WO2010010973A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関から排出されるＰＭ（粒子状物質）生成の核となる５０ナノメータよりも小さな微粒子を除去することにより、排出されるＰＭ粒子数を低減する。燃焼室内に供給される流体、すなわち吸入空気、燃料、エンジンオイル等の、燃焼室への供給通路に、高効率フィルターを備え、ＰＭ生成の核となる５０ナノメータよりも小さな微粒子を除去する。

Description

明の

燃機関の 術分野

本 、 内燃機関の 置に関する。

年の 燃機関は、 燃焼の 善により、 内燃機関の ガス中の PM 子状物質) が、 大幅に低減されているが、 PMの

更に厳しくなり 、 排出される 5 ０ ノ メ タ 上のサイズの P M 子数の 減が必要である。

この 合、 内燃機関の ガス 路に P rt u t t r) 等を設置するが 内燃機関の 件によっては P 置のみでは、 PMの 準を達成できない場合が発生する 一方、 内燃機関での PMの 成にお ては、 内燃機関の 内 に供給される 体、 すなわち、 吸入 気、 燃料、 エンジンオイル等 に含まれる微粒子が核となり、 PM 成を促進することが ってき た。 すなわち、 燃焼 内に供給される の 粒子が、 5 ０ ノ メ タより小さ 粒子であっても、 燃焼 内でこれが核となり、 5 ０ ノメ タより大きなサイズの PM 子に成長するため PM 子数の 準に抵触する。

したがって、 更なる P 減を行な ためには、 内燃機関の 内に供給される 体に含まれる、 5 ０ ノ メ タより も小さ な 粒子を低減する必要がある。 しかし 従来の 燃機関の 置における PM 段としては、 内燃機関の 焼の 善、 ガスの 理が対象と なり 、 PMの となる 5 ０ ノメ タより も小さな 粒子の 内 の 入を防止してPm 数を低減すると う事例は無かった 例えば 2 ０ ０ 4 3 ０ 2 報、 特許 3 249 ０ 5 報に示されて るフィルタ は、 内燃機関の 護のため 気 中の 較的 きな (ミ クロンオ ダ のサイズの) す る、 従来のエアフィルタ に関するものであり、 ０ 2 3 8 3 3 ０ 報に示されて るフィルタ は、 タランクケ スから 放出される 気中の 質を除去するためのものであり、 ずれ も フィルタ 記載されているが、 PMの となる 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子まで除去するものではな 。 明の

5 2 6 9 9 3 報の 置では 核燃料 設 で使用する E PAフィル gh ff n y rt u t r F t r が紹介されて るが、 ミク ロンまでの 子を捕 する ものであり 、 また、 核燃料 設の 気中に含まれる 子状 射 性物質の 去を目的としたものであり、 内燃機関の 内に侵入 する、 PMの となる 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子を除去す ることにより、 排出される P 子数を低減するものではな 。

、 PMの となる 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子を 除去することにより、 排出される PM 子数を低減することを目的 として る。

明によれば、 燃焼 内に供給される 体の、 燃焼室 の 路に、 PM 成の となる 5 ０ ノ メ タ 下の 粒子を除去す フィルタ を備え、 5 ０ ノ メ タ 下の 粒子を除去す ることによって、 内燃機関から排出される PM 子数を低減する、 内燃機関の 置が提供される。

すなわち、 明では、 燃焼 内に供給される 体の、 燃焼室 の 路に、 5 ０ ノメ タより も小さな 粒子を除去する

フィルタ を配置することにより、 PMの となる 5 ０ ノメ タより も小さな 粒子を除去し、 これが核となって、 排出ガス中に 5 ０ ノ メ タ 上のサイズのPMが生成されることを防止し、 排 出される PM 子数を低減することができる。

上にお て、 燃焼 内に供給され、 供給 路に高 フィルタ を備える 、 吸入 気であることが好まし 。

すなわち、 燃焼 内に供給される 気の、 燃焼室 の 路に、 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子を除去する フィル タ を配置することにより、 PMの となる 5 ０ ノ メ タより も 小さな 粒子を除去し、 排出される PM 子数を低減することがで きる。

は、 燃焼 内に供給され、 供給 路に高 フィルタ を備 える 、 燃焼 内で燃焼させる燃料であることが好ましい。 すなわち、 燃焼 内に供給される燃料の、 燃焼室 の 路に 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子を除去する フィルタ を配置することにより 、 PMの となる 5 ０ ノ メ タより も小さ な 粒子を除去し、 排出される PM 子数を低減することができる いは、 燃焼 内に供給され 供給 路に高 フィルタ を備 える エンジンオイルであることが好ましい。

すなわち、 燃焼 内に供給されるエンジンオイルの、 燃焼室 の 路に、 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子を除去する フィルタ を配置することにより、 P の となる 5 ０ ノ メ タ より も小さな 粒子を除去し、 排出される PM 子数を低減する こ とができる。

更に、 明にお ては、 フィルタ をバイパス バイ パス 路と、 フィルタ の 体の れとバイパス 路 の 体の れとを 御する 段と、 を備え、 内燃機関の 件に応じて、 排出される PM 子数を計算し、 計算されたP 子数が、 定値を超える場合には、 流体が、 フィルタ を通 過するように制御 、 計算されたPM 子数が、 一定値以下の 合 には、 流体が、 バイパス 路を通過するよう に制御することが好ま し 。

すなわち、 フィルタ と、 これをバイパス バイパス 路とを備え、 段によって切り換えることにより、 内燃機関の 況に応じて 必要な場合のみ、 フィルタ を通す 転を 行ない、 全運転 間に対して、 流体 の ない 機関 率の い運転を行なう ことができる。

更に、 明においては、 フィルタ をバイパス バイ パス 路と、 フィルタ の 体の れとバイパス 路 の 体の れと フィルタ 逆流する 体の れとを

御する 段と を備え、 内燃機関の 件に応じて 排出され る PM 子数を計算し、 計算されたP 子数が、 定値を超える 場合には、 流体が、 フィルタ を通過するように制御 、 計 算されたPM 子数が、 一定値以下である場合には、 更に、 PMが 生成する運転 件かど かを判定し、 P が生成する場合には、 流 体が、 バイパス 路を通過するよ に制御 、 PMが生成しない場 合には、 流体が、 フィルタ を逆流するよ に制御して、 フィルタ を洗浄するように構成することが好ましい。 すなわち、 フィルタ 体を逆流させて フィル タ の 転を行な ことができるように構成し、 フィル タ の 性能を長期に 持することができる。

上にお ては、 運転 件に応じて 出される P M 子数を計算 し、 計算されたP M 子数が 定値を超える場合には、 流体が、 フィルタ を通過するよ に制御して るが、 実験 、 運転 件と、 排出される P M 子数との 関関係を求めておき、 こ れを例えば ップとして 有し、 運転 ップから 排出される P M 子数が 定値を超える運転 件であると推定される場合には 、 流体が高 フィルタ を通過するよ に制御してもよい。 すな わち、 このよ な条件は、 例えば、 運転 件が軽 件であ る場合が 当し、 この 合には 流体が高 フィルタ を通過す るように制御すると、 有利である。

更に、 フィルタ を 通常のフィルタ の に配置す ることが好まし 。

すなわち、 流体を、 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子を除去す る フィルタ に通す 階として、 まず、 通常のフィルタ に通し、 比較的 きな 子をあらかじめ 去することにより、

フィルタ の 期目 ま り 、 防止し、 フィル タ の 性能を阻害しないよ にすることができる。

上に記載のよ に 明によれば、 P Mの となる 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子を除去することにより、 排出される P M 子数を低減するとい 果を奏することができる。 面の 単な説明

は 明を内燃機関の 置に適用した場合の、 態の 成を説明する図、 図 2は 明を内燃機関の 置に適用した場合の、 他の実 態の 成を説明する 図、 図 3は、 明を内燃機関の 置に適用した場合の、 更なる他の実 態の 成を説明する図、 図4は、 3の 態の 御を説明するフロ チヤ ト、 5は、 明を内燃機関 の 置に適用した場合の、 別の実 態の 成を説明 する図、 図 6は、 明を内燃機関の 置に適用した場合 の、 更に別の実 態の 成を説明する図、 図 7は、 明を 内燃機関の 置に適用した場合の 更に別の実 態の 成を説明する図、 図 8は、 明を内燃機関の 置に 適用した場合に、 運転 ップを使用して制御を行う場合の、 運転 ップの 例を説明する図 図 9は、 明を内燃機関の

置に適用した場合に、 運転 ップを使用して制御を行 場合の、 運 転マップの別の例を説明する図である。 明を実施するための

下、 面を用いて 明の 態について説明する。 な お、 複数の 面において、 同一 相当する には、 同一の 号を付している。

2は、 明の 本的な実施 態を示し、 吸入 気を する 通常のエアフィルタ 2の 流に、 5 ０ ノ メ タより も小さな 粒子 ( ノサイズの 粒子 とい ) を除去する フィ ルタ である EPAフィルタ 3 gh ff n y rt u t r t を配置したものである。 すなわち、 内燃機関 の 内で発生する PMを低減するために、 吸入 気中の、 PMの となる ノサイズの 粒子を、 EPAフィルタ 3 によって 去 する。 この 合、 吸入 気が E Aフィル R 入する前に 、 通常のエアフィルタ 2で、 内燃機関の 械的な運動の 害とな るような 較的 きな固形 、 E PAフィルタ 3では 、 目的とする ノサイズの 子のみを除去するように構成して、 フィル 3の 性能を阻害しないようにすることが好ま しい。

、 2の 態に して、 フィル 3 をバイ ス バイパス 路を設け、 フィルタ 3 の 気 の れとバイパス 路への 気の れとを 御する 段を備えた実施 態を示す。 すなわち、 内燃機関の 件に応じ て、 フィルタ 3 を通す必要のない場合には、 フ ィルタ 3 を通さずに、 吸入 気を内燃機関 導入し、

フィルタ 3を通す必要のある場合にのみ、 フィルタ 3 を通して、 吸入 気を内燃機関 Z 入する。 このように

御する ことにより フィル での 気圧 大による 内燃機関の 率の 下を防止することができる。 この 合、 全 運転時間に対して、 吸気を バイパス 路を通過させ 場合の方が E PAフィルタ 3を通過させる場合より も多いため、 の ように、 バイパス 路を、 通常のエアフィルタ 2の 流の曲がり の な 部分に接続して、 バイパス 転時の 少な よ に構 成することが好ましい。

3 は、 の 態に対して 更に フィルタ 3 の 流から、 フィルタ 3の 流に向って逆流するように 、 吸入 気を切 御することができるよう に 吸気通路と E PAフィルタ 段とを組み合わせて構成した、 フィ ルタ 3 態を示す。 すなわち、 内燃機関の 件に応じて、 PMが生成されることがない場合には、

フィルタ 3での 気の れを逆流させて、 フィルタ 3 に付着した ノサイズの 粒子を吹き飛ばし、 フィルタ 3の性 下を防止するよう に構成したものである。 すなわち、 3 ( a) は、 E P フィルタ 3に吸入 気を通さなくても 排 気ガス中のPM 子数が基準 以内である場合に、 通常のエアフィ ル 2を通った 気が、 E PAフィルタ 3 をバイパスし て流れる状態を示す。 3 b) は、 EP フィルタ 3に吸入 気を通し、 吸入 気中の、 PMの となる ノサイズの 粒子を 除去する状態を示す。 3 c ) は、 排気ガス中に PMが排出され な 運転 態にお て、 E Aフィルタ 3の 気の れを逆流 させ、 E PAフィルタ 3の 転を行なう状態を示す。 すな わち、 3 a) と ) までの 転であれば、 の 態と 同一であるが、 本実施 態では、 Z c に示す 転を行 な よ に構成して、 E PAフィルタ 3の 性能を長期に 持できるようにして る。

4は、 3のよ に構成された内燃機関の 置におい て 3 a) b) c の 態を切り換える制御を行 な 、 フロ チヤ トである。 置には 内燃機関の 態と内燃機関から排出される P 子数及び P での PM 率の 係を示す が内蔵されており 御をスタ トすると 、 まず、 ステップ ０で、 現在の 燃機関の 態から、 内燃 機関から排出される PM 子数及び、 P でのP 率を求 め、 外気に排出される PM 子数 (P O ) を計算する。 次に 、 ステ 2 ０ ０において、 この PM 子数 (P O と、 あ らかじめ 定したPM 子数 ( ) とを 較し、 P O が を超えた場合には、 ステ 3 ０ ０ 進み、 3 b) の、 フィルタ 3 を通る運転を行な 。 方、 P O が 下である場合には、 ステッ 4０ ０ 進むが、 運転 件によってP Mが全く生成しな 場合が存在するので、 ップ上でPMが生成し な 運転 件であるか、 PMが生成する運転 件であるかを判定す る。 P が生成しな 運転 件である場合には ステップ 5 ０ ０ 進み、 3 C に示す、 PAフィルタ 3の 転を行 な 、 E P フィルタ 3 されて る PM 子を吹き飛ば す。 方、 外気に排出される P 子数 (P O が、 PM 子数 ( 下ではあるが、 P を生成する条件である場合 には、 ステップ 6 ０ ０ 進み、 3 a) のように、 E P フィ ル 3 を通さな 運転を行なう。

上にお て、 4のステップ ０ ０では、 運転 件に応じて 出される P 子数を計算し 計算されたPM 子数が一定値を超 える場合には、 ステッ 2００で、 流体が高 フィルタ を通過 するよ に制御しているが、 実験 、 運転 件と、 排出され る P 子数との 関関係を求めておき、 例えば ップとして 有し、 ステッ ０ ０で、 この ップから排出される PM 子数を求め、 排出される PM 子数が 定値を超える運転 件であ る場合には、 ステップ 2 ０ ０で、 流体が高 フィルタ を通過す るよ に制御してもよい。 このような運転 件としては 例えば、 件があり 件である場合には、 流体が高 フィルタ を通過するよ に制御すると 有利である。

8は、 上述のステップ お て、 P 子数を求めるた めに利用する、 運転 ップの 例を説明する図であり 毎秒 出さ れる P 子数の 布を示した図である。 ンジンの、 毎分 の 転速度であり、 、 ス トロ ク たりの を立 方メ トルで表している。 このような運転 ップを利用することに より、 現在の 燃機関の 態から、 外気に排出される P 子 数 P O を推定することができる。

また、 9は、 上述のステッ 4０ ０において、 PMが生成しな 運転 件であるか、 P が生成する運転 件であるかを判定する ために利用する、 運転 ップの 例を説明する図であり 吸入 気 中の 子の、 PM 子生成 度の 布を示した図である。

エンジンの、 毎分の 転速度であり、 、 ス トロ ク たりの を立方メ トルで表して る。 このよ な運転 ップを利用することにより、 ステップ 5 ００ 進むか、 ステップ 6 ０ ０ 進むかを、 判定することができる。

5は、 2の 態を、 EGR ル プ ガ ス ) を備えた内燃機関に適用した実施 態を示す。 P E GR 併用した場合には、 E GR中のP 子数も低減してい るため、 内燃機関の に入る空気中の 粒子を、 大幅に低減す ることができる。

6は 明の別の実 態を示し、 内燃機関 の 料供給 路に、 ノサイズの 子を除去する フィル 8を配置し たものである。 すなわち、 内燃機関 の 内で発生する PMを 低減するために、 燃料 、 PM 成の となる ノサイズの 粒 子を、 フィルタ 8によって 去する。 この 合、 燃料が高 フィルタ 8 入する前に、 通常の フィルタ ０ 7 ) で、 内燃機関の 械的な運動の 害となるよ な 較的 きな固形 、 フィルタ 8では、 目的とする ノサ イズの 子のみを除去するように構成して、 フィルタ 8の 性能を阻害しないよ にすることが好まし 。

7は・ 6の 態に対して、 フィルタ 8 をバイパ ス バイパス 路を設け、 フィルタ 8 の 料の れと 、 バイパス 路 の 料の れとを 御する 段を備えた 実施 態を示す。 すなわち 内燃機関の 件に応じて、 フィル 8 を通す必要のない場合には フィル 8を さずに、 燃料を内燃機関 に導入し、 フィル を通す必 要のある場合にのみ、 フィルタ 8を通して、 燃料を内燃機 関 に導入する。 このように 御することにより、 全運転時 間における 大を防止し、 内燃機関の 率の 下を防 止することができる。 この 合、 全運転時間に対して、 燃料を、 バ イパス 路を通過させる場合の方が、 フィル 8を通過さ せる場合より も多 ため、 のように、 バイパス 路を、 通常の フィルタ ０の 流の がりの な 部分に接続して、 バイ パス 転時の 少な ように構成することが好ましい。

すなわち、 燃料系統における フィル 8の 、 基本 成として、 吸入 気における フィルタ 3の 同様 である。 したがって、 燃料系統における フィルタ 8 にお ても 前述の E P Aフィルタ 3の 合と同様に、 3 に示した ように・ 路と高 フィルタ 段とを組み合わせて構 成し、 燃料の れを して、 行なうよ にする こ とができる。 そのための フロ チャ も、 4におけるもの と同様に構成することができる。

燃機関の に供給する 体には、 全て、 以上で説明した、 フィルタ を利用した装置 成、 御を適用する ことが でき、 これらは全て本 明の 囲に含まれる。 燃機関の に 供給する他の流体としては、 例えば、 エンジンオイルがある。 号の

燃機関

2 常のエアフィルタ

3 フィルタ

3 フィルタ トル

PE GRタ ラ

E GR

フイルタ タンタ

常の フイルタ

Claims

求 の 内に供給される 体の、 燃焼室 の 路に、 P M 成の となる 5 ０ ノメ タ 下の 粒子を除去する フィルタ を備え、

前記 5 ０ ノメ タ 下の 粒子を除去することによって、 内燃 機関から排出される P M 子数を低減する、

内燃機関の 。

2 体が、 吸入 気である、 請求 に記載の 燃機 関の 。

3・ 体が、 燃焼 内で燃焼させる燃料である、 請求 Z 載の 燃機関の 。

4 体が、 エンジンオイルである、 請求 に記載の 燃機関の 。

5・ フィルタ をバイパス バイパス 路と、 前記 フィルタ の 体の れと前記バイパス 路 の 体の れとを 御する 段と、 を備え、

内燃機関の 件に応じて、 排出される P M 子数を計算し、 計算されたP M 子数が、 定値を超える場合には、 前記 体が 、 前記 フィルタ を通過するように制御 、

前記 算されたP M 子数が、 定値以下の 合には、 前記 体 が、 前記バイパス 路を通過するよ に制御する

請求 から 4の ずれか 項に記載の 燃機関の 6 ・ フィルタ をバイパス バイパス 路と、 前記 フィルタ の 体の れと前記バイパス 路へ の 体の れと前記 フィルタ 逆流する 体の れと を 御する 段と を備え・

燃機関の 件に応じて、 排出される PM 子数を計算し、 計算されたPM 子数が、 定値を超える場合には、 前記 体が 、 前記 フィルタ を通過するよう に制御 、

前記 算されたPM 子数が、 一定値以下である場合には、 更に PMが生成する運転 件かどうかを判定し、

P が生成する場合には、 前記 体が、 前記バイパス 路を通過 するよ に制御 、

PMが生成しな 場合には、 前記 体が、 前記 フィルタ を逆流するよう に制御して、 前記 フィルタ を洗浄する、 請求 から 4のいずれか 項に記載の 燃機関の 7・ フィルタ をバイパス バイパス 路と、 前記 フィルタ の 体の れと前記バイパス 路 の 体の れとを 御する 段と、 を備え、

内燃機関から排出される PM 子数が 定値を超えると推定され る運転 件である場合には、 前記 体が、 前記 フィルタ を 通過するよ に制御 、

内燃機関から排出される PM 子数が 定値以下であると推定さ れる運転 件である場合には、 前記 体が、 前記バイパス 路を通 過するよ に制御する、

請求 から 4のいずれか 項に記載の 燃機関の 8・ フィルタ をバイパス バイパス 路と、 前記 フィルタ の 体の れと前記バイパス 路 の 体の れと前記 フィルタ 逆流する 体の れと を 御する 段と、 を備え、 燃機関から排出される PM 子数が一定値を超えると推定され る運転 件である場合には、 前記 体が、 前記 フィルタ を 通過するように制御 、

内燃機関から排出される PM 子数が一定値以下であると推定さ れる運転 件である場合には、 更に、 PMが生成する運転 件かど うかを推定し、

P が生成する場合には 前記 体が、 前記バイパス 路を通過 するように制御 、

PMが生成しな 場合には、 前記 体が、 前記 フィルタ を逆流するように制御して、 前記 フィルタ を洗浄する 請求 から 4のいずれか 項に記載の 燃機関の 9 PM 子数が 定値を超えると推定される運転 件 が、 件である、 請求 7 8 載の 燃機関の 。

０ フィルタ を、 通常のフィルタ の に配置する 請求 から 9のいずれか 項に記載の 燃機関の 。