(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの外周部の温度が低下するのを防止してフィルタの再生効率を向上することにある。【解決手段】排気浄化装置（６）は、フィルタ（１０）の出口側の排気通路（４）に設けられてフィルタ（１０）の外周部（１０Ａ）を通過する排気を閉塞可能とする閉塞状態に作動される開閉手段（１４）と、フィルタ（１０）の捕集能力を回復させるフィルタ（１０）の再生中に、フィルタ（１０）の外周部（１０Ａ）の排気の温度を上昇させるように、開閉手段（１４）を閉塞状態に作動する制御手段（１９）とを備える。【選択図】図２
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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て前記内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、前記フィルタで捕集された粒子状物質を強制的に燃焼させて前記フィルタの捕集能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、前記フィルタの出口側の前記排気通路に設けられて前記フィルタの外周部を通過する排気を閉塞可能とする閉塞状態に作動される開閉手段と、前記フィルタの捕集能力を回復させる前記フィルタの再生中に、前記フィルタの外周部の排気の温度を上昇させるように、前記開閉手段を閉塞状態に作動する制御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】
前記フィルタの外周部を通過する排気の温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記フィルタの再生中に、前記温度検出手段により検出された前記フィルタの外周部の排気の温度の低下量が所定値以上になったときに、前記開閉手段を閉塞状態に作動す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に内燃機関の排気中の粒子状物質（ＰＭ：煤等）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、内燃機関の排気通路に設けられて内燃機関の排気中の粒子状物質（ＰＭ：煤等）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）を備え、フィルタで捕集された粒子状物質を強制的に燃焼させてフィルタの捕集能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置を設けているものがある。
このような内燃機関の排気浄化装置としては、例えば、以下のような先行技術文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０２７７４号公報
【０００４】
特開２００８−３０２７７４号公報に係る内燃機関の排気浄化システムは、排気通路に排気の上流側から順次に触媒とフィルタ（ＤＰＦ）とを配設するとともに、排気通路の流路断面積を変更可能な排気絞り弁をフィルタの下流側に配設し、触媒の温度が所定の暖機実行要求温度以下となるときに、排気絞り弁を閉塞方向に制御して触媒を暖機し、暖機制御の実行時に排気エミッションの悪化を防止するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの捕集能力を回復させるフィルタの再生中に、フィルタの外周部が外気温度の影響を受けて冷却されてしまい、フィルタでは外周部の温度が中心部の温度よりも低くなる。つまり、フィルタの温度分布においては、中心部で最高温度になる一方、外周部の外周面に近い程、外気温度の影響を受けやすく温度が低くなる。
このように、フィルタの外周部の温度が低くなると、フィルタの外周部では捕集した粒子状物質を燃焼させる再生可能温度（例えば５５０〜７００℃）に保持することができず、フィルタの外周部の外周面に近い程、排気の粒子状物質が溜まり、フィルタの再生効率が低くなることから、改善が望まれていた。
【０００６】
そこで、この発明は、フィルタの外周部の温度が低下するのを防止してフィルタの再生効率を向上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】
この発明は、内燃機関の排気通路に設けられて内燃機関の排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備え、フィルタで捕集された粒子状物質を強制的に燃焼させてフィルタの捕集能力を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの出口側の排気通路に設けられてフィルタの外周部を通過する排気を閉塞可能とする閉塞状態に作動される開閉手段と、フィルタの捕集能力を回復させるフィルタの再生中に、フィルタの外周部の排気の温度を上昇させるように、開閉手段を閉塞状態に作動する制御手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、フィルタの再生中に、フィルタの外周部の出口側を開閉手段で閉塞状態とし、フィルタの外周部に排気を滞留させてフィルタの外周部の温度を上昇させ、フィルタの再生効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は車両の概略平面図である。（実施例）
【図２】図２は内燃機関の排気浄化装置の側面図である。（実施例）
【図３】図３は開閉手段が開放状態における排気の流れを示す排気浄化装置の側面図である。（実施例）
【図４】図４は図３における排気の流れを示す概略説明図である。（実施例）
【図５】図５は開閉手段が閉塞状態における排気の流れを示す排気浄化装置の側面図である。（実施例）
【図６】図６は図５における排気の流れを示す概略説明図である。（実施例）
【図７】図７は排気浄化制御のフローチャートである。（実施例）
【図８】図８は他の開閉手段を備えた排気浄化装置の側面図である。（変形例）
【図９】図９は図８において開閉手段が閉塞状態における排気の流れを示す排気浄化装置の側面図である。（変形例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、フィルタの再生効率を向上する目的を、フィルタの出口側の排気通路に、フィルタの外周部を通過する排気を閉塞可能な開閉手段を備えて実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。
図１に示すように、車両１には、内燃機関（ディーゼルエンジン）２が搭載される。
内燃機関２には、排気マニホルド３を介して排気通路４を形成する排気管５が接続される。排気管５の途中には、内燃機関２側から順次に、排気浄化装置６とマフラ７とが取り付けられる。
【００１２】
図２に示すように、排気浄化装置６は、触媒ケース８と、触媒９と、フィルタ（ＤＰＦ）１０とを備える。
触媒ケース８は、排気管５よりも大径で筒状のケース胴部１１と、内燃機関２側で排気管５に接続し且つ排気の下流側へ広がるように形成されてケース胴部１１の上流側端に接続するケース入口部１２と、内燃機関２から離れた側でケース胴部１１の下流側端に接続し且つ排気の下流側へ窄むように形成されたケース出口部１３とからなる。
排気通路４を構成する触媒ケース８のケース胴部１１の内部には、内燃機関２側で触媒９が配設されるとともに、触媒９から排気の下流側へ所定距離だけ離れてフィルタ１０が配設される。
触媒９は、酸化触媒からなり、フィルタ１０の前段に配置され、炭化水素及び一酸化炭素を効率良く酸化するものであり、触媒作用により大気中での酸化温度よりも低い温度（触媒活性化温度）で反応を促進させる。
フィルタ１０は、例えば、円柱形で、ハチの巣のようなハニカム構造であり、触媒９の後段に配置され、内燃機関２の排気中の粒子状物質（ＰＭ：煤等）を捕集するものである。
フィルタ１０は、外周側通気孔を備える外周部１０Ａと、中心側通気孔を備える中心部１０Ｂと、所定の孔パターンを備える上流側端面部（入口側端面部）１０Ｃと、上流側端面部１０Ｃとは逆の孔パターンを備える下流側端面部（出口側端面部）１０Ｄとから構成される。つまり、フィルタ１０は、隣り合う通気孔が交互に閉じられたハニカム構造であり、且つ上流側（入口側）と下流側（出口側）とではそのパターンが逆になっており（ある通気孔の上流側（入口側）が開いているが、下流側（出口側）が閉じている）、これにより、上流側（入口側）のある通気孔に入った排気を、そこで止めて粒子状物質を捕集してから燃焼させ、クリーンな排気として下流側（出口側）の別の通気孔から排出する。
外周部１０Ａは、フィルタ１０の軸心方向から視て、つまり、上流側端面部（入口側端面部）１０Ｃ又は下流側端面部（出口側端面部）１０Ｄから視て、円環形状に形成される。
【００１３】
排気浄化装置６においては、フィルタ１０で捕集された粒子状物質を強制的に燃焼させてフィルタ１０の捕集能力を回復させるフィルタ１０の再生を行うものであり、具体的には、排気の上流側に酸化触媒である触媒９を配置することで、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）をより二酸化窒素（ＮＯ２）の多い状態とし、二酸化窒素（ＮＯ２）の酸化性能で排気の粒子状物質を燃焼させる。
【００１４】
排気浄化装置６には、図２に示すように、開閉手段１４が備えられる。
開閉手段１４は、フィルタ１０の外周部１０Ａに対応する部位の下流側端面部１０Ｄを閉塞可能とするように、外周部１０Ａに対応する部位の円環状の下流側端面部１０Ｄに沿って隣接して配置された複数の弁板１５を備える。つまり、複数の弁板１５は、フィルタ１０の出口（下流）側の排気通路４に配設される。
複数の弁板１５は、それぞれ、ヒンジ２１によって支持され、ヒンジ１６を中心としてフィルタ１０の外周部１０Ａに対応する部位の下流側端面部１０Ｄに離間（開放状態）又は当接（閉塞状態）するように揺動され、外周部１０Ａを開放可能又は閉塞可能とする。
各ヒンジ１６は、連結機構（例えば、リンク機構等）１７によって各弁板１５を同時に且つ同一方向へ揺動するように作動される。
弁板１５は、ヒンジ１６を中心として揺動され、図３、図４に示すように、フィルタ１０の外周部１０Ａの下流側端面部１０Ｄから離れて（開放状態）、フィルタ１０の外周部１０Ａの排気の通過を許容する一方、図５、図６に示すように、フィルタ１０の外周部１０Ａの下流側端面部１０Ｄに当接して（閉塞状態）、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気を閉塞可能とする。
【００１５】
連結機構１７は、作動機構（アクチュエータ）１８によって作動される。
作動機構１８は、制御手段１９に接続され、制御手段１９によって作動制御される。
制御手段１９は、この実施例においては、フィルタ１０の捕集能力を回復させるフィルタ１０の再生中以外の通常時には、開閉手段１４を開放状態とし（図３、図４参照）、一方、フィルタ１０の捕集能力を回復させるフィルタ１０の再生中には、開閉手段１４を閉塞状態としてフィルタ１０の外周部１０Ａに排気を滞留させ、フィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度を上昇させる（図５、図６参照）。
【００１６】
触媒ケース８には、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度を検出する温度検出手段２０が取り付けられる。温度検出手段２０は、制御手段１９に接続される。
制御手段１９は、温度検出手段２０により検出されたフィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度状態からフィルタ１０の再生中を判断するフィルタ再生中判定部１９Ａを備える。つまり、フィルタ再生中判定部１９Ａは、温度検出手段２０により検出されたフィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度が、フィルタ１０の再生可能温度（例えば５５０〜７００℃）にある場合に、フィルタ１０の再生中であると判断する。
また、制御手段１９は、フィルタ１０の再生中に、温度検出手段２０により検出されたフィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度の低下量が、所定値以上になったときに、開閉手段１４を閉塞状態に作動する。制御手段１９は、フィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度の低下量が所定値以上になったか否かを判断する温度低下量判定部１９Ｂを備える。つまり、温度低下量判定部１９Ｂは、フィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度が、一定量（例えば、単位時間当たりの排気の温度の低下量）で低下しているか否かを判断する。
【００１７】
次に、この実施例に係る排気浄化制御について、図７のフローチャートに沿って説明する。
図７に示すように、制御手段１９のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、制御手段１９は、温度検出手段２０により検出されたフィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度を取得する（ステップＡ０２）。この場合、開閉手段１４の全ての弁板１５は、図３、図４に示すように、開放状態になっている。これにより、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気は、直線状に流れる。
そして、制御手段１９のフィルタ再生中判定部１９Ａは、フィルタ１０の再生中か否かを判断する（ステップＡ０３）。つまり、このステップＡ０３では、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度が、フィルタ１０の再生可能温度（例えば５５０〜７００℃）か否かを判断する。
このステップＡ０３がＹＥＳで、フィルタ１０の再生中の場合には、制御手段１９の温度低下量判定部１９Ｂは、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度の低下量が、所定値以上になったか否かを判断する（ステップＡ０４）。つまり、このステップＡ０４では、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度が、一定量で低下しているか否かを判断する。このステップＡ０４がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＡ０４がＹＥＳで、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気の温度の低下量が所定値以上の場合には、制御手段１９は、開閉手段１４を閉塞状態とする（ステップＡ０５）。この場合、図５、図６に示すように、フィルタ１０の外周部１０Ａに対応する部位の下流側端面部１０Ｄが開閉手段１４の全ての弁板１５で閉塞されることで、フィルタ１０の外周部１０Ａには、排気が滞留する（図５、図６の一点鎖線Ｇで示す）。これにより、フィルタ１０の外周部１０Ａの温度は、上昇する。
そして、制御手段１９は、フィルタ１０の再生が終了（完了・中断）したか否かを判断する（ステップＡ０６）。このステップＡ０６がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＡ０６がＹＥＳで、フィルタ１０の再生が終了した場合には、制御手段１９は、開閉手段１４を開放状態（通常時の状態）する（ステップＡ０７）（図３、図４参照）。これにより、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気は、外周部１０Ａに滞留することなく、直線状に流れる。
その後、制御手段１９は、プログラムをエンドとする（ステップＡ０８）。
一方、前記ステップＡ０３がＮＯで、フィルタ１０の再生中以外の通常時の場合には、制御手段１９は、開閉手段１４を開放状態に維持したまま（ステップＡ０９）（図３、図４参照）、プログラムをエンドとする（ステップＡ０８）。
【００１８】
この結果、この実施例において、排気浄化装置６は、フィルタ１０の出口側の排気通路４に設けられてフィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気を閉塞可能とする閉塞状態に作動される開閉手段１４と、フィルタ１０の捕集能力を回復させるフィルタ１０の再生中に、フィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度を上昇させるように、開閉手段１４を閉塞状態に作動する制御手段１９とを備える。
これにより、フィルタ１０の再生中に、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気を滞留させてフィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度の上昇を促進することで、フィルタ１０の外周部１０Ａでは排気流量が減少して熱の持ち去り量が減少する一方、フィルタ１０の中心部１０Ｂでは排気流量が増えるために熱の持ち去り量が増加する（図５、図６参照）。よって、外気温度の影響を受けていたフィルタ１０の外周部１０Ａの温度の低下を防止し、フィルタ１０において外周部１０Ａと中心部１０Ｂとの温度差を小さく抑えて均一化することから、フィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度を再生可能温度（例えば５５０〜７００℃）に保持でき、フィルタ１０の再生効率を向上することができる。
また、制御手段１９は、フィルタ１０の再生中に、温度検出手段２０により検出されたフィルタ１０の外周部１０Ａの排気の温度の低下量が所定値以上になったときに、開閉手段１４を閉塞状態に作動する。
これにより、フィルタ１０の外周部１０Ａにおいては、排気の温度の更なる低下を防止することができる。
【００１９】
なお、図８、図９には、開閉手段１４の構造の変形例を示す。
図８に示すように、開閉手段１４は、薄板状で円環状部材からなる弁体２１を備え、フィルタ１０の円環状の外周部１０Ａで、且つ、フィルタ１０の出口側としての下流側端面部１０Ｄに配設される。弁体２１には、フィルタ１０の中心部１０Ｂに対応する大きさで排気を通過させる排気通過孔２２が形成されている。
開閉手段１４の弁体２１は、作動機構１８によってフィルタ１０の下流側端面部１０Ｄに対して離間（開放状態）又は当接（閉塞状態）するように触媒ケース８内で作動される（図８の矢印Ａを参照）。
弁体２１は、通常時に、図８に示すように、フィルタ１０の下流側端面部１０Ｄから所定の距離Ｌで離れており、一方、図９に示すように、フィルタ１０の下流側端面部１０Ｄに対して平行移動されてフィルタ１０の外周部１０Ａの部位に対応する下流側端面部１０Ｄに当接したときに、フィルタ１０の外周部１０Ａを通過する排気を閉塞可能とする。
【００２０】
また、この実施例においては、弁板又は弁体を動作させる構造としては、例えば、バイメタル方式とし、温度感知する弁板又は弁体を、排気の温度に応じてフィルタの外周部に対応する部位の下流側端面部に対して当接・離間するように、開閉動作させることも可能である。
さらに、電気的な制御手段に他に、油圧等の他の手段によって弁板又は弁体を動作させる構造とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明の排気浄化装置は、各種の内燃機関に適用可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  車両
２  内燃機関（ディーゼルエンジン）
４  排気通路
５  排気管
６  排気浄化装置
８  触媒ケース
９  触媒
１０  フィルタ（ＤＰＦ）
１０Ａ  フィルタの外周部
１０Ｂ  フィルタの中心部
１０Ｃ  フィルタの上流側端面部
１０Ｄ  フィルタの下流側端面部
１４  開閉手段
１５  弁板
１８  作動機構
１９  制御手段
１９Ａ  フィルタ再生中判定部
１９Ｂ  温度低下量判定部
２０  温度検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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