(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気通路に介装されたフィルタと、
前記ディーゼルエンジンの吸気通路又はフィルタ上流側の排気通路にオゾンを添加するオゾン添加手段と、
機関運転状態に基づいて、前記吸気通路又は排気通路に添加するオゾン添加量を演算する添加量演算手段と、
前記フィルタの前後における差圧を検出する差圧検出手段と、
該差圧検出手段により検出された差圧が所定値以上になったときに、前記フィルタに目詰まりが発生していると判定する判定手段と、
該判定手段により目詰まりが発生していると判定されたときに、前記差圧検出手段により検出された差圧に応じて、前記添加量演算手段により演算されたオゾン添加量を増量する添加量増量手段と、
前記添加量演算手段により演算されたオゾン添加量又は前記添加量増量手段により増量されたオゾン添加量が吸気通路又は排気通路に添加されるように、前記オゾン添加手段を制御する添加量制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記オゾン添加手段は、前記ディーゼルエンジンの排気マニホールド集合部近傍にオゾンを添加することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置において、特に、パティキュレート（粒子状物質）の連続除去技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ディーゼルエンジンの排気を浄化することを目的として、排気通路に介装されたフィルタにより、パティキュレートを捕集除去する排気浄化装置が公知である。かかる排気浄化装置では、捕集し堆積したパティキュレートの除去、即ち、再生処理が必要である。もし再生処理をしなければ、フィルタにパティキュレートが過剰に堆積し、排圧が許容値以上に上昇して、機関出力が低下したり、フィルタの溶損，割れ等の様々な不具合が発生するおそれがある。
【０００３】
このため、特開平１０−１５９５５２号公報に開示されるように、フィルタ上流に配設されたモノリスに担持された酸化触媒により、排気中の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化転化し、二酸化炭素とパティキュレートとをＮＯ2＋Ｃ→ＣＯ＋ＮＯのように反応させて、連続的な排気浄化と再生とを可能にした「連続再生トラップ（ＣＲＴ）」が案出された。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、連続再生トラップであっても、再生処理が十分行なわれるためには、ある程度の温度やＮＯｘの存在等、所定条件が満たされる必要があり、全運転状態で連続再生反応が起こるわけではなかった。従って、連続再生トラップにおいては、フィルタに堆積したパティキュレートの再生処理が不十分となり、排圧上昇による機関出力の低下や、フィルタの溶損，割れ等の様々な不具合が依然として発生するおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、全運転状態に亘って、排気中のパティキュレートを連続的に除去できるようにし、排気性状を向上させたディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明では、ディーゼルエンジンの排気通路に介装されたフィルタと、前記ディーゼルエンジンの吸気通路又はフィルタ上流側の排気通路にオゾンを添加するオゾン添加手段と、機関運転状態に基づいて、前記吸気通路又は排気通路に添加するオゾン添加量を演算する添加量演算手段と、前記フィルタの前後における差圧を検出する差圧検出手段と、該差圧検出手段により検出された差圧が所定値以上になったときに、前記フィルタに目詰まりが発生していると判定する判定手段と、該判定手段により目詰まりが発生していると判定されたときに、前記差圧検出手段により検出された差圧に応じて、前記添加量演算手段により演算されたオゾン添加量を増量する添加量増量手段と、前記添加量演算手段により演算されたオゾン添加量又は前記添加量増量手段により増量されたオゾン添加量が吸気通路又は排気通路に添加されるように、前記オゾン添加手段を制御する添加量制御手段と、を含んでディーゼルエンジンの排気浄化装置を構成したことを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、機関運転状態に応じたオゾンが、ディーゼルエンジンの吸気通路又は排気通路に添加される。そして、排気とオゾンとが混合することで、排気中のパティキュレート（主成分：炭素Ｃ）がオゾンにより酸化されて気体（一酸化炭素ＣＯ又は二酸化炭素ＣＯ2）となり、パティキュレートが連続的に除去される。このとき、生成される一酸化炭素ＣＯは、例えば、一般的な酸化触媒で除去できるため、環境への影響はない。また、フィルタにより排気中のパティキュレートが捕集除去されるため、排気性状がより一層向上する。
そして、排気通路に介装されたフィルタに目詰まりが発生したときには、フィルタの前後における差圧に応じてオゾン添加量が増量されるので、オゾンがフィルタにも供給され、フィルタに堆積しているパティキュレートが酸化除去されることで、フィルタ再生処理が促進及び補助される。このため、フィルタに堆積しているパティキュレートが減少し、フィルタの目詰まりに起因する種々の不具合が回避される。このとき、フィルタの前後における差圧を介して、フィルタに目詰まりが発生したか否かが判定されるため、目詰まり判定処理が簡単になり、装置の信頼性低下が抑制される。
【０００８】
請求項２記載の発明では、前記オゾン添加手段は、前記ディーゼルエンジンの排気マニホールド集合部近傍にオゾンを添加することを特徴とする。
かかる構成によれば、排気温度が高い排気に対してオゾンが添加され、その反応が促進されると共に、排気が大気中に放出されるまでの時間を長くすることができ、十分な反応時間が確保される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置（以下「排気浄化装置」という）の第１実施形態を示す。
ディーゼルエンジン１０の排気通路１２には、排気にオゾン（Ｏ3）を添加すべく、オゾン添加装置１４（オゾン添加手段）のオゾン吐出口１４ａが接続される。オゾン吐出口１４ａは、排気とオゾンとの反応を促進すべく、排気マニホールド１２ａの集合部近傍に接続される。このようにすれば、排気温度が高い排気に対してオゾンが添加され、その反応が促進されると共に、排気が大気中に放出されるまでの時間を長くすることができ、十分な反応時間が確保される。
【００１４】
ここで、オゾン添加装置１４としては、例えば、大気からオゾンを生成するオゾン発生器，タンクに貯蔵されたオゾンを導入する装置など、種々の構成のものが適用可能である。
また、オゾン添加装置１４を機関運転状態に応じて制御するために、機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ１６と、機関負荷Ｑを検出する負荷センサ１８と、が配設される。そして、回転速度センサ１６及び負荷センサ１８の出力は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット２０に夫々入力され、図２に示す処理により、オゾン添加装置１４が制御される。なお、コントロールユニット２０により、添加量演算手段及び添加量制御手段がソフトウエア的に実現される。
【００１５】
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、機関運転状態が検出される。即ち、回転速度センサ１６から機関回転速度Ｎｅが読み取られると共に、負荷センサ１８から機関負荷Ｑが読み取られる。
ステップ２では、機関運転状態に応じたオゾン添加量が演算される。即ち、図３に示すような添加量マップが参照され、検出された機関回転速度Ｎｅ及び機関負荷Ｑに応じたオゾン添加量が決定される。ここで、オゾン添加量は、排気中のパティキュレートの含有量に略比例するように設定されることが望ましい。
【００１６】
なお、ステップ１及びステップ２の処理が、添加量演算手段に該当する。
ステップ３では、決定されたオゾン添加量が排気通路１２に添加されるように、オゾン添加装置１４が制御される。なお、ステップ３の処理が、添加量制御手段に該当する。
以上説明したステップ１〜ステップ３の処理によれば、機関運転状態に応じたオゾンが、排気マニホールド１２ａの集合部近傍に添加される。そして、排気とオゾンとが混合することで、排気中のパティキュレート（主成分：炭素Ｃ）がオゾンにより酸化されて気体（一酸化炭素ＣＯ又は二酸化炭素ＣＯ2）となり、パティキュレートが除去される。このとき、パティキュレートとオゾンとの反応により生成される一酸化炭素ＣＯは、一般的な酸化触媒で除去できるため、環境への影響はない。従って、フィルタを使用しなくとも、パティキュレートが連続して除去されることとなり、連続的な排気浄化を行なうことができる。
【００１７】
図４は、排気浄化装置の第２実施形態を示す。
ディーゼルエンジン１０の排気通路１２には、セラミック等の多孔性部材からなる略円柱形状のフィルタ２２が介装される。フィルタ２２には、ハニカム状の隔壁により排気流と略平行なセルが多数形成され、各セルの出口と入口とが封鎖材により交互に目封じされる。そして、排気が隔壁を介して隣接するセルに流入するときに、排気に含まれるパティキュレートが隔壁により捕集除去される。
【００１８】
また、フィルタ２２上流側の排気通路１２には、オゾン添加装置１４のオゾン吐出口１４ａが接続される。なお、オゾン吐出口１４ａは、第１実施形態と同様に、排気マニホールド１２ａの集合部近傍に接続されるようにしてもよい。
オゾン添加装置１４を制御するために、回転速度センサ１６及び負荷センサ１８に加えて、フィルタ２２の前後における差圧Δｐを検出すべく、その上流側圧力ｐ1及び下流側圧力ｐ2を検出する圧力センサ２４，２６（差圧検出手段）が配設される。そして、回転速度センサ１６，負荷センサ１８及び圧力センサ２４，２６の出力が夫々コントロールユニット２０に入力され、図５に示す処理により、オゾン添加装置１４が制御される。なお、コントロールユニット２０により、添加量演算手段，添加量制御手段，目詰まり判定手段，添加量増量手段，判定手段がソフトウエア的に実現される。
【００１９】
ステップ１１では、機関運転状態を検出すべく、回転速度センサ１６から機関回転速度Ｎｅが読み取られると共に、負荷センサ１８から機関負荷Ｑが読み取られる。
ステップ１２では、機関運転状態に応じたオゾン添加量を演算すべく、図３に示す添加量マップが参照され、検出された機関回転速度Ｎｅ及び機関負荷Ｑに応じたオゾン添加量が決定される。
【００２０】
なお、ステップ１１及びステップ１２の処理が、添加量演算手段に該当する。ステップ１３では、フィルタ２２の前後における差圧Δｐが検出される。即ち、圧力センサ２４及び２６から、フィルタ２２の上流側圧力ｐ1及び下流側圧力ｐ2が読み取られ、Δｐ＝｜ｐ1−ｐ2｜を演算することで、差圧Δｐが求められる。
【００２１】
ステップ１４では、フィルタ２２に目詰まりが発生しているか否かが判定される。即ち、フィルタ２２の前後における差圧Δｐが所定値以上であるか否かが判定され、差圧Δｐが所定値以上であればステップ１５へと進み（Ｙｅｓ）、差圧Δｐが所定値未満であればステップ１６へと進む（Ｎｏ）。なお、ステップ１４の処理が、目詰まり判定手段及び判定手段に該当する。
【００２２】
ステップ１５では、フィルタ２２に堆積しているパティキュレートを減少させるべく、ステップ１２において決定されたオゾン添加量が増量される。なお、オゾン添加量は、差圧Δｐに応じて増量するようにしてもよい。この場合、フィルタ２２に堆積しているパティキュレート量に応じてオゾン添加量が増量されるため、フィルタ２２の再生処理がより促進されることとなり、過剰なパティキュレートの堆積に起因する種々の不具合を回避することができる。なお、ステップ１５の処理が、添加量増量手段に該当する。
【００２３】
ステップ１６では、決定又は増量されたオゾン添加量が排気通路１２に添加されるように、オゾン添加装置１４が制御される。
以上説明したステップ１１〜ステップ１６の処理によれば、先の第１実施形態の作用及び効果に加え、フィルタ２２により排気中のパティキュレートが捕集除去される。このため、パティキュレートの除去能力が向上し、排気性状をより一層向上させることができる。また、フィルタ２２に堆積したパティキュレートは、排気に添加されたオゾンにより酸化されて気体となるため、フィルタ２２の再生処理を促進することができる。そして、パティキュレート捕集量の増加に伴って、フィルタ２２に目詰まりが発生したときには、オゾン添加量が増量されるので、フィルタ再生処理がより促進され、フィルタの目詰まりに起因する種々の不具合を回避することができる。従って、パティキュレートの除去及びフィルタ再生処理が同時に行なわれることとなり、連続的な排気浄化を行なうことができる。
【００２４】
なお、フィルタ再生処理を行なうために、ヒータ，バーナ，燃料添加剤を用いて排気温度を上昇させ、フィルタ２２に堆積しているパティキュレートを燃焼除去する、いわゆる「再生デバイス」を備えた排気浄化装置にも適用可能であることはいうまでもない。この場合、フィルタ２２におけるパティキュレート堆積量が減少するので、再生デバイスの稼働頻度が低下し、再生処理に要するエネルギーを低減することができる。
【００２５】
また、フィルタ２２の代わりに、連続再生トラップ（ＣＲＴ）を用いた排気浄化装置にも適用可能である。この場合、連続再生トラップによる連続再生反応が行なわれない条件下であっても、排気に添加されたオゾンにより、連続再生反応が行なわれ、排気性状をより向上させることができる。一方、連続再生トラップによる連続再生反応が行なわれる条件下では、排気に添加されたオゾンにより、連続再生反応が促進，補助され、排気性状をより向上させることができる。
【００２６】
図６は、先の第１実施形態及び第２実施形態と異なり、吸気通路にオゾンを添加する構成の排気浄化装置の第３実施形態を示す。
ディーゼルエンジン１０の排気通路１２には、多孔性部材からなるフィルタ２２が介装される。一方、ディーゼルエンジン１０の吸気通路２８には、オゾン添加装置１４のオゾン吐出口１４ａが接続される。オゾン吐出口１４ａは、吸気とオゾンとが略均一に混合するように、吸気マニホールド２８ａ集合部近傍に接続されることが望ましい。他の構成及びオゾン添加装置１４の制御内容は、先の第２実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００２７】
かかる構成によれば、先の第１実施形態及び第２実施形態と比べて、オゾン添加装置１４の耐久性が向上する。即ち、吸気通路２８を流通する吸気は、排気に比べてその温度が低いため、オゾン添加装置１４に熱劣化が生じることがなく、耐熱性を考慮しなくとも、その耐久性が向上する。このため、オゾン添加装置１４のメンテナンスに要する労力が軽減され、例えば、ランニングコストを低減することができる。
【００２８】
なお、第１実施形態において、吸気通路にオゾンを添加するようにしても、同様な効果が得られることはいうまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、運転状態にかかわらず、排気中のパティキュレートを連続的に除去しつつ、フィルタの目詰まりに起因する種々の不具合を回避することができる。また、目詰まり判定処理が簡単になり、装置の信頼性低下を抑制することができる。さらに、フィルタに堆積したパティキュレートが減少し、例えば、いわゆる再生デバイスの稼動頻度の低下を通して、フィルタ再生に要するエネルギーを低減することができる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、排気とオゾンとの反応が促進されると共に、十分な反応時間が確保されるため、排気性状をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気浄化装置の第１実施形態の構成図
【図２】同上における制御内容を示すフローチャート
【図３】添加量マップの説明図
【図４】排気浄化装置の第２実施形態の構成図
【図５】同上における制御内容を示すフローチャート
【図６】排気浄化装置の第３実施形態の構成図
【符号の説明】
１０    ディーゼルエンジン
１２    排気通路
１２ａ  排気マニホールド
１４    オゾン添加装置
１６    回転速度センサ
１８    負荷センサ
２０    コントロールユニット
２２    フィルタ
２４    圧力センサ
２６    圧力センサ
２８    吸気通路
【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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