(57)【要約】【課題】エンジンシステムにおいて、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑止しつつ、フィルタに対して酸化窒素を供給可能とする。【解決手段】少なくともフィルタ３に付着した微粒子に着火する際に、バーナ４を用いて燃焼ガスＹに含まれる酸化窒素濃度を上昇させる酸化窒素濃度上昇手段５，６を備える。【選択図】図１
2011220234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、該内燃機関から排出される排気ガスに含まれる微粒子を捕集除去するフィルタと、該フィルタの上流側に配置される酸化触媒と、該酸化触媒の上流側に配置されると共に前記酸化触媒に対して燃焼ガスを供給するバーナとを備えるエンジンシステムであって、
少なくとも前記フィルタに付着した前記微粒子に着火する際に、前記バーナを用いて前記燃焼ガスに含まれる酸化窒素濃度を上昇させる酸化窒素濃度上昇手段を備えることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
前記酸化窒素濃度上昇手段は、前記フィルタに付着した前記微粒子に着火する際のみ前記燃焼ガスに含まれる前記酸化窒素濃度を上昇させることを特徴とする請求項１記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記酸化窒素濃度上昇手段は、前記フィルタに付着した前記微粒子を燃焼する間、前記燃焼ガスに前記酸化窒素を含有させ続けることを特徴とする請求項１記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記酸化窒素濃度上昇手段は、
前記バーナに補助的に空気を供給する補助空気供給手段と、
前記補助空気供給手段から前記バーナに供給される空気の供給量を調節する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記酸化窒素濃度上昇手段は、時間経過に伴う前記内燃機関の回転数及び負荷の変化状態から前記フィルタに付着する前記微粒子の堆積量を算出し、算出した前記微粒子の堆積量が予め記憶する既定値を超えた場合に前記燃焼ガスに含まれる酸化窒素濃度を上昇させることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のエンジンシステム。
【請求項６】
前記酸化窒素濃度上昇手段は、前記フィルタの上流側領域と下流側領域とにおける差圧から前記フィルタに付着する前記微粒子の堆積量を算出し、算出した前記微粒子の堆積量が予め記憶する既定値を超えた場合に前記燃焼ガスに含まれる酸化窒素濃度を上昇させることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のエンジンシステム。
【請求項７】
前記酸化窒素濃度上昇手段は、前記フィルタの上流側領域と下流側領域とにおける差圧に基づいて、前記微粒子の堆積量を補正することを特徴とする請求項５記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディーゼルエンジン（内燃機関）を含むエンジンシステムでは、ディーゼルエンジンからの排気ガスに含まれるスス等の微粒子を除去するためのフィルタを備えている。フィルタには、次々とスス等が付着するため、時間の経過に伴ってフィルタにおける微粒子の堆積量は増加する。
そして、フィルタにおけるススの堆積量に伴ってフィルタでの圧力損失が大きくなり、堆積量があまりにも大きくなった場合には、フィルタが目詰まりして排気ガスのスムーズな排気が困難となる。
また、過剰に堆積したススによってフィルタが溶損するため、一定値以上にならないようにススを定期的に除去させる必要がある。
そこで、従来から、フィルタに付着したススを燃焼させることによって除去する方法が採られている。
【０００３】
ところで、特許文献１では、ススが堆積したフィルタに対して二酸化窒素を酸化剤として供給することによって、酸素を酸化剤として供給する場合よりも低温でススの燃焼を実現することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０１２２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、上述のようなエンジンシステムにおいて、フィルタに対してどのように酸化窒素を供給するかの具体的な構成は示されていない。
単純に、酸化窒素を供給するための装置を、従来のエンジンシステムに付加することは、エンジンシステムの大型化や複雑化を招くために好ましくなく、一般的にはエンジン排気中に含まれる酸化窒素のみを利用するため、十分な酸化窒素が得られないなどの問題がある。
このため、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑止しつつ、フィルタに対して酸化窒素を供給可能な構成が求められている。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、エンジンシステムにおいて、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑止しつつ、フィルタに対して酸化窒素を供給可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００８】
第１の発明は、内燃機関と、該内燃機関から排出される排気ガスに含まれる微粒子を捕集除去するフィルタと、該フィルタの上流側に配置される酸化触媒と、該酸化触媒の上流側に配置されると共に上記酸化触媒に対して燃焼ガスを供給するバーナとを備えるエンジンシステムであって、少なくとも上記フィルタに付着した上記微粒子に着火する際に、上記バーナを用いて上記燃焼ガスに含まれる酸化窒素濃度を上昇させる酸化窒素濃度上昇手段を備えるという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記酸化窒素濃度上昇手段が、上記フィルタに付着した上記微粒子に着火する際のみ上記燃焼ガスに含まれる上記酸化窒素濃度を上昇させるという構成を採用する。
【００１０】
第３の発明は、上記第１の発明において、上記酸化窒素濃度上昇手段が、上記フィルタに付着した上記微粒子を燃焼する間、上記燃焼ガスに上記酸化窒素を含有させ続けるという構成を採用する。
【００１１】
第４の発明は、上記第１〜第３いずれかの発明において、上記酸化窒素濃度上昇手段が、
上記バーナに補助的に空気を供給する補助空気供給手段と、上記補助空気供給手段から上記バーナに供給される空気の供給量を調節する制御手段とを備えるという構成を採用する。
【００１２】
第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記酸化窒素濃度上昇手段が、時間経過に伴う上記内燃機関の回転数及び負荷の変化状態から上記フィルタに付着する上記微粒子の堆積量を算出し、算出した上記微粒子の堆積量が予め記憶する既定値を超えた場合に上記燃焼ガスに含まれる酸化窒素濃度を上昇させるという構成を採用する。
【００１３】
第６の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、上記酸化窒素濃度上昇手段が、上記フィルタの上流側領域と下流側領域とにおける差圧から上記フィルタに付着する上記微粒子の堆積量を算出し、算出した上記微粒子の堆積量が予め記憶する既定値を超えた場合に上記燃焼ガスに含まれる酸化窒素濃度を上昇させるという構成を採用する。
【００１４】
第７の発明は、上記第５の発明において、上記酸化窒素濃度上昇手段が、上記フィルタの上流側領域と下流側領域とにおける差圧に基づいて、上記微粒子の堆積量を補正するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、フィルタに対して酸化窒素を供給する場合に、酸化窒素濃度上昇手段がバーナを用いて燃焼ガスに含まれる酸化窒素濃度を上昇させる。つまり、本発明によれば、従来のエンジンシステムが備えるバーナを利用してフィルタに供給する酸化窒素を発生させている。
このため、酸化窒素を供給するための専用の装置を別途設ける場合と比較して、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑制することができる。また、フィルタに供給される酸化窒素の量は、これまで内燃機関から排出される酸化窒素の量に依存していたため、内燃機関の回転数や負荷に応じて制御できる幅が限られていたが、内燃機関の状態と関係なく独立に酸化窒素の量を制御することができる。
したがって、本発明によれば、エンジンシステムにおいて、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑止しつつ、フィルタに対して酸化窒素を供給することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態におけるエンジンシステムが備えるバーナにおける混合気の空気の割合と一酸化窒素濃度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態におけるエンジンシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態におけるエンジンシステムの概略構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係るエンジンシステムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態のエンジンシステムＳ１の概略構成を示す機能ブロック図である。
この図に示すように、本実施形態のエンジンシステムＳ１は、ディーゼルエンジン１（内燃機関）と、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２（酸化触媒）と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３（フィルタ）と、バーナ４と、アシスト空気供給装置５（補助空気供給手段）と、制御装置６（制御手段）とを備えている。
【００１９】
ディーゼルエンジン１は、車両等に動力源として搭載されるものであり、圧縮されて高温かつ高圧になった空気中に燃料を噴射して自着火させ、その爆発力を回転動力として取り出すものである。このディーゼルエンジン１は、燃焼により生じた排気ガスＸを外部に排出する。
【００２０】
ＤＯＣ２は、プラチナを含む酸化触媒であり、排気ガスＸの流れ方向において、ディーゼルエンジン１の後流側であってＤＰＦ３の上流側に配置されている。そして、本実施形態のエンジンシステムＳ１においてＤＯＣ２は、供給される排気ガスＸ中に一酸化窒素（酸化窒素）が含有されている場合には、この一酸化窒素を酸化して二酸化窒素とする。
【００２１】
ＤＰＦ３は、排気ガスＸに含まれる微粒子（Particulate Matter）を捕集して排気ガスＸ中から除去するものであり、排気ガスＸの流れ方向において、ＤＯＣ２の下流側に配置されている。
このＤＰＦ３としては、例えば、コーディライトや窒化珪素からなるモノリス構造のフィルタを用いる。そして、本実施形態のエンジンシステムＳ１においては、ＤＰＦ３は、バーナ４から供給される高温ガスによって捕集した微粒子が燃焼され、これによって再生する能動的再生方式によって再生される。
【００２２】
バーナ４は、燃料と酸化剤（空気あるいは排気ガスＸ）との混合気を燃焼することによって高温ガスＹ（燃焼ガス）を生成し、この高温ガスＹを排気ガスＸ流れの中に供給することによってＤＰＦ３に供給するものである。このバーナ４は、ディーゼルエンジン１とＤＯＣ２との間に配置されており、ディーゼルエンジン１からＤＯＣ２に流れる排気ガスＸ中に高温ガスＹを供給する。
【００２３】
また、バーナ４は、制御装置６と電気的に接続されており、制御装置６によって燃焼状態が制御される。そして、本実施形態のエンジンシステムＳ１においては、バーナ４を用いて、高温ガスＹに含まれる一酸化窒素（酸化窒素）の濃度を調節可能に構成されている。
具体的には、本実施形態のエンジンシステムＳ１においては、バーナ４はＤＰＦ３に付着した微粒子に対して着火する際のみ高温ガスＹに含まれる一酸化窒素の濃度を上昇させ、ＤＰＦ３に付着した微粒子が着火して以降においては、高温ガスＹに含まれる一酸化窒素の濃度をできる限り低下させる。
【００２４】
ＤＰＦ３を介して外部に排出される排気ガスＸに含まれる酸化窒素は、極力少ないことが望ましい。一方、ＤＰＦ３に付着した微粒子を効率的に燃焼させるためには、ＤＰＦ３に供給される排気ガスＸに含まれる酸化窒素がある程度多いことが望ましい。
このため、本実施形態のエンジンシステムＳ１においては、ＤＰＦ３に付着した微粒子が着火する際（すなわち最もエネルギが必要とされる際）のみ排気ガスＸに含まれる酸化窒素の濃度を上昇させることによって、ＤＰＦ３を介して外部に排出される排気ガスＸに含まれる酸化窒素を極力低減しつつ、ＤＰＦ３に付着した微粒子を効率的に燃焼させる。
【００２５】
アシスト空気供給装置５は、バーナ４に対して補助的に空気を供給するためのものであり、バーナ４で用いられる混合気に必要とされる酸化剤と別に空気をバーナ４に対して供給する。このアシスト空気供給装置５は、制御装置６と電気的に接続されており、制御装置６の制御の下で、バーナ４に供給する空気量を調節する。
【００２６】
なお、図２に示すように、バーナ４において混合気が完全燃焼される場合には、当量比が１に近づくに連れて、排気ガスに含まれる一酸化窒素の濃度が上昇する傾向がある。このため、本実施形態のエンジンシステムＳ１においては、ＤＰＦ３に付着した微粒子に対して着火する際にアシスト空気供給装置５からバーナ４に対する空気の供給を低減あるいは停止する。
【００２７】
制御装置６は、ディーゼルエンジン１、バーナ４及びアシスト空気供給装置５と電気的に接続されており、主としてバーナ４の稼動状態を制御すると共にアシスト空気供給装置５からバーナ４への空気の供給量を制御する。
【００２８】
ここで、ＤＰＦ３に付着する微粒子の堆積量は、ディーゼルエンジン１の運転状況の変化を追うことによって推定することができる。
このため、本実施形態のエンジンシステムＳ１において、制御装置６は、エンジンシステムＳ１の運転状態を監視し、時間経過に伴うディーゼルエンジン１の回転数及び負荷の変化状態からＤＰＦ３に付着する微粒子の堆積量を算出する。そして、制御装置６は、算出した堆積量が、予め記憶する規定値を超えた場合に高温ガスＹに含まれる一酸化窒素の濃度を上昇させるためにアシスト空気供給装置５を制御する。これによって、高温ガスＹに含まれる一酸化窒素の濃度が一時的に上昇してＤＰＦ３に付着した微粒子が着火する。
【００２９】
なお、本実施形態のエンジンシステムＳ１においては、バーナ４に補助的に空気を供給するアシスト空気供給装置５と、アシスト空気供給装置５からバーナ４に供給される空気の供給量を調節する制御装置６とが、バーナ４を用いて高温ガスＹに含まれる酸化窒素濃度を上昇させる。
すなわち、本実施形態のエンジンシステムＳ１においては、アシスト空気供給装置５と制御装置６とによって、本発明における酸化窒素濃度上昇手段が構成されている。
【００３０】
図３は、本実施形態のエンジンシステムＳ１の動作を説明するためのフローチャートである。この図に示すように、本実施形態のエンジンシステムＳ１において、制御装置６は、ＤＰＦ３における微粒子の堆積量が規定値を超えたかの判定を繰り返し行う（Ｓｔｅｐ１）。
具体的には、制御装置６は、ディーゼルエンジン１の回転数の変化を、ディーゼルエンジン１に入力される指令信号等に基づいて取得し、時間経過に伴う回転数の変化状態からＤＰＦ３における微粒子の堆積量を算出し、この算出した堆積量と予め記憶する規定値とを比較することによって、ＤＰＦ３における微粒子の堆積量が規定値を超えたかの判定を行う。
【００３１】
そして、制御装置６は、ＤＰＦ３における微粒子の堆積量が規定値を超えた場合に、含まれる一酸化窒素の濃度が高い高温ガスＹの生成を行うことによって、ＤＰＦ３に付着する微粒子に対して着火する（Ｓｔｅｐ２）。
具体的には、制御装置６は、バーナ４を稼動すると共に、アシスト空気供給装置５からバーナ４に対する空気の供給を低減あるいは停止することによって、バーナ４内において混合気が完全燃焼する範囲で混合気に含まれる空気量を増加させた状態で高温ガスＹの生成を行う。これによって、一酸化窒素の濃度が高い高温ガスＹが生成される。
【００３２】
なお、一酸化窒素の濃度が高い高温ガスＹが排気ガスＸに混ざってＤＯＣ２に供給されると、一酸化窒素が酸化されて二酸化窒素となる。そして、ＤＰＦ３には二酸化窒素の濃度が高い排気ガスＸが供給される。
そして、二酸化窒素の濃度が高い排気ガスＸがＤＰＦ３に供給されると、二酸化窒素濃度が低い排気ガスＸがＤＰＦ３に供給される場合と比較して、低い温度で微粒子に対して着火する。
【００３３】
このようにＤＰＦ３に付着した微粒子に対して着火すると、制御装置６は、ＤＰＦ３に対して二酸化窒素の濃度が極力低い排気ガスＸを供給することによって、微粒子の燃焼を継続する（Ｓｔｅｐ３）。
具体的には、制御装置６は、アシスト空気供給装置５からバーナ４への空気の供給を十分に行うことによって、バーナ４で生成される高温ガスＹに含まれる一酸化窒素の濃度を低下させ、これによってＤＰＦ３に対して二酸化窒素の濃度が極力低い排気ガスＸを供給する。
【００３４】
そして、制御装置６は、微粒子が十分に燃焼してＤＰＦ３から除去されるように設定された燃焼時間の経過後、バーナ４の稼動を停止して、ＤＰＦ３の再生処理を終了する。
【００３５】
以上のような本実施形態のエンジンシステムＳ１によれば、ＤＰＦ３に対して酸化窒素を供給する場合に、従来からＤＰＦ３の再生用に設置されているバーナ４を用いて高温ガスＹに含まれる酸化窒素濃度を上昇させている。
具体的には、ＤＰＦ３に付着した微粒子に着火する場合にはアシスト空気供給装置５からバーナ４への空気の供給量を相対的に少なくし、ＤＰＦ３に付着した微粒子の燃焼を維持する場合にはアシスト空気供給装置５からバーナ４への空気の供給量を相対的に多くしている。
【００３６】
このような本実施形態のエンジンシステムＳ１によれば、従来からＤＰＦ３の再生用に設置されているバーナ４を用いて高温ガスＹに含まれる酸化窒素濃度を上昇させているため、酸化窒素を供給するための専用の装置を別途設ける場合と比較して、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑制することができる。
したがって、本実施形態のエンジンシステムＳ１によれば、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑止しつつ、ＤＰＦ３に対して酸化窒素を供給することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態のエンジンシステムＳ１によれば、ＤＰＦ３に付着した微粒子が着火する際（すなわち最もエネルギが必要とされる際）のみ排気ガスＸに含まれる酸化窒素の濃度を上昇させる。
このため、ＤＰＦ３を介して外部に排出される排気ガスＸに含まれる酸化窒素を極力低減させることが可能となる。
【００３８】
ただし、本発明においては、ＤＰＦ３における燃焼効率をより向上させるために、ＤＰＦ３に付着した微粒子が燃焼されている間も、エンジンシステムＳ１から排出される排気ガスＸに含まれる酸化窒素の濃度が許容値を超えない範囲で、ＤＰＦ３に供給される排気ガスＸの酸化窒素の濃度を上昇させても良い。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
図４は、本実施形態のエンジンシステムＳ２の概略構成を示す機能ブロック図である。この図に示すように、本実施形態のエンジンシステムＳ２は、差圧計７を備えている。
【００４０】
差圧計７は、ＤＰＦ３の上流側領域と下流側領域とに接続されており、ＤＰＦ３の上流側領域の内圧と下流側領域の内圧との差を計測結果として出力するものである。この差圧計７は、制御装置６に対して電気的に接続されている。
【００４１】
ＤＰＦ３の上流側領域と下流側領域との差圧は、ＤＰＦ３における微粒子の堆積量が増加してＤＰＦ３における圧力損失が大きくなるに連れて上昇する。
そして、本実施形態のエンジンシステムＳ１において制御装置６は、差圧計７の出力結果からＤＰＦ３における微粒子の堆積量を算出し、この算出した堆積量と予め記憶する規定値とを比較することによって、ＤＰＦ３における微粒子の堆積量が規定値を超えたかの判定を行う。
【００４２】
このような構成を有する本実施形態のエンジンシステムＳ２においても、上記第１実施形態のエンジンシステムＳ１と同様に、エンジンシステムの大型化や複雑化を抑止しつつ、ＤＰＦ３に対して酸化窒素を供給することが可能となる。
【００４３】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態においては、本発明における内燃機関が車両に搭載されるディーゼルエンジンである構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、内燃機関の種類及び使用形態はどのようなものであっても良い。
【００４５】
また、上記第１実施形態の構成に上記第２実施形態において示した差圧計７を付加し、  上記第１実施形態において、差圧計７の出力結果（すなわち差圧）に基づいて、微粒子の堆積量の補正を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００４６】
Ｓ１，Ｓ２……エンジンシステム、１……ディーゼルエンジン（内燃機関）、２……ＤＯＣ（酸化触媒）、３……ＤＰＦ（フィルタ）、４……バーナ、５……アシスト空気供給装置（酸化窒素濃度上昇手段，補助空気供給手段）、６……制御装置（酸化窒素濃度上昇手段，制御手段）、７……差圧計、Ｘ……排気ガス、Ｙ……高温ガス（燃焼ガス）
【図１】
2011220234.tif 000003
【図２】
2011220234.tif 000004
【図３】
2011220234.tif 000005
【図４】
2011220234.tif 000006