JP2010031730A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、システム全体の構造を簡略化しつつ、複数の浄化器に対して活性酸素をそれぞれ安定的に供給することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ１４と、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒１６とからなる複数の浄化器を備える。ＥＣＵ３０は、排気圧センサ２６とＮＯｘセンサ２８の出力に応じて、これらの浄化器のうちオゾンが必要なものを判定する。そして、この判定結果に応じて、オゾン発生器１８と分配器２４とを制御することにより、ＤＰＦ１４とＮＯｘ触媒１６の何れかにオゾンを供給する。これにより、単一のオゾン発生器１８を用いて、複数の浄化器にオゾンを効率よく供給することができる。従って、全ての浄化器を安定的に作動させることができ、その上で、システム全体の小型化やコストダウンを図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に好適に用いられる排気浄化装置に関し、特に、活性酸素を利用する構成とした内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−１１３４１０号公報）に開示されているように、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する２つのＰＭ捕集装置を備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。従来技術の排気浄化装置において、２つのＰＭ捕集装置は、内燃機関の排気通路に並列に接続されており、両者の接続部には排気切換弁が配置されている。この排気切換弁は、各ＰＭ捕集装置のうちで排気ガスの流路となる装置を切換えるものである。

また、従来技術の排気浄化装置は、２つのＰＭ捕集装置のうち一方の装置にのみオゾンを供給することが可能なオゾン供給装置を搭載している。そして、従来技術では、例えば排気温度が低いときに、一方のＰＭ捕集装置に排気ガスを導入しつつ、この装置にオゾンを供給する。また、排気温度が高いときには、他方のＰＭ捕集装置に排気ガスを導入する。これにより、従来技術では、排気温度が低いときに、ＰＭ捕集装置に捕集されたＰＭの燃焼をオゾンにより促進するようにしている。

特開２００７−１１３４１０号公報

ところで、上述した従来技術において、内燃機関の運転状態によっては、一方のＰＭ捕集装置だけでなく、他方のＰＭ捕集装置でもオゾンを使用したい場合がある。しかしながら、従来技術の構成では、他方のＰＭ捕集装置にオゾンを供給することができないので、オゾンを効率的に活用するのが難しいという問題がある。

また、上記問題に着目した場合に、例えば排気浄化装置に２つのオゾン供給装置を搭載し、個々のＰＭ捕集装置にオゾンをそれぞれ供給する構成も考えられる。しかし、この場合には、２つのオゾン供給装置により排気浄化装置が大型化し、車載時のレイアウトが困難となる。また、コストアップも生じるという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、複数の浄化器を備えたシステムにおいて、システム全体の構造を簡略化しつつ、個々の浄化器に活性酸素をそれぞれ安定的に供給することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の未浄化成分をそれぞれ浄化する複数の浄化器と、
前記各浄化器に供給するための活性酸素を発生する活性酸素発生手段と、
前記活性酸素の供給先を前記各浄化器の何れかに切換える切換手段と、
前記切換手段を駆動することにより、少なくとも一部の浄化器の作動状態に応じて前記各浄化器の何れかに活性酸素を供給する供給制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の発明において、
前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中の粒子状物質を浄化するＰＭフィルタと、
前記ＰＭフィルタの近傍で排気圧を検出する排気圧検出手段と、を備え、
前記供給制御手段は、前記排気圧が基準範囲から外れたときに、前記ＰＭフィルタに活性酸素を供給するＰＭ処理手段を備える構成としている。

第３の発明は、前記第１の発明において、
前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒の下流で排気ガス中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、を備え、
前記供給制御手段は、前記ＮＯｘ量がＮＯｘ基準判定値以上となったときに、前記ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給するＮＯｘ処理手段を備える構成としている。

第４の発明は、前記第１の発明において、
前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中の粒子状物質を浄化するＰＭフィルタと、
前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と、
前記ＰＭフィルタの近傍で排気圧を検出する排気圧検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒の下流で排気ガス中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、を備え、
前記供給制御手段は、
前記排気圧が基準範囲から外れたときに、前記ＰＭフィルタに活性酸素を供給するＰＭ処理手段と、
前記ＮＯｘ量がＮＯｘ基準判定値以上となったときに、前記ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給するＮＯｘ処理手段と、
を備える構成としている。

第５の発明によると、前記第４の発明において、
前記供給制御手段は、前記ＮＯｘ処理手段と前記ＰＭ処理手段の両方で作動条件が成立したときに、前記ＮＯｘ処理手段の作動を前記ＰＭ処理手段よりも優先させるＮＯｘ処理優先手段を備える構成としている。

第６の発明によると、前記第４または第５の発明において、
前記供給制御手段は、
前記排気圧が前記基準範囲よりも広い許容範囲から外れたときに、前記ＰＭフィルタに活性酸素を供給する高排気圧対応手段と、
前記高排気圧対応手段と前記ＮＯｘ処理手段の両方で作動条件が成立したときに、前記高排気圧対応手段の作動を前記ＮＯｘ処理手段よりも優先させる高排気圧優先手段と、
を備える構成としている。

第７の発明によると、前記第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを吸蔵して還元する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒である構成としている。

第８の発明によると、前記第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素発生手段は、前記活性酸素としてオゾンを発生する構成としている。

第１の発明によれば、供給制御手段は、浄化器の作動状態に応じて活性酸素が必要な浄化器を判定することができる。そして、判定結果に応じて切換手段を制御することにより、当該浄化器に活性酸素を供給することができる。これにより、例えば単一の装置からなる活性酸素発生手段を用いた場合でも、複数の浄化器に対して活性酸素をそれぞれ適切なタイミングで安定的に供給することができ、最小限の活性酸素によって個々の浄化器を円滑に作動させることができる。従って、システム全体の構造を小型化し、かつ簡略化することができ、その車載レイアウトやコストダウンを容易に行うことができる。

第２の発明によれば、ＰＭ処理手段は、例えばＰＭフィルタの上流側の排気圧が基準範囲から外れて上昇するか、またはＰＭフィルタの下流側の排気圧が基準範囲から外れて低下したときに、フィルタによるＰＭの捕集量が適正量以上であると判定することができる。そして、この判定時にのみ、ＰＭフィルタに活性酸素を供給し、ＰＭを効率よく燃焼させることができる。従って、活性酸素の使用量を抑制しつつ、ＰＭの捕集量を常に適正な範囲に保持することができ、ＰＭフィルタを安定的に作動させることができる。

第３の発明によれば、ＮＯｘ触媒の下流において、排気ガス中のＮＯｘ量がＮＯｘ基準判定値以上となったときには、ＮＯｘ触媒の処理能力が不足していると判定することができる。この場合、ＮＯｘ処理手段は、ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給し、その処理能力を向上させることができる。従って、活性酸素の使用量を抑制しつつ、ＮＯｘ触媒の性能を安定的に発揮させることができる。

第４の発明によれば、前記第２及び第３の発明を組合わせることにより、活性酸素の使用量を節約しつつ、ＰＭフィルタとＮＯｘ触媒の両方に活性酸素を安定的に供給することができる。これにより、排気ガス中のＰＭとＮＯｘとを効率よく浄化することができ、排気エミッションを向上させることができる。

第５の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘ量が多くなると、排気エミッションを即座に悪化させることになる。一方、ＰＭフィルタ内のＰＭ捕集量がある程度過大になったとしても、排気エミッションに与える影響は、ＮＯｘの濃度が増大する場合よりも小さいか、または時間的に遅れることが多い。このため、ＮＯｘ処理優先手段は、ＮＯｘ処理手段とＰＭ処理手段の両方で作動条件が成立したときに、ＮＯｘ処理手段の作動を優先させることができる。

これにより、最初の段階では、ＮＯｘ処理手段により排気エミッションへの影響度が高いＮＯｘ量を確実に抑えることができる。次に、ＰＭ処理手段によりＰＭの捕集量を減少させることができる。従って、複数の浄化器において活性酸素の必要なタイミングが重なったとしても、優先度の高い浄化器から順番に活性酸素を的確に供給することができる。また、活性酸素の発生量が限られている場合でも、システム全体で活性酸素を有効に活用することができる。

第６の発明によれば、例えばＮＯｘ処理手段が作動中であるためにＰＭフィルタに活性酸素が供給されず、ＰＭの捕集量が極端に増えた場合には、排気圧が過大となるので好ましくない。このため、高排気圧優先手段は、高排気圧対応手段とＮＯｘ処理手段の両方で作動条件が成立したときに、高排気圧対応手段の作動を優先させることができる。これにより、ＮＯｘ処理手段が作動中でも、高排気圧対応手段により必要に応じてＰＭフィルタに活性酸素を供給することができる。従って、排気圧が極端に大きくなる前に、ＰＭの捕集量を速やかに減少させることができ、排気圧を確実に抑制することができる。

第７の発明によれば、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、排気ガス中のＮＯｘを高次酸化物の形で効率よく吸蔵することができる。これに対し、ＮＯｘ処理手段は、ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給することにより、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を触媒に吸蔵され易い高次酸化物に変化させることができる。従って、ＮＯｘ処理手段によれば、活性酸素の供給量に応じてＮＯｘ触媒の吸蔵能力を高めることができる。

第８の発明によれば、活性酸素としてオゾンを用いることにより、上記第１乃至第７の発明の効果をより顕著に発揮させることができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１及び図６を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンにより構成された内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、燃焼室内に吸入空気を吸込む吸気通路（図示せず）と、燃焼室から排出された排気ガスが流れる排気通路１２とを備えている。そして、内燃機関１０は、吸入空気と燃料とを燃焼室内で燃焼させることにより、排気通路１２から排気ガスを排出する。

また、内燃機関１０は、排気通路１２に設けられたＰＭフィルタとしてのＤＰＦ１４と、ＤＰＦ１４の下流側に配置されたＮＯｘ触媒１６とを備えており、これらは本実施の形態において、２つの浄化器を構成している。ＤＰＦ１４は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter）と呼ばれるもので、例えばコージェライト、シリカ、アルミナ等の多孔質セラミックス材料を用いて形成されている。そして、ＤＰＦ１４は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集して浄化する。なお、本実施の形態では、ＰＭフィルタとしてＤＰＦを例示したが、本発明では、例えば酸化触媒等をＤＰＦと一体化した触媒一体型のＤＰＦを用いる構成としてもよい。

ＮＯｘ触媒１６は、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒（ＮＳＲ: NOx Storage Reduction）である。ＮＯｘ触媒１６の触媒成分は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の表面に、白金Ｐｔ等の貴金属と、ＮＯｘ吸蔵材とが担持された構成となっている。ＮＯｘ吸蔵材としては、例えば、カリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、本明細書において、「吸蔵」という用語には、「保持」、「吸着」、「吸収」等に類似するすべての概念が含まれるものとする。

また、内燃機関１０は、活性酸素発生手段としてのオゾン発生器１８を備えている。オゾン発生器１８は、バッテリ等の電源から電力を供給されることにより、外気等の乾燥した空気を原料としてオゾンを発生させるものである。この場合、オゾン発生器１８としては、高電圧を印加可能な放電管内に、原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、他の任意の形式のものを用いることができる。

オゾン発生器１８は、ＤＰＦ１４の上流側にオゾンを供給する第１の供給口２０と、ＮＯｘ触媒１６の上流側にオゾンを供給する第２の供給口２２とを備えている。これら２つの供給口２０，２２は、切換手段としての分配器２４を介してオゾン発生器１８に並列に接続されている。

分配器２４は、電磁駆動式の三方弁等を内臓しており、オゾンの流路を供給口２０，２２の何れかに切換えることが可能となっている。即ち、分配器２４を図１中の位置Ａに切換えたときには、オゾン発生器１８により発生したオゾンが第１の供給口２０を通じてＤＰＦ１４に供給される。また、分配器２４を位置Ｂに切換えたときには、オゾンが第２の供給口２２を通じてＮＯｘ触媒１６に供給される。

さらに、本実施の形態のシステムは、排気圧センサ２６とＮＯｘセンサ２８とを含むセンサ系統と、内燃機関１０を運転制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０とを備えている。排気圧センサ２６は、ＤＰＦ１４の近傍の上流側に配置された排気圧検出手段であり、この位置で排気圧Ｐを検出する。また、ＮＯｘセンサ２８は、ＮＯｘ触媒１６の下流側に配置されたＮＯｘ検出手段であり、この位置で排気ガス中のＮＯｘ量（本実施の形態では、ＮＯｘ濃度）Ｄを検出する。

一方、上述したセンサ系統には、センサ２６，２８以外にも、内燃機関１０の運転制御に必要な各種のセンサが含まれている。一例を挙げれば、クランク角を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータ、冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ、アクセル操作を検出するアクセル開度センサなどである。また、内燃機関１０は、スロットルバルブ、燃料噴射弁、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータを備えている。そして、ＥＣＵ３０は、センサ系統により検出した運転状態情報に基いて各アクチュエータを駆動し、内燃機関を運転制御する。この運転制御には、オゾン供給制御が含まれている。

［オゾン供給制御］
オゾン供給制御では、ＤＰＦ１４およびＮＯｘ触媒１６の作動状態に応じて両者の何れかにオゾンを供給する。図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ３０により実行されるオゾン供給制御のタイミングチャートである。図２中の上段側は、排気圧センサ２６により検出される排気圧Ｐと、ＤＰＦ１４（浄化器Ａ）に対するオゾンの供給状態とを示している。また、図２中の下段側は、ＮＯｘセンサ２８により検出されるＮＯｘ濃度Ｄと、ＮＯｘ触媒１６（浄化器Ｂ）に対するオゾンの供給状態とを示している。そして、オゾン供給制御は、以下に述べるＰＭ処理制御、ＮＯｘ処理制御および高排気圧対応制御を備えている。

（ＰＭ処理制御）
内燃機関の運転中には、ＤＰＦ１４により排気ガス中のＰＭが捕集され、このＰＭはＤＰＦ１４に徐々に蓄積される。このため、ＰＭの捕集量が増大すると、ＤＰＦ１４の通気抵抗が大きくなり、ＤＰＦ１４の上流側では排気圧が上昇する。そこで、ＰＭ処理制御では、図２中の時刻t2に示すように、排気圧Ｐが所定の基準範囲から外れたときに（本実施の形態では、排気圧ＰがＰＭ基準判定値THA-L以上となったときに）、オゾン発生器１８を作動させ、分配器２４を図１中の位置Ａに切換える。これにより、ＤＰＦ１４にオゾンが供給されると、その内部に捕集されていたＰＭは、排気ガスの高温とオゾンの作用により効率よく燃焼するようになる。

即ち、オゾンの供給中には、オゾンの強力な酸化力によりＰＭの燃焼が促進されるので、ＤＰＦ１４内のＰＭ捕集量は減少し、排気圧Ｐは徐々に低下する。そこで、ＰＭ処理制御では、図２中の時刻t3に示すように、排気圧Ｐが所定のＰＭ停止判定値THA-OFF以下まで低下したときに、ＤＰＦ１４へのオゾン供給を停止する。なお、前述のＰＭ基準判定値THA-Lとは、ＰＭの捕集量が適正である場合の排気圧を、排気圧の基準範囲として定めるための判定値である。排気圧が基準範囲から外れたときには、ＰＭの捕集量が過大であると判断することができる。また、ＰＭ停止判定値THA-OFFとは、ＰＭの捕集量が十分に少ないと判断される排気圧である。これらの判定値は、ＥＣＵ３０に予め記憶されている。

（ＮＯｘ処理制御）
ＮＯｘ触媒１６は、排気ガス中のＮＯｘを取込んで硝酸塩を形成し、この硝酸塩を吸蔵する。吸蔵された硝酸塩は、例えば適切なタイミングで排気ガス中に還元成分を添加することにより、還元浄化することができる。しかし、低温等の条件下において、ＮＯｘ触媒１６は、ＮＯｘのうちＮＯ₂，ＮＯ₃，Ｎ₂Ｏ₅等の高次酸化物を安定的に吸蔵するが、排気ガス中に主として含まれるＮＯ（一酸化窒素）を吸蔵することができない。一方、排気ガス中のＮＯは、オゾンが存在すると、オゾンの酸化力により前述した高次酸化物に変化する。

そこで、ＮＯｘ処理制御では、図２中の時刻t0に示すように、排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｄが所定のＮＯｘ基準判定値THB-L以上となったときに、オゾン発生器１８を作動させ、分配器２４を図１中の位置Ｂに切換える。即ち、この場合には、ＮＯｘ触媒１６の吸蔵能力を超えたＮＯｘが下流側に流出しているので、ＮＯｘ触媒１６の上流側にオゾンを供給する。これにより、排気ガス中のＮＯは、ＮＯｘ触媒１６の内部または上流側でオゾンにより酸化され、ＮＯｘ触媒１６に吸蔵され易い高次酸化物に変化する。

つまり、オゾンの供給中には、ＮＯｘ触媒１６の吸蔵能力が高くなり、その下流側でのＮＯｘ濃度Ｄは徐々に減少する。そこで、ＮＯｘ処理制御では、図２中の時刻t1に示すように、ＮＯｘ濃度Ｄが所定のＮＯｘ停止判定値THB-OFF以下まで低下したときに、ＮＯｘ触媒１６へのオゾン供給を停止する。このように、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒１６によれば、オゾンの供給量に応じて触媒の吸蔵能力を容易に高めることができる。これにより、ＮＯｘ処理制御では、排気ガス中のＮＯｘ濃度を円滑に制御することができる。なお、前述のＮＯｘ基準判定値THB-Lとは、例えば排気エミッション等の制約に基いて不適切と判断されるＮＯｘの濃度であり、ＮＯｘ停止判定値THB-OFFとは、同様の制約に基いて適切と判断されるＮＯｘの濃度である。これらの判定値は、ＥＣＵ３０に予め記憶されている。

（高排気圧対応制御）
前述したＰＭ処理制御の実行条件と比較して、ＤＰＦ１４内のＰＭ捕集量が更に増大し、排気圧Ｐが過大となった場合には、高排気圧対応制御を実行する。この状況が生じ得るのは、後述の制御優先順位に基いてＮＯｘ処理制御が実行されることにより、ＰＭ処理制御の開始が遅れた場合などである。そして、高排気圧対応制御では、図２中の時刻t10に示すように、排気圧Ｐが所定の許容範囲から外れたときに（本実施の形態では、排気圧Ｐが上限判定値THA-U以上となったときに）、分配器２４を切換えることによりＤＰＦ１４にオゾンを供給する。

このオゾン供給は、前述したＰＭ処理制御の場合と同様に、排気圧ＰがＰＭ停止判定値THA-OFF以下となるまで継続される（図２中の時刻t11参照）。ここで、上限判定値THA-Uとは、前述した排気圧の基準範囲よりも広い許容範囲を定めるための判定値である。このため、上限判定値THA-Uは、前述のＰＭ基準判定値THA-Lよりも大きな値に設定されており、ＥＣＵ３０に予め記憶されている。排気圧Ｐが許容範囲から外れた場合には、例えばＤＰＦによるＰＭ捕集量の限界や排気系統の耐久性等と比較して、ＰＭの捕集量が過大となっているので、捕集量を速やかに減少させる必要があると判断される。

（制御の優先順位）
上述した３つの制御の優先順位は、優先順位が高い方から列挙すると、高排気圧対応制御、ＮＯｘ処理制御、ＰＭ処理制御の順番となるように設定されている。以下、その内容について説明する。まず、内燃機関の運転中には、ＰＭ処理制御とＮＯｘ処理制御の両方で制御の開始条件が成立する場合がある。具体例を挙げれば、図２に示すように、時刻ｔ4でＮＯｘ処理制御の開始条件が成立し、時刻ｔ5でＰＭ処理制御の開始条件が成立した場合などである。

この場合、排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなると、排気エミッションを即座に悪化させることになる。一方、ＤＰＦ１４内のＰＭ捕集量がある程度過大になったとしても、排気エミッションに与える影響は、ＮＯｘの濃度が増大する場合よりも小さいか、または時間的に遅れることが多い。そこで、本実施の形態では、ＮＯｘ処理制御の実行をＰＭ処理制御よりも優先させる構成としている。

つまり、図２の具体例では、ＮＯｘ処理制御の実行中に、時刻ｔ5でＰＭ処理制御の開始条件が成立した場合でも、ＰＭ処理制御は開始せず、そのままＮＯｘ処理制御を継続する。そして、時刻ｔ6でＮＯｘ処理制御が終了したときには、遅延時間ｄの分だけ待機状態となっているＰＭ処理制御を開始する。この制御は、時刻ｔ7で終了条件が成立するまで実行される。

しかしながら、ＰＭ処理制御が待機状態となることにより、ＤＰＦ１４内のＰＭ捕集量が極端に増えるのは、排気圧が過大となるので好ましくない。そこで、本実施の形態では、高排気圧対応制御とＮＯｘ処理制御の両方で実行条件が成立したときに、高排気圧対応制御の実行をＮＯｘ処理制御よりも優先させる構成としている。

この優先動作の具体例を挙げれば、まず、図２中の時刻ｔ8では、ＮＯｘ処理制御の開始条件が成立し、時刻ｔ9では、ＮＯｘ処理制御の実行中であるためにＰＭ処理制御が待機状態となっている。この状態で、時刻ｔ10に示すように、排気圧Ｐが更に上昇して上限判定値THA-Uに達した場合には、実行中であったＮＯｘ処理制御が即座に停止（中断）され、高排気圧対応制御が開始される。この場合、中断されたＮＯｘ処理制御は、時刻ｔ11で高排気圧対応制御が終了したときに再開される。

上述したように、本実施の形態では、センサ２６，２８によりＤＰＦ１４とＮＯｘ触媒１６の作動状態を検出することができる。そして、これらの浄化器１４，１６の作動状態に応じてオゾンが必要な浄化器を判定し、当該浄化器に対してオゾンを供給することができる。これにより、単一のオゾン発生器１８を用いた場合でも、複数の浄化器１４，１６に対してオゾンをそれぞれ適切なタイミングで安定的に供給することができる。このため、最小限のオゾンによって個々の浄化器を円滑に作動させることができ、排気ガス中のＰＭとＮＯｘとを効率よく浄化することができる。従って、本実施の形態によれば、システム全体の構造を小型化し、かつ簡略化することができ、その車載レイアウトやコストダウンを容易に行うことができる。

個別の制御について述べると、まず、ＰＭ処理制御では、排気圧ＰがＰＭ基準判定値THA-L以上となったときに、ＰＭの捕集量が適正量以上であると判定することができる。そして、この判定時にのみ、ＤＰＦ１４にオゾンを供給し、ＰＭを効率よく燃焼させることができる。従って、オゾンの使用量を抑制しつつ、ＰＭの捕集量を常に適正な範囲に保持することができ、ＤＰＦ１４を安定的に作動させることができる。

また、ＮＯｘ処理制御では、排気ガス中のＮＯｘ濃度ＤがＮＯｘ基準判定値THB-L以上となったときに、ＮＯｘ触媒１６の処理能力が不足していると判定することができる。そして、この場合には、ＮＯｘ触媒１６にオゾンを供給し、その処理能力を向上させることができる。従って、オゾンの使用量を抑制しつつ、ＮＯｘ触媒１６の性能を安定的に発揮させることができる。

さらに、ＰＭ処理制御とＮＯｘ処理制御の両方で制御の開始条件が成立したときには、ＮＯｘ処理制御を優先させることができる。これにより、最初の段階では、ＮＯｘ処理制御により排気エミッションへの影響度が高いＮＯｘ濃度を確実に抑えることができる。次に、ＰＭ処理制御によりＰＭの捕集量を減少させることができる。従って、複数の浄化器１４，１６においてオゾンの必要なタイミングが重なったとしても、優先度の高い浄化器から順番にオゾンを的確に供給することができる。また、オゾンの発生量が限られている場合でも、システム全体でオゾンを有効に活用することができる。

一方、高排気圧対応制御とＮＯｘ処理制御の両方で制御の開始条件が成立したときには、高排気圧対応制御を優先させることができる。これにより、例えばＮＯｘ処理制御が実行中であるために、オゾンがＮＯｘ触媒１６に供給されている場合でも、高排気圧対応制御により必要に応じてＤＰＦ１４にオゾンを供給することができる。従って、排気圧が極端に大きくなる前に、ＰＭの捕集量を速やかに減少させることができ、排気圧を確実に抑制することができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図３乃至図６を参照しつつ、具体的な制御処理について説明する。まず、図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ３０により実行されるオゾン供給制御のフロチャートである。図３に示すルーチンでは、高排気圧対応制御（ステップ１００）、ＮＯｘ処理制御（ステップ１０２）、ＰＭ処理制御（ステップ１０４）を順次実行する。そして、これらのステップ１００〜１０４は内燃機関の運転中に繰返し実行される。

次に、図４は、図３中のステップ１００で実行される高排気圧対応制御のフロチャートである。このルーチンでは、まず、排気圧センサ２６により排気圧Ｐを検出し（ステップ２００）、検出した排気圧Ｐが前述の上限判定値THA-U以上であるか否かを判定する（ステップ２０２）。この判定が不成立のときには、そのまま何もせずに高排気圧対応制御を終了し、リターンする。

また、ステップ２０２の判定が成立したときには、ＤＰＦ１４（浄化器Ａ）の上流側の排気圧が過大であると判断される。そこで、この場合には、ＤＰＦ１４にオゾンを供給し、ＰＭの燃焼を促進する（ステップ２０４）。また、ＤＰＦ１４に十分な量のオゾンを供給するために、ＮＯｘ触媒１６（浄化器Ｂ）へのオゾン供給を停止する。

そして、ＤＰＦ１４へのオゾン供給を開始した後には、排気圧Ｐを検出しつつ（ステップ２０６）、その検出値が前述のＰＭ停止判定値THA-OFF以下となったか否かを判定する（ステップ２０８）。そして、ステップ２０８の判定が成立した時点で、ＤＰＦ１４へのオゾン供給を停止する（ステップ２１０）。

また、ステップ２０８の判定が不成立のときには、この判定が成立するまでステップ２０６〜２０８のループ処理が行われることになり、オゾンの供給が継続される。即ち、前記制御の優先順位で説明したように、排気圧Ｐが上限判定値THA-U以上となってから停止判定値THA-OFF以下となるまでの期間中は、高排気圧対応制御が最優先で実行され、ＮＯｘ処理制御とＰＭ処理制御の実行（割込）は禁止された状態となる。

次に、図５は、図３中のステップ１０２で実行されるＮＯｘ処理制御のフロチャートである。このルーチンでは、まず、ＮＯｘセンサ２８により排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｄを検出し（ステップ３００）、検出したＮＯｘ濃度Ｄが前述のＮＯｘ基準判定値THB-L以上であるか否かを判定する（ステップ３０２）。この判定が不成立のときには、そのまま何もせずにＮＯｘ処理制御を終了し、リターンする。

また、ステップ３０２の判定が成立したときには、ＮＯｘ触媒１６から流出するＮＯｘの濃度が過大であると判断される。そこで、この場合には、ＮＯｘ触媒１６にオゾンを供給し、そのＮＯｘ吸蔵能力を向上させる（ステップ３０４）。また、ＮＯｘ触媒１６に十分な量のオゾンを供給するために、ＤＰＦ１４へのオゾン供給を停止する。

そして、ＮＯｘ触媒１６へのオゾン供給を開始した後には、前述した高排気圧対応制御のルーチンを実行する（ステップ３０６）。また、ＮＯｘ濃度Ｄを検出しつつ（ステップ３０８）、その検出値がＮＯｘ停止判定値THB-OFF以下となったか否かを判定する（ステップ３１０）。そして、ステップ３１０の判定が成立した時点で、ＮＯｘ触媒１６へのオゾン供給を停止する（ステップ３１２）。

一方、ステップ３１０の判定が不成立のときには、この判定が成立するまでステップ３０６〜３１０のループ処理が行われることになり、オゾンの供給が継続される。即ち、ＮＯｘ濃度Ｄが基準判定値THB-L以上となってから停止判定値THB-OFF以下となるまでの期間は、ＮＯｘがＰＭ処理制御よりも優先的に実行される。しかし、この期間中にステップ３０６で高排気圧対応制御の開始条件が成立した場合には、ＮＯｘ処理制御が中断され、高排気圧対応制御が優先的に実行される。

次に、図６は、図３中のステップ１０４で実行されるＰＭ処理制御のフロチャートである。このルーチンでは、まず、排気圧Ｐを検出し（ステップ４００）、排気圧Ｐが前述のＰＭ基準判定値THA-L以上であるか否かを判定する（ステップ４０２）。この判定が不成立のときには、そのまま何もせずにＰＭ処理制御を終了し、リターンする。

また、ステップ４０２の判定が成立したときには、ＤＰＦ１４にある程度以上のＰＭが溜まっていると判断される。そこで、この場合には、ＤＰＦ１４にオゾンを供給し、ＰＭの燃焼を促進する（ステップ４０４）。そして、オゾンの供給を開始した後には、高排気圧対応制御とＮＯｘ処理制御のルーチンを実行する（ステップ４０６，４０８）。また、排気圧Ｐを検出しつつ（ステップ４１０）、その検出値がＰＭ停止判定値THA-OFF以下となったか否かを判定する（ステップ４１２）。そして、ステップ４１２の判定が成立した時点で、ＤＰＦ１４へのオゾン供給を停止する（ステップ４１４）。

一方、ステップ４１２の判定が不成立のときには、この判定が成立するまでステップ４０６〜４１２のループ処理が行われることになり、オゾンの供給が継続される。従って、排気圧Ｐが基準判定値THA-L以上となってから停止判定値THA-OFF以下となるまでの期間中は、高排気圧対応制御とＮＯｘ処理制御の開始条件が成立しない限り、ＰＭ処理制御が実行される。また、前記ループ処理中にステップ４０６，４０８の何れかで制御の開始条件が成立した場合には、当該制御が優先的に実行され、ＰＭ処理制御は中断状態となる。

このように、図３乃至図６に例示したルーチンによれば、高排気圧対応制御、ＮＯｘ処理制御およびＰＭ処理制御を、所定の優先順位に従って適切なタイミングで実行することができる。

なお、前記実施の形態１では、図３中のステップ１００〜１０４が供給制御手段の具体例を示している。そして、これらのうち、ステップ１００は高排気圧対応手段の具体例を示し、ステップ１０２はＮＯｘ処理手段の具体例を示している。また、ステップ１０４はＰＭ処理手段の具体例を示している。さらに、図５中のステップ３０６および図６中のステップ４０６は高排気圧優先手段の具体例を示し、ステップ４０８はＮＯｘ処理優先手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、複数の浄化器として、ＤＰＦ１４と吸蔵還元型のＮＯｘ触媒１６とからなる２つの浄化器を用いる構成とした。しかし、本発明のシステムはこれに限らず、例えば３つ以上の浄化器を搭載する構成としてもよい。また、実施の形態では、複数の浄化器を直列に接続する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、複数の浄化器を並列に接続したり、直列と並列を混在させて接続する構成としてもよい。

さらに、本発明は、浄化器の種類についても、ＤＰＦと吸蔵還元型のＮＯｘ触媒に限定するものではない。即ち、本発明の浄化器は、例えば三元触媒等を含む各種の触媒や、ＣＯ吸着材、ＨＣ吸着材、ＮＯｘ吸着材等の吸着材により構成してもよい。

一方、実施の形態では、ＤＰＦ１４と吸蔵還元型のＮＯｘ触媒１６の何れか一方のみにオゾンを供給する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば複数の浄化器の一部または全部を供給対象として選択し、これらの供給対象に対してオゾンを所望の比率で分配する構成としてもよい。つまり、実施の形態１では、ＤＰＦ１４とＮＯｘ触媒１６の両方でオゾンが必要な場合に、両者のオゾン必要度等に応じて、例えばＤＰＦにオゾンを２０％分だけ供給し、残り８０％のオゾンをＮＯｘ触媒に供給する構成としてもよい。

また、実施の形態では、２つの浄化器のうち、ＤＰＦ１４の作動状態（排気圧Ｐ）を排気圧センサ２６により検出し、ＮＯｘ触媒１６の作動状態（ＮＯｘ濃度Ｄ）をＮＯｘセンサ２８により検出する構成とした。しかし、本発明は、必ずしも全ての浄化器の作動状態を検出する必要はない。より詳しく述べると、本発明は、複数の浄化器のうち少なくとも１部の浄化器の作動状態を検出し、当該検出結果に応じて活性酸素の供給先を制御すればよいものである。このため、一部の浄化器については、当該浄化器の作動状態に関係なく、活性酸素の供給状態が制御される構成としてもよい。

また、実施の形態では、ＤＰＦ１４により捕集したＰＭの捕集量に対応するパラメータとして、排気圧センサ２６によりＤＰＦ１４の上流側で圧力を検出するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばＤＰＦの下流側に他の触媒、フィルタ等が存在する場合には、ＤＰＦの下流側で排気圧を検出する構成としてもよい。この場合、排気圧は、ＰＭの捕集量が増えるにつれて減少する。このため、ＰＭ処理制御の開始条件は、「排気圧Ｐが所定の判定値以下となったとき」として設定すればよい。また、本発明は、ＤＰＦの上流側と下流側の圧力差を検出し、この圧力差が所定の判定値以上となったときに、ＰＭ処理制御を実施する構成としてもよい。

また、実施の形態では、排気ガス中に添加する活性酸素として、オゾンを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素（例えば、Ｏ^-，Ｏ^2-，Ｏ₂ ^-，Ｏ₃ ^-，Ｏ_n ^-等で表される酸素マイナスイオン）を排気ガス中に添加するようにしてもよい。

さらに、実施の形態では、ディーゼルエンジンからなる内燃機関１０に適用する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばガソリンエンジン等を含めて各種の内燃機関に広く適用し得るものである。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるオゾン供給制御のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるオゾン供給制御のフロチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される高排気圧対応制御のフロチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるＮＯｘ処理制御のフロチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるＰＭ処理制御のフロチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 排気通路
１４ ＤＰＦ（浄化器）
１６ ＮＯｘ触媒（浄化器）
１８ オゾン発生器（活性酸素発生手段）
２０，２２ 供給口
２４ 分配器（切換手段）
２６ 排気圧センサ（排気圧検出手段）
２８ ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ検出手段）
３０ ＥＣＵ
THA-U 上限判定値
THA-L ＰＭ基準判定値
THA-OFF ＰＭ停止判定値
THB-L ＮＯｘ基準判定値
THB-OFF ＮＯｘ停止判定値

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中の未浄化成分をそれぞれ浄化する複数の浄化器と、
   前記各浄化器に供給するための活性酸素を発生する活性酸素発生手段と、
   前記活性酸素の供給先を前記各浄化器の何れかに切換える切換手段と、
   前記切換手段を駆動することにより、少なくとも一部の浄化器の作動状態に応じて前記各浄化器の何れかに活性酸素を供給する供給制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中の粒子状物質を浄化するＰＭフィルタと、
   前記ＰＭフィルタの近傍で排気圧を検出する排気圧検出手段と、を備え、
   前記供給制御手段は、前記排気圧が基準範囲から外れたときに、前記ＰＭフィルタに活性酸素を供給するＰＭ処理手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と、
   前記ＮＯｘ触媒の下流で排気ガス中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、を備え、
   前記供給制御手段は、前記ＮＯｘ量がＮＯｘ基準判定値以上となったときに、前記ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給するＮＯｘ処理手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中の粒子状物質を浄化するＰＭフィルタと、
   前記各浄化器の一つを構成し、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と、
   前記ＰＭフィルタの近傍で排気圧を検出する排気圧検出手段と、
   前記ＮＯｘ触媒の下流で排気ガス中のＮＯｘ量を検出するＮＯｘ検出手段と、を備え、
   前記供給制御手段は、
   前記排気圧が基準範囲から外れたときに、前記ＰＭフィルタに活性酸素を供給するＰＭ処理手段と、
   前記ＮＯｘ量がＮＯｘ基準判定値以上となったときに、前記ＮＯｘ触媒に活性酸素を供給するＮＯｘ処理手段と、
   を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記供給制御手段は、前記ＮＯｘ処理手段と前記ＰＭ処理手段の両方で作動条件が成立したときに、前記ＮＯｘ処理手段の作動を前記ＰＭ処理手段よりも優先させるＮＯｘ処理優先手段を備えてなる請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記供給制御手段は、
   前記排気圧が前記基準範囲よりも広い許容範囲から外れたときに、前記ＰＭフィルタに活性酸素を供給する高排気圧対応手段と、
   前記高排気圧対応手段と前記ＮＯｘ処理手段の両方で作動条件が成立したときに、前記高排気圧対応手段の作動を前記ＮＯｘ処理手段よりも優先させる高排気圧優先手段と、
   を備えてなる請求項４または５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを吸蔵して還元する吸蔵還元型のＮＯｘ触媒である請求項３乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記活性酸素発生手段は、前記活性酸素としてオゾンを発生する構成としてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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