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技術 内燃機関の排気浄化装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 松原宏幸林孝太郎渡部雅王木下洋平井元瑠伊
出願日 2009年5月19日 (12年3ヶ月経過) 出願番号 2009-121049
公開日 2010年12月2日 (10年9ヶ月経過) 公開番号 2010-270613
状態 特許登録済
技術分野 排気消音装置 排気の固体成分の処理 排気の後処理 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御
主要キーワード 密閉通路 下流通路 吐出ガス量 酸素マイナスイオン 生成電力 還流ポンプ 補充制御 オゾン生成器
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年12月2日)のものです。
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図面 (15)

課題

この発明は、排気系に活性酸素を供給したときに、一酸化炭素や活性酸素が大気中に放出されるのを防止することを目的とする。

解決手段

内燃機関10の排気通路12には、上流排気弁30と下流排気弁32とを設ける。これらの排気弁30,32の間に位置する密閉可能通路12Aには、DPF14とオゾン生成器16とを配置する。そして、DPF14に捕集されたPMを酸化するときには、排気弁30,32を閉弁し、オゾン生成器16から密閉可能通路12Aにオゾンを供給する。従って、排気弁30,32によりDPF14の周囲に滞留するガス保温することができ、この保温効果によりPMやCOの酸化反応を促進することができる。そして、排気通路12内の残留オゾンやCOが大気中に放出されるのを排気弁30,32により防止することができる。

概要

背景

従来技術として、例えば特許文献1(特開2007−120397号公報)に開示されているように、排気系にオゾンを供給する構成とした内燃機関排気浄化装置が知られている。従来技術の排気浄化装置は、排気ガス吸気系に還流させるEGR通路と、EGR通路にオゾンを供給するオゾン供給装置とを備えている。そして、従来技術では、内燃機関の停止時に、EGR通路にオゾンを供給し、排気ガス中の粒子状物質(PM:Particulate Matter)が原因でEGRクーラEGR弁に付着したデポジットを、オゾンにより酸化除去する構成としている。

概要

この発明は、排気系に活性酸素を供給したときに、一酸化炭素や活性酸素が大気中に放出されるのを防止することを目的とする。内燃機関10の排気通路12には、上流排気弁30と下流排気弁32とを設ける。これらの排気弁30,32の間に位置する密閉可能通路12Aには、DPF14とオゾン生成器16とを配置する。そして、DPF14に捕集されたPMを酸化するときには、排気弁30,32を閉弁し、オゾン生成器16から密閉可能通路12Aにオゾンを供給する。従って、排気弁30,32によりDPF14の周囲に滞留するガス保温することができ、この保温効果によりPMやCOの酸化反応を促進することができる。そして、排気通路12内の残留オゾンやCOが大気中に放出されるのを排気弁30,32により防止することができる。

目的

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、排気系に活性酸素を供給したときに、一酸化炭素や活性酸素が大気中に放出されるのを防止し、排気エミッションを向上させることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

内燃機関排気通路に設けられ、排気ガス中の未浄化成分浄化する浄化装置と、前記浄化装置の下流側で前記排気通路を開,閉する下流通路開閉手段と、前記下流通路開閉手段の上流側で前記排気通路に活性酸素を供給することが可能な活性酸素供給手段と、排気ガスが前記浄化装置を流通しないときに、前記下流通路開閉手段を閉じ、かつ前記活性酸素供給手段により前記排気通路に活性酸素を供給する浄化制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置

請求項2

前記排気通路に対する活性酸素の供給位置及び前記浄化装置よりも上流側で前記排気通路を開,閉する上流通路開閉手段を備え、前記浄化制御手段は、前記活性酸素供給手段により活性酸素を供給するときに、前記上流通路開閉手段を閉じる構成としてなる請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。

請求項3

前記活性酸素供給手段により前記排気通路に供給されたガスの量を取得するガス供給量取得手段と、前記排気通路のうち前記下流通路開閉手段により閉塞される部位に対して、当該部位の容積に対応した量のガスが供給されたか否かを判定する供給量判定手段と、を備え、前記浄化制御手段は、前記供給量判定手段の判定が成立したときに、前記活性酸素供給手段を停止し、かつ前記下流通路開閉手段を閉じる構成としてなる請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。

請求項4

前記活性酸素供給手段による活性酸素の供給が停止された後に、前記排気通路内ガス中に活性酸素が残留しているか否かを判定する残留判定手段と、前記浄化制御手段による制御が終了し、かつガス中の残留活性酸素消失したときに、前記下流通路開閉手段を開く開放制御手段と、を備えてなる請求項1乃至3のうち何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

請求項5

前記浄化装置が必要とする活性酸素の要求量を算出する要求量算出手段と、前記活性酸素供給手段による活性酸素の供給量が前記要求量よりも少ない状態で、前記排気通路内の活性酸素が消失したときに、前記下流通路開閉手段を一時的に開き、かつ前記活性酸素供給手段により活性酸素を補充する補充制御手段と、を備えてなる請求項1乃至4のうち何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

請求項6

前記下流通路開閉手段の上流側で前記排気通路に設けられ、前記浄化装置から流出したガスを還流ガスとして前記浄化装置の上流側に還流させる還流通路と、前記還流ガスの流れを形成することが可能な送気手段と、を備え、前記浄化制御手段は、前記活性酸素供給手段により前記排気通路に活性酸素を供給した後に、前記活性酸素供給手段を停止して前記送気手段を作動させる構成としてなる請求項1乃至5のうち何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

請求項7

前記排気通路内のガスを外部に放出するために、前記下流通路開閉手段の上流側で前記排気通路に接続された放出通路と、前記放出通路に設けられ、少なくともガス中の活性酸素と一酸化炭素とを浄化する放出ガス浄化触媒と、前記浄化制御手段による制御が終了したときに、前記排気通路内のガスを前記放出通路から外部に放出するガス放出手段と、を備えてなる請求項1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。

請求項8

前記下流通路開閉手段の上流側に位置して前記浄化装置から流通したガスが流れる通路に設けられ、少なくともガス中の活性酸素と一酸化炭素とを浄化する補助触媒を備えてなる請求項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。

請求項9

前記下流通路開閉手段の上流側に位置して活性酸素が流通する通路に設けられ、活性酸素の活性度を高めることが可能な活性触媒を備えてなる請求項1乃至8のうち何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

請求項10

前記活性酸素供給手段は、活性酸素の供給対象となる通路内に設けられ、放電より活性酸素を発生させることが可能な放電部と、活性酸素の原料となる空気を前記通路内に供給する空気供給部と、を備えてなる請求項1乃至9のうち何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

従来技術として、例えば特許文献1(特開2007−120397号公報)に開示されているように、排気系にオゾンを供給する構成とし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は、排気ガス吸気系に還流させるEGR通路と、EGR通路にオゾンを供給するオゾン供給装置とを備えている。そして、従来技術では、内燃機関の停止時に、EGR通路にオゾンを供給し、排気ガス中の粒子状物質(PM:Particulate Matter)が原因でEGRクーラEGR弁に付着したデポジットを、オゾンにより酸化除去する構成としている。

先行技術

0003

特開2007−120397号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、上述した従来技術では、内燃機関の停止時に排気系にオゾンを供給する構成としている。しかしながら、オゾンとPMとの反応時には、不完全酸化反応により一酸化炭素が発生することがあり、またオゾンが余剰となる場合もある。従来技術では、これらの一酸化炭素やオゾンが排気通路から大気中に放出される虞れがあり、それを防ぐには特別な方策が必要である。

0005

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、排気系に活性酸素を供給したときに、一酸化炭素や活性酸素が大気中に放出されるのを防止し、排気エミッションを向上させ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にある。

課題を解決するための手段

0006

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浄化する浄化装置と、
前記浄化装置の下流側で前記排気通路を開,閉する下流通路開閉手段と、
前記下流通路開閉手段の上流側で前記排気通路に活性酸素を供給することが可能な活性酸素供給手段と、
排気ガスが前記浄化装置を流通しないときに、前記下流通路開閉手段を閉じ、かつ前記活性酸素供給手段により前記排気通路に活性酸素を供給する浄化制御手段と、
を備えることを特徴とする。

0007

第2の発明は、前記排気通路に対する活性酸素の供給位置及び前記浄化装置よりも上流側で前記排気通路を開,閉する上流通路開閉手段を備え、
前記浄化制御手段は、前記活性酸素供給手段により活性酸素を供給するときに、前記上流通路開閉手段を閉じる構成としている。

0008

第3の発明は、前記活性酸素供給手段により前記排気通路に供給されたガスの量を取得するガス供給量取得手段と、
前記排気通路のうち前記下流通路開閉手段により閉塞される部位に対して、当該部位の容積に対応した量のガスが供給されたか否かを判定する供給量判定手段と、を備え、
前記浄化制御手段は、前記供給量判定手段の判定が成立したときに、前記活性酸素供給手段を停止し、かつ前記下流通路開閉手段を閉じる構成としている。

0009

第4の発明は、前記活性酸素供給手段による活性酸素の供給が停止された後に、前記排気通路内ガス中に活性酸素が残留しているか否かを判定する残留判定手段と、
前記浄化制御手段による制御が終了し、かつガス中の残留活性酸素消失したときに、前記下流通路開閉手段を開く開放制御手段と、
を備える構成としている。

0010

第5の発明は、前記浄化装置が必要とする活性酸素の要求量を算出する要求量算出手段と、
前記活性酸素供給手段による活性酸素の供給量が前記要求量よりも少ない状態で、前記排気通路内の活性酸素が消失したときに、前記下流通路開閉手段を一時的に開き、かつ前記活性酸素供給手段により活性酸素を補充する補充制御手段と、
を備える構成としている。

0011

第6の発明は、前記下流通路開閉手段の上流側で前記排気通路に設けられ、前記浄化装置から流出したガスを還流ガスとして前記浄化装置の上流側に還流させる還流通路と、
前記還流ガスの流れを形成することが可能な送気手段と、を備え、
前記浄化制御手段は、前記活性酸素供給手段により前記排気通路に活性酸素を供給した後に、前記活性酸素供給手段を停止して前記送気手段を作動させる構成としている。

0012

第7の発明は、前記排気通路内のガスを外部に放出するために、前記下流通路開閉手段の上流側で前記排気通路に接続された放出通路と、
前記放出通路に設けられ、少なくともガス中の活性酸素と一酸化炭素とを浄化する放出ガス浄化触媒と、
前記浄化制御手段による制御が終了したときに、前記排気通路内のガスを前記放出通路から外部に放出するガス放出手段と、
を備える構成としている。

0013

第8の発明は、前記下流通路開閉手段の上流側に位置して前記浄化装置から流通したガスが流れる通路に設けられ、少なくともガス中の活性酸素と一酸化炭素とを浄化する補助触媒を備える構成としている。

0014

第9の発明は、前記下流通路開閉手段の上流側に位置して活性酸素が流通する通路に設けられ、活性酸素の活性度を高めることが可能な活性触媒を備える構成としている。

0015

第10の発明によると、前記活性酸素供給手段は、
活性酸素の供給対象となる通路内に設けられ、放電より活性酸素を発生させることが可能な放電部と、
活性酸素の原料となる空気を前記通路内に供給する空気供給部と、
を備える構成としている。

発明の効果

0016

第1の発明によれば、浄化制御手段は、排気通路のうち下流通路開閉手段により閉塞される部位に活性酸素を供給することができる。従って、下流通路開閉手段により浄化装置の周囲に滞留するガスを保温することができ、この保温効果により浄化装置に残存する未浄化成分と活性酸素との酸化反応を促進することができる。この結果、不完全な酸化反応により生成されるCOの量と、未反応で残留する活性酸素の量とを減少させることができる。しかも、残留活性酸素やCOが大気中に放出されるのを下流通路開閉手段により確実に防止することができる。よって、排気浄化性能の高い装置を実現することができ、排気エミッションを向上させることができる。

0017

第2の発明によれば、排気通路のうち活性酸素を供給する部位を、上流側と下流側で確実に閉塞することができる。このため、例えば内燃機関の停止時に排気通路の上流側が吸気系に連通した状態となる場合でも、活性酸素が吸気系に侵入するのを確実に防止することができる。また、2つの通路開閉手段により閉塞される排気通路の容積を必要最小限に設定することができるので、この小さな容積内に活性酸素を集中させて浄化処理を効率よく行うことができる。

0018

第3の発明によれば、供給量判定手段は、排気通路のうち下流通路開閉手段により閉塞される部位に対して、当該部位の容積に対応した量のガスが供給されたか否かを判定することができる。これにより、活性酸素の供給時には、前記容積に対応した量のガスが供給されるまで下流通路開閉手段を開いておくことができる。従って、閉塞された空間内に活性酸素を無理に押込む必要がないので、活性酸素の供給動作をスムーズに行うことができる。そして、活性酸素が下流通路開閉手段の位置に到達するタイミングに合わせて、下流通路開閉手段を閉じることができ、排気通路の下流側を適切なタイミングで閉塞することができる。

0019

第4の発明によれば、開放制御手段は、排気通路内に残留する活性酸素が消失したときに、下流通路開閉手段を開くことができる。従って、活性酸素による酸化反応を十分に進行させることができる。そして、残留活性酸素等が大気中に排出されるのを確実に防止することができる。

0020

第5の発明によれば、補充制御手段は、活性酸素の供給量が要求量よりも少ない状態で、排気通路内の活性酸素が消失したときに、下流通路開閉手段を一時的に開いて活性酸素を補充することができる。従って、排気通路の容積等に応じた量の活性酸素を無理なく供給しつつ、その供給量が必要量に達するまで補充動作を繰返すことができる。これにより、必要最低限の活性酸素を的確に供給することができ、活性酸素の過不足が生じたり、活性酸素の過剰生成により無駄な電力消費されるのを確実に防止することができる。そして、浄化装置に多量の未浄化成分が残存している場合でも、この未浄化成分を複数回に分けて着実に浄化することができる。

0021

第6の発明によれば、排気通路に供給した活性酸素を、還流ガスとして浄化装置の下流側から上流側に還流させることができる。これにより、排気通路内で浄化装置から離れた位置に滞留していた活性酸素等を含めて、供給された活性酸素の大部分を浄化装置に繰返し流通させることができる。従って、活性酸素を最大限有効に活用することができ、未浄化成分の酸化率を確実に高めることができる。

0022

第7の発明によれば、浄化装置の未浄化成分を処理した後には、排気通路内のガスを放出ガス浄化触媒により浄化しつつ、このガスを放出通路から外部に放出することができる。従って、ガス中に残留した活性酸素等が消失するまで待機しなくてもよいので、制御の迅速化を図ることができる。

0023

第8の発明によれば、未浄化成分の量に応じて活性酸素の供給量を設定したとしても、未浄化成分の不完全な酸化反応によりCOが生じた場合には、このCOが生じた分だけ活性酸素が余ることになる。この場合、補助触媒は、COと活性酸素とを反応させることができ、これらの成分を同時に分解して除去することができる。従って、残留活性酸素やCOが大気中に放出されるのを、より確実に抑制することができる。

0024

第9の発明によれば、低温状態でも、活性触媒により活性酸素の活性度を高めることができる。これにより、未浄化成分の酸化を効率よく行うことができる。

0025

第10の発明によれば、活性酸素供給手段の放電部は、排気通路内に活性酸素を直接生成することができる。これにより、例えば外部で生成した活性酸素を排気通路内に供給する場合と比較して、活性酸素が生成してから未浄化成分と反応するまでの時間を短くすることができる。従って、供給途中の分解等による活性酸素の損失を最小限に抑制し、活性酸素及びその生成電力を有効に活用することができる。また、放電部を排気通路に組込むことにより、システム全体の部品点数を削減し、その小型軽量化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0026

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。
PMの酸化処理において、PM減少量およびCO生成量触媒温度に応じて変化する状態を示す特性線図である。
オゾンの分解率と温度との関係を示す特性線図である。
本発明の実施の形態1において、ECUにより実行される制御を示すフロチャートである。
本発明の実施の形態1において、変形例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2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2において、ECUにより実行される制御を示すフロチャートである。
本発明の実施の形態3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4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5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6のシステム構成を説明するための全体構成図である。
実施の形態6のシステムと循環型システムのそれぞれについて、PM酸化量CO排出量とを示す説明図である。
本発明の作用効果を検証するために使用した実験設備の一例を示す説明図である。
本発明の実施の形態1乃至4について、各実施の形態の作用効果を示す説明図である。

実施例

0027

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
以下、図1乃至図5を参照しつつ、本発明の実施の形態1について説明する。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。本実施の形態のシステムは、例えばディーゼルエンジンからなる内燃機関10を備えており、その排気通路12には、DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)14と、オゾン生成器16とが設けられている。

0028

DPF14は、排気ガス中の未浄化成分であるPMを捕集し、これを酸化処理により浄化するもので、本実施の形態の浄化装置を構成している。オゾン生成器16は、後述のECU40から入力される制御信号に応じて、活性酸素の一つであるオゾンをDPF14の上流側に供給するものであり、活性酸素供給手段を構成している。オゾン生成器16としては、例えば高電圧印加可能放電管内に、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。

0029

また、オゾン生成器16は、オゾンの原料となる空気を取込む空気取込通路18と、生成したオゾンを排気通路12に供給するオゾン供給通路20とを備えている。空気取込通路18には、空気を吸込むためのエアポンプ22と、吸込んだ空気の量を検出する空気量センサ24と、エアフィルタ26とが設けられている。ここで、空気量センサ24は、オゾン生成器16により排気通路12に供給されたガスの量を取得するガス供給量取得手段を構成している。

0030

一方、オゾン供給通路20は、後述する上流排気弁30と下流排気弁32との間となり、かつDPF14の上流側となる位置で排気通路12に接続されている。なお、本実施の形態では、オゾン供給通路20(オゾンの供給位置)をDPF14の上流側に配置したが、本発明はこれに限らず、オゾンの供給位置は、排気弁30,32の間であれば、DPF14の下流側に配置してもよい。オゾン供給通路20には、排気通路12からオゾン生成器16側にガスが流入するのを防止する遮断弁28が設けられている。この遮断弁28は、機械構造的に逆流を防止する逆止弁等により構成してもよく、またECU40により開,閉制御される電磁駆動式の開閉弁等により構成してもよい。

0031

また、排気通路12には、DPF14及びオゾン供給通路20の上流側で排気通路12を開,閉する上流通路開閉手段としての上流排気弁30と、DPF14の下流側で排気通路12を開,閉する下流通路開閉手段としての下流排気弁32とが設けられている。これらの排気弁30,32は、電磁駆動式の開閉弁等により構成され、ECU40により開,閉制御される。そして、排気通路12のうち排気弁30,32の間に位置する部位は、2つの排気弁30,32が閉弁したときに密閉される密閉可能通路12Aとなっている。この密閉可能通路12Aには、DPF14とオゾン供給通路20とが配置されている。

0032

さらに、本実施の形態のシステムは、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサにより構成されたセンサ系統と、内燃機関10の運転状態を制御するためのECU(Electronic Control Unit)40とを備えている。センサ系統には、前述した空気量センサ24と、DPF14の温度(床温)を検出する温度センサ34とが含まれている。また、センサ系統には、例えば吸入空気量を検出するエアフロメータ、内燃機関の出力回転数機関回転数)を検出するための回転センサ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ排気空燃比を検出する空燃比センサ等が含まれており、これらのセンサはECU40の入力側に接続されている。

0033

一方、ECU40の出力側には、各種のアクチュエータが接続されている。このアクチュエータには、各気筒に設けられた燃料噴射弁点火プラグの他に、オゾン生成器16、エアポンプ22、排気弁30,32等が含まれている。そして、ECU40は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動する。具体的には、センサ系統の出力に基いて、各気筒に対する燃料噴射量及び噴射時期点火時期等が設定され、これらの設定内容に応じてアクチュエータが駆動される。また、ECU40は、以下に述べるPM酸化制御を実行するように構成されている。

0034

(PM酸化制御)
PM酸化制御は、オゾンの酸化力を利用してDPF14に捕集されたPMを酸化し、DPF14を再生させるもので、例えば内燃機関の停止時のように、DPF14に排気ガスを流通していないときに実行される。この制御の前提条件としては、DPF14の温度がオゾンの熱分解温度(例えば、300℃程度)以下であることが必要である。従来技術においても、オゾンによるPMの酸化処理は知られているが、単に排気通路12にオゾンを供給するだけでは、PMの酸化時に発生する一酸化炭素や余剰なオゾンが大気中に放出される虞れがある。このため、本実施の形態では、排気弁30,32を閉弁した状態で、密閉可能通路12A内にオゾンを供給する。そして、PMの酸化が完了し、かつ密閉可能通路12A内のオゾンが消失した時点で、排気弁30,32を開弁する構成としている。

0035

より詳しく述べると、PM酸化制御では、まず、上流排気弁30を閉弁した状態で、オゾン生成器16(及びエアポンプ22)を作動させることにより、生成したオゾンを含むガスを排気通路12(密閉可能通路12A)に供給する。このとき、下流排気弁32は、まだ開弁状態に保持されているので、オゾンを含むガスを密閉可能通路12A内にスムーズに送り込むことができる。

0036

また、ECU40は、上述の供給動作と並行して、排気通路12内に供給したガスの供給量を空気量センサ24により検出する。そして、ガスの供給量がECU40に予め記憶された密閉可能通路12Aの容積と等しくなった時点(即ち、排気通路12に送り込んだオゾンが下流排気弁32の位置に到達した時点)で、オゾン生成器16を停止し、下流排気弁32を閉弁する。この結果、オゾンは、2つの排気弁30,32により密閉可能通路12A内に閉じ込められた状態となる。従って、オゾンをDPF14の周囲に集中的に滞留させ、最小限のオゾンによりDPF14内のPMを効率よく酸化することができる。

0037

ここで、図2は、PMの酸化処理において、PM減少量およびCO生成量が触媒温度に応じて変化する状態を示す特性線図である。この図において、PM減少量とは、DPFに捕集されたPMがオゾンとの反応により減少した量である。また、生成CO/CO2比とは、PMとオゾンとの反応により生じる一酸化炭素と二酸化炭素生成量比率を表している。図2に示すように、PM減少量は、例えば200℃程度をピークとして高温側で減少傾向となる。また、COの生成量は、例えば300℃の高温において極端に増大する傾向がある。

0038

従って、本実施の形態では、温度センサ34により検出したDPF14(または排気ガス)の温度が300℃以下であるときに、PM酸化制御を実行する構成としている。この構成によれば、DPF内のPMをオゾンにより効率よく減少させつつ、COの生成量を抑制することができる。しかも、上記温度条件を満たすことにより、前述したようにオゾンの熱分解を抑制し、オゾンを有効に活用することができる。

0039

また、PM酸化制御の開始後には、オゾンの熱分解特性に基いて、密閉可能通路12A内にオゾンが残留しているか否かを判定する。この判定は、DPF14の温度と、密閉可能通路12A内にオゾンを供給してからの経過時間とに基いて行われる。図3は、オゾンの分解率と温度との関係を示す特性線図である。この図は、オゾンを供給してから一定の時間が経過した後におけるオゾンの分解率を表している。オゾンは不安定な化合物であるため、温度に応じた分解速度をもって熱分解する。

0040

ECU40には、図3の特性データに対して、更にオゾン供給後の経過時間をパラメータとして加えた2次元マップデータが予め記憶されている。即ち、ECU40は、経過時間と温度とに基いて前記2次元マップデータを参照することにより、その時点におけるオゾンの分解率を取得し、オゾンの残留量を算出することができる。そして、ECU40は、DPFの再生処理が完了したとしても、密閉可能通路12A内のオゾンが消失したと判定されるまで、排気弁30,32を閉弁状態に保持する。これにより、PMとオゾンとの反応、およびPMの酸化により生じたCOとオゾンとの反応をそれぞれ十分に進行させることができ、その後に排気弁30,32を開弁させることができる。従って、PM酸化制御により生じたCOや残留オゾンが大気中に排出されるのを確実に防止することができる。

0041

一方、密閉可能通路12A内のオゾンが消失したときには、今回供給したオゾンによるPMの酸化が終了したものと判断し、次に、DPFの再生処理が完了したか否かを判定する。即ち、DPF14に捕集されていたPMの捕集量に対して、今回供給したオゾンの供給量が不足している場合には、密閉可能通路12A内のオゾンが消失しても、まだDPF内にPMが残留している。この場合には、DPFの再生処理が完了していないと判定され、オゾンの補充動作(即ち、下流排気弁32を一時的に開弁し、密閉可能通路12A内にオゾンを供給する動作)が実行される。一方、今回供給したオゾンの供給量(2回目以降の補充動作では、それまでに供給したオゾンの総供給量)がPMの捕集量以上となった場合には、DPF14の再生処理が完了したと判定し、PM酸化制御を終了する。

0042

上述の判定処理において、PMの捕集量は、例えばDPF14の上流側の排気圧と下流側の排気圧との圧力差に基いて算出することができる。即ち、ECU40には、PMの捕集量が増えるにつれて大きくなる前記圧力差の特性データが予め記憶されている。このため、ECU40は、圧力センサ等を用いて前記圧力差を検出することにより、PMの捕集量を算出することができる。また、PM中炭素とオゾンとは、下記(1)または(2)式に示すように反応することが知られている。

0043

C+O3 → CO+1/2O2 ・・・(1)
C+2O3 → CO2+2O2 ・・・(2)

0044

従って、ECU40は、上記(1),(2)式により得られるPMとオゾンとの反応量の比率と、前述したPMの捕集量とに基いて、DPF14の再生処理を完了するのに必要とされるオゾンの量(オゾンの要求量)を算出する。そして、今回までに供給したオゾンの総供給量が前記要求量に達したときに、DPF14の再生処理が完了したと判定するように構成されている。なお、オゾンの供給量は、既知である空気中の酸素濃度と、エアポンプ22により供給したガス量(空気量)とに基いて算出することができる。

0045

[実施の形態1を実現するための具体的な処理]
図4は、本発明の実施の形態1において、ECUにより実行される制御を示すフロチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行される。図4に示すルーチンでは、まず、ステップ100において、DPF14内を流れる排気ガスの流れが無いか(本実施の形態では、内燃機関の停止時であるか)否かを判定する。なお、本発明において、PM酸化制御の実行タイミングは、内燃機関の停止時に限定されるものではない。この点については、後述の図5に示す変形例により詳細に説明する。

0046

ステップ100の判定成立時には、例えばDPF14によるPMの捕集状態や前回の再生処理を実行してからの経過時間等に基いて、DPF14の再生処理が必要であるか否かを判定する(ステップ102)。この判定成立時には、前述したように、DPF14に捕集されたPMの捕集量を算出し、この捕集量等に対応するオゾンの要求量を算出する(ステップ104,106)。また、ステップ100,102の何れかで判定が不成立のときには、PM酸化制御を実行せずにリターンする。

0047

次に、DPF14(または排気ガス)の温度が300℃以下であるか否かを判定する(ステップ108)。この判定成立時には、上流排気弁30を閉弁し、オゾン生成器16及びエアポンプ22を作動させる(ステップ110,112)。これにより、オゾン生成器16から密閉可能通路12A内にオゾンを含むガスが供給される。このとき、ECU40は、ガスの供給量(エアポンプ22の吐出ガス量)が予め記憶された密閉可能通路12Aの容積と等しくなったか否かを判定しつつ、この判定が成立するまで待機する(ステップ114)。

0048

そして、ステップ114の判定成立時には、オゾン生成器16及びエアポンプ22を停止することにより、密閉可能通路12Aに対するオゾンの供給を停止し、下流排気弁32を閉弁する(ステップ116)。これにより、密閉可能通路12Aが2つの排気弁30,32により密閉された状態となり、その内部でPMとオゾンとの反応が進行するので、ECU40は、前述したように、PMの酸化(オゾンの分解)が終了したか否かを判定しつつ、この判定が成立するまで待機する(ステップ118)。

0049

次に、ステップ118の判定成立時には、DPF14の再生処理が完了したか否かを判定する(ステップ120)。即ち、ステップ120では、オゾン生成器16によるオゾンの供給量が、ステップ106で算出したオゾンの必要量に達したか否かを判定する。そして、この判定成立時には、PMの酸化処理が完了し、かつ密閉可能通路12A内にオゾンが残留していないので、2つの排気弁30,32を開弁し、PM酸化制御を終了する(ステップ122)。

0050

また、ステップ120の判定が不成立のときには、DPF14に対するオゾンの供給量が足りないので、密閉可能通路12A内にオゾンを補充するために、下流排気弁32を開弁する(ステップ124)。そして、オゾンの総供給量が前記必要量に達するまで、ステップ112〜120の処理を繰返し実行する。

0051

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、PM酸化制御を行うときには、排気弁30,32により密閉される密閉可能通路12Aにオゾンを供給することができる。従って、排気弁30,32によりDPF14の周囲に滞留するガスを保温することができ、この保温効果によりPMの酸化反応を促進することができる。この結果、不完全な酸化反応により生成されるCOの量と、未反応で残留するオゾンの量とを減少させることができる。しかも、残留オゾンやCOが大気中に放出されるのを排気弁30,32により確実に防止することができる。よって、排気浄化性能の高い装置を実現することができ、排気エミッションを向上させることができる。

0052

また、上記効果は下流排気弁32だけでも十分に得られるが、2つの排気弁30,32を用いることにより更に顕著な効果を得ることができる。具体的に述べると、内燃機関10の構造によっては、機関停止時に排気通路12の上流側が吸気系に連通した状態となる場合がある。しかし、上流排気弁30を設けることにより、密閉可能通路12Aを上流側と下流側で確実に閉塞することができ、残留オゾン等が吸気系に侵入するのを確実に防止することができる。また、2つの排気弁30,32により密閉可能通路12Aの容積を必要最小限に設定することができるので、この小さな容積内にオゾンを集中させてPMの酸化を効率よく行うことができる。

0053

また、本実施の形態では、オゾン生成器16から密閉可能通路12Aの容積に対応する量のガスが供給された時点で、下流排気弁32を閉弁する構成としている。これにより、オゾンの供給時には、密閉された空間内にオゾンを無理に押込む必要がないので、供給動作をスムーズに行うことができる。そして、オゾンが下流排気弁32の位置に到達するタイミングに合わせて、下流排気弁32を確実に閉弁させることができ、密閉可能通路12を適切なタイミングで閉塞することができる。

0054

さらに、本実施の形態では、オゾンの供給量が要求量よりも少ない状態で、密閉可能通路12A内のオゾンが消失したときに、下流排気弁32を一時的に開いてオゾンを補充することができる。従って、密閉可能通路12Aの容積に応じた量のオゾンを無理なく供給しつつ、オゾンの供給量が必要量に達するまで補充動作を繰返すことができる。これにより、PMの捕集量等に対応して必要最低限のオゾンを的確に供給することができ、オゾンの過不足が生じたり、オゾンの過剰生成により無駄な電力が消費されるのを確実に防止することができる。そして、DPF14に多量のPMが捕集されていた場合でも、このPMを複数回に分けて着実に酸化することができる。

0055

なお、本実施の形態では、内燃機関の停止時にPM酸化制御を行う構成としたが、本発明は、例えば図5に示すように、内燃機関の運転中にPM酸化制御を行う構成にも適用されるものである。ここで、図5は、本発明の実施の形態1において、変形例のシステム構成を説明するための全体構成図である。この変形例において、排気通路12には、DPF14と下流排気弁32とをバイパスするバイパス通路36が設けられている。バイパス通路36の上流側は、例えば上流排気弁30′を介して排気通路12に接続されている。上流排気弁30′は、例えば電磁駆動式の三方弁等により構成され、排気ガスの流路を、密閉可能通路12Aとバイパス通路36との間で切換えることができる。この変形例によれば、内燃機関の運転中でも、排気ガスをバイパス通路36に流通させつつ、下流排気弁32を閉弁してPM酸化制御を行うことができる。

0056

また、図5に示す変形例において、排気ガス中のPMがバイパス通路36を通って大気中に放出されるのを防ぐために、バイパス通路36にDPFを設けてもよい。さらに、バイパス通路36のDPFのPMを酸化除去するために、このDPFに対してもオゾンを供給するようにしてもよい。そして、この場合には、下流排気弁32を上流排気弁30′と同様の電磁駆動式の三方弁とし、バイパス通路36の下流部をこの下流排気弁に接続する構成としてもよい。この構成によれば、それぞれ電磁駆動式の三方弁により構成された上流排気弁30′と下流排気弁とを切換えることにより、密閉可能通路12Aとバイパス通路36のうち何れか一方の通路を交互に密閉通路とし、この密閉通路内でオゾンによりPMを酸化除去することができる。

0057

実施の形態2.
次に、図6及び図7を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態は、DPFの下流側から上流側にガスを還流させるための還流通路を備えており、この点を含めて実施の形態1と構成が異なっている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

0058

[実施の形態2の特徴]
図6は、本発明の実施の形態2のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、実施の形態1の構成に加えて、還流通路50、還流ポンプ52、遮断弁54等を備えている。還流通路50は、密閉可能通路12A内でDPF14の下流側から上流側にガスを還流させるための通路であり、下流排気弁32の上流側となる位置で排気通路12に対してDPF14と並列に接続されている。

0059

より詳しく述べると、還流通路50の一端側は、上流排気弁30とDPF14との間に接続されており、還流通路50の他端側は、DPF14と下流排気弁32との間に接続されている。また、還流通路50には、実施の形態1と同様のオゾン生成器16が設けられており、オゾン供給通路20は還流通路50の一部を構成している。しかし、本実施の形態において、オゾン生成器16は、オゾン供給通路20にオゾンを供給する機能と、オゾンの供給停止時に還流通路50を流れるガスをそのまま通過させる機能とを備えている。

0060

還流ポンプ52は、例えばポンプファン等の送気手段により構成され、還流通路50に設けられている。そして、還流ポンプ52は、ECU40から入力される制御信号に応じて作動し、排気通路12(密閉可能通路12A)と還流通路50との間に還流ガスの流れを形成するものである。一方、遮断弁54は、ECU40により駆動される電磁駆動式の開閉弁等により構成され、還流通路50の他端側(遮断弁28と反対側の端部)に設けられている。遮断弁54は、内燃機関の運転中に閉弁状態に保持され、排気ガスが還流通路50に流入するのを防止するものである。

0061

(PM酸化制御)
本実施の形態では、実施の形態1とほぼ同様の手順によりPM酸化制御を実行する。しかし、密閉可能通路12Aにオゾンを供給した後には、遮断弁54を開弁し、還流ポンプ52を作動させる。これにより、密閉可能通路12A内のガスは、還流通路50と密閉可能通路12Aとからなる環状の流路に沿って流通し、DPF14の下流側から上流側に還流されるようになる。この還流動作は、PMの酸化が終了するまで継続される。これにより、オゾンを有効に活用しつつ、還流ガス中の残留オゾンやCOを確実に浄化することができる。

0062

[実施の形態2を実現するための具体的な処理]
図7は、本発明の実施の形態2において、ECUにより実行される制御を示すフロチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態1のルーチン(図4)にステップ130,132を追加したものである。従って、以下の説明では、実施の形態1と同一の処理についての説明を省略するものとする。

0063

図7に示すルーチンでは、まず、ステップ100〜116の処理を行うことにより、密閉可能通路12Aに適切な量のオゾンを供給し、下流排気弁32を閉弁する。そして、ステップ130では、還流ポンプ52を作動させると共に、遮断弁54を開弁する。なお、もう一つの遮断弁28は、還流方向のガスの流れを許す逆止弁により構成されているが、この遮断弁28として電磁駆動式の開閉弁等を用いる場合には、ステップ130において2つの遮断弁28,54を開弁させればよい。そして、PMの酸化終了時には、還流ポンプ52を停止し、遮断弁54を閉弁する(ステップ132)。

0064

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態1とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態によれば、PM酸化制御中には、密閉可能通路12Aに供給したオゾンを、還流ガスとしてDPF14の下流側から上流側に還流させることができる。これにより、DPF14から離れた位置に滞留していたオゾン等を含めて、供給されたオゾンの大部分をDPF14に繰返し流通させることができる。従って、オゾンを最大限有効に活用することができ、PMを効率よく酸化することができる。

0065

また、還流通路50を流れるガスは、オゾンの生成時に発熱したオゾン生成器16(放電管)の内部を通過することになる。従って、還流ガス中に残留オゾンやCOが含まれていても、放電管内の高温雰囲気によりオゾンの熱分解やCOの酸化反応を促進することができ、これらの成分が大気中に放出されるのを確実に抑制することができる。

0066

実施の形態3.
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。本実施の形態は、少なくとも活性酸素と一酸化炭素とを浄化するための補助触媒を備えており、この点を特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

0067

[実施の形態3の特徴]
図8は、本発明の実施の形態3のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、前記実施の形態2と同様の還流通路50、還流ポンプ52および遮断弁54を備えており、実施の形態2と同様の手順によりPM酸化制御を実行する構成としている。また、還流通路50には、補助触媒としての酸化触媒56が設けられている。酸化触媒56は、還流ガスの流れ方向を基準としてDPF14の下流側となり、かつオゾン生成器16の上流側となる位置に配置されている。酸化触媒56は、例えば銀を触媒成分として含むAg触媒や、γアルミナにPt等の金属を担持した触媒等により構成されており、オゾンの存在下でCOを効率よく酸化することが可能となっている。

0068

このように構成される本実施の形態でも、実施の形態2とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態によれば、PM酸化制御中には、酸化触媒56によりガス中のオゾンとCOとを同時に除去することができる。即ち、PM酸化制御では、PMの捕集量に対応した量のオゾンを供給するが、PMの不完全な酸化反応によりCOが生じた場合には、このCOが生じた分だけオゾンが余ることになる。この場合、酸化触媒56は、ガス中のCOとオゾンとを反応させることができ、これらの成分を同時に分解し、ガス中から除去することができる。従って、残留オゾンやCOが大気中に放出されるのを、より確実に抑制することができる。

0069

実施の形態4.
次に、図9を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。本実施の形態は、活性酸素の活性度を高めるための活性触媒を備えており、この点を特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

0070

[実施の形態4の特徴]
図9は、本発明の実施の形態4のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、前記実施の形態2と同様の還流通路50、還流ポンプ52および遮断弁54を備えている。また、還流通路50の一部を構成するオゾン供給通路20には、オゾンを活性化することが可能な活性触媒58が設けられている。

0071

一般に、オゾンは、所定の活性基準温度(例えば、150℃程度)以下の低温で安定性が高くなり、PMの酸化効率が低下する傾向がある。この低温状態において、活性触媒58は、オゾンを適度に不安定化ラジカル化)し、その酸化反応性を高めることができる。具体的に述べると、活性触媒58は、例えばPt、Pd、Rh、Ag等の貴金属、あるいはFe、Mn、Co、Zr等の遷移金属又はその酸化物、あるいは希土類元素又はその酸化物、あるいはAl、Siの酸化物を一種以上含む触媒である。

0072

そして、活性触媒58は、還流ガスの流れ方向を基準としてオゾン生成器16の下流側かつDPF14の上流側となる位置、即ち、オゾン生成器16から流出したオゾンがDPF14に向けて流れる位置に配置されている。従って、オゾン生成器16により生成されたオゾンは、活性触媒58により活性化された状態で、DPF14に流入するように構成されている。

0073

一方、前述した活性基準温度よりも高温の状態では、オゾンの反応性が十分に高いので、活性触媒58を用いる必要がない。このため、還流通路50には、活性触媒58をバイパスするバイパス通路60と、還流ガスの流路を活性触媒58とバイパス通路60の何れかに切換える流路切換弁62とが設けられている。流路切換弁62は、電磁駆動式の三方弁等により構成されている。そして、ECU40は、PM酸化制御を行うときに、DPF14(または排気ガス)の温度が活性基準温度以下であるか否かを判定し、この判定結果に基いて流路切換弁62を切換制御するように構成されている。

0074

また、本実施の形態では、流路切換弁62の切換制御を除いて、実施の形態2と同様の手順によりPM酸化制御を実行する構成としている。そして、上記切換制御では、活性基準温度以下の低温状態のときに、流路切換弁62により還流ガスの流路が活性触媒58側に切換えられる。これにより、オゾン生成器16から還流通路50に供給されるオゾン、及び還流通路50を流れるオゾンは、活性触媒58により活性化された状態で、DPF14に流入するようになる。一方、活性基準温度よりも高温の状態では、流路切換弁62により還流ガスの流路がバイパス通路60に切換えられる。これにより、オゾンは活性触媒58を通過せずに、バイパス通路60を介して還流されるようになる。

0075

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態2とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態によれば、活性触媒58を備える構成としたので、オゾンの活性度が低下するような低温状態でも、PMの酸化を効率よく行うことができる。また、活性触媒58が不要となる高温状態では、還流ガスをバイパス通路60に流通させることができるので、活性触媒58の熱劣化を抑制することができる。

0076

実施の形態5.
次に、図10を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。本実施の形態は、PMの酸化時に生じたガスを外部に放出するための放出通路を備えており、この点を特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

0077

[実施の形態5の特徴]
図10は、本発明の実施の形態5のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、排気通路12(密閉可能通路12A)内のガスを外部に放出するための放出通路70を備えている。ここで、放出通路70は、オゾン生成器16の空気取込通路18とオゾン供給通路20とにより構成され、下流排気弁32の上流側で密閉可能通路12Aに接続されている。即ち、本実施の形態では、オゾン生成器16の空気取込通路18とオゾン供給通路20とを、放出通路70として共用化しているものである。このため、オゾン生成器16は、通常のオゾン生成機能に加えて、密閉可能通路12Aから外部に向けて放出されるガスを通過させる機能も備えている。

0078

また、空気取込通路18に設けられたエアポンプ72は、本実施の形態のガス放出手段と、オゾン生成器16用のエアポンプとを共用化したもので、正逆回転可能な電動ポンプ等により構成されている。即ち、エアポンプ72は、正回転することによりオゾン生成器16に向けて外気を吸込む動作と、逆回転することにより密閉可能通路12A内のガスを外部に吸出す動作とを実行することができ、これらの動作はECU40から入力される制御信号に応じて切換えられる。

0079

さらに、放出通路70(空気取込通路18)には、放出ガス浄化触媒としての酸化触媒74が設けられている。酸化触媒74は、前記実施の形態3とほぼ同様に、少なくともガス中のオゾンとCOとを浄化するように構成されている。なお、酸化触媒74は、空気の吸込方向においてオゾン生成器16の上流側に配置されているので、オゾン生成器16により生成されたオゾンは、酸化触媒74を通過することなく、密閉可能通路12Aに供給される。従って、オゾンの供給動作が酸化触媒74により影響されるのを防止することができる。

0080

また、オゾン供給通路20には、電磁駆動式の開閉弁等により構成された遮断弁76が設けられている。この遮断弁76は、オゾンの供給動作、および密閉可能通路12A内のガスの吸出し動作が実行されるときに、ECU40により開弁される。また、遮断弁76は、内燃機関の通常運転中に閉弁状態に保持され、排気ガスが放出通路70に流入するのを遮断する。

0081

本実施の形態では、実施の形態1とほぼ同様の手順によりPM酸化制御を実行するが、DPF14の再生完了時には、密閉可能通路12A内に滞留するガスの吸出し動作を行う構成としている。具体的に述べると、この吸出し動作では、下流排気弁32を開弁し、エアポンプ72を逆回転させる。これにより、密閉可能通路12A内のガスは放出通路70から大気中に放出され、密閉可能通路12A内には、下流排気弁32を介して空気が導入される。このとき、放出ガス中の残留オゾンやCOは酸化触媒74により浄化されるので、これらの成分が大気中に放出されるのを抑制することができる。

0082

また、吸出し動作の継続時間は、エアポンプ72の流量と密閉可能通路12Aの容積とに基いて、少なくとも密閉可能通路12A内のガスを入れ替えることが可能な時間長となるように予め設定されている。そして、この継続時間が経過するか、またはオゾンセンサCOセンサ等により密閉可能通路12A内に残留オゾンやCOが存在しないことを確認したときには、エアポンプ72を停止する。

0083

なお、上記吸出し動作は、例えば実施の形態1と同様の残留オゾン判定処理(図4中のステップ118)によりオゾンが検出されたときに実行し、それ以外の場合には実行しない構成としてもよい。また、上記吸出し動作は、内燃機関の再始動時に実行する構成としてもよい。即ち、例えば内燃機関の停止時にPM酸化制御を実行した場合には、密閉可能通路12A内に残留オゾンやCOが存在している可能性がある。このため、内燃機関の再始動時(再始動の直前)には、例えばオゾンセンサ、COセンサ等によりこれらの成分が検出されたときに、上記吸出し動作を実行する構成としてもよい。

0084

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態1とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態によれば、残留オゾンが消失するまで待機しなくても、密閉可能通路12A内のガスを浄化しつつ速やかに放出することができ、制御の迅速化を図ることができる。また、本実施の形態では、オゾン生成器16の空気取込通路18とオゾン供給通路20とを放出通路70として共用化する構成としたので、専用の放出通路やガス放出用のポンプ等を設置する必要がなくなり、システムの小型化および簡略化を図ることができる。

0085

なお、本発明は、上述した実施の形態5の構成に限定されるものではなく、放出通路70は、必ずしも空気取込通路18やオゾン供給通路20と共用化する必要はない。即ち、本発明では、例えば空気取込通路18やオゾン供給通路20とは別に、専用の放出通路を密閉可能通路12Aに接続し、この放出通路に、ポンプ等のガス放出手段と、放出ガス浄化触媒とを設ける構成としてもよい。

0086

実施の形態6.
次に、図11及び図12を参照して、本発明の実施の形態6について説明する。本実施の形態は、活性酸素供給手段の放電部をガスの通路に設ける構成としており、この点を特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態1と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

0087

[実施の形態6の特徴]
図11は、本発明の実施の形態6のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、実施の形態1と同様の機能を有する活性酸素供給手段としてのオゾン生成器80を備えている。そして、オゾン生成器80は、電源から給電されることにより高電圧パルスを発生する電源回路82と、前記高電圧パルスが供給されることにより放電する放電部84と、この放電部84にオゾンの原料となる空気を供給する空気供給部86とを備えている。

0088

ここで、放電部84は、DPF14の上流側で排気通路12(密閉可能通路12A)内に設けられた2つの電極を備えている。これらの電極間には、電源回路82から高電圧パルスが印加されることにより放電が生じ、空気(酸素)の存在下では、この放電により密閉可能通路12A内にオゾンが発生する。また、空気供給部86は、前記実施の形態1と同様のエアポンプを備えており、このエアポンプの吐出口は、放電部84の上流側で密閉可能通路12Aに接続されている。そして、空気供給部86は、オゾンの原料となる空気を密閉可能通路12A内に供給するように構成されている。また、本実施の形態では、実施の形態1とほぼ同様の手順によりPM酸化制御を実行する。

0089

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態1とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態によれば、放電部84により密閉可能通路12A内にオゾンを直接生成することができる。これにより、例えば外部で生成したオゾンを密閉可能通路12A内に供給する場合と比較して、オゾンが生成してからPMと反応するまでの時間を短くすることができる。従って、供給途中の分解等によるオゾンの損失を最小限に抑制し、オゾン及びその生成電力を有効に活用することができる。

0090

図12は、実施の形態6のシステムと循環型システムのそれぞれについて、PM酸化量とCO排出量とを示す説明図である。この図において、「循環型」とは、還流通路50を備えた実施の形態2のシステム構成を示している。また、図12に示すデータは、本願発明者の実験により得られたものである。図12に示すように、本実施の形態の構成でも、実施の形態2とほぼ同程度のPM酸化能力とCO浄化能力を発揮することができる。従って、本実施の形態によれば、還流通路等を使用しない簡単な構造でも、放電部84を排気通路12に組込むことにより、高い排気浄化性能を実現することができる。これにより、配管部品等の部品点数を削減し、システム全体の小型軽量化を図ることができる。

0091

(実験による検証)
次に、図13及び図14を参照しつつ、前述した実施の形態1乃至4の作用効果について説明する。まず、図13は、本発明の作用効果を検証するために使用した実験設備の一例を示す説明図である。この実験設備は、排気通路12(密閉可能通路12A)に相当する円筒形容器内にDPFを含む評価サンプルを収容したもので、この容器中には、オゾンを含むガスを流通させることが可能となっている。また、容器の両端側は、排気弁30,32に相当する遮蔽板により密閉されている。

0092

容器内に収容する評価サンプルとしては、例えばγアルミナに1wt%のPtを担持したスラリーを容積35ccのDPFに対して50g/L相当の割合でコートしたものを使用し、このDPFに0.3gのPMを付着させる構成とした。そして、実施の形態1に対応する実験では、この容器中にオゾンを含むガスを滞留させた後に、PMの酸化量やCOの生成量を測定する構成とした。また、実施の形態2,3に対応する実験では、図13に示すように、オゾンを含むガスを容器の下流側から上流側に還流させたり、ガスの還流経路上に補助触媒のサンプルを配置する構成とした。なお、補助触媒のサンプルとしては、γアルミナにPt等の金属を担持したものを使用している。また、個々の実験は、DPFを200℃程度に暖めた状態で実施した。

0093

上記実験により得られたデータを図14に示す。図14は、本発明の実施の形態1乃至4について、各実施の形態の作用効果を示す説明図である。この図において、「密閉型」とは、実施の形態1に対応する実験データを示している。また、「循環型」は実施の形態2、「循環型+補助触媒」は実施の形態3にそれぞれ対応している。また、「比較例」は、従来技術に相当するものであり、排気弁30,32を設置しない場合(前述の遮蔽板が存在しない場合)の実験データである。図14から判るように、実施の形態1乃至4によれば、従来技術と比較してPMの酸化量を確実に増大させることができ、排気エミッションを向上させることができる。また、補助触媒を用いた場合には、COの排出量を抑制することができる。

0094

なお、前記実施の形態では、図4図7中のステップ112,116,130が浄化制御手段の具体例を示している。また、ステップ114は供給量判定手段の具体例、ステップ118は残留判定手段の具体例、ステップ122は開放制御手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ106は要求量算出手段の具体例、ステップ112,124は補充制御手段の具体例をそれぞれ示している。

0095

また、実施の形態では、排気通路12に上流排気弁30と下流排気弁32とを設ける構成とした。しかし、本発明は、排気弁30,32のうち少なくとも下流排気弁32を備えていればよいもので、必ずしも上流排気弁30を必要とするものではない。なお、上流排気弁30を省略した場合において、「排気通路のうち下流通路開閉手段により閉塞される部位の容積」とは、例えば排気通路のうち内燃機関の排気バルブから下流通路開閉手段(下流排気弁32)に至るまでの通路容積と考えればよい。

0096

また、実施の形態1では、図5に示す変形例として、内燃機関の運転中にもPM酸化制御を実行することが可能な構成を例示した。本発明は、この変形例を実施の形態2乃至6に適用する構成としてもよい。これにより、実施の形態2乃至6においても、機関運転中にPM酸化制御を実行することができる。

0097

また、実施の形態3,4では、それぞれ酸化触媒56、活性触媒58を用いる構成とした。本発明では、他の実施の形態においても、これらの触媒56,58を用いることができる。即ち、例えば実施の形態1,4,5,6において、酸化触媒56を密閉可能通路12Aに設ける構成としてもよい。また、実施の形態1,3,5,6において、活性触媒58をオゾン供給通路20や密閉可能通路12Aに設ける構成としてもよい。

0098

さらに、実施の形態6では、オゾン生成器80の放電部84を密閉可能通路12Aに配置する構成とした。本発明では、例えば実施の形態2,3,4,5において、放電部84を密閉可能通路12Aや還流通路50に設ける構成としてもよい。

0099

また、実施の形態では、DPF14の上流側と下流側の圧力差がPMの捕集量に応じて変化するのを利用し、前記圧力差に基づいてPMの捕集量を検出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば内燃機関の運転状態等に応じてDPF14内に捕集されたPMの捕集量(蓄積量)を積算し、その積算値に応じてPMの捕集量を推定する構成としてもよい。

0100

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-,O2-,O2-,O3-,On-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。

0101

また、実施の形態では、浄化装置としてDPF14を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、DPFに限定されるものではなく、排気ガス中の成分を浄化する各種の触媒や浄化機構等に対して、広く適用することができる。

0102

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。

0103

10内燃機関
12排気通路
12A密閉可能通路
14DPF(浄化装置)
16,80オゾン生成器(活性酸素供給手段)
18 空気取込通路
20オゾン供給通路
22エアポンプ
24空気量センサ(ガス供給量取得手段)
26エアフィルタ
28,54遮断弁
30,30′上流排気弁(上流通路開閉手段)
32 下流排気弁(下流通路開閉手段)
34温度センサ
36,60バイパス通路
40 ECU
50還流通路
52還流ポンプ(送気手段)
56酸化触媒(補助触媒)
58活性触媒
62流路切換弁
70放出通路
72 エアポンプ(ガス放出手段)
74 酸化触媒(放出ガス浄化触媒)
82電源回路
84放電部
86空気供給部

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