(57)【要約】【課題】ＣＲＴフィルタの強制再生実施間隔を延ばすディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】本発明は、捕集した粒子状物質を強制的に除去して再生する強制再生が実施されるフィルタ４６と、このフィルタを加熱する加熱手段４５とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、フィルタを迂回して排気ガスを流通するバイパス通路４７と、このバイパス通路に設置され、排気ガス中の粒子状物質を捕集する補助フィルタ５３、５４とを備え、補助フィルタは、強制再生が不要なフィルタであるディーゼルエンジンの排気浄化装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンから排出された排気ガス中の粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を強制的に除去して再生する強制再生が実施されるフィルタと、
このフィルタを加熱する加熱手段とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
前記フィルタを迂回して排気ガスを流通するバイパス通路と、
このバイパス通路に設置され、排気ガス中の粒子状物質を捕集する補助フィルタとを備え、
前記補助フィルタは、強制再生が不要なフィルタであることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記補助フィルタは、貴金属触媒を担持した焼結金属からなることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記フィルタに向かう排気ガスを前記バイパス通路へ導くガイドを設け、このガイドは前記フィルタの排気ガス浄化状態に応じて排気ガスの流れを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記ガイドは、前記フィルタの強制再生時に、排気ガスを前記バイパス通路へ導入しないことを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記フィルタに向かう排気ガスを前記バイパス通路へ導くガイドを設け、このガイドは前記ディーゼルエンジンの運転状態に応じて排気ガスの流れを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記ガイドは、前記ディーゼルエンジンが搭載される車両の加速状態時に、排気ガスを前記バイパス通路へ導入しないことを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記加熱手段は、前記フィルタ上流に設置された酸化触媒であり、
前記バイパス通路は、前記フィルタと前記酸化触媒とを内装する支持筒と、この支持筒を取り囲むケースとの間隙として形成され、前記酸化触媒上流及び前記酸化触媒と前記フィルタとの間の少なくとも一方から排気ガスが導かれ、
前記補助フィルタは、前記酸化触媒上流から前記バイパス通路へ導かれた排気ガスを浄化する第１補助フィルタと、前記酸化触媒と前記フィルタとの間から前記バイパス通路へ導かれた排気ガスを浄化する第２補助フィルタとの少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭという）の低減手段として、連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＣＲＴフィルタという）が一般的に用いられている。このＣＲＴは排気ガス中のＰＭを常時捕集して、触媒作用により捕集したＰＭを適宜燃焼し、フィルタを連続して再生するものである。
【０００３】
このＣＲＴフィルタでは、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）により捕集、堆積したＰＭを適宜燃焼してＤＰＦを再生する（強制再生という）が、強制再生時には、ＰＭの燃焼を促進するためＤＰＦ内の雰囲気温度を高温に維持する必要がある。そこで、ＤＰＦ内を高温にするためにＤＰＦ上流に配置された酸化触媒に未燃燃料を供給して燃焼させ、高温の燃焼ガスをＤＰＦに導入して堆積したＰＭを燃焼、除去する。
【特許文献１】特許第3747793号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、強制再生の実施時にはＰＭ除去のために燃料を酸化触媒に未燃状態で供給、消費するため、燃費の悪化を招くことになる。
【０００５】
本発明においては、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決するディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、ディーゼルエンジンから排出された排気ガス中の粒子状物質を捕集し、捕集した粒子状物質を強制的に除去して再生する強制再生が実施されるフィルタと、このフィルタを加熱する加熱手段とを備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、前記フィルタを迂回して排気ガスを流通するバイパス通路と、このバイパス通路に設置され、排気ガス中の粒子状物質を捕集する補助フィルタとを備え、前記補助フィルタは、強制再生が不要なフィルタであることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記補助フィルタが、貴金属触媒を担持した焼結金属からなるディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記フィルタに向かう排気ガスを前記バイパス通路へ導くガイドを設け、このガイドは前記フィルタの排気ガス浄化状態に応じて排気ガスの流れを制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【０００９】
第４の発明は、第３の発明において、前記ガイドが、前記フィルタの強制再生時に、排気ガスを前記バイパス通路へ導入しないディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【００１０】
第５の発明は、第１または第２の発明において、前記フィルタに向かう排気ガスを前記バイパス通路へ導くガイドを設け、このガイドは前記ディーゼルエンジンの運転状態に応じて排気ガスの流れを制御するディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【００１１】
第６の発明は、第５の発明において、前記ガイドが、前記ディーゼルエンジンが搭載される車両の加速状態時に、排気ガスを前記バイパス通路へ導入しないディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【００１２】
第７の発明は、第１の発明において、前記加熱手段が、前記フィルタ上流に設置された酸化触媒であり、前記バイパス通路は、前記フィルタと前記酸化触媒とを内装する支持筒と、この支持筒を取り囲むケースとの間隙として形成され、前記酸化触媒上流及び前記酸化触媒と前記フィルタとの間の少なくとも一方から排気ガスが導かれ、前記補助フィルタは、前記酸化触媒上流から前記バイパス通路へ導かれた排気ガスを浄化する第１補助フィルタと、前記酸化触媒と前記フィルタとの間から前記バイパス通路へ導かれた排気ガスを浄化する第２補助フィルタとの少なくとも一方を備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置である。
【発明の効果】
【００１３】
第１、第２の発明では、フィルタの他にバイパス通路に焼結金属からなる補助フィルタを設けたので、フィルタの捕集する粒子状物質の量が減少し、結果として強制再生の実施間隔を延ばし、燃費を向上することができる。
【００１４】
第３、第４の発明では、フィルタの排気ガス浄化状態に応じて、つまり強制再生時に排気ガスをバイパス通路へ導入しないようにしたので、フィルタに捕集した粒子状物質がフィルタから離脱することを防止することができる。
【００１５】
第５、第６の発明では、エンジンの運転状態に応じて、つまり車両加速時に排気ガスをバイパス通路へ導入しないようにしたので、フィルタに捕集した粒子状物質がフィルタから離脱することを防止することができる。
【００１６】
第７の発明では、酸化触媒とフィルタを取り囲むようにバイパス通路を設けたので、バイパス通路に導かれた排気ガスの熱により酸化触媒とフィルタとを保温することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、排気還流装置とＣＲＴフィルタとを備えたターボチャージャー付きディーゼルエンジンの構成を示しており、１はディーゼルエンジン、６は吸気通路、７は排気通路、８はエアクリーナ、１１はターボチャージャー、３１はＣＲＴフィルタである。
【００１９】
ターボチャージャー１１は、排気ガスの圧力エネルギーにより回転するタービン１２と、タービン１２と同軸上に連結されて吸気を吸気通路６に圧送するコンプレッサ１３を備える。
【００２０】
吸気通路６のコンプレッサ１３の下流側にインタクーラ１４が介装され、吸気を冷却するようになっている。インタクーラ１４は空冷式熱交換器であり、コンプレッサ１３によって圧縮されて温度上昇した吸気から外気への放熱を促す。なお、インタクーラ１４はこれに限らず、冷却媒体として冷却水が循環する水冷式熱交換器を用いても良い。またターボチャージャー１１によるブースト圧を検出する圧力センサ３５が吸気マニホールド１７に設置され、圧力センサ３５の出力信号がコントロールユニット３４に出力される。
【００２１】
排気還流装置として、排気通路７と吸気通路６の間には、両者を結ぶＥＧＲ通路３２が配設される。このＥＧＲ通路３２は、排気通路７のタービン１２より上流側の通路７ａと、吸気通路６のコンプレッサ１３より下流側の通路６ａを連通する。本実施の形態では、ＥＧＲ通路３２はエンジン１の本体に取り付けられた排気マニホールド１６と吸気マニホールド１７を連通している。
【００２２】
ＥＧＲ通路３２の途中に電磁式のＥＧＲバルブ３３が介装される。このＥＧＲバルブ３３の開度によってＥＧＲ通路３２を流れる排気還流ガスの還流量が調節される。コントロールユニット３４はエンジン１の回転速度及び負荷等の運転状態に応じてＥＧＲバルブ３３の開度を制御し、運転状態に適した排気還流が行われる。
【００２３】
ＥＧＲ通路３２の途中にはＥＧＲクーラ３６が介装され、ＥＧＲ通路３２を流れる排気還流ガスを冷却するようになっている。このＥＧＲクーラ３６は冷却媒体として冷却水が循環する水冷式熱交換器であり、排気還流ガスから冷却水への放熱を促す。なお、ＥＧＲクーラ３６はこれに限らず、空冷式熱交換器を用いても良い。排気通路７の途中には排気絞り弁３９が介装され、コントロールユニット３４はエンジン１の運転状態に応じてこの排気絞り弁３９を絞ることにより排気ガスの流れを制限する構成としている。
【００２４】
ターボチャージャー１１のタービン１２下流の排気通路７に設置されたＣＲＴフィルタ３１は、排気ガスの浄化を行うため、その内部に酸化触媒４５と触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）４６を備えている。ＣＲＴフィルタ３１の構成については後述する。
【００２５】
コントロールユニット３４には、エンジン回転数や要求負荷等のエンジンの運転状態のほか、ＣＲＴフィルタ３１に関する温度や圧力情報が送られる。まず、ＣＲＴフィルタ３１の上下流間での圧力の差を検出する差圧センサ４１が設けられ、差圧がコントロールユニット３４に出力される。また、ＣＲＴフィルタ３１の上流、装置内部、下流の温度を検出する温度センサ４２、４３、４４が設置され、その出力もコントロールユニット３４に送られる。
【００２６】
図２は、本発明のＣＲＴフィルタ３１の構成を説明する構成図である。以下、図２（ａ）に示す構成について説明する。
【００２７】
本発明のＣＲＴフィルタ３１は、蓋付円筒状のケース５１と、ケース５１内に設置され、排気ガスが流通すると共に酸化触媒４５とＤＰＦ４６を所定位置に固定する支持筒５２と、ケース５１と支持筒５２との径差に応じて画成されるバイパス通路５７と、焼結金属からなり、酸化触媒４５の上流部からバイパス通路５７を流通する排気ガスを浄化する第１フィルタ５３と、同じく焼結金属からなり、酸化触媒４５とＤＰＦ４６間からバイパス通路５７を流通する排気ガスを浄化する第２フィルタ５４と、酸化触媒４５の上流部において、排気ガスの流れ方向へ変位してバイパス通路５７への排気ガスの流れを制限する漏斗状の第１ガイド５５と、酸化触媒４５とＤＰＦ４６との間において、支持筒５２の内周面に沿って移動し、バイパス通路５７への排気ガスの流れを制限する筒状の第２ガイド５６とから構成される。第１、第２ガイド５５、５６はコントロールユニット３４からの制御信号に基づいて制御される。
【００２８】
ケース５１の上流側の蓋部６１には排気ガスが流入する孔６２が形成され、下流側の蓋部６３に排気ガスが流出する孔６４が形成される。支持筒５２の一端はケース５１の上流側蓋部６１に固定され、その内面に酸化触媒４５とＤＰＦ４６が直列に配置される。したがって、ケース５１内に蓋部６１から流入した排気ガスは、酸化触媒４５とＤＰＦ４６の順に通過、浄化され、他方の蓋部６３の孔６４から排出される。
【００２９】
第１ガイド５５が排気ガス流れ方向上流側に移動して、蓋部６１の孔６２に接触すると、排気ガスはバイパス通路５７へ導入されず、全量が酸化触媒４５へと導入される。また、第２ガイドが支持筒５２内面に沿って上流側へ移動すると、支持筒５２内とバイパス通路５７とを連通する開口部を閉止され、排気ガスはバイパス通路５７へ導入されず全量がＤＰＦ４６へ導入される。したがって、第１、第２ガイド５５、５６の移動量を制御することで、バイパス通路５７への排気ガス流量を制御することができる。
【００３０】
酸化触媒４５の上流側の支持筒５２に白金等の貴金属触媒を担持した焼結金属からなる第１フィルタ５３が設置される。第１フィルタ５３は、排気ガス中のＰＭを捕集する機能を有するが、強制再生を必要としない点でＤＰＦ４６と相違する。そして、第１ガイド５５の作用により排気ガスの流れ方向が制御され、排気ガスが支持筒５２内からバイパス通路５７へと流れ込むと、その途中に配置された第１フィルタ５３により排気ガス中のＰＭが除去され、浄化された排気ガスが第１フィルタ５３を通ってバイパス通路５７へと排出される。バイパス通路５７へ流れ込んだ排気ガスは下流側の蓋部６３の孔６４から下流側へと排出される。
【００３１】
また、酸化触媒４５とＤＰＦ４６の間の支持筒５２に、白金等の貴金属触媒を担持した焼結金属からなる第２フィルタ５４が設置される。第２フィルタ５４は、第１フィルタ５３と同様に、排気ガス中のＰＭを捕集し、浄化する機能を有するが、強制再生を必要としない点でＤＰＦ４６と相違する。そして、第２ガイド５６の作用により排気ガスの流れ方向が制御され、排気ガスが支持筒５２内からバイパス通路５７へと流れ込むと、その途中に配置された第２フィルタ５４により排気ガス中のＰＭが除去され、浄化された排気ガスが第２フィルタ５４を通ってバイパス通路５７へと排出される。バイパス通路５７へ流れ込んだ排気ガスは下流側の蓋部６３の孔６４から下流側へと排出される。
【００３２】
なお、第１、第２フィルタ５３、５４は、排気ガス中のＰＭを捕集し、自動的に処理する機能を有する、いわゆる自浄作用のあるフィルタであってもよい。また、第１、第２フィルタ５３、５４のＰＭ捕集効率は、貴金属触媒を担持したセラミック担体からなるフィルタより低いものの、ＰＭ捕集効率を調整できるという特徴を有し、、第１、第２フィルタ５３、５４の目標捕集効率に応じてフィルタ仕様を設定することができる。
【００３３】
したがって、本発明のＣＲＴフィルタ３１において、排気ガス中のＰＭを除去するフィルタは、ＤＰＦ４６の他に第１、第２フィルタ５３、５４を備えており、第１、第２フィルタ５３、５４により排気ガス中のＰＭが除去され、ＰＭが除去された排気ガスがバイパス通路５７から排出されるため、ＤＰＦ４６により除去されるＰＭ量を低減してＤＰＦ４６の強制再生の実施頻度を少なくする、つまり強制再生の実施間隔を長期化して、強制再生にて消費される燃料量を低減することができる。なお、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように第１フィルタ５３及び第２フィルタ５４のいずれか一方を備えるようにしてもよい。
【００３４】
しかしながら、焼結金属から構成される第１、第２フィルタ５３、５４は強制再生を実施する必要はないが、ＤＰＦ４６の強制再生時や車両の急加速時の圧力変動により捕集したＰＭが離脱して下流側へと排出される虞がある。
【００３５】
本発明のＣＲＴフィルタ３１の制御内容について図３、図４を用いて説明する。図３は、ＤＰＦ４６の強制再生を実施するかどうかを判定するフローチャートであり、図４は、第１、第２フィルタ５３、５４へ排気ガスを導入するかどうかを判定するフローチャートである。これらの制御はコントロールユニット３４により実施される。
【００３６】
図３について説明すると、まず、ステップＳ１でＤＰＦ４６のＰＭ堆積量を算出する。算出方法としては、前回の強制再生実施時からの経過時間に基づき実施してもよいし、より正確にはエンジンの運転状態の履歴からＰＭ堆積量を算出するようにしてもよい。
【００３７】
続くステップＳ２では、現在、ＤＰＦ４６の強制再生制御を実施中かどうかを判定し、実施中でなければステップＳ３に進み、実施中であればステップＳ４に進む。
【００３８】
ステップＳ３ではステップＳ１で算出したＰＭ堆積量と第１閾値とを比較する。ここで、第１閾値はＤＰＦ４６の強制再生を実施する判定基準となるＰＭ堆積量である。第１閾値をＰＭ堆積量が超えていればステップＳ５に進み、ＤＰＦ４６の強制再生を実施する。第１閾値以下であればＤＰＦ４６の強制再生を実施せず制御を終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ２でＤＰＦ４６の強制再生制御実施中である場合には、ステップＳ４に進み、強制再生制御開始時のＤＰＦ４６の温度を温度センサ４３から読み込み、この温度が第２閾値を超えているか否かを判定する。第２閾値を超えている場合にステップＳ６に進み、強制再生制御開始からの時間を読み込み、経過時間が第３閾値をを超えているか否かを判定する。経過時間が第３閾値を超えている場合にステップＳ７に進み、ＤＰＦ４６の強制再生制御が完了したと判定して強制再生制御を終了して、通常の排気浄化制御に復帰する。ここで、第２、第３閾値は、ＤＰＦ４６の強制再生完了を判定するための基準値である。
【００４０】
図４は、第１、第２フィルタ５３、５４への排気ガス導入制御のフローチャートであり、コントロールユニット３４により実施される。
【００４１】
前述したように、ＤＰＦ４６の強制再生時および車両の急加速時には第１、第２フィルタ５３、５４に捕集したＰＭの離脱を防止するため、第１、第２フィルタ５３、５４へ排気ガスは導入しないように制御するため、ステップＳ１１とステップＳ１２では、これら第１、第２フィルタ５３、５４へ前述の排気ガスが導入されない状態かどうかを判定する。
【００４２】
ステップＳ１１では、強制再生制御中かどうかを判定し、これは、酸化触媒の温度や燃料導入量に基づいて判定する。ステップＳ１２では、車両の急加速状態を判定し、加速状態はアクセルペダルの踏み込み量や踏み込み速度に基づいて判定する。ステップＳ１１、Ｓ１２のいずれかの条件が成立した場合には第１、第２フィルタ５３、５４への排気ガスの導入を中止するため、ステップＳ１３に進み、第１、第２ガイド５５、５６を制御して、排気ガスが第１、第２フィルタ５３、５４に導入されないようにする。ここで、ＤＰＦ４６の強制再生時および車両の急加速時にＤＰＦ４６に作用する圧力の低い方の圧力を所定値として、この所定値とＤＰＦ４６に作用する実際の圧力とを比較して第１、第２フィルタ５３、５４への排気ガスの導入を判定するようにしてもよい。
【００４３】
一方、第１、第２フィルタ５３、５４へ排気ガスの導入が可能な場合には、ステップＳ１４へ進み、第１、第２ガイド５５、５６を制御して、排気ガスがバイパス通路５７へ導入して、第１、第２フィルタ５３、５４にて浄化する。
【００４４】
このように本発明においては、強制再生を必要とするＤＰＦ４６に加えて強制再生を必要としない第１、第２フィルタ５３、５４をバイパス通路５７に設置したので、ＤＰＦ４６の強制再生実施時期の間隔を伸ばし、強制再生に伴う燃費の消費量を低減して燃費の悪化を抑制することができる。また、ＤＰＦ４６の強制再生時や車両の急加速時にはバイパス通路５７へ排気ガスが導入されないように第１、第２ガイド５５、５６を制御するため、第１、第２フィルタ５３、５４に捕集されたＰＭが離脱されることが抑制され、ＰＭが下流側に排出され、エミッションが悪化することが抑制される。
【００４５】
また、バイパス通路５７は、酸化触媒４５とＤＰＦ４６を内装した支持筒５２を取り囲むように外周側に形成されるため、バイパス通路５７を通過する排気ガスの熱により酸化触媒４５とＤＰＦ４６を保温される効果がある。
【００４６】
バイパス通路５７に排気ガスを流す構成とすることにより、酸化触媒４５及びＤＰＦ４６を流れる排気ガス量が低下して、酸化触媒４５及びＤＰＦ４６を排気ガスが通過する時の抵抗を低下させることができる。
【００４７】
また、ＤＰＦ４６に堆積したＰＭが増加して排気ガスがＤＰＦ４６を通過する時の抵抗が上昇する場合、排気ガスがバイパス通路５７へと流れるため、排気圧力の上昇を抑制することができる。
【００４８】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態を示す排気浄化装置の構成図である。
【図２】ＤＰＦの構成図である。
【図３】ＤＰＦの強制再生実施を判定するフローチャートである。
【図４】第１、第２フィルタへの排気導入を判定するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１    エンジン
３１    ＣＲＴフィルタ
３２    ＥＧＲ通路
３３    ＥＧＲバルブ
３４    コントロールユニット
３５    圧力センサ
３６    ＥＧＲクーラ
３９    排気絞り弁
４１    差圧センサ
４２    温度センサ
４３    温度センサ
４５    酸化触媒
５１    ケース
５２    支持筒
５３    第１フィルタ
５４    第２フィルタ
５５    第１ガイド
５６    第２ガイド
５７    バイパス通路
６１    蓋部
６２    孔
６３    蓋部
６４    孔
【図１】
2008248744.tif 000003
【図２】
2008248744.tif 000004
【図３】
2008248744.tif 000005
【図４】
2008248744.tif 000006