JP4040833B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Description

【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

Claims (2)

  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。
  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。
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