(57)【要約】  パティキュレートフィルタの再生制御の実行時の高熱によって還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐことができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。  パティキュレートフィルタを通過した排気の流れに対して還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換可能な遮断部と、前記パティキュレートフィルタの再生制御が実行されていない期間中においては前記還元剤噴射弁を前記開放する状態で前記遮断部を保持する一方、前記パティキュレートフィルタの再生期間中においては前記還元剤噴射弁を前記遮断する状態に前記遮断部を切換える電子制御ユニットと、を備える。
2013038790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集する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下流側に設けられるＮＯX還元触媒と、排気の流れにおける前記パティキュレートフィルタよりも下流側、かつ、前記ＮＯX還元触媒よりも上流側の排気管に固定されて前記排気管内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記パティキュレートフィルタを通過した排気の流れに対して前記還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換可能な遮断部と、
前記パティキュレートフィルタの再生制御が実行されていない期間中においては前記還元剤噴射弁を前記開放する状態で前記遮断部を保持する一方、前記パティキュレートフィルタの再生期間中においては前記還元剤噴射弁を前記遮断する状態に前記遮断部を切換える電子制御ユニットと、
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】
前記還元剤噴射弁は、主たる排気管から分岐して接続された導入管に固定されており、
前記遮断部は、前記主たる排気管に臨む前記導入管の開口を開放又は遮断可能に構成され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】
前記遮断部は、前記排気管の内部で前記還元剤噴射弁方向への前記排気の流れを遮る遮蔽部材と、前記排気管の外部に設けられて前記遮蔽部材の位置を移動させるアクチュエータと、を含むことを特徴とする請求項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、内燃機関の排気通路に備えられる内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気の流れにおけるパティキュレートフィルタよりも下流側に還元剤噴射弁が設けられる構成の内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載される内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置として、排気中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタと、排気中のＮＯXを除去するためのＮＯX還元触媒と、排気管に固定されて排気中に液体還元剤を供給する還元剤噴射弁とを備えた排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置においては、排気中の粒子状物質がＮＯX還元触媒等に付着しないように、排気の流れの最も上流側にパティキュレートフィルタを設けることが一般的である。【０００３】
パティキュレートフィルタは、捕集された粒子状物質によって目詰まりを生じるおそれがあるために、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を酸化（燃焼）させる再生制御が、所定のタイミングで実行されるようになっている。パティキュレートフィルタの再生制御は、高温の排気をパティキュレートフィルタに流入させる方法や、パティキュレートフィルタを直接加熱する方法によって行われる（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４３５８３号公報  （段落［００６２］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、パティキュレートフィルタの再生制御時においては、高温の排気がパティキュレートフィルタの下流側に流出することになるために、パティキュレートフィルタよりも下流側、かつ、ＮＯX還元触媒よりも上流側の排気管に固定された還元剤噴射弁が高熱に晒されるおそれがある。還元剤噴射弁が高熱に晒されると、還元剤噴射弁が熱によって損傷するおそれがある。特に、液体還元剤として尿素水溶液を用いる場合には、還元剤噴射弁の先端部において尿素水溶液が結晶化して、還元剤の供給を精度良く実行できなくなるおそれがある。【０００６】
本発明の発明者はこのような問題にかんがみて、内燃機関の排気浄化装置において、排気の流れに対して還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換えるための遮断部を設けるとともに、パティキュレートフィルタの再生中において還元剤噴射弁が排気の流れから遮断される状態となるように遮断部を切換える電子制御ユニットを備えることによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、パティキュレートフィルタの再生制御の実行時の高熱によって還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐ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】
本発明によれば、内燃機関から排出される排気中の粒子状物質を捕集する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下流側に設けられるＮＯX還元触媒と、排気の流れにおける前記パティキュレートフィルタよりも下流側、かつ、前記ＮＯX還元触媒よりも上流側の排気管に固定されて前記排気管内に還元剤を噴射する還元剤噴射弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを通過した排気の流れに対して前記還元剤噴射弁を開放する状態又は遮断する状態に切換可能な遮断部と、前記パティキュレートフィルタの再生制御が実行されていない期間中においては前記還元剤噴射弁を前記開放する状態で前記遮断部を保持する一方、前記パティキュレートフィルタの再生期間中においては前記還元剤噴射弁を前記遮断する状態に前記遮断部を切換える電子制御ユニットと、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。【０００８】
すなわち、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタの再生時以外においては、還元剤噴射弁によって排気管内への還元剤の噴射を可能とする一方、パティキュレートフィルタの再生時においては、還元剤噴射弁を排気の流れから遮断することを可能としている。したがって、パティキュレートフィルタの再生時に、還元剤噴射弁が高熱に晒される機会が軽減され、還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐことができる。【０００９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、前記還元剤噴射弁は、主たる排気管から分岐して接続された導入管に固定されており、前記遮断部は、前記主たる排気管に臨む前記導入管の開口を開放又は遮断可能に構成されることが好ましい。このように構成することにより、排気の主流から還元剤噴射弁を遠ざけて、内燃機関の通常の運転時においても、還元剤噴射弁が高熱に晒されることを防ぐことができる。【００１０】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、前記遮断部は、前記排気管の内部で前記還元剤噴射弁方向への前記排気の流れを遮る遮蔽部材と、前記排気管の外部に設けられて前記遮蔽部材の位置を移動させるアクチュエータと、を含むことが好ましい。このように構成することにより、パティキュレートフィルタの再生時又は非再生時に、電子制御ユニットによって遮断部の状態を切り換えることができるとともに、アクチュエータを高熱から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の全体的構成を説明するために示す図である。
【図２】遮断部の構成例を説明するために示す図である。
【図３】遮断部の構成例を説明するために示す排気管の断面図である。
【図４】遮断部の動作を示す図である。
【図５】遮断部の別の構成例を説明するために示す図である。
【図６】遮断部の別の構成例の動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、それぞれの図中において同じ符号が付されているものは、特に説明がない限り同一の構成要素を示しており、適宜説明が省略されている。
【００１３】
図１に示す内燃機関の排気浄化装置１０は、図示しない内燃機関に接続された排気管１１に介装されて、内燃機関から排出される排気を浄化するための装置として構成されている。内燃機関としては、代表的にはディーゼルエンジンが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
排気浄化装置１０は、パティキュレートフィルタ１５と、ＮＯX浄化触媒１７と、還元剤供給装置２０と、遮断部３０と、電子制御ユニット３５とを備えている。パティキュレートフィルタ１５及びＮＯX浄化触媒１７は、排気管１１の途中に設けられるものであって、排気の流れにおける上流側から、パティキュレートフィルタ１５、ＮＯX浄化触媒１７の順に配置されている。
【００１５】
パティキュレートフィルタ１５は、内燃機関から排出される排気中に含まれる煤等の粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）」と称する。）を捕集する機能を有している。パティキュレートフィルタ１５は、代表的にはハニカム構造を有する公知のディーゼルパティキュレートフィルタが用いられるが、これに限定されるものではない。
【００１６】
パティキュレートフィルタ１５は、所定の時期に、捕集したＰＭを酸化（燃焼）する再生制御によって再生させられる。再生制御は、バーナやヒータ等の加熱手段でパティキュレートフィルタ１５を加熱したり、あるいは、パティキュレートフィルタ１５の上流側に酸化触媒を設け、内燃機関を所定の条件で運転させて酸化触媒に未燃燃料を供給することで発生する酸化熱を利用して、パティキュレートフィルタ１５を加熱したりすることで行われる。再生性御時において、パティキュレートフィルタ１５の下流側の排気温度は、例えば４００〜８００℃程度になる。
【００１７】
この再生制御は、内燃機関の運転中に、差圧センサを用いて検出されるパティキュレートフィルタ１５の前後の差圧や、演算によって推定されるＰＭの捕集量等が所定の閾値を超えたときに実行される。さらには、内燃機関の停止時においても再生制御が実行されるようになっている。
【００１８】
ＮＯX浄化触媒１７は、排気中に含まれる窒素酸化物を分解する機能を有している。ＮＯX浄化触媒１７としては、主にＮＯX選択還元触媒又はＮＯX吸蔵触媒などが用いられる。ＮＯX選択還元触媒は、還元剤供給装置２０によって供給される液体還元剤から生成される還元剤を吸着するとともに、流入する排気中の窒素酸化物を選択的に還元する触媒である。この場合において、液体還元剤としては、尿素水溶液や未燃燃料等を用いることができる。ＮＯX吸蔵触媒は、排気中の酸素濃度が低いときに排気中のＮＯXを吸蔵する一方、排気中の酸素濃度が高くなると、ＮＯXを放出するとともに未燃燃料（ＨＣ）によってＮＯXを還元する触媒である。この場合において、液体還元剤としては、未燃燃料を用いることができる。
【００１９】
還元剤供給装置２０は、ＮＯX浄化触媒１７よりも上流側、かつ、パティキュレートフィルタ１５よりも下流側で、ＮＯXを浄化するための液体還元剤を排気中に供給するための装置である。還元剤供給装置２０は、主として還元剤タンク２１、ポンプ２３、及び還元剤噴射弁２７によって構成されている。ポンプ２３及び還元剤噴射弁２７は電子制御ユニット３５によって駆動制御されるものであり、特に、還元剤噴射弁２７は電磁ソレノイドのコイルに通電したときに弁体がリフトして開弁する構成のものとなっている。この還元剤噴射弁２７は、電磁ソレノイドの耐熱温度、あるいは、還元剤噴射弁２７を構成する樹脂部分の耐熱温度等の影響により、比較的熱に弱い特性を有している。
【００２０】
還元剤供給装置２０は、ポンプ２３によって所定圧力の液体還元剤を還元剤噴射弁２７に供給しながら、排気中のＮＯX濃度等に基づいて演算される噴射量の液体還元剤を還元剤噴射弁２７によって噴射する。本実施の形態にかかる排気浄化装置１０では、排気管１１から分岐して設けられた導入管１３に還元剤噴射弁２７が固定されており、還元剤噴射弁２７の先端部分が、直接排気の流れに晒されないようになっている。したがって、内燃機関が通常の運転状態にある期間においては、還元剤噴射弁２７が高熱に晒されにくくなっている。特に、液体還元剤として尿素水溶液を用いる場合においては、還元剤噴射弁２７の噴孔部分において、尿素水溶液中の水分が蒸発することによる結晶化が生じにくくなっている。
【００２１】
また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０においては、排気管１１に臨む導入管１３の開口部分を塞ぐための遮断部３０が、排気管１１に設けられている。遮断部３０は、排気管１１の長さ方向に進退動可能に配置されて導入管１３の開口部分を塞ぐことが可能な遮断部材３１と、遮断部材３１を進退動させるアクチュエータ３３と、遮断部材３１の進退動のガイド機能を有するとともに、排気の漏れを抑える機能を有するガイドカバー３２とによって構成されている。
【００２２】
図２及び図３は、本実施の形態にかかる遮断部３０の構成を示している。図２は、遮断部３０が設けられた排気管１１の斜視図であり、図３は、図１のＸＸ断面を矢印方向に見た断面図である。図２においては、遮断部３０を構成するガイドカバー３２が省略されている。
【００２３】
この例では、遮断部材３１は、排気管１１の内周面に対応する形状を有する板状の部材によって構成されている。この遮断部材３１には、ロッド３３ａが接続されており、ロッド３３ａは、排気管１１に形成されたスリット部１１ａを介して排気管１１の外部に導出されて、排気管１１の外部に備えられたアクチュエータ３３（図１を参照）に接続されている。
【００２４】
排気管１１の内周面には、遮断部材３１の進退動をガイドするとともに、排気の漏れを抑えるためのガイドカバー３２が設けられている。また、排気管１１のスリット部１１ａには、スリット部１１ａ内でロッド３３ａの移動を妨げることなく、かつ、排気管１１内から外部に排気が漏出しないように、シール部材３７が設けられている。
【００２５】
アクチュエータ３３は、電子制御ユニット３５の制御によってロッド３３ａを進退動させることができるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、電磁モータやエアシリンダ等を用いて構成することができる。
【００２６】
電子制御ユニット３５は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであって、パティキュレ−トフィルタ１５の再生制御を実行するとともに、ポンプ２３、還元剤噴射弁２７、及びアクチュエータ３３の駆動制御を実行する。また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０において、電子制御ユニット３５は、遮断部３０の駆動制御を実行する。
【００２７】
電子制御ユニット３５は、パティキュレートフィルタ１５の再生制御が実行されていない期間、すなわち、内燃機関が通常の運転状態にある期間においては、図４（ａ）に示すように、導入管１３の開口部分を開放する位置に遮断部材３１を保持し、液体還元剤の噴射制御を実行する。
【００２８】
一方、電子制御ユニット３５は、パティキュレートフィルタ１５の再生制御が必要になり、実行準備段階に入ったときには、図４（ｂ）に示すように、導入管１３の開口部分を遮断する位置に遮断部材３１を移動させる。このとき同時に、電子制御ユニット３５は、液体還元剤の噴射制御を禁止する。すなわち、パティキュレートフィルタ１５の前後の差圧が所定の閾値を超えた場合や、ＰＭの推定捕集量が所定の閾値を超えた場合、さらには、内燃機関のイグニッションスイッチがオフにされた場合等に、電子制御ユニット３５は、液体還元剤の噴射を停止しつつ、遮断部材３１によって、排気管１１に臨む導入管１３の開口部分を塞いた後、パティキュレートフィルタ１５の再生制御を開始する。
【００２９】
その後、パティキュレートフィルタ１５の再生制御が終了すると、電子制御ユニット３５は、遮断部材３１を元の位置に復帰させるとともに、液体還元剤の噴射制御の禁止を解除する。
【００３０】
以上説明した本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０によれば、パティキュレートフィルタ１５の再生制御時以外においては、還元剤噴射弁２７によって排気管１１内への液体還元剤の噴射を可能とする一方、パティキュレートフィルタ１５の再生制御時においては、還元剤噴射弁２７を排気の流れから遮断することが可能となる。したがって、パティキュレートフィルタ１５の再生制御時に、還元剤噴射弁２７が高熱に晒される機会が軽減され、還元剤噴射弁２７が高熱によって損傷するおそれを低減することができる。また、同時に、液体還元剤として尿素水溶液を用いる場合において、還元剤噴射弁２７の先端部分において尿素水溶液が結晶化するおそれを低減することができる。その結果、液体還元剤の噴射に不具合が生じることを防ぐことができる。
【００３１】
また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０は、主たる排気管１１から分岐して接続された導入管１３に還元剤噴射弁２７を固定することとしているために、排気の主流から還元剤噴射弁２７が遠ざけられて、内燃機関の通常の運転時においても、還元剤噴射弁２７が高熱に晒されることを防ぐことができる。
【００３２】
また、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０は、排気管１１の内部に配置される遮断部材３１と、排気管１１の外部に設けられるアクチュエータ３３とによって遮断部３０を構成することとしているために、パティキュレートフィルタ１５の再生時又は非再生時に、電子制御ユニット３５によって遮断部３０の状態を切り換えることができるとともに、アクチュエータ３３を高熱から保護することができる。
【００３３】
ただし、以上説明した本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、それぞれの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。例えば、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置１０は、以下のように変更することができる。
【００３４】
本実施の形態において説明した内燃機関の排気浄化装置１０を構成する各構成要素の構成や形態はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。
【００３５】
遮断部３０の構成についても、様々な態様に変形することができる。図５及び図６（ａ）〜（ｂ）は、遮断部の別の構成例を示している。この遮断部４０は、排気管１１の内周面に対応する形状を有し、排気管１１の内周面に沿って周方向に進退動する遮断部材４１と、遮断部材４１の進退動を制御するアクチュエータ４３と、遮断部材４１の進退動のガイド機能を有するとともに、排気の漏れを抑える機能を有するガイドカバー４２とを備えている。
【００３６】
パティキュレートフィルタ１５の再生制御が実行されていない期間、すなわち、内燃機関が通常の運転状態にある期間においては、図６（ａ）に示すように、導入管１３の開口部分を開放する位置に遮断部材４１が保持され、液体還元剤の噴射制御を実行する。一方、パティキュレートフィルタ１５の再生制御が必要になり、実行準備段階に入ったときには、図６（ｂ）に示すように、導入管１３の開口部分を遮断する位置に遮断部材４１が移動させられる。このような遮断部４０によっても、本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の場合と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
本実施の形態において説明した内燃機関の排気浄化装置１０においては、１個の電子制御ユニット３５においてすべての制御を実行するものとして説明しているが、電子制御ユニット３５は、適宜の数に分かれていてもかまわない。
【００３８】
・本実施の形態において説明した内燃機関の排気浄化装置１０においては、排気管１１から分岐して接続された導入管１３に還元剤噴射弁２７を固定することとしているが、還元剤噴射弁２７を排気管１１に直接固定し、その上流側等に、還元剤噴射弁２７の方向への排気の流れを遮断できるように遮断部を設けるようにすることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2013038790.tif 000009
2013038790.tif 000010