(57)【要約】【課題】消費熱量の小さい小型のバーナを使用しても排気浄化手段に必要十分な量の燃焼ガスを供給できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】バーナ１６の燃焼ガスを排気浄化手段９に供給可能な内燃機関１の排気浄化装置８において、バーナ１６と排気浄化手段９との間に配置されて燃焼ガスを蓄えるタンク１７と、バーナ１６による燃焼ガスの生成動作を制御するバーナ制御装置１５とを設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナと、内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段とを備え、前記バーナの燃焼ガスを前記排気浄化手段に供給可能な内燃機関の排気浄化装置において、
前記バーナと前記排気浄化手段との間に配置されて前記燃焼ガスを蓄えるタンクと、
前記バーナによる前記燃焼ガスの生成動作を制御するバーナ制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気浄化手段が前記燃焼ガスによって機能が再生される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、前記タンクは前記ＮＯｘ触媒の一回の再生処理に必要な量の前記燃焼ガスを蓄える容積を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記バーナ制御手段は、排気における空燃比を一時的にリッチ側に変化させるリッチスパイクのインターバル中に前記タンクに前記燃焼ガスが蓄えられるように前記バーナを動作させ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浄化装置。
【請求項４】
前記タンクから前記排気浄化手段への前記燃焼ガスの供給が所定の周期で繰り返され、前記タンクは、前記排気浄化手段への前記燃焼ガスの供給時期のインターバル中に前記バーナを連続して作動させたときの前記燃焼ガスの生成量以上の容積を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記バーナ制御手段は、前記内燃機関が始動してから停止するまでの間、前記バーナを連続して動作させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記燃焼ガスの空燃比がリーンの場合、前記バーナが生成した燃焼ガスを前記タンクとは異なる場所に導入する導入先変更手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記タンク内の前記燃焼ガスを前記排気浄化手段に送り込む燃焼ガス供給手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気浄化手段の状態に応じて前記燃焼ガスの供給量が調整されるように、前記燃焼ガス供給手段の動作を制御する燃焼ガス供給制御手段を備えたことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載される内燃機関の排気にはＮＯｘなどの有害物質が含まれており、これら有害物質を浄化する手段として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が知られている。このＮＯｘ触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチになると吸収していたＮＯｘを放出する性質を有している。そこで、ＮＯｘ触媒が搭載された車両においては、ＮＯｘを吸収して性能が低下したＮＯｘ触媒の機能を回復するために、排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させるリッチスパイク制御が定期的に行われている。リッチスパイクを行う方法として、排気中に軽油を噴霧して排気の空燃比をリッチにする方法が知られている。また、バーナと排気通路との間に設けた電磁弁を定期的に開閉することにより、バーナの燃焼ガスをＮＯｘ触媒に供給して排気の空燃比をリッチにする方法が知られている（特許文献１参照）。その他、バーナに燃料を供給して気化させ、触媒に添加する方法も知られている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８６５４１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８６５４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、軽油を排気に噴霧する場合、軽油の揮発性が低く液滴として触媒に到達し、あるいは排気との混合がうまくいかず濃度分布に偏りが生じることにより、所望の還元作用が得られないことがあった。バーナが作動しているときに限り電磁弁を開閉して燃焼ガスを供給する場合には、ＮＯｘ触媒において必要十分な量の燃焼ガスをリッチスパイクの限られた時間内に供給できないおそれがある。また、燃焼ガスをバーナから電磁弁を介して直接排気通路に供給する構造では、ＮＯｘ触媒の再生に必要な量の燃焼ガスを短時間に供給できる消費熱量の大きなバーナを用意する必要があった。
【０００５】
そこで、本発明は、消費熱量の小さい小型のバーナを使用しても排気浄化手段に必要十分な量の燃焼ガスを供給できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、バーナと、内燃機関の排気を浄化する排気浄化手段とを備え、前記バーナの燃焼ガスを前記排気浄化手段に供給可能な内燃機関の排気浄化装置において、前記バーナと前記排気浄化手段との間に配置されて前記燃焼ガスを蓄えるタンクと、前記バーナによる前記燃焼ガスの生成動作を制御するバーナ制御手段とを備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の排気浄化装置によれば、排気浄化手段に供給すべき燃焼ガスの少なくとも一部をタンクに予め蓄えておくことにより、燃焼ガスの供給が必要とされた時にバーナにて生成すべき燃焼ガスの量を、タンクが使用されない場合と比べて低減させることができる。従って、従来よりも消費熱量の小さい小型のバーナを使用しても必要十分な量の燃焼ガスを排気浄化手段に供給できる。
【０００８】
本発明において、バーナは、燃料を燃やして燃焼ガスを生成するものであればよい。排気浄化手段は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）のように昇温による再生処理が必要とされる各種の手段を含む。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とパティキュレートフィルタとを組み合わせた排気浄化システムも本発明の排気浄化手段の概念に含まれる。バーナ制御手段は何らかの入力情報に基づいてバーナの燃焼量を適宜に変化させるものに限らず、バーナの燃焼及びその停止を切り替えるだけの制御を行うものでもよい。
【０００９】
本発明の排気浄化装置において、前記排気浄化手段が前記燃焼ガスによって機能が再生される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の場合、前記タンクは前記ＮＯｘ触媒の機能の一回の再生処理に必要な量の前記燃焼ガスを蓄える容積を有していてもよい（請求項２）。この場合には、一回の再生処理で必要な燃焼ガスの全量をタンクから供給することができるので、再生処理中にバーナを動作させて燃焼ガスを生成する必要がない。また、バーナにおいて生成されるリッチな燃焼ガスは一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を多く含むのでＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘを還元するのに好適である。
【００１０】
本発明の排気浄化装置において、前記バーナ制御手段は、排気の空燃比を一時的にリッチ側に変化させるリッチスパイクのインターバル中に前記タンクに前記燃焼ガスが蓄えられるように前記バーナを動作させてもよい（請求項３）。このような制御を行えば、リッチスパイクのインターバルを利用してリッチスパイク時に必要な量の燃焼ガスの少なくとも一部をタンクに予め蓄えておくことができる。そのため、従来よりも消費熱量の小さい小型のバーナでもリッチスパイクの実行時には必要十分な量の燃焼ガスを供給できる。
【００１１】
本発明の排気浄化装置において、前記タンクから前記排気浄化手段への前記燃焼ガスの供給が所定の周期で繰り返される場合には、前記タンクは、前記排気浄化手段への前記燃焼ガスの供給時期のインターバル中に前記バーナを連続して作動させたときの前記燃焼ガスの生成量以上の容積を有していることが望ましい（請求項４）。タンクの容積をこのように設定すれば、排気浄化手段への燃焼ガスの供給時期のインターバル中にバーナを連続的に動作させてもタンク容量が不足することがないから、バーナを消す必要がなくなる。
【００１２】
本発明の排気浄化装置において、前記バーナ制御手段は、前記内燃機関が始動してから停止するまでの間、前記バーナを連続して動作させてもよい（請求項５）。この場合、バーナ制御手段は内燃機関の始動後にバーナを動作させ、内燃機関の停止時にバーナを停止させればよく、内燃機関の運転中に動作及び停止を切り替え制御する必要がない。また、バーナを連続的に動作させることにより燃焼が安定する。
【００１３】
本発明の排気浄化装置においては、前記燃焼ガスの空燃比がリーンの場合、前記バーナが生成した燃焼ガスを前記タンクとは異なる場所に導入する導入先変更手段を備えてもよい（請求項６）。この場合、空燃比がリーンの燃焼ガスのタンクへの混入を防止し、タンク内に蓄えられる燃焼ガスの空燃比のリーン側への変化を抑えることができる。これにより、ＣＯ及びＨＣを多く含む燃焼ガスをタンクから排気浄化手段に供給して、燃焼ガスによるＮＯｘの還元を十分に促進することができる。
【００１４】
本発明の排気浄化装置は、前記タンク内の前記燃焼ガスを前記排気浄化手段に送り込む燃焼ガス供給手段をさらに備えていてもよい（請求項７）。この場合には、バーナからタンクへの燃焼ガスの供給動作から独立して、タンクから排気浄化手段への燃焼ガスの供給を制御することができる。従って、バーナからの燃焼ガスの供給の有無に拘わりなく、必要なタイミングで必要な量の燃焼ガスをタンクから送り出すことができる。
【００１５】
さらに、前記排気浄化手段の状態に応じて前記燃焼ガスの供給量が調整されるように、前記燃焼ガス供給手段の動作を制御する燃焼ガス供給制御手段を備えてもよい（請求項８）。この場合には、タンクからの燃焼ガスの供給量を調整する際に排気浄化手段の状態が考慮されることにより、排気浄化手段の状態からみて適切な量の燃焼ガスをタンクから送り出すことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の要部を示す図である。図１において、内燃機関１は複数（図では４つ）のシリンダ２を備えたディーゼルエンジンとして構成されている。内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、排気エネルギを利用して吸気圧を高める過給機６、吸気量調節用のスロットルバルブ７がそれぞれ設けられている。排気通路４側には排気浄化装置８が設けられている。排気浄化装置８は、排気通路４の過給器６よりも下流側に配置された排気浄化手段９と、排気の空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ１０とを備えている。排気浄化手段９には、例えばディーゼルパティキュレートフィルタからなるフィルタ基材に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒物質を坦持させた公知のものである。排気の一部を吸気通路３に戻すため、排気通路４は、ＥＧＲクーラ１１及びＥＧＲバルブ１２を介して吸気通路３と接続されている。また、各シリンダ２には、シリンダ２内に燃料を噴射するインジェクタ１３がそれぞれに設けられ、各インジェクタ１３は燃料を供給するコモンレール１４に接続されている。
【００１７】
内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５により制御される。ＥＣＵ１５はマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成され、上述した空燃比センサ１０等からの出力信号を参照してインジェクタ１３からの燃料噴射量等を調整することにより、内燃機関１の運転状態を制御する。
【００１８】
排気浄化装置８は、排気浄化手段９の機能を再生するための燃焼ガスを生成するバーナ１６と、燃焼ガスを蓄えるタンク１７とをさらに備えている。バーナ１６には例えば軽油を燃料とするバーナが用いられる。バーナ１６は逆止弁１８を介してタンク１７に接続されている。タンク１７は排気浄化手段９よりも上流の排気通路４に逆止弁１９を介して接続されている。さらに、排気浄化装置８はタンク１７内の燃焼ガスを排気通路４に供給する燃焼ガス供給手段としてのピストン装置２０を備えている。ピストン装置２０は、タンク１７に内蔵されたピストン２０ａをアクチュエータ２０ｂにて前進（図１の矢印Ａ方向）させることにより、タンク１７に蓄えられた燃焼ガスを逆止弁１９から排気通路４へ送り出す。また、ピストン２０ａを後退（図１の矢印Ｂ方向）させることによりバーナ１６にて生成された燃焼ガスを逆止弁１８からタンク１７へ取り込む。
【００１９】
タンク１７は燃焼ガスの圧力や量に拘わりなく一定の形状を保持できる程度の剛性を有していてもよいし、燃焼ガスの圧力や量に応じて形状が変化する柔軟性を有していてもよい。タンク１７の容量は、排気浄化手段９の機能を回復するための再生処理（リッチスパイク処理）時に必要とされる燃焼ガスの量以上に設定することが望ましい。また、バーナ１６の燃焼量との関係で言えば、上述した再生処理のインターバル中にバーナ１６を連続して作動させたときの燃焼ガスの生成量（積算値）以上にタンク１７の容積を設定することが望ましい。
【００２０】
バーナ１６及びピストン装置２０の動作はＥＣＵ１５によって制御される。ＥＣＵ１５は、図２に示す排気浄化装置制御ルーチンを実行することにより、バーナ制御手段及び燃焼ガス供給制御手段として機能する。図２のルーチンは、内燃機関１の始動後から停止するまでの間において所定の周期で繰り返し実行される。
【００２１】
図２の排気浄化装置制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１５はまずステップＳ１で内燃機関１が運転中か否かを判断する。運転中ではないと判断した場合はステップＳ２に進んでバーナ１６を停止し、その後に今回のルーチンを終了する。ステップＳ１で運転中と判断した場合はステップＳ３に進んでバーナ１６を作動させ、その後ステップＳ４に進む。
【００２２】
ステップＳ４において、ＥＣＵ１５はリッチスパイク処理を実行する時期か否かを判断する。その時期は例えばインジェクタ１３からの燃料噴射量の積算値が所定のレベルに達しているか否かに基づいて判断することができる。リッチスパイクの時期であると判断した場合はステップＳ５に進み、ＥＣＵ１５はピストン装置２０を起動してそのピストン２０ａを前進させる。これによりタンク１７に蓄えられていた燃焼ガスがタンク１７から排気通路４へ押し出される。その後、今回のルーチンを終了する。
【００２３】
ステップＳ４においてリッチスパイクの時期ではないと判断した場合はステップＳ６に進みピストン２０ａを後退させてピストン装置２０を図１に示す初期位置に戻した後、今回のルーチンを終了する。
【００２４】
本実施形態によれば、排気浄化手段９の一回の再生処理に必要な量の燃焼ガスをタンク１７に蓄えておき、これをリッチスパイク時にピストン装置２０を利用して一度に供給できる。そのため、従来よりも消費熱量の小さい小型のバーナ１６を採用することができる。また、リッチスパイクのときにＣＯ、ＨＣを多く含む燃焼ガスを供給するので、排気浄化手段９から放出されたＮＯｘの還元を促進し、それらの浄化率を向上させることができる。
【００２５】
本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、内燃機関１はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンでもよい。バーナ１６には燃焼ガスの生成を目的として設けられるものに限定されない。例えば車室内の暖房を目的として設けられたバーナが生成したリッチな燃焼ガスをタンクに蓄えてもよい。多目的（吸気温度の上昇、触媒の昇温、客室の暖房等）で使用されるバーナを本発明のバーナとして利用してもよい。タンク１７内の燃焼ガスを保温する手段を設けてもよい。例えばタンク１７を中心にしてその周囲にバーナ１６を配置し、バーナ１６の燃焼熱でタンク１７内の燃焼ガスを保温してもよい。内燃機関１の排気をタンク１７の周囲に導き、その熱でタンク１７内の燃焼ガスを保温してもよい。タンク１７の周囲に真空断熱層のような断熱層を設け、あるいはタンク１７の周囲に電気的なヒータを巻き付けてその熱でタンク１７内の燃焼ガスを保温してもよい。このような保温手段を設けた場合には燃焼ガスに含まれるＨＣのタンク１７内における液化を防止できる。
【００２６】
また、排気浄化手段９の特に外周部を保温するための手段として、タンク１７を排気浄化手段９の周辺に配置してもよい。バーナ１６からタンク１７までの燃焼ガスの経路を排気浄化手段９の外周部に沿って設けることにより、バーナ１６からの燃焼ガスの熱で排気浄化手段９を保温してもよい。
【００２７】
燃焼ガス供給手段はピストン装置２０に限定されない。例えば、燃焼ガス供給手段としてのポンプを利用してタンク１７から排気通路４に燃焼ガスを送り込んでもよい。
【００２８】
バーナ１６とタンク１７との間には例えば図３に示すように、水性ガスシフト反応を促進させる触媒２４を設けるようにしてもよい。そのような触媒２４を設けた場合には、バーナ１６で生成されたリッチな燃焼ガスに含まれる水分（Ｈ２Ｏ）と一酸化炭素とが反応して二酸化炭素と水素とが生成され、それによりタンク１７内に蓄えられた燃焼ガス中の水素濃度が増加して、排気通路４へ供給された際のリッチガスによる還元促進作用が向上する。
【００２９】
また、図３の例ではバーナ１６とタンク１７とを結ぶ経路から分岐して、導入先変更手段としての逆止弁２５とバイパス路２６とが設けられることにより、バーナ１６にて生成された燃焼ガスを、タンク１７又は排気浄化手段９よりも下流の排気通路４に選択的に導入可能としている。バーナ１６にて継続してリッチな燃焼ガスを生成し続けると徐々に煤が堆積し、これを除去する必要からＥＣＵ１５の操作により、空燃比を一時的にリーンに設定するリーン運転がバーナ１６において実施されることがある。しかし、リーンガスがタンク１７に導入されたならば、タンク１７内に蓄えられているリッチな燃焼ガスが希釈されて空燃比が高くなり、排気通路４に燃焼ガスが排気浄化手段９に供給された際の還元効果が損なわれるおそれがある。これに対して、図３の構成によればバーナ１６がリーン運転される場合にはバーナ１６の生成したリーンガスをバイパス路２６から排気通路４に導くことにより、タンク１７内の燃焼ガスの空燃比をリッチな状態に維持することができる。
【００３０】
なお、タンク１７とは別に、バーナが生成したリーンな燃焼ガスを蓄える別のタンクを設けてもよい。この場合には、別の第２タンクに蓄えられたリーンな燃焼ガスをバーナ１６の燃焼に使用することにより、リッチガスを生成するために使用する燃料量を低減することができる。あるいは、第２タンクに設けられたリーンな燃焼ガスを、タンク１７に蓄えられたリッチな燃焼ガスと混ぜて排気浄化手段９に供給することにより、排気浄化手段９の温度管理やＰＭの酸化、硫黄被毒の回復といった再生処理の制御性が向上する。なお、第２タンクの容積以上のリーンガスが生成された場合は余剰分を直接排気通路４に廃棄すればよい。第２タンクの容積に余裕がある場合は、排気通路４から排気を取り込み、これをバーナ１６の燃焼に使用することもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、燃焼ガスをタンクに蓄えることにより、従来よりも消費熱量の小さい小型のバーナを使用しつつ、ＣＯ、ＨＣを多く含んだ必要十分な量の燃焼ガスを一度に排気浄化手段に供給してＮＯｘを十分に還元させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す図。
【図２】排気浄化装置の制御を示すフローチャート。
【図３】燃焼ガスの空燃比がリーンの場合、導入先を変更する導入先変更手段を備えた実施形態を示す図。
【符号の説明】
１  内燃機関
８  排気浄化装置
９  排気浄化手段
１５  エンジンコントロールユニット（バーナ制御手段、燃焼ガス供給制御手段）
１６  バーナ
１７  タンク
２０  ピストン装置（燃焼ガス供給手段）
２５  逆止弁（導入先変更手段）
２６  導入通路（導入先変更手段）
【図１】
2004270508.tif 000003
【図２】
2004270508.tif 000004
【図３】
2004270508.tif 000005