(57)【要約】【課題】直噴ガソリンエンジンの排気ラインに排気ガス中の粒子状物質を除去するガソリン粒子フィルタを装着する場合に起こる、エンジン出力の低下と燃料消費両の増大とを低減させる排気ガス後処理システムを提供する。【解決手段】エンジンから排出される排気ガスが通過する排気ラインと、排気ラインに設けられたガソリン粒子フィルタと、排気ガスがガソリン粒子フィルタをバイパスするように排気ラインに設けられるバイパスラインと、ガソリン粒子フィルタに流入する排気ガスを遮断するメインバルブと、バイパスラインを通過する排気ガスを遮断するバイパスバルブと、エンジンの運転条件を検知し、その検知された運転条件に応じて、排気ガスがガソリン粒子フィルタを通過するように制御し、又はガソリン粒子フィルタを通過せずにバイパスラインを通過するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
2012112374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直噴ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記す）から排出される排気ガスが通過する排気ラインと、
前記排気ラインに設けられ、前記排気ガス中の粒子状物質を濾過するガソリン粒子フィルタと、
前記排気ガスが前記ガソリン粒子フィルタをバイパスするように前記排気ラインに設けられるバイパスラインと、
前記エンジンの運転条件を検知し、検知した運転条件に対応して、前記排気ガスが前記ガソリン粒子フィルタを通過するようにしたり、または、前記ガソリン粒子フィルタを通過せずに、前記バイパスラインを通過するようにする制御部と、
を備えることを特徴とする排気ガス後処理システム。
【請求項２】
前記ガソリン粒子フィルタに流入する排気ガスを選択的に遮断するメインバルブを、前記ガソリン粒子フィルタの前端部に更に備え、前記制御部が、前記メインバルブを閉じて、前記排気ガスを前記バイパスラインを通過するように制御することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項３】
前記バイパスラインに、前記バイパスラインを通過する排気ガスを選択的に遮断するバイパスバルブを更に備えることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項４】
前記制御部は、排気ラインに設けられた前記ガソリン粒子フィルタを加熱するためのヒーティングロジックが実行されている場合は、前記排気ガスを、前記ガソリン粒子フィルタを通過させることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項５】
前記制御部は、エンジンの回転数を測定し、前記エンジンの回転数が設定値を超えている場合は、前記排気ガスを、前記ガソリン粒子フィルタを通過させよう制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項６】
前記制御部は、エンジンの冷却水温を測定し、前記エンジンの冷却水温が設定値未満である場合は、前記排気ガスを、前記ガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項７】
前記制御部は、エンジンオイルの温度を測定し、前記エンジンオイルの温度が設定値未満である場合は、前記排気ガスを、前記ガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項８】
前記制御部は、車両の速度を測定し、前記車両の速度が設定値以上である場合は、排気ガスを、前記ガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項９】
前記制御部は、排気ラインに設けられた前記ガソリン粒子フィルタを加熱させるためのヒーティングロジックが実行されておらず、前記エンジンの回転数が設定値未満であり、前記エンジンの冷却水温が設定値以上であり、前記エンジンのオイル温度が設定値以上であり、車両の速度が設定値未満であるとき、前記排気ガスを、前記バイパスラインを介して排出するように制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス後処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの後処理システムに係り、より詳細には、直噴ガソリンエンジンの排気ガス中の粒子状物質を濾過するガソリン粒子フィルタを備える排気ガス後処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直噴ガソリン（ＧＤＩ：ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｄｉｒｅｃｔ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）エンジン（以下、単に「エンジン」と記した場合は直噴ガソリンエンジンを意味する）は、シリンダ内に空気を流入させ、シリンダ内へ燃料を直接噴射する。エンジンは、ディーゼルエンジンよりは少ないものの、一定量の粒子状物質を排気ガスと共に排出する。
【０００３】
このような粒子状物質を低減させるために、エンジンにおいてもガソリン粒子フィルタ（ＧＰＦ：ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ）が装着されることもある（例えば特許文献１を参照）。しかし、ガソリン粒子フィルタを装着した場合は、ガソリン粒子フィルタの空気抵抗によって排気ラインの排圧が増加し、これによってエンジンの出力が減少し、燃料消費効率が低下するという問題点が起こることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０６７２５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる課題を解決するためになされた本発明の目的は、直噴ガソリンエンジンの排気ラインに、排気ガス中の粒子状物質を除去するガソリン粒子フィルタを装着する場合に起こる、エンジン出力の低下と燃料消費量の増大とを減少させることができるエンジンの排気ガス後処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による排気ガス後処理システムは、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気ラインと、排気ラインに設けられ、排気ガス中の粒子状物質を濾過するガソリン粒子フィルタと、排気ガスがガソリン粒子フィルタをバイパスするように排気ラインに設けられるバイパスラインと、エンジンの運転条件を検知し、検知した運転条件に対応して、排気ガスがガソリン粒子フィルタを通過するようにしたり、または、ガソリン粒子フィルタを通過せずにバイパスラインを通過するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、更にガソリン粒子フィルタに流入する排気ガスを選択的に遮断するメインバルブを、ガソリン粒子フィルタの前端部に備え、制御部がメインバルブを閉じて、排気ガスがバイパスラインを通過するように制御する。
また本発明は、バイパスラインに、バイパスラインを通過する排気ガスを選択的に遮断するバイパスバルブを更に備える。
【０００８】
また本発明の制御部は、排気ラインに設けられたガソリン粒子フィルタを加熱するためのヒーティングロジックが実施されている場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
また、エンジンの回転数を測定し、エンジンの回転数が設定値を超えている場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
【０００９】
また、エンジンの冷却水温を測定し、エンジンの冷却水温が設定値未満である場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
また、エンジンオイルの温度を測定し、エンジンオイルの温度が設定値未満である場合は、排気ガスをガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
また、車両の速度を測定し、車両の速度が設定値以上である場合は、排気ガスを、ガソリン粒子フィルタを通過させるよう制御する。
【００１０】
また本発明は、排気ラインに設けられたガソリン粒子フィルタを加熱させるためのヒーティングロジックが行われておらず、エンジンの回転数が設定値以上であり、エンジンの冷却水温が設定値以上であり、エンジンのオイル温度が設定値以上であり、車両の速度が設定値未満であるとき、制御部が、排気ガスをバイパスラインを介して排出されるよう制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による直噴ガソリンエンジンの排気ガス後処理システムは、制御部が、エンジンの運転条件に対応して排気ガスがガソリン粒子フィルタを通過したりバイパスしたりするように制御することによって、排気ラインの排圧の増加によるエンジン出力の低下及び燃料消費の増大という問題を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムの概略的な構成図である。
【図２】本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システム制御のフローチャートである。
【図３】本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジンの運転条件と排気ガス粒子の量との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジンの運転条件とガソリン粒子フィルタとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのガソリン粒子フィルタと燃料消費量との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジン冷却水温と排気ガスに含まれている粒子量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る排気ガス後処理システムの好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムの概略的な構成図である。
図１に示すように、排気ガス後処理システムは、エンジン１００、排気ライン１１０、ガソリン粒子フィルタ１３０、バイパスライン１４０、メインバルブ１２０、バイパスバルブ１５０、及び制御部１６０を備える。
【００１４】
エンジン１００は、直噴ガソリンエンジンであって、シリンダ内へ燃料を直接噴射する構造を有する。
ガソリン粒子フィルタ１３０は、エンジン１００から排出され排気ライン１１０を流れる排気ガスに含まれる粒子状物質を濾過する。
【００１５】
排気ライン１１０には、ガソリン粒子フィルタ１３０をバイパスするバイパスライン１４０が設けられ、バイパスライン１４０には、バイパスライン１４０を開閉するバイパスバルブ１５０が設けられる。また、排気ライン１１０のガソリン粒子フィルタ１３０の前端部には、ガソリン粒子フィルタ１３０に流入する排気ガスを遮断するメインバルブ１２０が設けられる。
【００１６】
従って、制御部１６０の指令によって、メインバルブ１２０が閉じられ、バイパスバルブ１５０が開かれると、排気ライン１１０を通過する排気ガスは、ガソリン粒子フィルタ１３０を通過せずに、バイパスライン１４０にバイパスされる。
また、制御部１６０の指令によって、メインバルブ１２０が開かれバイパスバルブ１５０が閉じられると、排気ガスは、ガソリン粒子フィルタ１３０を通過し、バイパスライン１４０は通過しない。
【００１７】
排気ガスがガソリン粒子フィルタ１３０を通過する場合、ガソリン粒子フィルタ１３０の抵抗によって排気ライン１１０の排圧が上昇して、エンジン出力が低下し、燃料消費が増大するという問題点がある。
本発明の実施形態では、エンジンの運転条件に対応して、制御部１６０が排気ガスをバイパスライン１４０を介してバイパスさせるよう制御することによって燃料消費を低減させ、出力低下を防止する。
【００１８】
制御部１６０は、エンジン１００を効率的に運転するために、触媒（酸化触媒、ガソリン粒子フィルタ１３０等）を加熱するロジックの実行と、エンジン１００の回転数、冷却水温、オイル温度、及び車速の測定を行う。
【００１９】
図２は、本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システム制御のフローチャートである。
図２に示すように、制御部１６０は、Ｓ２００で制御を開始し、Ｓ２１０でエンジン１００の始動を指令する。
【００２０】
制御部１６０は、Ｓ２２０で、触媒（酸化触媒、ガソリン粒子フィルタ等）を加熱するヒーティングロジックが実行されているか否かを判断する。ここで触媒は、ガソリン粒子フィルタを含む排気ラインに設けられている全ての触媒を含む。Ｓ２２０で触媒を加熱するためのヒーティングロジックが実行されている場合（Ｓ２２０、Ｙｅｓ）、制御部１６０はＳ２８０で排気ガスがガソリン粒子フィルタ１３０を通過するよう制御する。
【００２１】
Ｓ２２０で触媒を加熱するためのヒーティングロジックが実行されていない場合（Ｓ２２０、Ｎｏ）、制御部１６０は、Ｓ２３０でエンジン１００の回転数（ＲＰＭ：ｒｏｔａｔｉｏｎ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）が設定数値「Ａ」を超えているか否かを判断する。エンジン１００の回転数が設定数値「Ａ」を超えている場合（Ｓ２３０、Ｙｅｓ）、制御部１６０は、Ｓ２８０で排気ガスがガソリン粒子フィルタ１３０を通過するよう制御する。
【００２２】
Ｓ２３０でエンジン１００の回転数が設定数値「Ａ」を超えていない場合（Ｓ２３０、Ｎｏ）、制御部１６０は、Ｓ２４０でエンジン１００の冷却水温が設定温度「Ｂ」未満であるか否かを判断する。冷却水温が設定温度「Ｂ」未満である場合（Ｓ２４０、Ｙｅｓ）、制御部１６０は、Ｓ２８０で排気ガスがガソリン粒子フィルタ１３０を通過するよう制御する。
【００２３】
Ｓ２４０で冷却水温が設定温度「Ｂ」を超えている場合（Ｓ２４０、Ｎｏ）、制御部１６０は、Ｓ２５０で、エンジン１００のオイル温度が設定温度「Ｃ」未満であるか否かを判断する。オイル温度が設定温度「Ｃ」未満である場合（Ｓ２５０、Ｙｅｓ）、制御部１６０は、Ｓ２８０で排気ガスがガソリン粒子フィルタ１３０を通過するよう制御する。
【００２４】
Ｓ２５０で、エンジン１００のオイル温度が設定温度「Ｃ」を超えている場合（Ｓ２５０、Ｎｏ）、制御部１６０は、Ｓ２６０で、車両の速度が設定速度「Ｄ」を超えるか否かを判断する。車速が設定速度「Ｄ」を超えている場合（Ｓ２６０、Ｙｅｓ）、制御部１６０はＳ２８０で、排気ガスがガソリン粒子フィルタ１３０を通過するよう制御する。
【００２５】
Ｓ２２０で触媒のヒーティングロジックが行われず、Ｓ２３０でエンジン１００の回転数が設定値「Ａ」以下であり、Ｓ２４０で冷却水温が設定値「Ｂ」以上であり、Ｓ２５０でオイル温度が設定値「Ｃ」以上であり、且つ、Ｓ２６０で車両の速度が設定値「Ｄ」以下である場合、制御部１６０は、Ｓ２７０で排気ガスがバイパスライン１４０を通過し、ガソリン粒子フィルタ１３０を通過しないように制御する。
これによって、排気ガスの排圧が減少し、出力低下及び燃料消費量の増加を未然に防止することができる。
【００２６】
図３は、本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジンの運転条件と排気ガス粒子の量との関係を示すグラフである。
図３は、横軸が時間を示し、縦軸が排気ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｍａｔｔｅｒｓ）、冷却水温、オイル温度、触媒温度（ガソリン粒子フィルタの温度）、及び排気温度を示す。
【００２７】
図３に示すように、排気ガスに含まれている粒子状物質の量は、エンジンの冷却水温、オイル温度、触媒温度、及び排気ガス温度と相関関係を有する。特に、冷却水温が低いほど、粒子状物質の排出量が多く、オイル温度が低いほど、粒子状物質の排出量が多い。
また、触媒温度及び排気ガス温度が低いほど、粒子状物質の排出量が多い。図示されていないが、エンジン１００の回転数と車速との両方との相関的な関連性があり、回転数が高く、且つ車速が高いと、粒子状物質の排出量が多くなる。
【００２８】
図４は、本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジンの運転条件とガソリン粒子フィルタとの関係を示すグラフである。
図４は、横軸がエンジン１００の回転数を示し、縦軸が出力（ｐｏｗｅｒ）及びトルク（ｔｏｒｑｕｅ）を示す。図４において、「ＴＷＣ」は三元触媒を示し、「ＧＰＦ」はガソリン粒子フィルタ１３０を示し、「ｂａｒｅ」は触媒がないことを示し、「２Ｘ」及び「３Ｘ」は触媒の量を示す。
図４は、触媒がコーティングされたガソリン粒子フィルタ１３０を排気ガスが通過すると、エンジン１００の出力及びトルクが減少することを示している。
【００２９】
図５は、本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのガソリン粒子フィルタと燃料消費量との関係を示すグラフである。
図５は、横軸が三元触媒（ＴＷＣ）とガソリン粒子フィルタ（ＧＰＦ）との組み合わせを示し、縦軸が単位燃料消費量を示す。ここで「ｂａｒｅ」は触媒がないことを示し、「２Ｘ」及び「３Ｘ」は触媒の量を示す。
図５は、ガソリン粒子フィルタ１３０が装着されたり、または、触媒の量が増えるほど、単位燃料消費量が増加することを示している。
【００３０】
図６は、本発明の１実施形態に係る排気ガス後処理システムのエンジン冷却水温と排気ガスに含まれている粒子量との関係を示すグラフである。
図６は、横軸が時間を示し、縦軸が冷却水温及び燃料の噴射条件に応じた粒子の量を示す。
【００３１】
図６に示すように、冷却水温と燃料の噴射条件に対応して排気ガスに含まれて排出される粒子状物質の量が異なって分布される。特に、冷却水温が上昇するほど、排気ガスに含まれて排出される粒子状物質の量は少なくなる。
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１００      エンジン
１１０      排気ライン
１２０      メインバルブ
１３０      ガソリン粒子フィルタ（ＧＰＦフィルタ）
１４０      バイパスライン
１５０      バイパスバルブ
１６０      制御部
【図１】
2012112374.tif 000003
【図２】
2012112374.tif 000004
【図３】
2012112374.tif 000005
【図４】
2012112374.tif 000006
【図５】
2012112374.tif 000007
【図６】
2012112374.tif 000008