(57)【要約】【課題】排気浄化装置において、オゾンの無駄な流出を防止してオゾン利用率を向上させる。【解決手段】この排気浄化装置は内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気浄化器（１６）を有する。排気浄化器（１６）の上流には、オゾンを生成するオゾン生成手段（２０）と、オゾン生成手段（２０）によって生成されたオゾンが流入するオゾン吸着剤（３２）が配置されている。オゾン吸着剤（３２）は、オゾンを捕集し、あるいは捕集したオゾンを脱離する。更に、排気浄化装置は、オゾンを飽和状態まで吸着したことを予測又は検知する飽和検知手段を有し、オゾン吸着剤（３２）が飽和状態であることが予測又は検知された場合には、オゾン生成手段（２０）によるオゾンの生成と、オゾン吸着剤（３２）によるオゾンの吸着とを停止する。【選択図】図３
2010180832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気浄化器と、
前記排気浄化器の上流に配置され、オゾンを生成するオゾン生成手段と、
前記排気浄化器の上流側において、前記オゾン生成手段によって生成されたオゾンが流入するように配置され、オゾンを捕集し、あるいは捕集したオゾンを脱離するオゾン吸着剤と、
前記オゾン吸着剤がオゾンを飽和状態まで吸着したことを予測又は検知する飽和検知手段と、
前記オゾン吸着剤が飽和状態であることが予測又は検知された場合に、前記オゾン生成手段によるオゾンの生成と、前記オゾン吸着剤によるオゾンの吸着と、を停止する制御手段と、
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】
前記排気通路から分岐する通路であって、前記排気浄化器の上流側において、その両端が前記排気通路に接続されて前記排気通路の一部をバイパスする分岐通路を、更に備え、
前記オゾン生成手段と前記オゾン吸着剤とは、前記分岐通路の途中に設置され、
前記制御装置は、前記オゾン吸着剤において、オゾンを吸着させる場合には、前記分岐通路と前記排気通路との連通を遮断して、前記オゾン吸着剤に排気ガスが流通しない状態とすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、従来技術として特許文献１に開示されているように、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）とオゾン供給装置、オゾン吸着剤とを備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置によれば、ＤＰＦにより排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集すると共に、ＤＰＦに捕集されたＰＭをオゾンにより燃焼（酸化）して除去することができる。更に、この排気浄化装置は、ＰＭを燃焼させない時には、供給されるオゾンをオゾン吸着剤に吸着させておいて、一方、ＰＭを燃焼させるべき時には、オゾン吸着剤に排気ガスを通過させることで、吸着されたオゾンを排気ガスの熱によって脱離させ、脱離したオゾンを排気ガスと共にＤＰＦに運ぶ構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４８８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術では、オゾン吸着剤をオゾン吸着限界温度以下に維持することで、オゾンを吸着できる状態とする。一方、オゾン吸着剤に排気ガスを流通させることで、排気ガスの熱によりオゾン吸着剤をオゾン吸着限界温度よりも高くする。これによりオゾン吸着剤からオゾンを脱離させ、ＤＰＦにおけるＰＭの燃焼に利用している。
【０００５】
しかしながら、オゾン吸着剤がオゾン吸着限界温度以下に維持されていても、オゾン吸着剤が飽和状態となり、それ以上オゾンを吸着できない状態となっている場合がある。この場合、オゾン吸着剤へのオゾン供給を続けると、オゾンは吸着されずにＤＰＦに流出することとなる。その結果、オゾンが、ＤＰＦでのＰＭの燃焼に用いられない未反応のままで、ＤＰＦの更に下流側に排出される事態が起こり得る。オゾンの有効利用や、オゾン生成におけるエネルギー消費を抑える観点からは、このような未反応のオゾンの排出は、好ましいものではない。
【０００６】
この発明は、上記課題を解決することを目的として、オゾンの無駄な流出を防止してオゾン利用率を向上するよう改良した内燃機関の排気浄化装置を提供するものである。
【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、排気浄化装置であって、
内燃機関の排気ガスが流通する排気通路に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気浄化器と、
前記排気浄化器の上流に配置され、オゾンを生成するオゾン生成手段と、
前記排気浄化器の上流側において、前記オゾン生成手段によって生成されたオゾンが流入するように配置され、オゾンを捕集し、あるいは捕集したオゾンを脱離するオゾン吸着剤と、
前記オゾン吸着剤がオゾンを飽和状態まで吸着したことを予測又は検知する飽和検知手段と、
前記オゾン吸着剤が飽和状態であることが予測又は検知された場合に、前記オゾン生成手段によるオゾンの生成と、前記オゾン吸着剤によるオゾンの吸着と、を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記排気通路から分岐する通路であって、前記排気浄化器の上流側において、その両端が前記排気通路に接続されて前記排気通路の一部をバイパスする分岐通路を、更に備え、
前記オゾン生成手段と前記オゾン吸着剤とは、前記分岐通路の途中に設置され、
前記制御装置は、前記オゾン吸着剤において、オゾンを吸着させる場合には、前記分岐通路と前記排気通路との連通を遮断して、前記オゾン吸着剤に排気ガスが流通しない状態とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、オゾン吸着剤がオゾンを飽和状態まで吸着したことが予測又は検知された場合に、オゾン生成手段によるオゾンの生成とオゾン吸着剤によるオゾンの吸着とを停止することができる。これにより、オゾンの無駄な流出を抑えると共に、オゾン生成にかかる電力消費等を抑制することができる。
【００１０】
第２の発明によれば、オゾン生成手段とオゾン吸着剤とは、排気通路から分岐する分岐通路の途中に設置され、オゾン吸着剤にオゾンを吸着させる場合、分岐通路と排気通路との連通を遮断して、オゾン吸着剤に排気ガスが流通しない状態とすることができる。これにより、オゾン吸着剤からすり抜けるオゾンの外部への流出を、より確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態における排気浄化装置の構成について説明するための図である。
【図２】この発明の実施の形態におけるオゾン吸着剤の飽和割合とオゾン吸着剤下流のオゾン検出量との関係を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１３】
実施の形態．
[排気浄化装置とその周辺機器の構成]
図１は、この発明の実施の形態における排気浄化装置について説明するための模式図である。図１に示す排気浄化装置は、内燃機関２の排気ガスを浄化する酸化触媒４の下流の排気通路６に設置されている。排気通路６の酸化触媒４の下流には、温度センサ８が設置されている。温度センサ８は排気通路６内の排気ガス温度の検出に用いられる。
【００１４】
排気通路６には、温度センサ８より下流において、分岐通路１０が接続している。分岐通路１０はその両端部が排気通路６に接続し、排気通路６の一部であるバイパス部６ａをバイパスするように配置されている。分岐通路１０の両端部と排気通路６との接続部分には、それぞれ、排気通路６と分岐通路１０との連通状態を切り替える第１切替弁１２、第２切替弁１４が配置されている。排気通路６の、分岐通路１０の下流側端部との接続部より下流には、ＤＰＦ１６（Diesel Particulate Filter）が配置されている。ＤＰＦ１６により排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集し、オゾンの供給を受けてＤＰＦ１６に捕集されたＰＭを燃焼（酸化）して除去することができる排気浄化器である。
【００１５】
分岐通路１０は、分岐通路１０ａ、１０ｂにより構成されている。分岐通路１０ａには、オゾン生成装置２０（オゾン生成手段）、ポンプ２２、オゾンセンサ２４が設置されている。オゾン生成装置２０はオゾンを生成し、生成されたオゾンはポンプ２２によって分岐通路１０内を流通する。また、オゾンセンサ２４はオゾン量に応じた出力を発する。
【００１６】
分岐通路１０ｂは、その両端が分岐通路１０ａに接続され、分岐通路１０ａのオゾン生成装置２０、ポンプ２２、オゾンセンサ２４が設置された部分をバイパスするように設けられている。分岐通路１０ｂには、冷却器２６、加熱器２８が設置されている。冷却器２６は分岐通路１０ｂ内を通過するガスを冷却し、一方、加熱器２８は分岐通路１０ｂを通過するガスを加熱する装置である。冷却器２６、加熱器２８の下流には、流通するガスの温度を検出するための温度センサ３０が配置されている。温度センサ３０の下流にはオゾン吸着剤３２が配置されている。オゾン吸着剤３２は、その温度に応じて、オゾンを吸着して捕集し、又はオゾンを脱離する。
【００１７】
この排気浄化装置はＥＣＵ４０を有している。ＥＣＵ４０は、第１切替弁１２、第２切替弁１４、オゾン生成装置２０、ポンプ２２、冷却器２６、加熱器２８に電気的に接続され、これらに制御信号を発することでこれらの動きを制御する。また温度センサ８、３０、オゾンセンサ２４に電気的に接続され、これらの出力を受けて必要な情報を検知する。
【００１８】
[オゾン吸着剤のオゾン吸着状態とオゾン脱離状態について]
ところで、この実施の形態の排気浄化装置においては、オゾン吸着剤３２を、その温度によって、オゾンを吸着する吸着状態と、吸着したオゾンを脱離する脱離状態とに制御することができる。具体的に、オゾン吸着剤３２としてゼオライトを用いており、ゼオライトは、約２００℃以下ではオゾンを吸着し、２００℃以上の高温ではオゾンを脱離する。
【００１９】
これを利用して、オゾン吸着剤３２の温度を、吸着状態となり効率良くオゾンを吸着できる適正な温度域（以下、「吸着温度域」とする）あるいは、脱離状態となりかつ、オゾンを分解しない適正な温度域（以下「脱離温度域」とする）とすることで、流通するオゾンを吸着し、あるいは吸着したオゾンを脱離させる。
【００２０】
[ＤＰＦ１６によるＰＭ捕集と、ＰＭ燃焼との切り替えについて]
この排気浄化装置において、ＤＰＦ１６により排気ガス中のＰＭが捕集される。通常、ＰＭをＤＰＦ１６に捕集する場合には、オゾンの供給は停止した状態としＰＭ燃焼による除去は行なわれない。このとき、第１切替弁１２及び第２切替弁１４は、分岐通路１０と排気通路６との連通を遮断する側（図１においては実線位置）に制御される。この状態では、排気ガスは排気通路６を通過して直接ＤＰＦ１６に流通する。
【００２１】
この間（ＰＭ燃焼を行なわない間）、かつ、オゾン吸着剤３２が下記のように飽和状態となるまでの間は、オゾン生成装置２０によりオゾンを生成し、オゾン吸着剤３２に吸着しておく。具体的に、生成されたオゾンは、ポンプ２２により、排気通路６からは遮断された分岐通路１０内を流通する。即ち、オゾン生成装置２０により生成されたオゾンは、分岐通路１０ａから分岐通路１０ｂ側に流入し、オゾン吸着剤３２に流入する。ここでオゾンの一部は吸着状態となっているオゾン吸着剤３２に吸着される。ガスはオゾン吸着剤３２から分岐通路１０ｂ、分岐通路１０ａを通過し、更に、オゾンセンサ２４の設置位置、ポンプ２２を通過して、オゾン生成装置２０において新たに生成されたオゾンと共に分岐通路１０ａ内を流通する。このようにオゾンは繰り返しオゾン吸着剤３２を通過して確実にオゾン吸着剤３２に吸着される。
【００２２】
一方、ＤＰＦ１６に捕集されたＰＭを燃焼させる場合には、ＤＰＦ１６にオゾンを供給する。ＰＭを燃焼させる場合、第１切替弁１２及び第２切替弁１４は、分岐通路１０と排気通路６とが連通する側（図１においては破線位置）に制御される。具体的に、第１切替弁１２は、排気通路６が、バイパス部６ａに対しても分岐通路１０に対しても開放されて連通状態となる位置に制御され、また、第２切替弁１４は、バイパス部６ａ出口を閉鎖する位置に設定され、分岐通路１０からのガスのみが第２切替弁１４部分を通って排気通路６のＤＰＦ１６側に流入するように制御される。
【００２３】
これにより排気ガスは、分岐通路１０ａに流入した後、分岐通路１０ｂを通過してオゾン吸着剤３２に流入する。排気ガスは高温となっているため、この排気ガスの熱によってオゾン吸着剤３２は脱離状態となり、オゾンが脱離される。脱離したオゾンは排気ガスと混合して、分岐通路１０ｂ、１０ａを通過して、排気通路６からＤＰＦ１６に流入する。これにより、ＤＰＦ１６に堆積したＰＭはオゾンによって燃焼し除去される。なお、ＤＰＦ１６におけるＰＭの燃焼にオゾンが不足する場合には、オゾン生成装置２０により生成されたオゾンが同時に供給される。
【００２４】
なお、オゾン吸着剤３２の温度は、ＰＭ燃焼を行なわない場合には排気ガスが流通しないため、比較的低温のオゾン吸着温度域に維持される。一方、ＰＭ燃焼を行なう場合には排気ガスがオゾン吸着剤３２に導入されるため、オゾン吸着剤３２は排気ガスの熱により高温となり、脱離温度域となる。従って、通常特に、吸着状態又は脱離状態とするための温度制御を必要としない場合も多い。
【００２５】
しかしながら、排気通路６及び、オゾン吸着剤３２の入口付近には、温度センサ８及び温度センサ３０が設置されている。またオゾン吸着剤３２の入口付近には、温度を調節するための冷却器２６、加熱器２８が設置されている。この実施の形態では、温度センサ８により排気ガス温度を検出し、又は、温度センサ３０によりオゾン吸着剤３２に流入するガスの温度を検出することで、オゾン吸着剤３２の温度を予想する。その結果、オゾン吸着剤３２がそれぞれの状態に対して適正な温度域（脱離温度域又は吸着温度域）に調節されていない場合には、冷却器２６、加熱器２８により温度調節を行なうことができるようになっている。具体的に、ＥＣＵ４０は、オゾン吸着剤３２が、必要に応じて吸着温度域又は脱離温度域に維持されるように、温度センサ３０又は温度センサ８の出力を受けて、フィードバック制御により、冷却器２６と加熱器２８とが作動するように制御する。
【００２６】
[この実施の形態の排気浄化装置の特徴的な制御]
ところで、このようにオゾン吸着剤３２の温度が適正な吸着温度域に制御されている場合であっても、オゾン吸着剤３２が飽和状態となっている場合には、オゾンを吸着することができない。つまり、オゾン吸着剤３２は、オゾンを吸着して飽和状態に達すると、一度吸着したオゾンを脱離しない限り、それ以上はオゾンを吸着することができない状態となる。
【００２７】
このような状態となった場合、ＰＭ燃焼しない状態においても、オゾン吸着剤３２にオゾンを吸着させるために、分岐通路１０にオゾンを環流させる必要はなく、また新たにオゾンを生成する必要はない。従って、この実施の形態においては、オゾン吸着剤３２が飽和状態に達したと判断される時には、オゾン生成装置２０によるオゾンの生成を停止する。同時に、ポンプ２２を停止して、分岐通路１０内のオゾンの環流を停止し、冷却器２６及び加熱器２８を停止する。これにより無駄なオゾンの生成に伴う無駄な電力消費や、冷却器２６、加熱器２８による電力消費を抑えることができる。
【００２８】
ここで、オゾン吸着剤３２が飽和状態に達したか否かの判断方法について説明する。図２は、オゾン吸着剤３２に吸着されたオゾン量の、飽和状態でのオゾン量に対する割合（飽和割合）と、オゾンセンサ２４によるオゾン検知量との関係を説明するためのグラフである。図２において横軸は飽和割合[%]を表し、縦軸はオゾンセンサ２４の検知量を表す。図２に示されるように、飽和割合100[%]、即ちオゾン吸着剤３２が飽和状態となる状況下では、オゾン吸着剤３２の下流に流れ出てオゾンセンサ２４に検知されるオゾン量と、オゾン生成装置２０により生成されるオゾン生成量とが一致する。
【００２９】
従って、この排気浄化装置は、オゾン吸着剤３２下流側に設置されたオゾンセンサ２４の出力に基づきオゾン吸着剤３２下流に流出するオゾン量を検知し、これをオゾン生成装置２０により生成されたオゾン生成量と比較して、両者が一致したと判断される場合に、オゾン吸着剤３２が飽和状態となっているものと判断して、オゾン生成等を停止する。
【００３０】
[実施の形態の具体的な制御のルーチン]
図３は、この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図３のルーチンは、オゾン吸着剤３２によりオゾンを吸着する際に実行されるルーチンである。
【００３１】
図３のルーチンでは、まず、第１切替弁１２及び第２切替弁１４が、排気通路６と分岐通路１０との連通が遮断される位置（図１における実線位置）に設定される（Ｓ２）。これにより、分岐通路１０と排気通路６とは遮断された状態、即ち、分岐通路１０には排気ガスが流入せず、排気通路６からＤＰＦ１６にオゾンが供給されない状態とされる。
【００３２】
次に、オゾン生成装置２０の運転が開始される（Ｓ４）。オゾン生成装置２０は、制御装置４０からの制御信号を受けて稼動する。次に、ポンプ２２の運転が開始される（Ｓ６）。ポンプ２２は制御装置４０からの制御信号を受けて稼動し、これにより、オゾン生成装置２０において生成されたオゾンが分岐通路１０内を環流する。
【００３３】
次に、オゾン吸着剤３２流入直前のガス温度が検出される（Ｓ８）。ガス温度は、オゾン吸着剤３２直前に設けられた温度センサ３０の出力に基づいて、制御装置４０により検出される。次に、ガス温度が吸着温度域内であるか否かが判別される（Ｓ１０）。吸着温度域は、オゾン吸着剤３２が吸着状態となる適正な温度域であり、用いられるオゾン吸着剤３２の性質に応じて制御装置４０に予め記憶されている。
【００３４】
ステップＳ１０において、ガス温度が吸着温度域内であることが認められない場合には、ガス温度がオゾン吸着温度域となるように温度調節が行なわれる（Ｓ１２）。ここでは、冷却器２６によりオゾン吸着温度域の低温にまでガスが冷却され、あるいは、低温すぎる場合には、加熱器２８によりガスが加熱される。その後、再びステップＳ８において温度が検出され、ガス温度が吸着温度域であるか否かが判別される（Ｓ１０）。このようにガス温度が吸着温度域となるまでステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１２の処理が繰り返し実行される。
【００３５】
ステップＳ１０において、ガス温度が吸着温度域であることが認められると、次に、オゾン吸着剤３２下流側に流出するオゾン量が検出される（Ｓ１４）。オゾン量は、オゾンセンサの出力に応じて制御装置４０において検出される。次に、オゾン吸着剤３２が飽和状態となっているか否かが判別される（Ｓ１６）。ここでは、ステップＳ１４において検出されたオゾン量と、オゾン生成装置２０によって生成されたオゾン量とが一致した場合に、飽和状態であることが認められる。
【００３６】
ステップＳ１４において飽和状態であることが認められない場合には、ステップＳ１２に戻り、飽和状態が認められるまで、オゾン量の検出（Ｓ１４）と飽和判定（Ｓ１６）とが定期的に繰り返し実行される。この間、オゾン生成装置２０によりオゾンが供給され続け、分岐通路１０内をオゾンが繰り返し流通して次第にオゾン吸着剤３２にオゾンが吸着される。
【００３７】
一方、ステップＳ１６において、オゾン吸着剤３２が飽和状態に達していることが認められた場合、次に、オゾン生成装置２０が止められ（Ｓ１８）、ポンプ２２が止められ（Ｓ２０）、更に、ガス温度調節、即ち冷却器２６、加熱器２８が止められる（Ｓ２２）。これらは、制御装置４０からの制御信号によってそれぞれ制御される。その後、今回の処理が終了する。
【００３８】
以上説明したように、この実施の形態によれば、ＰＭ燃焼時にオゾンを吸着させておくことで、より多くのオゾンをＤＰＦ１６に供給できる状態とすることができる。また、オゾン吸着剤３２の飽和状態を検知し、飽和状態に達した場合にオゾンの生成と循環とを停止することで、消費電力の節約を図ることができる。
【００３９】
なお、この発明の実施の形態において、ステップＳ１４及びＳ１６が実行されることで、この発明の「飽和検知手段」が実現し、ステップＳ１８、又はステップＳ２が実行されることで、この発明の「制御手段」が実現する。
【００４０】
また、その他の部分においても、この実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００４１】
２    内燃機関
４    酸化触媒
６    排気通路
６ａ    バイパス部
８    温度センサ
１０、１０ａ、１０ｂ    分岐通路
１２    第１切替弁
１４    第２切替弁
１６    ＤＰＦ
２０    オゾン生成装置
２２    ポンプ
２４    オゾンセンサ
２６    冷却器
２８    加熱器
３０    温度センサ
３２    オゾン吸着剤
４０    制御装置
【図１】
2010180832.tif 000003
【図２】
2010180832.tif 000004
【図３】
2010180832.tif 000005