(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、活性酸素を効率良く有効に利用して、優れた排気浄化性能を得ることを目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、ディーゼルエンジン１の排気通路に配置され、排気ガスを浄化するＤＰＦ１５と、ＤＰＦ１５にオゾンを供給する活性酸素供給装置と、ＤＰＦ１５の上流側の排気ガスの温度を調整する温度調整装置５と、ＤＰＦ１５にオゾンが供給されるときに、温度調整装置５により、排気ガスの温度を制御する制御手段と、を備える。温度調整装置５は、冷却水６が循環可能なウォータージャケット６と、ヒーター７とを備える。【選択図】図１
2010144524.tif 000002
【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、排気ガスを浄化する排気浄化器と、
前記排気浄化器に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
前記排気浄化器の上流側の排気ガスの温度を調整する温度調整装置と、
前記排気浄化器に活性酸素が供給されるときに、前記温度調整装置により、排気ガスの温度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記温度調整装置は、排気ガスを加熱する加熱装置を備え、
前記制御手段は、排気ガスの温度が目標温度より低い場合に、前記加熱装置を作動させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記温度調整装置は、排気ガスを冷却する冷却装置を備え、
前記制御手段は、排気ガスの温度が目標温度より高い場合に、前記冷却装置を作動させることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記冷却装置は、前記内燃機関の冷却水を用いて排気ガスを冷却することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記活性酸素供給装置により供給された活性酸素を含んだ排気ガスの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度が目標温度に近づくように、前記温度調整装置の作動を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記活性酸素供給装置は、前記温度調整装置を通過した後の排気ガス中に活性酸素を供給することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項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】
内燃機関の排気通路内にオゾン等の活性酸素を供給することにより、有害成分の浄化率の向上を図る技術が知られている。例えば、特開２００８−１４４６４５号公報には、内燃機関と電動機とを組み合わせて走行するハイブリッド車両において、内燃機関の冷間始動時の未燃成分を浄化するために活性酸素を利用する装置が開示されている。この装置は、排気浄化触媒を加熱するヒータを備えている。そして、この装置では、排気浄化触媒の温度が活性温度より低い第１の所定温度まで上昇する前にエンジン停止条件が成立したときには、ヒータを作動させ、排気浄化触媒の温度を上記第１の所定温度より高い第２の所定温度まで上昇させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４４６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、冷間始動時に多く発生するＨＣ等の未燃成分を浄化するために活性酸素を利用しているが、未燃成分以外を浄化する場合にも活性酸素は有効である。例えば、粒子状物質(Particulate Matter)を捕集するフィルターに活性酸素を供給することにより、蓄積した粒子状物質を酸化燃焼させて除去することができる。
【０００５】
しかしながら、活性酸素は、高温になると、自己分解し易くなる。このため、排気ガスの温度が高い場合（例えば３００℃以上程度）には、供給した活性酸素の多くが熱によって分解してしまい、効果が得られなくなってしまう。また、活性酸素を生成するためには電力が必要であるので、活性酸素の消費量が多いと、燃費が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、活性酸素を効率良く有効に利用して、優れた排気浄化性能を得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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気浄化器と、
前記排気浄化器に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
前記排気浄化器の上流側の排気ガスの温度を調整する温度調整装置と、
前記排気浄化器に活性酸素が供給されるときに、前記温度調整装置により、排気ガスの温度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記温度調整装置は、排気ガスを加熱する加熱装置を備え、
前記制御手段は、排気ガスの温度が目標温度より低い場合に、前記加熱装置を作動させることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記温度調整装置は、排気ガスを冷却する冷却装置を備え、
前記制御手段は、排気ガスの温度が目標温度より高い場合に、前記冷却装置を作動させることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記冷却装置は、前記内燃機関の冷却水を用いて排気ガスを冷却することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素供給装置により供給された活性酸素を含んだ排気ガスの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された温度が目標温度に近づくように、前記温度調整装置の作動を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素供給装置は、前記温度調整装置を通過した後の排気ガス中に活性酸素を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、排気浄化器に活性酸素が供給されるときに、排気浄化器の上流側の排気ガスの温度を温度調整装置により制御することができる。このため、排気ガス温度が高すぎて活性酸素が熱により分解したり、排気ガス温度が低すぎて活性酸素と有害成分との反応性が低下したりすることを確実に回避することができる。それゆえ、少ない活性酸素使用量で、優れた浄化性能が得られる。よって、活性酸素の生成および供給に要する電力を確実に抑制することができ、燃費を更に改善することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、排気ガスの温度が目標温度より低い場合に、温度調整装置が備える加熱装置を作動させることができる。このため、内燃機関から排出される排気ガスの温度が低すぎる場合においても、優れた浄化性能が得られる。
【００１５】
第３の発明によれば、排気ガスの温度が目標温度より高い場合に、温度調整装置が備える冷却装置を作動させることができる。このため、内燃機関から排出される排気ガスの温度が高すぎる場合においても、優れた浄化性能が得られる。
【００１６】
第４の発明によれば、温度調整装置が備える冷却装置は、内燃機関の冷却水を利用して排気ガスを冷却することができる。このため、冷却装置の構造を簡素化することができ、コスト低減および重量軽減が図れる。
【００１７】
第５の発明によれば、活性酸素供給装置により供給された活性酸素を含んだ排気ガスの温度を検出し、その検出された温度が目標温度に近づくように、温度調整装置の作動を制御することができる。これにより、排気浄化器に流入する、活性酸素を含んだ排気ガスの温度を、浄化効率が最良となるような最適な温度に制御することができる。それゆえ、より少ない活性酸素使用量で、特に優れた浄化性能が得られる。
【００１８】
第６の発明によれば、温度調整装置を通過した後の排気ガス中に活性酸素を供給することができる。内燃機関から排出される排気ガスの温度が高い場合であっても、温度調整装置を通過した後の排気ガスの温度は、活性酸素の分解を十分に抑制できるような適切な温度に調整されている。このため、温度調整装置を通過した後の排気ガスに活性酸素を供給することにより、排気浄化器に流入する前に活性酸素が熱によって分解することを確実に抑制することができる。よって、活性酸素をより有効に無駄なく利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、ディーゼルエンジン１を備えている。ディーゼルエンジン１から排出された排気ガスは、排気管２を通り、酸化触媒３に流入する。酸化触媒３を通過した排気ガスは、排気管４に流入する。
【００２０】
排気ガスの温度を調整するための温度調整装置５は、排気管４を取り囲むように配置されている。温度調整装置５は、エンジン冷却水が循環可能なウォータージャケット６と、ヒーター７とを備えている。
【００２１】
排気管４の下流側には、混合室８が設けられている。すなわち、温度調整装置５を通過した排気ガスは、混合室８に流入する。混合室８は、排気ガスとオゾン（Ｏ3）とを混合させるために設けられた空間である。混合室８内のガスの温度は、温度センサ９により検出することができる。
【００２２】
オゾンは、オゾン発生器１０により生成される。オゾン発生器１０は、高電圧を印加可能な放電管を備えており、取り入れた空気中の酸素から、オゾンを発生させる。発生したオゾンは、ポンプ１２により圧送され、オゾン輸送管１３を通って、混合室８内へ送られる。
【００２３】
混合室８の下流側には、排気ガス中の粒子状物質(Particulate Matter)１７を捕集するＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)１５が設けられている。本実施形態のＤＰＦ１５は、例えばコージェライト等の多孔質セラミックで構成されたハニカム構造体からなるウォールフロータイプのフィルター１６を内蔵している。このフィルター１６には、上流端が封止されたセルと下流端が封止されたセルとが交互に配列されている。混合室８からＤＰＦ１５に流入した排気ガスは、まず、下流端が封止されたセルに流入する。そして、それらのセルの壁に形成された多数の微細孔を通過して、隣接したセル（つまり上流端が封止されたセル）に移動し、ＤＰＦ１５の下流へ出てゆく。排気ガスが各セルの壁を透過する際に、上記微細孔に粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称する）１７が捕集される。なお、ＤＰＦ１５のフィルター１６には、触媒が担持されていてもよい。
【００２４】
本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)１９と、温度調整装置５より上流側の排気ガスの温度を検出する温度センサ２０とを備えている。
【００２５】
温度調整装置５のウォータージャケット６には、エンジン冷却水を循環させるための入口側配管２１および出口側配管２２が接続されている。入口側配管２１には、開閉弁２３が設けられている。開閉弁２３を開くと、ウォータージャケット６にエンジン冷却水が循環し、排気管４を流れる排気ガスを冷却することができる。
【００２６】
温度調整装置５のヒーター７には、ヒーター駆動回路２４が接続されている。ヒーター駆動回路２４によりヒーター７に通電すると、排気管４を流れる排気ガスを加熱することができる。
【００２７】
温度センサ９，２０、オゾン発生器１０、ポンプ１２、開閉弁２３、ヒーター駆動回路２４は、ＥＣＵ１９に電気的に接続されている。ＥＣＵ１９には、更に、ディーゼルエンジン１を制御するための各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。
【００２８】
ＤＰＦ１５に蓄積したＰＭ１７の量が多くなると、ＤＰＦ１５の通気抵抗が増大し、ディーゼルエンジン１の背圧が上昇する。このため、ＥＣＵ１９は、例えば、ＤＰＦ１５の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ（図示せず）によってＤＰＦ１５に蓄積したＰＭ１７の量を検出し、その蓄積量が所定の判定値を超えた場合には、蓄積したＰＭ１７を酸化（燃焼）させて除去する処理（以下、「ＤＰＦ再生」とも呼ぶ）を行う。
【００２９】
従来、ＤＰＦ再生を行う際には、ＤＰＦ１５の温度を例えば６００℃以上の高温にすることにより、ＰＭ１７を燃焼させて除去していた。ＤＰＦ１５の温度をこのような高温にするには、排気系燃料添加やポスト噴射などにより、排気ガス中に燃料を添加する必要がある。このため、燃費が悪化していた。
【００３０】
これに対し、本実施形態では、ＤＰＦ再生を行う際、オゾン発生器１０で発生させたオゾンをＤＰＦ１５に供給し、オゾンによってＰＭ１７を酸化させることができる。オゾンは、強い酸化力を有している。このため、ＤＰＦ１５を高温にすることなく、ＰＭ１７を確実に酸化させて除去することができる。よって、燃費の悪化を抑制することができる。
【００３１】
しかしながら、オゾンは、高温になると、自己分解し易くなる。このため、ＤＰＦ１５に流入する排気ガスの温度が高いと、供給したオゾンがＰＭ１７と反応する前に分解してしまい易い。そして、排気ガスの温度が３００℃以上になると、ＰＭ１７を酸化させる効果がほとんど得られなくなってしまう。
【００３２】
逆に、ＤＰＦ１５に流入する排気ガスの温度が低過ぎると、オゾンがＰＭ１７と反応しにくくなる。このため、ＤＰＦ再生を完了するまでに必要なオゾンの量が多くなる。その結果、オゾン発生器１０やポンプ１２の消費電力が増大し、燃費を改善しにくくなる。
【００３３】
このようなことから、オゾンを用いてＤＰＦ再生を行う際には、オゾンによるＰＭ酸化効率が最も高くなるような、最適な排気ガス温度が存在する。本発明者らの知見によれば、ＤＰＦ１５に流入する、オゾンを含んだ排気ガスの温度が２００℃である場合に、最も高いＰＭ酸化効率が得られる。
【００３４】
そこで、本実施形態では、ＤＰＦ再生を行うとき、温度調整装置５によって排気ガスの温度を調整することにより、オゾンによるＰＭ酸化効率を向上させることとした。具体的には、ＥＣＵ１９は、まず、ＤＰＦ１５に流入する、オゾンを含んだ排気ガスの温度を温度センサ９により検出する。そして、その検出された温度が２００℃より高い場合には、開閉弁２３を開いてエンジン冷却水をウォータージャケット６に循環させることにより、排気ガスを冷却する。一方、検出された温度が２００℃より低い場合には、ヒーター７に通電することにより、排気ガスを加熱する。これにより、オゾンを含んだ排気ガスの温度を、最適温度である２００℃の近傍に維持することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、温度センサ２０を設けたことにより、温度調整装置５の上流側の排気ガスの温度を検出することができる。このため、混合室８へ流入する排気ガスの温度を予測することができる。この予測に応じて温度調整装置５の作動を制御することにより、ＤＰＦ１５に流入するオゾンを含んだ排気ガスの温度をより高精度に制御することができる。
【００３６】
［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ１９が実行するルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ＤＰＦ再生が行われているときに実行される。
【００３７】
図２に示すルーチンによれば、まず、温度センサ２０により、温度調整装置５の上流側の排気ガスの温度が測定される（ステップ１００）。次いで、温度センサ９により、混合室８内の温度、すなわちオゾンを含んだ排気ガスの温度が測定される（ステップ１０２）。続いて、上記ステップ１０２で測定された、オゾンを含んだ排気ガスの温度Ｔが、２００℃より低いか否か判定される（ステップ１０４）。
【００３８】
上記ステップ１０４で、オゾンを含んだ排気ガスの温度Ｔが２００℃より低いと判定された場合には、排気ガスを加熱するべく、ヒーター７に通電するようにヒーター駆動回路２４が制御される（ステップ１０６）。このステップ１０６においては、上記ステップ１００で測定された温度や、上記ステップ１０２で測定された温度に応じて、ヒーター７への通電量を制御することにより、排気ガスに対する加熱量が調節される。
【００３９】
一方、上記ステップ１０４で、オゾンを含んだ排気ガスの温度Ｔが２００℃以上であると判定された場合には、排気ガスを冷却するべく、開閉弁２３が開かれる（ステップ１０８）。このステップ１０８においては、上記ステップ１００で測定された温度や、上記ステップ１０２で測定された温度に応じて、開閉弁２３の開度を制御することにより、冷却水流量（つまり排気ガスに対する冷却量）が調節される。
【００４０】
上述した図２に示すルーチンの制御によれば、ＤＰＦ再生の実行中、ＤＰＦ１５に流入する、オゾンを含んだ排気ガスの温度が、ＰＭ酸化効率が最良となる温度（２００℃）に近づくように、精度良く制御することができる。このため、少ない量のオゾンで、ＤＰＦ１５に蓄積したＰＭ１７を確実に酸化させて除去することができる。よって、オゾンを生成および供給するために要する電力を低減することができ、燃費をより一層改善することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、温度調整装置５を通過した、混合室８内の排気ガス中にオゾンを供給する構成となっている。これにより、次のような利点がある。ディーゼルエンジン１から排出される排気ガスの温度が高い場合（高負荷運転時）であっても、温度調整装置５を通過した後の排気ガスの温度は、２００℃付近の温度に調整されている。このため、供給されたオゾンがＤＰＦ１５に流入する前に熱によって分解することを確実に抑制することができ、オゾンをより有効に無駄なく利用することができる。
【００４２】
なお、図１に示す本実施形態のシステムでは、オゾン発生器１０により生成されたオゾンをそのまま混合室８へ送って排気ガス中に添加するように構成されているが、本発明では、オゾンを予め生成、貯留しておき、その貯留されたオゾンを必要時に排気ガス中に添加するようにしてもよい。また、本実施形態では、外部から取り込んだ空気中の酸素によってオゾンを生成しているが、本発明では、オゾン発生器を排気ガス流路内に設置する構成としてもよい。すなわち、排気ガス中に残存する酸素をオゾンに転換させるようにしてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、ＤＰＦ再生を行う場合にオゾンを利用する場合を例に説明したが、本発明では、オゾンの供給対象となる排気浄化器の種類は、特に限定されず、例えば、三元触媒、ＮＯｘ触媒、酸化触媒等であってもよい。
【００４４】
また、本実施形態では、活性酸素としてオゾンを排気ガス中に供給しているが、本発明では、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素（例えば、Ｏ-，Ｏ2-，Ｏ2-，Ｏ3-，Ｏn-等で表される酸素マイナスイオン）を排気ガス中に供給するようにしてもよい。
【００４５】
また、上述した実施の形態１においては、ディーゼルエンジン１が前記第１の発明における「内燃機関」に、ＤＰＦ１５が前記第１の発明における「排気浄化器」に、オゾン発生器１０、ポンプ１２およびオゾン輸送管１３が前記第１の発明における「活性酸素供給装置」に、ヒーター７が前記第２の発明における「加熱装置」に、ウォータージャケット６、入口側配管２１、出口側配管２２および開閉弁２３が前記第３の発明における「冷却装置」に、温度センサ９が前記第５の発明における「温度検出手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ１９が、図１に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１、第２、第３および第５の発明における「制御手段」がそれぞれ実現されている。
【００４６】
なお、上述した実施の形態における温度調整装置は、排気ガスを加熱または冷却することによって排気ガスの温度を調整するものであるが、本発明における温度調整装置は、内燃機関の運転制御によって（すなわち、制御パラメータを変化させることによって）、排気ガスの温度を調整する構成をも含む概念である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  ディーゼルエンジン
２  排気管
３  酸化触媒
４  排気管
５  温度調整装置
６  ウォータージャケット
７  ヒーター
８  混合室
９  温度センサ
１０  オゾン発生器
１２  ポンプ
１３  オゾン輸送管
１５  ＤＰＦ
１６  フィルター
１７  粒子状物質
１９  ＥＣＵ
２０  温度センサ
２１  入口側配管
２２  出口側配管
２３  開閉弁
２４  ヒーター駆動回路
【図１】
2010144524.tif 000003
【図２】
2010144524.tif 000004