(57)【要約】【課題】  内燃機関の搭載性を向上させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  エンジン１の排気管２内に配置される吸蔵還元型のＮＯｘ触媒３と、このＮＯｘ触媒３よりも上流側の排気管に一端が接続されるとともにＮＯｘ触媒３よりも下流側の排気管に他端が接続されるバイパス管４と、バイパス管４に設けられてバイパス管４内の排気の流通を許可する位置と排気の流通を阻止する位置とに切り替え可能なバイパス弁５と、を備えた排気浄化装置において、複数の圧力検出部７を有する差圧センサ７をさらに備え、これら複数の圧力検出部７のうち互いに異なる圧力検出部７がバイパス弁５よりも上流側のバイパス管４及びバイパス弁５よりも下流側のバイパス管４にそれぞれ接続され、かつ差圧センサ６がバイパス弁５の近傍に配置されている。【選択図】      図２
2006258073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管内に配置される排気浄化手段と、前記排気浄化手段よりも上流側の排気管に一端が接続されるとともに前記排気浄化手段よりも下流側の排気管に他端が接続されるバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記バイパス管内の排気の流通を許可する位置と排気の流通を阻止する位置とに切り替え可能な弁手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
複数の圧力検出部を有する圧力検出手段をさらに備え、
前記複数の圧力検出部のうち互いに異なる圧力検出部が前記弁手段よりも上流側のバイパス管及び前記弁手段よりも下流側のバイパス管にそれぞれ接続され、かつ前記圧力検出手段が前記弁手段の近傍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】
前記バイパス管が、前記排気管のうち前記バイパス管の一端が接続される上流側接続部と前記バイパス管の他端が接続される下流側接続部との間に設けられる主流部の排気管と空間を隔てて設けられ、
前記圧力検出手段が前記バイパス管と前記主流部の排気管との間に配置されてい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】
前記排気浄化手段として、パティキュレートフィルタ、酸化触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、酸化触媒及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、又は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうちの少なくともいずれか一つが配置されている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。
【請求項４】
前記弁手段としてバタフライバルブが設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記弁手段が、弁座と、前記弁座に対して接触する位置と離間する位置との間で進退可能な弁体と、を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記弁手段は、閉弁時に前記排気浄化手段よりも上流側の排気と接触する上流側接触部と閉弁時に前記排気浄化手段よりも下流側の排気と接触する下流側接触部とを有する弁体を備え、
前記複数の圧力検出部のうち互いに異なる圧力検出部が前記上流側接触部及び前記下流側接触部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路に配置されたパティキュレートフィルタと、このパティキュレートフィルタをバイパスするバイパス通路と、内燃機関の運転状態に応じてバイパス通路への排気の流入を遮断する遮断弁を備えた排気浄化装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１４２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の装置では、排気管の外側に配置される部分を考慮してセンサの配置位置を設定していない。そのため、センサの配置位置によっては必要となる搭載体積が増加し、内燃機関の搭載性を悪化させるおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、内燃機関の搭載性を向上させることが可能な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】
【０００５】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気管内に配置される排気浄化手段と、前記排気浄化手段よりも上流側の排気管に一端が接続されるとともに前記排気浄化手段よりも下流側の排気管に他端が接続されるバイパス管と、前記バイパス管に設けられて前記バイパス管内の排気の流通を許可する位置と排気の流通を阻止する位置とに切り替え可能な弁手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、複数の圧力検出部を有する圧力検出手段をさらに備え、前記複数の圧力検出部のうち互いに異なる圧力検出部が前記弁手段よりも上流側のバイパス管及び前記弁手段よりも下流側のバイパス管にそれぞれ接続され、かつ前記圧力検出手段が前記弁手段の近傍に配置されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、弁手段の近傍に圧力検出手段を配置したので、バイパス管の外側に突出する部分をまとめることができる。また、弁手段によってバイパス管内の排気の流通を停止させることで、弁手段よりも上流側のバイパス管に接続された圧力検出部によって排気浄化手段よりも上流側の排気圧を、弁手段よりも下流側のバイパス管に接続された圧力検出部によって排気浄化手段よりも下流側の排気圧をそれぞれ検出することができる。即ち、弁手段よりも上流側のバイパス管及び下流側のバイパス管をそれぞれ圧力検出部に排気を導くための圧力導入管として機能させることができる。そのため、排気管及びバイパス管の外側に突出する部分を減少させ、内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【０００７】
本発明の排気浄化装置の一形態は、前記バイパス管が、前記排気管のうち前記バイパス管の一端が接続される上流側接続部と前記バイパス管の他端が接続される下流側接続部との間に設けられる主流部の排気管と空間を隔てて設けられ、前記圧力検出手段が前記バイパス管と前記主流部の排気管との間に配置されていてもよい（請求項２）。この形態によれば、主流部の排気管とバイパス管との間の隙間を利用して圧力検出手段をコンパクトに配置することができる。
【０００８】
本発明の排気浄化装置の一形態は、前記排気浄化手段として、パティキュレートフィルタ、酸化触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、酸化触媒及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、又は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうちの少なくともいずれか一つが配置されていてもよい（請求項３）。パティキュレートフィルタ（以降、フィルタと略称する。）は排気中の粒子状物質が付着、堆積することで、排気浄化性能が低下する。そこで、例えばフィルタよりも上流側の排気圧とフィルタよりも下流側の排気圧との差を検出し、この検出した圧力差に応じて付着した粒子状物質を浄化する処理を適宜実施することで、フィルタの排気浄化性能を高い状態に維持することができる。吸蔵還元型のＮＯｘ触媒（以降、ＮＯｘ触媒と略称する。）を配置する場合は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元、浄化する際に添加する還元剤などが粒子状物質などとともにＮＯｘ触媒に付着してＮＯｘ触媒の排気浄化性能を低下させるおそれがある。そこで、フィルタと同様に、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気圧と下流側の排気圧との差を検出し、この検出した圧力差に応じて排気浄化性能を回復させる処理を適宜実施することで、排気浄化性能を高い状態に維持することができる。
【０００９】
本発明の排気浄化装置の一形態は、前記弁手段としてバタフライバルブが設けられていてもよい（請求項４）。この形態によれば、バイパス管内の排気の流通を迅速に停止させることができる。そのため、例えば排気浄化手段よりも上流側の排気圧又は排気浄化手段よりも下流側の排気圧を検出する場合、これらの圧力を圧力検出手段によって速やかに検出することができる。即ち、圧力検出の応答性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の排気浄化装置の一形態は、前記弁手段が、弁座と、前記弁座に対して接触する位置と離間する位置との間で進退可能な弁体と、を備えていてもよい（請求項５）。この形態によれば、閉弁時における弁手段の密閉性を向上させることができる。即ち、バイパス管の排気の流通をより確実に阻止することができる。そのため、排気浄化手段よりも上流側の排気圧及び排気浄化手段よりも下流側の排気圧の検出精度をそれぞれ向上させることができる。
【００１１】
本発明の排気浄化装置の一形態として、前記弁手段は、閉弁時に前記排気浄化手段よりも上流側の排気と接触する上流側接触部と閉弁時に前記排気浄化手段よりも下流側の排気と接触する下流側接触部とを有する弁体を備え、前記複数の圧力検出部のうち互いに異なる圧力検出部が前記上流側接触部及び前記下流側接触部にそれぞれ設けられていてもよい（請求項６）。このように弁体に圧力検出部を設け、弁手段と圧力検出手段とを一体的に構成することで、圧力検出手段をさらにコンパクトに配置することができる。また、圧力検出部がバイパス管内に配置されるので、外側への突出部分をさらに減少させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明によれば、圧力検出手段を弁手段の近傍に配置するなど、バイパス管及び排気管から外側にそれぞれ突出する部分をまとめることができるので、必要となる搭載体積を低減することができる。そのため、内燃機関の搭載性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の第一の実施形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関としてのディーゼルエンジン（以降、エンジンと略称する。）１を示している。エンジン１は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、排気を所定の排出位置まで導くための排気管２を備えている。排気管２の内部には、排気浄化手段としての吸蔵還元型のＮＯｘ触媒３が設けられている。また、図１に示したように排気管２には、ＮＯｘ触媒３よりも上流側の排気管２に一端が接続されるとともにＮＯｘ触媒３よりも下流側の排気管２に接続されるバイパス管４が設けられている。このバイパス管４には、弁手段としてのバイパス弁５、及び圧力検出手段としての差圧センサ６が設けられている。図２は、バイパス管４の一部を拡大して示している。図２に示したように、バイパス管４の内部にはバイパス弁５としてバタフライバルブが設けられ、差圧センサ６はバイパス弁５の近傍に配置されている。また、図２に示したように差圧センサ６は、複数（図２では二つ）の圧力検出部７を有しており、一方の圧力検出部７がバイパス弁５よりも上流側のバイパス管４とバキュームホース８を介して接続され、他方の圧力検出部７がバイパス弁５よりも下流側のバイパス管４とバキュームホース８を介して接続されている。このように、二つの圧力検出部７が接続されることで、バイパス弁５よりも上流側のバイパス管４の排気圧、バイパス弁５よりも下流側のバイパス管４の排気圧、及びこれらの排気圧の差を差圧センサ６によって検出することができる。なお、バイパス弁５は、駆動モータ５ａを備えており、この駆動モータ５ａによって弁体２１が軸２２を中心に図２の左右方向に回転駆動される。
【００１４】
バイパス弁５の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットであり、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されているＮＯｘ量が予め設定された許容量を超えたと判断した場合、ＮＯｘ触媒３に吸蔵されているＮＯｘが還元、浄化されるように不図示の還元剤添加ノズルの動作を制御してＮＯｘ触媒３に還元剤を添加する。また、ＥＣＵ１０は、図３に示したバイパス弁動作制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行してバイパス弁５の動作を制御する。
【００１５】
図３の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１０はまずステップＳ１で、ＮＯｘ触媒３よりも上流側の排気圧とＮＯｘ触媒３よりも下流側の排気圧との差（以降、圧力差と略称する。）を検出するか否か判断する。圧力差の検出は、例えばエンジン１の運転中に予め設定した所定の間隔で繰り返し行っても良いし、エンジン１の運転時間や車両の走行距離などに応じて実施するか否か判断してもよい。圧力差を検出すると判断した場合はステップＳ２に進み、ＥＣＵ１０はバイパス弁５を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、圧力差を検出しないと判断した場合はステップＳ３に進み、ＥＣＵ１０はバイパス弁５を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００１６】
バイパス弁５を閉じ、バイパス管４内の排気の流通を阻止することで、バイパス弁５よりも上流側のバイパス管４内の圧力をＮＯｘ触媒３よりも上流側の排気圧と同じ圧力に変化させ、バイパス弁５よりも下流側のバイパス管４内の圧力をＮＯｘ触媒３よりも下流側の排気圧と同じ圧力に変化させることができる。そのため、バイパス弁５を閉じることによって、バイパス管４を各圧力検出部７に排気を導くための圧力導入管として機能させることができる。
【００１７】
以上に説明した実施形態によれば、差圧センサ６をバイパス弁５の近傍に配置したので、バイパス管４の外側に突出する部分をまとめることができる。また、バイパス弁５を閉じることで、バイパス管４を圧力導入管として機能させることができるので、バイパス管４と圧力検出部７とを接続するバキュームホース８の長さを短縮することができる。この実施形態では、バイパス弁５としてバタフライバルブを設けたので、圧力差を検出する際に迅速にバイパス管４内の排気の流通を停止させることができる。そのため、差圧センサ６によって圧力差を速やかに検出することができる。ＮＯｘ触媒３に排気中の粒子状物質などが付着すると排気浄化性能が低下するとともに流れ抵抗が増加する。そこで、バイパス弁５を閉じて所定の間隔で圧力差を検出することで、ＮＯｘ触媒３の状態を監視することができる。
【００１８】
図４（ａ）〜（ｃ）は、第一の実施形態に係る排気浄化装置の変形例をそれぞれ示している。なお、図４（ａ）〜（ｃ）は、各変形例のバイパス管４の一部をそれぞれ示している。図４（ａ）に示した変形例では、バイパス弁５よりも上流側のバイパス管４及びバイパス弁５よりも下流側のバイパス管４からそれぞれ枝管２０を延ばし、これらの枝管２０に各圧力検出部７が取り付けられている。枝管２０は、例えば金属製のパイプで設けられ、排気が外部に漏れないように先端が閉じられている。なお、図４（ａ）では、各枝管２０の先端が互いに突き合わされている。この変形例では、金属製の枝管２０を設け、この枝管２０によって排気を圧力検出部７まで導くので、より高温の排気まで圧力を検出することができる。即ち、圧力検出部７までの圧力導入管の熱耐久性を向上させることができる。
【００１９】
図４（ｂ）の変形例では、差圧センサ６の各圧力検出部７がバイパス管４に直接接続されている。このようにバイパス管４に差圧センサ６を取り付けることで、さらにバイパス管４から外側に突出する部分を減少させることができる。図４（ｃ）の変形例では、バイパス弁５の弁体２１に各圧力検出部７が設けられる。図４（ｃ）に示したように、バイパス弁５の弁体２１は、閉弁時にＮＯｘ触媒３よりも上流側の排気と接触する上流側接触部２１ａと、閉弁時にＮＯｘ触媒３よりも下流側の排気と接触する下流側接触部２１ｂとを有している。二つの圧力検出部７は、図４（ｃ）に示したように、一方の圧力検出部７が上流側接触部２１ａに配置され、他方の圧力検出部７が下流側接触部２１ｂに配置される。なお、各圧力検出部７で検出された圧力は、例えば弁体２１の内部に設けられる信号線などを介して差圧センサ６の本体６ａに送られてもよい。このように、弁体２１に圧力検出部７を一体的に設けることで、バイパス管４の外側に突出する部分をさらに減少させることができる。
【００２０】
図５は、本発明の排気浄化装置の第二の実施形態を示している。なお、図５は、この実施形態のバイパス管４の一部を拡大して示している。図５において図２と共通する部分には同一符号を付してある。図５に示した実施形態では、バイパス弁５がシート面３１ａを有する弁座３１と、弁座３１に対して接触する位置と離間する位置との間を進退可能な弁体３２と、を備えている。なお、弁座３１が設けられている隔壁３３は、弁座３１と弁体３２とが接触することで、バイパス管４内の排気の流通が阻止されるように設けられている。即ち、図５に示した開口部３４のみによってバイパス弁５よりも下流のバイパス管４とバイパス弁５よりも上流のバイパス管４とが接続される。この実施形態における差圧センサ６は、隔壁３３によって遮断される一方の側と他方の側にそれぞれ各圧力検出部７が配置されるように設けられる。なお、弁体３２の進退は、弁体３２が駆動モータ５ａによって左右に回転駆動されることによって行われる。
【００２１】
この実施形態では、弁座３１と弁体３２とがシート面３１ａにて接触するので、閉弁時におけるバイパス弁５の密閉性を向上させることができる。そのため、差圧センサ６によって検出される各部の圧力の精度を向上させることができる。
【００２２】
図６（ａ）、（ｂ）は、第二の実施形態に係る排気浄化装置の変形例を示している。なお、図６（ａ）、（ｂ）は、各変形例のバイパス管４の一部をそれぞれ示している。図６（ａ）の変形例では、バイパス管４内を流通する排気の流れと同じ方向に進退するように弁体３２が設けられる。このように弁体３２を設けることで、差圧センサ６とバイパス弁５の駆動部５ａとをバイパス管４の同じ側にまとめて配置することができる。
【００２３】
図６（ｂ）の変形例では、弁体３２に差圧センサ６の各圧力検出部７が一体的に設けられる。バイパス弁５の閉弁時、シート面３１ａよりも先端側がＮＯｘ触媒３よりも上流側の排気と接触する。そこで、図６（ｂ）に示した上流側接触部３２ａの位置に二つの圧力検出部７のうちの一方を配置し、他方の圧力検出部７を例えば図６（ｂ）に示した下流側接触部３２ｂに配置する。このように、各圧力検出部７を弁体３２と一体的に設けることで、バイパス管４の外側に突出する部分を減少させることができる。
【００２４】
図７は、差圧センサ６を排気管２とバイパス管４との間に配置した実施形態を示している。図７に示したように、バイパス管４が、排気管２のうちバイパス管４の一端が接続される上流側接続部４ａとバイパス管４の他端が接続される下流側接続部４ｂの間に設けられる主流部２ａの排気管２と空間を隔てて設けられている場合、この主流部２ａの排気管２とバイパス管４との間の隙間Ａに差圧センサ６を配置してもよい。このような位置に差圧センサ６を配置することで、排気管２及びバイパス管４の外側に突出する部分をさらに減少させることができる。
【００２５】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。排気管内に配置される排気浄化手段は吸蔵還元型のＮＯｘ触媒に限定されない。排気管内にパティキュレートフィルタが配置されていてもよいし、酸化触媒が担持されたパティキュレートフィルタが配置されていてもよい。また、酸化触媒及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタが、排気浄化手段として配置されていてもよい。これらのフィルタは、圧力差が予め設定された許容値を超えないように、フィルタに付着した粒子状物質を酸化除去する必要がある。そこで、所定の間隔で圧力差を検出してフィルタの状態を把握する。このように圧力差を検出し、圧力差に応じて適宜酸化除去を実施することで、フィルタの排気浄化性能を高い状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る排気浄化装置が組み込まれたディーゼルエンジンを示す図。
【図２】図１のバイパス管の一部を拡大して示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行するバイパス弁動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】第一の実施形態の変形例を示す図で、（ａ）が第一の変形例を示し、（ｂ）が第二の変形例を示し、（ｃ）が第三の変形例を示す。
【図５】本発明の排気浄化装置の第二の実施形態を示す図。
【図６】第二の実施形態の変形例を示す図で、（ａ）が第一の変形例を示し、（ｂ）が第二の変形例を示す。
【図７】排気管とバイパス管との間に差圧センサを配置した実施形態を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
２  排気管
２ａ  主流部
３  吸蔵還元型のＮＯｘ触媒（排気浄化手段）
４  バイパス管
４ａ  上流側接続部
４ｂ  下流側接続部
５  バイパス弁（弁手段）
６  差圧センサ（圧力検出手段）
７  圧力検出部
２１  弁体
２１ａ  上流側接触部
２１ｂ  下流側接触部
３１  弁座
３２  弁体
３２ａ  上流側接触部
３２ｂ  下流側接触部
【図１】
2006258073.tif 000003
【図２】
2006258073.tif 000004
【図３】
2006258073.tif 000005
【図４】
2006258073.tif 000006
【図５】
2006258073.tif 000007
【図６】
2006258073.tif 000008
【図７】
2006258073.tif 000009