(57)【要約】【課題】排気ガス中に含まれる高酸化能物質を除去する。【解決手段】パティキュレートフィルタ１４上流の機関排気通路内に電圧を印加することにより排気ガス中のカーボン粒子凝集体を細分化する細分化装置１１を配置する。細分化装置１１により細分化されたカーボン粒子を排気タービン７ｂ内に送り込んでカーボン粒子を撹拌することにより排気ガス中に含まれる高酸化能物質をカーボン粒子に付着させる。次いで高酸化能物質の付着したカーボン粒子をパティキュレートフィルタ１４により捕獲する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ上流の機関排気通路内に電圧を印加することにより排気ガス中のカーボン粒子凝集体を細分化する細分化装置を配置し、該細分化装置により細分化されたカーボン粒子を含む排気ガスを断面の狭められた小断面排気通路内に導びいてカーボン粒子を撹拌することにより排気ガス中に含まれる高酸化能物質をカーボン粒子に付着させ、次いで高酸化能物質の付着したカーボン粒子を含んだ排気ガスを該小断面排気通路から断面の拡大された大断面排気通路内に導びいて高酸化能物質の付着したカーボン粒子を減速させ、次いでこれらカーボン粒子をパティキュレートフィルタにより捕獲するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記細分化装置は上記小断面排気通路よりも大きな断面を有する排気通路内に配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記細分化装置とパティキュレートフィルタとの間には排気ターボチャージャの排気タービンが配置されており、上記小断面排気通路が排気タービン内に形成されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記細分化装置は誘電分極させることによりカーボン粒子凝集体を細分化させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記細分化装置はコロナ放電を生じさせることによりカーボン粒子凝集体を細分化させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記細分化装置に対し予め定められた機関の運転状態のときにのみ電圧の印加作用が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記細分化装置は一部の気筒の排気通路内にのみ配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボン粒子凝集体を含む気体に交番電圧或いはパルス電圧を印加してカーボン粒子凝集体を細分化し、細分化されたカーボン粒子を活性媒体に導びいてカーボン粒子を酸化させ、それによって気体中からカーボン粒子凝集体を除去する方法が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開昭５６−４５７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで内燃機関では排気ガス中に燃焼時に生成されたケトン、アルデヒド、オゾン、パーオキサイド等の高酸化能物質が含まれている。この高酸化能物質は有害であるがこれまでこの高酸化能物質を排気ガス中から除去することについて何ら関心が向けられていないのが現状である。
本発明はカーボン粒子凝集体を細分化する公知の技術を利用して排気ガス中から高酸化能物質を確実に除去するようにした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】
【０００４】
即ち、本発明によれば、機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置した内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタ上流の機関排気通路内に電圧を印加することにより排気ガス中のカーボン粒子凝集体を細分化する細分化装置を配置し、細分化装置により細分化されたカーボン粒子を含む排気ガスを断面の狭められた小断面排気通路内に導びいてカーボン粒子を撹拌することにより排気ガス中に含まれる高酸化能物質をカーボン粒子に付着させ、次いで高酸化能物質の付着したカーボン粒子を含んだ排気ガスを上述の小断面排気通路から断面の拡大された大断面排気通路内に導びいて高酸化能物質の付着したカーボン粒子を減速させ、次いでこれらカーボン粒子をパティキュレートフィルタにより捕獲するようにしている。
【発明の効果】
【０００５】
高酸化能物質の付着したカーボン粒子をパティキュレートフィルタにより捕獲することによって高酸化能物質が大気中に排出するのを阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【０００７】
一方、排気マニホルド５の出口は電圧を印加することにより排気ガス中のカーボン粒子凝集体を細分化する細分化装置１１を介して排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気後処理装置１２に連結される。この排気後処理装置１２内には上流側から順に酸化触媒１３、パティキュレートフィルタ１４およびＮＯＸ吸蔵還元触媒１５が配置される。なお、パティキュレートフィルタ１４上にもＮＯＸ吸蔵還元触媒を担持させることができる。排気マニホルド５内にはＮＯＸ吸蔵還元触媒１５に吸蔵されたＮＯＸをＮＯＸ吸蔵還元触媒１５から放出させて還元するための還元剤の供給弁１６が配置されている。
【０００８】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１９内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２０を介してコモンレール２１に連結される。このコモンレール２１内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２２から燃料が供給され、コモンレール２１内に供給された燃料は各燃料供給管２０を介して燃料噴射弁３に供給される。
【０００９】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２，ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３，ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。アクセルべダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２と車速に比例した出力パルスを発生する車速センサ４３とが接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁９駆動用ステップモータ、還元剤供給弁１６，ＥＧＲ制御弁１８、燃料ポンプ２０および細分化装置１１に印加すべき高電圧を発生する高電圧発生装置４４に接続される。
【００１０】
図２は図１に示される細分化装置１１の拡大側面断面図を示している。図２を参照すると細分化装置１１は接地側電極を構成している円筒状ケーシング５０と、円筒状ケーシング５０内をケーシング５０内の中心軸線に沿って延びかつ絶縁体５２を介してケーシング５０により支持されている中心電極５１とを具備しており、この中心電極５１に高電圧発生装置４４において発生せしめられた例えば６０Ｈｚの交流又は直流からなる２４００（ｖ）程度の高電圧が印加される。
【００１１】
中心電極５１にこのような高電圧が印加されると図３（Ａ）に示されるような排気ガス中に含まれるカーボン粒子凝集体は各カーボン粒子に発生する誘電分極作用によって図３（Ｂ）に示されるように各カーボン粒子に細分化される。なお、細分化装置１１内においてコロナ放電を生じさせるとカーボン粒子凝集体はより一層確実にカーボン粒子に細分化することができる。
【００１２】
図４はコロナ放電を生じさせるに適した細分化装置１１を示している。この細分化装置１１では接地側電極を構成している円筒状ケーシング５０により電極５３が絶縁体５４を介して支持されており、この電極５３の先端部５５はコロナ放電が生じるように尖頭形状を有する。
【００１３】
さて、内燃機関では排気ガス中に燃焼時に生成されたケトン、アルデヒド、オゾン、パーオキサイド等の高酸化能物質が含まれている。この高酸化能物質はカーボン粒子が図３（Ａ）に示されるような凝集体の形をしていてもカーボン粒子の表面に付着するがこのような凝集体の形をしていると表面積が小さいためにカーボン粒子に付着する高酸化能物質の量はそれほど多くない。そこで本発明ではできるだけ多くの高酸化能物質をカーボン粒子に付着させるためにカーボン粒子凝集体を細分化装置１１において図３（Ｂ）に示されるようにカーボン粒子に細分化するようにしている。
【００１４】
ところで、このようにカーボン粒子凝集体を細分化するとカーボン粒子への高酸化能物質の付着量を増大することができるがカーボン粒子への高酸化能物質の付着量を更に増大するには高酸化能物質とカーボン粒子との接触する機会を更に増大することが必要となる。そこで本発明では細分化されたカーボン粒子を含む排気ガスを断面の狭められた小断面排気通路内に導びくようにしている。
【００１５】
図１に示される実施例ではこの小断面排気通路は排気タービン７ｂ内に形成されている。即ち、排気タービン７ｂ内はタービン翼車の翼に沿って排気ガスを高速度で流すために排気タービン７ｂのタービン翼車周りではタービン７ｂの入口および出口に比べて断面が狭められている。従って排気タービン７ｂ内には小断面排気通路が形成されていることになる。
【００１６】
排気ガスが小断面排気通路内に導びかれると排気ガス流が乱されるために高酸化能物質とカーボン粒子との接触する機会は極度に増大し、斯くして多量の高酸化能物質がカーボン粒子に付着することになる。特に図１に示されるように小断面排気通路が排気タービン７ｂ内に形成されている場合には排気タービン７ｂ内で排気ガスが撹拌されるので高酸化能物質とカーボン粒子との接触する機会は更に増大し、斯くして更に多量の高酸化能物質がカーボン粒子に付着することになる。
【００１７】
次いで高酸化能物質が付着したカーボン粒子はパティキュレートフィルタ１４に導びかれる。このときパティキュレートフィルタ１４内を流れる排気ガスの流速が速いとカーボン粒子はパティキュレートフィルタ１４に捕獲されることなくパティキュレートフィルタ１４を素通りしてしまい、斯くして高酸化能物質がカーボン粒子と共に大気中に排出されてしまう。一方、このときカーボン粒子がパティキュレートフィルタ１４を素通りせず、パティキュレートフィルタ１４に捕獲されるようにするにはパティキュレートフィルタ１４内を流れる排気ガスの流速を遅くする必要がある。
【００１８】
そこで本発明では高酸化能物質の付着したカーボン粒子を含んだ排気ガスを小断面排気通路から断面の拡大された大断面排気通路内に導びいて高酸化能物質の付着したカーボン粒子を減速させ、それによってこれらカーボン粒子をパティキュレートフィルタ１４により捕獲するようにしている。この場合、図１に示される実施例では排気タービン７ｂの出口からパティキュレートフィルタ１４に至る間の排気通路が大断面排気通路を形成している。
【００１９】
一方、本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ１４上に捕獲されたパティキュレート量が予め定められている許容量を越えると例えば還元剤供給弁１６から還元剤が供給されてこの還元剤の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ１４が昇温せしめられ、それによってパティキュレートフィルタ１４上に捕獲されているパティキュレートが燃焼除去せしめられる。このとき同時にパティキュレートフィルタ１４に捕獲されたカーボン粒子に付着している高酸化能物質も燃焼除去せしめられる。斯くして大気中に高酸化能物質が排出されるのを阻止することができる。
【００２０】
なお、細分化装置１１におけるカーボン粒子凝集体の細分化作用はカーボン粒子凝集体が強電界内に存在している時間が長いほど、即ち排気ガスの流速が遅いほど促進される。従って本発明では細分化装置１１は排気タービン７ｂ内に形成される小断面排気通路よりも大きな断面を有する排気通路内に配置されている。また、カーボン粒子凝集体は排気ガス温が高いほど細分化する。従って図１に示されるように排気ガス温の高い排気タービン７ｂの上流に細分化装置１１を配置することによってカーボン粒子凝集体の細分化作用を促進することができる。
【００２１】
また、高酸化能物質は燃焼温度が低いときほど発生し、従って高酸化能物質の発生量が多いときのみカーボン粒子凝集体の細分化作用を行うこともできる。図５は高酸化能物質の発生量が多い予め定められた機関の運転状態のときのみ、即ち車速が予め定められた車速以下のときのみ細分化装置１１に高電圧を印加するようにした場合を示している。
【００２２】
即ち、図５を参照するとまず初めにステップ６０において車速センサ４３の出力パルスから車速が算出される。次いでステップ６１では車速が予め定められた車速、例えば２０ｋｍ／ｈよりも遅いか否かが判別され、車速が２０ｋｍ／ｈ以下のときにはステップ６２に進んで細分化装置１１への高電圧の印加作用が行われる。
【００２３】
図６に別の実施例を示す。この実施例では３つの気筒に対して共通の排気マニホルド７０と、１つの気筒に対する独立した排気通路７１とが設けられており、この排気通路７１内に細分化装置１１が配置されている。即ち、この実施例では細分化装置１１は一部の気筒の排気通路内にのみ配置されている。このように一つの気筒から排出された排気ガス中のカーボン粒子凝集体のみを細分化しても数多くの細分化されたカーボン粒子が生成されるのでこの実施例では一つの気筒から排出された排気ガス中のカーボン粒子凝集体のみを細分化するようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】図１に示される細分化装置の拡大側面断面図である。
【図３】カーボン粒子凝集体の細分化を説明するための図である。
【図４】細分化装置の別の実施例を示す側面断面図である。
【図５】高電圧の印加を制御するためのフローチャートである。
【図６】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【符号の説明】
【００２５】
５，７０    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
７ｂ    排気タービン
１１    細分化装置
１４    パティキュレートフィルタ
【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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【図６】
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