JP2009007982A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、フィルタに微粒子が捕集されていない場合であっても、フィルタの微粒子捕集率を向上させる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気通路２に配置され、排気中の微粒子を捕集するＤＰＦ３と、ＤＰＦ３に微粒子が捕集されていない場合に、微粒子の成分のうち有機溶媒可溶成分であるＳＯＦをＤＰＦ３に供給するＳＯＦ供給制御を実行する手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に配置され、排気中の微粒子（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという）を備える場合がある。そして、フィルタ中のＳＯＦ堆積量とＳＯＯＴ堆積量とを別々に推定して、夫々の堆積量に応じて、フィルタに堆積した微粒子を燃焼させて除去する処理（以下、フィルタ再生という）を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、フィルタ再生時の排気温度に応じてＳＯＦ増加量を設定する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−２９１７８８号公報 実開昭６２−１９０８４１号公報

ところで、フィルタ再生後において、フィルタの微粒子捕集率が悪化する問題がある。

フィルタの基材表面に微粒子が堆積している場合には、フィルタの基材表面に堆積した微粒子がバインダとなってフィルタに流入する微粒子をさらに捕集するため、フィルタの微粒子捕集率が上昇している。しかし、フィルタ再生後においては、フィルタの基材表面にバインダとなる微粒子が堆積していないため、フィルタに流入する微粒子を捕集し難くなり、フィルタの微粒子捕集率が悪化してしまう。

また、上記問題は、フィルタの基材表面に微粒子が堆積していない、フィルタが未使用の新品の状態である場合にも生じていた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタに微粒子が捕集されていない場合であっても、フィルタの微粒子捕集率を向上させる技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に配置され、排気中の微粒子を捕集するフィルタと、
前記フィルタに前記微粒子が捕集されていない場合に、前記微粒子の成分のうち有機溶媒可溶成分であるＳＯＦを前記フィルタに供給するＳＯＦ供給制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

フィルタに微粒子が捕集されていない場合には、フィルタの基材表面にバインダとなる微粒子が堆積していないため、フィルタに流入する微粒子を捕集し難くなり、フィルタの微粒子捕集率が悪化してしまう。

そこで、本発明では、フィルタに微粒子が捕集されていない場合に、微粒子の成分のうち有機溶媒可溶成分であるＳＯＦをフィルタに供給するようにした。

これによると、フィルタの基材表面にＳＯＦが吸着し、吸着したＳＯＦがバインダとな
りフィルタに流入する微粒子をさらに捕集するため、フィルタの微粒子捕集率を向上させることができる。

特にＳＯＦは、液状の有機溶媒可溶成分であり、フィルタの基材表面にぬれ広がって吸着され易く、また吸着後に流入する微粒子と結合し易いので、バインダとしての機能が高く、フィルタの微粒子捕集率をより向上させることができる。

前記フィルタに前記微粒子が捕集されていない場合とは、前記フィルタに堆積した前記微粒子を除去して前記フィルタを再生した直後であり、又は、前記フィルタが未使用の新品の状態である場合である。

これらの場合に、フィルタに微粒子が捕集されていないので、フィルタの微粒子捕集率が悪化する問題が生じるが、上記本発明のようにＳＯＦをフィルタに供給し、フィルタの微粒子捕集率を向上させることができる。

前記ＳＯＦ供給制御手段は、前記フィルタの温度がＳＯＦ吸着可能温度である場合に実行されるとよい。

これによると、フィルタにＳＯＦが吸着するＳＯＦ吸着可能温度の場合にＳＯＦがフィルタに供給されるので、供給されるＳＯＦの多くがフィルタに吸着でき、フィルタに吸着できない無駄なＳＯＦを供給してしまうことを抑制できる。

本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタに微粒子が捕集されていない場合であっても、フィルタの微粒子捕集率を向上させることができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。

内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３が配置されている。ここで、本実施例のＤＰＦ３が、本発明のフィルタに相当する。

ＤＰＦ３は、コーディエライトや炭化珪素などの多孔質セラミックをハニカム状に成形し、流路の入口側又は出口側を目封じしてフィルタ本体を形成している。内燃機関１からＤＰＦ３上流の排気通路２へ排出された排気は、ＤＰＦ３内の流路へ流入して多孔質の隔壁を通過しながら下流の排気通路２へと流れる。この時、ＤＰＦ３に排気に含まれる微粒子が捕集され、運転時間を経ると共に堆積していく。また、ＤＰＦ３は、フィルタ本体を構成する多孔質セラミック表面に、白金やパラジウムなどの貴金属を主成分とする酸化触媒が担持された構造とすることもでき、ＤＰＦ３の低温度域で安定的に微粒子を酸化、燃焼させることができる。

また、ＤＰＦ３よりも上流の排気通路２には、燃料添加弁４が配置されている。燃料添加弁４は、排気中に還元剤たる燃料を添加することができる。

ＤＰＦ３の直上流及び直下流の排気通路には、第１、第２排気温度センサ５，６が配置されている。第１排気温度センサ５は、ＤＰＦ３直上流の排気通路２に設けられ、ＤＰＦ３の入口部の直上流を流通する排気温度を検出する。また、第２排気温度センサ６は、ＤＰＦ３直下流の排気通路２に設けられ、ＤＰＦ３の出口部の直下流を流通する排気温度を検出する。第１、第２排気温度センサ５，６の検出値からＤＰＦ温度が求められる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ７が併設されている。このＥＣＵ７は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ７には、第１、第２排気温度センサ５，６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ７に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ７には、燃料添加弁４や内燃機関１内の燃料噴射弁などが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ７によりこれらの機器が制御される。

また、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態、吸気量、ＤＰＦ３の前後差圧を基に、ＤＰＦ３に堆積した微粒子の堆積量を演算して、ＤＰＦ３の再生を制御する。ＤＰＦ３の再生とは、フィルタ再生のことであり、ＤＰＦ３に堆積した微粒子を燃焼させて除去する処理である。

ＤＰＦ３の再生時には、ＤＰＦ３を昇温する必要がある。このため、ＤＰＦ３の昇温手段としては、燃料添加弁４から排気中に燃料を添加したり、内燃機関１内の燃料噴射弁によるポスト噴射を行って未燃燃料を排気中に供給したり、内燃機関１内の燃料噴射弁による燃料噴射の際に、噴射時期の遅角を行って熱サイクルの効率を下げ廃熱を増大させたり、あるいは吸気スロットル弁を通常より閉じ側とするなどにより、排気を昇温させる公知の方法を採用し得る。

ところで、ＤＰＦ３の再生後において、ＤＰＦ３の微粒子捕集率が悪化する問題がある。

これは、ＤＰＦ３の基材表面に微粒子が堆積している場合には、ＤＰＦ３の基材表面に堆積した微粒子がバインダとなってＤＰＦ３に流入する微粒子をさらに捕集するため、ＤＰＦ３の微粒子捕集率が上昇している。しかし、ＤＰＦ３の再生後においては、ＤＰＦ３の基材表面にバインダとなる微粒子が堆積していないため、ＤＰＦ３に流入する微粒子を捕集し難くなり、ＤＰＦ３の微粒子捕集率が悪化してしまうためである。

また、上記問題は、ＤＰＦ３の基材表面に微粒子が堆積していない、ＤＰＦ３が未使用の新品の状態である場合にも生じていた。

そこで、本実施例では、ＤＰＦ３の再生後、又は、ＤＰＦ３が未使用の新品の状態である場合のようなＤＰＦ３に微粒子が捕集されていない場合に、微粒子の成分のうち有機溶媒可溶成分であるＳＯＦをＤＰＦ３に供給するようにした。

ここで、ＳＯＦは、未燃燃料やオイルから生じる微粒子の成分であり、炭化水素（ＨＣ）が主成分である。

これによると、ＳＯＦが供給されると、ＤＰＦ３の基材表面にＳＯＦが吸着し、吸着したＳＯＦがバインダとなりＤＰＦ３に流入する微粒子をさらに捕集するため、本実施例では図２の実線に示すように、従来の破線で示すものより、ＳＯＦ供給直後からＤＰＦ３の微粒子捕集率を向上させることができる。

特にＳＯＦは、液状の有機溶媒可溶成分であり、ＤＰＦ３の基材表面にぬれ広がって吸着され易く、また吸着後に流入する微粒子と結合し易いので、バインダとしての機能が高く、ＤＰＦ３の微粒子捕集率をより向上させることができる。

ここで、ＳＯＦの供給方法としては、内燃機関に還流させるＥＧＲガス量を増量したり、内燃機関１内の燃料噴射弁による燃料噴射の際に、噴射時期の遅角を行ったり、燃料添加弁４から排気中に燃料を添加したり、内燃機関１内の燃料噴射弁によるポスト噴射を行って未燃燃料を排気中に供給したりするなどにより、ＳＯＦをＤＰＦ３へ供給させる公知の方法を採用し得る。

次に、本実施例によるＳＯＦ供給制御ルーチンについて説明する。図３は、本実施例によるＳＯＦ供給制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ７は、ＳＯＦ供給制御を実行する条件が成立したか否かを判別する。

ＳＯＦ供給制御を実行する条件は、ＤＰＦ３の再生が終了直後である場合やＤＰＦ３が未使用の新品である場合に、ＳＯＦ供給制御を実行する条件が成立したと判別する。

ステップＳ１０１において、ＳＯＦ供給制御を実行する条件が成立しない場合には、本ルーチンを一旦終了する。また、ＳＯＦ供給制御を実行する条件が成立する場合には、ステップＳ１０２へ移行する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ７は、ＤＰＦ温度が温度Ｔ１よりも高く、温度Ｔ２よりも低い所定の範囲に含まれるか否かを判別する。ＤＰＦ温度は、第１、第２排気温度センサ５，６の検出値から求められる。

ここで、温度Ｔ１はＳＯＦ吸着可能温度下限であり、温度Ｔ２はＳＯＦ吸着可能温度上限であり、温度Ｔ１と温度Ｔ２の間にＤＰＦ温度が存在することで、ＳＯＦがＤＰＦ３に吸着可能となる。温度Ｔ１と温度Ｔ２の間の所定の範囲は、例えば、２００℃〜３５０℃などに設定される。

このような温度Ｔ１と温度Ｔ２の間の所定の範囲である場合に、ＳＯＦ供給制御を実行すると、ＤＰＦ３にＳＯＦが吸着するＳＯＦ吸着可能温度の場合にＳＯＦがＤＰＦ３に供給されるので、供給されるＳＯＦの多くがＤＰＦ３に吸着でき、ＤＰＦ３に吸着できない無駄なＳＯＦを供給してしまうことを抑制できる。

ステップＳ１０２において、ＤＰＦ温度が所定の範囲に含まれない場合には、本ルーチンを一旦終了する。また、ＤＰＦ温度が所定の範囲に含まれる場合には、ステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ７は、ＳＯＦ供給制御を実行する。例えば、ＤＰＦ温度が３００℃以下の場合には、内燃機関１に還流させるＥＧＲガス量を増量したり、内燃機関１内の燃料噴射弁による燃料噴射の際に、噴射時期の遅角を行ったりしてＳＯＦをＤＰ
Ｆ３へ供給し、ＤＰＦ温度が３００℃より上昇した場合には、燃料添加弁４から排気中に燃料を添加したり、内燃機関１内の燃料噴射弁によるポスト噴射を行って未燃燃料を排気中に供給したりしてＳＯＦをＤＰＦ３へ供給させる。

なお、本実施例のＳＯＦ供給制御を実行する本ステップを実施するＥＣＵが、本発明のＳＯＦ供給制御手段に相当する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ７は、ＳＯＦのＤＰＦ３への供給量が所定量（ｐｍｍ）を超えたか否かを判別する。

所定量（ｐｍｍ）は、供給されたＳＯＦがＤＰＦ３の基材表面に吸着し、吸着したＳＯＦがバインダとしてＤＰＦ３に流入する微粒子を捕集できるようになる量であればよい。また、ＳＯＦの供給量は、ステップＳ１０３でのＳＯＦをＤＰＦ３へ供給させた際のＳＯＦ供給制御に基づきＥＣＵ７が演算により算出する。

ステップＳ１０４において、ＳＯＦのＤＰＦ３への供給量が所定量（ｐｍｍ）を超えない場合には、ステップＳ１０３に戻る。また、ＳＯＦのＤＰＦ３への供給量が所定量（ｐｍｍ）を超えた場合には、本ルーチンを一旦終了する。

以上説明したＳＯＦ供給制御ルーチンによって、ＤＰＦ３に微粒子が捕集されていない場合であっても、ＳＯＦをＤＰＦ３へ供給して、ＤＰＦ３の微粒子捕集率を向上させることができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るＤＰＦの微粒子堆積量と微粒子捕集率との関係を示した図である。 実施例１に係るＳＯＦ供給制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ ＤＰＦ
４ 燃料添加弁
５ 第１排気温度センサ
６ 第２排気温度センサ
７ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、排気中の微粒子を捕集するフィルタと、
   前記フィルタに前記微粒子が捕集されていない場合に、前記微粒子の成分のうち有機溶媒可溶成分であるＳＯＦを前記フィルタに供給するＳＯＦ供給制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記フィルタに前記微粒子が捕集されていない場合とは、前記フィルタに堆積した前記微粒子を除去して前記フィルタを再生した直後であ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。
3. 前記フィルタに前記微粒子が捕集されていない場合とは、前記フィルタが未使用の新品の状態である場合であ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。
4. 前記ＳＯＦ供給制御手段は、前記フィルタの温度がＳＯＦ吸着可能温度である場合に実行されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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