| 【発明の名称】 |
内燃機関の排気ガス浄化装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】柳原 弘道
【氏名】加藤 善一郎
【氏名】杉山 敏久
【氏名】辺田 良光
【氏名】白谷 和彦
【氏名】黒木 錬太郎
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| 【要約】 |
【課題】フィルタに付着したアッシュを除去すること。
【解決手段】エンジンＥＣＵ６０は、車両が減速状態にある場合には、インジェクタＩＪからの燃料噴射を停止して、燃焼室内への燃料供給をカットする。エンジンＥＣＵ６０は、ＥＧＲバルブ２１のアクチュエータ２１１を介してＥＧＲバルブ２１の閉制御、すなわち、ＥＧＲ管１９を閉塞する制御を実行する。エンジンＥＣＵ６０は、過給器４０に対する排気ガス流量を可変制御する可変翼４５のアクチュエータ４５１を介して可変翼４５の閉制御、すなわち、排気管１８を閉塞する制御を実行する。エンジンＥＣＵ６０は、吸気制御バルブ２０のアクチュエータ２０１を介して吸気制御バルブ２０の閉制御、すなわち、吸気管１７を閉塞する制御を実行する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関の気筒と連通する排気通路にフィルタを備える排気ガス浄化装置であって、車両の走行状態が減速状態にあるか否かを判定する車両走行状態判定手段と、車両の走行状態が減速状態にあると判定された場合には、前記気筒内の負圧を増大させる負圧増大手段とを備える排気ガス浄化装置。
【請求項２】請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記負圧増大手段は、前記内燃機関の気筒内への吸入空気量を低減制御する吸気量制御手段を含むことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】請求項２に記載の排気ガス浄化装置において、前記内燃機関は、前記排気通路に排出された排気ガスの一部を前記気筒へ環流する排気ガス環流装置を備え、前記負圧増大手段は、前記排気ガス環流装置による前記気筒への排気ガスの環流を遮断する排気ガス環流遮断手段を含むことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載の排気ガス浄化装置において、前記内燃機関は、前記排気通路を流動する排気ガスによって駆動されると共に前記気筒内への吸気量を増大させる過給装置を備え、前記排気ガス浄化装置はさらに、前記過給装置を駆動する排気ガス流量を可変制御して、前記排気通路から前記気筒内への排気ガスの反射波の動的エネルギを増大させる排気ガス流量可変手段を含むことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項５】内燃機関の気筒と連通する排気通路にフィルタを備える排気ガス浄化装置であって、車両の走行状態が減速状態にあるか否かを判定する車両走行状態判定手段と、車両の走行状態が減速状態にあると判定された場合には、前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進する排気ガス逆流促進手段とを備える排気ガス浄化装置。
【請求項６】請求項５に記載の排気ガス浄化装置において、前記排気ガス逆流促進手段は、前記内燃機関の気筒内への吸入空気量を制御する吸気量制御手段を含むことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項７】請求項６に記載の排気ガス浄化装置において、前記排気ガス逆流促進手段は、更に、前記排気通路から前記気筒内への排気ガスの反射波の動的エネルギを増大させる動的エネルギ増大手段を含むことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項８】内燃機関の気筒と連通する排気通路にフィルタを備える排気ガス浄化装置におけるフィルタの再生方法であって、前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進して、前記フィルタに堆積しているカルシウム系化合物を除去するフィルタの再生方法。
【請求項９】請求項８に記載のフィルタの再生方法はさらに、車両の走行状態が減速状態にあるか否かを判定し、車両の走行状態が減速状態にあると判定した場合には、前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進させることを特徴とするフィルタの再生方法。
【請求項１０】請求項８または請求項９に記載のフィルタの再生方法において、前記内燃機関の気筒内への吸入空気量を制御することによって前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進させることを特徴とするフィルタの再生方法。
【請求項１１】請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載のフィルタの再生方法において、前記排気通路を遮断することによって前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進させることを特徴とするフィルタの再生方法。
【請求項１２】請求項１１に記載のフィルタの再生方法において、排気ガス環流装置による排気ガスの環流を遮断することによって前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進させることを特徴とするフィルタの再生方法。
【請求項１３】請求項１１または請求項１２に記載のフィルタの再生方法はさらに、過給装置を駆動する排気ガス流量を可変制御することによって前記排気通路から前記内燃機関の気筒へと反射する排気ガスの動的エネルギを増大させることを特徴とするフィルタの再生方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する技術に関し、特には、排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質成分を浄化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する技術が種々提案されている。内燃機関の内、特にディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物、硫化酸化物の浄化のみならず、排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質の浄化が要求される。かかる要求に対しては、内燃機関の排気ガス排出経路にフィルタを配置し、フィルタによって浮遊粒子状物質を捕集する技術が知られている。
【０００３】また、内燃機関の排気ガスには、浮遊粒子状物質の他にも、エンジンオイル中に含まれている潤滑成分、清浄成分であるカルシウム（Ｃａ）が燃焼時に灰化して生成されるカルシウム系化合物であるアッシュが含まれている。アッシュとしては、例えば、ＣａＳＯ4（硫酸カルシウム）、ＣａＰＯ3（リン酸カルシウム）等が含まれる。このアッシュは、浮遊粒子状物質と同程度の大きさを有するため、浮遊粒子状物質と共にフィルタに捕集される。
【０００４】浮遊粒子状物質およびアッシュは、フィルタ上に徐々に堆積するため、フィルタの捕集性能を維持するためには浮遊粒子状物質およびアッシュを除去する必要がある。特に、アッシュは、水分を吸収して互いに付着し合い、次第に肥大化していく特性を有している。
【０００５】フィルタに堆積した浮遊粒子状物質を除去する技術としては、浮遊粒子状物質を捕集するフィルタに貴金属触媒を担持させ、貴金属触媒によって誘発される酸化反応によって浮遊粒子状物質を低温燃焼させる技術が知られている。また、ポスト噴射を実行することにより、浮遊粒子状物質を捕集したフィルタに対して未燃燃料を供給し、燃料の酸化反応によって浮遊粒子状物質を燃焼させる技術が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これに対して、フィルタに付着したアッシュは、燃焼によって発生した灰化成分であるため、浮遊粒子状物質を燃焼（酸化）除去するフィルタの再生を試みても、燃焼せずフィルタ上から除去することができないという問題がある。フィルタに付着したアッシュを放置すれば、フィルタが有する浮遊粒子状物質の捕集性能を回復させることができず、排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質を有効に捕集することができないという問題がある。
【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、フィルタに付着したアッシュを除去することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上記の課題を解決するために本発明の第１の態様は、内燃機関の気筒と連通する排気通路にフィルタを備える排気ガス浄化装置を提供する。本発明の第１の態様に係る排気ガス浄化装置は、車両の走行状態が減速状態にあるか否かを判定する車両走行状態判定手段と、車両の走行状態が減速状態にあると判定された場合には、前記気筒内の負圧を増大させる負圧増大段とを備えることを特徴とする。
【０００９】本発明の第１の態様に係る排気ガス浄化装置によれば、負圧増大手段によって内燃機関の気筒内の負圧が増大されるので、排気通路と気筒内の圧力差によってフィルタに付着したカルシウム系化合物であるアッシュを隔離し、除去することができると共に、車両の走行状態が減速状態にある場合に負圧が増大されるので、ドライバビリティに及ぼす影響を低減することができる。なお、負圧の増大とは、圧力値の絶対値が増大することを意味する【００１０】本発明の第１の態様に係る内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記負圧増大手段は、前記内燃機関の気筒内への吸入空気量を低減制御する吸気量制御手段を含んでも良い。かかる構成を備える場合には、吸気行程時に、気筒内へ流れ込む吸入空気量が制限または遮断されるので、気筒内の負圧を増大させることができる。
【００１１】本発明の第１の態様に係る内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記内燃機関は、前記排気通路に排出された排気ガスの一部を前記気筒へ環流する排気ガス環流装置を備え、前記負圧増大手段は、前記排気ガス環流装置による前記気筒への排気ガスの環流を遮断する排気ガス環流遮断手段を含んでも良い。かかる構成を備える場合には、排気通路と気筒との連通が遮断されるので、気筒内の圧力と排気通路との圧力差に起因する排気通路への排気ガスの流出を抑制し、気筒内の負圧の減少を防止することができる。
【００１２】本発明の第１の態様に係る排気ガス浄化装置において、前記内燃機関は、前記排気通路を流動する排気ガスによって駆動されると共に前記気筒内への吸気量を増大させる過給装置を備え、前記排気ガス浄化装置はさらに、前記過給装置を駆動する排気ガス流量を可変制御して、前記排気通路から前記気筒内への排気ガスの反射波の動的エネルギを増大させる排気ガス流量可変手段を備えることを特徴とする。かかる構成を備える場合には、排気ガス流量可変手段によって、排気通路を閉塞し、排気通路へ排出された排気ガスを逆流させて排気ガスの反射波の動的エネルギを増大させることができる。
【００１３】本発明の第２の態様は、内燃機関の気筒と連通する排気通路にフィルタを備える排気ガス浄化装置を提供する。本発明の第２の態様に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、車両の走行状態が減速状態にあるか否かを判定する車両走行状態判定手段と、車両の走行状態が減速状態にあると判定された場合には、前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進する排気ガス逆流促進手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】本発明の第２の態様に係る内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、排気通路から気筒内への排気ガスの逆流が促進されるので、フィルタに堆積しているカルシウム系化合物であるアッシュを除去することができる。
【００１５】本発明の第２の態様に係る内燃機関の排気ガス浄化装置において、前記排気ガス逆流促進手段は、前記内燃機関の気筒内への吸入空気量を制御する吸気量制御手段を含んでもよい。かかる構成を備える場合には、気筒内の負圧を増大させて、排気通路内の排気ガスが気筒内に逆流することによりフィルタに堆積しているアッシュを除去することができる。また、前記排気通路から前記気筒内への排気ガスの反射波の動的エネルギを増大させる動的エネルギ増大手段を含んでも良い。かかる構成を備える場合には、動的エネルギの増大された排気ガスの反射波によって、フィルタに堆積しているアッシュを除去することができる。
【００１６】本発明の第３の態様は、内燃機関の気筒と連通する排気通路にフィルタを備える排気ガス浄化装置におけるフィルタの再生方法を提供する。本発明の第３の態様に係るフィルタの再生方法は、前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進して、前記フィルタに堆積しているカルシウム系化合物を除去することを特徴とする。
【００１７】本発明の第３の態様に係るフィルタの再生方法によれば、内燃機関の気筒内へ逆流する排気ガスによってフィルタに付着したカルシウム系化合物であるアッシュを隔離し、除去することができる。
【００１８】本発明の第３の態様に係るフィルタの再生方法はさらに、車両の走行状態が減速状態にあるか否かを判定し、車両の走行状態が減速状態にあると判定した場合には、前記排気通路から前記内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流を促進させても良い。
【００１９】本発明の第３の態様に係るフィルタの再生方法によれば、車両の走行状態が減速状態にある場合に排気通路から内燃機関の気筒内への排気ガスの逆流が促進さ【００２０】本発明の第３の態様に係るフィルタの再生方法は、第２の態様に係る内燃機関の排気ガス浄化装置と同様に、種々の態様にて実現され得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の浄化装置について図面を参照しつついくつかの実施例に基づいて説明する。
【００２２】第１の実施例：図１および図２を参照して第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が適用され得る内燃機関および給排気系の概略構成について説明する。図１は第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が適用される内燃機関および給排気系の概略構成を示す説明図である。図２は第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置が適用され得る内燃機関および給排気系の概略構成を示す他の説明図である。なお、図２では説明の都合上、一部を断面にて示している。
【００２３】第１の実施例に用いられる内燃機関は、軽油を燃料とするコモンレール式のディーゼルエンジン１０である。エンジン１０は、シリンダブロック１１内に４つのシリンダ１２を備える４気筒エンジンであり、爆発燃焼によりシリンダ１２を往復動するピストン１３を介して駆動力を出力する。シリンダブロック１１の上部にはシリンダヘッド１４が配置されており、シリンダヘッド１４は、各シリンダ１２毎に吸気ポート１５および排気ポート１６を有している。各吸気ポート１５には、吸気側カムＩＣによって駆動されて吸気ポート１５を開閉する吸気バルブ１５１が配置されており、各排気ポート１６には、排気側カムＥＣによって駆動されて排気ポート１６を開閉する排気バルブ１６１が配置されている。
【００２４】各吸気ポート１５には、吸気管１７の分岐端が連結され、各排気ポート１６には、排気管１８の分岐端が連結されている。排気管１８から吸気管１７へは、排気ガスの一部を環流して燃焼室における燃焼を緩慢にするためのＥＧＲ管１９が延伸されている。吸気管１７の先端には吸入空気を濾過するためのエアクリーナ１７１が配置されている。吸気管１７の途中には、燃焼室への流入吸気量を制御する吸気制御バルブ２０、排気ガス環流量を制御するＥＧＲバルブ２１が配置されている。両バルブ２０、２１は、アクチュエータ２０１、２１１によってそれぞれ駆動され、特に、吸気制御バルブ２０は、アクセルペダルとリンク機構を介して機械的に連結されていない電子制御式バルブである。排気管１８の分岐端には、それぞれフィルタ３０が装填されている。排気管１８の集合端には、排気ガス中の窒素酸化物等を浄化する排気ガス浄化触媒、消音器（共に図示しない）を備える排気マフラが結合されている。
【００２５】本実施例に係るエンジン１０は、エアクリーナ１７１から吸気された空気を圧縮してシリンダ１２内に供給するための過給器４０を備えている。過給器４０は、吸気管１７中に配置されているコンプレッサホイール４１と、排気管１８中に配置されているタービンホイール４２と、両ホイール４１，４２を連結する軸４３とを備えている。本実施例における過給器４０は、可変ノズル式の過給器であり、タービンホイール４２直前の排気管１８（詳細には、タービンハウジング４４）には、排気管１８の断面積を連続的に変化させる可変翼４５が配置されている。可変翼４５はアクチュエータ４５１によって駆動される。また、吸気管１７の途中には、コンプレッサホイール４１により圧縮された吸入空気を冷却するためのインタークーラ４６が配置されている。
【００２６】シリンダヘッド１４の略中央には、シリンダ１２、ピストン１３およびシリンダヘッド１４によって形成される燃焼室に燃料を噴射するためのインジェクタＩＪが配置されている。本実施例において用いられるインジェクタＩＪは、高圧燃料ポンプＦＰによって昇圧された燃料を保有するコモンレールＣＲから高圧燃料の供給を受け、内蔵されているアクチュエータ（図示しない）によって開弁されるコモンレール式のインジェクタである。
【００２７】図３を参照して、フィルタ３０の装填状態について詳細に説明する。図３はフィルタ３０をエンジン１０の排気管１８に装填した状態を概念的に示す説明図である。図示するように、燃焼室の上部を構成するシリンダヘッド１４と排気管１８との間に排気管１８の一部を構成するフィルタホルダ３１が介装され、フィルタホルダ３１内には、各燃焼室毎にフィルタ３０が装填されている。フィルタホルダ３１は、シリンダヘッド１４と排気管１８とにボルトで締結されている。フィルタ３０は、フランジ部がフィルタホルダ３１と排気管１８とに挟み込まれるようにして固定されている。尚、フィルタホルダ３１とフィルタ３０との間に空気層を設けるとともに、フランジ部を断熱材を介して挟み込むことにより、フィルタ３０を断熱構造としてもよい。
【００２８】フィルタ３０は、排気ガス中に含まれている浮遊粒子状物質を、その捕集可能領域の全域に亘って分散捕集可能な３次元捕集型の金属製フィルタである。排気ガス中に含まれる浮遊粒子状物質には、一般的に煤と総称されている着火温度が約５５０℃以上の高温着火成分と、煤の着火温度よりも低い、約４５０℃前後の温度で着火する低温着火成分とが含まれている。フィルタ３０は、排気ガスの熱エネルギおよび、排気ポート１６を介して排気管１７に排出される排気ガスの動的エネルギを利用して、フィルタ温度を浮遊粒子状物質の低温着火成分の着火温度まで上昇させて、浮遊粒子状物質の高温着火成分の燃焼を実現にするフィルタである。
【００２９】次に、上記第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置に適用され得るフィルタ３０の詳細な構成について図４〜図８を参照して説明する。図４は、フィルタ３０の外観形状を示す斜視図である。理解を容易にするために、一部分の断面をとって内部構造を拡大して表示している。フィルタ（パティキュレートフィルタ）３０は、フランジのついた円筒状のケース３０２と、ケース３０２内に挿入されて外周をケースに溶接されたエレメント３０４とから構成されている。エレメント３０４は、耐熱金属製の不織布３０６と同じく耐熱金属製の波板３０８とを重ねて、中心棒３１０を芯にして円筒状に巻き付けたロール構造となっている。本実施例のパティキュレートフィルタ３００で用いるエレメント３０４は、外径が約５５ｍｍ、長さが約４０ｍｍのものを使用している。もちろん、これら寸法は、ディーゼルエンジンの排気量や排気管の内径などにあわせて、適宜変更することができる。
【００３０】図５は、中心棒３１０を芯にして、不織布３０６と波板３０８とを重ねてロール状に巻き付ける様子を概念的に示した説明図である。こうして巻き取られた不織布３０６同士の間隔は、波板３０８によって所定の間隔に保たれており、不織布３０６と波板３０８との間には、中心棒３１０の軸方向に沿って多数の通路が形成されている。エレメント３０４の両側には、封止板３１２が溶接されている。封止板３１２は、不織布３０６と波板３０８との間に形成された通路を互い違いに閉塞して、排気ガスが不織布３０６を通過する構造を形成する。図６を参照して、封止板３１２により排気ガスが不織布３０６を通過する構造が形成される様子を説明する。
【００３１】図６は、パティキュレートフィルタ３０の断面構造を概念的に示す説明図である。尚、図６では、波板３０８は表示を省略している。図示するように、封止板３１２は、所定の間隔に保たれて隣接する不織布３０６の間に形成される通路を、互い違いになるように閉塞する。このため、図６に矢印で示したように、図の左側から排気ガスが流れてくると、封止板３１２で塞がれていない通路に一旦は流入するが、通路の出口側は封止板３１２で塞がれている。そこで排気ガスは、図中に太い矢印に示すように、通路側面を構成する不織布３０６を通って、出口側が塞がれていない通路に抜けていく。こうして排気ガスが不織布３０６を抜ける際に、排気ガス中に含まれている浮遊粒子状物質が、不織布３０６で捕集される。
【００３２】不織布３０６は、鉄系の耐熱合金製の金属不織布を用いて形成されている。上記各本実施例のパティキュレートフィルタ３０では、不織布３０６として、所定範囲の諸元を有する金属製不織布を用いており、このため、浮遊粒子状物質に含まれる高温着火成分である含炭素浮遊微粒子や低温着火成分である炭化水素系化合物を、排気ガス中の酸素と接触可能に分散した状態で捕集することができる。参考として、不織布３０６の諸元一例を図７に示す。尚、図７に示す不織布の諸元はあくまでも例示であって、不織布の諸元は図中に例示された値に限定されるものではない。また、本実施例では、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製の金属不織布を用いているが、Ｎｉ系合金など、周知の他の耐熱性の金属不織布を用いても構わない。
【００３３】図７中に示す「繊維径」とは、不織布を形成する金属繊維の平均直径を示す。金属不織布は、無数の金属繊維が複雑に絡み合って形成されており、金属繊維の間には、複雑に分岐した３次元的な通路が形成されている。「細孔径」とは、金属繊維間に形成された通路断面の大きさを表す指標であり、等価な断面積を有する円形通路の内径（直径）を示している。「細孔径」の値は、もっとも簡便には、走査型電子顕微鏡で撮影した金属不織布表面あるいは断面の写真に基づいて、目視によって計測することができる。細孔径の分布としては、代表的には約５μｍ〜５０μｍの分布を有する不織布を用いることができる。
【００３４】図７に例示するような所定諸元の不織布を使用することで、排ガス中の含炭素浮遊微粒子や炭化水素系化合物を分散した捕集することができるメカニズムについては、明確に解明されたわけではない。しかし、推定されるメカニズムによれば、金属製の不織布に限らず、例えばコーディエライト製のハニカムフィルタのようなセッラミックスフィルタなどを用いても、同等の諸元を有するフィルタであれば、本実施例と同等の結果を得ることができると考えられる。
【００３５】尚、上述した本実施例のエレメント３０４は、エレメント３０４の両端に封止板３１２を溶接して形成されているものとして説明したが、以下に説明するように、封止板３１２を用いない構造としてもよい。
【００３６】図８は、封止板を用いない構造のエレメントを備えるパティキュレートフィルタ３０の断面図である。図８では、図が煩雑となることをさけるために、波板３０８の表示は省略している。前述した図６では、不織布３０６の両端に互い違いに封止板３１２を溶接したが、封止板を溶接する代わりに、図８に示すように、不織布同士を端部３１３で互いに溶接してもよい。こうすれば封止板３１２を省略することができるので、パティキュレートフィルタ３０をより簡便に製造することができる。
【００３７】上記構成を備えるフィルタ３０によれば、排気ガスの熱エネルギおよび排気ガスの有する動的エネルギを利用して、フィルタ３０の温度を浮遊粒子状物質の低温着火成分の着火温度まで上昇させることが可能であり、また、着火した低温着火成分の熱エネルギを利用して浮遊粒子状物質の高温着火成分を着火、燃焼させてフィルタ３０を再生することができる。なお、排気ガスの動的エネルギは、例えば、エンジン１０の排気行程時に排気ポートからフィルタ３０へ向かって排出される排気ガスのガス流によりもたらされる。
【００３８】エンジン１０の運転状態は、エンジンＥＣＵ６０によって制御されている。エンジンＥＣＵ６０には、吸気制御バルブ２０（アクチュエータ２０１）、ＥＧＲバルブ２１（アクチュエータ２１１）、可変翼４５（アクチュエータ４５１）、およびインジェクタＩＪとが制御線を介して接続されている。エンジンＥＣＵ６０は、制御線を介して制御信号を送信することで、吸気制御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５、およびインジェクタＩＪの動作を制御する。エンジンＥＣＵ６０には、アクセルペダルの踏み込み量を開度として出力するアクセル開度センサ５０、ブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキペダルセンサ５１、車両の速度ならびに走行距離を検出するための車速センサ５２、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ５３等が接続されている。
【００３９】次に、上記構成を備えるエンジン１０の一般的な動作について簡単に説明する。イグニッションキーがオン位置に切り換えられると、エンジンＥＣＵ６０は、図示しないグロープラグに通電してグロープラグの加熱を開始すると共に計器盤上のグローランプを点灯させる。エンジンＥＣＵ６０は、グロープラグの温度が燃料の爆発燃焼に要求される所定温度まで上昇したところで、グローランプを消灯させ、エンジンが始動可能な状態にあることを示す。イグニッションキーがオン位置から始動位置への切り換えを検出すると、エンジンＥＣＵ６０は、インジェクタＩＪを介してシリンダ内に燃料を噴射し、エンジン１０が運転を開始する。
【００４０】エンジンＥＣＵ６０は、エンジン回転数センサ５３等を介してエンジン１０の始動を検出すると、グロープラグへの通電を遮断する。エンジンＥＣＵ６０は、主としてアクセル開度センサ５０およびエンジン回転数センサ５３から検出データに基づいて、インジェクタＩＪからの燃料噴射量ならびに噴射時期を決定し、インジェクタＩＪの開弁時間ならびに開弁時期を制御する。エンジンＥＣＵ６０は、各センサからの検出結果に基づいて、吸気制御バルブ２０の開度、ＥＧＲバルブ２１の開度を制御する。エンジンＥＣＵ６０はまた、過給器４０によって適当な過給効果が得られるように、可変翼４５の開度を制御する。
【００４１】エンジン１０の排気ポート１６から排出された排気ガス中の浮遊粒子状物質は、フィルタ３０を通過する際に捕集され、フィルタ３０を通過後の排気ガス中には浮遊粒子状物質が含まれていないか、含まれていても微量である。
【００４２】第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置にて実行される、フィルタ３０の再生処理（アッシュの除去処理）について図９〜図１１を参照して説明する。図９は第１の実施例に係る内燃機関の浄化装置において実行されるフィルタ３０の再生処理の処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、本処理ルーチンは、例えば、週単位、月単位といった長期の所定期間間隔毎に実行されるものとする。図１０はフィルタ３０の再生処理に伴って、フィルタ３０に付着していたアッシュがフィルタ３０から除去され、シリンダ１２内に導かれる状態を概念的に示す説明図である。図１１はフィルタ３０に付着していたアッシュがフィルタ３０から剥離される様子を概念的により詳細に示す説明図である。
【００４３】エンジンＥＣＵ６０は、先回のアッシュ除去処理からの積算区間走行距離ＤＤが、アッシュ除去処理の判定走行距離である所定走行距離ＤＤrefを超えたか否かを判定する（ステップＳ１００）。一般的に、走行距離は、車速センサ５２からの検出信号数と車輪の外径と乗算された値を積算することによって取得され、積算区間走行距離ＤＤは、任意のリセット時からの走行距離を積算することによって取得される。エンジンＥＣＵ６０は、積算区間走行距離ＤＤが所定走行距離ＤＤref以下であると判定した場合には（ステップＳ１００：Ｎｏ）、本処理ルーチンを終了する。
【００４４】エンジンＥＣＵ６０は、積算区間走行距離ＤＤが所定走行距離ＤＤrefを超えたと判定した場合には（ステップＳ１００：Ｙｅｓ）、車両が減速状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。車両が減速状態にあるか否かは、例えば、アクセルペダル、ブレーキペダルの操作状態に基づいて判定される。エンジンＥＣＵ６０は、例えば、アクセルオフ（アクセル開度０）の場合、アクセルオフの状態が所定時間継続している場合、ブレーキペダルセンサ５１がブレーキペダルの踏み込みを検出している場合には、車両が減速状態にあると判定する。
【００４５】エンジンＥＣＵ６０は、車両が減速状態となるまで待機する（ステップＳ１１０：Ｎｏ）。車両が減速状態にある場合には、エンジン１０は無負荷状態となるので、以下実行される吸気制御バルブ２０の閉制御を比較的自由に実行することができると共に、ドライバビリティに与える影響も無視できるからである。エンジンＥＣＵ６０は、車両が減速状態にあると判定した場合には（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、インジェクタＩＪからの燃料噴射を停止して、燃焼室内への燃料供給をカットする（ステップＳ１２０）。
【００４６】エンジンＥＣＵ６０は、ＥＧＲバルブ２１のアクチュエータ２１１を介してＥＧＲバルブ２１の閉制御、すなわち、ＥＧＲ管１９を閉塞する制御を実行する（ステップＳ１３０）。ＥＧＲバルブ２１が閉制御されることにより、排気管１８から吸気管１７への排気ガスの環流が遮断され、この結果、シリンダ１２内の負圧によってシリンダ１２内の排気ガスが排気ポート１６１へ吸引され、排気ガスの排出量の増加を回避することができる。また、排気ガスの排出量の増加を抑制することにより、シリンダ１２内の負圧を維持することができる。さらに、吸気行程時に吸気ポート１５を介してシリンダ１２内に流入する吸気量が低減され、シリンダ１２内の負圧を増大させることができる。また、シリンダ１２から排出された排気ガスのガス流のＥＧＲ管１９への抜けが防止されるので、排気管１８内の排気ガスのシリンダ１２内への逆流を促進させることができる。
【００４７】次に、エンジンＥＣＵ６０は、過給器４０に対する排気ガス流量を可変制御する可変翼４５のアクチュエータ４５１を介して可変翼４５の閉制御、すなわち、排気管１８を閉塞する制御を実行する（ステップＳ１４０）。可変翼４５が閉制御されることにより、吸気行程時、バルブオーバラップに起因する排気管１８からシリンダ１２内への排気ガスの再吸入を防止することができる。この結果、シリンダ１２内の負圧の増大を促進させることができる。また、排気管１８が過給器４０の手前で閉塞（遮断）されるので、シリンダ１２から排出された排気ガスは、可変翼４５によって反射され、また、排出された排気ガスと干渉することによってその波動が増大され、排気行程時には、逆流波としてシリンダ１２内に流れ込むことができる。
【００４８】続いて、エンジンＥＣＵ６０は、吸気制御バルブ２０のアクチュエータ２０１を介して吸気制御バルブ２０の閉制御、すなわち、吸気管１７を閉塞する制御を実行する（ステップＳ１５０）。吸気制御バルブ２０が閉制御されることにより、エアクリーナ１７１を介した外部空気の吸気が規制（阻止）され、吸気行程時に、シリンダ１２内に発生する負圧を増大させることができる。シリンダ１２内の負圧が増大された状態にて排気バルブ１６１が開弁されると、後述するように、フィルタ３０に堆積、付着していたアッシュＳＨがフィルタ３０から剥離して、シリンダ１２内に流入させられる。なお、負圧の増大とは、圧力値の絶対値が増大することを意味する。
【００４９】アッシュＳＨは、エンジンオイル中に含まれている潤滑成分、清浄成分であるカルシウム（Ｃａ）が燃焼時に灰化して生成されるカルシウム系化合物であり、浮遊粒子状物質と共に排気ガス中に含まれている。アッシュとしては、例えば、ＣａＳＯ4（硫酸カルシウム）、ＣａＰＯ3（リン酸カルシウム）等が含まれる。このアッシュは、浮遊粒子状物質と同程度の大きさを有するため、浮遊粒子状物質の捕集率を上げると、アッシュもフィルタ３０に捕集される。アッシュは、水分を吸収して互いに付着し合い、次第に肥大化し、フィルタ３０上で固まってしまう特性を有している。また、フィルタ３０が捕集した浮遊粒子状物質を燃焼させて自動的に再生する際にも、燃焼することなく、フィルタ３０上に残存する。
【００５０】エンジンＥＣＵ６０は、吸気制御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５を閉制御のまま維持する待機時間Ｔirefを設定し、計時を開始する（ステップＳ１６０）。シリンダ１２内の負圧効果、排気管１８からの排気ガスの反射効果を期待することができる期間、各バルブ２０、２１、可変翼４５を閉制御のまま維持して、フィルタ３０に付着しているアッシュを十分に剥離させるのである。ここで、シリンダ１２内の負圧効果、排気管１８からの排気ガスの反射効果を期待することができる期間としては、数ミリ秒であり、ピストン１３は２〜４回程度、吸気・圧縮・爆発膨張・排気行程を繰り返す。待機時間Ｔirefを経過した後は、排気管１８の圧力がシリンダ１２内の圧力と等しくなってしまい、負圧による効果を得ることができなくなるからである。
【００５１】エンジンＥＣＵ６０は、待機時間Ｔirefが経過するまで待機し（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、待機時間Ｔirefが経過すると（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、区間走行距離ＤＤをリセットして０とする（ステップＳ１８０）。エンジンＥＣＵ６０は、吸気制御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５を閉制御を解除して、走行条件から本来要求されるバルブ開度、翼開度にて、吸気制御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５を制御して（ステップＳ１９０）、本処理ルーチンを終了する。
【００５２】以上説明した、第１の実施例に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の効果について図１０および図１１を参照して説明する。ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５が閉制御され、最後に吸気制御バルブ２０が閉制御されると、吸気行程時にシリンダ１２内の負圧は急激に増大する。シリンダ１２内の負圧が大きい状態にて、排気バルブ１６１が開弁されると、排気バルブ１６１が開弁した瞬間に、図１０に示すように、可変翼４５（過給器４０の手前）からフィルタ３０を介して、シリンダ１２内に排気ガスが大きな波動を伴って逆流する。
【００５３】排気ガスの逆流波によって、フィルタ３０に堆積しているアッシュＳＨが剥離する。図１１に示すように、詳細には、アッシュＳＨは、フィルタ３０の不織布３０６に浮遊粒子状物質と共に堆積している。また、フィルタ３０の不織布３０６の表面領域に多く堆積している。排気ガスの逆流波により、アッシュＳＨは不織布３０６の表面領域から剥離、離脱し、排気ポート１６を介してシリンダ１２内に流入していく。この結果、フィルタ３０が捕集した浮遊粒子状物質を燃焼させて自動的に再生する場合にも除去できなかったアッシュＳＨをフィルタ３０から除去することができる。これにより、フィルタ３０における浮遊粒子状物質の捕集率も向上させることができる。
【００５４】アッシュＳＨは、シリンダ１２内に流入するに際して、吸気ポート１６等に衝突することにより、砕かれ、微細化される。また、シリンダ１２内においてピストン１３の往復動によっても微細化される。シリンダ１２内に流入し、微細化されたアッシュＳＨは、吸気制御バルブ２０等の閉制御が解除されると、排気ポート１６１を介して排出され、フィルタ３０に捕集されることなくフィルタ３０を通過する。フィルタ３０を通過したアッシュＳＨは、過給器４０のタービンホイール４２によっても微細化され、最後には排気マフラを介して外部に排出される。
【００５５】その他の実施例：第１の実施例では、吸気制御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５の全ての閉制御する場合について説明したが、ＥＧＲバルブ２１、可変翼４５については、いずれか一方のみを閉制御してもよく、あるいは、双方の閉制御を実行しなくても良い。かかる場合には、排気管１８に排出された排気ガスの反射の効果を得ることはできないが、吸気制御バルブ２０を閉制御することによって、シリンダ１２内の負圧を増大することはできるので、フィルタ３０からアッシュＳＨを剥離させることはできる。
【００５６】第１の実施例では、過給器４０を備えるエンジン１０を例にとって説明したが、過給器４０を備えないエンジン１０も存在する。この場合には、吸気制御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１の閉制御によってフィルタ３０に堆積したアッシュＳＨを剥離させることができる。かかる条件下では、排気管１８からシリンダ１２への波動を伴う排気ガスの逆流波の効果を得難いが、例えば、吸気制御バルブ２０の吸気絞りの程度を大きくしたり、吸気制御バルブ２０、ＥＧＲバルブ２１の閉制御の頻度を増やすことによって、アッシュＳＨをフィルタ３０からより確実に除去することができる。
【００５７】以上、いくつかの実施例に基づき本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置を説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【００５８】例えば、上記第１の実施例において、排気ポート１６１とフィルタ３０との距離、フィルタ３０と可変翼４５との距離が、フィルタ３０、可変翼４５からの逆流排気ガスの波動が排気管１８をフィルタ３０，可変翼４５に向かって流れる正流排気ガスの波動によってより増幅されるような距離に設定され得ることはもちろんである。
【００５９】上記実施例では、コモンレール式のインジェクタＩＪ、および過給器４０を粗なるディーゼルエンジン１０を用いて説明したが、従来より用いられている分配式のインジェクションポンプを備えるエンジン、あるいは、過給器４０を備えないエンジンに対しても適用され得ることは言うまでもない。さらに、上記実施例ではエンジンとしてディーゼルエンジンを用いて説明したが、一般的なガソリンエンジンに対しても適用し得るのはもちろんである。
【００６０】第１の実施例において用いたフィルタ３０の構造は例示に過ぎず、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、他の構造のフィルタを用いても、フィルタに堆積したアッシュを除去することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９６８１７
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 孝雄 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６１７２７（Ｐ２００２−１６１７２７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３５７４８０（Ｐ２０００−３５７４８０） |
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