(57)【要約】【課題】燃費が悪化するのを防止することができる排気浄化装置および制御装置を提供すること。【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、内燃機関へ導かれる吸気を冷却するインタークーラーと、内燃機関の周辺の排熱をインタークーラーの周辺へ導くことにより、吸気の温度を調整する吸気温度調整部と、を備える。例えば、吸気温度調整部は、内燃機関とインタークーラーとの間に配置され、内燃機関周辺の排熱をインタークーラーの周辺へ送風するファンを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記内燃機関へ導かれる吸気を冷却するインタークーラーと、
前記内燃機関の周辺の排熱を前記インタークーラーの周辺へ導くことにより、前記吸気の温度を調整する吸気温度調整部と、
を備える、排気浄化装置。
【請求項２】
前記吸気温度調整部は、前記内燃機関と前記インタークーラーとの間に配置され、前記内燃機関周辺の排熱を前記インタークーラーの周辺へ送風するファンを有する、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記吸気温度調整部は、前記ファンの送風量を変更することにより、前記吸気の温度を調整する、請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ファンは、当該ファンと前記インタークーラーとの間に配置されるラジエーターに外気を通過させることにより、前記内燃機関の冷却液を冷却するための冷却ファンである、請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記吸気温度調整部は、前記冷却ファンの送風方向を変更することにより、前記吸気の温度を調整する、請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、前記内燃機関が低負荷運転時であり、かつ、前記フィルターが再生される場合に、前記吸気の温度を調整させるように前記吸気温度調整部を制御する、制御装置。
【請求項７】
請求項４または５のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、前記内燃機関が低負荷運転時であり、かつ、前記フィルターが再生される場合に、前記内燃機関の周辺の排熱を前記インタークーラーの周辺へ送風するように前記冷却ファンを制御する、制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関が低負荷運転時であり、かつ、前記フィルターが再生される場合であっても、前記内燃機関の冷却液の温度が予め定められた閾値を超える場合に、前記外気を前記ラジエーターに通過させるように前記冷却ファンを制御する、請求項７に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気浄化装置および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関からの排気ガス中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集するフィルターとして、例えば、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦ）が知られている。
【０００３】
ＤＰＦにＰＭがある程度溜まった場合に、排気ガスを昇温させることにより、ＤＰＦを再生する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０８７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、排気ガスの温度は、エンジンのアイドリング時、低速走行時および無負荷運転時（以下、低負荷運転時と総称する）に低い。排気温度が低いほど、排気ガスを昇温させるために消費される燃料が多くなる。
【０００６】
本開示の目的は、燃費が悪化するのを防止することができる排気浄化装置および制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の排気浄化装置は、
内燃機関からの排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、当該捕集した粒子状物質が燃焼されることにより再生されるフィルターと、
前記内燃機関へ導かれる吸気を冷却するインタークーラーと、
前記内燃機関の周辺の排熱を前記インタークーラーの周辺へ導くことにより、前記吸気の温度を調整する吸気温度調整部と、
を備える。
【０００８】
本開示の制御装置は、上記の排気浄化装置において、前記内燃機関が低負荷運転時であり、かつ、前記フィルターが再生される場合に、前記吸気の温度を調整させるように前記吸気温度調整部を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、燃費が悪化するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施の形態に係る内燃装置の構成の一例を示すブロック図
【図２】本実施の形態に係る内燃機関を概念的に示す正面図
【図３】本実施の形態における内燃機関のＤＰＦの再生処理の一例を示す図
【図４】本実施の形態の変形例に係る内燃装置の構成の一例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００１２】
まず、本実施の形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構造について説明する。図１は、実施の形態に係るエンジン１の概略構成図である。
【００１３】
図１に示すように、エンジン１は、吸気マニホールド１１、排気マニホールド１２、ターボチャージャー１３、エアクリーナー１７、インタークーラー１８、排気管２０、排気通路３０、温度センサー３７、ラジエーター４０および吸気温度調整部５０を備える。また、エンジン１の運転制御を電気的な補助装置（吸気温度調整部５０を含む）を用いて行う際に、それらを総合的に制御するＥＣＵ１００（本発明の「制御装置」に対応）が設けられている。
【００１４】
吸気マニホールド１１は、下流側吸気管１６ｂを介してインタークーラー１８に連結されている。インタークーラー１８は、吸気管１６を介してターボチャージャー１３のコンプレッサー１４に連結されている。コンプレッサー１４は、上流側吸気管１６ａを介してエアクリーナー１７に連結されている。
【００１５】
エアクリーナー１７からの吸気は、上流側吸気管１６ａを通ってコンプレッサー１４に吸引されて昇圧され、インタークーラー１８を通って冷却されて、下流側吸気管１６ｂを通って吸気マニホールド１１からエンジン１に供給される。なお、エアクリーナー１７から吸気マニホールド１１に至る経路を「吸気系統」という場合がある。
【００１６】
排気マニホールド１２は、ターボチャージャー１３のタービン１５に連結されている。
【００１７】
タービン１５は、排気通路３０を介して排気管２０に連結されている。エンジン１からの排気ガスは、タービン１５を駆動した後、排気通路３０を通って排気管２０に排出される。
【００１８】
排気通路３０には酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＤＯＣ）３１と、ディーゼル微粒子捕集フィルター(Ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ)３２と、が設けられている。
【００１９】
ＤＯＣ３１は、排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）および炭化水素（ＨＣ）を酸化させる触媒である。
【００２０】
ＤＰＦ３２は、排気ガス中に含まれる粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルターである。ＤＰＦ３２に捕集されたＰＭは、排気ガスを昇温させることにより燃焼される。これにより、ＤＰＦ３２が再生される。以下の説明で、捕集されたＰＭを燃焼することをＤＰＦ３２の再生という。
【００２１】
エンジン１の低負荷運転時には排気ガスの温度が低い。排気ガスの温度が低い場合、ＤＰＦ３２の再生時に排気ガスの温度を上げるために、多くの燃料を消費することは、燃費の悪化を招くことになる。
【００２２】
本実施の形態において、ＤＰＦ３２の再生時に排気ガスの温度を上げるために、エンジン１に供給される吸気が昇温される。
【００２３】
ラジエーター４０は、図１に示すように、エンジン１とインタークーラー１８との間に配置されている。ラジエーター４０にはエンジン１の冷却液が搬送される。ラジエーター４０は、搬送された冷却液を外気との熱交換によって冷却させる熱交換器である。
【００２４】
冷却回路４１においては、図１に示すように、ラジエーター４０を迂回するバイパス通路４２が設けられている。これにより、冷却液Ｗは、ウオータポンプ４３、エンジン１、サーモスタット４４、ラジエーター４０の順に循環する。また、冷却液Ｗは、ウオータポンプ４３、エンジン１、サーモスタット４４、バイパス通路４２の順に循環する。
【００２５】
図２は、エンジン１を概念的に示す正面図である。
吸気温度調整部５０は、図２に示すように、ファン６０、モーター６２および電磁クラッチ（図示略）を有している。
【００２６】
ファン６０は、図１に示すように、エンジン１とラジエーター４０との間に配置されている。この実施の形態において、ファン６０は、外気をラジエーター４０に通過させるための冷却ファンである。
【００２７】
図２に示すように、ファン６０は、モーター６２が正転されることにより、時計回りの方向Ｄ１に回転し、モーター６２が逆転されることにより、反時計回りの方向Ｄ２に回転する。
【００２８】
電磁クラッチは、モーター６２からファン６０へ動力を伝達・遮断する。
【００２９】
ファン６０が時計回りの方向Ｄ１に回転した場合に、ファン６０の送風方向はエンジン１に向かう方向Ｂ１（図１参照）となる。つまり、ファン６０は、時計回りの方向Ｄ１に回転した場合に、外気をラジエーター４０に通過させて、エンジン１側へ引っ張る。これにより、エンジン１の冷却液は外気により冷却される。
【００３０】
ファン６０が反時計回りの方向Ｄ２に回転した場合に、ファン６０の送風方向はラジエーター４０に向かう方向、さらに、その先のインタークーラー１８に向かう方向Ｂ２（図１参照）となる。つまり、ファン６０は、反時計回りの方向Ｄ２に回転した場合に、エンジン１の周辺の高温の空気（排熱）をインタークーラー１８の周辺へ送風する。これにより、インタークーラー１８は排熱により加熱される。その結果、エンジン１に供給される吸気は昇温される。
【００３１】
次に、ＥＣＵ１００について説明する。
【００３２】
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。ＥＣＵ１００の入力回路には、差圧センサー３６及び温度センサー３７が接続されている。ＥＣＵ１００の出力回路には、吸気温度調整部５０（モーター６２）が接続されている。
【００３３】
差圧センサー３６は、排気通路３０におけるＤＰＦ３２より上流側と下流側との圧力差を検出する。
【００３４】
温度センサー３７は、図１に示すように、冷却回路４１におけるエンジン１の出口側に設けられている。温度センサー３７は、エンジン１における冷却液の温度を検出する。なお、温度センサー３７をラジエーター４０や、エンジン１とラジエーター４０とをつなぐ冷却液通路４５（図１参照）に設けることで、冷却液の温度を検出してもよい。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、図１に示すように、排気浄化装置制御部１０１および温度調整制御部１０２を有する。
【００３６】
排気浄化装置制御部１０１は、差圧センサー３６の検出結果に基づいてＤＰＦ３２のＰＭ捕集量を推定する。排気浄化装置制御部１０１は、推定したＰＭ捕集量に基づいて、ＤＰＦ３２を再生するか否かを判定する。
【００３７】
排気浄化装置制御部１０１は、例えば、車速、エンジン回転数、燃料噴射量に基づいて、エンジン１が低負荷運転時であるか否かを判断する。
【００３８】
排気浄化装置制御部１０１は、温度センサー３７の検出結果に基づいて、冷却液の温度が予め定められた閾値を超えるか否かを判断する。
【００３９】
温度調整制御部１０２は、エンジン１が低負荷運転時であり、かつ、ＤＰＦ３２が再生される場合に、ファン６０を反時計回りの方向Ｄ２に回転させることで、ファン６０の送風方向がインタークーラー１８に向かう方向Ｂ２になるように吸気温度調整部５０（モーター６２）を制御する。これにより、エンジン１の周辺の排熱がインタークーラー１８の周辺へ送風される。その結果、インタークーラー１８が排熱により加熱されるため、吸気が昇温される。
【００４０】
温度調整制御部１０２は、上記以外の場合に、ファン６０を時計回りの方向Ｄ１に回転させることで、ファン６０の送風方向がエンジン１に向かう方向Ｂ１になるように吸気温度調整部５０を制御する。これにより、外気がラジエーター４０を通過して、エンジン１へ引っ張られる。その結果、エンジン１の冷却液が冷却される。
【００４１】
温度調整制御部１０２は、エンジン１が低負荷運転時であり、かつ、ＤＰＦ３２が再生される場合であっても、エンジン１の冷却液の温度が予め定められた閾値を超える場合、ファン６０の送風方向がエンジン１に向かう方向Ｂ１になるように吸気温度調整部５０を制御する。これにより、冷却液の温度が予め定められた閾値から上昇するのを抑えることができる。
【００４２】
＜ＤＰＦ３２の再生処理＞
次に、ＤＰＦ３２の再生処理の一例について図３を参照して説明する。ＤＰＦ３２の再生処理は、エンジン１の始動により開始される。以下、排気浄化装置制御部１０１および温度調整制御部１０２をＥＣＵ１００として説明する。
【００４３】
ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００はエンジン１の低負荷運転時であるか否かを判断する。低負荷運転時の場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１１０に移る。エンジン１の低負荷運転時でない場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、処理はステップＳ１４０に移る。
【００４４】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ３２が再生される場合であるか否かを判断する。
【００４５】
ＤＰＦ３２が再生される場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１２０に移る。ＤＰＦ３２が再生されない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、処理はステップＳ１４０に移る。
【００４６】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１００は、エンジン１の冷却液の温度が閾値を超えているか否かを判断する。冷却液の温度が閾値を超えている場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１４０に移る。冷却液の温度が閾値を超えていない場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、処理はステップＳ１３０に移る。
【００４７】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１００は、ファン６０の送風方向がインタークーラー１８に向かう方向Ｂ２になるように吸気温度調整部５０（モーター６２）を制御する。
【００４８】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ１００は、ファン６０の送風方向がエンジン１に向かう方向Ｂ１になるように吸気温度調整部５０を制御する。
【００４９】
＜本実施の形態の効果＞
以上のように、本実施の形態に係る排気浄化装置は、エンジン１とインタークーラー１８との間に配置され、エンジン１の周辺の排熱をインタークーラー１８の周辺へ導くことにより、吸気の温度を調整する吸気温度調整部５０と、エンジン１が低負荷運転時であり、かつ、ＤＰＦ３２が再生される場合に、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部５０を制御する温度調整制御部１０２と、を備える。これにより、ＤＰＦ３２の再生時に、吸気の温度が上昇する。その結果、排気ガスの温度が上昇し、排気ガスを昇温させるために消費される燃料が少なくて済むため、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００５０】
また、ファン６０として冷却ファンが用いられている。これにより、ファン６０を新たに設ける必要がないため、ファン６０を新たに設ける場合に比較して、吸気温度調整部５０を車両に搭載し易くなる。
【００５１】
＜本実施の形態の変形例＞
次に、本実施の形態の変形例について説明する。変形例では、上記実施の形態と異なる構成について主に説明し、同じ構成の説明を省略する。
【００５２】
（変形例１）
先ず、変形例１について図４を参照して説明する。なお、図４では冷却回路４１（図１参照）を省略して示す。
上記実施の形態では、温度調整制御部１０２は、ファン６０の送風方向を変更することにより、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部５０（モーター６２）を制御する。
【００５３】
これに対し、変形例１では、図４に示すように、吸気温度調整部５０Ａは、ファン６０Ａおよびダクト６１Ａを有している。ダクト６１Ａは、インタークーラー１８の近傍からターボチャージャー１３の近傍へ延在している。ファン６０Ａは、ダクト６１Ａ内に設けられている。
【００５４】
温度調整制御部１０２は、エンジン１が低負荷運転時であり、かつ、ＤＰＦ３２が再生される場合に、ファン６０Ａを正方向に回転させて、ターボチャージャー１３の周辺の排熱をダクト６１Ａによってインタークーラー１８の周辺へ送風し、高温の空気がインタークーラー１８を通過することにより、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部５０Ａを制御する。
【００５５】
温度調整制御部１０２は、上記以外の場合に、ファン６０Ａの回転を停止させるように吸気温度調整部５０Ａを制御する。これにより、例えば車両走行時に、外気がダクト６１Ａによってターボチャージャー１３へ送風されるため、ターボチャージャー１３の温度上昇を抑えることが可能となる。
【００５６】
なお、変形例１では、温度調整制御部１０２は、ファン６０Ａの送風量を変更することにより、吸気の温度を調整させるように吸気温度調整部５０Ａを制御してもよい。具体的に、温度調整制御部１０２は、ファン６０Ａの回転数を上げることによって、排熱の送風量を増やして、吸気の温度を上げるように吸気温度調整部５０Ａを制御する。
【００５７】
また、変形例１では、ファン６０Ａは、ダクト６１Ａ内の空気の流れ方向において、エンジン１（ターボチャージャー１３）とインタークーラー１８との間に配置されている。これに限らず、ファン６０Ａは、例えば、エンジン１とインタークーラー１８とが対向するように配置されている場合に、ダクト６１Ａを介さずに、エンジン１とインタークーラー１８との間に配置されてもよい。
【００５８】
（変形例２）
次に、変形例２について説明する。
図１に示すように、ＤＰＦ３２の上流にＤＯＣ３１が配置されている。ＤＰＦ３２の再生は、ＤＯＣ３１へ燃料を供給し、ＤＯＣ３１を活性化させて、その発熱を利用することにより行われる。
【００５９】
変形例２において、温度調整制御部１０２は、ＤＯＣ３１へ燃料の供給が行われない場合、高温の新気が吸気系統へ吸気されるように吸気温度調整部５０（モーター６２）を制御してもよい。これにより、低い排気温度によるＤＯＣ３１の温度低下が抑制され、続く加速等で燃料噴射時の排気ガスに対するＤＯＣ３１の浄化率を高くすることができる。
【００６０】
（変形例３）
次に、変形例３について説明する。
排気通路３０に、窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵、還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  Ｔｒａｐｓ：ＬＮＴ）が配置される場合、温度調整制御部１０２は、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが還元される場合、高温の新気が吸気系統へ吸気されるように吸気温度調整部５０（モーター６２）を制御する。
【００６１】
ＬＮＴは、排気温度が吸蔵温度であり、かつ、排気空燃比がリーン状態である場合、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。ＬＮＴは、排気温度が吸蔵温度より高い予め定められた温度であり、かつ、排気空燃比がリッチ状態である場合、吸蔵しているＮＯｘをＬＮＴから除去（離脱）する。
【００６２】
ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが還元される場合、高温の空気を吸入することにより、排気温度を上昇させることができるために、ＮＯｘを還元するために消費される燃料が少なくて済む。
【００６３】
（変形例４）
また、上記実施の形態では、温度調整制御部１０２は、エンジン１が低負荷運転時であり、かつ、ＤＰＦ３２が再生される場合に、高温の空気が吸気系統に吸気されるように吸気温度調整部５０（モーター６２）を制御する。本発明はこれに限らず、温度調整制御部１０２は、手動操作によりＤＰＦ３２が再生される場合に、高温の空気が吸気系統に吸気されるように吸気温度調整部５０を制御してもよい。これによっても、燃費の悪化を防止することができる。
【００６４】
なお、上記実施の形態では、ファン６０として電動式の冷却ファンを用いた。本発明はこれに限らず、ファン６０は、ＤＰＦ３２の再生時と通常運転時とで、送風方向を変更させることが可能であれば、機械式であってもよい。機械式のファン６０において、温度調整制御部１０２は、エンジン１が低負荷運転時であり、かつ、ＤＰＦ３２が再生される場合とそれ以外の場合とで、ファン６０の回転方向を変更するようにモーター６２を制御すればよい。
【００６５】
また、上記実施の形態では、ファン６０の送風方向を変更するために、ファン６０の回転方向を変更したが、ファン６０の向きを変更してもよい。
【００６６】
なお、ファン６０の向きの変更は、自動で行われてもよい。また、ファン６０を付け替えることにより、ファン６０の向きを手動で変更できるように構成してもよい。これにより、例えば、車両の保守点検時において、ＤＰＦ３２の再生を簡単に行うことができる。
【００６７】
上記実施の形態では、ファン６０はラジエーター４０を冷却するものである。本発明はこれに限らず、ファン６０は、ラジエーター４０の側方あるいは下方、または、エンジン１の上方に配置されるインタークーラー１８を冷却するための電動ファンであってもよい。この電動ファンの回転方向を変更することで、エンジン１近傍の高温の空気をインタークーラー１８の近傍へ導くことにより、吸気を温めることが可能となる。
【００６８】
また、上記実施の形態では、ＤＰＦ３２を再生する技術について説明したが、本発明はこれに限らず、ＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を再生する技術にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本開示の排気浄化装置は、燃費が悪化するのを防止することが要求されるディーゼルエンジンを搭載した車両として有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１  エンジン
１１  吸気マニホールド
１２  排気マニホールド
１３  ターボチャージャー
１４  コンプレッサー
１５  タービン
１６  吸気管
１６ａ  上流側吸気管
１６ｂ  下流側吸気管
１７  エアクリーナー
１８  インタークーラー
２０  排気管
３０  排気通路
３１  ＤＯＣ
３２  ＤＰＦ
３６  差圧センサー
３７  温度センサー
４０  ラジエーター
４１  冷却回路
４２  バイパス通路
４３  ウオータポンプ
４４  サーモスタット
４５  冷却液通路
５０、５０Ａ  吸気温度調整部
６０、６０Ａ  ファン
６１Ａ  ダクト
６２  モーター
１００  ＥＣＵ
１０１  排気浄化装置制御部
１０２  温度調整制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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