(57)【要約】【課題】並列的な複数の排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置において、そのサイズを可及的にコンパクト化するとともに、排気通路に設けられた排気浄化のための触媒の温度維持を容易とする。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関からの排気が流れる複数の排気通路２、３と、複数の排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路の排気流量を調整する複数の排気調整弁１０、１１と、複数の排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路を流れる排気の浄化を行う複数の排気浄化手段８、９と、を備え、複数の排気浄化手段において、階層的に一の排気浄化手段８の周囲を他の排気浄化手段９が取り囲み、且つ各排気浄化手段が同心状に配置されている。【選択図】  図１
2006226231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気が流れる複数の排気通路と、
前記複数の排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路の排気流量を調整する複数の排気調整弁と、
前記複数の排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路を流れる排気の浄化を行う複数の排気浄化手段と、を備え、
前記複数の排気浄化手段において、階層的に一の排気浄化手段の周囲を他の排気浄化手段が取り囲み、且つ各排気浄化手段がほぼ同心状に配置されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記複数の排気調整弁において、各排気調整弁の開度を制御し、該排気調整弁に対応した排気浄化手段への排気流量を調整する排気調整弁制御手段を、更に備え、
前記複数の排気浄化手段のうち内側に位置する排気浄化手段の温度を上昇させるとき、前記排気調整弁制御手段は、該内側に位置する排気浄化手段に排気を流入させ、該複数の排気浄化手段のうち外側に位置する排気浄化手段への排気流入を抑制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】
前記排気調整弁制御手段により前記内側に位置する排気浄化手段に排気を流入させ、その温度を上昇させているとき、前記複数の排気通路のうちいずれかの排気通路の背圧が所定圧を超える場合、該排気調整弁制御手段は、前記外側に位置する排気浄化手段に対応する排気調整弁の開度を大きくし該外側に位置する排気浄化手段への排気流入量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記複数の排気調整弁において、各排気調整弁の開度を制御し、該排気調整弁に対応した排気浄化手段への排気流量を調整する排気調整弁制御手段を、更に備え、
前記内燃機関からの排気温度が所定排気温度以下であるとき、前記排気調整弁制御手段は、前記複数の排気浄化手段のうち内側に位置する排気浄化手段への排気流入を抑制し、該複数の排気浄化手段のうち外側に位置する排気浄化手段に排気を流入させ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５】
前記排気調整弁制御手段により前記外側に位置する排気浄化手段に排気を流入させているとき、前記内側に位置する排気浄化手段の温度が所定床温を超える場合、該排気調整弁制御手段は、前記内側に位置する排気浄化手段に対応する排気調整弁の開度を大きくし該内側に位置する排気浄化手段への排気流入量を増加させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記複数の排気浄化手段のそれぞれは、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを有し、
前記複数のフィルタのうち内側に位置するフィルタから外側に位置するフィルタの順に、各フィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去を行う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７】
前記複数の排気浄化手段のそれぞれは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有し、
前記複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率は、該複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率と比べて大きいことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記複数の排気浄化手段のそれぞれは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有し、
前記複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の低温領域でのＮＯｘ浄化率は、該複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の低温領域でのＮＯｘ浄化率と比べて大きいことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記排気通路、前記排気調整弁、前記排気浄化手段はそれぞれ二個ずつ設けられていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れか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、排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、排気中の粒子状物質が大気に放出されるのを防止するために、排気通路にフィルタが備えられ、そのフィルタによって粒子状物質の捕集が行われる。しかし、フィルタにおける粒子状物質の捕集量には限界容量が存在し、捕集量が過度に多くなると、排気通路における背圧が上昇し、内燃機関の機関負荷を上昇させる結果となる。
【０００３】
従って、フィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去する必要がある。この捕集された粒子状物質の酸化除去においては、フィルタに脈動の少ない安定した排気を送り込むことで効率的な酸化除去が可能となる。そこで、内燃機関の排気通路を並列に二本設け、それぞれにフィルタを設置することで、内燃機関の運転状態にかかわらず常に一方のフィルタへ流れ込む排気量を安定的に維持し、効率的な粒子状物質の酸化除去を行う技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平５−５９９３０号公報
【特許文献２】特開２００４−９２５１２号公報
【特許文献３】特開２００３−８３０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気浄化装置を複数の排気通路で並列的に構成することで、内燃機関の運転状態の影響を受けにくい状態で、一の通路に設けられたフィルタや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等に目的とする排気流量を供給することが可能となる。しかし、排気通路を並列的に設けることで、排気浄化装置全体のサイズが大きくなり車輌への搭載性が悪化する。また、放熱面積も大きいため各通路に設けられた排気浄化のための触媒の温度上昇、維持も困難となる。
【０００５】
本発明では、上記した問題に鑑み、並列的な複数の排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置において、そのサイズを可及的にコンパクト化するとともに、排気通路に設けられた排気浄化のための触媒の温度上昇、維持を容易とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関からの排気が流れる複数の排気通路に設けられた触媒等の各排気浄化手段の相互位置関係に着目した。各排気浄化手段の配置を工夫することで排気浄化装置全体のサイズをコンパクト化することが可能となるとともに、一の排気浄化手段が他の排気浄化手段の断熱構造の機能を果たすことで排気浄化手段の温度上昇、維持を容易とすることが可能となるからである。
【０００７】
そこで、本発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関からの排気が流れる複数の排気通路と、前記複数の排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路の排気流量を調整する複数の排気調整弁と、前記複数の排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路を流れる排気の浄化を行う複数の排気浄化手段と、を備え、前記複数の排気浄化手段において、階層的に一の排気浄化手段の周囲を他の排気浄化手段が取り囲み、且つ各排気浄化手段がほぼ同心状に配置されている。
【０００８】
上記の内燃機関の排気浄化装置においては、排気通路が複数設けられ、そして各排気通
路にそれぞれ排気調整弁と排気浄化手段が設けられている。従って、各排気通路を流れる排気流量を、換言すると各排気通路に設けられた排気浄化手段に流れ込む排気流量を、対応する排気調整弁によって任意に調整することが可能である。その結果、一の排気浄化手段に流れ込む排気流量を略一定に維持しながら、他の排気浄化手段に残りの排気を流し込むことで、一の排気浄化手段において内燃機関の運転状態に影響されない排気流量の制御が可能となる。
【０００９】
ここで、複数の排気浄化手段において、階層的に一の排気浄化手段の周囲を他の排気浄化手段が取り囲むようにすることで、排気浄化手段の配置に際して空間を効率的に利用することが可能となり、以て排気浄化装置に要する空間、特に排気浄化手段の設置に要する空間の容積を抑制することが可能となりそのダウンサイジングが図られる。また、一の排気浄化手段が他の排気浄化手段によって階層的に取り囲まれることで、他の排気浄化手段が一の排気浄化手段に対する断熱構造体として機能する。その結果、一の排気浄化手段の温度上昇、維持が容易に行われる。
【００１０】
また、一の排気浄化手段と他の排気浄化手段との配置上の相互関係では、それぞれが同心状に配置されている。このように互いを配置することで、複数の排気浄化手段における熱分布がより均一となるため、熱応力によるひずみの発生等、熱を起因とする各排気浄化手段への負荷が軽減され得る。
【００１１】
そして、上記の内燃機関の排気浄化装置で、前記複数の排気調整弁において、各排気調整弁の開度を制御し、該排気調整弁に対応した排気浄化手段への排気流量を調整する排気調整弁制御手段を、更に備える場合、前記複数の排気浄化手段のうち内側に位置する排気浄化手段の温度を上昇させるとき、前記排気調整弁制御手段は、該内側に位置する排気浄化手段に排気を流入させ、該複数の排気浄化手段のうち外側に位置する排気浄化手段への排気流入を抑制するようにしてもよい。
【００１２】
排気調整弁制御手段は、各排気通路に設けられた排気調整弁の開度を制御して、その排気調整弁が設けられている排気通路の排気の流量、即ち該排気通路に設けられている排気浄化手段に流入する排気の流量を調整する機能を有する。ここで、複数の排気浄化手段のうち、「内側に位置する排気浄化手段」と「外側に位置する排気浄化手段」においては、両者の相対的な関係において、内側と外側が決定されている。即ち、上述したように、複数の排気浄化手段が階層的に取り囲まれるように設けられている内燃機関の排気浄化装置において、そのうち二つの排気浄化手段の関係において、内側に位置する排気浄化手段と外側に位置する排気浄化手段とが決定されるのであり、以下に記載の発明においても同様である。
【００１３】
ここで、排気調整弁制御手段によって外側に位置する排気浄化手段よりも内側に位置する排気浄化手段に優先的に排気を流入させる理由は、内側に位置する排気浄化手段の方が、外側に位置する排気浄化手段と比べて、より多くの排気浄化手段に取り囲まれているため、その放熱が抑制され得る。その結果、上記の内燃機関の排気浄化装置においては、内側に位置する排気浄化手段の方がより暖まりやすいため、優先的に内側に位置する排気浄化手段に排気を流入させることで早期の暖機を達成することが可能となる。
【００１４】
また、内側に位置する排気浄化手段に排気を流入させている際、外側に位置する排気浄化手段への排気の流入は、排気調整弁制御手段によって、完全に中断されているか、もしくはその排気流量が内側に位置する排気浄化手段への排気流量より少なく制御されるのが好ましい。
【００１５】
ここで、上記の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気調整弁制御手段により前記
内側に位置する排気浄化手段に排気を流入させ、その温度を上昇させているとき、前記複数の排気通路のうちいずれかの排気通路の背圧が所定圧を超える場合、該排気調整弁制御手段は、前記外側に位置する排気浄化手段に対応する排気調整弁の開度を大きくし該外側に位置する排気浄化手段への排気流入量を増加させるようにしてもよい。
【００１６】
排気調整弁制御手段によって内側に位置する排気浄化手段に優先的に排気を流入させている場合、内燃機関の運転状態によっては、外側に位置する排気浄化手段に流入する排気流量が減少することで排気通路の背圧が上昇し、内燃機関の機関負荷が上昇する虞がある。そこで、このような場合には、外側に位置する排気浄化手段への排気流入量を増加させて、排気通路の背圧が過度に上昇するのを抑制する。従って、上記の所定圧とは、内燃機関の機関負荷が上昇すると判断されるときの排気通路における背圧と定義される。
【００１７】
また、上記の内燃機関の排気浄化装置で、前記複数の排気調整弁において、各排気調整弁の開度を制御し、該排気調整弁に対応した排気浄化手段への排気流量を調整する排気調整弁制御手段を、更に備える場合、前記内燃機関からの排気温度が所定排気温度以下であるとき、前記排気調整弁制御手段は、前記複数の排気浄化手段のうち内側に位置する排気浄化手段への排気流入を抑制し、該複数の排気浄化手段のうち外側に位置する排気浄化手段に排気を流入させるようにしてもよい。
【００１８】
ここで、排気調整弁制御手段によって内側に位置する排気浄化手段よりも外側に位置する排気浄化手段に優先的に排気を流入させる理由は、内側に位置する排気浄化手段の温度低下を防止するためである。即ち、内側に位置する排気浄化手段の方が、外側に位置する排気浄化手段と比べて、より多くの排気浄化手段に取り囲まれその放熱が抑制され得る。そこで、排気温度が低い場合は外側に位置する排気浄化手段に優先的に排気を流すことで、内側に位置する排気浄化手段の温度が低下するのを防止し得る。従って、上記の所定排気温度とは、内側に位置する排気浄化手段の温度を低下させる程度に低い排気の温度と定義される。
【００１９】
また、外側に位置する排気浄化手段に排気を流入させている際、内側に位置する排気浄化手段への排気の流入は、温度低下防止の観点から、排気調整弁制御手段によって、完全に中断されているのが好ましい。しかし、内側に位置する排気浄化手段の温度が比較的高温である場合には、多少その温度が低下しても排気浄化能力に支障がない場合がある。そこで、前記排気調整弁制御手段により前記外側に位置する排気浄化手段に排気を流入させているとき、前記内側に位置する排気浄化手段の温度が所定床温を超える場合、該排気調整弁制御手段は、前記内側に位置する排気浄化手段に対応する排気調整弁の開度を大きくし該内側に位置する排気浄化手段への排気流入量を増加させるようにしてもよい。
【００２０】
即ち、内側に位置する排気浄化手段の温度が低温の排気流入によっても排気浄化能力に支障がないと判定される程度の温度、即ち上記の所定床温である場合は、外側に位置する排気浄化手段だけではなく内側に位置する排気浄化手段にも排気を流し込むことで、外側に位置する排気浄化手段が過度に冷却されないようにするものである。
【００２１】
ここで、上記の内燃機関の排気浄化装置において、前記複数の排気浄化手段のそれぞれは、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを有する場合、前記複数のフィルタのうち内側に位置するフィルタから外側に位置するフィルタの順に、各フィルタに捕集された粒子状物質の酸化除去を行うようにしてもよい。
【００２２】
フィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去するためには、フィルタ温度を粒子状物質が酸化除去される温度にまで上昇させる必要がある。そして、温度が上昇させられたフィルタにおいては捕集された粒子状物質が酸化除去されることで、酸化熱が発生する。そこ
で、階層的に形成されているフィルタ（排気浄化手段）において内側から外側に順にフィルタの温度を上昇させていくと、より断熱的な状況の下でフィルタ温度が上昇させられるため、より効率的にフィルタ温度が上昇する。更に、より外側のフィルタはその内側のフィルタの酸化除去における発熱で暖められるため、より容易に外側のフィルタ温度を上昇させることが可能となる。
【００２３】
また、上記までの内燃機関の排気浄化装置において、前記複数の排気浄化手段のそれぞれは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有する場合、前記複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率は、該複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率と比べて大きくなるようにしてもよい。
【００２４】
上述したように、内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（排気浄化手段）は、外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と比べて、より断熱効果が得られる状況下にある。従って、内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度は、外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に比べて、平均的に高くなる。そこで、上記のように内側と外側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において高温領域でのＮＯｘ浄化率を違えることで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒における温度分布に応じたＮＯｘ浄化を達成することが可能となる。換言すると、高温領域でのＮＯｘ浄化率を違えることで、内側と外側の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能が平準化される。
【００２５】
また、上記までの内燃機関の排気浄化装置において、前記複数の排気浄化手段のそれぞれは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有する場合、前記複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の低温領域でのＮＯｘ浄化率は、該複数の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の低温領域でのＮＯｘ浄化率と比べて大きくなるようにしてもよい。
【００２６】
上述したように、内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と比べて、より断熱効果が得られる状況下にあるため、その温度は上昇しやすい。そこで、温度上昇しやすい内側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の低温領域でのＮＯｘ浄化率をより高めることで、排気浄化装置として、より低い温度の排気の浄化を行い得る。一方で、温度上昇しにくい外側に位置する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の高温側のＮＯｘ浄化率を高めることで、排気浄化装置として、より高い温度の排気の浄化を行い得る。
【００２７】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記排気通路、前記排気調整弁、前記排気浄化手段はそれぞれ二個ずつ設けられてもよい。即ち、内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関からの排気が流れる二つの排気通路と、前記二つの排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路の排気流量を調整する二つの排気調整弁と、前記二つの排気通路のそれぞれに設けられ、該排気通路を流れる排気の浄化を行う二つの排気浄化手段と、を備え、前記二つの排気浄化手段において、階層的に一の排気浄化手段の周囲を他の排気浄化手段が取り囲み、且つ各排気浄化手段が同心状に配置されている。そして、上述した排気調整弁制御手段による排気流量の制御が行われる。
【発明の効果】
【００２８】
並列的な複数の排気通路を有する内燃機関の排気浄化装置において、そのサイズを可及的にコンパクト化するとともに、排気通路に設けられた排気浄化のための触媒の温度上昇、維持を容易とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
ここで、本発明に内燃機関の排気浄化装置の実施の形態について図面に基づいて説明す
る。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明に係る内燃機関１の排気浄化装置の概略構成を表す図である。内燃機関１で発生した排気は、排気通路へと送られる。本発明に係る排気浄化装置の排気通路は、先ず内側排気通路２と外側排気通路３との二本の排気通路で構成される。内側排気通路２の途中には、排気浄化を行う内側排気浄化手段が設けられ、それは内側酸化触媒６と内側フィルタ８とで構成されている。内側酸化触媒６は排気中の未燃燃料成分等を酸化する酸化触媒であり、内側フィルタ８は主に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）が担持されているフィルタである。また、内側フィルタ８は内側酸化触媒６の下流側に位置している。一方で、外側排気通路３の途中には、排気浄化を行う外側排気浄化手段が設けられ、それは外側酸化触媒７と外側フィルタ９とで構成されている。外側酸化触媒７は排気中の未燃燃料成分等を酸化する酸化触媒であり、外側フィルタ９は主に排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであってＮＯｘ触媒が担持されているフィルタである。また、外側フィルタ９は外側酸化触媒７の下流側に位置している。
【００３１】
ここで、内側排気浄化手段は、外側排気浄化手段にその周囲を取り囲まれるように配置されている。具体的には、内側酸化触媒６の周囲には外側酸化触媒７がそれを取り囲むように同心状に配置され、内側フィルタ８の周囲には外側フィルタ９がそれを取り囲むように同心状に配置されている。また、内側フィルタ８に担持されたＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率は、外側フィルタ９に担持されたＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率より大きくなるように設定されている。
【００３２】
更に、内側酸化触媒６の上流側の内側排気通路２には、排気中に燃料を添加する内側燃料添加弁４が設けられ、外側酸化触媒７の上流側の外側排気通路３には、排気中に燃料を添加する外側燃料添加弁５が設けられている。更に、内側フィルタ８の下流側の内側排気通路２には、該内側排気通路２を流れる排気の流量を調整する内側排気調整弁１０が設けられ、外側フィルタ９の下流側の外側排気通路３には、該外側排気通路３を流れる排気の流量を調整する外側排気調整弁１１が設けられている。そして、内側排気調整弁１０と外側排気調整弁１１との下流側で、内側排気通路２と外側排気通路３とは合流し、排気通路１２となる。
【００３３】
また、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置には、該内燃機関１や排気浄化装置の各要素を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００３４】
ここで、内側排気調整弁１０および外側排気調整弁１１は、ＥＣＵ２０からの制御信号によってその開度が調整される。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、各排気調整弁の開度が調整され、各排気通路を流れる排気の流量、即ち各酸化触媒や各フィルタに流れ込む排気の流量が調整される。
【００３５】
更に、内側酸化触媒６と内側フィルタ８との間、外側酸化触媒７と外側フィルタ９との間、内側フィルタ８の下流側、および外側フィルタ９の下流側にそれぞれ排気温度を検出する排気温度センサ３０、３１、３２、３３が設けられている。そして、それぞれの排気温度センサはＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０各部位における排気温度を検出し、それより各フィルタに流れ込む排気温度や各フィルタの温度等を推定することが可能となる。
【００３６】
このように構成される内燃機関１の排気浄化装置は、内側排気通路２が外側排気通路３に取り囲まれている構造となっているため、そのサイズは可及的にコンパクト化されている。即ち、内側排気通路２と外側排気通路３を単純に並列に並べるよりも、排気浄化装置のサイズをより小さくし、車輌等への搭載性が向上する。尚、本実施例においては、内側排気通路２と外側排気通路３の二本だが、三本以上の排気通路を本実施例のごとく階層的に設けてもよい。
【００３７】
また、内燃機関１から排出された排気は、内側排気通路２および外側排気通路３に流れ込み、それぞれの設けられた内側排気浄化手段と外側排気浄化手段によって排気の浄化が行われる。例えば、内側酸化触媒６や外側酸化触媒７によって排気中の未燃燃料成分が酸化されたり、内側フィルタ８および外側フィルタ９によって排気中の粒子状物質が捕集されるとともに、それぞれに担持されているＮＯｘ触媒によってＮＯｘの還元浄化が行われたりする。
【００３８】
ここで、各酸化触媒や各フィルタによる排気浄化を効率的に行うためには、酸化触媒やＮＯｘ触媒が触媒機能を発揮し得る活性温度に達している必要があり、またフィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去するためにはフィルタ温度を目的とする温度まで上昇させる必要がある。そこで、内燃機関１の排気浄化装置におけるフィルタの温度上昇の制御に関する一例を図２に示す。図２は、フィルタの温度上昇のための排気調整弁の制御（以下、「排気調整弁制御」という。）に関するフローチャートである。尚、本実施例における排気調整弁制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００３９】
Ｓ１０１では、内燃機関１が運転状態にあるか否かが判定される。即ち、内燃機関１から排気の排出が行われているか否かが判定される。内燃機関１が運転状態にあると判定されるとＳ１０２へ進み、内燃機関１が運転状態にないと判定されると本制御を終了する。
【００４０】
Ｓ１０２では、内側フィルタ８の温度がライトオフ温度より低いか否かが判定される。内側フィルタ８の温度は、排気温度センサ３２によって検出される、内側フィルタ８から排出される排気の温度に基づいて推定される。ここで、ライトオフ温度とは、内側フィルタ８に担持されたＮＯｘ触媒が活性状態となる温度である。従って、Ｓ１０２では内側フィルタ８に担持されたＮＯｘ触媒の活性状態が判定される。内側フィルタ８の温度がライトオフ温度より低いとき、即ちＮＯｘ触媒が活性状態にないときはＳ１０３へ進む。一方で、内側フィルタ８の温度がライトオフ温度より低くないときは本制御を終了する。
【００４１】
Ｓ１０３では、外側排気調整弁１１を全閉することが可能か否かが判定される。後述するように、内側フィルタ８の昇温は内燃機関１からの排気を優先的に内側フィルタ８に流し込むことで行われる。このとき、外側排気調整弁１１を全閉とすることで、排気通路の背圧が上昇し内燃機関の機関負荷が大きく上昇するのは好ましくない。そこで、内燃機関１の運転状態が、外側排気調整弁１１を全閉することが可能な運転状態であるか、換言すると外側排気調整弁１１を全閉することで排出される排気量が、機関負荷が大きく上昇しない程度の量であるかが判定される。外側排気調整弁１１を全閉することが可能であると判定されるとＳ１０４へ進み、外側排気調整弁１１を全閉することが可能でないと判定されるとＳ１０７へ進む。
【００４２】
Ｓ１０４では、内側フィルタ８の温度が、内側フィルタ８に流れ込む排気温度より低いか否かが判定される。即ち、内側フィルタ８の温度を排気温度によって上昇させることが可能か否かが判定される。ここで、該排気温度として、排気温度センサ３０によって検出された排気温度が用いられる。内側フィルタ８の温度が排気温度より低いと判定されると
Ｓ１０５へ進み、内側フィルタ８の温度が排気温度より低くないと判定されるとＳ１０８へ進む。
【００４３】
Ｓ１０５では、内側排気調整弁１０の開度を全開とし、その後Ｓ１０６へ進み、外側排気調整弁１１の開度を全閉として、本制御を終了する。また、Ｓ１０７では、内側排気調整弁１０および外側排気調整弁１１の開度をともに全開として、本制御を終了する。また、Ｓ１０８では、外側排気調整弁１１の開度を全開として、本制御を終了する。
【００４４】
本制御においては、先ず、Ｓ１０５およびＳ１０６の処理によって、内側フィルタ８の昇温を図るときは、内燃機関１からの排気を外側フィルタ９には流さずに、内側フィルタ８に優先的に流す。内側フィルタ８は外側フィルタ９に取り囲まれるように配置されているため、外側フィルタ９に比べて放熱量が少ない。従って、外側フィルタ９に比べて早期に温度が上昇しやすく、温度維持も容易である。そこで、内側フィルタ８に排気を優先的に流すことで、排気浄化装置の排気浄化能力を早期に立ち上げることが可能となる。また、また、内側フィルタ８に担持されたＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率は、外側フィルタ９に担持されたＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率より大きくなるように設定されているため、内側フィルタ８と外側フィルタ９における温度分布に応じたＮＯｘ浄化を行うことが可能となる。
【００４５】
次に、Ｓ１０７の処理によっては、内燃機関１の排気通路における背圧上昇を回避するべく、内側排気調整弁１０と外側排気調整弁１１の開度が全開にされる。この際は、内側フィルタ８と外側フィルタ９の温度上昇を図りつつ、背圧上昇の回避が行われる。また、Ｓ１０８の処理が行われる場合は、内側フィルタ８の温度は十分に上昇していることを意味しているため、Ｓ１０８の処理によっては外側フィルタ９の温度上昇が行われる。このとき、外側フィルタ９は排気の熱によって温度上昇されるとともに、内包している内側フィルタ８から伝播する熱によっても温度上昇される。
【００４６】
本制御によると、並列的に設けられた内側排気通路２と外側排気通路３を有する内燃機関１の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の担持された内側フィルタ８および外側フィルタ９の温度上昇、維持が容易となる。
【００４７】
また、本実施例においては、内側フィルタ８に担持されたＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率は、外側フィルタ９に担持されたＮＯｘ触媒の高温領域でのＮＯｘ浄化率より大きくなるように設定されているが、これに代えて、内側フィルタ８に担持されたＮＯｘ触媒の低温領域でのＮＯｘ浄化率を、外側フィルタ９に担持されたＮＯｘ触媒の低温領域でのＮＯｘ浄化率より大きくなるように設定してもよい。このようにすることで、内側フィルタ８と外側フィルタ９によってより幅広い温度領域で排気中のＮＯｘ浄化が可能となる。
【実施例２】
【００４８】
次に、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置において行う排気調整弁制御の別の実施例について、図３に基づいて説明する。尚、本実施例における排気調整弁制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。また、図３において、図２に示す排気調整弁制御と同一の処理については、同一の参照番号を付することで詳細な説明は省略する。
【００４９】
本実施例においては、Ｓ１０３の処理に代わってＳ２０１の処理が行われる。Ｓ２０１では、外側排気調整弁１１の限界開度が算出される。ここで、限界開度とは、仮に内側排気調整弁１０を全開とし外側排気調整弁１１を全閉としたときに発生する排気通路の背圧が、機関負荷が比較的高くなる所定圧より高くなると判定される場合に、その背圧を所定
圧まで低下させるために必要な外側排気調整弁１１の開度をいう。従って、この限界開度は、内燃機関１から排出される排気量に関連する内燃機関１の運転状態に基づいて決定される。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。尚、Ｓ１０３の処理が無くなるため、併せてＳ１０７の処理も無くなる。
【００５０】
また、本制御においては、Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。Ｓ２０２では、Ｓ２０１で算出された限界開度に基づいて、外側排気調整弁１１の開度が調整される。Ｓ２０２の処理後、本制御を終了する。
【００５１】
本制御においては、内側フィルタ８の温度上昇を行うとき、Ｓ１０５およびＳ２０２の処理によって、排気浄化装置の排気浄化能力を早期に立ち上げることが可能となるとともに、排気通路における背圧の過度な上昇も回避することが可能となる。
【実施例３】
【００５２】
次に、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置において行う排気調整弁制御の別の実施例について、図４に基づいて説明する。尚、本実施例における排気調整弁制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。また、図４において、図２および図３に示す排気調整弁制御と同一の処理については、同一の参照番号を付することで詳細な説明は省略する。
【００５３】
本実施例においては、Ｓ１０８の処理に代わってＳ３０１からＳ３０３の処理が行われる。本制御では、Ｓ１０４で内側フィルタ８の温度が排気温度より低くないと判定されると、Ｓ３０１に進む。Ｓ３０１では、内側フィルタ８に流入する排気温度が所定排気温度ＴＥＸより低いか否かが判定される。ここで、所定排気温度ＴＥＸとは、排気が温度上昇した内側フィルタ８に流れ込んだとき、それに担持されたＮＯｘ触媒の活性が弱まる程度の低温の排気温度である。従って、Ｓ３０１では、低温の排気を内側フィルタ８に流し込むことで、フィルタ８の活性が低下するか否かを判定する。該排気温度が所定排気温度ＴＥＸより低いと判定されると、Ｓ３０２へ進む。一方で、排気温度が所定排気温度ＴＥＸより低くないと判定されると、本制御を終了する。
【００５４】
Ｓ３０２では、内側排気調整弁１０の開度が調整される。即ち、排気温度が比較的低いため、この排気が内側フィルタ８に流れ込んで内側フィルタ８の温度が低下しないように、内側フィルタ８への排気の流入量を抑制すべく内側排気調整弁１０の開度が調整される。Ｓ３０２の処理が終了すると、Ｓ３０３へ進む。Ｓ３０３では、外側排気調整弁１１の開度を全開とし、本制御を終了する。
【００５５】
本制御においては、内側フィルタ８の温度上昇を行うとき、Ｓ１０５およびＳ２０２の処理によって、排気浄化装置の排気浄化能力を早期に立ち上げることが可能となるとともに、排気通路における背圧の過度な上昇も回避することが可能となる。更に、排気温度が比較的低いとき、外側フィルタ９に優先的に排気を流すことで内側フィルタ８の温度低下を抑制することも可能となる。
【実施例４】
【００５６】
次に、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置において行う排気調整弁制御の別の実施例について、図５に基づいて説明する。尚、本実施例における排気調整弁制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。また、図５において、図２、図３および図４に示す排気調整弁制御と同一の処理については、同一の参照番号を付することで詳細な説明は省略する。
【００５７】
本制御では、Ｓ１０２で内側フィルタ８の温度がライトオフ温度より低くないと判定さ
れると、Ｓ４０１に進む。Ｓ４０１では、内側フィルタ８の温度が所定床温ＴＦより高いか否かが判定される。ここで、所定床温ＴＦとは、内側フィルタ８に担持されたＮＯｘ触媒の活性が低下しない温度であって、具体的にはライトオフ温度より若干高い温度である。内側フィルタ８の温度が所定床温ＴＦより高いと判定されるとＳ４０２へ進み、一方で内側フィルタ８の温度が所定床温ＴＦより高くないと判定されると本制御を終了する。
【００５８】
Ｓ４０２では、外側フィルタ９の温度がライトオフ温度より低いか否かが判定される。外側フィルタ９の温度は、排気温度センサ３３によって検出される、外側フィルタ９から排出される排気の温度に基づいて推定される。よって、Ｓ４０２では外側フィルタ９に担持されたＮＯｘ触媒の活性状態が判定される。外側フィルタ９の温度がライトオフ温度より低いとき、即ちＮＯｘ触媒が活性状態にないときはＳ４０３へ進む。一方で、外側フィルタ９の温度がライトオフ温度より低くないときは本制御を終了する。
【００５９】
Ｓ４０３では、内側フィルタ８の低下可能温度ｄＴが算出される。低下可能温度ｄＴとは、内側フィルタ８に比較的低温の排気が流れ込んでもその床温がライトオフ温度より高い温度を維持し得る場合における、内側フィルタ８の有する温度のマージンである。即ち、比較的低温の排気が流れ込んでもｄＴ分の温度マージンが内側フィルタ８にはあるため、内側フィルタ８は活性を失わないことになる。Ｓ４０３の処理が終了すると、Ｓ４０４へ進む。
【００６０】
Ｓ４０４では、Ｓ４０３で算出された低下可能温度ｄＴに対応する内側排気調整弁１０の開度が算出される。この開度算出にあたっては、内側フィルタ８に流入する排気温度や排気流量が考慮される。例えば、排気温度が低くなるほど、もしくは排気流量が多くなるほど、一定の低下可能温度ｄＴに対応する内側排気調整弁１０の開度は小さくなる。Ｓ４０４の処理が終了すると、Ｓ４０５へ進む。
【００６１】
Ｓ４０５では、Ｓ４０４で算出された開度に基づいて、内側排気調整弁１０の開度が調整される。その後、Ｓ４０５へ進み、外側排気調整弁１１の開度が全開にされ、本制御を終了する。
【００６２】
本制御によると、図４に示した排気調整弁制御の効果に加えて、内側フィルタ８の温度をライトオフ温度より低下させずに、外側フィルタ９の温度が過度に低下するのを回避することが可能となる。
【実施例５】
【００６３】
次に、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置において行う排気調整弁制御の別の実施例について、図６に基づいて説明する。尚、本実施例における排気調整弁制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００６４】
Ｓ５０１では、Ｓ１０１と同様に、内燃機関１が運転状態にあるか否かが判定される。内燃機関１が運転状態にあると判定されるとＳ５０２へ進み、内燃機関１が運転状態にないと判定されると本制御を終了する。
【００６５】
Ｓ５０２では、内側フィルタ８および外側フィルタ９において、捕集された粒子状物質量が所定量を超えて粒子状物質の酸化除去を行うフィルタの再生が必要か否かが判定される。具体的には、内燃機関１で消費された燃料量や内燃機関１の運転履歴、各フィルタを流れた排気流量等に基づいて、内側フィルタ８および外側フィルタ９に捕集された粒子状物質量を推定し、それらが基準値である所定量を上回った場合には各フィルタの再生が必要であると判定される。フィルタの再生が必要であると判定されるとＳ５０３へ進み、フィルタの再生が必要ではないと判定されると本制御を終了する。
【００６６】
Ｓ５０３では、内側フィルタ８の再生が実行される。具体的には、内側燃料添加弁４より排気中に燃料が添加されるとともに、内側排気調整弁１０を内側フィルタ８の温度が過度に昇温しない程度に閉じる。このようにすることで、内側酸化触媒６や内側フィルタ８における排気流量が極めて低い状態となり、効率的に、捕集された粒子状物質の酸化除去が行われる。Ｓ５０３の処理が終了すると、Ｓ５０４へ進む。
【００６７】
Ｓ５０４では、外側フィルタ９が再生可能状態にあるか否か、即ち、外側フィルタ９に捕集された粒子状物質が酸化除去可能程度に、外側フィルタ９の温度が上昇しているか否かが判定される。具体的には、排気温度センサ３３によって検出される、外側フィルタ９から排出される排気温度に基づいて外側フィルタ９が再生可能状態にあるか否かが判定される。外側フィルタ９が再生可能状態にあると判定されるとＳ５０７へ進み、外側フィルタ９が再生可能状態にないと判定されるとＳ５０５へ進む。
【００６８】
Ｓ５０５では、内側フィルタ８に流れ込む排気流量を減らし、外側フィルタ９に流れ込む排気流量を増やすべく内側排気調整弁１０と外側排気調整弁１１の開度が調整される。Ｓ５０５の処理が終了すると、Ｓ５０６へ進む。
【００６９】
Ｓ５０６では、外側フィルタ９の昇温が実行される。具体的には、外側燃料添加弁５から排気中に燃料が添加されて外側酸化触媒７で酸化熱を発生させ排気温度を上昇させる。これにより、外側フィルタ９に流れ込む排気温度を上昇させて、外側フィルタ９の温度上昇を行う。
【００７０】
Ｓ５０７では、内側フィルタ８の場合と同じように、外側フィルタ９の再生を実行する。具体的には、外側燃料添加弁５より排気中に燃料が添加されるとともに、外側排気調整弁１１を外側フィルタ９の温度が過度に昇温しない程度に閉じる。Ｓ５０７の処理後、本制御を終了する。
【００７１】
本制御によると、図１に示す内燃機関１の排気浄化装置におけるフィルタの再生にあたって、外側フィルタ９より内側フィルタ８を優先的に再生させる。内側フィルタ８は外側フィルタ９に取り囲まれるように設けられているため放熱量が少なくなり、効率的に内側フィルタ８の再生が行われる。また、内側フィルタ８の再生時に発生した熱によって外側フィルタ９が暖められるため、その後の外側フィルタ９の再生も円滑に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の第一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置において行われる、フィルタの温度上昇を行うための排気調整弁制御に関するフローチャートである。
【図３】本発明の第二実施例に係る内燃機関の排気浄化装置において行われる、フィルタの温度上昇を行うための排気調整弁制御に関するフローチャートである。
【図４】本発明の第三実施例に係る内燃機関の排気浄化装置において行われる、フィルタの温度上昇を行うための排気調整弁制御に関するフローチャートである。
【図５】本発明の第四実施例に係る内燃機関の排気浄化装置において行われる、フィルタの温度上昇を行うための排気調整弁制御に関するフローチャートである。
【図６】本発明の第五実施例に係る内燃機関の排気浄化装置において行われる、フィルタの再生を行うための排気調整弁制御に関するフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・・内燃機関
２・・・・内側排気通路
３・・・・外側排気通路
４・・・・内側燃料添加弁
５・・・・外側燃料添加弁
６・・・・内側酸化触媒
７・・・・外側酸化触媒
８・・・・内側フィルタ
９・・・・外側フィルタ
１０・・・・内側排気調整弁
１１・・・・外側排気調整弁
１２・・・・排気通路
２０・・・・ＥＣＵ
３０・・・・排気温度センサ
３１・・・・排気温度センサ
３２・・・・排気温度センサ
３３・・・・排気温度センサ
【図１】
2006226231.tif 000003
【図２】
2006226231.tif 000004
【図３】
2006226231.tif 000005
【図４】
2006226231.tif 000006
【図５】
2006226231.tif 000007
【図６】
2006226231.tif 000008