JP2019124162A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷間運転時に粒子状物質を多く捕集でき、粒子状物質の排出量を抑制することができる排気ガス浄化装置を提供すること。【解決手段】車両は再導入通路を備えており、この再導入通路は、排気通路におけるパティキュレートフィルタの下流部と上流部とに連通し、下流部を通過する排気ガスの一部を上流部に戻してパティキュレートフィルタに再導入する。そして、エンジンの暖機完了前の冷間運転時は、ＥＣＵは、第１バルブ、第２バルブ及びポンプを制御することによって、再導入通路に排気ガスを通過させる（ステップＳ２、Ｓ３）。エンジンの暖機完了後にパティキュレートフィルタの再生を行う場合、ＥＣＵは、エンジンの運転を継続したまま、再導入通路に排気ガスを通過させ、かつ、外部から再導入通路に取入れた空気を上流部に供給させる（ステップＳＳ７、Ｓ８、Ｓ９）。【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

自動車等の車両において、エンジンから排出される排気ガスには、カーボン等の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。この粒子状物質を捕集し、排気を浄化するために一般的にはパティキュレートフィルタと呼ばれるフィルタが排気通路に設けられている。

パティキュレートフィルタを備える車両にあっては、パティキュレートフィルタが捕集した粒子状物質を定期的に燃焼により除去することによって、パティキュレートフィルタの捕集機能を維持するようになっている。

従来のこの種の技術として特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載のものは、所定条件下でパティキュレートフィルタの出口と入口とを連通して、パティキュレートフィルタを含む閉回路を形成し、この閉回路中のガスをパティキュレートフィルタを通して循環流動させている。また、特許文献１に記載のものは、ヒータによりパティキュレートフィルタを過熱してパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を除去している。

特開平５−２４００２７号公報

ところで、エンジンの冷間運転時は、暖機完了後と比較して粒子状物質が多く発生する。このため、エンジンの冷間運転時に粒子状物質をより多く捕集でき、粒子状物質の排出量を抑制することが望まれている。しかしながら、特許文献１に記載のものにあっては、エンジンの冷間運転時に粒子状物質を捕集することを考慮しておらず、改善が望まれていた。

そこで、本発明は、エンジンの冷間運転時に粒子状物質を多く捕集でき、粒子状物質の排出量を抑制することができる排気ガス浄化装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する排気ガス浄化装置の発明の一態様は、エンジンと、前記エンジンから排出された排気ガスが通過する排気通路と、前記排気通路に設けられ、前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、を備える車両に搭載される排気ガス浄化装置であって、前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流部と上流部とに連通し、前記下流部を通過する前記排気ガスの一部を前記上流部に戻して前記パティキュレートフィルタに再導入する再導入通路と、前記エンジンの暖機完了前の冷間運転時に前記再導入通路に前記排気ガスを通過させる再導入実行部と、を備えたことを特徴とする。

このように本発明によれば、エンジンの冷間運転時に粒子状物質を多く捕集でき、粒子状物質の排出量を抑制することができる。

図１は、本発明の一実施例に係る排気ガス浄化装置を搭載する車両の構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る排気ガス浄化装置の動作を説明するフローチャートである。

本発明の一実施の形態に係る排気ガス浄化装置は、エンジンと、エンジンから排出された排気ガスが通過する排気通路と、排気通路に設けられ、排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、を備える車両に搭載される排気ガス浄化装置であって、排気通路におけるパティキュレートフィルタの下流部と上流部とに連通し、下流部を通過する排気ガスの一部を上流部に戻してパティキュレートフィルタに再導入する再導入通路と、エンジンの暖機完了前の冷間運転時に再導入通路に排気ガスを通過させる再導入実行部と、を備えたことを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る排気ガス浄化装置は、エンジンの冷間運転時に粒子状物質を多く捕集でき、粒子状物質の排出量を抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る排気ガス浄化装置について詳細に説明する。図１において、本発明の一実施例に係る排気ガス浄化装置を搭載した車両１は、エンジン２と、車両１を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）３とを含んで構成されている。

エンジン２は、ピストンが気筒内を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルのガソリンエンジンによって構成されている。

各気筒に収納されたピストンは、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結されている。コネクティングロッドは、ピストンの往復動をクランクシャフトの回転運動に変換するようになっている。

したがって、エンジン２は、気筒内の燃焼室２５で燃料と空気との混合気を燃焼させることによりピストンを往復動させ、コネクティングロッドを介してクランクシャフトを回転させることにより、車両１を駆動させる駆動力を発生するようになっている。

エンジン２にはインジェクタ２４が設けられており、インジェクタ２４は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプにより圧送された燃料を各気筒の燃焼室２５に噴射する。

エンジン２の吸気ポート３１には、空気を燃焼室２５に導入するための吸気マニホールド３２が接続されている。吸気マニホールド３２は、外気を吸入するための図示しない吸気管に接続されている。

エンジン２の排気ポート４１には、燃焼室２５において混合気の燃焼によって発生した排気ガスを車外に排出するための排気マニホールド４３が設けられている。排気マニホールド４３は、排気管４２に接続されている。排気通路４２Ａは、エンジン２から排出された排気ガスが通過する。

排気通路４２Ａには、排気ガスの通過方向に、触媒６１及びパティキュレートフィルタ６２が設けられている。パティキュレートフィルタ６２は触媒６１の下流側に配置されている。触媒６１とパティキュレートフィルタ６２とは、排気管４２の一部である接続管４４により接続されている。

触媒６１は、エンジン２の燃焼室２５から排出された排気ガスを浄化するようになっている。本実施例では、触媒６１は三元触媒からなり、三元触媒は、炭化水素を水と二酸化炭素に酸化し、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し、窒素酸化物を窒素に還元することにより、排気ガスを浄化する。なお、エンジン２はディーゼルエンジンであってもよく、この場合、触媒６１は酸化触媒からなる。パティキュレートフィルタ６２は、排気ガス中の粒子状物質を捕集することにより、排気ガスから粒子状物質を濾過する。

車両１は再導入管５０を備えており、再導入管５０の内部には再導入通路５０Ａが形成されている。再導入通路５０Ａは、排気通路４２Ａにおけるパティキュレートフィルタ６２の下流部４２Ｂと上流部４２Ｃとに連通している。再導入通路５０Ａは、排気通路４２Ａの下流部４２Ｂを通過する排気ガスの一部を、排気通路４２Ａの上流部４２Ｃに戻してパティキュレートフィルタ６２に再導入する。

再導入通路５０Ａには、排気ガスの通過方向（再導入方向）に、第２バルブ５４、ポンプ５５及び第１バルブ５３が設けられている。ポンプ５５は、電力により作動する電動ポンプからなり、下流部４２Ｂから再導入通路５０Ａに取り込まれた排気ガスを上流部４２Ｃに圧送する。ポンプ５５は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３によって制御される。

再導入通路５０Ａには、第２バルブ５４を介して空気供給通路５６Ａが連通しており、この空気供給通路５６Ａは、空気供給管５６により形成されている。空気供給通路５６Ａは、外部から空気を取り込んで再導入通路５０Ａに供給する。空気供給管５６にはエアフィルタ５７が設けられており、エアフィルタ５７は空気供給通路５６Ａを通過する空気を濾過する。

第２バルブ５４及び第１バルブ５３は、再導入通路５０Ａを通過する排気ガスの量を調整する。第２バルブ５４及び第１バルブ５３は、通電により生じる磁力により図示しない弁体を開閉する電磁バルブからなる。

第１バルブ５３は、排気ガスの通過量を連続的に調整する２方弁からなる。第２バルブ５４は、排気ガスと空気の各通過量を連続的に調整する３方弁からなる。第２バルブ５４及び第１バルブ５３は、ＥＣＵ３に接続されており、ＥＣＵ３によって制御される。

したがって、再導入通路５０Ａは、空気供給通路５６Ａを介して取入れた空気を排気ガスとともに上流部４２Ｃに供給する。本実施例における第２バルブ５４、ポンプ５５、第１バルブ５３及びＥＣＵ３は、本発明における再導入実行部を構成している。また、本実施例における空気供給通路５６Ａは本発明における空気供給部を構成している。

車両１は、排気ガス中の酸素を検出する排気センサ７１を備えている。排気センサ７１は、排気ガスに含まれる酸素濃度を検出することにより排気ガスの空燃比を検出し、検出信号をＥＣＵ３に送信する。

排気センサ７１は、理論空燃比を境に空燃比がリッチ側のときとリーン側のときとで出力が急変する出力特性を有するセンサ（Ｏ２センサ）、又は空燃比がリッチ側のときとリーン側のときとで出力がリニアに変化する出力特性を有するセンサ（空燃比センサ）からなる。

本実施例では、排気センサ７１は、排気通路４２Ａにおける上流部４２Ｃよりも下流側かつパティキュレートフィルタ６２の上流側に設けられている。このため、排気通路４２Ａの上流部４２Ｃからパティキュレートフィルタ６２に所望量の空気が供給されている場合、排気センサ７１は、空気を含む排気ガスと接触することができ、排気ガスがリーンであると検出できる。ＥＣＵ３は、排気センサ７１により排気ガスがリーンであると検出されるように、ポンプ５５の駆動量を調整する。

ここで、車両１には、排気センサ７１とは別途の図示しない空燃比センサが、エンジン２の空燃比制御のために設けられている。別途の空燃比センサは、空気供給通路５６Ａからの空気の影響を受けることがないよう、排気通路４２Ａの上流部４２Ｃよりも上流側に配置されている。

ＥＣＵ３は、別途の空燃比センサの検出信号に基づいてインジェクタ２４を制御している。そのため、パティキュレートフィルタ６２に空気を供給しているときでも、別途の空燃比センサの検出信号に基づいて混合気をストイキ（理論空燃比）にすることができる。

車両１は差圧センサ７０を備えており、この差圧センサ７０は、パティキュレートフィルタ６２の下流側の圧力と上流側の圧力を２つの圧力センサ７０Ａ、７０Ｂによりそれぞれ検出し、その圧力差を検出する。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

ＥＣＵ３のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＵ３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ＥＣＵ３として機能する。

ＥＣＵ３には、上述の排気センサ７１、差圧センサ７０を含む各種のセンサ類が接続されている。また、ＥＣＵ３には、上述の第１バルブ５３、第２バルブ５４及びポンプ５５を含む各種の制御対象が接続されている。

エンジン２の暖機完了前の冷間運転時は、暖機完了後よりも多くの粒子状物質をエンジン２が発生する。このため、エンジン２の冷間運転時に、パティキュレートフィルタ６２により多くの粒子状物質を捕集できることが望ましい。

本実施例において、ＥＣＵ３は、エンジン２の暖機完了前の冷間運転時は、第１バルブ５３及び第２バルブ５４を開き、ポンプ５５を駆動することにより、再導入通路５０Ａに排気ガスを通過させる。

パティキュレートフィルタ６２は、粒子状物質の捕集能力を維持するため、必要に応じて再生動作を実行し、粒子状物質を燃焼させて除去する必要がある。

ＥＣＵ３は、エンジン２の暖機完了後にパティキュレートフィルタ６２の再生を行う場合、エンジン２の運転を継続したまま、第１バルブ５３及び第２バルブ５４を開き、ポンプ５５を駆動することにより、再導入通路５０Ａに排気ガスを通過させ、かつ、上流部４２Ｃに空気を供給させる。また、ＥＣＵ３は、排気センサ７１により排気ガスがリーンであると検出される駆動量で、ポンプ５５を駆動する。

以上のように構成された本実施例に係る排気ガス浄化装置による動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。

図２において、ＥＣＵ３は、エンジン２を始動し（ステップＳ１）、第１バルブ５３及び第２バルブ５４を開放し、ポンプ５５を駆動する（ステップＳ２）。これにより、パティキュレートフィルタ６２を通過した排気ガスは、再導入通路５０Ａを通って、再びパティキュレートフィルタ６２に導入される（ステップＳ３）。

次いで、ＥＣＵ３は、エンジン２の冷却水の水温が所定温度Ｔに到達したか否かを判断する（ステップＳ４）。所定温度Ｔはエンジン２が暖機完了状態にある温度（例えば８０℃）である。水温が所定温度Ｔに到達していない場合はステップＳ３を継続し、水温が所定温度Ｔに到達している場合は、第１バルブ５３及び第２バルブ５４を閉じ、ポンプ５５を停止する（ステップＳ５）。

次いで、ＥＣＵ３は、エンジン２の稼働時間が所定時間ｔ１を超えているか否かを判断し（ステップＳ６）、稼働時間が所定時間ｔ１を超えている場合は、第１バルブ５３及び第２バルブ５４を開放し、ポンプ５５を駆動する（ステップＳ７）。

次いで、ＥＣＵ３は、ポンプ５５の供給圧を徐々に大きくしながら空気供給量を徐々に多くする（ステップＳ８）。ここでは、ＥＣＵ３は、ポンプ５５の供給圧の増大に加えて、第２バルブ５４を通過する空気量が徐々に多くなるように制御する。

次いで、ＥＣＵ３は、排気センサ７１（図中、λセンサと記す）で検出された空燃比が、ストイキ空燃比から設定値Ｚ以上リーン側に偏っているか否かを判断し（ステップＳ９）、設定値Ｚ以上リーン側に偏るまでステップＳ８を継続する。

ここで、ステップＳ８、Ｓ９の動作は、空気供給通路５６Ａ及び再導入通路５０Ａを介してパティキュレートフィルタ６２に供給する空気の量を、排気センサ７１の検出信号を確認しながら調整する動作である。

したがって、ステップＳ９における「空燃比」は、排気ガス中の空気量を示す指標としての空燃比である。エンジン２の実際の空燃比は、前述した通り、別途の排気センサに基づいて制御される。

ステップＳ９で空燃比が設定値Ｚ以上リーン側に偏っていると判断した場合、ＥＣＵ３は、空燃比が設定値Ｚ以上リーン側に偏っている状態で所定時間ｔ２、ポンプ５５の供給圧及び空気供給量を維持する（ステップＳ１０）。

次いで、ＥＣＵ３は、第１バルブ５３及び第２バルブ５４を閉じ、ポンプ５５を停止する（ステップＳ１１）。

ＥＣＵ３は、ステップＳ１１又はステップＳ６の実行後、エンジン２を停止するか否かを判断し（ステップＳ１２）、エンジン２を停止しないと判断した場合はステップＳ６に戻り、エンジン２を停止すると判断した場合はエンジン２を停止し、今回の動作を終了する。

以上のように、本実施例において、車両１は再導入通路５０Ａを備えており、この再導入通路５０Ａは、排気通路４２Ａにおけるパティキュレートフィルタ６２の下流部４２Ｂと上流部４２Ｃとに連通し、下流部４２Ｂを通過する排気ガスの一部を上流部に戻してパティキュレートフィルタ６２に再導入する。

そして、エンジン２の暖機完了前の冷間運転時は、ＥＣＵ３は、第１バルブ５３、第２バルブ５４及びポンプ５５を制御することによって、再導入通路５０Ａに排気ガスを通過させる。

これにより、パティキュレートフィルタ６２を通過した排気ガスを再導入通路５０Ａを介してパティキュレートフィルタ６２に再導入し、粒子状物質を再び濾過できるので、より多くの粒子状物質をパティキュレートフィルタ６２で捕集できる。このため、粒子状物質の排出量が多いエンジン２の冷間運転時であっても、車外への粒子状物質の排出量を抑制できる。

また、本実施例では、空気供給通路５６Ａを介して外部から再導入通路５０Ａに取入れた空気を、排気ガスとともに上流部４２Ｃに供給している。そして、エンジン２の暖機完了後にパティキュレートフィルタ６２の再生を行う場合、ＥＣＵ３は、エンジン２の運転を継続したまま、第１バルブ５３、第２バルブ５４及びポンプ５５を制御することによって、再導入通路５０Ａに排気ガスを通過させ、かつ、上流部４２Ｃに空気を供給させる。

これにより、パティキュレートフィルタ６２の上流に位置する上流部４２Ｃからパティキュレートフィルタ６２に空気を供給することにより、その空気中の酸素によってパティキュレートフィルタ６２における粒子状物質の酸化反応を促進させ、パティキュレートフィルタ６２を再生することができる。

また、本実施例において、排気ガス中の酸素を検出する排気センサ７１が、排気通路４２Ａにおける上流部４２Ｃよりも下流側かつパティキュレートフィルタ６２の上流側に設けられている。また、排気ガスとともに空気を圧送するポンプ５５が再導入通路５０Ａに設けられている。そして、ＥＣＵ３は、排気センサ７１により排気ガスがリーンであると検出されるようにポンプ５５の駆動量を調整する。

これにより、別途設けた図示しない空燃比センサに基づいてエンジン２をストイキ状況下で運転しながらでも、排気センサ７１の検出信号に基づいてパティキュレートフィルタ６２に所望量の空気が供給されるようにポンプ５５を駆動できる。このため、空気を含む排気ガスをパティキュレートフィルタ６２へ確実に供給することができ、パティキュレートフィルタ６２を安定して再生することができる。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

２ エンジン
３ ＥＣＵ（再導入実行部）
４２Ａ 排気通路
４２Ｂ 下流部
４２Ｃ 上流部
５０Ａ 再導入通路
５３ 第１バルブ（再導入実行部）
５４ 第２バルブ（再導入実行部）
５５ ポンプ（再導入実行部）
５６Ａ 空気供給通路（空気供給部）
６２ パティキュレートフィルタ
７１ 排気センサ

Claims (3)

1. エンジンと、
   前記エンジンから排出された排気ガスが通過する排気通路と、
   前記排気通路に設けられ、前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、を備える車両に搭載される排気ガス浄化装置であって、
   前記排気通路における前記パティキュレートフィルタの下流部と上流部とに連通し、前記下流部を通過する前記排気ガスの一部を前記上流部に戻して前記パティキュレートフィルタに再導入する再導入通路と、
   前記エンジンの暖機完了前の冷間運転時に前記再導入通路に前記排気ガスを通過させる再導入実行部と、を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 空気を外部から前記再導入通路に取入れ、前記排気ガスとともに前記上流部に供給する空気供給部を備え、
   前記再導入実行部は、
   前記エンジンの暖機完了後に前記パティキュレートフィルタの再生を行う場合、前記エンジンの運転を継続したまま、前記再導入通路に前記排気ガスを通過させ、かつ、前記空気供給部により前記上流部に前記空気を供給させることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記排気ガス中の酸素を検出する排気センサを、前記排気通路における前記上流部よりも下流側かつ前記パティキュレートフィルタの上流側に備え、
   前記再導入実行部は、
   前記排気ガスとともに前記空気を圧送するポンプを前記再導入通路に有し、
   前記排気センサにより前記排気ガスがリーンであると検出されるように前記ポンプの駆動量を調整することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。

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