(57)【要約】【課題】デポジットの除去が可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記排気通路の前記酸化触媒よりも下流側に設けられたフィルタと、前記酸化触媒へのデポジットの堆積量を推定する推定部と、前記推定されたデポジットの堆積量が所定量以上であり、かつ前記フィルタの再生期間に対して、排気の温度が所定の温度未満になった期間の占める割合が所定の割合未満の場合、前記デポジットの堆積量の推定前に比べて、前記排気通路内の排気流量を増加させる流量制御部と、前記推定されたデポジットの堆積量が所定量以上であり、かつ前記排気の温度が前記所定の温度未満になった期間の割合が前記所定の割合以上の場合、前記デポジットの堆積量の推定前に比べて、前記排気の温度を上昇させる温度制御部と、を具備する内燃機関の排気浄化装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、
前記排気通路の前記酸化触媒よりも下流側に設けられたフィルタと、
前記酸化触媒へのデポジットの堆積量を推定する推定部と、
前記推定されたデポジットの堆積量が所定量以上であり、かつ前記フィルタの再生期間に対して、排気の温度が所定の温度未満になった期間の占める割合が所定の割合未満の場合、前記デポジットの堆積量の推定前に比べて、前記排気通路内の排気流量を増加させる流量制御部と、
前記推定されたデポジットの堆積量が所定量以上であり、かつ前記排気の温度が前記所定の温度未満になった期間の割合が前記所定の割合以上の場合、前記デポジットの堆積量の推定前に比べて、前記排気の温度を上昇させる温度制御部と、を具備する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】
内燃機関の排気通路に、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particle Matter）を捕集するフィルタが設けられることがある。フィルタにＰＭが堆積すると、排気抵抗が増大してしまう。そこで、ＰＭを燃焼して除去することで、フィルタを再生させる。排気通路のフィルタの上流側に配置した酸化触媒に燃料を供給し、酸化熱を発生させることで、フィルタを昇温し、ＰＭの燃焼除去を行う。
【０００３】
酸化触媒の端面にデポジットが堆積すると、酸化触媒の有効面積が減少し、昇温性能が劣化する。このため、排気を吹き付けることで酸化触媒からデポジットを除去する技術が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし排気を吹き付けるだけではデポジットを十分に除去することが困難である。特にデポジットが硬化すると、取り除くことがより困難になる。この結果、酸化触媒の昇温性能が劣化し、フィルタの再生が困難になる。そこで、デポジットの除去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】
【０００６】
上記目的は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化触媒と、前記排気通路の前記酸化触媒よりも下流側に設けられたフィルタと、前記酸化触媒へのデポジットの堆積量を推定する推定部と、前記推定されたデポジットの堆積量が所定量以上であり、かつ前記フィルタの再生期間に対して、排気の温度が所定の温度未満になった期間の占める割合が所定の割合未満の場合、前記デポジットの堆積量の推定前に比べて、前記排気通路内の排気流量を増加させる流量制御部と、前記推定されたデポジットの堆積量が所定量以上であり、かつ前記排気の温度が前記所定の温度未満になった期間の割合が前記所定の割合以上の場合、前記デポジットの堆積量の推定前に比べて、前記排気の温度を上昇させる温度制御部と、を具備する内燃機関の排気浄化装置によって達成できる。
【発明の効果】
【０００７】
デポジットの除去が可能な内燃機関の排気浄化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は内燃機関の排気浄化装置を例示する模式図である。
【図２】図２はＥＣＵが行う制御を例示するフローチャートである。
【図３】図３はＥＣＵが行う制御を例示するフローチャートである。
【図４】図４（ａ）はバインダー量を示すマップである。図４（ｂ）はデポジット生成量を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の排気浄化装置について説明する。図１は内燃機関の排気浄化装置１００を例示する模式図である。
【００１０】
図１に示すように、排気浄化装置１００は、ターボチャージャ３０、酸化触媒４０、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４２、およびＥＣＵ（Engine Control Unit）５０を備え、内燃機関（エンジン１０）に適用される。エンジン１０は例えば自動車などの車両に搭載されるディーゼルエンジンであり、例えば４気筒エンジンなどの多気筒エンジンとすることができる。
【００１１】
エンジン１０にインテークマニホールド１１およびエキゾーストマニホールド１２が接続されている。インテークマニホールド１１は吸気管１３に接続されている。エキゾーストマニホールド１２は排気管１４に接続され、排気通路を形成する。
【００１２】
吸気管１３には、上流側から下流側にかけて、エアクリーナ１５、ターボチャージャ３０のコンプレッサ３２、インタークーラ１６、スロットルバルブ１７およびエアフローメータ１８が設けられている。インテークマニホールド１１には吸気温度センサ１９が設けられている。エアクリーナ１５は、例えば吸気管１３に導入される吸気を濾過する。インタークーラ１６は吸気を冷却する。スロットルバルブ１７は吸気の流量を調整する。エアフローメータ１８は吸気の流量を測定する。吸気温度センサ１９は吸気の温度を測定する。
【００１３】
エキゾーストマニホールド１２には添加弁２０が設けられている。排気管１４には、上流側から下流側にかけて、ターボチャージャ３０のタービン３４、排気温度センサ２１、酸化触媒４０およびＤＰＦ４２が設けられている。添加弁２０は排気中に燃料などの還元剤を噴射する。排気温度センサ２１は排気の温度を測定する。また、ＤＰＦ４２の上流側および下流側の圧力差（差圧）を測定する差圧センサ２２が設けられている。
【００１４】
ＤＰＦ４２は例えば多孔質セラミックのハニカム構造の担体からなるフィルタであり、排気中のＰＭを捕集する。ＤＰＦ４２には例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持させてもよい。ＤＰＦ４２にＰＭが堆積すると、排気抵抗が増大する。このため定期的に、ＤＰＦ４２の温度を上昇させ、ＰＭを燃焼除去する再生処理を行う。
【００１５】
酸化触媒４０は、例えば多孔質セラミックのハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）などの貴金属を担持させたものである。酸化触媒４０は排気中のＨＣおよびＣＯなどを酸化させることで、排気を浄化する。前述のフィルタ再生の際のＤＰＦ４２の昇温に、酸化触媒４０における酸化反応による酸化熱を用いる。例えば添加弁２０から燃料を添加し、酸化触媒４０において燃料が酸化することで、酸化熱を用いてＤＰＦ４２を昇温することができる。また、燃料噴射弁２８によるポスト噴射を行ってもよい。
【００１６】
吸気管１３と排気管１４とは、ＥＧＲ通路２３により接続され、排気の一部は、ＥＧＲ通路２３を通じて、排気管１４から吸気管１３へと循環する。ＥＧＲ通路２３にはＥＧＲクーラ２４およびＥＧＲバルブ２５が設けられている。ＥＧＲクーラ２４はＥＧＲ通路２３内の排気（ＥＧＲガス）を冷却する。ＥＧＲバルブ２５はＥＧＲガスの流量を調整する。また、ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲガスをバイパスするバイパス通路２６が接続されている。バイパス通路２６におけるＥＧＲガスの流量はバイパスバルブ２７の開度により調整される。
【００１７】
エンジン１０には気筒ごとに燃料噴射弁２８が設けられ、燃料噴射弁２８はコモンレール２９と連結されている。燃料は不図示の燃料ポンプからコモンレール２９に供給され、各燃料噴射弁２８からエンジン１０の燃焼室内に噴射される。
【００１８】
ターボチャージャ３０は、連結部３６により連結されたコンプレッサ３２およびタービン３４を含む。タービン３４は排気により回転する。コンプレッサ３２はタービン３４とともに回転し、吸気を圧縮する。
【００１９】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ５０は、例えば後述の運転条件、ＰＭ排出量、燃料添加量、バインダー量Ａ、デポジット生成量Ｂ、デポジット堆積量Ｄ１およびＤ２などを記憶することができる。
【００２０】
ＥＣＵ５０には、スロットルバルブ１７、吸気温度センサ１９、燃料噴射弁２８、ＥＧＲバルブ２５、バイパスバルブ２７、添加弁２０、排気温度センサ２１、および差圧センサ２２等が電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、エアフローメータ１８の測定する吸気の流量、吸気温度センサ１９の測定する吸気の温度、排気温度センサ２１の測定する排気温度、差圧センサ２２が測定するＤＰＦ４２前後の差圧を取得する。ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ１７、ＥＧＲバルブ２５およびバイパスバルブ２７の開度を調整し、また燃料噴射弁２８および添加弁２０からの燃料噴射量および噴射時期を制御する。さらにＥＣＵ５０は、図２および図３において説明するように、排気の流量を制御する流量制御部、排気の温度を制御する温度制御部として機能する。
【００２１】
前述のように、酸化触媒４０の昇温によりＤＰＦ４２を再生することができる。しかし酸化触媒４０にデポジットが堆積することがあり、特に酸化触媒４０の上流側の表面にデポジットが付着しやすい。この場合、酸化触媒４０の有効面積が減少し、酸化反応の活性が低下し、酸化熱による昇温性能も低下する。この結果、ＤＰＦ４２におけるＰＭの燃焼が困難となる。そこで、昇温性能を確保するために、本実施形態では酸化触媒４０からデポジットを除去する制御を行う。
【００２２】
図２および図３はＥＣＵ５０が行う制御を例示するフローチャートである。図２に示すように、ＥＣＵ５０はエンジン１０の運転条件を取得する（ステップＳ１０）。運転条件とは、例えばエンジン回転数、燃料噴射弁２８からの燃料噴射量、排気温度センサ２１により測定された排気温度Ｔなどである。
【００２３】
ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４２の再生期間中において、排気温度Ｔが所定の温度Ｔ０となった割合Ｈを算出する（ステップＳ１２）。割合Ｈとは、例えば再生期間に対して、Ｔ＜Ｔ０となる期間が占める割合である。例えば再生期間がＸ１、Ｔ＜Ｔ０の期間がＸ２の場合、Ｈ＝Ｘ２／Ｘ１である。例えばＥＣＵ５０は、排気温度Ｔおよび時間を取得し、それに基づきＨを算出する。また、再生期間中にＥＣＵ５０が定期的に排気温度を取得した回数のうちＴ＜Ｔ０となった回数の割合から、割合Ｈを推定してもよい。
【００２４】
ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４２の再生が実行中であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ５０は、例えばエンジン回転数および燃料噴射量などに基づき、エンジン１０から排出されるＰＭの排出量を取得する（ステップＳ１６）。このときあらかじめ記憶されたマップなどを参照することができる。
【００２５】
一方、ステップＳ１４において肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４２の再生のために要求される酸化触媒４０の発熱量に基づき、添加弁２０からの燃料添加量を算出する（ステップＳ１８）。ＥＣＵ５０は、例えば排気温度Ｔおよび燃料添加量に基づき、バインダー量Ａを取得する（ステップＳ２０）。バインダーとは、酸化触媒４０に付着する粘着性の物質であり、バインダーにＰＭおよび燃料などが付着することでデポジットが生成される。
【００２６】
図４（ａ）はバインダー量Ａを示すマップである。横軸は燃料添加量、縦軸は排気温度Ｔ、実線はバインダー量Ａを表す。図４（ａ）に示すように、燃料添加量と排気温度Ｔとによりバインダー量Ａが定まる。燃料添加量が多いほど、また排気温度Ｔが高いほど、バインダー量Ａは多くなる。すなわち、添加された燃料が酸化触媒４０の表面に付着し、高温の排気により粘着質のバインダーに変質する。なお、排気温度ＴがＴ１以下の低温では、燃料は液滴でありバインダーには変質しにくい。また排気温度ＴがＴ２以上の高温では、燃料は気化するためバインダーに変質しにくい。排気温度ＴがＴ１〜Ｔ２の範囲内において、バインダーが生成されやすい。
【００２７】
図２のステップＳ１６またはＳ２０の後、ＥＣＵ５０は、デポジット生成量Ｂを取得する（ステップＳ２２）。デポジット生成量Ｂとは、酸化触媒４０の表面に生成されるデポジットの量であり、例えばバインダー量Ａと、バインダーに捕獲されるＰＭおよび燃料の量との合計量である。図４（ｂ）はデポジット生成量Ｂを示すマップである。横軸はバインダー量Ａ、縦軸はＰＭ排出量、実線はデポジット生成量Ｂを表す。図４（ｂ）に示すように、バインダー量ＡとＰＭ排出量とによりデポジット生成量Ｂが定まる。バインダー量ＡおよびＰＭ排出量が多いほどデポジット生成量Ｂは多くなる。
【００２８】
ＥＣＵ５０はデポジット堆積量Ｄ１を推定する（ステップＳ２４）。デポジット堆積量Ｄ１は、例えばデポジット生成量Ｂと、すでに酸化触媒４０に堆積していたデポジットの量との合計から、排気などにより吹き飛んだ量を除いた量である。ＥＣＵ５０は、例えばエアフローメータ１８から取得する吸気の流量などから排気の流速を推定し、さらに排気流速から排気による吹き飛び量を推定する。これに基づき、デポジット堆積量Ｄ１が算出される。
【００２９】
ＥＣＵ５０はデポジット堆積量Ｄ１が閾値αより大きいか否かを判定する（ステップＳ２６）。否定判定の場合、制御は終了する（図２および図３のａ１）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１２で算出した割合Ｈが閾値γ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。デポジットの硬さは、低温にさらされると向上し、高温にさらされると低下する。したがって低温の割合Ｈが閾値γより大きい場合、硬質のデポジットが酸化触媒４０に固着すると推定される。割合Ｈが閾値γ未満の場合、軟質のデポジットが酸化触媒４０に堆積すると推定される。こうしたデポジットの硬度の違いに対応した除去処理を行う。
【００３０】
ステップＳ２８において肯定判定の場合、ＥＣＵ５０は、堆積量の推定前に比べて、排気の流量を増大させる（ステップＳ３０）。デポジットの硬度が低いため、排気の勢いにより吹き飛ばすことが可能である。例えばＥＣＵ５０は、ＥＧＲバルブ２５およびバイパスバルブ２７の開度を小さくし、スロットルバルブ１７の開度を大きくすることで、排気の流量を増大させる。特に、ＥＧＲバルブ２５およびバイパスバルブ２７を完全に閉じて、ＥＧＲ通路２３への排気の流れをカットすることで、排気管１４における排気流量を効果的に増大させることができる。排気により、酸化触媒４０に堆積したデポジットを吹き飛ばす。
【００３１】
ステップＳ２８において否定判定の場合、ＥＣＵ５０は、堆積量の推定前に比べて、排気の温度を上昇させる（ステップＳ３２）。低温にさらされたデポジットの硬度が高いため、排気の勢いのみで除去することは難しい。そこで、高温の排気によりデポジットを分解する。例えばＥＣＵ５０は、燃料噴射弁２８によるパイロット噴射を行うことで排気の温度を上昇させる。ＥＣＵ５０は、メイン噴射の噴射時期の遅延、コモンレール２９内の燃料圧力の上昇などにより、排気の温度を上昇させることもできる。また、ＥＧＲバルブ２５およびバイパスバルブ２７の開度を小さくすることで、高温の排気の流量を増大させることもできる。
【００３２】
ステップＳ３０またはＳ３２の後、ＥＣＵ５０は図３のステップＳ３４に移行し（図２および図３のａ２）、デポジット堆積量Ｄ２を推定する。このデポジット堆積量Ｄ２は、酸化触媒４０に堆積していたデポジットのうち、排気流量の増大（ステップＳ３０）または排気の温度上昇（ステップＳ３２）により除去されず酸化触媒４０に残存する量である。例えばＥＣＵ５０は、排気流量、排気温度などに基づき、ステップＳ３０またはＳ３２の処理によって除去されるデポジットの量を推定し、デポジット堆積量Ｄ１から除去量を減ずることでデポジット堆積量Ｄ２を算出する。
【００３３】
ＥＣＵ５０は、デポジット堆積量Ｄ２が閾値βより小さいか否かを判定する（ステップＳ３６）。肯定判定の場合、制御は終了する。否定判定の場合、ＥＣＵ５０はデポジット堆積量Ｄ２が閾値Δより大きいか否かを判定する（ステップＳ３８）。なお、例えば閾値βはαより小さく、閾値Δはαより大きい。
【００３４】
ステップＳ３８において否定判定の場合、ＥＣＵ５０はステップＳ３２を再度行う（図２および図３のａ３）。肯定判定の場合、ＥＣＵ５０はデポジット堆積量Ｄ２が閾値Δ以上であることをドライバに通知する（ステップＳ４０）。通知は、例えば車両のメータディスプレイまたは音声などで実施することができる。ステップＳ４０の後、制御は終了する。
【００３５】
本実施形態によれば、ＥＣＵ５０は排気の流量の増加および排気温度の上昇を行う。これによりデポジットを除去することができる（図２のステップＳ３０およびＳ３２）。低温環境下において硬くなったデポジットは、排気の流れのみで除去することは難しい。そこで高温の排気を酸化触媒４０に吹き付けることで、硬度の高いデポジットを除去する（ステップＳ３２）。これにより酸化触媒４０の有効面積が大きくなり、酸化反応が促進され、昇温性能が向上する。この結果、酸化熱によるＤＰＦ４２の再生が可能となる。
【００３６】
排気流量増加のため、ＥＣＵ５０は例えばＥＧＲカット（ＥＧＲバルブ２５の閉鎖）およびスロットルバルブ１７の開弁を行うが、他の方法で排気流量を増加させてもよい。排気温度の上昇のために、ＥＣＵ５０は例えば燃料噴射弁２８による多段噴射（パイロット噴射およびポスト噴射など）、燃料噴射量の増減などを行う。また他の方法により排気温度を上昇させてもよい。
【００３７】
デポジット堆積量は、排気温度、排気に添加される燃料および排気中のＰＭにより定まる。すなわち、排気温度に応じて添加燃料のうち一部がバインダーに変質し（図４（ａ））、燃料およびＰＭがバインダーに捕獲されデポジットが生成される。本実施形態では、バインダー量Ａおよびデポジット生成量Ｂを取得し、これらに基づいてデポジット堆積量Ｄ１を算出する。このためデポジット堆積量Ｄ１を精度高く推定することができる。
【００３８】
ステップＳ３０またはＳ３２後に除去されないデポジットが閾値Δよりも多い場合、ＥＣＵ５０はドライバに通知する（図３のステップＳ４０）。この場合、例えばディーラなどにおいて酸化触媒４０の再生処理または交換などを行うことが好ましい。
【００３９】
閾値は任意に定めることができるが、β＜α＜Δとすることが好ましい。閾値αは、βとΔとの間の値であり、デポジット堆積量がα以上になると酸化触媒４０の昇温性能が損なわれる。したがって、デポジット除去の処理を行う（図２のステップＳ３０およびＳ３２）。閾値βは、例えば酸化触媒４０の昇温性能を十分確保できる程度のデポジット堆積量に対応する。すなわち、デポジット堆積量Ｄ２がβ未満ならば、デポジットの除去が適切に行われたことになる（図３のステップＳ３６で肯定判定）。閾値Δは、例えば酸化触媒４０の昇温性能が大きく損なわれる程度のデポジット堆積量に対応する。デポジット堆積量Ｄ２がΔより大きければ、デポジット除去の処理にも関わらずデポジットが除去されていないため、ドライバに通知することが好ましい（ステップＳ４０）。
【００４０】
エンジン１０は４気筒ディーゼルエンジンとしたが、気筒の数を変更してもよい。エンジン１０は例えばガソリンエンジンなど、ディーゼルエンジン以外のエンジンでもよい。また、ＤＰＦ４２以外のフィルタを設けてもよい。
【００４１】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１０            エンジン
１１            インテークマニホールド
１２            エキゾーストマニホールド
１３            吸気管
１４            排気管
１５            エアクリーナ
１６            インタークーラ
１７            スロットルバルブ
１８            エアフローメータ
１９            吸気温度センサ
２０            添加弁
２１            排気温度センサ
２２            差圧センサ
２３            ＥＧＲ通路
２４            ＥＧＲクーラ
２５            ＥＧＲバルブ
２６            バイパス通路
２７            バイパスバルブ
２８            燃料噴射弁
２９            コモンレール
３０            ターボチャージャ
３２            コンプレッサ
３４            タービン
３６            連結部
４０            酸化触媒
４２            ＤＰＦ
５０            ＥＣＵ
１００          排気浄化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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