(57)【要約】【課題】少ない部品点数でフィルターの微粒子状物質の燃焼の偏りを確実に抑制する。【解決手段】ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の後流部の中心寄りに排気ガスの流通量を調整する弁部材２５を設け、再生の経過時間に基づいて弁部材２５の動作を制御してディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流れを調整し、再生の経過時間に応じてディーゼル微粒子捕集フィルター２１の全周に排気ガスを分散させ、ＰＭの燃焼の偏りを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスが流通することで排気ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルターと、
前記フィルターを流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの排気ガスの流通量を調整する開閉部材と、
前記フィルターを再生する条件が整った際に、堆積した前記微粒子状物質を燃焼させて前記フィルターの再生を行う再生手段と、
前記再生手段による再生の経過時間に基づいて前記開閉部材の動作を制御する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】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御手段は、
前記再生の経過時間が長いほど、前記中心寄りの排気ガスの流通量を増加させるように前記開閉部材を開方向へ動作させる
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御手段は、
前記内燃機関の負荷が大きいほど、前記中心寄りの排気ガスの流通量を減少させる側に前記開閉部材の開閉動作を閉方向へ補正する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
前記制御手段は、
前記内燃機関の負荷がアイドル回転状態の負荷以下の場合には、前記中心寄りの排気ガスの流通量が所定量以下になるように前記開閉部材の開度を所定開度以下とする
ことを特徴とする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、微粒子状物質を捕集するフィルターを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンの排気を浄化する排気浄化装置として、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）を捕集するディーゼル微粒子捕集フィルターを適用する排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。ディーゼル微粒子捕集フィルターでは、ハニカム状のフィルターにＰＭを一時的に捕集し、昇温させることで堆積したＰＭを燃焼除去している。
【０００３】
特許文献１の技術では、ディーゼル微粒子捕集フィルターの前後の圧力差（圧力損失）に基づいてＰＭの堆積を類推し、所定量のＰＭの堆積があった際に、ディーゼル微粒子捕集フィルターの再生を実施している。筒状のディーゼル微粒子捕集フィルターの流路の中心部に対応して開閉弁が設けられ、ディーゼル微粒子捕集フィルターの再生は、ディーゼル微粒子捕集フィルターの径方向の温度分布に基づいて、外周部の温度が高い時には開閉弁を開いて全体で再生を行い、外周部の温度が低い時には開閉弁を閉じて外周部の再生を行っていた。
【０００４】
しかし、特許文献１の技術は、ディーゼル微粒子捕集フィルターの径方向の温度分布に基づいて、開閉弁の制御を行って再生を実施していので、ディーゼル微粒子捕集フィルターの径方向の温度を検出する温度検出手段を複数備えている。このため、開閉弁を制御するための圧力センサや複数の温度センサが必要になり、制御のための部品点数が多くなっているのが現状であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４６８９５号公報
【発明の概要】
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、少ない部品点数でフィルターの微粒子状物質の燃焼の偏りを抑制することが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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１に係る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、排気ガスが流通することで排気ガス中の微粒子状物質を捕集するフィルターと、前記フィルターを流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの排気ガスの流通量を調整する開閉部材と、前記フィルターを再生する条件が整った際に、堆積した前記微粒子状物質を燃焼させて前記フィルターの再生を行う再生手段と、前記再生手段による再生の経過時間に基づいて前記開閉部材の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１に係る本発明では、再生の経過時間に基づいて開閉部材の動作を制御してフィルターを流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの排気ガスの流れを調整するので、再生の経過時間に応じてフィルターの全周に排気ガスを分散させることができ、微粒子状物質の燃焼の偏りが抑制される。このため、特別な検出手段を用いることなく、少ない部品点数でフィルターの微粒子状物質の燃焼の偏りを確実に抑制することが可能になる。
【０００９】
開閉部材としては、排気ガスの通路を開閉する弁部材や、排気ガスの通路面積を可変にする絞り部材を用いることができる。
【００１０】
そして、請求項２に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記再生の経過時間が長いほど、前記中心寄りの排気ガスの流通量を増加させるように前記開閉部材を開方向へ動作させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る本発明では、再生の経過時間が長くなるほど排気ガスの流通量を増加させるように開閉部材を開方向へ動作させるので、再生初期はフィルターを流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの排気ガスの流れを抑制して外周側に排気ガスを多く流通させて外周寄りの燃焼を促進し、再生の経過に伴ってフィルターを流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの排気ガスの流通量を増加させて中心寄りの燃焼を促進し、燃焼が進みやすい中心寄りの燃焼を相対的に遅らせて微粒子状物質の燃焼の偏りを抑制することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記内燃機関の負荷が大きいほど、前記中心寄りの排気ガスの流通量を減少させる側に前記開閉部材の開閉動作を閉方向へ補正することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る本発明では、内燃機関の負荷が高い時に排気ガスの流通量を減少させるように開閉部材の開閉動作を閉方向へ補正するので、排気ガスの流量が多くなり粒子状物質が燃焼しやすい高い負荷時に、フィルターを流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの排気ガスの流通量を減少させて微粒子状物質の燃焼を抑制することができる。
【００１４】
また、請求項４に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記内燃機関の負荷がアイドル回転状態の負荷以下の場合には、前記中心寄りの排気ガスの流通量が所定量以下になるように前記開閉部材の開度を所定開度以下とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る本発明では、アイドル回転状態の負荷以下の場合に、開閉部材の開度を所定開度以下として排気ガスの流通量が所定量以下になるように制御するので（フィルターを流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの排気ガスの流通量を減少させるので）、背圧の影響を受け難い負荷が極めて低い状態で、排気ガスをフィルターの周囲に流通させて外周側の燃焼を促進することができる。アイドル回転状態の負荷以下の場合のフィルターの再生は、例えば、高速走行の停止直後での再生が考えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、少ない部品点数でフィルターの微粒子状物質の燃焼の偏りを抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図２】再生の経過時間と弁部材の開度の経時変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に基づいて内燃機関の概略を説明する。図１には本発明の一実施例に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の概略を説明する要部の構成を示してある。
【００１９】
図に示すように、内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン：エンジン）１の排気管２には排気浄化装置３が備えられている。内燃機関１のシリンダブロック４のボア内にはピストン５が往復動自在に備えられ、ピストン５とシリンダヘッド６との間で燃焼室７が形成されている。ピストン５の往復動によりクランクシャフト８が回転駆動される。
【００２０】
シリンダヘッド６には吸気ポートを介して吸気マニホールド１１を含む吸気管１２が接続され、吸気ポートは吸気バルブにより開閉される。また、シリンダヘッド６には排気ポートを介して排気マニホールド１３を含む排気管２が接続され、排気ポートは排気バルブにより開閉される。シリンダヘッド６には燃焼室７に臨む燃料噴射弁１５が設けられ、燃料噴射弁１５には所定の燃圧に制御された高圧燃料が供給される。
【００２１】
吸気管１２及び排気管２の途中部にはターボチャージャ１６が設けられ、ターボチャージャ１６は、排気管２側にタービンが備えられ、タービンに連結されたコンプレッサが吸気管１２側に備えられている。内燃機関１の排気ガスが排気管２からターボチャージャ１６に送られると、排気ガスの流れによりタービンが回転し、タービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管１２内の吸気が過給される。
【００２２】
ターボチャージャ１６の下流側の吸気管１２にはインタークーラー１７が配され、過給された吸気はインタークーラー１７で冷却されて燃焼室７に送られる。インタークーラー１７の下流側の吸気管１２にはスロットルバルブ１８が設けられ、スロットルバルブ１８の開閉により吸気流量が調整される。ターボチャージャ１６の下流側の排気管２に、図示しない酸化触媒、フィルターとしてのディーゼル微粒子捕集フィルター２１等からなる排気浄化装置３が備えられている。ディーゼル微粒子捕集フィルター２１では、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）が捕集される。
【００２３】
エンジン１にはエンジン回転速度を検出するための回転速度検出手段２２が設けられ、また、スロットルバルブ１８の開度を検出するためのスロットル開度検出手段２３が設けられている。回転速度検出手段２２、及び、スロットル開度検出手段２３の情報は制御手段２４に入力され、エンジン回転速度とスロットル開度の情報によりエンジン１の負荷が検出される。
【００２４】
上記エンジン１では、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１のＰＭの堆積量が所定量になったと推定された時に（再生する条件が整った際に）、図示しない燃料噴射弁から追加の燃料を噴射して（ポスト噴射して）、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１のＰＭを燃焼させる再生運転が実施される（再生手段）。再生運転は、マニュアル操作による強制再生の時、前回の再生終了からの走行距離が所定距離を越えた時、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１のＰＭの堆積量が所定量になったことが検出（直接、間接）された時に、再生条件が整ったとされて、再生制御用のフラグが立ち上がって、実施される。
【００２５】
再生運転は、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の温度が所定温度を維持しつつ予め設定された時間が経過した時、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１のＰＭの堆積量が所定量を下回ったことが検出（直接、間接）された時に、終了する。エンジン１の機器の温度等の各種計測値が再生可能領域から外れた際にも、再生運転は終了する。
【００２６】
具体的には後述するが、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１を流れる排気ガスの流れ方向に対して直交する断面の中心寄りの下流部の中心寄り（ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄り）には、排気ガスの流通量を調整する開閉部材としての弁部材２５が設けられ、制御手段２４により弁部材２５の動作が制御される。制御手段２４は、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１のＰＭを燃焼させる再生運転の実施の時間（再生の経過時間）に基づいて弁部材２５の開閉動作を制御し、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流通量を調整する。
【００２７】
尚、弁部材２５をディーゼル微粒子捕集フィルター２１の上流部の中心寄りに設け、エンジン１の負荷に基づいてディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流通量を制御することも可能である。
【００２８】
排気管２の径に対し、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１は太くなっているので（流路面積が広くなっているので）、排気ガスはディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心部位に多く流れ、再生運転時は、周囲に対して中心部位のＰＭが燃焼されやすい状況になっている。
【００２９】
本実施例では、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１を再生する条件が整って再生運転が実施された際に、再生の経過時間に基づいて弁部材２５の開閉動作を制御してディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流れを調整している。これにより、再生の経過時間に応じてディーゼル微粒子捕集フィルター２１の全周に排気ガスを分散させることができ、ＰＭの燃焼の偏りを抑制することができる。従って、特別な検出手段を用いることなく、少ない部品点数でディーゼル微粒子捕集フィルター２１のＰＭの燃焼の偏りを確実に抑制することが可能になる。
【００３０】
図１に基づいて排気浄化装置３（ディーゼル微粒子捕集フィルター２１）の構成を具体的に説明すると共に、図２に基づいて再生運転時の弁部材２５の開閉動作（制御手段２４による制御）を具体的に説明する。図２には再生の経過時間と弁部材２５の開度の関係を示してある。
【００３１】
図１に示すように、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の入口部には入口コーン部材３１が設けられ、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口部には出口コーン部材３２が設けられている。入口コーン部材３１により排気管２に対して排気ガスの流路が広げられ、出口コーン部材３２により排気管２の径に排気ガスの流路が狭められている。このため、再生運転時は、排気ガスはディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心部位に多く流れ、周囲に対して中心部位のＰＭが燃焼されやすい状況になっている。
【００３２】
入口コーン部材３１には、排気ガスの温度を検出する温度検出センサ３０が備えられ、温度検出センサ３０の検出情報である、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の入口部の排気ガスの温度情報に基づいて再生運転が制御される。ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の出口部の中心部には筒部材３５が設けられ、筒部材３５には弁部材２５（例えば、バタフライ弁）が開閉自在に備えられている。再生運転の条件が整った際に、制御手段２４には再生運転の指示が送られ、再生運転時には、制御手段２４による弁部材２５の開閉により、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流れが調整される。
【００３３】
具体的には、再生の経過時間が長いほど、排気ガスの流通量を増加させるように弁部材２５が開方向に動作される。つまり、図２に実線で示すように、再生の経過時間ｔが長くなるにしたがって、弁部材２５の開度が高くなるように、開度関係線が設定されている。このため、再生初期はディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流れが抑制され、外周側に排気ガスが多く流通し、外周寄りのＰＭの燃焼が促進される。再生の経過に伴って（再生の経過時間ｔが長くなると）、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流通量が増加し、中心寄りのＰＭの燃焼が促進される。従って、燃焼が進みやすい中心寄りのＰＭの燃焼を外周側に対して相対的に遅らせ、ＰＭの燃焼の偏りを抑制することができる。
【００３４】
尚、開閉部材としては、筒部材３５の流通面積を可変にする絞り部材を設けることも可能である。
【００３５】
そして、制御手段２４は、エンジン回転速度とスロットル開度の情報により検出される負荷が高いほど、排気ガスの流通量を減少させる側に弁部材２５の開閉動作が閉じ方向に補正される。即ち、図２に点線で示したように、エンジン１の負荷が高くなった際に、弁部材２５の開度が低くなる側に開度関係線が補正されるようになっている。
【００３６】
このため、再生運転時に、エンジン１の負荷が高い時に排気ガスの流通量を減少させるように弁部材２５を動作させるので、排気ガスの流量が多くなりＰＭが燃焼しやすい高い負荷時に、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流通量を減少させてＰＭの燃焼を抑制することができる。
【００３７】
そして、制御手段２４は、再生運転時において、エンジン１の負荷がアイドル回転状態の負荷以下の場合には、排気ガスの流通量が最小限になるように（所定量以下となるように）弁部材２５が全閉状態（所定開度以下）に制御される。アイドル回転状態の負荷以下の場合に、弁部材２５の動作を全閉状態に制御するので、再生運転時に、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１の中心寄りの排気ガスの流通量が減少し、背圧の影響を受け難い負荷が極めて低い状態で、排気ガスをディーゼル微粒子捕集フィルター２１の周囲に流通させて外周側の燃焼を促進することができる。
【００３８】
アイドル回転状態の負荷でディーゼル微粒子捕集フィルター２１の温度が低い場合、ディーゼル微粒子捕集フィルター２１を再生する条件が整わずに再生運転が行われないことがあるが、上記実施例でのアイドル回転状態の負荷以下の場合のディーゼル微粒子捕集フィルター２１の再生は、例えば、高速走行の停止直後でディーゼル微粒子捕集フィルター２１の温度が高い場合に実施される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、微粒子状物質を捕集するフィルターを備えた内燃機関の排気浄化装置の制御装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  内燃機関（ディーゼルエンジン：エンジン）
２  排気管
３  排気浄化装置
４  シリンダブロック
５  ピストン
６  シリンダヘッド
７  燃焼室
８  クランクシャフト
１１  吸気マニホールド
１２  吸気管
１３  排気マニホールド
１５  燃料噴射弁
１６  ターボチャージャ
１７  インタークーラー
１８  スロットルバルブ
２１  ディーゼル微粒子捕集フィルター
２２  回転速度検出手段
２３  スロットル開度検出手段
２４  制御手段
２５  弁部材
３１  入口コーン部材
３２  出口コーン部材
【図１】
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【図２】
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