少Ｓ３させる。これにより、発光装置３１から過度に光が発せられるのを防ぐことができ、省エネルギー化できる。
【００４６】
光検出装置３３で検出される光量が期待値以上、かつ、期待値を許容値以上超えない値になったら、制御装置１２は発光装置３１のエネルギー使用量を減少する意図がないものと判断する。このとき、発光装置３１からの光量は排ガスによる汚れ量の蓄積と、光によって浄化される量とが平衡状態を保っているため丁度良く、かつ、光触媒１７に排ガス構成分子が付着していない状態であるため、制御装置１２は排ガス浄化に係る制御を何もしない。
【００４７】
光検出装置３３で検出される光量が期待値よりも減少したら、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断すると同時に過給機２７を働かせるＳ４ことにより、エンジン２内への供給酸素量を増加させ、完全燃焼が行われるように変更して完全燃焼を実施する。第１排ガス浄化装置６にあっては、光触媒１７で浄化すべき排ガス成分である煤と未燃炭化水素が排ガス中から減少することにより、光触媒１７の処理能力と煤及び未燃炭化水素の供給量とのバランスが変わる。光触媒１７の処理能力が煤及び未燃炭化水素の供給量を上回ることにより、煤及び未燃炭化水素が減少する。第２排ガス浄化装置７にあっては、煤及び未燃炭化水素の供給が止まり、第２排ガス浄化装置７内の煤及び未燃炭化水素が光触媒によって処理されるのみとなって減少する。このとき、第２排ガス浄化装置７内の排ガス中には酸素が含まれているため、上述の処理は可能である。
【００４８】
また、エンジン２の燃焼を完全燃焼モードに変更しても光検出装置３３で検出される光量が期待値よりも減少しているとき、エンジン２の燃焼を完全燃焼モードに変更することは不可能であるため、発光装置３１の光量を増加させる。これにより、第１排ガス浄化装置６の光触媒１７表面の排ガス構成分子が酸化されると共に、これまで汚れのせいで十分な光量が得られなかった環境にある光触媒１７に光が到達し、光触媒１７が活性化する。そのため、光触媒１７が有効となる領域が拡がり、酸化光触媒の触媒機能回復が可能となる。
【００４９】
このように、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が期待値（所定値）未満のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくＥＧＲバルブ４を閉じる制御装置１２とを備えて排ガス浄化用制御機器２４を構成したため、差圧センサーを用いることで煤の堆積度合いを検知してきた仕組みのように差圧センサーの導入管に堆積した煤の吹き飛ばし操作を必要としないため、より省エネルギーな仕組みで第１排ガス浄化装置６に煤や未燃炭化水素が堆積したことを検知できる。そして、多孔質構造の光透過部材３０の内部に、発光装置３１と、光検出装置３３を埋め込んだ構造にすると、光検出装置３３を配置した位置の近くにおける煤や未燃炭化水素の堆積量を測定することができ、煤や未燃炭化水素の堆積を正確に検知できる。
【００５０】
また、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じても光検出装置３３で検出される光量が期待値（所定値）未満のとき発光装置３１で発生する光量を増加させるため、光触媒１７表面に煤や未燃炭化水素が堆積した場合であっても煤や未燃炭化水素を光触媒１７表面から確実に除去できる。
【００５１】
またさらに、排ガス浄化システム１はエンジン２の吸入空気を増加させる過給機２７を備え、制御装置１２はＥＧＲバルブ４の閉作動と同時に過給機２７を作動させてエンジン２の吸入空気を増加させるものとしたため、エンジン２内への供給酸素量を増加でき、より確実に完全燃焼が行われるようにできる。
【００５２】
なお、制御装置１２は光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のときＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断することを示しているが、ＥＧＲバルブ４を絞ってＥＧＲ量を減少させるものとしてもよい。
【００５３】
また、制御装置１２は光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のときＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断すると共に過給機２７を作動させて完全燃焼を実施するように燃焼を変更し、光検出装置３３で検出される光量が依然期待値未満のとき発光装置３１で発生する光量を増加させるものとしたが、ＥＧＲを中断すると共に過給機２７を作動させるステップＳ４を省略し、図６に示すように、光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のとき発光装置３１で発生する光量を増加３６させるものとしてもよい。
【００５４】
また、図７に示すように、制御装置１２は光検出装置３３で検出される光量が期待値未満のときエンジン２の燃料噴射量を減少Ｓ７させるものとしてもよい。
【００５５】
このように、排ガス浄化用制御機器２４が、光透過部材３０に光を供給する発光装置３１と、発光装置３１から光透過部材３０に供給された光のうち光透過部材３０を透過した光量を検出する光検出装置３３と、光検出装置３３で検出される光量が期待値（所定値）未満のときエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべくエンジン２の燃料噴射量を減少させる制御装置１２とを備えるものとしてもエンジン２から排出される煤や未燃炭化水素を減少させることができる。光触媒１７の処理能力が煤と未燃炭化水素の供給量を上回ることで煤及び未燃炭化水素が減少する。
【００５６】
光触媒１７は酸化チタンに限るものではなく他のものであってもよい。光触媒１７が酸化チタンである場合、光触媒１７に供給する光は紫外線が最も効果が高くなるので発光装置３１は紫外線発光ダイオードとしたが、光触媒１７が酸化チタン以外のものである場合、発光装置３１も光触媒１７を最も活性化させる光を発するものにするとよい。
【００５７】
発光装置３１は紫外線発光ダイオードに限るものではなく、紫外光を自発光する光源であれば他のものであってもよい。例えば、発光装置３１は、酸化亜鉛半導体、ダイヤモンド、窒化アルミニウムガリウムインジウムなどであってもよい。また、発光装置３１は発光ダイオード等の発光素子に限らない。発光装置３１が紫外線を出すものであれば酸化チタン触媒は性能が発揮できるので、発光装置３１はフィラメントでもよい。
【００５８】
また、制御装置１２は、ＥＧＲを中断するとき同時に過給機２７を作動させるものとしたが、ＥＧＲの中断のみで十分完全燃焼できるエンジン２の場合、過給機２７は省略してもよい。あるいはまた、ＥＧＲの中断をせず、過給機を作動させるものとしてもよい。
【００５９】
またさらに、排ガス浄化システム１は、排気管５に設けられた第１排ガス浄化装置６と、ＥＧＲ装置３に設けられた第２排ガス浄化装置７とを備えるものとしたが、第１排ガス浄化装置６、第２排ガス浄化装置７のいずれか一方のみを備えるものとしてもよい。第１排ガス浄化装置６のみとした場合、ＥＧＲ装置３を介してエンジン２の吸気側に還流する排ガスの浄化は行われないが、排気管５とＥＧＲ通路９との接続部より下流側で排ガスの浄化を行うことができ、煤や未燃炭化水素が大気に排出されることはない。また、第２排ガス浄化装置７のみとした場合、エンジン２の吸気側に還流する排ガスの浄化を行うことができる。この場合、排気管５とＥＧＲ通路９との接続部より下流側の排気管５に別途排ガス浄化装置を設けるとよい。
【００６０】
次に第１の実施の形態の光透過部材３０、発光装置３１及び光検出装置３３に変更を加えた第２の実施の形態を図面を用いて説明する。第１の実施の形態と同様の構成については説明を省き同符号を付す。
【００６１】
図８及び図９に示すように、光透過部材４０は、細長いファイバー状（繊維状）に形成されており、外殻部１４内に複数並行に設けられる。これら光透過部材４０の束は、外殻部１４内にフィルタ状の層４１を作る。また、光透過部材４０の束から構成される層４１は外殻部１４内に排ガスの流れ方向に複数重ねて配置されると共に、隣接する層４１の光透過部材４０の向き（延長方向）が互いに異なるように配置される。光透過部材４０の束の層４１の間隔は光透過部材４０の太さ程度に形成されている。なお、図例では層４１の光透過部材４０は上下、左右方向に延びるものとしたが、斜めに延びるように配置されていてもよい。
【００６２】
図１０及び図１１に示すように、光透過部材４０には、発光装置１８からの光を案内するための光導波路部４２が筒状に形成され、光導波路部４２の内周の光透過部材４０と外周の光透過部材４０には、光導波路部４２より屈折率の高い光分散部４３が光導波路部４２に隣接して形成される。光分散部４３は、光導波路部４２の内部を通過する光の供給を受けて、光導波路部４２からの光が外部に漏出するように屈折率が調整されている。また、光導波路部４２の内周の光透過部材４０には、排ガス導入用の空洞４４が形成されている。空洞４４は、光透過部材４０の中心部に長手方向に沿って形成されると共に、一端を径方向外方に開口され、他端を一端の開口方向とは反対方向に開口されている。一端の開口は、排ガスの上流側に向けられることで排ガスの入口４５を形成し、他端の開口は排ガスの下流側に開口する排ガス出口４６を形成する。また、光透過部材４０の外周面４７と空洞４４の内周面４８には予め凹凸４９が形成されており、排ガスの流れが乱流に遷移するように工夫されている。乱流による慣性遮り効果、拡散効果は、排ガスを構成する分子と光触媒１７との衝突を促進する。光触媒１７は光透過部材４０にコート又は保持（担持）されている。また、図８及び図１０に示すように、光透過部材４０の光導波路部４２の一端には、コネクタ５０を介して発光装置１８が接続されている。発光装置１８は、主に紫外線レーザー発生装置などからなる。光導波路部４２の他端側には、外殻部１４内に挿入された光検出装置２５が配置されている。光検出装置２５は信号電力供給線１３を通じて制御装置１２に接続されている。光検出装置２５は、発光装置１８から光導波路部４２に供給された光のうち光透過部材４０内を透過した光量を検出するようになっている。
【００６３】
第２の実施の形態の作用を述べる。
【００６４】
発光装置１８から紫外光が発せられると、紫外光は、コネクタ５０を介して光透過部材４０の光導波路部４２に入射する。光導波路部４２に入射した紫外光のうち、光導波路部４２と径方向内側の光分散部４３との界面に至った紫外光は、半径方向内側に向かうように屈折して空洞４４の内周面４８の光触媒１７に供給され、光導波路部４２と径方向外側の光分散部４３との界面に至った紫外光は、半径方向外側に向かうように屈折し、光透過部材４０の外周面４７の光触媒１７に供給される。紫外光を供給された光触媒１７はそれぞれ活性化する。
【００６５】
発光装置１８が発光すると、光触媒１７に光が供給されると共に、発光装置１８から発せられた光のうち光透過部材４０内を透過した光が外殻部１４内に挿入された光検出装置２５に到達する。光透過部材４０の表面に煤又は未燃炭化水素の分子が付着すると、外殻部１４内に挿入された光検出装置２５に到達する光量が減少し、光検出装置２５が検出する光量が期待値より減少する。
【００６６】
図５に示すように、発光装置１８から光触媒１７に光を供給Ｓ１し、光検出装置２５を作動Ｓ２させると、光検出装置２５は、発光装置１８から発せられた光のうち光透過部材４０内を透過した光を検出する。光透過部材４０の表面に排ガス構成分子が付着し、光検出装置２５で検出される光量が期待値よりも減少したら、制御装置１２は、ＥＧＲバルブ４を閉じてＥＧＲを中断すると同時に過給機２７を働かせることにより、エンジン２内への供給酸素量を増加させ、完全燃焼が行われるように変更して完全燃焼を実施Ｓ４する。第１排ガス浄化装置６にあっては、光触媒１７の処理能力が煤及び未燃炭化水素の供給量を上回ることにより、煤及び未燃炭化水素が減少する。
【００６７】
また、エンジン２の燃焼を完全燃焼が行われるように変更しても光検出装置２５で検出される光量が期待値よりも減少しているとき、エンジン２の燃焼を完全燃焼モードに変更するために燃料噴射量を減少Ｓ７させてもよい。
【００６８】
このように、光透過部材４０を細長いファイバー状（繊維状）に形成し、光透過部材４０の一端に発光装置１８を接続し、光透過部材４０の他端に光検出装置２５を接続するものとしても、第１排ガス浄化装置６に煤や未燃炭化水素が堆積したことを精度良く省エネルギーで検知できる。
【符号の説明】
【００６９】
１ 排ガス浄化システム
２ エンジン
３ ＥＧＲ装置
４ ＥＧＲバルブ
５ 排気管
１２ 制御装置
１４ 外殻部
１７ 光触媒
２４ 排ガス浄化用制御機器
２７ 過給機
３０ 光透過部材
３１ 発光装置
３３ 光検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排ガスをエンジンの吸気側に還流するＥＧＲ装置と、該ＥＧＲ装置に設けられエンジンの吸気側に還流する排ガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブと、前記エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、該光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく前記ＥＧＲバルブを閉じる制御装置とを備えたことを特徴とする排ガス浄化用制御機器。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブを閉じても前記光検出装置で検出される光量が前記所定値未満のとき前記発光装置で発生する光量を増加させる請求項１記載の排ガス浄化用制御機器。
【請求項３】
前記排ガス浄化システムはエンジンの吸入空気を増加させる過給機を備え、前記制御装置は前記ＥＧＲバルブの閉作動と同時に前記過給機を作動させてエンジンの吸入空気を増加させる請求項１又は２記載の排ガス浄化用制御機器。
【請求項４】
エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、前記光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく上記エンジンの燃料噴射量を減少させる制御装置とを備えたことを特徴とする排ガス浄化用制御機器。
【請求項５】
前記制御装置は、前記光検出装置で検出される光量が前記所定値を所定の許容値以上超えているとき前記発光装置で発生する光量を減少させる請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス浄化用制御機器。
【請求項１】
エンジンの排ガスをエンジンの吸気側に還流するＥＧＲ装置と、該ＥＧＲ装置に設けられエンジンの吸気側に還流する排ガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブと、前記エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、該光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく前記ＥＧＲバルブを閉じる制御装置とを備えたことを特徴とする排ガス浄化用制御機器。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ＥＧＲバルブを閉じても前記光検出装置で検出される光量が前記所定値未満のとき前記発光装置で発生する光量を増加させる請求項１記載の排ガス浄化用制御機器。
【請求項３】
前記排ガス浄化システムはエンジンの吸入空気を増加させる過給機を備え、前記制御装置は前記ＥＧＲバルブの閉作動と同時に前記過給機を作動させてエンジンの吸入空気を増加させる請求項１又は２記載の排ガス浄化用制御機器。
【請求項４】
エンジンからの排ガスを排出する排気管に設けられ排ガスを通過させる外殻部と、該外殻部内に設けられ光を透過させる光透過部材と、該光透過部材に付着又はコーティングされた光触媒とを備えた排ガス浄化システムを制御する排ガス浄化用制御機器において、前記光透過部材に光を供給する発光装置と、該発光装置から前記光透過部材に供給された光のうち光透過部材を透過した光量を検出する光検出装置と、前記光検出装置で検出される光量が所定値未満のとき前記エンジンから排出される煤や未燃炭化水素を減少させるべく上記エンジンの燃料噴射量を減少させる制御装置とを備えたことを特徴とする排ガス浄化用制御機器。
【請求項５】
前記制御装置は、前記光検出装置で検出される光量が前記所定値を所定の許容値以上超えているとき前記発光装置で発生する光量を減少させる請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス浄化用制御機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１７９４４０（Ｐ２０１１−１７９４４０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５７２３（Ｐ２０１０−４５７２３）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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