(57)【要約】【課題】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の昇温部分が偏在してしまうことを抑制し、パティキュレートフィルタの全体を可及的に均一に昇温させる技術を提供する。【解決手段】内燃機関１から排出される排気を合流させる合流排気管６と、合流排気管６の下流で合流排気管６から分岐する２つの分岐排気管７，８と、２つの分岐排気管７，８の夫々に設けられる、酸化能を有する触媒を担持した２つのフィルタ９，１０と、ＰＭ酸化除去処理を行う再生手段と、再生手段によるＰＭ酸化除去処理の実行時における分岐排気管７，８の排気流量を小流量と大流量とに交互に切り換え、合流排気管６から２つの分岐排気管７，８の夫々に流れる排気流量を変更する切換弁１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気を合流させる合流排気通路と、
前記合流排気通路の下流で前記合流排気通路から分岐する複数の分岐排気通路と、
前記複数の分岐排気通路の夫々に設けられる、酸化能を有する触媒を担持した複数のパティキュレートフィルタと、
排気に供給された還元剤が前記触媒と反応して生じる反応熱を利用して前記パティキュレートフィルタを昇温させて前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを酸化させるＰＭ酸化除去処理を行う再生手段と、
前記再生手段による前記ＰＭ酸化除去処理の実行時における前記分岐排気通路の排気流量を小流量と大流量とに交互に切り換え、前記合流排気通路から前記複数の分岐排気通路の夫々に流れる排気流量を変更する流量変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記流量変更手段は、
前記再生手段による前記ＰＭ酸化除去処理の実行時における前記複数の分岐排気通路の排気流量を、
前記複数の分岐排気通路の内一部の分岐排気通路を小流量に切り換えた場合には、前記複数の分岐排気通路の内一部以外の分岐排気通路を大流量に切り換え、
前記複数の分岐排気通路の内一部の分岐排気通路を大流量に切り換えた場合には、前記複数の分岐排気通路の内一部以外の分岐排気通路を小流量に切り換え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】
前記複数の分岐排気通路の夫々を流れる排気の通路内流れを調節する通路内流れ調節手段を備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分岐した複数の排気通路の夫々にパティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分岐した一方の排気通路に設けられた第１触媒の下流側と、分岐した他方の排気通路に設けられた第２触媒の上流側と、を連通し、第１、第２触媒を直列した配列に変更して第１、第２触媒を同時に早期に暖機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２００３−３４３２４４号公報
【特許文献２】特開平０６−１７３６６６号公報
【特許文献３】特開２００２−１２９９５１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、酸化能を有する触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）は、排気に供給された還元剤が触媒と反応して生じる反応熱を利用してフィルタを昇温させてフィルタに捕集されたパティキュレート（粒子状物質：炭素微粒子、サルフェートなどの硫黄系微粒子、高分子量炭化水素微粒子（ＳＯＦ）など、以下、ＰＭという）を酸化させて除去するＰＭ酸化除去処理を行う。このＰＭ酸化除去処理ではフィルタを昇温させるが、フィルタの昇温部分が偏在してしまう場合がある。
【０００４】
例えばフィルタを大型化した場合などには、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量が小流量であると、排気に供給された還元剤はフィルタの上流側に滞留し易くなり、フィルタの上流側が昇温する。また、ＰＭ酸化除去処理時に排気流量が大流量であると、排気に供給された還元剤はフィルタの下流側まで流れてフィルタの上流側にはほとんど無い状態となり、フィルタの下流側が昇温する。このように、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタの昇温部分が、排気流量に応じて排気流れ方向で偏在してしまう場合がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、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の昇温部分が偏在してしまうことを抑制し、パティキュレートフィルタの全体を可及的に均一に昇温させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関から排出される排気を合流させる合流排気通路と、
前記合流排気通路の下流で前記合流排気通路から分岐する複数の分岐排気通路と、
前記複数の分岐排気通路の夫々に設けられる、酸化能を有する触媒を担持した複数のパティキュレートフィルタと、
排気に供給された還元剤が前記触媒と反応して生じる反応熱を利用して前記パティキュレートフィルタを昇温させて前記パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを酸化させるＰＭ酸化除去処理を行う再生手段と、
前記再生手段による前記ＰＭ酸化除去処理の実行時における前記分岐排気通路の排気流量を小流量と大流量とに交互に切り換え、前記合流排気通路から前記複数の分岐排気通路の夫々に流れる排気流量を変更する流量変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【０００７】
ここで、酸化能を有する触媒を担持したフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置では、排気に供給された還元剤が触媒と反応して生じる反応熱を利用してフィルタを昇温させてフィルタに捕集されたＰＭを酸化させて除去するＰＭ酸化除去処理が行われるが、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタの昇温部分が偏在してしまう場合がある。
【０００８】
そこで、本発明では、再生手段によるＰＭ酸化除去処理の実行時における分岐排気通路の排気流量を小流量と大流量とに交互に切り換え、合流排気通路から複数の分岐排気通路の夫々に流れる排気流量を変更するようにした。これによると、ＰＭ酸化除去処理時に分岐排気通路に流れる排気流量が変更できる。
【０００９】
このため、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量を切り換えて小流量とすれば、排気に供給された還元剤はフィルタの上流側に滞留し易くなり、フィルタの上流側を昇温させることができる。
【００１０】
ここで、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量が小流量であるとは、排気に供給された還元剤がフィルタの上流側に滞留し易くなり、フィルタの上流側を昇温させることができる、所定流量よりも小さい流量である。
【００１１】
また、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量を切り換えて大流量とすれば、排気に供給された還元剤はフィルタの下流側まで流れてフィルタの上流側にはほとんど無い状態となり、フィルタの下流側を昇温させることができる。
【００１２】
ここで、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量が大流量であるとは、排気に供給された還元剤がフィルタの下流側まで流れてフィルタの上流側にはほとんど無い状態となり、フィルタの下流側を昇温させることができる、所定流量よりも大きい流量である。
【００１３】
このようにして、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量を小流量と大流量とに切り換えることで、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタの昇温部分を上流側から下流側に渡る排気流れ方向全部にし、フィルタの昇温部分が偏在してしまうことを抑制し、フィルタの全体を可及的に均一に昇温させることができる。
【００１４】
なお、流量変更手段としては、例えば、合流排気通路から複数の分岐排気通路が分岐する部分に設けられ、複数の分岐排気通路の夫々に流れる排気流量を変更する切換弁や、複数の分岐排気通路の夫々に設けられ、同時に制御されて複数の分岐排気通路の夫々に流れる排気流量を変更する複数の切換弁などが挙げられる。
【００１５】
前記流量変更手段は、前記再生手段による前記ＰＭ酸化除去処理の実行時における前記複数の分岐排気通路の排気流量を、前記複数の分岐排気通路の内一部の分岐排気通路を小流量に切り換えた場合には、前記複数の分岐排気通路の内一部以外の分岐排気通路を大流量に切り換え、前記複数の分岐排気通路の内一部の分岐排気通路を大流量に切り換えた場合には、前記複数の分岐排気通路の内一部以外の分岐排気通路を小流量に切り換えるとよい。
【００１６】
これによると、ＰＭ酸化除去処理時の複数のフィルタの昇温部分を上流側から下流側に渡る排気流れ方向全部にしつつ、内燃機関の排気を滞らせずに流すことができる。
【００１７】
前記複数の分岐排気通路の夫々を流れる排気の通路内流れを調節する通路内流れ調節手段を備えるとよい。
【００１８】
ここで、排気は通路内において流れ易い部分に多く流れ、排気の通路内流れに偏りが生じる。これに起因してフィルタ内の排気流れに垂直な断面において排気の流れが偏り、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタ内断面上で排気が多く流れる部分程、排気に供給された還元剤が存在し、その部分が昇温し易くなる。このように、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタの昇温部分が、排気の通路内流れに応じてフィルタ内断面上で偏在してしまう場合がある。
【００１９】
そこで、本発明では、複数の分岐排気通路の夫々を流れる排気の通路内流れを調節するようにした。これによると、ＰＭ酸化除去処理時に分岐排気通路に流れる排気の通路内流れを調節できる。
【００２０】
このため、ＰＭ酸化除去処理時に排気を通路内において流れ難い部分にも流すようにし、排気の通路内流れに偏りがないように調節できる。そうすると、フィルタ内断面上おいて排気の流れが偏らない。そのため、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタ内断面上で排気が多く流れる部分程、排気に供給された還元剤が存在してしまうことを抑制し、その部分が昇温し易くなるということを抑制できる。また、同時に、ＰＭ酸化除去処理が終了しないままフィルタにＰＭが残ることも回避できる。
【００２１】
このようにして、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタの昇温部分をフィルタ内断面上全部にし、フィルタの昇温部分が偏在してしまうことを抑制し、フィルタの全体を可及的に均一に昇温させることができる。
【００２２】
なお、通路内流れ調節手段としては、分岐排気通路内に設けられた排気の通路内流れを変更する調節弁を例示することができる。この場合、調節弁は垂直方向に回動軸を有し分岐排気通路内の左右の排気の通路内流れを変更するものでもよい。また、調節弁は水平方向に回動軸を有し分岐排気通路内の上下の排気の通路内流れを変更するものでもよい。あるいは垂直方向に回動軸を有する調節弁と水平方向に回動軸を有する調節弁とを分岐排気通路内に連続して配置してもよい。この場合には、分岐排気通路内の上下左右の排気の通路内流れを変更したりすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、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の昇温部分が偏在してしまうことを抑制し、パティキュレートフィルタの全体を可及的に均一に昇温させることが可能となる。これにより、パティキュレートフィルタ内に捕集されているＰＭを残らず酸化除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００２５】
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る排気浄化装置を適用した内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【００２６】
図１に示す内燃機関１は、２つのバンク２，３を有するＶ型のエンジンである。各バンク２，３には、夫々４つの気筒が設けられている。各気筒には、燃料噴射弁から燃料が供給されている。
【００２７】
各バンク２，３には、排気を流す排気枝管４，５が接続されている。２つの排気枝管４，５の下流には１つの合流排気管６が接続され、両バンク２，３から排出される排気が合流している。この合流排気管６が本発明の合流排気通路に相当する。合流排気管６の下流
には２つの分岐排気管７，８が接続され、合流した排気を再び２つに分けている。この分岐排気管７，８が本発明の分岐排気通路に相当する。
【００２８】
各分岐排気管７，８の途中には、排気を浄化するためのフィルタ９，１０が配置されている。なお、フィルタ９，１０は、内燃機関１から排出されるＰＭを捕集するパティキュレートフィルタである。フィルタ９，１０には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）が担持されている。触媒としては、ＮＯｘ触媒だけでなく、酸化触媒、三元触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒などの酸化能を有する触媒であればよい。
【００２９】
合流排気管６の途中には、合流排気管６内を流れる排気に還元剤たる燃料を供給する還元剤添加弁１１が取り付けられている。
【００３０】
合流排気管６から分岐排気管７，８が分岐する分岐部分には、２つの分岐排気管７，８の夫々に流れる排気流量を変更する切換弁１２が設けられている。この切換弁１２が本発明の流量変更手段に相当する。
【００３１】
以上の構成の内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１３が併設されている。このＥＣＵ１３は、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる制御コンピュータである。
【００３２】
ＥＣＵ１３は、還元剤添加弁１１と電気配線で接続されており、還元剤添加弁１１の開閉タイミングを制御可能になっている。ＥＣＵ１３は、切換弁１２と電気配線で接続されており、切換弁１２の排気流量を変更する切換角度を制御可能になっている。
【００３３】
ＥＣＵ１３は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、例えば、各種センサの出力信号の入力、機関回転速度の演算、燃料供給量の演算、燃料供給時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ１３が入力した各種信号やＥＣＵ１３が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ１３のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００３４】
更に、ＥＣＵ１３は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理などにおいて、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それらの制御値に従って燃料噴射弁、還元剤添加弁１１、切換弁１２などを制御する。
【００３５】
そして、ＥＣＵ１３は、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って、還元剤添加弁１１を制御することにより、ＰＭ酸化除去処理を実行する。
【００３６】
なお、ＰＭ酸化除去処理は、還元剤添加弁１１から合流排気管を流れる排気へ燃料を添加させることにより、排気に添加した燃料がフィルタ９，１０のＮＯｘ触媒と反応して酸化し、この酸化によって生じる酸化反応熱を利用してフィルタ９，１０を昇温させて、フィルタ９，１０に捕集されたＰＭを酸化させて除去する処理である。ＰＭ酸化除去処理を行うＥＣＵ１３が本発明の再生手段に相当する。
【００３７】
ところで、上記ＰＭ酸化除去処理時に、フィルタ９，１０の昇温部分が偏在してしまう場合がある。
【００３８】
本実施例におけるフィルタ９，１０は大型化されているために、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタ９，１０に流れ込む排気流量が小流量であると、還元剤添加弁１１から排気に添加された燃料はフィルタ９，１０の上流側に滞留し易くなり、フィルタ９，１０の上流側が昇温する。また、ＰＭ酸化除去処理時に排気流量が大流量であると、還元剤添加弁１１
から排気に添加された燃料はフィルタ９，１０の下流側まで流れてフィルタ９，１０の上流側にはほとんど無い状態となり、フィルタ９，１０の下流側が昇温する。このように、フィルタ９，１０の昇温部分が、排気流量に応じて排気流れ方向で偏在してしまう場合がある。
【００３９】
そこで、本実施例では、切換弁１２を用いて合流排気管６から２つの分岐排気管７，８の夫々に流れる排気流量を変更するようにしている。
【００４０】
切換弁１２を用いての具体的な制御は、ＰＭ酸化除去処理時における１つの分岐排気管の排気流量を、フィルタの上流側を昇温させる小流量と、フィルタの下流側を昇温させる大流量と、に交互に切り換え、フィルタを上流側から下流側に渡って昇温させる。
【００４１】
なお、図１には、分岐排気管７の排気流量が大流量であり、分岐排気管８の排気流量が小流量である状態を矢印の太さの差で示している。また、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量が小流量であるとは、排気に添加された燃料がフィルタの上流側に滞留し易くなり、フィルタの上流側を昇温させることができる、所定流量よりも小さい流量である。ＰＭ酸化除去処理時にフィルタに流れ込む排気流量が大流量であるとは、排気に添加された燃料がフィルタの下流側まで流れてフィルタの上流側にはほとんど無い状態となり、フィルタの下流側を昇温させることができる、所定流量よりも大きい流量である。
【００４２】
これにより、排気流量を切り換えて分岐排気管の排気流量を小流量とすれば、排気に添加された燃料はフィルタの上流側に滞留し易くなり、フィルタの上流側を昇温させることができる。また、排気流量を切り換えて分岐排気管の排気流量を大流量とすれば、排気に添加された燃料はフィルタの下流側まで流れてフィルタの上流側にはほとんど無い状態となり、フィルタの下流側を昇温させることができる。
【００４３】
このようにして、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタ９，１０の昇温部分を上流側から下流側に渡る排気流れ方向全部にし、フィルタ９，１０の昇温部分が偏在してしまうことを抑制し、フィルタ９，１０の全体を可及的に均一に昇温させることができる。
【００４４】
ここで、この制御において、ＰＭ酸化除去処理時における２つの分岐排気管７，８の排気流量を、一方の分岐排気管を小流量に切り換えた場合には、他方の分岐排気管を大流量に切り換え、一方の分岐排気管を大流量に切り換えた場合には、他方の分岐排気管を小流量に切り換え、２つの分岐排気管７，８の両方からは内燃機関１からの排気を滞らせずに流すようにしている。
【００４５】
なお、一方の分岐排気管と他方の分岐排気管の流量が小流量と大流量の相互に異なる流量になる制御は、本実施例では、２つの分岐排気管７，８の入口に１つの切換弁１２が設けられていることから、切換弁の排気流量の切換で必然的に行うことができる。
【００４６】
以上により、本実施例では、ＰＭ酸化除去処理時の２つのフィルタ９，１０の昇温部分を上流側から下流側に渡る排気流れ方向全部にしつつ、内燃機関１の排気を滞らせずに流すことができる。
【００４７】
＜実施例２＞
図２は、本発明の実施例２に係る排気浄化装置を適用した内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。
【００４８】
本実施例では、上記実施例と同じ部分については説明を省略し、上記実施例と異なる部分について説明する。
【００４９】
図２に示す２つの分岐排気管７，８には、フィルタ９，１０よりも上流側に、各分岐排気管７，８内の排気の管内流れ（通路内流れ）を変更する調節弁１４，１５が設けられている。この調節弁１４，１５が本発明の通路内流れ調節手段に相当する。調節弁１４，１５は、垂直方向に回動軸を有しており、分岐排気管７，８内の左右の排気の管内流れを変更することができる。
【００５０】
ＥＣＵ１３は、調節弁１４，１５と電気配線で接続されており、調節弁１４，１５の調節角度を制御可能になっている。
【００５１】
ところで、排気は分岐排気管７，８内において流れ易い部分に多く流れ、排気の管内流れに偏りが生じる。これに起因してフィルタ９，１０内の排気流れに垂直な断面において排気の流れが偏り、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタ９，１０内断面上で排気が多く流れる部分程、還元剤添加弁１１から排気に添加された燃料が存在し、その部分が昇温し易くなる。このように、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタ９，１０の昇温部分が、分岐排気管７，８内の排気の管内流れに応じてフィルタ９，１０内断面上で偏在してしまう場合がある。
【００５２】
そこで、本実施例では、調節弁１４，１５を用いて２つの分岐排気管７，８の夫々を流れる左右の排気の管内流れを調節するようにしている。
【００５３】
調節弁１４，１５を用いての具体的な制御は、ＰＭ酸化除去処理時に、ＰＭ酸化除去処理時以外の通常状態において排気の管内流れが少ない部分に対して、調節弁１４，１５の調節角度を調節することにより排気を多く流し、２つの分岐排気管７，８の夫々を流れる左右の排気の管内流れをフィルタ９，１０内断面上で等しくする。
【００５４】
なお、分岐排気管７，８内の左右の排気の管内流れをフィルタ９，１０内断面上で等しくする調節弁１４，１５の調節角度は、予め実験などから求められてＲＯＭなどに格納されており、ＥＣＵ１３によってＰＭ酸化除去処理時に調節弁１４，１５が当該調節角度に調節される。
【００５５】
これにより、ＰＭ酸化除去処理時に排気を分岐排気管７，８内において流れ難い部分にも流すようにし、排気の管内流れに偏りがないように調節できる。そうすると、フィルタ９，１０内断面上において排気の流れが偏らない。そのため、ＰＭ酸化除去処理時にフィルタ９，１０内断面上で排気が多く流れる部分程、還元剤添加弁１１から排気に添加された燃料が存在してしまうことを抑制し、その部分が昇温し易くなるということを抑制できる。また、同時に、ＰＭ酸化除去処理が終了しないままフィルタにＰＭが残ることも回避できる。
【００５６】
このようにして、ＰＭ酸化除去処理時のフィルタ９，１０の昇温部分をフィルタ９，１０内断面上全部にし、フィルタ９，１０の昇温部分が偏在してしまうことを抑制し、フィルタ９，１０の全体を可及的に均一に昇温させることができる。
【００５７】
なお、本実施例では、調節弁１４，１５は垂直方向に回動軸を有し分岐排気管７，８内の左右の排気の管内流れを変更するものであった。しかし、これに限られず、図３に示すように、調節弁１６，１７は水平方向に回動軸を有し分岐排気管７，８内の上下の排気の管内流れを変更するものであってもよい。また、図４に示すように、垂直方向に回動軸を有する調節弁１４，１５と水平方向に回動軸を有する調節弁１６，１７とを分岐排気管７，８内に連続して配置して分岐排気管７，８内の上下左右の排気の管内流れを変更するものであってもよい。
【００５８】
なお、上記実施例では、合流排気管６に１つの還元剤添加弁１１を備える構成であった。しかし、これに限られず、２つの分岐排気管７，８の夫々に還元剤添加弁を備える構成であってもよいし、内燃機関１の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を用いて、排気の排出と共に燃料噴射を行うこと（アフター噴射）による排気への燃料供給にも適用できる。
【００５９】
また、上記実施例では、合流排気管６から分岐排気管７，８が分岐する分岐部分に１つの切換弁１２が設けられる構成であった。しかし、これに限られず、２つの分岐排気管７，８の夫々に設けられ、同時に制御されて２つの分岐排気管７，８の夫々に流れる排気流量を変更する２つの切換弁を備える構成であってもよい。
【００６０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例１に係る内燃機関とその排気系を示す図である。
【図２】実施例２に係る内燃機関とその排気系を示す図である。
【図３】実施例２の第１の他の例に係る内燃機関とその排気系を示す図である。
【図４】実施例２の第２の他の例に係る内燃機関とその排気系を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１     内燃機関
２，３ バンク
４，５ 排気枝管
６     合流排気管
７，８ 分岐排気管
９，１０      フィルタ
１１   還元剤添加弁
１２   切換弁
１４，１５，１６，１７      調節弁
【図１】
2007315298.tif 000003
【図２】
2007315298.tif 000004
【図３】
2007315298.tif 000005
【図４】
2007315298.tif 000006