(57)【要約】【課題】容易に排気ガス温度を上昇させることのできるエンジンを提供する。【解決手段】排気通路９には、ＮＳＲ触媒１２とＤＰＮＲ触媒１３とを備えた触媒装置が設けられている。触媒装置１１には、流入する排気ガス温度を測定する温度センサ１６が設けられている。冷却水循環経路２２には、粘性流体に剪断力を作用させることにより生じる熱を利用して、冷却水を加熱するビスカスヒータ２０が設けられている。エンジン１０とビスカスヒータ２０とは、エンジン１０の出力軸とビスカスヒータ２０の入力軸とを断接するクラッチ２１を介して連結されている。エンジン１０への燃料供給量を調整する燃料供給ポンプ４とエンジン１０の回転数を検出する回転数センサが設けられている。燃料供給ポンプ４、回転数センサ１４及び温度センサ１６は、制御ユニット１７に電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒装置を備えたエンジンであって、
前記エンジンの出力軸に連結するビスカスヒータを備え、
前記ビスカスヒータが作動することにより、前記エンジンの負荷を上昇させて、前記触媒装置が活性化される温度にまで前記排気ガス温度を上昇させることを特徴とする、触媒装置を備えたエンジン。
【請求項２】
前記エンジンの出力軸と前記ビスカスヒータの入力軸とを断接する切替手段を備える請求項１に記載の触媒装置を備えたエンジン。
【請求項３】
前記エンジンは、
前記排気ガス温度を検出する温度検出手段と、
前記エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、
前記排気ガス温度及び前記エンジンの負荷に基づいて、前記切替手段を作動させる制御ユニットと
を備える請求項２に記載の触媒装置を備えたエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、触媒装置を備えたエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気系において、パティキュレートマター（ＰＭ）と呼ばれるカーボン等の微粒子とＮＯｘとを連続かつ同時に低減する、ＤＰＮＲシステムと呼ばれる浄化装置の一例が記載されている。この浄化装置は、排気通路に設けられ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であるＮＳＲ触媒と、多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせて構成されるＤＰＮＲ触媒とからなる触媒装置を備えている。この浄化装置では、触媒を活性化（ライトオフ）させるために、排気ガス温度及び排気通路を最低２００℃に保つ必要がある。しかしながら、アイドル運転や軽負荷域運転ではこれらの温度が２００℃を下回るため、触媒が活性化されない。この状態で排気通路内に燃料を添加すると、燃料が十分に霧化されないこともあり、ＤＰＮＲ触媒の上流側に設けられているＮＳＲ触媒を詰まらせてしまう懸念がある。これを回避するために、例えば、ディーゼルエンジンに予め設けられているグロープラグを強制的に作動させて発電機の負荷を上昇させることにより、エンジン負荷を上昇させて排気ガス温度を上昇させることが可能である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９０２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、強制的にグローを作動させて発電機の負荷を上昇させることによりエンジン負荷を上昇させても、排気ガス温度の上昇には限界がある。この方法では、せいぜい、排気ガス温度は１０℃程度しか上昇しないため、更なる温度上昇を実現するためには、別の方法が必要であった。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、容易に排気ガス温度を上昇させることのできる触媒装置を備えたエンジン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】
【０００６】
この発明に係るエンジンは、触媒装置を備えたエンジンであって、エンジンの出力軸に連結するビスカスヒータを備え、ビスカスヒータが作動することにより、エンジンの負荷を上昇させて、触媒装置が活性化される温度にまで排気ガス温度を上昇させることを特徴とする。ビスカスヒータが作動することにより、ビスカスヒータを駆動する動力の分だけ、エンジンの負荷が上昇する。
エンジンの出力軸とビスカスヒータの入力軸とを断接する切替手段を備えてもよい。
エンジンは、排気ガス温度を検出する温度検出手段と、エンジンの負荷を検出する負荷検出手段と、排気ガス温度及びエンジンの負荷に基づいて、切替手段を作動させる制御ユニットとを備えてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、エンジンの出力軸に連結したビスカスヒータを設け、ビスカスヒータが作動することにより、ビスカスヒータを駆動する動力の分だけエンジンの負荷が上昇するので、容易に排気ガス温度を上昇することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施の形態に係るエンジンの構成を図１に示す。４気筒エンジン１０のシリンダヘッド１には、吸気マニフォルド２及び排気マニフォルド３が接続されている。４つの気筒８のそれぞれには、気筒８内に燃料を噴射するインジェクションノズル７が設けられている。インジェクションノズル７は、高圧の燃料を微細な噴霧状態にして気筒８内に噴射する電磁弁である。それぞれのインジェクションノズル７の他端は、コモンレール６に接続されている。コモンレール６には、燃料通路５の一端が接続されている。燃料通路５の他端は、燃料供給ポンプ４に接続されている。燃料供給ポンプ４には、燃料通路３０の一端が接続されている。燃料通路３０の他端は、図示しない燃料タンクに接続されている。燃料供給ポンプ４により、所望の量の燃料が、インジェクションノズル７から噴射されるようになっている。エンジン１０の外部には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ１４が設けられている。
【０００９】
排気マニフォルド３には、エンジン１０からの排気ガスが流通する、排気通路９が接続されている。また、排気マニフォルド３には、排気マニフォルド３の内部に燃料を添加する燃料添加ノズル１８が設けられている。排気通路９には、触媒装置１１が設けられている。触媒装置１１は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担体に担持したＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒１２と、多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元触媒が担持され構成されるＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒１３とを備えている。より具体的には、ＮＳＲ触媒１２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体とし、この担体上に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を構成するカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが、担持されることによって構成される。ＤＰＮＲ触媒１３は、前述の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が、ＰＭを補足するフィルターの役割をする多孔質セラミック構造体に担持されている。尚、ＮＳＲ触媒１２がＤＰＮＲ触媒１３よりも上流側に位置するように、触媒装置１１が構成されている。触媒装置１１には、ＮＳＲ触媒１２に流入する排気ガスの温度を測定するための温度検出手段である、温度センサ１６が設けられている。
【００１０】
エンジン１０には、エンジン１０を冷却するための冷却水が循環する、冷却水循環経路２２が設けられている。冷却水循環経路２２には、循環水を循環させるウォータポンプ２４と、図示しない車室内に向かう空気と冷却水とを熱交換するヒータコア２３と、粘性流体に剪断力を作用させることにより生じる熱を利用して、冷却水を加熱するビスカスヒータ２０とが設けられている。ビスカスヒータ２０とエンジン１０とは、エンジン１０の出力軸とビスカスヒータ２０の入力軸とを断接するクラッチ２１を介して連結されている。すなわち、エンジン１０の出力軸とビスカスヒータ２０の入力軸とが接続するようにクラッチ２１が作動すると、エンジン１０の動力がビスカスヒータ２０に伝達されてビスカスヒータ２０が作動するようになっている。また、エンジン１０の出力軸とビスカスヒータ２０の入力軸とが切断するようにクラッチ２１が作動すると、エンジン１０の動力がビスカスヒータ２０に伝達されないために、ビスカスヒータ２０は作動しないようになっている。ここで、クラッチ２１は切替手段を構成する。
【００１１】
また、制御ユニット１７が設けられ、制御ユニット１７には、燃料供給ポンプ４、回転数センサ１４、温度センサ１６、及びクラッチ２１が電気的に接続されている。制御ユニット１７は、エンジン１０の運転状態に基づき、燃料供給ポンプ４を制御することによって燃料供給量を調整している。また、制御ユニット１７には、触媒装置１１が活性化される境界温度が設定されると共に、図２に示されるような、エンジン１０の回転数とエンジン１０への燃料供給量との二次元マップが組み込まれている。エンジン１０の回転数は回転数センサ１４によって検出され、燃料供給量は燃料供給ポンプ４によって調整される。この二次元マップは、エンジン１０の稼動状態である負荷を表している。ここで、燃料供給ポンプ４及び回転数センサ１４は負荷検出手段を構成する。エンジン回転数がＮ０以下、かつ、燃料噴射量がＱ０以下の領域（斜線部分）が、排気ガス温度が境界温度未満となる領域、すなわち低負荷領域である。尚、Ｎ０及びＱ０は、個々のエンジンによって異なる値であるため、それぞれのエンジンに最適な値が設定される。
【００１２】
次に、この実施の形態に係るエンジンの動作を説明する。
エンジン１０が始動すると、燃料供給ポンプ４は、燃料通路３０，５を介して、図示しない燃料タンクから燃料をコモンレール６に供給する。コモンレール６は、供給された燃料を各インジェクションノズル７に分配する。
また、エンジン１０が始動すると、図示しない吸気装置によって取り入れられた空気が、吸気マニフォルド２を介して各気筒８内に吸入される。各気筒８内で、図示しないピストンにより、空気が圧縮される。この際、燃料供給ポンプ４によって調整された供給量で、各インジェクションノズル７から各気筒８内へ燃料が噴射され、各気筒８内で燃焼が起こる。各気筒８内における燃焼により生じた排気ガスは、各気筒８から排出されて排気マニフォルド３に集められ、排気通路９を流通し、触媒装置１１に流入する。
【００１３】
触媒装置１１内に流入した排気ガスは、ＮＳＲ触媒１２及びＤＰＮＲ触媒１３において、ＮＯｘ及びＰＭが浄化される。以下に、ＮＯｘ及びＰＭが浄化される原理を説明する。
燃料添加ノズル１８から排気ガスに燃料が添加されていない場合、ＮＳＲ触媒１２は、排気ガス中のＮＯｘを吸収する。一方、ＤＰＮＲ触媒１３は、排気ガス中のＮＯｘを吸収すると共にＰＭを捕集する。触媒装置１１を再生すべく、適当なタイミングで燃料添加ノズル１８から排気ガスに燃料が添加されると、ＮＳＲ触媒１２は、吸収されたＮＯｘ及び排気ガス中のＮＯｘを二酸化窒素（ＮＯ２）または一酸化窒素（ＮＯ）に還元して、排気ガス中に放出する。放出されたＮＯ２やＮＯは、排気ガス中の炭化水素や一酸化炭素（ＣＯ）と速やかに反応して、無害な窒素（Ｎ２）に還元される。一方、ＤＰＮＲ触媒１３も、吸収したＮＯｘ及び排気ガス中のＮＯｘを還元するが、この還元反応によって副生される活性酸素により、ＰＭが酸化除去される。
このようにして触媒装置１１によって浄化された排気ガスは、触媒装置１１から流出した後、下流に設けられた図示しない消音装置等を介して車外に排出される。
【００１４】
このようにして、エンジン１０から排出された排気ガスは、触媒装置１１で浄化されるが、エンジン１０がアイドル運転や軽負荷運転をする場合、排気ガス温度が境界温度まで上がらないことがある。この状態で、触媒装置１１を再生するために排気ガスに燃料を添加しても、ＮＳＲ触媒１２及びＤＰＮＲ触媒１３が活性化されないので、ＮＯｘの還元反応が起こらず、触媒装置１１を再生することができない。その上、添加された燃料が十分に霧化せずにＮＳＲ触媒１２に流入するので、ＮＳＲ触媒１２が詰まるおそれがある。ＮＳＲ触媒１２及びＤＰＮＲ触媒１３を活性化させるためには、エンジン１０の負荷を上昇させることにより、排気ガス温度を境界温度以上に上昇させる必要がある。
【００１５】
そこで、次に、エンジン１０の排気ガス温度が境界温度よりも低い場合に、エンジン１０の負荷を上昇させることによって、排気ガス温度を上昇させる動作を、図３のフローチャートを用いて説明する。
触媒装置１１の再生を行うために、燃料添加ノズル１８から燃料の添加が開始されると、温度センサ１６が排気ガス温度を検出する。制御ユニット１７は、温度センサ１６の検出値が境界温度未満か否かを判断する（ステップＳ１）。温度センサ１６の検出値が境界温度以上の場合には、ＮＳＲ触媒１２及びＤＰＮＲ触媒１３が活性化されているので、制御ユニット１７は、エンジン１０の出力軸とビスカスヒータ２０の入力軸とを切断するようにクラッチ２１を作動させ、ビスカスヒータ２０が作動しないようにする（ステップＳ２）。一方、温度センサ１６の検出値が境界温度未満の場合には、制御ユニット１７は、エンジン１０の負荷が低負荷か否かを判断する（ステップＳ３）。エンジン１０の負荷が低負荷でない場合には、エンジン１０に高い負荷が要求されている運転中であるので、ビスカスヒータ２０に動力を消費されないようにするため、ビスカスヒータ２０が作動しないようにする（ステップＳ２）。一方、エンジン１０の負荷が低負荷の場合には、制御ユニット１７は、エンジン１０の出力軸とビスカスヒータ２０の入力軸とを接続するようにクラッチ２１を作動させ、ビスカスヒータ２０を作動させる（ステップＳ４）。ビスカスヒータ２０が作動すると、ビスカスヒータ２０を駆動する動力の分だけエンジン１０の負荷が上昇する。エンジン１０の負荷が上昇すると、燃料噴射量が上昇して燃焼が激しくなるので、エンジン１０の排気ガス温度が境界温度以上に上昇する。
【００１６】
これらの他に、エンジン１０が始動すると、ウォータポンプ２４が駆動されて、冷却水循環経路２２を冷却水が循環する。冷却水は、エンジン１０内の図示しない経路を流通する際、エンジン１０から発生する熱を奪うことによって、エンジン１０を冷却する。エンジン１０を冷却することによって温度の上昇した冷却水は、ビスカスヒータ２０内に流入する。ビスカスヒータ２０が作動する場合には、冷却水はビスカスヒータ２０によってさらに加熱される。一方、ビスカスヒータ２０は作動しない場合には、冷却水はビスカスヒータ２０によって加熱されずに冷却水循環経路を流通する。その後、冷却水はヒータコア２３に流入し、図示しない車室へ向かう空気と熱交換されて冷却される。一方、車室へ向かう空気は暖められて、暖気として車室内に排出される。ヒータコア２３から流出した冷却水は再びウォータポンプ２４に吸入され、冷却水循環経路２２を冷却水が循環する。
【００１７】
このように、冷却水循環経路２２に、エンジン１０の出力軸に連結するビスカスヒータ２０を設けたので、ビスカスヒータ２０を駆動する動力の分だけエンジン１０の負荷が上昇し、これにより排気ガス温度を上昇させることができる。
また、エンジン１０の出力軸とビスカスヒータ２０の入力軸とを断接するクラッチ２１を設けたので、排気ガス温度を上昇させる必要のあるときだけ、ビスカスヒータ２０を作動させることができ、必要以上にエンジン１０の負荷を上昇させないようにすることができる。
さらに、制御ユニット１７が、排気ガス温度及びエンジン１０の負荷に基づいて、クラッチ２１を作動するようにしたので、排気ガス温度を上昇させる必要があるときだけビスカスヒータ２０を作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態に係る浄化装置の構成図である。
【図２】エンジンの負荷を説明するための模式図である。
【図３】実施の形態に係る浄化装置において、排気ガス温度を上昇させる動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００１９】
４  燃料供給ポンプ（負荷検出手段）、１０  エンジン、１１  触媒装置、１４  回転数センサ（負荷検出手段）、１６  温度センサ（温度検出手段）、１７  制御ユニット、２０  ビスカスヒータ、２１  クラッチ（切替手段）。
【図１】
2006329087.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006329087.tif 000005