(57)【要約】【課題】強制再生によるＰＭ酸化速度の低下を防止する内燃機関排気浄化方法及び内燃機関排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン２の排気管３に酸化触媒装置４を配置し、酸化触媒装置４の下流に微粒子フィルタ５を配置して微粒子フィルタ５を連続再生すると共に、所定の時期に微粒子フィルタ５を強制再生する内燃機関排気浄化方法において、強制再生の時期に、微粒子フィルタ５を部分的にのみ強制再生する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に酸化触媒装置を配置し、前記酸化触媒装置の下流に微粒子フィルタを配置して前記微粒子フィルタを連続再生すると共に、所定の時期に前記微粒子フィルタを強制再生する内燃機関排気浄化方法において、
前記強制再生の時期に、前記微粒子フィルタを部分的にのみ強制再生することを特徴とする内燃機関排気浄化方法。
【請求項２】
前記酸化触媒装置と前記微粒子フィルタをそれぞれ流路に沿った縦割りに複数に分割することにより、各々の分割酸化触媒装置の下流にそれぞれ分割微粒子フィルタが位置するようにし、これら複数の分割微粒子フィルタのうち１つ以上を他の分割微粒子フィルタとは異なる時期に強制再生することを特徴とする請求項１記載の内燃機関排気浄化方法。
【請求項３】
エンジンの排気管に配置された酸化触媒装置と、前記酸化触媒装置の下流に配置された微粒子フィルタと、所定の時期に前記微粒子フィルタの強制再生の制御を行う強制再生制御部とを備えた内燃機関排気浄化装置において、
前記酸化触媒装置と前記微粒子フィルタがそれぞれ流路に沿った縦割りに複数に分割され、各々の分割酸化触媒装置の下流にそれぞれ分割微粒子フィルタが位置し、
前記強制再生制御部は、これら複数の分割微粒子フィルタのうちいずれか１つ以上全部未満の分割微粒子フィルタを他の分割微粒子フィルタとは異なる時期に強制再生することを特徴とする内燃機関排気浄化装置。
【請求項４】
各々の分割酸化触媒装置の上流にそれぞれ開閉弁が設置され、
前記強制再生制御部は、所定の時期にこれら複数の開閉弁のうちいずれか１つ以上全部未満の開閉弁を開くと共に他の開閉弁を閉じ、その状態で前記エンジンからの排気により前記開かれた開閉弁の下流に位置する分割微粒子フィルタの温度を上昇させることで強制再生を行い、別の時期には前記開閉弁の開と閉の組み合わせを変えることで強制再生する分割微粒子フィルタを異ならせることを特徴とする請求項３記載の内燃機関排気浄化装置。
【請求項５】
前記分割微粒子フィルタは、炭化珪素を構成材料とすることを特徴とする請求項３又は４記載の内燃機関排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強制再生によるＰＭ酸化速度の低下を防止する内燃機関排気浄化方法及び内燃機関排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気を浄化する内燃機関排気浄化装置として、エンジンの排気管の途中に、酸化触媒（diesel oxidation catalyst；以下、ＤＯＣと呼ぶ）装置と微粒子フィルタ（ディーゼルパティキユレートフィルタ；Diesel Particulate Filter；以下、ＤＰＦという）とを組み合わせたＤＰＦシステムを備えるものがある。
【０００３】
図３に示されるように、従来の内燃機関排気浄化装置３１では、エンジン２からの排気を排出する排気管３に、ＤＯＣ４が配置され、そのＤＯＣ４のすぐ下流にＤＰＦ５が配置されることで、ＤＰＦシステム７が構成される。エンジン２から排出された微粒子（particulate matter；以下、ＰＭと呼ぶ）は、ＤＰＦ５に捕集される。このとき、エンジン２からの排気が所定温度以上の高い温度（例えば、２５０〜４５０℃；特許文献２）であれば、排気中のＮＯがＤＯＣ４で酸化されてＮＯ2になり、このＮＯ2によってＤＰＦ５に捕集されているＰＭが連続的に酸化除去される。これを連続再生という。
【０００４】
しかし、排気温度が低い状態が続くと、連続再生が起こらず、ＰＭがＤＰＦ５に捕集され続けて堆積する。そこで、適宜な時期に、ＤＰＦ５に入る排気の温度を強制的に上げ、堆積しているＰＭを酸化除去する。これを強制再生という。
【０００５】
ＤＰＦ５の強制再生の時期を検出するために、ここではＤＰＦシステム７の上流と下流に圧力センサ９ｉｎ，９ｏｕｔが設置される。ＤＰＦ５の強制再生の制御を行う強制再生制御部６は、ＥＣＵで実現される。強制再生制御部６は、ＤＰＦシステム７の上流と下流の圧差（圧損）が所定値以上になるとＤＰＦ５に所定量のＰＭが堆積して強制再生の時期になったと判断し、強制再生を実施する。強制再生の時期決定方法は、これに限らず、他にも公知の方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７２６５９号公報
【特許文献２】特開２００６−９７４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
強制再生においては、排気温度が６００℃以上に上がり、堆積しているＰＭが暴走的に燃えて一気にＤＰＦ5の温度が上がってＤＰＦ５にクラックが入る恐れがある。そこで、堆積量をある程度に抑えた早い時期に強制再生を実施するようにしている。
【０００８】
一般に、ＤＰＦの構成材料がコージェライトであるとき、コージェライトは耐熱温度が高くないため、図４に示されるように、ＰＭの堆積量が少ない段階で強制再生を実施しなければならなず、強制再生が頻繁になって燃費が悪化する。これに対して、ＤＰＦの構成材料がＳｉＣ（炭化珪素）であるとき、炭化珪素は耐熱温度が高いため、強制再生を実施する時期を延ばしてＰＭの堆積量を多くすることができ、強制再生の頻度を減らして燃費を改善することができる。
【０００９】
ところで、本発明者は、炭化珪素を構成材料とするＤＰＦにおいて、ＰＭ堆積量とＰＭ酸化速度との間に相関性があることを見出した。すなわち、図４の楕円Ａで囲った領域と楕円Ｂで囲った領域の傾斜の違いから分かるように、ＤＰＦは、ＰＭ堆積量が少ないときはＰＭ堆積速度が大きく、ＰＭ堆積量が多いときはＰＭ堆積速度が小さい。これは、ＰＭ堆積量が少ないときはＰＭ酸化速度が小さく、ＰＭ堆積量が多いときはＰＭ酸化速度が大きいことを意味している。このように、ＰＭ堆積量が増加するとＰＭ酸化速度が上昇するという相関性を見出すことができた。
【００１０】
しかしながら、従来の内燃機関排気浄化装置では、図５に示されるように、強制再生において、ＤＰＦに堆積されているＰＭの全量を酸化除去している。このため、強制再生直後にＰＭ酸化速度が急激に低下し、ＰＭ堆積速度が急激に高くなり、ＰＭ堆積量がすぐに増加してしまう。その結果、強制再生を行う時期が早まり、強制再生が頻繁になって燃費が悪化する。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、強制再生によるＰＭ酸化速度の低下を防止する内燃機関排気浄化方法及び内燃機関排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の内燃機関排気浄化方法は、エンジンの排気管に酸化触媒装置を配置し、前記酸化触媒装置の下流に微粒子フィルタを配置して前記微粒子フィルタを連続再生すると共に、所定の時期に前記微粒子フィルタを強制再生する内燃機関排気浄化方法において、前記強制再生の時期に、前記微粒子フィルタを部分的にのみ強制再生するものである。
【００１３】
前記酸化触媒装置と前記微粒子フィルタをそれぞれ流路に沿った縦割りに複数に分割することにより、各々の分割酸化触媒装置の下流にそれぞれ分割微粒子フィルタが位置するようにし、これら複数の分割微粒子フィルタのうち１つ以上を他の分割微粒子フィルタとは異なる時期に強制再生してもよい。
【００１４】
また、本発明の内燃機関排気浄化装置は、エンジンの排気管に配置された酸化触媒装置と、前記酸化触媒装置の下流に配置された微粒子フィルタと、所定の時期に前記微粒子フィルタの強制再生の制御を行う強制再生制御部とを備えた内燃機関排気浄化装置において、前記酸化触媒装置と前記微粒子フィルタがそれぞれ流路に沿った縦割りに複数に分割され、各々の分割酸化触媒装置の下流にそれぞれ分割微粒子フィルタが位置し、前記強制再生制御部は、これら複数の分割微粒子フィルタのうちいずれか１つ以上全部未満の分割微粒子フィルタを他の分割微粒子フィルタとは異なる時期に強制再生するものである。
【００１５】
各々の分割酸化触媒装置の上流にそれぞれ開閉弁が設置され、前記強制再生制御部は、所定の時期にこれら複数の開閉弁のうちいずれか１つ以上全部未満の開閉弁を開くと共に他の開閉弁を閉じ、その状態で前記エンジンからの排気により前記開かれた開閉弁の下流に位置する分割微粒子フィルタの温度を上昇させることで強制再生を行い、別の時期には前記開閉弁の開と閉の組み合わせを変えることで強制再生する分割微粒子フィルタを異ならせてもよい。
【００１６】
前記分割微粒子フィルタは、炭化珪素を構成材料としてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）強制再生によるＰＭ酸化速度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関排気浄化装置の構成図である。
【図２】本発明における強制再生時期を示す距離又は時間対ＰＭ堆積量特性図である。
【図３】従来の内燃機関排気浄化装置の構成図である。
【図４】排気中のＰＭ量が一定で持続するとしたときのＤＰＦにおける時間対ＰＭ堆積量特性図である。
【図５】従来の強制再生時期を示す距離又は時間対ＰＭ堆積量特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１に示されるように、本発明に係る内燃機関排気浄化装置１は、エンジン２の排気管３に配置された酸化触媒装置（ＤＯＣ）４と、ＤＯＣ４の下流に配置された微粒子フィルタ（ＤＰＦ）５と、所定の時期にＤＰＦ５の強制再生の制御を行う強制再生制御部６とを備えた内燃機関排気浄化装置１において、ＤＯＣ４とＤＰＦ５がそれぞれ流路に沿った縦割りに４つに分割され、各々の分割ＤＯＣ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの下流にそれぞれ分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが位置し、強制再生制御部６は、これら４つの分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのうち１つの分割ＤＰＦ５ｉ（ｉはａ，ｂ，ｃ，ｄいずれか）を他の３つの分割ＤＰＦ５ｊ（ｊは、ｉを除くａ，ｂ，ｃ，ｄ）とは異なる時期に強制再生するものである。
【００２２】
従来と同様にＤＯＣ４とＤＰＦ５とによりＤＰＦシステム７が構成される。図１の内燃機関排気浄化装置１は、ＤＰＦシステム７の内部構造とＥＣＵ内の強制再生制御部６における制御ロジックが異なる他は、図３に示した従来の内燃機関排気浄化装置と同様である。ＤＰＦシステム７の上流と下流には圧力センサ９ｉｎ，９ｏｕｔが設置されている。
【００２３】
ＤＰＦシステム７内では、排気管３の内部が排気管３の長手方向と径方向に伸びた４つの隔壁１０で仕切られることにより、排気管３の流路を４等分した分割流路が形成されている。１つの分割流路に１つの分割ＤＯＣ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと１つの分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの組が配置されることになる。
【００２４】
各々の分割ＤＯＣ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの上流にそれぞれ開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄが設置され、強制再生制御部６は、これら開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを個別に開閉制御することができる。具体的には、所定の時期にこれら４つの開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄのうち１つの開閉弁８ｉを開くと共に他の開閉弁８ｊを閉じ、その状態でエンジン２からの排気により開かれた開閉弁８ｉの下流に位置する分割ＤＰＦ５ｉの温度を上昇させることで強制再生を行い、別の時期には開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの開と閉の組み合わせを変えることで強制再生する分割ＤＰＦ５ｉを異ならせる。
【００２５】
ＤＰＦ５は、例えば、炭化珪素を構成材料とする。
【００２６】
本発明に係る内燃機関排気浄化装置１の動作を説明する。
【００２７】
既に述べたように、本発明者は、ＰＭ堆積量が増加するとＰＭ酸化速度が上昇するという相関性を見出した。ＰＭ酸化速度が高いことは、ＤＰＦシステムにおいて利点となる。しかし、従来の強制再生では、ＤＰＦに堆積されているＰＭの全量を一気に酸化除去している。このため、前述の利点を生かせない。そこで、本発明では、ＤＰＦを部分的にのみ強制再生するようにした。
【００２８】
まず、通常の状態（強制再生の時期でないとき）では、全ての開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは開に制御される。このため、エンジン２からのＰＭを含んだ排気は、分割ＤＯＣ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに均等に流れ込み、分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに達する。これにより、分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄでは、ＰＭが捕集されつつ酸化除去される連続再生が行われる。しかし、排気温度が低い状態が続くと、連続再生が起こらず、ＰＭが分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに捕集され続けて堆積する。
【００２９】
強制再生制御部６は、圧力センサ９ｉｎ，９ｏｕｔにより検出されたＤＰＦシステム７の上流と下流の圧差が所定値以上になるとＤＰＦ５に所定量のＰＭが堆積して強制再生の時期になったと判断し、強制再生を実施する。このとき、強制再生制御部６は、ＤＰＦ５に堆積されているＰＭの全量を一気に酸化除去するのではなく、ＤＰＦ５を部分的にのみ強制再生するべく、４つの開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄのうち１つの開閉弁８ｉを開に制御し、他の開閉弁８ｊは閉に制御する。例えば、開閉弁８ａを開いたら、開閉弁８ｂ，８ｃ，８ｄは閉じる。この状態でエンジン２からの排気により開かれた開閉弁８ｉの下流に位置する分割ＤＰＦ５ｉの温度を上昇させることで強制再生を行う。他の３つの分割ＤＰＦ５ｊではエンジン２からの排気が来ないので、強制再生が行われない。よって、ＤＰＦ５全体の１／４のみが強制再生されることになる。なお、強制再生の対象がＤＰＦ５全体の１／４であるため、対象となるＰＭの量も少なく、強制再生に要する時間は従来より短い。
【００３０】
強制再生の終了後は、強制再生制御部６は、開閉弁８ｂ，８ｃ，８ｄを開いて通常の状態に戻す。
【００３１】
その後、再びＤＰＦシステム７の上流と下流の圧差が所定値以上になると、強制再生制御部６は、強制再生を実施するが、このとき、開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの開と閉の組み合わせを変えることで強制再生する分割ＤＰＦ５ｉを異ならせる。例えば、前回、開閉弁８ａを開いたとすると、今回は開閉弁８ｂを開く。
【００３２】
このようにして、強制再生の時期ごとに、開閉弁８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを選択することにより、分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを選択的に強制再生する。
【００３３】
次に、本発明の作用効果を説明する。
【００３４】
図５に示されるように、従来の強制再生においては、ＤＰＦに堆積されているＰＭの全量を酸化除去するため、強制再生後のＰＭ堆積量は、０又は０近くまで、著しく少なくなる。よって、連続再生においては、図４の楕円Ａで囲った領域から楕円Ｂで囲った領域に移行して、ＰＭ堆積速度が大きく、すなわちＰＭ酸化速度が小さくなる。
【００３５】
これに対し、本発明の強制再生においては、ＤＰＦ５に堆積されているＰＭの全量の１／４のみを酸化除去するため、図２に示されるように、強制再生後のＰＭ堆積量は少し少なくなる程度で、極端には少なくならない。よって、連続再生においては、図４の楕円Ａで囲った領域から外れることはなく、ＰＭ堆積速度が小さいまま、すなわちＰＭ酸化速度が大きいまま維持される。このように、連続再生におけるＰＭ酸化の効率が良い領域を維持して強制再生が繰り返されるので、従来のようにＰＭ酸化の効率が悪い領域を経ることがなくなり、ＰＭの堆積を遅らせることができる。
【００３６】
本発明によれば、ＰＭ酸化の効率が良いので、ＰＭの堆積を遅らせることができる。また、仮に、本発明によって強制再生の頻度が増えたとしても、１回の強制再生における燃料消費は少なくて済むので、総合的には、燃費を改善することができる。
【００３７】
本実施形態では、ＤＯＣ４とＤＰＦ５を分割する個数を４としたが、これに限らず、２以上ならいくつでもよい。
【００３８】
本実施形態では、１回に強制再生する分割ＤＰＦ５ｉを１つとしたが、これに限らず、全部未満であれば２以上いくつでもよい。
【００３９】
本実施形態では、ＤＰＦシステム７上流と下流、つまり全体のＤＯＣ４及びＤＰＦ５の上流と下流に圧力センサ９ｉｎ，９ｏｕｔを設置したが、個別の分割ＤＯＣ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの組の上流と下流にそれぞれ圧力センサ９ｉｎ，９ｏｕｔを設置してもよい。この場合、各組別に強制再生の時期を判定して、当該強制再生の時期になった分割ＤＰＦ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄのみを強制再生するようにしてもよい。
【００４０】
本実施形態では、ＤＰＦ５の構成材料を炭化珪素としたが、本発明はＰＭ堆積量とＰＭ酸化速度との間に相関性があるものであれば、どんな構成材料であっても適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  内燃機関排気浄化装置
２  エンジン
３  排気管
４  酸化触媒装置（ＤＯＣ）
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  分割ＤＯＣ
５  微粒子フィルタ（ＤＰＦ）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  分割ＤＰＦ
６  強制再生制御部
７  ＤＰＦシステム
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ  開閉弁
９ｉｎ，９ｏｕｔ  圧力センサ
１０  隔壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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