(57)【要約】【課題】活性酸素が自己分解を起こさない温度範囲に維持しつつ、低温である場合にも排気浄化器において効率的に粒子状物質を酸化することができるようにする。【解決手段】  この排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の粒子状物質を捕集する排気浄化器（１０）を有し、排気浄化器に活性酸素を供給することにより捕集された粒子状物質を酸化（燃焼）させる。この排気浄化装置は、排気浄化器に活性酸素を供給するための２つの供給路であって、活性酸素供給源に接続する第一、第二供給路と、第一又は第二供給路の開閉状態を変更する開閉弁（２４）とを有する。第二供給路には活性触媒（３０）が設置されている。この排気浄化装置は、排気浄化器の温度が所定の活性基準温度より低い場合に、開閉弁により第二供給路を開放し、活性酸素が第二供給路を介して排気浄化器に供給されるように制御する。【選択図】図１
2010209754.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、
活性酸素供給源に接続し、前記排気浄化器に活性酸素を供給するための２つの供給路である、第一供給路と第二供給路と、
前記第一供給路又は前記第二供給路の開閉状態を変更する開閉弁と、
前記第二供給路に設置され、活性酸素を活性化させるための活性触媒と、
前記排気浄化器の温度を推定又は検出するための温度検出手段と、
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、活性基準温度より低いか否かを判別する活性判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記活性基準温度より低いと判別された場合に、前記開閉弁により前記第二供給路を開放し前記活性酸素が前記第二供給路を介して前記排気浄化器に供給されるように制御する活性制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記活性触媒を加熱する加熱手段と、
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、前記活性基準温度よりも低温である加熱基準温度より低いか否かを判別する加熱判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記加熱基準温度よりも低いと判別された場合に、前記加熱手段により前記活性触媒を加熱するように制御する加熱制御手段と、
を、更に備え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、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を活性酸素（オゾン）により酸化して除去することができる。
【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、一般に、オゾンは、３００℃以上の温度において急速に自己分解を起こす。このためＤＰＦが３００℃以上の高温になるような場合には酸化されずに残るＰＭが多くなる。一方、オゾンの温度が低すぎる場合にも、オゾンの安定性が高くなるためＰＭの酸化速度が遅くなり、効率的にＰＭを酸化することができない。
【０００５】
従って、この発明は、上記課題を解決することを目的として、活性酸素（オゾン）を、自己分解を起こさない温度範囲に維持しつつ、低温である場合にも排気浄化器（ＤＰＦ）において効率的に粒子状物質（ＰＭ）を酸化することができ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】
【０００６】
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、
排気浄化器に活性酸素を供給するための２つの供給路であって、活性酸素供給源に接続する第一供給路と第二供給路と、
前記第一供給路又は前記第二供給路の開閉状態を変更する開閉弁と、
前記第二供給路に設置され、活性酸素を活性化させるための活性触媒と、
前記排気浄化器の温度を推定又は検出するための温度検出手段と、
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、活性基準温度より低いか否かを判別する活性判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記活性基準温度より低いと判別された場合に、前記開閉弁により前記第二供給路を開放し、前記活性酸素が前記第二供給路を介して前記排気浄化器に供給されるように制御する活性制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記活性触媒を加熱する加熱手段と、
前記温度検出手段により推定又は検出された前記排気浄化器の温度が、前記活性基準温度よりも低温である加熱基準温度より低いか否かを判別する加熱判別手段と、
前記排気浄化器の温度が前記加熱基準温度よりも低いと判別された場合に、前記加熱手段により前記活性触媒を加熱するように制御する加熱制御手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、排気浄化器の温度が活性基準温度より低い場合に、活性酸素が活性触媒を通過した後で排気浄化器に供給されるようにすることができる。これにより、排気浄化器の温度が低い場合であっても、活性化された活性酸素によって効率的に排気浄化器に捕集された粒子状物質を酸化することができる。
【０００９】
第２の発明によれば、排気浄化器の温度が、活性基準温度よりも低温である加熱基準温度よりも更に低いと判別された場合に、加熱手段により活性触媒を加熱することができる。これにより、排気浄化器が低温の場合にも、活性酸素による粒子状物質の酸化を効率的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における排気浄化装置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１におけるＤＰＦの触媒温度とＰＭ減少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１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フローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２における排気浄化装置について説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるＤＰＦの触媒温度とＰＭ減少量との関係を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２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フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
実施の形態１．
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の排気通路４の、触媒浄化器６の下流側に配置されている。
【００１３】
具体的に、排気浄化装置は、排気通路４に配置されたＤＰＦ１０（排気浄化器）を備える。ＤＰＦ１０は、内燃機関からの排気ガス中に混入するＰＭを捕集すると共に、後述する経路によりオゾンの供給を受けてＰＭを酸化（燃焼）させることで排気ガスを浄化することができる。
【００１４】
排気通路４のＤＰＦ１０入口付近には、流通する排気温度に応じた出力を発する温度センサ１２が設置されている。排気通路４の温度センサ１２の上流には、ＤＰＦ１０にオゾン（活性酸素）を供給するためのオゾン供給路１４が接続している。
【００１５】
オゾン供給路１４の上流端部には、エアフィルタ１６が取り付けられている。オゾン供給路１４のエアフィルタ１６の下流には、オゾン供給路１４内の圧力に応じた出力を発する圧力センサ１８が設置されている。圧力センサ１８の下流には、オゾン供給路１４内に外気を取り込んで流通させるためのポンプ２０が設置されている。ポンプ２０の下流には、オゾン発生器２２（活性酸素供給手段）が設置されている。オゾン発生器２２は、外部から取り込まれた空気中の酸素からオゾンを発生させる。
【００１６】
オゾン供給路１４のオゾン発生器２２の下流には、二方弁２４（開閉弁）が取り付けられている。オゾン供給路１４は、二方弁２４の設置位置から下流に、第一流路２６及び第二流路２８の二方向に分岐している。
【００１７】
第二流路２８には、オゾンを活性化させるためのオゾン活性触媒３０が取り付けられている。オゾン活性触媒３０は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ａｇ等の貴金属、あるいはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｒ等の遷移金属又はその酸化物、あるいは希土類元素又はその酸化物、あるいはＡｌ、Ｓｉの酸化物を一種以上含んだ触媒である。
【００１８】
オゾン供給路１４の第一流路２６及び第二流路２８は、下流側端部において再び集合している。オゾン供給路１４の下流側端部は、排気通路４の温度センサ１２より上流に接続している。
【００１９】
この排気浄化装置は制御装置３２を有している。制御装置３２には、温度センサ１２、圧力センサ１８等が電気的に接続され、これらの出力を受けて、装置の運転状態に関する必要な情報を検出する。また、ポンプ２０、オゾン発生器２２、二方弁２４等に電気的に接続され、これらに制御信号を発することで、オゾン発生器２２によるオゾン供給量、第一流路２６又は第二流路２８の開閉状態等を制御することができる。
【００２０】
このシステムにおいて、エアフィルタ１６を介して外部から空気が取り込まれ、オゾン発生器２２において、空気中の酸素からオゾンが生成される。ここで生成されたオゾンは第一供給路、第二供給路のいずれかによりＤＰＦ１０に供給される。
【００２１】
オゾンの第一供給路は、オゾン供給路１４から、その分岐通路である第一流路２６側を通り、オゾン供給路１４に合流した後、排気通路４からＤＰＦ１０に供給される流路である。第二供給路は、オゾン供給路１４から、その分岐通路である第二流路２８側に流入し、オゾン活性触媒３０を通過した後、オゾン供給路１４に合流し、排気通路４からＤＰＦ１０に供給される流路である。つまり、第一供給路は、第一流路２６側を流通する流路であり、第二供給路は、第二流路２８側を流通し、オゾン活性触媒３０を通過する流路である。
【００２２】
第一供給路、第二供給路の切り替えは、第一流路２６と第二流路２８との上流側端部に設置された二方弁２４によって行なわれる。即ち、二方弁２４を動作させることにより、必要に応じて第一流路２６が開放され第二流路２８が閉鎖された状態、と、第一流路２６が閉鎖され第二流路２８が開放された状態とを切り替えることができる。
【００２３】
ところで、オゾンは、３００℃以上の温度では自己分解を起こす一方、１５０℃以下の低温では安定性が高くなる。従って、ＤＰＦ１０が適正な温度範囲に維持されない場合、ＤＰＦ１０におけるＰＭの酸化が効率的に進行しないことがある。しかし、ＤＰＦ１０の温度は、排気通路４から流入する排気温度に大きく依存するため、ＤＰＦ１０の温度を、適正な温度範囲に制御することは困難である。
【００２４】
そこで、この実施の形態１のシステムでは、ＤＰＦ１０の温度が低くなることが予想される場合に、オゾンが第二供給路側、即ち、オゾン活性触媒３０を通化して供給されるように制御する。オゾン活性触媒３０はオゾンを活性化することができる。従って、ＤＰＦ１０の温度が低い場合であっても、オゾン活性触媒を通過させることでＰＭの酸化を効率的に進行させることができる。
【００２５】
図２は、この発明の実施の形態１におけるＤＰＦ１０の温度とＰＭの減少量との関係を説明するための図である。図２において横軸はＤＰＦ１０の温度［℃］を表し、縦軸はＰＭ減少量［ｇ］を表している。また、図２において、実線（ａ）は、第一供給路側からオゾンを供給した場合であり、破線（ｂ）は、第二供給路側からオゾン活性触媒３０を通してオゾンを供給した場合を表している。
【００２６】
図２の実線（ａ）に示されるように、第一流路２６を通過させてオゾンを供給する場合、ＤＰＦ１０の温度が２００℃付近のときに最もＰＭ減少量が多く、特に、１００℃以下、３００℃以上になるとその減少量は少ない。一方、破線（ｂ）に示されるように、第二流路２８から、オゾン活性触媒３０を通過させたオゾンを供給する場合、ＰＭ減少量のピークは、ＤＰＦ１０の温度が８０℃付近にある。即ち、ＤＰＦ１０の温度が低温であってもＰＭ除去量を大幅に向上させることができる。
【００２７】
従って、この実施の形態２のシステムは、第一流路２６側から供給した場合の実線（ａ）と第二流路２８側から供給した場合の破線（ｂ）が交差する温度、即ち、第二流路２８側から供給した場合のＰＭ減少量が、第一流路２６から供給した場合のＰＭ減少量より多くなる境界温度を、活性基準温度Ｔ１として設定し、切り替えの判別として用いる。
【００２８】
より具体的には、ＤＰＦ１０に流入する排気温度がＤＰＦ１０の温度に相関するものとして、ＤＰＦ１０の入口付近に設置された温度センサ１２により排気温度を検出する。そして、排気温度が活性基準温度Ｔ１より低いと判断される場合には、第二流路２８側を開放し、第二供給路によりオゾン活性触媒３０を通過させてオゾンを供給する。一方、排気温度が活性基準温度Ｔ１以上の場合には、第一供給路によりオゾンを供給する。なお、活性基準温度Ｔ１は、予め実験等により求めて制御装置３２に記憶しておく。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態１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フローチャートである。図３のルーチンは、繰り返し実行されるルーチンである。図３のルーチンにおいて、まず、現在、オゾン供給の要求があるか否かが判別される（Ｓ１０２）。ステップＳ１０２において、オゾン供給の要求が認められない場合には、今回の処理は終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ１０２においてオゾン供給の要求が認められると、次にオゾン供給が開始される（Ｓ１０４）。具体的には、ポンプ２０及びオゾン発生器２２が稼動され、外気が取り込まれてオゾン発生器２２においてオゾンが生成され、オゾン供給が開始される。
【００３１】
次に、排気温度が検出される（Ｓ１０６）。排気温度はＤＰＦ１０直前に設置された温度センサ１２の出力に応じて検出される。検出された排気温度はＤＰＦ１０の温度を表すものとして推定される。次に、排気温度が活性基準温度Ｔ１より低いか否かが判別される（Ｓ１０８）。基準温度は、上記のように予め制御装置に記憶されている。
【００３２】
ステップＳ１０８において、排気温度＜活性基準温度Ｔ１の成立が認められた場合、二方弁２４は第一流路２６を閉じ、第二流路２８を開くように切り替えられる（Ｓ１１０）。二方弁２４の切り替えは制御装置３２からの制御信号により行なわれる。これにより、オゾンはオゾン活性触媒３０において活性化された後、ＤＰＦ１０に供給される。
【００３３】
一方、ステップＳ１０８において、排気温度＜活性基準温度Ｔ１の成立が認められない場合には、二方弁２４は、第一流路２６を開き、第二流路２８を閉じるように切り替えられる（Ｓ１１２）。これにより、オゾンは、オゾン活性触媒３０を通過することなく、第一供給路によりＤＰＦ１０に供給される。
【００３４】
その後、オゾン供給を終了するか否かが判別される（Ｓ１１４）。ステップＳ１１４においてオゾン供給の終了が認められない場合、再びステップＳ１０６に戻り、再び排気温度が検出され、二方弁２４の切り替えの判断が繰り返し行なわれる（Ｓ１０６〜Ｓ１１２）。一方、ステップＳ１１４においてオゾン供給切り替えの終了が認められると、今回の処理が終了する。
【００３５】
以上説明したように、実施の形態１によれば、ＤＰＦ１０の温度が低温の場合に、オゾンを活性化させて供給することができる。従って、広い温度範囲に渡り、ＤＰＦ１０における高いＰＭ除去率を確保することができる。
【００３６】
なお、実施の形態１においては、第一流路２６又は第二流路２８のいずれか一方のみを開放し、一方を閉鎖する場合について説明したが、例えば、ある基準温度以下の場合に、第一流路２６、第二流路２８の両方を開き、オゾンの一部のみがオゾン活性触媒３０を通過するようにするものであってもよい。
【００３７】
なお、図３のルーチンにおいて、ステップＳ１０６の処理が実行されることにより、この発明の「温度検出手段」が実現し、ステップＳ１０８の処理が実行されることにより「活性判別手段」が実現し、ステップＳ１１０の処理が実行されることにより「活性制御手段」が実現する。
【００３８】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２のシステムについて説明するための図である。図４のシステムは、オゾン活性触媒３０周囲に、オゾン活性触媒３０を加熱するためのヒータ４０（加熱手段）を有する点を除き、図１のシステムと同じものである。図４のシステムにおいて、ヒータ４０は、制御装置３２に電気的に接続している。制御装置３２からの制御信号を受けて電流が供給され、これにより、オゾン活性触媒３０が加熱される。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態２におけるＤＰＦ１０の触媒温度とＰＭ減少量との関係を説明するための図である。図５において、横軸はＤＰＦ１０の触媒温度［℃］を示し、縦軸はＰＭ減少量［ｇ］を示している。また、図５において、実線（ａ）は、第一供給路からオゾンが供給される場合、破線（ｃ）は第二供給路からオゾンが供給される場合であり、かつ、温度Ｔ２以下の領域で、ヒータ４０をＯＮとし、オゾン活性触媒３０を加熱した場合を示している。
【００４０】
図５に示されるように、活性基準温度Ｔ１より低い領域では、第二供給路から供給した場合の方がＰＭ減少量は多い。更に、図２の破線（ｂ）と図５の（ｃ）とを比較して、温度Ｔ２以下の領域で、ヒータ４０をＯＮとすることにより、ＤＰＦ１０の温度が相当低い場合であっても、より高いＰＭ除去率を確保することができる。なお、ヒータ４０のＯＮ／ＯＦＦを判断する判別値である加熱基準温度Ｔ２は、予め実験等により求めて、制御装置３２に記憶しておく。
【００４１】
図６は、この発明の実施の形態２において制御装置３２が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図６のルーチンは、図３のルーチンに替えて繰り返し実行されるルーチンである。図６のルーチンは、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６の処理を有する点を除いて図３のルーチンと同じものである。
【００４２】
図６に示すルーチンでは、ステップＳ１０８において、排気温度＜活性基準温度Ｔ１の成立が認められた後、次に、排気温度＜加熱基準温度Ｔ２の成立が認められるか否かが判別される（Ｓ２０２）。加熱基準温度Ｔ２は、予め制御装置に記憶された温度である。
【００４３】
ステップＳ２０２において排気温度＜加熱基準温度Ｔ２の成立が認められた場合、ヒータ４０がＯＮとされる（Ｓ２０４）。ここでは、制御装置３２からの制御信号によってヒータ４０の回路に電流が供給され、オゾン活性触媒３０が加熱される。一方、ステップＳ２０２において、排気温度＜加熱基準温度Ｔ２の成立が認められない場合は、ヒータ４０はＯＦＦとされる（Ｓ２０６）。
【００４４】
その後、ステップＳ１１０において、二方弁２４が第二流路２８側を開放するように設定され、続くＳ１１４以降のルーチンに従って処理が実行される。
【００４５】
以上説明したように、この発明の実施の形態２においては、オゾン活性触媒３０の温度が相当に低い場合に、オゾン活性触媒３０を加熱することができる。これにより、より確実にオゾンを活性化することができ、ＤＰＦ１０のＰＭを効率的に除去することができる。
【００４６】
なお、図６のルーチンにおいて、ステップＳ２０２の処理が実行されることにより、この発明の「加熱判別手段」が実現し、ステップＳ２０４の処理が実行されることにより「加熱制御手段」が実現する。
【００４７】
なお、以上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】
【００４８】
２    内燃機関
４    排気通路
６    触媒浄化器
１２    温度センサ
１４    オゾン供給路
１６    エアフィルタ
１８    圧力センサ
２０    ポンプ
２２    オゾン発生器
２４    二方弁
２６    第一流路
２８    第二流路
３０    オゾン活性触媒
３２    制御装置
４０    ヒータ
【図１】
2010209754.tif 000003
【図２】
2010209754.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010209754.tif 000006
【図５】
2010209754.tif 000007
【図６】
2010209754.tif 000008