(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中へ燃料を添加する燃料添加手段と、
酸化能力を有し、前記燃料添加手段により燃料が添加されると発熱する触媒と、
排気中の粒子状物質を一時捕集し且つ前記触媒が発する熱により温度が上昇されるパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときであって、前記触媒の劣化の度合いが第１所定値よりも大きいときに前記燃料添加手段により添加される燃料量を変化させることにより前記触媒の温度を振動させる温度振動手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
排気中へ燃料を添加する燃料添加手段と、
酸化能力を有し、前記燃料添加手段により燃料が添加されると発熱する触媒と、
排気中の粒子状物質を一時捕集し且つ前記触媒が発する熱により温度が上昇されるパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときであって、燃費悪化率が第２所定値よりも大きくなったときに前記燃料添加手段により添加される燃料量を変化させることにより前記触媒の温度を振動させる温度振動手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
空燃比を強制振動させると触媒の浄化率を向上させることができる。たとえば、触媒での酸素利用率向上のために空燃比を強制振動制御し、ＳＶや触媒温度に応じて振幅や周波数の変更速度を更新していくことにより触媒の浄化率を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−２５９６００号公報
【特許文献２】特開平２−１１８４１号公報
【特許文献３】特公昭５６−１７５３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去する際に、触媒へ燃料添加を行ってパティキュレートフィルタおよび粒子状物質の温度を上昇させている。このときの温度と、粒子状物質を除去する速度と、には相関があり、温度を適正化することにより粒子状物質の速やかな除去が可能となる。ここで、空燃比を強制振動させただけでは、触媒の温度が変化しないこともあり、適正な温度を得られないこともある。
【０００４】
また、粒子状物質の除去は燃費の悪化を伴うため、より少ない燃料でより速やかに完了させることが望まれる。そして、燃料添加量と触媒の温度とには相関があるため、触媒の温度をより高くしてＰＭの酸化を速やかに完了させようとすると、燃料添加量をより多くする必要があり燃費が悪化してしまう。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を、燃費の悪化を抑制しつつより速やかに除去することができる技術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】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。
【０００７】
すなわち、
排気中へ燃料を添加する燃料添加手段と、
前記燃料添加手段により燃料が添加されると発熱する発熱手段と、
排気中の粒子状物質を一時捕集し且つ前記発熱手段が発する熱により温度が上昇されるパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去するときに前記燃料添加手段により添加される燃料量を変化させることにより前記発熱手段の温度を振動させる温度振動手段と、
を具備することを特徴とする。
【０００８】
発熱手段に燃料を添加することにより該発熱手段が発熱してパティキュレートフィルタの温度を上昇させることができる。そして、パティキュレートフィルタが高温になると、該パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質が酸化され、該パティキュレートフィルタから除去される。
【０００９】
そして、温度振動手段は、発熱手段の温度を振動させることによりパティキュレートフィルタの温度を振動させる。
【００１０】
ここで、粒子状物質が酸化する速度（以下、反応速度ともいう。）は、温度が高くなるほど速くなる。このような関係は、アレニウスの式（アレニウスの曲線ともいう。）により表される。このアレニウスの式によれば、温度が高くなるほど、反応速度の上昇率が大きくなる。
【００１１】
そして、発熱手段の温度を振動させることにより、速やかに粒子状物質を酸化させることが可能となる。すなわち、温度を例えば基準値で一定とした場合よりも、基準値を中心に発熱手段の温度を振動させたほうが、粒子状物質の平均反応速度を速くすることができる。これは、基準値よりも温度が低いときの反応速度の低下分よりも、基準値よりも温度が高いときの反応速度の上昇分のほうが大きいことによる。また、基準値を中心として発熱手段の温度を振動させた場合と、基準値で一定とした場合と、では、燃料の添加量はほとんど変わらない。
【００１２】
このように、発熱手段の温度を振動させることにより、パティキュレートフィルタでの平均反応速度を速めることができるので、例え基準値一定のときと燃料添加量が同じであったとしても、より速やかに粒子状物質の除去を完了することができる。また、振動の中心を基準値よりも下げることにより、燃料添加量を減少させつつ粒子状物質の除去にかかる時間は基準値一定の場合と同じにすることができるので、燃費を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記発熱手段は酸化能力を有する触媒からなり、前記温度振動手段は前記触媒の劣化の度合いが第１所定値よりも大きいときに前記触媒の温度を振動させることができる。
【００１４】
ここで、酸化能力を有する触媒に燃料を添加すると、燃料の反応熱により触媒の温度が上昇する。そして触媒の温度が高くなると該触媒の劣化が進行する。この触媒の劣化は、劣化が小さいときには早く進行し、劣化が大きくなるほど遅く進行するようになる。また、触媒の温度を振動させることにより、触媒の最高到達温度がより高くなるため、劣化が促進される。すなわち、触媒の劣化が小さいときに触媒の温度を振動させると、該触媒の劣化の進行が早くなってしまう。
【００１５】
これに対し、劣化の度合いが第１所定値よりも大きくなったときに触媒の温度を振動させることで、劣化の度合いが小さいときの劣化の進行を抑制することができる。このように、触媒の劣化度合いに応じて触媒の温度を振動させるか否か判断することにより、劣化の進行を抑制することができる。
【００１６】
なお、第１所定値は、触媒の劣化がある程度進行したときの劣化の度合いとすることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記発熱手段は酸化能力を有する触媒からなり、前記触媒温度振動手段は燃費悪化率が第２所定値よりも大きくなったときに前記触媒の温度を振動させることができる。
【００１８】
ここで、触媒の温度を上昇させるために燃料を添加すると燃費が悪化する。すなわち、燃料添加を行っていないときの基準となる燃費に対して、燃料添加の分だけ燃費が悪化する。そして、前記燃費悪化率とは、基準となる燃費に対して、どれだけの割合で燃費が悪
化しかたを示す値である。
【００１９】
触媒の温度を一定にして粒子状物質を酸化させる場合と、触媒の温度を振動させて粒子状物質を酸化させる場合と、では、同じ量の粒子状物質を酸化させるのに要する燃料量が異なる。すなわち、触媒の温度を振動させたほうが燃料量の消費量が少なくて済む。そのため、燃費悪化率を低減させることができる。一方、触媒の温度を振動させることにより熱劣化を進行させるおそれもある。
【００２０】
以上より、粒子状物質を酸化させるときに、燃費悪化率が第２所定値以下の場合には温度を一定にして熱劣化の進行を抑制し、燃費悪化率が第２所定値よりも大きくなった場合には触媒の温度を振動させて燃費悪化率を低下させるようにすれば、熱劣化の進行を抑制しつつ燃費を向上させることができる。
【００２１】
なお、酸化能力を有する触媒は、パティキュレートフィルタの上流に設けられていてもよく、また、パティキュレートフィルタに担持されていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムにおいて、パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を、燃費の悪化を抑制しつつより速やかに除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００２６】
また、内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。
【００２７】
前記排気通路２の途中には、酸化触媒３が設けられている。この酸化触媒３よりも下流には、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を一時捕集可能なパティキュレートフィルタ４（以下、フィルタ４という。）が設けられている。なお、酸化触媒３を設けずに、フィルタ４に酸化触媒を担持させていてもよい。また、本実施例においては、酸化触媒３が、本発明における発熱手段に相当する。
【００２８】
フィルタ４よりも上流の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加弁５を備えている。ここで、燃料添加弁５は、後述するＥＣＵ６からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。なお、本実施例においては、燃料添加弁５が、本発明における燃料添加手段に相当する。なお、燃料添加は、気筒内への副次的な燃料噴射により行ってもよい。
【００２９】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ６が併設されている。このＥＣＵ６は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００３０】
ＥＣＵ６には、燃料添加弁５が電気配線を介して接続されている。この燃料添加弁５は
、ＥＣＵ６により制御される。
【００３１】
そして、本実施例では、フィルタ４に捕集されたＰＭを酸化させて除去するときに、酸化触媒３の温度を振動させる。このように酸化触媒３の温度を振動させるには、燃料添加弁５から添加する燃料量を振動させる。すなわち、燃料添加弁５の開弁時間若しくは燃料の圧力を変動させる。
【００３２】
ここで、図２は、酸化触媒３の温度と粒子状物質の反応速度との関係を示した図である。
【００３３】
図２において、Ａで示される温度はＰＭ酸化時の基準となる温度であり、酸化触媒３の温度を一定としてＰＭを酸化させるときの温度である。一方、ＢおよびＣで示される温度は、酸化触媒３の温度を振動させたときの最低温度および最高温度を夫々示している。さらに、Ｄで示される反応速度は、Ａで示される温度に対応した反応速度である。同様に、Ｅで示される反応速度はＢで示される温度に対応した反応速度であり、Ｆで示される反応速度はＣで示される温度に対応した反応速度である。また、Ｇで示される反応速度は、ＥとＦとで示される反応速度の中間の値であり、酸化触媒３の温度を振動させたときの平均反応速度である。
【００３４】
ここで、酸化触媒３の温度は、フィルタ４の温度若しくはＰＭの温度としてもよい。また、図２は、アレニウスの式に基づいて、若しくは実験的に得ることができる。
【００３５】
図２に示されるように、温度が高くなるほどＰＭが酸化するときの反応速度が速くなり、且つ温度が高くなるに従い反応速度の上昇率が大きくなる。そして、酸化触媒３の温度を基準値（図２においてＡで示される温度）で一定とした場合の反応速度（図２においてＤで示される反応速度）と、この基準値を中心として温度を振動させた場合の反応速度の平均値（図２においてＧで示される反応速度）と、を比較すると、温度を振動させたほうが速い。すなわち、酸化触媒３の温度を振動させたほうが、より速やかにＰＭの酸化が完了する。また、酸化触媒３の温度を基準値で一定とした場合と、基準値を中心として温度を振動させた場合とでは、平均温度は同じであり、燃料添加弁５から添加される総燃料量はほとんど変わらない。
【００３６】
このように、酸化触媒３の温度を振動させることにより、速やかにＰＭを除去することができるので、燃費の悪化を抑制することができる。ここで、酸化触媒３の温度を振動させる際の振幅および周波数は、酸化触媒３が最高温度に達したときの熱劣化が許容範囲内となるように決定することができる。また、現時点での触媒の劣化の度合いに応じて決定してもよい。
【００３７】
ここで、酸化触媒３の温度を振動させる場合には、温度を一定とした場合と比較して、ＰＭの反応速度が速くなり燃費の悪化を抑制することができるが、一方で熱劣化が進行するおそれがある。
【００３８】
そこで、本実施例では、酸化触媒３の劣化度合いに応じて該酸化触媒３の温度制御方法を変更する。
【００３９】
図３は、走行距離と劣化度合いとの関係を示した図である。この図３に示すように、走行距離が少なく触媒の劣化が小さいときには、劣化の進行が早い。一方、走行距離が多く触媒の劣化が大きいときには、劣化の進行が遅くなる。
【００４０】
そこで、本実施例では、劣化の度合いが所定値以下のときには、ＰＭを酸化させるとき
に酸化触媒３の温度を基準値で一定として劣化の進行を抑制する。一方、劣化の度合いが所定値よりも大きくなった場合には、ＰＭを酸化させるときに酸化触媒３の温度を振動させて速やかにＰＭの酸化を完了させる。
【００４１】
なお、酸化触媒３の劣化の度合いは、例えば酸化触媒３に燃料を添加したときの床温上昇率に基づいて判断することができる。
【００４２】
ここで、図４は、単位時間当たりの燃料添加量と、酸化触媒３の床温と、の関係を示した図である。酸化触媒３の劣化の度合いが大きくなるほど、燃料添加時の床温の上昇率が小さくなる。これにより酸化触媒３の劣化の度合いを判断することができる。また、走行距離に応じた触媒の劣化度合いを予め設定しておき、走行距離から触媒の劣化度合いを得るようにしてもよい。
【００４３】
次に、本実施例におけるＰＭ酸化時の酸化触媒３の温度制御のフローについて説明する。
【００４４】
図５は、本実施例におけるＰＭ酸化時の酸化触媒３の温度制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＰＭを酸化させるときに実行される。
【００４５】
ステップＳ１０１では、酸化触媒３の劣化の度合いが推定または検出される。前述のように、単位時間当たりの燃料添加量と、酸化触媒３の床温と、の関係から酸化触媒３の劣化の度合いを推定することができる。
【００４６】
ステップＳ１０２では、酸化触媒３の劣化の度合いが第１所定値よりも大きいか否か判定される。ここでは、酸化触媒３の劣化の度合いが図３に示される第１所定値よりも大きいか否か判定される。第１所定値は予め定めておき、ＥＣＵ６に記憶させておく。
【００４７】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。
【００４８】
ステップＳ１０３では、酸化触媒３の温度を振動させてＰＭの酸化除去が行われる。例えば、フィルタ４に捕集されているＰＭの量、および排気の流量に基づいて得られる排気に持ち去られる熱量等から酸化触媒３の許容温度範囲が決定される。そして、この許容温度範囲内に基準値を設定し、この基準値を中心とし酸化触媒３の温度を振動させる。なお、本実施例においては、ステップＳ１０３の処理を行うＥＣＵ６が、本発明における温度振動手段に相当する。
【００４９】
ステップＳ１０４では、酸化触媒３の温度を一定としてＰＭの酸化除去が行われる。例えば、ステップＳ１０３で算出される基準値で一定となるように燃料添加量が調整される。
【００５０】
なお、本実施例では、酸化触媒３の温度を振動させるときの振幅を劣化の度合いに応じて変更してもよい。すなわち、劣化の度合いが大きくなるほど、温度を振動させるときの振幅を大きくしてもよい。また、酸化触媒３の温度は１回以上振動させればよい。
【００５１】
以上説明したように、本実施例によればフィルタ４に捕集されたＰＭを酸化・除去するときに、酸化触媒３の温度を振動させることにより、ＰＭの反応速度を上昇させることができるので、より速やかにＰＭの除去を完了させることができる。また、燃料添加量を減少させることにより燃費を向上させることができる。
【００５２】
さらに、酸化触媒３の劣化の度合いに応じて該酸化触媒３の温度を振動させるため、劣化の進行を抑制することができる。
【実施例２】
【００５３】
ＰＭを酸化させている途中に酸化触媒３の温度が一定となるように燃料添加量を制御している場合であっても、内燃機関の運転状態の変化等により燃費悪化率が変化する。
【００５４】
そこで、本実施例では、燃費悪化率が予め定められた第２所定値以下の場合には、酸化触媒３を一定の温度としてＰＭの酸化を行い、燃料添加量がこの第２所定値を超えた場合に酸化触媒３の温度を振動させてＰＭの酸化を行う。
【００５５】
ここで、図６は、ＰＭの酸化中における燃費悪化率の推移を示したタイムチャートである。
【００５６】
図６では、初期に燃費悪化率が第２所定値以下であり酸化触媒３の温度が一定とされている。そして、ＰＭの酸化が進むに従って燃費悪化率が大きくなり、燃費悪化率が第２所定値を超えた後（図６においてＨで示される時間の後）に酸化触媒３の温度を振動させている。この第２所定値は、予め定めておく。
【００５７】
次に、本実施例におけるＰＭ酸化時の酸化触媒３の温度制御のフローについて説明する。
【００５８】
図７は、本実施例におけるＰＭ酸化時の酸化触媒３の温度制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＰＭを酸化させるときに実行される。
【００５９】
ステップＳ２０１では、酸化触媒３の劣化の度合いが推定または検出される。前述のように、単位時間当たりの燃料添加量と、酸化触媒３の床温と、の関係から酸化触媒３の劣化の度合いを推定することができる。
【００６０】
ステップＳ２０２では、燃費悪化率が第２所定値よりも大きいか否か判定される。ここでは、燃費悪化率が図６に示される第２所定値よりも大きいか否か判定される。
【００６１】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進む。
【００６２】
ステップＳ２０３では、酸化触媒３の温度を振動させてＰＭの酸化除去が行われる。本ステップでは、前記ステップＳ１０３と同じ処理がなされる。なお、本実施例においては、ステップＳ２０３の処理を行うＥＣＵ６が、本発明における温度振動手段に相当する。
【００６３】
ステップＳ２０４では、酸化触媒３の温度を一定としてＰＭの酸化除去が行われる。本ステップでは、前記ステップＳ１０４と同じ処理がなされる。
【００６４】
なお、本実施例では、酸化触媒３の温度を振動させるときの振幅を燃費悪化率に応じて変更してもよい。すなわち、燃費悪化率が大きくなるほど、温度を振動させるときの振幅を大きくしてもよい。
【００６５】
以上説明したように、本実施例によれば、燃費悪化率が第２所定値以下の場合には酸化触媒３の温度を一定としてＰＭを酸化させるため、該酸化触媒３の劣化の進行を抑制することができる。そして、燃費悪化率が第２所定値よりも大きくなった場合には酸化触媒３の温度を振動させてＰＭを酸化させるため、燃費の悪化を抑制することができる。このよ
うに、燃費悪化率に応じて該酸化触媒３の温度を振動させるため、劣化の進行を抑制しつつ燃費を向上させることができる。
【００６６】
なお、本実施例においては、燃費悪化率が第２所定値よりも大きくなったときに酸化触媒３の温度を振動させているが、これに代えて、単位時間当たりの燃料添加量が所定値よりも多くなった場合に酸化触媒３の温度を振動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
【図２】酸化触媒の温度と粒子状物質の反応速度との関係を示した図である。
【図３】走行距離と劣化度合いとの関係を示した図である。
【図４】単位時間当たりの燃料添加量と、酸化触媒の床温と、の関係を示した図である。
【図５】実施例２におけるＰＭ酸化時の酸化触媒の温度制御のフローを示したフローチャートである。
【図６】ＰＭの酸化中における燃費悪化率の推移を示したタイムチャートである。
【図７】実施例２におけるＰＭ酸化時の酸化触媒の温度制御のフローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１     内燃機関
２     排気通路
３     酸化触媒
４     パティキュレートフィルタ
５     燃料添加弁
６     ＥＣＵ
【図１】
0004650155.tif 000002
【図２】
0004650155.tif 000003
【図３】
0004650155.tif 000004
【図４】
0004650155.tif 000005
【図５】
0004650155.tif 000006
【図６】
0004650155.tif 000007
【図７】
0004650155.tif 000008