(57)【要約】【課題】酸化触媒とパティキュレートとが離隔して配置された排気系においても燃料消費を抑制しつつ効率良くパティキュレートフィルタを昇温させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気系に並列に接続された第１および第２の排気通路３１，３２のうち、第１の排気通路３１に配置された酸化触媒４０と、第１および第２の排気通路３１，３２とが合流した下流側排気通路３３に配置されたＤＰＦ５０とを備え、ＤＰＦ５０の再生処理を実行する際に、酸化触媒４０に流入する排気ガスの空燃比がリッチになり、かつ、第1および第２の排気通路３１，３２から下流側排気通路を通じてＤＰＦ５０に流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように制御する。【選択図】図４
2010127150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に並列に接続された第１および第２の排気通路のうち、第１の排気通路に配置された酸化触媒と、
前記第１および第２の排気通路とが合流した下流側排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタの再生処理を実行する際に、前記酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになり、かつ、前記第1および第２の排気通路から前記下流排気通路を通じて前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように制御する空燃比制御手段と
を有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】
前記第１及び第２の排気通路は、前記内燃機関に備わる第１及び第２の気筒群の排気ポートに共通に接続された上流側排気通路にそれぞれ接続され、
前記第１の排気通路の前記酸化触媒の上流側に設けられて全ての運転領域で作動する第１の過給機と、
前記第２の排気通路に設けられて運転状態に応じて選択的に作動する第２の過給機と、を備え、
前記空燃比制御手段は、前記第１及び第２の過給機の双方が作動している場合に、前記酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになり、かつ、前記第1および第２の排気通路から前記下流側排気通路を通じて前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように制御する、
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】
前記空燃比制御手段は、前記酸化触媒の上流側の前記第１の排気通路に設けられた燃料添加弁を制御して排気ガスの空燃比がリッチになるように制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【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】
特許文献１は、内燃機関の排気通路に２基の過給機を設け、一の過給機にのみ排気ガスを流通させる第１のモードと、２機の過給機の両方に排気ガスを流通させる第２のモードとを切り換える構成のいわゆるシーケンシャルツインターボシステムを開示している。この特許文献１に開示された技術は、第１のモードにおいて、一方の過給機の上流側から他方の過給機の上流側へ排気ガスを合流させ、第２のモードにおいては、一方の過給機と他方の過給機をそれぞれを通過させた排気ガスを合流させる。
【０００３】
ところで、内燃機関から排出される粒子状物質(ＰＭ：Particulate Matter)を除去するために、ＰＭをパティキュレートフィルタで捕集し、所定量のＰＭがパティキュレートフィルタに捕集されたところで、当該パティキュレートフィルタの温度を上昇させてＰＭを燃焼させることが行われている。
【０００４】
特許文献１に開示されている構成のように、排気ガスの流通経路を複数備えている場合に、内燃機関から排出されるＰＭをパティキュレートフィルタで適切に捕集するためには、可及的多くの流通経路において最も排気下流側における合流部より下流側にパティキュレートフィルタを配置する必要がある。
【０００５】
また、パティキュレートフィルタを効果的に昇温するために、パティキュレートフィルタの排気上流側に酸化触媒を配置し、これに未燃燃料を含む排気ガスを供給し、酸化触媒で未燃燃料等を酸化させることにより、排気ガスの温度を昇温させて排気後流側にあるパティキュレートフィルタを昇温させ、パティキュレートフィルタにおいてＰＭを燃焼させる技術が知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１２２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したように、複数の排気ガスの流通経路を設け、排気上流側に酸化触媒を配置すると共に排気下流側にパティキュレートフィルタを配置した場合には、酸化触媒とパティキュレートフィルタとの距離が比較的長くなり、パティキュレートフィルタに到達するまでに熱量が失われやすくなる。
【０００８】
このため、パティキュレートフィルタを必要な温度に上昇させるためには、酸化触媒に余分なエネルギを供給する必要があり、燃費が悪化する可能性がある。特に、シーケンシャルツインターボシステムを備えた過給機付のディーゼルエンジンでは、両方のターボ過給機を作動させると排気ガスに含まれる酸素濃度が相対的に高くなり酸化触媒における酸化反応が進みすぎて、燃費がさらに低下する可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸化触媒とパティキュレートとが離隔して配置された排気系においても効率良くパティキュレートフィルタを昇温させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に並列に接続された第１および第２の排気通路のうち、第１の排気通路に配置された酸化触媒と、前記第１および第２の排気通路とが合流した下流側排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの再生処理を実行する際に、前記酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになり、かつ、前記第1および第２の排気通路から前記下流側排気通路を通じて前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように制御する空燃比制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、前記第１及び第２の排気通路は、前記内燃機関に備わる第１及び第２の気筒群の排気ポートに共通に接続された上流側排気通路にそれぞれ接続され、前記第１の排気通路の前記酸化触媒の上流側に設けられて全ての運転領域で作動する第１の過給機と、前記第２の排気通路に設けられて運転状態に応じて選択的に作動する第２の過給機と、を備え、前記空燃比制御手段は、前記第１及び第２の過給機の双方が作動している場合に、前記酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチになり、かつ、前記第1および第２の排気通路から前記下流側排気通路を通じて前記パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように制御する、構成を採用できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、酸化触媒とパティキュレートとが離隔して配置された排気系においても燃料消費を抑制しつつ効率良くパティキュレートフィルタを昇温させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の構成図である。
【００１５】
図１に示す内燃機関１は、例えば４気筒からなる第１及び第２の気筒群１０Ａ，１０Ｂを備えていると共に、第1及び第２の過給機１１Ａ，１１Ｂを備えている、いわゆるシーケンシャルツインターボ・ディーゼルエンジンである。
【００１６】
この内燃機関の排気系は、第１の気筒群１０Ａ及び第２の気筒群１０Ｂの排気ポートに共通に接続された上流側排気通路３０と、この上流側排気通路３０に並列に接続された第１及び第２の排気通路３１，３２と、第１及び第２の排気通路３１，３２が合流して形成される下流側排気通路３３とを有する。
【００１７】
第1の過給機１１Ａは第１の排気通路３１に設けられ、第２の過給機１１Ｂは、第２の排気通路３２に設けられている。これら第１および第２の過給機３１，３２は、図示しない、互いに回転方向一体に連結された吸入空気コンプレッサおよび排気タービンを有し、排気タービンを排気エネルギにより回転させて吸入空気コンプレッサを回転させる公知のものであり、内燃機械１内に正圧の空気を吸入させることができるようになっている。
【００１８】
また、上流側排気通路３０と第２の過給機１１Ｂとを接続する排気通路には開閉弁３５が設けられ、この開閉弁３５が閉じられている場合には第２の過給機１１Ｂは作動せず、開放されると作動するようになっている。
【００１９】
内燃機関１の排気ガスを浄化するために、第１の排気通路３１には酸化触媒４０が設けられ、下流側排気通路３３にはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）５０が設けられている。
【００２０】
ＤＰＦ５０は、例えば、セラミック等からなるフィルタ担体を備え、排気ガス中のＰＭをこのフィルタ担体により捕集するために設けられている。ＤＰＦ５０に所定量のＰＭが堆積すると、堆積したＰＭを燃焼除去するために、再生処理が必要である。この再生処理は、ＤＰＦ５０を所定温度に昇温させることにより実行される。なお、酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルタを用いることも可能である。
【００２１】
酸化触媒４０は、その上流に設けられた燃料添加弁２０から添加される燃料（ＨＣ）等を酸化することにより、排気ガスの温度を上昇させ、下流側に存在するＤＰＦ５０を昇温させるために設けられている。すなわち、ＤＰＦ５０を昇温させてＤＰＦ５０に捕集したＰＭの燃焼を起こり易くさせる。酸化触媒４０は、例えば、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等を担持させて形成されている。酸化触媒４０は、流入する排気ガスの空燃比がリーンな状態では、効率良く燃料等を酸化し、排気ガスの空燃比がリッチになると、酸素が不足するので燃料が十分には燃焼しない。
【００２２】
電子制御装置（ＥＣＣ）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）等のバックアップ用メモリ、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路、駆動回路等を含む出力インターフェース回路を含むハードウエアと所要のソフトウエアで構成される。ＥＣＵ６０は、酸化触媒４０の上流側に設けられた空燃比センサ７０、下流側排気通路３３のＤＰＦ５０の上流側に設けられた空燃比センサ７０、下流側排気通路３３に設けられた排気温度センサ８０等の検出信号が入力されると共に、燃料添加弁２０や開閉弁３５を制御する。なお、ＥＣＵ６０の具体的な制御については後述する。
【００２３】
図２は、第1の過給機１１Ａ及び第２の過給機１１Ｂの作動条件の一例を示す図である。
【００２４】
図２に示すように、1ターボ領域（１）では、第1の過給機１１Ａのみ作動し、２ターボ領域（２）では、第1の過給機１１Ａ及び第２の過給機１１Ｂの双方が作動する。したがって、第1の過給機１１Ａは全ての運転領域で作動することになり、第２の過給機１１ｂは比較的高回転、高負荷の運転領域で作動することになる。
【００２５】
次に、ＥＣＵ６０によるＤＰＦ５０の再生処理の一例について図３に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図３に示す処理ルーチンは所定時間毎に繰り返し実行される。
【００２６】
先ず、ＤＰＦ５０の再生処理が必要かを判断する（ステップＳ１）。すなわち、ＤＰＦ５０に捕集されたＰＭの量が所定量を越えたかを判断する。ＤＰＦ５０に堆積したＰＭの量は、周知の技術により推定可能である。
【００２７】
ステップＳ１において、ＤＰＦ５０の再生処理が不要と判断した場合には、処理を終了する。ＤＰＦ５０の再生処理が必要と判断した場合には、内燃機関１の現在の運転領域が、第1の過給機１１Ａ及び第２の過給機１１Ｂの双方が作動する２ターボ領域（２）にあるかを判断する（ステップＳ２）。
【００２８】
ステップＳ２において、内燃機関１の現在の運転領域が２ターボ領域（２）にあると判断した場合には、酸化触媒４０に流入する排気ガスの空燃比がリッチになり、かつ、第1の排気通路３１および第２の排気通路３２から下流側排気通路３３を通じてＤＰＦ５０に流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように、燃料添加弁２０の燃料添加量を制御する（ステップＳ３）。
【００２９】
酸化触媒４０に流入する排気ガスの空燃比をリッチにし、かつ、ＤＰＦ５０に流入する排気ガスの空燃比をリーンにするための燃料添加量は、内燃機関１の現在の運転領域、空燃比センサ７０，７１の検出値等から算出することができる。また、空燃比センサ７０，７１の検出値を用いて燃料添加量をフィードバック制御することもできる。
【００３０】
これにより図４に示すように、酸化触媒４０には、空燃比がリッチの排気ガスが流入する。酸化触媒４０に空燃比がリッチの排気ガスが流入すると、酸化触媒４０では酸素が不足した状態となり、添加された燃料の燃焼が進行しにくくなり、多くの燃料が燃焼せずに酸化触媒４０をすり抜ける。このため、酸化触媒４０の温度が過剰に上昇することがない。
【００３１】
そして、酸化触媒４０をすり抜けた燃料は、第２の排気通路３２を通じて下流側排気通路３３に流入する空燃比がリーンの排気ガスと合流する。燃料添加弁２０の燃料添加量は、この合流した後の排気ガスの空燃比がリーンになるように調整されているので、空燃比がリーンの排気ガスがＤＰＦ５０に供給される。
【００３２】
ＤＰＦ５０は、燃料添加弁２０から燃料を添加した後に、酸化触媒４０における燃焼により昇温された排気ガスが供給され、これにより、捕集したＰＭの燃焼を開始する。このとき、ＤＰＦ５０には、酸化触媒４０をすり抜けた燃料を含む空燃比がリーンの排気ガスが供給される。この酸化触媒４０をすり抜けた燃料は、空燃比がリーンの条件下で効率よく燃焼されてＤＰＦ５０の昇温に効果的に寄し、結果として、ＰＭを短時間で効率良く除去できる。
【００３３】
このように、酸化触媒４０に空燃比がリッチの排気ガスを流入させ、かつ、ＤＰＦ５０に空燃比がリーンの排気ガスを流入させることにより、酸化触媒４０における燃料の過剰な消費を避けつつＤＰＦ５０の再生処理を効率的に実施できるので、ＤＰＦ５０の再生処理にかかる燃費を低減できる。
【００３４】
ステップＳ２において、内燃機関１の現在の運転領域が２ターボ領域（２）でない、すなわち、１ターボ領域（１）であると判断した場合には、酸化触媒４０に流入する排気ガスの空燃比がリーンになるように、燃料添加弁２０から必要な量を燃料を添加する（ステップＳ４）。これにより、開閉弁３５は閉じられ、図５に示すように、第２の排気通路３２には排気ガスが流通せずに、第１の排気通路３１に空燃比がリーンの排気ガスが流通する。このとき、酸化触媒４０において燃料が燃焼するが、１ターボ領域（１）では第２の過給機１１Ｂが作動していないので、排気ガスに含まれる酸素の量は２ターボ領域（２）と比べて少ない。このため、空燃比がリーンの排気ガスが酸化触媒４０へ流入したとしても酸化触媒４０において過剰な燃焼は発生しにくく、燃料の過剰な消費は抑えられる。
【００３５】
上記実施形態では、燃料添加弁２０により排気ガスの空燃比を制御する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるわけではなく、内燃機関１において、燃料のいわゆるポスト噴射をすることで排気ガスの空燃比をコントロールすることも可能である。
【００３６】
また、上記実施形態では、２つの過給機を備える内燃機関に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、過給機を備えない内燃機関への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の構成図である。
【図２】２つの過給機の作動領域を示す図である。
【図３】ＤＰＦ再生処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】第１および第２の過給機が作動しているときの空燃比の状態を示す図である。
【図５】第１の過給機のみが作動しているときの空燃比の状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…内燃機関
１０Ａ…第1の気筒群
１０Ｂ…第2の気筒群
１１Ａ…第1の過給機
１１Ｂ…第2の過給機
２０…燃料添加弁
３０…上流側排気通路
３１…第1の排気通路
３２…第2の排気通路
３３…下流側排気通路
４０…酸化触媒
５０…ＤＰＦ
６０…ＥＣＵ
７０，７１…空燃比センサ
８０…排気温度センサ
【図１】
2010127150.tif 000003
【図２】
2010127150.tif 000004
【図３】
2010127150.tif 000005
【図４】
2010127150.tif 000006
【図５】
2010127150.tif 000007