JP2010090712A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、少ない活性酸素使用量で優れた排気浄化性能を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１０の排気通路１５に配置され、排気ガスを浄化するＤＰＦ２１（排気浄化器）と、ＤＰＦ２１にオゾンを供給するオゾン供給装置３４と、ＤＰＦ２１へオゾンを供給する必要性を判定する活性酸素要求判定手段と、ＤＰＦ２１の温度を取得する温度取得手段と、ＤＰＦ２１へのオゾンの供給が必要であると判定され、且つ、ＤＰＦ２１の温度が所定温度より高い場合に、ＤＰＦ２１を冷却する冷却手段と、冷却手段によりＤＰＦ２１が冷却された後に、オゾン供給装置３４によるＤＰＦ２１へのオゾンの供給を許可する供給制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気浄化器の浄化率を向上するために、排気通路内にオゾン等の活性酸素を供給する技術が知られている。例えば、特開２００５−１０５９２５号公報の段落００７２〜００７９および図１２には、オゾン発生装置と、発生したオゾンを排気管の途中に注入するオゾン注入ノズルとを備えた排気ガス処理装置が開示されている。この公報の段落００７５には、オゾン注入ノズルの位置での排気ガス温度が４００℃以下となるように、オゾン注入ノズルまでの排気管長さを決めるとよい、と記載されている。

特開２００５−１０５９２５号公報 特開２００７−１７７６６９号公報 特開２００５−２３３１６１号公報

オゾンは、温度が高くなるにつれて自己分解し易くなる。上記従来の技術では、オゾン注入ノズルの位置での排気ガス温度が４００℃以下となるように排気管長さを決めると記されているが、排気管長さを長くしたとしても、内燃機関が高負荷運転された場合には、オゾン注入ノズルの位置での温度は４００℃以上になる。４００℃でのオゾン分解率は、１００％近い。すなわち、上記従来の技術では、内燃機関の運転状態によっては、注入したオゾンの多くが分解してしまう。このため、オゾンを大量に注入しなければならないので、オゾン生成装置の大型化が必要となるとともに、オゾン生成のための消費電力も増大する。その結果、燃費の悪化を招来する。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、少ない活性酸素使用量で優れた排気浄化性能が得られ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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気浄化器と、
前記排気浄化器に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
前記排気浄化器へ活性酸素を供給する必要性を判定する活性酸素要求判定手段と、
前記排気浄化器の温度を取得する温度取得手段と、
前記排気浄化器への活性酸素の供給が必要であると判定され、且つ、前記排気浄化器の温度が所定温度より高い場合に、前記排気浄化器を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段により前記排気浄化器が冷却された後に、前記活性酸素供給装置による前記排気浄化器への活性酸素の供給を許可する供給制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記冷却手段は、前記内燃機関を燃料カット状態で外力により空転させることにより前記排気通路に空気を送り込み、その空気によって前記排気浄化器を冷却することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関と電動機とを含むハイブリッドシステムを備え、
前記冷却手段は、前記内燃機関が停止しているときに前記電動機によって前記内燃機関を空転させ、前記排気通路に空気を送り込むことにより、前記排気浄化器を冷却することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記冷却手段は、車両の減速時に前記車両の運動エネルギーによって前記内燃機関を燃料カット状態で空転させることにより前記排気通路に空気を送り込み、その空気によって前記排気浄化器を冷却することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素供給装置は、エアーポンプと、前記エアーポンプにより送出される空気を原料として活性酸素を生成する活性酸素生成装置と、前記活性酸素生成装置を出たガスを前記排気浄化器に供給するノズルとを有し、
前記冷却手段は、前記活性酸素生成装置を作動させずに前記エアーポンプを作動させ、前記排気浄化器に空気を送り込むことにより、前記排気浄化器を冷却することを特徴とする。

第１の発明によれば、排気浄化器へ活性酸素を供給する際に、排気浄化器の温度が所定温度より高い場合には、排気浄化器を冷却し、排気浄化器の温度を下げた後に、活性酸素を供給することができる。これにより、供給した活性酸素が熱によって自己分解して無駄になってしまうことを確実に抑制することができ、活性酸素を高効率に活用することができる。すなわち、比較的少量の活性酸素で確実に浄化性能を高めることができる。よって、活性酸素供給装置を小型化することができる。また、活性酸素の生成に消費される電力を低減することができるので、燃費改善に寄与する。

第２の発明によれば、内燃機関を燃料カット状態で外力により空転させることにより排気通路に空気を送り込み、その空気によって排気浄化器を冷却することができる。すなわち、内燃機関をエアーポンプとして機能させ、排気浄化器に空気を流通させることにより、排気浄化器を冷却することができる。このため、排気浄化器を冷却するための特別な機構を設ける必要はない。よって、重量の増大や製造コストの増大を防止することができる。

第３の発明によれば、内燃機関が停止しているときに、ハイブリッドシステムの電動機によって内燃機関を空転させ、排気通路に空気を送り込むことにより、排気浄化器を冷却することができる。すなわち、内燃機関をエアーポンプとして機能させ、排気浄化器に空気を流通させることにより、排気浄化器を冷却することができる。このため、排気浄化器を冷却するための特別な機構を設ける必要はない。よって、重量の増大や製造コストの増大を防止することができる。

第４の発明によれば、車両の減速時に車両の運動エネルギーによって内燃機関を燃料カット状態で空転させることにより排気通路に空気を送り込み、その空気によって排気浄化器を冷却することができる。すなわち、内燃機関をエアーポンプとして機能させ、排気浄化器に空気を流通させることにより、排気浄化器を冷却することができる。このため、排気浄化器を冷却するための特別な機構を設ける必要はない。よって、重量の増大や製造コストの増大を防止することができる。また、電力を消費せずに排気浄化器を冷却することができる。

第５の発明によれば、活性酸素供給装置が備えるエアーポンプによって排気浄化器に空気を送り込むことにより、排気浄化器を冷却することができる。このため、排気浄化器を冷却するための特別な機構を設ける必要はない。よって、重量の増大や製造コストの増大を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
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図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。図示の内燃機関１０は、直列４気筒の圧縮着火式内燃機関であるが、本発明では、内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。また、本発明は、火花点火式の内燃機関にも適用可能である。なお、図１においては、便宜上、内燃機関１０の大きさに対し、排気通路の大きさを誇張して描いている。

本実施形態の内燃機関１０は、ターボチャージャ１９を備えている。ターボチャージャ１９のコンプレッサにより圧縮された吸入空気は、吸気マニホールド１１を介して各気筒に流入する。ターボチャージャ１９のコンプレッサと、吸気マニホールド１１との間には、スロットル弁１３が設置されている。

内燃機関１０の各気筒には、それぞれ、燃料を筒内に直接に噴射する燃料インジェクタ１４が設けられている。各燃料インジェクタ１４には、コモンレール１８に蓄えられた高圧の燃料が供給される。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ１７により加圧され、コモンレール１８に供給される。

内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１２を通って、ターボチャージャ１９のタービンに流入する。ターボチャージャ１９のタービンを通過した排気ガスは、排気通路１５を流れる。排気通路１５には、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)２１が設置されている。このＤＰＦ２１は、排気ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter)を捕集する機能を有するフィルターである。

本実施形態のＤＰＦ２１は、ウォールフロータイプのものである。すなわち、このＤＰＦ２１は、例えばコージェライト等の多孔質セラミックからなるハニカム構造体である。このハニカム構造体では、上流端が封止されたセルと下流端が封止されたセルとが交互に配列されている。排気ガスは、まず、下流端が封止されたセルに流入する。そして、それらのセルの壁に形成された多数の微細孔を通過して、隣接したセル（つまり上流端が封止されたセル）に移動した後、ＤＰＦ２１の下流へ出てゆく。このようなＤＰＦ２１では、排気ガスが各セルの壁を透過する際に、上記微細孔に粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称する）が捕集される。

ＤＰＦ２１の上流側には、オゾン供給ノズル２２が設置されている。オゾン供給ノズル２２には、オゾンを噴射する複数の噴孔が設けられている。図示の構成では、オゾン供給ノズル２２は、ＤＰＦ２１を収容するケーシング２３の内部であって、ＤＰＦ２１の前方側（上流側）に配置されている。

オゾン供給ノズル２２には、オゾン供給通路２４を介して、オゾン生成器２５が接続されている。オゾン生成器２５は、高電圧を印加可能な放電管を備えている。このオゾン生成器２５は、電源２６により駆動される。オゾン生成器２５には、エアーポンプ２７が接続されている。エアー取入れ口２８から取り入れられた空気（外気）は、エアーポンプ２７により、オゾン生成器２５に送り込まれる。オゾン生成器２５内では、高圧放電により、空気中の酸素からオゾン（Ｏ₃）が生成される。生成したオゾンは、オゾン供給通路２４を通ってオゾン供給ノズル２２に送られ、オゾン供給ノズル２２によってＤＰＦ２１の上流側に噴射される。オゾン供給通路２４の途中には、逆止弁２９が設置されている。本実施形態では、以上のような構成により、オゾン供給装置３４が実現されている。

本実施形態のシステムは、ＤＰＦ２１の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧ΔＰを検出する差圧センサ３０を備えている。ＤＰＦ２１のＰＭの蓄積量が増加するほど、ＤＰＦ２１の圧力損失が増大するので、差圧ΔＰが大きくなる。つまり、ＰＭの蓄積量と差圧ΔＰとは、相関する。よって、差圧ΔＰに基づいて、ＰＭの蓄積量（蓄積度合い）を判定することができる。

また、本実施形態のシステムは、ＤＰＦ２１の入口における排気ガス温度を検出する温度センサ３１と、ＤＰＦ２１の出口における排気ガス温度を検出する温度センサ３２とを更に備えている。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、前述した燃料インジェクタ１４、オゾン生成器２５、電源２６、エアーポンプ２７、差圧センサ３０、温度センサ３１，３２や、クランク角センサ４６、エアフローメータ４７、アクセルポジションセンサ４８等の各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。

図２は、本実施形態のハイブリッド車両５２を模式的に示す図である。ハイブリッド車両５２は、上述した内燃機関１０と、モータ（電動機）５６とを含むハイブリッドシステムを搭載している。図２に示すように、ハイブリッドシステムは、内燃機関１０と、動力分割機構５４と、モータ５６と、発電機５８と、減速機６０と、バッテリ６２と、インバータ６４とを有している。

動力分割機構５４は、例えば遊星歯車で構成されている。この動力分割機構５４には、内燃機関１０のクランクシャフトと、モータ５６および減速機６０と、発電機５８とがそれぞれ接続されている。減速機６０には、ドライブシャフト６６を介して、駆動輪６８が接続されている。動力分割機構５４は、内燃機関１０の動力を二分して、発電機５８とドライブシャフト６６とに伝達することができる。また、動力分割機構５４は、内燃機関１０の動力とモータ５６の動力とを統合して、ドライブシャフト６６に伝達することもできる。また、内燃機関１０の停止時には、動力分割機構５４は、モータ５６の動力のみでドライブシャフト６６を駆動することができる。

モータ５６および発電機５８は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されている。ハイブリッド車両５２では、発電機５８で発電された電力を、インバータ６４を介して、バッテリ６２に充電することができる。また、バッテリ６２に蓄えられた電気エネルギーにより、インバータ６４を介して、モータ５６を駆動することができる。

このようなハイブリッドシステムの作動は、前述したＥＣＵ５０により制御される。そして、本実施形態のハイブリッド車両５２は、内燃機関１０を停止し、モータ５６の動力のみで走行すること、すなわちＥＶ走行を行うことができるものとする。

ＤＰＦ２１にＰＭが蓄積していくと、ＤＰＦ２１の通気抵抗が増大し、内燃機関１０の背圧が上昇する。このため、ＤＰＦ２１のＰＭ蓄積量が所定の基準値を超えた場合には、蓄積したＰＭを酸化（燃焼）させて除去する処理（以下、「ＤＰＦ再生」とも呼ぶ）が必要となる。ＤＰＦ２１に蓄積したＰＭを排気ガス中の酸素によって酸化させるためには、ＤＰＦ２１の温度を例えば６００℃以上の高温にする必要がある。ＤＰＦ２１の温度をこのような高温にするには、排気系燃料添加やポスト噴射などにより、排気ガス中に燃料を添加する必要がある。このため、燃費の悪化につながる。

これに対し、本実施形態では、ＤＰＦ再生を行う際、オゾン供給装置３４によりオゾンをＤＰＦ２１に供給し、オゾンによってＰＭを酸化させる。オゾンは、強い酸化力を有している。このため、本実施形態によれば、ＤＰＦ２１を高温にすることなく、ＰＭを確実に酸化させて除去することができる。この点に関し、図３を参照して更に説明する。

図３は、オゾンを用いてＰＭを酸化させる場合と、ＮＯ₂を用いてＰＭを酸化させる場合と、固体触媒（白金、パラジウム等）を用いてＰＭを酸化させる場合との３つの場合について、入りガス温度とＰＭ酸化量との関係を示す図である。図３から分かるとおり、２００℃以下の低温領域においては、ＮＯ₂ではＰＭをほとんど酸化させることができず、固体触媒ではＰＭを全く酸化させることができない。これに対し、オゾンによれば、２００℃以下の低温領域においてもＰＭを高い効率で酸化させることができ、更には１００℃以下の特に低温な領域においても十分にＰＭを酸化させることができる。このため、本実施形態によれば、排気ガス中に燃料を添加することなしにＤＰＦ再生を行うことができ、燃費の低減が図れる。

一方、オゾンは、温度が高くなるにつれて、自己分解し易くなる。図４は、入りガス温度と、オゾンの分解率との関係を示す図である。図４に示すように、オゾン分解率は、温度が高くなるほど大きくなり、４００℃ではオゾン分解率がほぼ１００％に達する。内燃機関１０が高負荷運転すると、排気温度が高くなるので、ＤＰＦ２１は高温となる。そして、ＤＰＦ２１や排気系は大きな熱容量を有しているので、内燃機関１０が停止した後も、ＤＰＦ２１の高温状態が続く場合もある。そのようにＤＰＦ２１の温度が高い状態でオゾンを供給すると、多くのオゾンが分解してしまい、オゾンによるＰＭ酸化効率が低下してしまう。このため、ＤＰＦ２１が高温であると、ＰＭを十分に酸化させるにはオゾンを大量に供給する必要がある。しかしながら、大量のオゾンを供給するには、オゾン供給装置３４の大型化が必要となり、重量が増加するとともに、搭載スペースの確保が困難となる。また、大量のオゾンを生成させるためには、大量の電気エネルギーが必要となるので、電力消費が増大し、燃費の悪化につながるという問題がある。

そこで、本実施形態では、ＤＰＦ再生を行うためにオゾンの供給を実行しようとする際に、ＤＰＦ２１の温度が、オゾンの分解を抑制できる上限温度（例えば２００℃）より高い場合には、ＤＰＦ２１の冷却を行うこととした。そして、ＤＰＦ２１の温度が、上記上限温度より低くなった後に、オゾンの供給を実行することとした。これにより、オゾン供給装置３４によって供給されたオゾンが自己分解して無駄に消費されてしまうことを確実に抑制し、供給されたオゾンをＰＭ酸化のために効率良く利用することができる。

また、本実施形態では、ＤＰＦ２１を冷却する場合には、内燃機関１０の停止時（ハイブリッド車両５２の停車時またはＥＶ走行時）に、モータ５６によって内燃機関１０を駆動して空転させる制御を行う。このような制御によれば、空転する内燃機関１０によって吸入された空気がそのまま排気通路１５に排出される。その空気がＤＰＦ２１を流通し、ＤＰＦ２１の温度を迅速に低下させることができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンによれば、まず、ＤＰＦ２１の上流側と下流側との差圧ΔＰが差圧センサ３０により検出される（ステップ１００）。続いて、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが検出される（ステップ１０２）。

上記ステップ１０２において、本実施形態では、温度センサ３１，３２で検出されるＤＰＦ２１の上流側および下流側の排気ガス温度に基づいて、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが算出される。なお、ＤＰＦ２１の床温の取得方法は、これに限定されるものではない。例えば、ＤＰＦ２１の床温を直接に検出する温度センサを設け、その温度センサによって床温を求めたり、内燃機関１０の運転状態履歴に基づいてＤＰＦ２１の床温を推定したりするようにしてもよい。

上記ステップ１０２に続いて、ＤＰＦ再生が必要であるかどうかかが判断される（ステップ１０４）。この判断は、上記ステップ１００で検出された差圧ΔＰに基づいてなされる。差圧ΔＰが所定の判定値以下である場合には、まだＤＰＦ再生は必要でないと判定される。この場合には、本ルーチンの処理がそのまま終了される。これに対し、差圧ΔＰが上記判定値を超える場合には、ＤＰＦ再生が必要であると判定される。

上記ステップ１０４でＤＰＦ再生が必要であると判定された場合には、次に、内燃機関１０が停止中であるかどうかが判別される（ステップ１０６）。本実施形態では、内燃機関１０が停止しているとき、すなわちハイブリッド車両５２が停車またはＥＶ走行しているときに、ＤＰＦ再生を実行する。従って、上記ステップ１０６で、内燃機関１０が停止していないと判定された場合には、ＤＰＦ再生を行わず、本ルーチンの処理がそのまま終了される。

一方、上記ステップ１０６で、内燃機関１０が停止していると判定された場合には、次に、上記ステップ１０２で算出されたＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが、所定温度（例えば２００℃）を超えているか否かが判別される（ステップ１０８）。ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfがこの所定温度以下である場合には、ＤＰＦ２１にオゾンを供給したとき、熱によるオゾンの自己分解は生じにくく、オゾンをＰＭ酸化に有効に利用できると判断できる。そこで、この場合には、オゾン供給装置３４により、ＤＰＦ２１にオゾンが供給され、ＤＰＦ再生が実行される（ステップ１１６）。

これに対し、上記ステップ１０８で、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度を超えている場合には、今の状態でＤＰＦ２１にオゾンを供給しても、その多くが熱により自己分解し、無駄になってしまうと判断できる。そこで、この場合には、オゾンの供給に先立って、ＤＰＦ２１を冷却する処理が実行される（ステップ１１０）。このステップ１１０では、停止している内燃機関１０をモータ５６により強制的に駆動して空転させる。このとき、内燃機関１０の燃料噴射は停止したままとし、スロットル弁１３は開いた状態に制御される。これにより、内燃機関１０が吸入した空気がそのまま排気通路１５へ送り込まれ、その空気がＤＰＦ２１に流通し、ＤＰＦ２１を迅速に冷却することができる。

なお、上記ステップ１１０において、ハイブリッド車両５２が停車している場合には、図２中の矢印で示すように、モータ５６の動力が内燃機関１０のクランクシャフトに伝達され、内燃機関１０が空転する。一方、ハイブリッド車両５２がＥＶ走行している場合には、図６中の矢印で示すように、モータ５６の動力が駆動輪６８と内燃機関１０のクランクシャフトとの双方に伝達され、内燃機関１０が空転する。この場合には、モータ５６の出力は、ＥＶ走行に必要な出力と、内燃機関１０を空転させるために必要な出力との合計となるように制御される。

上記ステップ１１０の処理によりＤＰＦ２１の冷却が行われた場合には、次に、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度未満にまで低下したかどうかが確認される（ステップ１１２）。そして、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfがまだ上記所定温度未満まで低下していないと判定された場合には、ＤＰＦ２１の冷却が続行される。一方、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度未満まで低下したと判定された場合には、モータ５６による内燃機関１０の強制駆動が停止され、ＤＰＦ２１の冷却が終了される（ステップ１１４）。ＤＰＦ２１の冷却が終了した後、オゾン供給装置３４によってＤＰＦ２１にオゾンが供給され、ＤＰＦ再生が実行される（ステップ１１６）。

上記ステップ１１６によりＤＰＦ再生が開始された場合には、次に、ＤＰＦ２１に蓄積したＰＭを除去するために必要な所定量のオゾンの供給が完了したかどうかが判別される（ステップ１１８）。所定量のオゾンの供給が完了したと判定された場合には、本ルーチンの処理が終了される。

以上説明したように、本ルーチンの処理によれば、オゾンによってＤＰＦ再生を行う際に、ＤＰＦ２１の温度が、オゾンの自己分解を抑制できる上限温度より高い場合には、ＤＰＦ２１を冷却した後に、オゾンを供給することができる。このため、オゾンが熱によって自己分解して無駄になってしまうことを確実に抑制することができ、オゾンをＰＭ酸化のために有効に活用することができる。すなわち、比較的少量のオゾンで効率良くＤＰＦ再生を行うことができる。よって、オゾン供給装置３４を小型化することができる。また、オゾンの生成に消費される電力を低減することができるので、内燃機関１０（ハイブリッド車両５２）の燃費を十分に改善することができる。

更に、本実施形態では、内燃機関１０をモータ５６によって駆動することでＤＰＦ２１を冷却することができるので、ＤＰＦ２１を冷却するための特別な機構を設ける必要はない。このため、重量の増大や製造コストの増大を防止することができる。

なお、本発明において、ＤＰＦ２１を冷却する方法は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、内燃機関１０の停止中に、オゾン生成器２５の電源２６をオフにした状態でエアーポンプ２７を作動させることによってＤＰＦ２１を冷却してもよい。この方法によれば、エアーポンプ２７から送り込まれる空気をオゾン供給ノズル２２から噴射することができ、その空気がＤＰＦ２１に流通することによって、ＤＰＦ２１を迅速に冷却することができる。

また、本発明では、ＤＰＦ２１を冷却する方法は、空気による冷却に限定されるものではない。すなわち、ＤＰＦ２１の周囲に、エンジン冷却水あるいはその他の冷媒を流すことのできる通路を設け、必要時にその通路にエンジン冷却水または冷媒を流すことによって、ＤＰＦ２１を冷却するようにしてもよい。

また、本実施形態では、ＤＰＦ２１に蓄積したＰＭを酸化させるためにオゾンを供給する場合について説明したが、本発明は、排気浄化触媒の浄化率を向上する目的でオゾンを供給するシステムにも適用可能である。すなわち、本発明では、排気浄化触媒にオゾンを供給しようとする際に、排気浄化触媒の温度が所定温度より高い場合に、排気浄化触媒を冷却してからオゾンを供給するようにしてもよい

また、本実施形態のオゾン供給装置３４では、オゾン生成器２５により生成されたオゾンをそのまま排気通路１５内に供給するように構成されているが、本発明では、オゾンを予め生成、貯留しておき、その貯留されたオゾンを必要時に排気通路１５内に供給するようにしてもよい。

また、本実施形態では、活性酸素（または過酸化物）としてオゾンを排気ガス中に添加しているが、本発明では、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。

上述した実施の形態１においては、ＤＰＦ２１が前記第１の発明における「排気浄化器」に、オゾン供給装置３４が前記第１および第５の発明における「活性酸素供給装置」に、オゾン生成器２５が前記第５の発明における「活性酸素生成装置」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「活性酸素要求判定手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「温度取得手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１、第２および第４の発明における「冷却手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「供給制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１と同様である。本実施形態は、前述した図５に示すルーチンに代えて、後述する図７に示すルーチンをＥＣＵ５０に実行させることにより、実現することができる。

前述したように、実施の形態１では、ＤＰＦ再生を行う際にＤＰＦ２１を冷却する必要のある場合には、モータ５６によって内燃機関１０を燃料カット状態で空転させることにより、ＤＰＦ２１に空気を送り込むようにしている。これに対し、本実施形態では、ハイブリッド車両５２の減速時（制動時）にＤＰＦ再生を行うに際してＤＰＦ２１を冷却する必要のある場合には、次のような制御を行うこととした。

ハイブリッド車両５２の減速時には、通常、ハイブリッド車両５２の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリ６２に回収することが行われる。すなわち、ハイブリッド車両５２の運動エネルギーによって発電機５８を駆動し、発電された電力をインバータ６４を介してバッテリ６２に充電している。

一方、本実施形態では、ハイブリッド車両５２の減速時にＤＰＦ２１を冷却する必要のある場合には、ハイブリッド車両５２の運動エネルギーの一部を内燃機関１０に供給することによって内燃機関１０を燃料カット状態で空転させることとした。図８は、このときの運動エネルギー（動力）の流れを示す図である。図８に示すように、本実施形態では、ハイブリッド車両５２の減速時にＤＰＦ２１を冷却する必要のある場合には、ドライブシャフト６６側から動力分割機構５４を介して内燃機関１０および発電機５８をそれぞれ回転させる。これにより、ハイブリッド車両５２の運動エネルギーの一部は、内燃機関１０を空転させてＤＰＦ２１を冷却することに使われ、残りの運動エネルギーは電力に変換してバッテリ６２に回収される。このような制御によれば、電力を消費することなくＤＰＦ２１を冷却することができるので、燃費を更に改善することができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンによれば、まず、ＤＰＦ２１の上流側と下流側との差圧ΔＰが差圧センサ３０により検出される（ステップ２００）。続いて、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが検出される（ステップ２０２）。

上記ステップ２０２の処理に続いて、ＤＰＦ再生が必要であるかどうかかが、上記ステップ２００で検出された差圧ΔＰに基づいて判別される（ステップ２０４）。その結果、ＤＰＦ再生が必要でないと判定された場合には、本ルーチンの処理がそのまま終了される。

一方、上記ステップ２０４でＤＰＦ再生が必要であると判定された場合には、次に、上記ステップ２０２で算出されたＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが所定温度（例えば２００℃）を超えているか否かが判別される（ステップ２０６）。

上記ステップ２０６で、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度を超えていない、つまり床温Ｔ_dpfが上記所定温度以下であった場合には、ＤＰＦ２１にオゾンを供給したとき、熱によるオゾンの自己分解は生じにくく、オゾンをＰＭ酸化に有効に利用できると判断できる。すなわち、この場合には、ＤＰＦ２１の冷却を行う必要はない。そこで、この場合には、ＤＰＦ再生を開始するべく、まず、内燃機関１０が停止される（ステップ２１８）。このとき、ハイブリッド車両５２が走行中である場合には、ＥＶ走行が実行される。内燃機関１０の停止後、オゾン供給装置３４により、ＤＰＦ２１にオゾンが供給され、ＤＰＦ再生が実行される（ステップ２２０）。

これに対し、上記ステップ２０６で、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度を超えている場合には、今の状態でＤＰＦ２１にオゾンを供給しても、その多くが熱により自己分解し、無駄になってしまうと判断できる。この場合には、オゾンの供給に先立って、ＤＰＦ２１の冷却が必要である。この場合には、次に、ハイブリッド車両５２が減速状態にあるか否かが判別される（ステップ２０８）。この判別は、ハイブリッド車両５２に設けられたアクセルポジションセンサや車速センサ（何れも図示せず）に基づいて行われる。

上記ステップ２０８で、ハイブリッド車両５２が減速状態にあると判別された場合には、図８に示すように、動力分割機構５４に入力されるハイブリッド車両５２の運動エネルギーの一部を内燃機関１０に伝達させることにより、内燃機関１０を強制的に空転させる（ステップ２１０）。このとき、内燃機関１０の燃料噴射は停止したままとし、スロットル弁１３は開いた状態に制御される。これにより、内燃機関１０が吸入した空気がそのまま排気通路１５へ送り込まれ、その空気がＤＰＦ２１に流通し、ＤＰＦ２１を迅速に冷却することができる。

上記ステップ２１０の処理によりＤＰＦ２１の冷却が行われた場合には、次に、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度未満にまで低下したかどうかが確認される（ステップ２１２）。その結果、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfがまだ上記所定温度未満まで低下していないと判定された場合には、上記ステップ２０８以下の処理が再度実行される。

一方、上記ステップ２０８で、ハイブリッド車両５２が減速状態ではないと判別された場合には、実施の形態１と同様にして、モータ５６によって内燃機関１０を燃料カット状態で強制的に空転させることにより、ＤＰＦ２１が冷却される（ステップ２１４）。このステップ２１４の処理によりＤＰＦ２１の冷却が行われた場合には、次に、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度未満にまで低下したかどうかが確認される（ステップ２１６）。その結果、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfがまだ上記所定温度未満まで低下していないと判定された場合には、上記ステップ２１４によるＤＰＦ２１の冷却が続行される。

上記ステップ２１２あるいは２１６で、ＤＰＦ２１の床温Ｔ_dpfが上記所定温度未満まで低下したと判定された場合には、ＤＰＦ再生を開始するべく、まず、内燃機関１０が停止され（ステップ２１８）。その後、オゾン供給装置３４により、ＤＰＦ２１にオゾンが供給され、ＤＰＦ再生が実行される（ステップ２２０）。

上記ステップ２２０によりＤＰＦ再生が開始された場合には、次に、ＤＰＦ２１に蓄積したＰＭを除去するために必要な所定量のオゾンの供給が完了したかどうかが判別される（ステップ２２２）。このステップ２２２において、所定量のオゾンの供給が完了したと判定された場合には、本ルーチンの処理が終了される。

以上説明した本実施形態の制御によれば、実施の形態１と同様の効果が得られる。更に、本実施形態では、ハイブリッド車両５２の減速時にＤＰＦ２１を冷却する必要のある場合には、ハイブリッド車両５２の運動エネルギーによって内燃機関１０を空転させ、ＤＰＦ２１を冷却することができる。この場合、電力を消費することなくＤＰＦ２１を冷却することができるので、燃費を更に改善することができる。

なお、本実施形態では、ハイブリッド車両５２を例に説明したが、本発明は、内燃機関１０のみを動力源に用いる通常の車両にも適用可能である。すなわち、通常車両において、エンジンブレーキ状態となり、内燃機関１０の燃料カットが行われたときに、スロットル弁１３を開いて排気通路１５に空気を流通させることにより、ＤＰＦ２１を冷却するようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２０８および２１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「冷却手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態２との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１と同様である。

前述したように、実施の形態２では、ハイブリッド車両５２の減速時にＤＰＦ再生を行う場合には、ハイブリッド車両５２の運動エネルギーによって内燃機関１０を強制的に空転させ、ＤＰＦ２１を冷却することができる。一方、ハイブリッド車両５２が減速状態でないときにＤＰＦ再生を行う場合には、モータ５６によって内燃機関１０を空転させるので、モータ５６が電力を消費する。このため、なるべく、ハイブリッド車両５２の減速時にＤＰＦ再生を行った方が、電力消費が少なく、燃費の改善に寄与する。

そこで、本実施形態では、ハイブリッド車両５２が減速状態にあるときにＤＰＦ再生が行われるようにする確率を高めるため、ハイブリッド車両５２が減速することをＧＰＳ(Global Positioning System)により予測して、その減速状態が訪れるのを待って、ＤＰＦ再生を行うこととした。

下り坂や高速道路の出口など、減速（制動）が必要となる地点においては、ハイブリッド車両５２が減速すると予測できる。本実施形態では、このような地点の通過を予測し、ＤＰＦ再生を行うこととした。

［実施の形態３における具体的処理］
図９は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図９に示すルーチンによれば、まず、ＤＰＦ２１の上流側と下流側との差圧ΔＰが差圧センサ３０により検出される（ステップ３００）。続いて、その検出された差圧ΔＰに基づいて、ＤＰＦ再生が必要な時期が近づいているか否かが判定される（ステップ３０２）。

上記ステップ３０２で、ＤＰＦ再生が必要な時期が近づいていると判定された場合には、次に、ＧＰＳ情報が調査される（ステップ３０４）。本実施形態において、ＥＣＵ５０は、公知のＧＰＳ装置（図示せず）からＧＰＳ情報を取得する。続いて、上記ステップ３０４で得られたＧＰＳ情報に基づいて、ＤＰＦ再生を行うのに適切な条件の地点が予測される（ステップ３０６）。このステップ３０６では、現在走行中の経路の先にある、ハイブリッド車両５２が減速すると期待できる地点（下り坂、高速道路の出口、目的地の直前など）が抽出される。

続いて、上記ステップ３０６において抽出された、ＤＰＦ再生に適切な条件の地点に到達したか否かが判別される（ステップ３０８）。その結果、当該地点に到達していない場合には、上記ステップ３０４以下の処理が再度実行される。一方、当該地点に到達したと判定された場合には、ＤＰＦ再生が実行される（ステップ３１０）。このステップ３１０の処理の詳細は、前述した図７に示すルーチンのステップ２０６〜２２２と同様であるので、説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態によれば、ハイブリッド車両５２が減速すると期待できる地点を予測し、その地点に到達したときにＤＰＦ再生を実行することができる。このため、ハイブリッド車両５２の減速中にＤＰＦ再生が実行される確率を高めることができる。よって、ＤＰＦ２１の冷却が必要な場合、モータ５６によらず、ハイブリッド車両５２の運動エネルギーによって内燃機関１０を強制的に空転させることができ、電力消費量の低減および燃費の改善に寄与する。

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図である。 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図である。 入りガス温度とＰＭ酸化量との関係を示す図である。 入りガス温度とオゾンの分解率との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 ハイブリッド車両のＥＶ走行時に動力の流れを示す図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 ハイブリッド車両の減速時における運動エネルギー（動力）の流れを示す図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 吸気マニホールド
１２ 排気マニホールド
１３ スロットル弁
１４ 燃料インジェクタ
１５ 排気通路
１７ サプライポンプ
１８ コモンレール
１９ ターボチャージャ
２１ ＤＰＦ
２２ オゾン供給ノズル
２３ ケーシング
２４ オゾン供給通路
２５ オゾン生成器
２６ 電源
２７ エアーポンプ
２８ エアー取入れ口
２９ 逆止弁
３０ 差圧センサ
３１，３２ 温度センサ
５０ ＥＣＵ
５２ ハイブリッド車両
５４ 動力分割機構
５６ モータ
５８ 発電機
６０ 減速機
６２ バッテリ
６４ インバータ
６６ ドライブシャフト
６８ 駆動輪

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスを浄化する排気浄化器と、
   前記排気浄化器に活性酸素を供給する活性酸素供給装置と、
   前記排気浄化器へ活性酸素を供給する必要性を判定する活性酸素要求判定手段と、
   前記排気浄化器の温度を取得する温度取得手段と、
   前記排気浄化器への活性酸素の供給が必要であると判定され、且つ、前記排気浄化器の温度が所定温度より高い場合に、前記排気浄化器を冷却する冷却手段と、
   前記冷却手段により前記排気浄化器が冷却された後に、前記活性酸素供給装置による前記排気浄化器への活性酸素の供給を許可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. 前記冷却手段は、前記内燃機関を燃料カット状態で外力により空転させることにより前記排気通路に空気を送り込み、その空気によって前記排気浄化器を冷却することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記内燃機関と電動機とを含むハイブリッドシステムを備え、
   前記冷却手段は、前記内燃機関が停止しているときに前記電動機によって前記内燃機関を空転させ、前記排気通路に空気を送り込むことにより、前記排気浄化器を冷却することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記冷却手段は、車両の減速時に前記車両の運動エネルギーによって前記内燃機関を燃料カット状態で空転させることにより前記排気通路に空気を送り込み、その空気によって前記排気浄化器を冷却することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記活性酸素供給装置は、エアーポンプと、前記エアーポンプにより送出される空気を原料として活性酸素を生成する活性酸素生成装置と、前記活性酸素生成装置を出たガスを前記排気浄化器に供給するノズルとを有し、
   前記冷却手段は、前記活性酸素生成装置を作動させずに前記エアーポンプを作動させ、前記排気浄化器に空気を送り込むことにより、前記排気浄化器を冷却することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。

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