(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置に関し、内燃機関の無負荷運転時に排出される排気により、排気通路に設けた酸化触媒やフィルタが冷却されることを効果的に抑制する。【解決手段】排気通路１４に設けられる酸化触媒２０と、酸化触媒２０よりも下流側の排気通路１４に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ２１と、内燃機関１０の運転状態を検出する運転状態検出手段２２，２３，３０と、酸化触媒２０よりも上流側から分岐してフィルタ２１よりも下流側に接続されるバイパス通路１５と、無負荷運転時に排気の流路をバイパス通路１５に切り替え、負荷運転時に排気の流路を酸化触媒２０およびフィルタ２１に切り替える排気流路切替手段１６，３０とを備えた。【選択図】図１
2012052448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられる酸化触媒と、
前記酸化触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記酸化触媒よりも上流側の前記排気通路から分岐して、前記フィルタよりも下流側の前記排気通路に接続されるバイパス通路と、
前記運転状態検出手段の検出に基づいて、前記内燃機関の無負荷運転時に排気の流路を前記バイパス通路に切り替え、前記内燃機関の負荷運転時に排気の流路を前記酸化触媒および前記フィルタに切り替える排気流路切替手段と、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】
前記バイパス通路の分岐部と前記酸化触媒の上流部との間に位置する前記排気通路に設けられ、前記排気流路切替手段により排気の流路が前記バイパス通路に切替えられると該排気通路を閉鎖し、前記排気流路切替手段により排気の流路が前記酸化触媒および前記フィルタに切替えられると該排気通路を開放する開閉手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１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】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気浄化装置として、排気通路に上流側から順に酸化触媒と排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦという）とを直列配置したものが知られている。
【０００３】
この排気浄化装置では、下流側のＤＰＦにＰＭが捕集され堆積すると、ＤＰＦのＰＭ捕集能力が低下する。そのため、ＤＰＦに所定量以上のＰＭが堆積した場合は、係る堆積したＰＭを燃焼除去してＤＰＦを再生させる必要がある。
【０００４】
一般的にＤＰＦの再生は、燃料噴射弁やポスト噴射により上流側の酸化触媒に未燃燃料を供給して、この酸化触媒で発生する酸化熱でＤＰＦをＰＭ燃焼温度（例えば、５００〜６００℃程度）まで昇温することで堆積したＰＭを燃焼除去している。
【０００５】
例えば、特許文献１には、排気通路に酸化触媒とＤＰＦとを直列配置し、ＤＰＦに捕集されたＰＭの堆積量を算出するとともに、算出値が閾値を超えるとＤＰＦの強制再生を開始する内燃機関の排気浄化装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０７７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、車両の減速時などディーゼルエンジンの運転状態が無負荷の時は、大気温度レベルの排気が酸化触媒やＤＰＦに流入することになる。そのため、無負荷運転時には、係る大気温度レベルの排気により酸化触媒が冷却されて活性を失うことで、ポスト噴射等により酸化触媒に供給された未燃燃料の酸化が妨げられてしまう可能性がある。また、酸化触媒が冷却されてしまうと、ＤＰＦの再生時に酸化触媒を昇温して活性化させるためには、ポスト噴射等により多量の燃料を供給する必要があり、ディーゼルエンジンの燃費が悪化してしまう可能性もある。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、内燃機関の無負荷運転時に排出される排気により、排気通路に設けた酸化触媒やフィルタが冷却されることを効果的に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられる酸化触媒と、前記酸化触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記酸化触媒よりも上流側の前記排気通路から分岐して、前記フィルタよりも下流側の前記排気通路に接続されるバイパス通路と、前記運転状態検出手段の検出に基づいて、前記内燃機関の無負荷運転時に排気の流路を前記バイパス通路に切り替え、前記内燃機関の負荷運転時に排気の流路を前記酸化触媒および前記フィルタに切り替える排気流路切替手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、前記バイパス通路の分岐部と前記酸化触媒の上流部との間に位置する前記排気通路に設けられ、前記排気流路切替手段により排気の流路が前記バイパス通路に切替えられると該排気通路を閉鎖し、前記排気流路切替手段により排気の流路が前記酸化触媒および前記フィルタに切替えられると該排気通路を開放する開閉手段をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、内燃機関の無負荷運転時に排出される排気により、排気通路に設けた酸化触媒やフィルタが冷却されることを効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図３】他の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面により、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の各実施形態について説明する。
【００１４】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１を説明するものである。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１５】
図１に示すように、排気浄化装置１は内燃機関であるディーゼルエンジン１０と、排気通路１４と、排気通路１４に設けられた酸化触媒２０と、酸化触媒２０よりも下流側の排気通路１４に設けられたディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦという）２１と、この酸化触媒２０とＤＰＦ２１とを迂回するバイパス通路１５と、バイパス通路１５に設けられたバイパスバルブ１６と、ＥＣＵ３０とを有する。
【００１６】
ディーゼルエンジン１０には、図１に示すように、吸気マニホールド１１と排気マニホールド１２とが設けられている。また、吸気マニホールド１１には、ディーゼルエンジン１０内の吸気弁１０ａの開弁により新気を導入する吸気通路１３が接続され、排気マニホールド１２には、排気弁１０ｂの開弁により排気ガスを排出する排気通路１４が接続される。
【００１７】
排気通路１４には、図１に示すように、上流側から順に酸化触媒２０とＤＰＦ２１とが直列配置されている。また、酸化触媒２０よりも上流側の排気通路１４には、ＤＰＦ２１の再生時に酸化触媒２０に未燃燃料を供給する燃料噴射弁２５が設けられている。なお、ＤＰＦ２１の再生をディーゼルエンジン１０の多段噴射によるポスト噴射で行う場合は、この燃料噴射弁２５を省略してもよい。
【００１８】
酸化触媒２０は、例えば、セラミック製のハニカム構造を有する担体に、白金（Ｐｔ）等を担持して形成されている。この酸化触媒２０は、ＤＰＦ２１の再生時に燃料噴射弁２５（又は、ディーゼルエンジン１０によるポスト噴射）から供給された未燃燃料を酸化して酸化熱を発生させることで、ＤＰＦ２１をＰＭ燃焼温度（例えば、５００〜６００℃程度）まで昇温する。
【００１９】
ＤＰＦ２１は、セラミック製のハニカム構造体からなる多数のセル内をガス流路として備え、上流側と下流側とを交互に目封じして形成されている。このＤＰＦ２１は、排気中に含まれるＰＭを捕集するとともに、堆積したＰＭを燃焼除去することで再生される。
【００２０】
バイパス通路１５は、図１に示すように、酸化触媒２０よりも上流側の排気通路１４から分岐するとともに、ＤＰＦ２１よりも下流側の排気通路１４に接続されている。また、バイパス通路１５にはバイパスバルブ１６が設けられている。
【００２１】
バイパスバルブ１６は、アクチュエータ１７がＥＣＵ３０により作動を制御されることで開閉される。
【００２２】
すなわち、排気の流路は、バイパスバルブ１６が閉じられてバイパス通路１５が閉鎖されると、酸化触媒２０およびＤＰＦ２１に切り替えられるように構成されている。一方、排気の流路は、バイパスバルブ１６が開かれてバイパス通路１５が開放されると、圧力損失の低いバイパス通路１５に切り替えられるように構成されている。
【００２３】
ＥＣＵ３０は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて１燃焼行程中に複数回の燃料を噴射する多段噴射の噴射期間や噴射量等、ディーゼルエンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ＥＣＵ３０には、アクセルセンサ２２、エンジン回転センサ２３等の出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。
【００２４】
また、ＥＣＵ３０は、運転状態判定部とバイパスバルブ制御部とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ３０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２５】
運転状態判定部は、アクセルセンサ２２により検出されたアクセルペダル（不図示）の踏み込み量とエンジン回転センサ２３の出力値とに基づいて、ディーゼルエンジン１０の運転状態が負荷運転中であるか、もしくは無負荷運転中であるかを判定する。
【００２６】
なお、本実施形態において、アクセルセンサ２２とエンジン回転センサ２３とＥＣＵ３０の運転状態判定部とは、本発明の運転状態検出手段を構成する。
【００２７】
バイパスバルブ制御部は、運転状態判定部の判定に応じてバイパスバルブ１６の開閉を制御する。具体的には、運転状態判定部によりディーゼルエンジン１０が無負荷運転中と判定された場合は、バイパスバルブ制御部はアクチュエータ１７にバイパスバルブ１６を開かせる作動信号を出力する。すなわち、排気の流路は、バイパス通路１５の開放により、酸化触媒２０およびＤＰＦ２１から圧力損失の低いバイパス通路１５へと切り替えられる。
【００２８】
一方、運転状態判定部によりディーゼルエンジン１０が負荷運転中と判定された場合は、バイパスバルブ制御部はアクチュエータ１７にバイパスバルブ１６を閉じさせる作動信号を出力する。すなわち、排気の流路は、バイパス通路１５の閉鎖によりバイパス通路１５から酸化触媒２０およびＤＰＦ２１へと切り替えられる。
【００２９】
なお、本実施形態において、バイパスバルブ１６とＥＣＵ３０のバイパスバルブ制御部とは、本発明の排気流路切替手段を構成する。
【００３０】
上述のような構成により、本発明の第一実施形態に係る排気浄化装置１によれば以下のような作用・効果を奏する。
【００３１】
車両の走行中に、ＥＣＵ３０の運転状態判定部によりディーゼルエンジン１０が無負荷運転中と判定されると、ＥＣＵ３０のバイパスバルブ制御部からアクチュエータ１７にバイパスバルブ１６を開かせる作動信号が出力される。そして、バイパスバルブ１６が開かれてバイパス通路１５が開放されると、排気の流路は酸化触媒２０およびＤＰＦ２１からバイパス通路１５へと切り替えられる。
【００３２】
すなわち、ディーゼルエンジン１０の無負荷運転時に大気温度とほぼ等しくなる排気は、圧力損失の低いバイパス通路１５に流されて、酸化触媒２０およびＤＰＦ２１への流れ込みは抑止される。
【００３３】
したがって、ディーゼルエンジン１０の無負荷運転中に大気温度とほぼ等しくなる排気により、酸化触媒２０やＤＰＦ２１が冷却されることを効果的に抑制することができる。
【００３４】
また、酸化触媒２０やＤＰＦ２１の温度が高い状態に維持されるので、ＤＰＦ２１の再生時における排気噴射弁２５やポスト噴射の燃料噴射量を効果的に低減することもできる。
【００３５】
また、ＤＰＦ２１の再生時における燃料噴射量が低減されるので、ディーゼルエンジン１０の燃費の改善も図ることができる。
【００３６】
＜第二実施形態＞
以下、図２に基づいて、本発明の第二実施形態について説明する。
【００３７】
本発明の第二実施形態に係る排気浄化装置２は、上述の第一実施形態において、バイパス通路１５の分岐部と酸化触媒２０の上流部との間に位置する排気通路１４に排気通路バルブ１８を設け、ＥＣＵ３０に排気通路バルブ制御部を一部の機能要素として追加したものである。
【００３８】
したがって、その他の構成は第一実施形態の排気浄化装置１と同様であるので、ここでは他の構成についての詳細な説明を省略する。
【００３９】
排気通路バルブ１８は、アクチュエータ１９がＥＣＵ３０により作動を制御されることで開閉される。具体的には、排気通路バルブ１８は、バイパス通路１５の閉鎖と同時に開かれ、バイパス通路１５の開放と同時に閉じられる。
【００４０】
すなわち、バイパス通路１５が閉鎖され、かつ、バイパス通路１５の分岐部と酸化触媒２０の上流部との間の排気通路１４が開放されると、排気の流路は酸化触媒２０およびＤＰＦ２１に確実に切り替えられるように構成されている。また、バイパス通路１５が開放され、かつ、バイパス通路１５の分岐部と酸化触媒２０の上流部との間の排気通路１４が閉鎖されることで、排気の流路が圧力損失の低いバイパス通路１５に確実に切り替えられるとともに、排気の酸化触媒２０およびＤＰＦ２１への流れ込みが確実に防止されるように構成されている。
【００４１】
ＥＣＵ３０の排気通路バルブ制御部は、運転状態判定部の判定に応じて排気通路バルブ１８の開閉を制御する。具体的には、運転状態判定部によりディーゼルエンジン１０が無負荷運転中と判定された場合は、排気通路バルブ制御部はアクチュエータ１９に排気通路バルブ１８を閉じさせる作動信号を出力する。すなわち、排気の流路がバイパス通路１５に切り替えられると同時に、排気通路バルブ１８は閉じられる。
【００４２】
一方、運転状態判定部によりディーゼルエンジン１０が負荷運転中と判定された場合は、排気通路バルブ制御部はアクチュエータ１９に排気通路バルブ１８を開かせる作動信号を出力する。すなわち、排気の流路が酸化触媒２０およびＤＰＦ２１へと切り替えられると同時に、排気通路バルブ１８は開かれる。
【００４３】
なお、本実施形態において、排気通路バルブ１８とＥＣＵ３０の排気通路バルブ制御部とは、本発明の開閉手段を構成する。
【００４４】
上述のような構成により、本発明の第二実施形態に係る排気浄化装置２によれば以下のような作用・効果を奏する。
【００４５】
車両の走行中に、ＥＣＵ３０の運転状態判定部によりディーゼルエンジン１０が無負荷運転中と判定されると、ＥＣＵ３０のバイパスバルブ制御部からアクチュエータ１７にバイパスバルブ１６を開かせる作動信号が出力される。また、ＥＣＵ３０の排気通路バルブ制御部からアクチュエータ１９に排気通路バルブ１８を閉じさせる作動信号が出力される。そして、バイパス通路１５が開放され、かつ、バイパス通路１５の分岐部と酸化触媒２０の上流部との間の排気通路１４が閉鎖されることで、排気の流路はバイパス通路１５に確実に切り替えられる。
【００４６】
すなわち、ディーゼルエンジン１０の無負荷運転時にはバイパス通路１５の分岐部と酸化触媒２０の上流部との間の排気通路１４が排気通路バルブ１８で閉鎖されるので、排気の流路を確実に切り替えつつ、無負荷運転時に大気温度とほぼ等しくなる排気の酸化触媒２０やＤＰＦ２１への流れ込みが確実に抑止される。
【００４７】
したがって、ディーゼルエンジン１０の無負荷運転中に大気温度とほぼ等しくなる排気により、酸化触媒２０やＤＰＦ２１が冷却されることを確実に防止することができる。
【００４８】
また、酸化触媒２０やＤＰＦ２１の温度が確実に高い状態に維持されるので、ＤＰＦ２１の再生時における排気噴射弁２５やポスト噴射の燃料噴射量を確実に低減することができる。
【００４９】
また、ＤＰＦ２１の再生時における燃料噴射量が確実に低減されるので、ディーゼルエンジン１０の燃費の改善も効果的に図ることができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００５１】
例えば、バイパスバルブ１６に替えて、図３（ｂ）に示すような切替バルブ４０を、図３（ａ）に示すように排気通路１４とバイパス通路１５との接続部に設けてもよい。また、切替バルブ４０を、排気通路１４とバイパス通路１５との分岐部に設けてもよい。この場合も、上述の各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５２】
また、図２に示す排気通路バルブ１８は、ＤＰＦ２１の下流部とバイパス通路１５の接続部との間に位置する排気通路１４に設けてもよい。この場合も、上述の各実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  排気浄化装置
１０  ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４  排気通路
１５  バイパス通路
１６  バイパスバルブ（排気流路切替手段）
２０  酸化触媒
２１  ＤＰＦ（フィルタ）
２２  アクセルセンサ（運転状態検出手段）
２３  エンジン回転センサ（運転状態検出手段）
３０  ＥＣＵ（運転状態検出手段、排気流路切替手段）
【図１】
2012052448.tif 000003
【図２】
2012052448.tif 000004
【図３】
2012052448.tif 000005