(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、内燃機関へ空気を導くメイン通路を有する吸気系統と、吸気系統にメイン通路と並列に設けられるバイパス通路と、バイパス通路に設けられ、当該バイパス通路に導かれた空気と空気より高温の流体との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換される空気量を調整する調整部と、を備える。【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、
前記内燃機関へ空気を導くメイン通路を有する吸気系統と、
前記吸気系統に前記メイン通路と並列に設けられるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、当該バイパス通路に導かれた前記空気と当該空気より高温の流体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換される空気量を調整する調整部と、
を備える、排気浄化装置。
【請求項２】
前記バイパス通路は、前記吸気系統におけるエアクリーナーの下流側に設けられる、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記バイパス通路は、前記排気ガスを前記吸気系統に再循環させるＥＧＲ装置におけるＥＧＲ通路を有し、
前記熱交換器は、前記ＥＧＲ装置におけるＥＧＲクーラーを有する、請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
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、前記空気が前記バイパス通路へ導かれるように前記調整部を制御する制御装置。
【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、
前記内燃機関へ空気を導くメイン通路を有する吸気系統と、
前記吸気系統に前記メイン通路と並列に設けられるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、当該バイパス通路に導かれた前記空気と当該空気より高温の流体との間で熱交換を行う熱交換器と、
前記熱交換される空気量を調整する調整部と、
を備える。
【０００８】
本開示の制御装置は、上記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、前記空気が前記バイパス通路へ導かれるように前記調整部を制御する。
【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】本実施の形態における内燃機関のＤＰＦの再生処理の一例を示す図
【図３】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、熱交換器４０およびバイパス通路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（後述する切替弁５２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（本発明の「メイン通路」に対応）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からの空気は、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を昇温させるために、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】
熱交換器４０は、排気ガス（本発明の「空気より高温の流体）に対応）を通す排気ガス通路４１、及び、エンジン１の冷却液（本発明の「空気より高温の流体）に対応）を通す冷却液通路４２を有している。熱交換器４０は、バイパス通路５０に導かれた空気と上記流体との間で熱交換を行う。なお、熱交換器４０は、排気ガス通路４１及び冷却液通路４２の少なくとも一方を有してもよい。
【００２４】
バイパス通路５０は、吸気系統におけるエアクリーナー１７の下流側に上流側吸気管１６ａと並行に設けられている。バイパス通路５０側へ流れ込んだ空気は熱交換器４０で昇温され、コンプレッサー１４へ導かれる。
【００２５】
上流側吸気管１６ａからバイパス通路５０へ分かれる分岐部には切替弁５２（本発明の「調整部」に対応）が設けられている。
【００２６】
切替弁５２は、上流側吸気管１６ａ側のポートを開く一方でバイパス通路５０側のポートを閉じる第１位置と、上流側吸気管１６ａ側のポートを閉じる一方でバイパス通路５０側のポートを開く第２位置とに、スプール（図示略）が切り替えられるように構成されている。
【００２７】
次に、ＥＣＵ１００について説明する。
【００２８】
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が接続されている。ＥＣＵ１００の出力回路には、切替弁５２が接続されている。
【００２９】
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。
【００３０】
ＥＣＵ１００は、図１に示すように、排気浄化装置制御部１０１および流量調整制御部１０２を有する。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
流量調整制御部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、バイパス通路５０を開くように切替弁５２を制御する。
【００３４】
流量調整制御部１０２は、上記以外の場合に、バイパス通路５０を閉じるように切替弁５２を制御する。
【００３５】
ここで、「通路を閉じる」とは、通路が閉じられる方向に変わることを意味し、通路が完全に閉じられる場合と、通路が部分的に閉じられる場合との両方をいうものとする。また、「通路を開く」とは、通路が開かれる方向に変わることを意味し、通路が完全に開かれる場合と、通路が部分的に開かれる場合との両方をいうものとする。
【００３６】
＜ＤＰＦ３２の再生処理＞
次に、ＤＰＦ３２の再生処理の一例について図２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および流量調整制御部１０２をＥＣＵ１００として説明する。
【００３７】
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Ｓ１３０に移る。
【００３８】
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。
【００３９】
ＤＰＦ３２が再生される場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１００は、上流側吸気管１６ａを閉じるように、かつ、バイパス通路５０を開くように切替弁５２を制御する。
【００４０】
ＤＰＦ３２が再生されない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１００は、上流側吸気管１６ａを開くように、かつ、バイパス通路５０を閉じるように切替弁５２を制御する。
【００４１】
＜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、吸気系統に上流側吸気管１６ａと並列に設けられるバイパス通路５０と、バイパス通路５０に設けられ、バイパス通路５０に導かれた空気と空気より高温の流体との間で熱交換を行う熱交換器４０と、熱交換される空気量を調整する切替弁５２と、内燃機関が低負荷運転時であり、かつ、ＤＰＦ３２が再生される場合に、上流側吸気管１６ａを閉じるようにかつ、バイパス通路５０を開くように切替弁５２を制御する流量調整制御部１０２を備える。これにより、ＤＰＦ３２の再生時に、バイパス通路５０へ導かれる空気は、熱交換器４０により昇温される。その結果、排気ガスが昇温されるため、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み、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００４２】
＜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。
【００４３】
（変形例１）
先ず、変形例１について図３を参照して説明する。
変形例１にかかる内燃機関は、図３に示すようにＥＧＲ装置６０を有している。ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲ通路６１、ＥＧＲクーラー６２およびＥＧＲバルブ６３（本発明の「調整部」に対応）を有している。
【００４４】
ＥＧＲ通路６１は、ＤＰＦ３２からの排気ガスの一部を上流側吸気管１６ａ（コンプレッサー１４の上流側）に還流させる。
【００４５】
上流側吸気管１６ａには第２バルブ５３Ｂ（本発明の「調整部」に対応）が設けられている。第２バルブ５３Ｂは、弁開度を変えることにより、空気の流量を最小値０から最大値まで無段階に調整することができる流量調整弁である。
【００４６】
ＥＧＲ通路６１の一端は排気管２０に接続されている。ＥＧＲ通路６１の他端は上流側吸気管１６ａにおける第２バルブ５３Ｂの下流側に接続されている。
【００４７】
ＥＧＲクーラー６２は、エンジン１の冷却液により、ＥＧＲ通路６１に導かれる排気ガスを冷却する。
【００４８】
ＥＧＲバルブ６３は、ＥＧＲ通路６１におけるＥＧＲクーラー６２の下流側に設けられている。ＥＧＲバルブ６３は、弁開度を変えることにより、空気の流量を最小値０から最大値まで無段階に調整することができる流量調整弁である。
【００４９】
変形例１におけるバイパス通路５０Ａは、連絡通路５１ＡとＥＧＲ通路６１の一部とからなる。連絡通路５１Ａは、エアクリーナー１７からの空気をＥＧＲ通路６１へ導く。
【００５０】
連絡通路５１Ａの一端は、上流側吸気管１６ａにおける第２バルブ５３Ｂの上流側に接続されている。連絡通路５１Ａの他端はＥＧＲ通路６１におけるＥＧＲクーラー６２とＥＧＲバルブ６３との間に接続されている。
【００５１】
連絡通路５１Ａには第１バルブ５３Ａ（本発明の「調整部」に対応）が設けられている。第１バルブ５３Ａは、弁開度を変えることにより、空気の流量を最小値０から最大値まで無段階に調整することができる流量調整弁である。
【００５２】
流量調整制御部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、空気がバイパス通路５０Ａへ導かれるように第１バルブ５３Ａの弁開度を例えば「開」に、第２バルブ５３Ｂの弁開度を例えば「閉〜半開」に、ＥＧＲバルブ６３の弁開度を例えば「閉」に調整制御する。
【００５３】
流量調整制御部１０２は、それ以外の場合に、空気が上流側吸気管１６ａへ導かれるように第１バルブ５３Ａの弁開度を例えば「閉」に、第２バルブ５３Ｂの弁開度を例えば「半開〜開」に、ＥＧＲバルブ６３の弁開度を例えば「任意」に調整制御する。
【００５４】
以上により、変形例１では、ＤＰＦ３２の再生時に、バイパス通路５０Ａへ導かれる空気は、ＥＧＲクーラー６２により昇温される。その結果、排気ガスが昇温されるため、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み、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００５５】
変形例１における上記ＥＧＲクーラー６２は、バイパス通路５０Ａへ導かれる空気を昇温させる熱交換器としての機能を有する。変形例１における熱交換器は、ＥＧＲクーラー６２の他に、バイパス通路５０Ａ内の空気に熱を与える熱供給部（図示略）を有してもよい。
【００５６】
（変形例２）
次に、変形例２について図３を参照して説明する。
上記変形例１において、流量調整制御部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、空気がバイパス通路５０Ａへ導かれるように調整部（図３に示す第１バルブ５３Ａ、第２バルブ５３Ｂ、ＥＧＲバルブ６３）を制御する。
【００５７】
これに対して、変形例２では、流量調整制御部１０２は、ＥＧＲ装置６０が停止（オフ）される場合に、空気がバイパス通路５０Ａへ導かれるように調整部を制御する。
【００５８】
具体的に、ＥＧＲ装置６０が動作中（オン）の場合、流量調整制御部１０２は、第１バルブ５３Ａを閉じ、第２バルブ５３Ｂを開き、ＥＧＲバルブ６３を開くように制御する。これにより、ＤＰＦ３２からの排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路６１を通って、上流側吸気管１６ａ（メイン通路）へ還流する。なお、第２バルブ５３Ｂは、ＥＧＲ装置６０が動作中の場合、半開であってもよい。
【００５９】
ＥＧＲ装置６０が停止（オフ）される直後において、流量調整制御部１０２は、第１バルブ５３Ａを閉じ、第２バルブ５３Ｂを開き、ＥＧＲバルブ６３を閉じるように制御する。これにより、上流側吸気管１６ａ（メイン通路）が開かれるため、エンジン１への吸気が確保される。
【００６０】
次に、流量調整制御部１０２は、第１バルブ５３Ａを開き、第２バルブ５３Ｂを閉じ、ＥＧＲバルブ６３を閉じるように制御する。これにより、ＥＧＲ通路６１の一部を含むバイパス通路５０Ａが開かれるため、吸気がＥＧＲ通路６１を通って上流側吸気管１６ａ（メイン通路）に導かれる。これにより、ＥＧＲクーラー６２を掃気することができる。ＥＧＲクーラー６２の容積に対して十分な掃気ができる一定時間の後、第２バルブ５３Ｂを開き、第１バルブ５３Ａを閉じる。
【００６１】
ＥＧＲガスに含まれるＰＭおよび未燃燃料が水分と共にＥＧＲクーラー６２の内壁に付着し固着する場合がある。この現象が進行することにより、ＥＧＲクーラー６２の放熱性能が低下し、また、通気抵抗が増大する。
【００６２】
変形例２では、ＥＧＲ装置６０が停止される場合に、吸気をＥＧＲ通路６１に導くことにより、ＥＧＲクーラー６２の内壁に固着した堆積物を掃気することができる。これにより、ＥＧＲクーラー６２の放熱性能が低下するのを防止し、また、通気抵抗が増大するのを防止することができる。
【００６３】
（変形例３）
次に、変形例３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。
【００６４】
変形例３において、流量調整制御部１０２は、車両減速時などでエンジンの燃料噴射が行われない場合、高温の新気が吸気系統へ吸気されるように切替弁５２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。
【００６５】
（変形例４）
次に、変形例４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、流量調整制御部１０２は、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが還元される際に、高温の新気が吸気系統へ吸気されるように切替弁５２を制御する。
【００６６】
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。
【００６７】
ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが還元される場合、高温空気通路を開いて、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。
【００６８】
（変形例５）
また、上記実施の形態では、流量調整制御部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切替弁５２を制御する。本発明はこれに限らず、流量調整制御部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切替弁５２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。
【００６９】
なお、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】
【００７０】
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】
【００７１】
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
４０  熱交換器
５０、５０Ａ  バイパス通路
５１Ａ  連絡通路
５２  切替弁
５３Ａ  第１バルブ
５３Ｂ  第２バルブ
６０  ＥＧＲ装置
６１  ＥＧＲ通路
６２  ＥＧＲクーラー
６３  ＥＧＲバルブ
１００  ＥＣＵ
１０１  排気浄化装置制御部
１０２  流量調整制御部
【図１】
2018197537.tif 000003
【図２】
2018197537.tif 000004
【図３】
2018197537.tif 000005