(57)【要約】【課題】排気ガス浄化装置内の微粒子捕集装置に担持された触媒の局所的な劣化を抑制すると共に、燃費を改善し、さらに、触媒の破損等の不具合を低減することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１５に上流側より順に酸化触媒装置２２と微粒子捕集装置２３を有する排気ガス浄化装置２０を備えた内燃機関１０で、微粒子捕集装置２３の再生処理時において、再生開始直後は排気ガスＧａが微粒子捕集装置２３の中心部２３ａと外周部２３ｂの両方へ流入する第１状態で再生し、再生中盤は微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへ流入する流れが予め設定された設定量未満で妨げられる第２状態で再生し、再生終盤は微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへ流入する流れが前記設定量で妨げられる第３状態で再生する。【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上流側より順に酸化触媒装置と微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
前記酸化触媒装置より上流側の前記排気通路に、前記微粒子捕集装置へ流入する排気ガスの流れの状態を、排気ガスが前記微粒子捕集装置の中心部と外周部の両方へ流入する第１状態と、前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが予め設定された設定量未満で妨げられる第２状態と、前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが前記設定量で妨げられる第３状態とに切り替える流路変更機構を設けると共に、
前記微粒子捕集装置の再生処理時において、再生開始直後は前記第１状態で再生し、再生中盤は前記第２状態で再生し、再生終盤は前記第３状態で再生する制御を行うように構成された制御装置を設けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記微粒子捕集装置の前記中心部に流入する排気ガスの温度である中心温度を検出する中心部用温度検出装置と、前記微粒子捕集装置の前記外周部に流入する排気ガスの温度である外周温度を検出する外周部用温度検出装置を備えて構成すると共に、
前記制御装置が、前記第２状態においては、前記中心温度と前記外周温度との温度差が予め設定された第１判定用温度差の範囲内に収まるように、再生の進行度合いに従って、連続的または段階的に前記中心部を流れる排気ガスの流れをより大きく妨げるように前記流路変更機構を制御するように構成されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記酸化触媒装置の上流に設けられて、排気ガスの流れを、前記酸化触媒装置の前記中心部に流入する第１の流れと前記酸化触媒装置の前記外周部に流入する第２の流れとに分流する内部通路と、該内部通路に設けた流量調整弁とを有して、前記流路変更機構が構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に上流側より順に酸化触媒装置と微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、
前記微粒子捕集装置の再生処理時において、再生開始直後は排気ガスが前記微粒子捕集装置の中心部と外周部の両方へ流入する第１状態で再生し、再生中盤は前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが予め設定された設定量未満で妨げられる第２状態で再生し、再生終盤は前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが前記設定量で妨げられる第３状態で再生することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項５】
前記微粒子捕集装置の前記中心部に流入する排気ガスの温度である中心温度と、前記微粒子捕集装置の前記外周部に流入する排気ガスの温度である外周温度を検出し、
前記第２状態において、前記中心温度と前記外周温度との温度差が予め設定された第１判定用温度差の範囲内に収まるように、再生の進行度合いに従って、連続的または段階的に前記中心部を流れる排気ガスの流れをより大きく妨げることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中のＰＭを捕集する微粒子捕集装置に担持された触媒の局所的な劣化を抑制すると共に、燃費を改善し、さらに、触媒の破損等の不具合を低減することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関では、その排気ガスの中に含まれているＰＭ（Particulate Matter）と呼ばれる粒子状物質を、排気通路に配設した排気ガス浄化装置に備えた微粒子捕集装置により捕集して、大気中へ排出される排気ガスを浄化している。この微粒子捕集装置ではＰＭを捕集するとともに、ＰＭの堆積量が増加するにつれて、圧力損失の増加による燃費の悪化を生じたり、すり抜けるＰＭ量の増加による浄化性能の低下が生じたりするため、定期的に微粒子捕集装置をＰＭ燃焼温度以上に所定の時間の間昇温して、捕集されたＰＭを燃焼する再生処理をしてＰＭ捕集能力を回復している。そして、この捕集と再生の繰り返しにより、微粒子捕集装置のＰＭ捕集能力を維持し、大気中に排出される排気ガス中のＰＭの減少を図っている。
【０００３】
この微粒子捕集装置の再生処理は、捕集されて堆積したＰＭ堆積量を、例えば、微粒子捕集装置の前後の差圧によって推定し、一定圧以上の差圧になると、ＰＭが限界量に達したとして、再生処理を行っている。また、この再生処理における微粒子捕集装置の昇温は、例えば、微粒子捕集装置より上流側の排気通路に酸化触媒装置（ＤＯＣ）を設けて、再生処理時に一時的に増加される未燃燃料の炭化水素（ＨＣ）をこの酸化触媒で酸化して、この酸化熱により、酸化触媒装置を通過する排気ガスを昇温して高温化し、この高温化した排気ガスを下流側の微粒子捕集装置に流入させることで微粒子捕集装置を昇温している。
【０００４】
ところで、一般的に、排気通路内を流れる排気ガスには速度分布が存在し、排気ガスの流速は、排気通路の中心部から外周部に近づくにつれて低下する傾向があり、排気ガス浄化装置に組み込まれた微粒子捕集装置を通過する排気ガスについても同様に流速分布が存在する。
【０００５】
例えば、図１２に示す、酸化触媒装置（ＤＯＣ）２２Ｘと微粒子捕集装置２３Ｘを備えた排気ガス浄化装置２１Ｘを参照しながら説明すると、微粒子捕集装置２３Ｘにおいては、ＰＭは、流速が早く多量の排気ガスが通過する中心部から堆積していき、ＰＭの堆積に伴って、中心部の圧力損失が高くなるので、順次外周部への排気ガスの流れが増加し、外周部にＰＭが堆積するようになる。
【０００６】
そして、微粒子捕集装置２３Ｘの再生処理時においても、排気ガスＧａの流速は、微粒子捕集装置２３Ｘの中心部から外周部に近づくにつれて低下し、外周部では外部環境への放熱が大きく排気ガス温度が低下する傾向があるので、中心部から外周部に近づくにつれて排気ガスのエネルギーも低くなる。その結果、再生処理時においては、排気ガスの流速が早く多くの排気ガスが流れる中心部の触媒の方が、外周部の触媒よりも熱やＨＣ被毒等の負荷が高く、触媒の劣化が早まる。そのため、触媒の局所的な劣化が生じる。この触媒の局所的な劣化は、微粒子捕集装置の再生頻度の高い条件で使用される車両にとってはより顕著となるため、触媒の一部が極端に劣化して排気ガスの浄化処理能力を低下させてしまうという問題となる。
【０００７】
また、再生処理時に外周部での再生が不十分になり易く、中心部はその外周部に比べ、再生が早期に完了する。そして、中心部の再生が完了した後は、中心部の圧力損失が改善され降下するので、排気ガスがＰＭが堆積している外周部よりもＰＭの燃焼した後の中心部へ流れ易くなるため、中心部のガス流速と外周部のガス流速の差がより大きくなるので、中心部と外周部では、その再生の進捗状況に違い（以下、「再生状況のムラ」という）が生じる。
【０００８】
この外周部の再生処理が不十分なままになるため、微粒子捕集装置２３Ｘの前後差圧が速やかに降下しないので、外周部での再生を進行させるために燃料を使用することになり、燃費が悪化する。また、この燃料の使用により、触媒への熱負荷が必要以上に大きくなるので、触媒の破損等の不具合を助長することになる。
【０００９】
これに関連して、再生処理に要する燃料消費量を最小限にするため、ＰＭ燃焼時の燃焼速度をＰＭ堆積量ごとに算出してＰＭ燃焼に必要な活性化エネルギーを算出し、その値からＰＭが燃焼するのに必要な温度と時間の関係を算出し、燃料消費量を最小とする条件で再生を実行する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
しかしながら、この再生方法では、微粒子捕集装置内のＰＭ堆積量に基づいて、再生処理に必要な燃料消費量を最適化することで、燃費の悪化の抑制を図っているが、微粒子捕集装置の中心部と外周部の再生処理を並行して行うため、上述した触媒の局所的な劣化、燃費の悪化、触媒の破損等の不具合の助長といった問題点を解消することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−４４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、微粒子捕集装置の再生処理時に、触媒に局所的な負荷がかかって、触媒の一部で排気ガスの浄化処理能力が極端に低下することを抑制することができて、ＰＭ捕集効率の向上と、再生処理用の燃料の節約による燃費の改善と、触媒の不具合の低減を図ることができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側より順に酸化触媒装置と微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記酸化触媒装置より上流側の前記排気通路に、前記微粒子捕集装置へ流入する排気ガスの流れの状態を、排気ガスが前記微粒子捕集装置の中心部と外周部の両方へ流入する第１状態と、前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが予め設定された設定量未満で妨げられる第２状態と、前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが前記設定量で妨げられる第３状態とに切り替える流路変更機構を設けると共に、前記微粒子捕集装置の再生処理時において、再生開始直後は前記第１状態で再生し、再生中盤は前記第２状態で再生し、再生終盤は前記第３状態で再生する制御を行うように構成された制御装置を設けて構成される。
【００１４】
なお、この設定量は、微粒子捕集装置の前後差圧が過剰に大きくならないようにするための中央部への流れを制限する制限量の限界値であり、実験結果などから、予め設定される量である。
【００１５】
この構成によれば、再生制御時に、再生処理の進捗状態に応じて、排気ガスの流れの状態を第１状態から第２状態を経て第３状態とすることにより、酸化触媒装置において順次中心部から外周部に再生用の炭化水素を含んだ排気ガスを行き渡らせることができるので、酸化触媒装置の触媒を全体的に使用できるので局所的な劣化を抑制できるので、酸化触媒装置の触媒の一部で排気ガスの浄化処理能力が極端に低下することを防止できる。
【００１６】
また、酸化触媒装置において排気ガスが通過する部分を中心部から外周部に変化させることにより、微粒子捕集装置においても、順次、中心部から外周部に再生用の高い温度の排気ガスを行き渡らせることができるので、微粒子捕集装置の中心部のみが過剰に昇温することを回避できる。これにより、微粒子捕集装置に触媒を担持した場合には、微粒子捕集装置の触媒の一部で排気ガスの浄化処理能力が極端に低下することを防止できる。
【００１７】
なお、設定量に関しては、第３状態において、設定量を設けずに全閉としてしまうと、微粒子捕集装置の中心部を流れる排気ガスの流量がゼロとなり、排気ガスの流れが、ＰＭが燃焼していない状態の外周部への流れのみになるので、微粒子捕集装置の圧力損失の増加（前後差圧の上昇）を招くことになる。そのため、全閉とならない、例えば、弁開度が弁体部分の流路方向に関しての投影流路面積が閉じ量の上限となる設定量を設けて、最小限の排気ガスを酸化触媒装置及び微粒子捕集装置の中心部に流すことにより、微粒子捕集装置の中心部を流れる排気ガスの流れも確保して圧力損失の増加を抑制しながら、微粒子捕集装置の外周部でのＰＭの燃焼を促進することができる。
【００１８】
従って、この微粒子捕集装置において優先して再生する部分を中心部から外周部に順次変化させることにより、再生微粒子捕集装置の再生処理を効率よく、かつ、再生のムラなく行うことができる。そのため、通常のＰＭ捕集時におけるＰＭ捕集効率を向上させることができ、また、微粒子捕集装置の再生処理を短時間に効率よく行うことができるので、再生処理用の燃料を節約できて燃費を改善することができる。
【００１９】
さらに、酸化触媒装置及び微粒子捕集装置の中心部における温度上昇を抑制できるので、酸化触媒装置の中心部に配置された触媒への熱負荷を低減することができ、この触媒の破損等の不具合を低減することができる。また、微粒子捕集装置が触媒を担持している場合は、この微粒子捕集装置の中心部に配置された触媒への熱負荷を低減することができ、この触媒の破損等の不具合を低減することができる。
【００２０】
なお、この構成とは逆に、微粒子捕集装置の再生制御時に、先に、微粒子捕集装置の外周部に排気ガスを優先的に流して、その後で中心部に排気ガスを優先して流す場合には、酸化触媒装置で排気ガス中の炭化水素の酸化により高温化した排気ガスの大半が、最初に温度の低い外周部を通過することとなり、微粒子捕集装置の外周部表面から外部への放熱量が大きくなってしまうため、外周部の温度上昇に要する時間が長くなり、外周部で再生処理の開始が遅れてしまう上に、中心部に比べて堆積密度が小さい外周部のＰＭを燃焼するのでＰＭの燃焼による温度上昇速度も遅くなる。
【００２１】
また、外周部の外側の表面積が内側の中心部との境の表面積よりも多いので、この外周部でＰＭの燃焼熱の多くが、外側の表面から放熱されてしまうため、再生によるＰＭの燃焼熱の一部しか中心部で利用することができないため、中心部の温度上昇に要する時間も長くなり、中心部の再生処理も抑制されるため、再生処理の効率が低下する。そのため、ＰＭの燃焼熱を効率よく再生処理に利用できない。
【００２２】
上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記微粒子捕集装置の前記中心部に流入する排気ガスの温度である中心温度を検出する中心部用温度検出装置と、前記微粒子捕集装置の前記外周部に流入する排気ガスの温度である外周温度を検出する外周部用温度検出装置を備えて構成すると共に、前記制御装置が、前記第２状態においては、前記中心温度と前記外周温度との温度差が予め設定された第１判定用温度差の範囲内に収まるように、再生の進行度合いに従って、連続的または段階的に前記中心部を流れる排気ガスの流れをより大きく妨げるように前記流路変更機構を制御するように構成される。
【００２３】
この構成によれば、酸化触媒装置及び微粒子捕集装置の中心部へ流入する排気ガスの流量と外周部へ流入する排気ガスの流量の割合を、中心温度と外周温度の温度差に応じてより極め細かく変化させることができ、微粒子捕集装置の中心部の再生と外周部の再生のそれぞれの進行度合いに合わせた排気ガスの分配を最適化できるので、より効率よく再生ムラの発生を防止しながら再生時間を短縮できる。
【００２４】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記酸化触媒装置の上流に設けられて、排気ガスの流れを、前記酸化触媒装置の前記中心部に流入する第１の流れと前記酸化触媒装置の前記外周部に流入する第２の流れとに分流する内部通路と、該内部通路に設けた流量調整弁とを有して、前記流路変更機構が構成されると、比較的簡単な構成で、しかも、流量調整弁の弁開度の制御だけで、排気ガスの流れを第１状態、第２状態、又は、第３状態にすることができる。
【００２５】
そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に上流側より順に酸化触媒装置と微粒子捕集装置を有する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記微粒子捕集装置の再生処理時において、再生開始直後は排気ガスが前記微粒子捕集装置の中心部と外周部の両方へ流入する第１状態で再生し、再生中盤は前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが予め設定された設定量未満で妨げられる第２状態で再生し、再生終盤は前記微粒子捕集装置の前記中心部へ流入する流れが前記設定量で妨げられる第３状態で再生することを特徴とする方法である。
【００２６】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記微粒子捕集装置の前記中心部に流入する排気ガスの温度である中心温度と、前記微粒子捕集装置の前記外周部に流入する排気ガスの温度である外周温度を検出し、前記第２状態において、前記中心温度と前記外周温度との温度差が予め設定された第１判定用温度差の範囲内に収まるように、再生の進行度合いに従って、連続的または段階的に前記中心部を流れる排気ガスの流れをより大きく妨げる。
【００２７】
これらの方法によれば、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及びその排気ガス浄化方法によれば、微粒子捕集装置の再生処理時に、排気ガスの流れを、再生開始直後は酸化触媒装置の中心部と外周部の両方に流し、再生中盤は酸化触媒装置及び微粒子捕集装置の中心部の流れを減少し、再生終盤は酸化触媒装置及び微粒子捕集装置の外周部のみの流れにすることにより、微粒子捕集装置の再生処理を再生のムラの発生を防止しながら中心部から外周部に順次進めることができる。
【００２９】
これにより、通常のＰＭ捕集時におけるＰＭ捕集効率を向上させることができ、また、微粒子捕集装置の再生処理を短時間に効率よく行うことができるので、再生処理用の燃料を節約できるので燃費を改善することができる。
【００３０】
また、酸化触媒装置の触媒に局所的な負荷がかかって、酸化触媒装置の触媒の一部で排気ガスの浄化処理能力が極端に低下することを抑制することができる。また、微粒子捕集装置が触媒を担持している場合は、微粒子捕集装置の触媒に局所的な負荷がかかって、微粒子捕集装置の触媒の一部で排気ガスの浄化処理能力が極端に低下することを抑制することができる。
【００３１】
従って、微粒子捕集装置の再生処理時に、触媒に局所的な負荷がかかって、触媒の一部で排気ガスの浄化処理能力が極端に低下することを抑制することができて、ＰＭ捕集効率の向上と、再生処理用の燃料の節約による燃費の改善と、触媒の不具合の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムを備えた内燃機関の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す側断面図である。
【図３】図２の酸化触媒装置の上流側に配置されたバタフライ式バルブ（流量調整弁）の弁体の様子を模式的に示す、図２のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図４】本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローの一例を示す図である。
【図５】図４のステップＳ４００の詳細を示す図である。
【図６】第１状態におけるバタフライ式バルブの弁体の様子を模式的に示す側断面図である。
【図７】第１状態におけるバタフライ式バルブの弁体の様子を模式的に示す、図６のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図８】第２状態におけるバタフライ式バルブの弁体の様子を模式的に示す側断面図である。
【図９】第２状態におけるバタフライ式バルブの弁体の様子を模式的に示す、図８のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図１０】第３状態におけるバタフライ式バルブの弁体の様子を模式的に示す側断面図である。
【図１１】第３状態におけるバタフライ式バルブの弁体の様子を模式的に示す、図１０のＸ−Ｘ方向から見た図である。
【図１２】従来技術の排気ガス浄化装置を通過する排気ガスの流速の様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
最初に、図１を参照しながら、この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム２が配置されるエンジン（内燃機関）１０について説明する。このエンジン１０には、気筒（シリンダ）１０ａに面して燃料噴射装置１１と吸気弁１２と排気弁１３が設けられ、更に、吸気弁１２に連通する吸気通路１４と、排気弁１３に連通する排気通路１５と、ＥＧＲ通路１６が設けられている。
【００３５】
この吸気通路１４には、上流側より順に、エアクリーナ１７、ターボチャージャ（ターボ式過給器）１８のコンプレッサ１８ｂ、インタークーラ１９ａ、インテークスロットルバルブ１９ｂが設けられ、また、排気通路１５には、上流側より順に、ターボチャージャ１８のタービン１８ａ、排気ガス浄化装置２０が設けられている。また、ＥＧＲ通路１６は、コンプレッサ１８ｂより下流の吸気通路１４とタービン１８ａより上流の排気通路１５を接続して設けられ、このＥＧＲ通路１６には、上流側より順に、ＥＧＲクーラ１６ａ、ＥＧＲバルブ１６ｂが設けられている。
【００３６】
そして、大気から導入される新気Ａは、必要に応じて、ＥＧＲ通路１６から吸気通路１４に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）Ｇｅを伴って、吸気弁１２経由で気筒（シリンダ）１０ａに送られる。また、気筒１０ａで発生した排気ガスＧは、排気弁１３経由で排気通路１５に流出し、その一部はＥＧＲ通路１６にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧａ（＝Ｇ−Ｇｅ）は、タービン１８ａを経由して、排気ガス浄化装置２０に流入して、浄化された後、浄化された排気ガスＧｃとしてマフラー（図示しない）を経由して大気中へ放出される。
【００３７】
また、排気ガス浄化装置２０は、この図１の構成では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）２２、微粒子捕集装置２３、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）２４及び酸化触媒装置（ＤＯＣ）２５等で構成される。
【００３８】
この酸化触媒装置２２は、例えば、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造体の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。この酸化触媒装置２２は、排気ガスＧａ中に存在する、未燃燃料等の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化し、この酸化熱により、通過する排気ガスＧａを昇温する。
【００３９】
また、この微粒子捕集装置２３は、一般的に、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成され、このフィルタの部分に、白金や酸化セリウム等の酸化触媒やＰＭ酸化触媒を担持する場合が多い。この微粒子捕集装置２３により、排気ガスＧａ中のＰＭは、多孔質のセラミックの壁で捕集される。
【００４０】
また、燃料噴射装置２６は、酸化触媒装置２２の上流側に配設された、未燃燃料を排気通路１５内に噴射する装置であり、微粒子捕集装置２３の再生処理時に、排気通路１５内に未燃燃料を噴射し、酸化触媒装置２２で酸化された未燃燃料の酸化熱により排気ガスＧａを昇温して微粒子捕集装置２３をＰＭ燃焼可能な温度域まで昇温させる役割を持っている。
【００４１】
また、尿素噴射装置２７は、選択還元型触媒装置２４の上流側に配設された、ＮＯｘ還元用の尿素水を排気通路１５内に噴射する装置であり、噴射された尿素水は分解してアンモニアを生成し、選択還元型触媒装置２４でこのアンモニアにより排気ガスＧａ中のＮＯｘを水と窒素に還元して無害化している。
【００４２】
さらに、微粒子捕集装置２３の前後差圧を検出するための差圧センサ４１が設けられ、排気ガス浄化装置２０へ流入する排気ガスＧａの温度を測定するための温度センサ４２が設けられるとともに、酸化触媒装置２２と微粒子捕集装置２３の間の排気通路１５に、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉの温度（以下、中心温度という）Ｔｉを検出する中心部用温度センサ（中心部用温度検出装置）４３と、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂを流れる排気ガスＧｏの温度（以下、外周温度という）Ｔｏを検出する外周部用温度センサ（外周部用温度検出装置）４４を備える。
【００４３】
なお、図２、図６、図８、図１０では、排気ガス浄化装置２０の前半部分のみを図示している。また、これらの図面では、中心部用温度センサ４３と外周部用温度センサ４４は、両方とも排気ガス浄化装置２０の上部に配設されているが、必ずしも、一方向から挿入される必要はなく、言い換えれば、両者の配置はこの配置に限定されるものではなく、中心温度Ｔｉと外周温度Ｔｏを検出できるように配置されればよい。
【００４４】
本発明においては、排気ガス浄化システム２は、更に、図２及び図３に示すように、内部通路３１を酸化触媒装置２２の上流に設け、排気ガスの流れを、酸化触媒装置２２の中心部２２ａに流入する第１の流れと酸化触媒装置２２の外周部２２ｂに流入する第２の流れとに分流するように構成する。この内部通路３１は、酸化触媒装置２２の上流側の直前まで設けられるが、酸化触媒装置２２の内部や微粒子捕集装置２３の内部には、特に中心部２２ａ、２３ａと外周部２２ｂ、２３ｂを区分する仕切り壁を設けず、中心部２２ａ、２３ａと外周部２２ｂ、２３ｂとの間で熱移動が可能な状態に構成しておく。
【００４５】
この内部通路３１の内側を流れる排気ガスＧａの大半が、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れ、この内部通路３１の外側を流れる排気ガスＧａの大半が、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂを流れることになる。
【００４６】
さらに、この内部通路３１内に弁体３２ａが配置されるバタフライ式バルブ（流量調整弁）３２を設ける。このバタフライ式バルブ３２の駆動源としては、例えば、ステッピングモータ等のアクチュエータ（図示しない）等を用いる。この内部通路３１とバタフライ式バルブ３２で流路変更機構３０を構成する。この構成によれば、可動部が少なく、単純な構成となるので、故障頻度も低く、また、高い耐久性も持つ流路変更機構３０となる。
【００４７】
このバタフライ式バルブ３２を図７のように全開することで、酸化触媒装置２２及び微粒子捕集装置２３へ流入する排気ガスＧａの流れの状態を、図６に示すような、排気ガスＧｉ＋Ｇｏが微粒子捕集装置２３の中心部２３ａと外周部２３ｂの両方へ流入する第１状態と、バタフライ式バルブ３２を図９のように全開よりも閉じ、予め設定した設定量未満で閉じて、全閉よりも開ける半開状態にすることで、図８に示すような、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへ流入する流れＧｉが一部妨げられる第２状態と、バタフライ式バルブ３２を図１１に示すように予め設定された設定量で閉じることで、図１０に示すように微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへ流入する流れＧｉが設定量で妨げられるが、完全に妨げられはしない第３状態に切り替えることができる。なお、第２状態では、バタフライ式バルブ３２の弁開度の減少（閉じる方向）は、連続的または段階的に行われる。
【００４８】
また、微粒子捕集装置２３の再生処理と流路変更機構３０を制御する制御装置５１を備えて構成する。この制御装置５１は、微粒子捕集装置２３の再生処理の進行状況に応じて、アクチュエータを動作させて、バタフライ式バルブ３２を開状態から閉状態に移行させる。また、この制御装置５１は、アクセル開度センサ（図示しない）等の各種センサの情報に基づいて、エンジン１０の全般の制御を行う全体システム制御装置（ＥＣＵ）５０に通常は組み込まれて構成されるが、独立して設けてもよい。
【００４９】
そして、本発明においては、制御装置５１は、微粒子捕集装置２３の再生処理時に、バタフライ式バルブ３２を制御して、再生開始直後は第１状態で再生し、再生中盤は第２状態で再生し、再生終盤は第３状態で再生する制御を行うように構成される。
【００５０】
この各状態への移行開始のタイミングについては、再生継続時間ｔ、微粒子捕集装置２３の前後差圧ΔＰ、中心温度Ｔｉと外周温度Ｔｏとの温度差ΔＴの内の一つ又は幾つかの組み合わせを監視して、それぞれの値が予め設定した閾値を超えるときに、次の状態に移行するようにする。なお、これらの閾値は実験結果等により予め設定しておき、マップデータ等で制御装置５１に記憶しておく。なお、これらの閾値は、再生処理時のエンジン１０の運転状態（エンジン回転数と負荷）によって補正されるように構成することが好ましい。
【００５１】
この構成によれば、再生開始直後は、酸化触媒装置２２への排気ガスＧａの流れが中心部２２ａに偏り易い第１状態にすることにより、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａに流入する排気ガスＧｉの中心温度Ｔｉを優先的に上昇させて、排気ガスＧａを微粒子捕集装置２３に流入させることにより、中心部２３ａの再生を優先して行うことができる。これにより、中心部２３ａの温度をＰＭ燃焼開始の温度まで速やかに上昇できるので、迅速にＰＭの燃焼を開始できる。なお、この実施の形態では、第１状態は、図６、図７に示すように、弁体３２ａを内管３１に平行な方向に傾斜した状態（全開状態）にしている状態である。
【００５２】
また、再生中盤では、再生開始直後における高温の排気ガスＧａの中心部２３ａへの集中的通過とＰＭの燃焼により、ある程度，微粒子捕集装置２３の中央部２３ａの再生が進展し、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの温度が上昇してきているので、酸化触媒装置２２の中心部２２ａへの流れを設定量未満で制限する第２状態にして、酸化触媒装置２２の中心部２２ａでの発熱を抑制し、酸化触媒装置２２の外周部２２ｂでの発熱を促進することで、酸化触媒装置２２の中心部の温度の過剰な上昇を回避することができる。また、同時に、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａにおける再生を抑制して中心部２３ａの温度の過剰な上昇を回避することができる。それと共に、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂの温度上昇を図って、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂにおける再生を促進することができる。なお、この実施の形態では、第２状態は、図８、図９に示すように、弁体３２ａを内管３１に対してやや傾斜した状態（半開状態）にしている状態である。
【００５３】
また、この第２状態は、第１状態から第３状態への移行段階に相当し、再生の進行に従って、バラフライ式バルブ３２の弁開度を全開から設定量まで連続的又は段階的に行うことが好ましい。これにより、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａに流入する排気ガスＧｉの流量Ｑｉと外周部２３ｂに流入する排気ガスＧｏの流量Ｑｏの割合をより極め細かく変化させることができ、中心部２３ａの再生と外周部２３ｂの再生の進行状況に合わせた排気ガスＧａの分配の最適化が可能となる。
【００５４】
また、再生終盤では、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａにおける再生が殆ど終了してＰＭの燃焼が下火になってくる一方で、微粒子捕集装置２３内では中心部２３ａからの熱が外周部２３ｂに移動してきて、外周部２３ｂの温度も上昇してきているので、第３状態にして、温度が上昇してきた微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂに積極的に排気ガスを流すことにより、更に、酸化触媒装置２２の中心部での発熱を抑制し、酸化触媒装置２２の外周部での発熱を促進することで、ＰＭがほぼ燃焼し終えた中心部２３ａよりも、温度が上昇してきた外周部２３ｂのＰＭを集中的に燃焼させることで、外周部２３ｂのＰＭの燃焼を完了して再生処理を完了することができる。なお、この実施の形態では、第３状態は、図１０、図１１に示すように、弁体３２ａを内管３１に設定量まで傾斜した状態（最大閉鎖状態：完全閉鎖ではない状態）にしている状態である。この状態では、中心部２３ａを通過する排気ガスＧｉの流量を最低限確保している。
【００５５】
つまり、再生制御時に、再生の進捗状態に応じて、排気ガスＧａの流れの状態を第１状態から第２状態を経て第３状態とすることにより、微粒子捕集装置２３において排気ガスＧａが通過する部分を中心部２３ａから外周部２３ｂに変化させて、順次、微粒子捕集装置２３の全体に再生制御時の高い温度の排気ガスＧａを行き渡らせることができ、中心部２３ａのみが過剰に昇温することを回避できる。これにより、微粒子捕集装置２３が触媒を担持している場合は、その触媒の局所的な劣化を抑制できるので、微粒子捕集装置２３の触媒の一部で排気ガスＧａの浄化処理能力が極端に低下することを防止できる。
【００５６】
なお、バタフライ式バルブ３２の閉弁制御において、設定量を設けずに全閉状態とすると、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れる排気ガスＧａの流量がゼロとなり、排気ガスＧａの流れが、ＰＭが燃焼していない状態の微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂへの流れのみになるので、圧力損失の増加を招くことになる。そのため、バタフライ式バルブ３２の閉じる量に設定量を設けて全閉を回避することにより、中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉの流れも確保しつつ、圧力損失の増加を抑制しながら、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂでのＰＭの燃焼を促進できる。
【００５７】
また、制御装置５１は、第２状態においては、中心部用温度センサ４３で検出される中心温度Ｔｉと外周部用温度センサ４４で検出される外周温度Ｔｏとの温度差ΔＴ（＝Ｔｉ−Ｔｏ）が予め設定された第１判定用温度差ΔＴ１内に収まるように、再生の進行度合いに従って、連続的または段階的に酸化触媒装置２２の中心部及び微粒子捕集装置２３の中心部２３ａを流れる排気ガスＧａの流れを設定量未満でより大きく妨げるように流路変更機構３０を制御するように構成される。この第１判定用温度差ΔＴ１は、実験結果等により予め設定して制御装置５１に記憶させておく。
【００５８】
この構成により、酸化触媒装置２２の中心部２２ａと外周部２２ｂへ流入する排気ガスＧａの流量の割合をより極め細かく変化させて、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへ流入する排気ガスＧａの流量Ｑｉと中心温度Ｔｉと外周部２３ｂへ流入する排気ガスＧａの流量Ｑｏと外周温度Ｔｏをより極め細かく変化させて、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生と外周部２３ｂの再生のそれぞれの進行度合いに合わせた排気ガスＧａの分配を最適化することができ、再生ムラの発生を防止しながら再生時間を短縮できる。この再生時間の短縮化により、再生処理用の燃料を節約できて燃費を改善することができる。また、触媒への熱負荷を低減することができるため、触媒の破損等の不具合を低減することができる。
【００５９】
次に、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法について、図４、図５の制御フローを参照しながら説明する。図４の制御フローは、上級の制御フローで微粒子捕集装置２３の再生が必要と判断されたときに、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、制御フローの制御を実施しては、リターンして、上級の制御フローに戻り、また、微粒子捕集装置２３の再生が必要と判断されたときに、上級の制御フローから呼ばれて、エンジン１０の運転中は繰り返し実施されるものとして示してある。なお、制御の途中でエンジン１０が停止するときには、割り込みが生じてリターンに行って上級の制御フローに戻り、そして、エンジン１０が運転停止すると、この上級の制御フローの終了と共に終了する。
【００６０】
上級の制御フローでは、差圧センサ４１で測定した微粒子捕集装置２３の前後差圧の測定値が予め設定した再生開始判定用差圧を超えているか否かで、あるいは、堆積されるＰＭ量を累積計算したＰＭ堆積量が予め設定した再生開始判定用ＰＭ堆積量を超えているか否かで、微粒子捕集装置２３の再生処理を開始するか否かを判定し、再生処理の開始と判定されると、この図４の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートする。
【００６１】
図４の制御フローがスタートすると、ステップＳ１００の「微粒子捕集装置の再生処理の開始」が行われ、次のステップＳ２００の「再生処理」と、ステップＳ３００の「再生処理の終了判定」と、ステップＳ４００の「流路制御」が並行して行われる。
【００６２】
ステップＳ２００の「再生処理」では、周知の技術である、排気ガスＧａの温度を昇温する排気ガス昇温制御と、これに続く昇温後の排気ガスＧａの温度を維持する排気ガス温度維持制御を行う。この排気ガス温度維持制御は、並行して行われているステップＳ３００からの終了判定の信号を受け取ると制御を終了する。
【００６３】
ステップＳ３００の「再生処理の終了判定」では、再生開始からの再生継続時間が予め設定した終了判定用時間ｔ１以上継続したか否かで再生処理の終了を判定する。再生継続時間が終了判定用時間ｔ１を超えたときに、再生処理制御を終了するとの「再生処理の終了判定」を行い、この「終了判定の信号」をステップＳ２００側とステップＳ４００側に発信して、このステップＳ３００を終了する。なお、微粒子捕集装置２３の前後差圧による終了判定を用いたり、両方の判定を組み合わせたりすることもできる。
【００６４】
ステップＳ４００の「流路制御」は、本発明の特徴であり、流路変更装置３０を制御して、制御開始直後は第１状態の「中心部優先流路制御」とし、再生中盤は第２状態の「並行流路制御」とし、再生終盤は第３状態の「外周部優先流路制御」とする制御である。
【００６５】
このステップＳ４００における、第１状態から第２状態への移行、及び、第２状態から第３状態への移行のタイミングは、実験結果等で予め設定された再生継続時間に関する第１移行判定用時間及び第２移行判定用時間を用いて検出したり、微粒子捕集装置２３の前後差圧に関する第１移行判定用差圧値及び第２移行判定用差圧時間を用いて検出したりすることができる。
【００６６】
例えば、図５に示す制御フローでは、各制御時間毎に求めたＰＭ堆積量を基にしている。この制御フローでは、ステップＳ４０１で再生開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍを入力し、次のステップＳ４０２では、第１状態から第２状態への移行のタイミングを判定するための第１判定用閾値ＰＭ１と、第２状態から第３状態への移行のタイミングを判定するための判定用の第２判定用閾値ＰＭ２を設定する。この第１判定用閾値ＰＭ１と第２判定用閾値ＰＭ２は、実験結果等により予め設定しておき、制御装置５１に記憶させておく。
【００６７】
次のステップＳ４０３で、再生開始時ＰＭ堆積量ＰＭｃｍから、再生処理の進行で発生する、制御時間ごとのＰＭ除去量ΔＰＭｅｍを差し引いて、制御時点でのＰＭ堆積量ＰＭｃを算出する。このＰＭ除去量ΔＰＭｅｍは、エンジンの運転状態（エンジン回転速度と負荷）と排気ガスＧａの温度等に対して予め実験などにより設定されたマップデータ等を参照して、算出する。
【００６８】
ステップＳ４０４で、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生が予め設定した程度まで終了していないか否かを、ＰＭ堆積量ＰＭｃが第１判定用閾値ＰＭ１以上であるか否かで判定する。この判定で以上であるとのＹＥＳの場合は、ステップＳ４０５に行き、第１状態の「中心部優先流路制御」を予め設定された制御時間の間行った後、ステップＳ４０９に行く。また、ＮＯの場合は、中心部２３ａの再生が予め設定した程度には終了しているとして、ステップＳ４０６に行く。
【００６９】
このステップＳ４０６で、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生が予め設定した程度には終了しているが、十分には終了はしていないか否かを、ＰＭ堆積量ＰＭｃが第２判定用閾値ＰＭ２以上であるか否かで判定する。この判定で以上であるとのＹＥＳの場合は、ステップＳ４０７に行き、第２状態の「並行流路制御」を制御時間の間行った後、ステップＳ４０９に行く。このステップＳ４０６の判定で、ＮＯの場合は、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａの再生が十分に終了はしているとして、ステップＳ４０８に行き、第３状態の「外周部優先流路制御」を制御時間の間行った後、ステップＳ４０９に行く。
【００７０】
ステップＳ４０９では、ステップＳ３００からの「終了判定の信号」を受信しているか否かを判定し、受信していないＮＯの場合は、ステップＳ４０３に戻る。また、ＹＥＳの場合は、ステップＳ４１０に行き、流路制御の終了処理で、バタフライ式バルブ３２を全開にして、ステップＳ４００の「流路制御」を終了する。
【００７１】
そして、図４の制御フローで、ステップＳ３００で「再生処理の終了判定」が下されると、ステップＳ２００では「再生処理の終了処理」を行い、「再生処理」の制御を終了し、また、ステップＳ４００では「流路制御の終了処理」を行い、「流路制御」の制御を終了する。これらの並行した３つの制御が全部終了すると、リターンに行き、上級の制御フローに戻る。そして、また、微粒子捕集装置２３の再生が必要と判断されたときに、図４の制御フローが上級の制御フローから呼ばれて、繰り返し実施される。
【００７２】
上記の制御により、エンジン１０の排気通路１５に上流側より順に酸化触媒装置２２と微粒子捕集装置２３を有する排気ガス浄化装置２０を備えた内燃機関の排気ガス浄化方法において、微粒子捕集装置２２の再生処理時において、再生開始直後は排気ガスＧａが微粒子捕集装置２３の中心部２３ａと外周部２３ｂの両方へ流入する第１状態で再生し、再生中盤は微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへ流入する流れが予め設定された設定量未満で妨げられる第２状態で再生し、再生終盤は微粒子捕集装置２３の中心部２３ａへ流入する流れが設定量で妨げられる第３状態で再生させることができる。
【００７３】
また、微粒子捕集装置２３の中心部２３ａに流入する排気ガスＧｉの温度である中心温度Ｔｉと、微粒子捕集装置２３の外周部２３ｂに流入する排気ガスＧｏの温度である外周温度Ｔｏを検出し、第２状態において、中心温度Ｔｉと外周温度Ｔｏとの温度差ΔＴが予め設定された第１判定温度差ΔＴ１の範囲内に収まるように、再生の進行度合いに従って、連続的または段階的に中心部２３ａを流れる排気ガスＧｉの流れをより大きく妨げることができる。
【００７４】
上記の構成の内燃機関の排気ガス浄化システム２及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、微粒子捕集装置２３の再生処理時に、排気ガスＧａの流れを、再生開始直後は酸化触媒装置２２及び微粒子捕集装置２３の中心部２２ａ、２３ａと外周部２２ｂ、２３ｂの両方に流し、再生中盤は酸化触媒装置２２及び微粒子捕集装置２３の中心部２２ａ、２３ａの流れを減少し、再生終盤は酸化触媒装置２２及び微粒子捕集装置２３の外周部２２ｂ、２３ｂのみの流れにすることにより、微粒子捕集装置２３の再生処理を再生のムラの発生を防止しながら中心部２３ａから外周部２３ｂに順次進めることができる。
【００７５】
これにより、通常のＰＭ捕集時におけるＰＭ捕集効率を向上させることができ、また、微粒子捕集装置２３の再生処理を短時間に効率よく行うことができるので、再生処理用の燃料を節約できるので燃費を改善することができる。
【００７６】
また、酸化触媒装置２２の触媒に局所的な負荷がかかって、酸化触媒装置２２の触媒の一部で排気ガスＧａの浄化処理能力が極端に低下することを抑制することができる。また、微粒子捕集装置２３が触媒を担持している場合は、微粒子捕集装置２３の触媒に局所的な負荷がかかって、微粒子捕集装置２３の触媒の一部で排気ガスＧａの浄化処理能力が極端に低下することを抑制することができる。
【００７７】
従って、微粒子捕集装置２３の再生処理時に、触媒に局所的な負荷がかかって、触媒の一部で排気ガスＧａの浄化処理能力が極端に低下することを抑制することができて、ＰＭ捕集効率の向上と、再生処理用の燃料の節約による燃費の改善と、触媒の不具合の低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００７８】
２  内燃機関の排気ガス浄化システム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  燃料噴射装置
１４  吸気通路
１５  排気通路
２０  排気ガス浄化装置
２２  酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２２ａ  酸化触媒装置の中心部
２２ｂ  酸化触媒装置の外周部
２３  微粒子捕集装置
２３ａ  微粒子捕集装置の中心部
２３ｂ  微粒子捕集装置の外周部
２４  選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
２５  酸化触媒装置（ＤＯＣ）
２６  燃料噴射装置
２７  尿素噴射装置
３０  流路変更機構
３１  内部通路
３２  バタフライ式バルブ（流量調整弁）
３２ａ  弁体
４１  差圧センサ
４２  温度センサ
４３  中心部用温度センサ（中心部用温度検出装置）
４４  外周部用温度センサ（外周部用温度検出装置）
５０  全体システム制御装置（ＥＣＵ）
５１  制御装置
Ａ  新気
Ａ＋Ｇｅ  吸入ガス
Ｇ  発生した排気ガス
Ｇａ  排気ガス浄化装置に流入する排気ガス（Ｇ−Ｇｅ）
Ｇｃ  浄化された排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
Ｇｉ  微粒子捕集装置の中心部へと流れる排気ガス
Ｇｏ  微粒子捕集装置の外周部へと流れる排気ガス
【図１】
2015206302.tif 000003
【図２】
2015206302.tif 000004
【図３】
2015206302.tif 000005
【図４】
2015206302.tif 000006
【図５】
2015206302.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2015206302.tif 000010
【図９】
2015206302.tif 000011
【図１０】
2015206302.tif 000012
【図１１】
2015206302.tif 000013
【図１２】
2015206302.tif 000014