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JP4725149B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、排気ガスの粒子状物質を捕集する内燃機関の排気浄化装置に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulate matter of exhaust gas.

ディーゼルエンジンなどの内燃機関より排出される排気ガスには、粒子状物質が含まれている。そのため、この粒子状物質を排気ガスより取り除くための排気浄化装置を内燃機関の排気通路に取り付けることが必要となる。排気浄化装置には、フィルタが設けられ、このフィルタによって、粒子状物質が捕集される。このフィルタでは、捕集された粒子状物質に対し、酸化処理などの処理を施している。   Particulate matter is contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine. For this reason, it is necessary to attach an exhaust purification device for removing the particulate matter from the exhaust gas to the exhaust passage of the internal combustion engine. The exhaust purification device is provided with a filter, and particulate matter is collected by the filter. In this filter, the collected particulate matter is subjected to a treatment such as an oxidation treatment.

粒子状物質は、様々な大きさの微粒子からなり、50nm以下の大きさを有する微粒子(以下、単に「ナノ粒子」と称す)と、50nmよりも大きな微粒子(以下、単に「PM」と称す)とに大別することができる。この粒子状物質は、排気ガスと共にフィルタに流入し、フィルタによって捕集され、酸化処理がされる。   The particulate matter is composed of fine particles of various sizes, fine particles having a size of 50 nm or less (hereinafter simply referred to as “nanoparticles”), and fine particles larger than 50 nm (hereinafter simply referred to as “PM”). And can be broadly divided. The particulate matter flows into the filter together with the exhaust gas, is collected by the filter, and is oxidized.

しかし、ナノ粒子は、その大きさが50nm以下と小さいため、大気に拡散しやすく、またフィルタにおける捕集も容易ではない。ナノ粒子の発生の原因としては、近年の燃料噴射圧の高圧化による燃料の微粒化や、内燃機関が、アイドル(軽負荷)状態となることによる燃焼温度の低下、車両減速状態となることによる気筒内圧力の低下によって発生するオイルの吸出し等による可溶有機分(SOF)の凝集などが考えられている。   However, since the size of the nanoparticles is as small as 50 nm or less, the nanoparticles are easily diffused into the atmosphere and are not easily collected by the filter. The cause of the generation of nanoparticles is due to fuel atomization due to the recent increase in fuel injection pressure, combustion temperature drop due to idling (light load) state of the internal combustion engine, and vehicle deceleration state It has been considered that soluble organic matter (SOF) is agglomerated due to oil suction or the like generated due to a drop in cylinder pressure.

なお、特許文献1では、フィルタの下流側に放電装置を設け、フィルタを通り抜けたナノ粒子を、放電により帯電させ、その帯電させたナノ粒子を、電極を用いて捕集することで、ナノ粒子の数量を低減している。   In Patent Document 1, a discharge device is provided on the downstream side of a filter, nanoparticles passing through the filter are charged by discharge, and the charged nanoparticles are collected using an electrode. The quantity is reduced.

特開2004−76669号公報JP 2004-76669 A

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、ナノ粒子をフィルタで捕集することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。   This invention is made | formed in view of the above point, and provides the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which can collect a nanoparticle with a filter.

本発明の1つの観点では、内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関から排出される排気ガスを導く排気通路と、前記排気通路に、前記排気ガス中に含まれる粒子状物質に対して吸着能を有する微粒子を供給する微粒子供給装置と、前記内燃機関の運転状態として、車両減速状態、アクセルオフの状態、エンジン回転変化量が負となる状態、ブレーキオンの状態、排気ブレーキオンの状態のうちいずれかの状態を所定の運転状態として検出する運転状態検出手段と、を備え、前記運転状態検出手段が所定の運転状態を検出すると、前記微粒子供給装置は前記排気通路に前記微粒子を供給することを特徴とする。 In one aspect of the present invention, an exhaust emission control device for an internal combustion engine includes an exhaust passage that guides exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and an adsorption capacity for particulate matter contained in the exhaust gas in the exhaust passage. A particulate supply device that supplies particulates having the following: and an operating state of the internal combustion engine, among a vehicle deceleration state, an accelerator off state, a state in which the engine rotation change amount is negative, a brake on state, and an exhaust brake on state Operating state detecting means for detecting any state as a predetermined operating state, and when the operating state detecting means detects a predetermined operating state, the particulate supply device supplies the particulates to the exhaust passage. It is characterized by.

上記の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を、大気拡散を抑制すると同時にフィルタで捕集するためのものであり、内燃機関から排出される排気ガスを導く排気通路と、前記排気通路に、前記排気ガス中に含まれる粒子状物質に対して吸着能を有する微粒子を供給する微粒子供給装置と、を備える。ここで、粒子状物質とは、いわゆるナノ粒子のことである。これにより、ナノ粒子を微粒子供給装置から供給される微粒子に吸着させて凝集することができ、ナノ粒子の大気拡散を抑制することができる。また、これまで捕集が難しかった極小径のナノ粒子のフィルタでの捕集効率を向上させることができる。また、内燃機関が所定の運転状態のときに、微粒子供給装置を作動させて、微粒子を排気通路に供給することにより、当該所定の運転状態となることによって発生するナノ粒子を、微粒子に吸着して凝集することができる。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is for collecting particulate matter contained in the exhaust gas of the internal combustion engine with a filter while suppressing atmospheric diffusion, and guides the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. An exhaust passage, and a fine particle supply device that supplies the exhaust passage with fine particles capable of adsorbing particulate matter contained in the exhaust gas. Here, the particulate matter refers to so-called nanoparticles. Thereby, the nanoparticles can be adsorbed and aggregated by the fine particles supplied from the fine particle supply device, and the atmospheric diffusion of the nanoparticles can be suppressed. In addition, it is possible to improve the collection efficiency of a nano-sized nano-particle filter that has been difficult to collect. Further, when the internal combustion engine is in a predetermined operation state, the fine particle supply device is operated to supply the fine particles to the exhaust passage, thereby adsorbing nanoparticles generated by the predetermined operation state to the fine particles. Can aggregate.

本発明の好適な実施例では、前記微粒子は、炭素微粒子よりも小さい粒子状物質を凝集する作用を有する。   In a preferred embodiment of the present invention, the fine particles have an action of aggregating particulate matter smaller than the carbon fine particles.

上記の内燃機関の排気浄化装置の一態様では、前記微粒子供給装置は、常時、前記微粒子を生成する微粒子生成装置と、前記排気通路と前記微粒子生成装置との間に配置された制御弁と、を有し、前記制御弁を開くことによって、前記排気通路に前記微粒子を供給する。これにより、制御信号に対する排気通路への微粒子放出の応答性の向上を図ることができる。   In one aspect of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the fine particle supply device always includes a fine particle generation device that generates the fine particles, a control valve disposed between the exhaust passage and the fine particle generation device, The fine particles are supplied to the exhaust passage by opening the control valve. As a result, it is possible to improve the responsiveness of the particulate emission to the exhaust passage with respect to the control signal.

好適な実施例としては、前記微粒子供給装置は、前記微粒子として炭素微粒子を用いる。   As a preferred embodiment, the fine particle supply device uses carbon fine particles as the fine particles.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態に係る排気浄化装置について説明する。
[First embodiment]
First, an exhaust emission control device according to a first embodiment of the present invention will be described.

図1は、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関に適用した第1実施形態の概略構成を示している。内燃機関1は、4つの気筒2が一列に並べられた直列4気筒型のディーゼルエンジンで、吸気通路3、排気通路4、及び内燃機関1に対して過給を行うターボ過給機5をそれぞれ備えている。吸気通路3には、エアーフィルタ13と、吸気流量を計測するエアフロメータ14と、ターボ過給機5のコンプレッサ5aと、コンプレッサ5aにて圧縮された吸気を冷却するインタークーラ7と、が設けられている。排気通路4には、ターボ過給機5のタービン5bと、排気ガス中の有害物質を削減するための排気浄化装置20と、が設けられている。吸気通路3と排気通路4とはEGR通路6にて接続されて排気ガスの一部が排気通路4から吸気通路3へ還流される。EGR通路6には、吸気通路3に還流させるべき排気ガスを冷却するEGRクーラ17と、排気ガスの還流量を調整するためのEGRバルブ8と、がそれぞれ設けられている。内燃機関1には、各気筒2に対応させて4つのインジェクタ9が設けられている。4つのインジェクタ9はコモンレール10に接続される。コモンレール10は、燃料タンク(不図示)から燃料を汲み上げてコモンレール10に圧送するサプライポンプ11に接続される。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a first embodiment in which an exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied to an internal combustion engine. The internal combustion engine 1 is an in-line four-cylinder diesel engine in which four cylinders 2 are arranged in a line, and an intake passage 3, an exhaust passage 4, and a turbocharger 5 that supercharges the internal combustion engine 1. I have. The intake passage 3 is provided with an air filter 13, an air flow meter 14 for measuring the intake flow rate, a compressor 5a of the turbocharger 5, and an intercooler 7 for cooling the intake air compressed by the compressor 5a. ing. The exhaust passage 4 is provided with a turbine 5b of the turbocharger 5 and an exhaust purification device 20 for reducing harmful substances in the exhaust gas. The intake passage 3 and the exhaust passage 4 are connected by an EGR passage 6 so that a part of the exhaust gas is recirculated from the exhaust passage 4 to the intake passage 3. The EGR passage 6 is provided with an EGR cooler 17 for cooling the exhaust gas to be recirculated to the intake passage 3 and an EGR valve 8 for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas. The internal combustion engine 1 is provided with four injectors 9 corresponding to the respective cylinders 2. The four injectors 9 are connected to the common rail 10. The common rail 10 is connected to a supply pump 11 that pumps fuel from a fuel tank (not shown) and pumps the fuel to the common rail 10.

排気浄化装置20は、NOx吸蔵還元触媒19と、内燃機関1の排気ガス中のPMを捕集する機能を有するフィルタ22と、炭素微粒子発生装置21と、酸化触媒23と、エンジンコントロールユニット(ECU)24と、を備えている。   The exhaust purification device 20 includes a NOx occlusion reduction catalyst 19, a filter 22 having a function of collecting PM in the exhaust gas of the internal combustion engine 1, a carbon particulate generator 21, an oxidation catalyst 23, an engine control unit (ECU) 24).

炭素微粒子発生装置21は、フィルタ22の上流側に設けられており、PMと同程度の大きさの炭素微粒子を発生させ、発生させた炭素微粒子を流出口50より排気通路4に放出する機能を有する。   The carbon particulate generator 21 is provided on the upstream side of the filter 22 and has a function of generating carbon particulates having the same size as that of PM and discharging the generated carbon particulates from the outlet 50 to the exhaust passage 4. Have.

炭素微粒子発生装置21によって発生された炭素微粒子は、エンジンの燃焼過程で発生したPMと極めてよく似たエアロゾルとして供給される。エアロゾルとは、分散媒が気体(例:排気ガス)で分散相が固体(例:炭素微粒子)または液体の分散系の状態を示す言葉である。分散相(固体)の微粒子は、非常に活発なブラウン運動によって凝集しやすく、一般には不安定な分散系で、時間と共に重力によって沈降する性質を持つ。このような炭素微粒子を排気ガス通路へ導くことで、ナノ粒子を、凝集させることができる。また、炭素粒子発生装置21の流出口50の下流側にフィルタ22を配置することで、ナノ粒子が吸着した炭素微粒子を、ナノ粒子ごとフィルタ22で容易に捕集させることができる。   The carbon fine particles generated by the carbon fine particle generator 21 are supplied as an aerosol very similar to PM generated in the combustion process of the engine. Aerosol is a term indicating a state of a dispersion system in which a dispersion medium is a gas (eg, exhaust gas) and a dispersed phase is a solid (eg, carbon fine particles) or a liquid. The fine particles in the dispersed phase (solid) are likely to aggregate due to very active Brownian motion, and are generally unstable dispersions, and have the property of sedimenting due to gravity over time. By introducing such carbon fine particles into the exhaust gas passage, the nanoparticles can be aggregated. Further, by disposing the filter 22 on the downstream side of the outlet 50 of the carbon particle generator 21, the carbon fine particles adsorbed with the nanoparticles can be easily collected together with the nanoparticles by the filter 22.

酸化触媒23は、フィルタ22の下流側に設けられており、フィルタ22において処理しきれずに通過したPMを酸化する。よって、炭素微粒子発生装置21は、本発明における微粒子供給装置として機能する。   The oxidation catalyst 23 is provided on the downstream side of the filter 22, and oxidizes the PM that has passed without being processed in the filter 22. Therefore, the carbon fine particle generator 21 functions as a fine particle supply device in the present invention.

フィルタ22と酸化触媒23との間には排気ガスの空燃比を検出するA/Fセンサ32が、設けられ、A/Fセンサ32の検知信号S10はECU24に入力される。また、排気浄化装置20は、NOx吸蔵還元触媒19によって吸蔵されたNOxを還元させるために、還元剤(燃料)を排気通路4に添加する燃料添加インジェクタ28を備えている。燃料添加インジェクタ28はサプライポンプ11と接続される。添加用インジェクタ28による燃料の添加は、NOx吸蔵還元触媒19に吸蔵されたNOxを還元させる必要に応じ、A/Fセンサ32からの入力信号S10に基づいてECU24にて制御される。   An A / F sensor 32 that detects the air-fuel ratio of the exhaust gas is provided between the filter 22 and the oxidation catalyst 23, and a detection signal S10 of the A / F sensor 32 is input to the ECU 24. Further, the exhaust purification device 20 includes a fuel addition injector 28 that adds a reducing agent (fuel) to the exhaust passage 4 in order to reduce NOx stored by the NOx storage reduction catalyst 19. The fuel addition injector 28 is connected to the supply pump 11. The addition of fuel by the injector 28 for addition is controlled by the ECU 24 based on the input signal S10 from the A / F sensor 32 as necessary to reduce the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 19.

ECU24は、図示しないCPU、ROM、RAM、A/D変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成され、アクセルセンサ31、ブレーキセンサ32、回転速度センサ33、排気ブレーキセンサ34と電気的に接続されている。アクセルセンサ31は、アクセルペダル(図示なし)が踏み込まれたことを示す検知信号S1を、ブレーキセンサ32は、ブレーキペダル(図示なし)が踏み込まれたことを示す検知信号S2を、回転速度センサ33は、内燃機関1の機関回転速度を示す検知信号S3を、排気ブレーキセンサ34は、排気ブレーキが作動したことを示す検知信号S4を、それぞれ、ECU24に供給する。ECU24は、アクセルセンサ31、ブレーキセンサ32、回転速度センサ33、排気ブレーキセンサ34からの検知信号S1、S2、S3、S4を基に、内燃機関1が、アクセルオフの状態、エンジン回転変化量が負となる状態、ブレーキオンの状態、排気ブレーキオンの状態となるときを検知する。なぜなら、内燃機関1の運転状態が、このようなアイドル状態、または車両減速状態となる場合にナノ粒子が特に多く発生する傾向があるからである。従って、ECU24は、内燃機関1の運転状態が、このようなアイドル状態、または車両減速状態であると判定すると、排気ガス中にナノ粒子が発生していると推測し、炭素微粒子を排気通路4に放出するために、炭素微粒子発生装置21に制御信号S5を供給する。よって、アクセルセンサ31、ブレーキセンサ32、回転速度センサ33、排気ブレーキセンサ34は、本発明における運転状態検出手段として機能する。   The ECU 24 includes a CPU, a ROM, a RAM, an A / D converter, an input / output interface, and the like (not shown), and is electrically connected to the accelerator sensor 31, the brake sensor 32, the rotation speed sensor 33, and the exhaust brake sensor 34. Has been. The accelerator sensor 31 detects a detection signal S1 indicating that an accelerator pedal (not shown) is depressed, and the brake sensor 32 indicates a detection signal S2 that indicates that a brake pedal (not illustrated) is depressed. The ECU 24 supplies the ECU 24 with a detection signal S3 indicating the engine speed of the internal combustion engine 1, and the exhaust brake sensor 34 supplies a detection signal S4 indicating that the exhaust brake is activated. Based on the detection signals S1, S2, S3, and S4 from the accelerator sensor 31, the brake sensor 32, the rotation speed sensor 33, and the exhaust brake sensor 34, the ECU 24 determines that the internal combustion engine 1 is in the accelerator off state and the engine rotation change amount. Detects a negative state, a brake-on state, and an exhaust brake-on state. This is because a particularly large amount of nanoparticles tend to be generated when the operating state of the internal combustion engine 1 is in such an idle state or a vehicle deceleration state. Therefore, if the ECU 24 determines that the operation state of the internal combustion engine 1 is such an idle state or a vehicle deceleration state, the ECU 24 estimates that nanoparticles are generated in the exhaust gas, and the carbon fine particles are removed from the exhaust passage 4. Is supplied to the carbon fine particle generator 21. Therefore, the accelerator sensor 31, the brake sensor 32, the rotation speed sensor 33, and the exhaust brake sensor 34 function as the driving state detection means in the present invention.

図2は、フィルタ22の断面図を示す。フィルタ22は、多数のセル(貫通孔)51を有するハニカム状に形成されている。セル51はそれぞれ両端のうち一方においてプラグ52で栓詰めがされている。プラグ52は、入口端51inにおいて栓詰めされているセル51と、出口端51outにおいて栓詰めされているセル51が交互に配列されるように設けられている。互いに隣り合うセル51の間には、隔壁53が設けられ、微細な孔54が多数形成されている。フィルタ21の入口端51inに導かれたPM55およびナノ粒子56を含む排気ガスは、矢印61で示すように、隔壁53を通過して、出口端51outに導かれる。排気ガスが隔壁53を通過する際、排気ガス中に含まれるPM55は、その慣性力により破線矢印61aに示す経路を辿り、隔壁53に衝突する。このように慣性衝突によって、PM55は隔壁53で捕集される。隔壁53には、白金(Pt)や酸化セリウム(CeO)等の酸化触媒物質が担持されており、フィルタ22は、酸化触媒物質の作用により捕集したPM55の酸化を促進する機能を有する。しかし、ナノ粒子56は、PM55と較べて質量が小さいので、その慣性力も小さい。よって、矢印62に示すように、ナノ粒子56は、隔壁53で捕集されず、排気ガスとともに出口端51outに導かれて、結局、フィルタ22を通り抜けてしまうことがある。そこで、本発明の排気浄化装置では、フィルタ22の上流側において、炭素微粒子発生装置21より放出された炭素微粒子にナノ粒子を吸着させることにより、ナノPMの大気拡散を抑制すると同時に、炭素微粒子と共にナノ粒子をフィルタ22で捕集させることを可能とする。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of the filter 22. The filter 22 is formed in a honeycomb shape having a large number of cells (through holes) 51. Each cell 51 is plugged with a plug 52 at one of the ends. The plug 52 is provided so that the cells 51 plugged at the inlet end 51in and the cells 51 plugged at the outlet end 51out are alternately arranged. A partition wall 53 is provided between the cells 51 adjacent to each other, and a large number of fine holes 54 are formed. Exhaust gas containing PM 55 and nanoparticles 56 guided to the inlet end 51 in of the filter 21 passes through the partition wall 53 and is guided to the outlet end 51 out as indicated by an arrow 61. When the exhaust gas passes through the partition wall 53, the PM 55 contained in the exhaust gas follows the path indicated by the dashed arrow 61 a by the inertia force and collides with the partition wall 53. Thus, PM55 is collected by the partition wall 53 by inertial collision. The partition wall 53 carries an oxidation catalyst material such as platinum (Pt) or cerium oxide (CeO 2 ), and the filter 22 has a function of promoting the oxidation of PM 55 collected by the action of the oxidation catalyst material. However, since the nanoparticle 56 has a smaller mass than PM55, its inertial force is also small. Therefore, as shown by the arrow 62, the nanoparticles 56 may not be collected by the partition wall 53 but may be guided to the outlet end 51out together with the exhaust gas and eventually pass through the filter 22. Therefore, in the exhaust emission control device of the present invention, on the upstream side of the filter 22, by adsorbing nanoparticles to the carbon fine particles released from the carbon fine particle generator 21, the atmospheric diffusion of nano PM is suppressed and at the same time, together with the carbon fine particles. The nanoparticles can be collected by the filter 22.

図3は、炭素微粒子発生装置21の内部構造を示す断面図である。炭素微粒子発生装置21は、容器42の内部に黒鉛電極41a、41bを有する構造とされる。炭素微粒子発生装置21は、黒鉛電極41a、41bの間に高電圧を印加して、コロナ放電を発生させることにより、黒鉛電極41a、41bにおいて炭素微粒子Cnを生成する。また、炭素微粒子発生装置21は、外部より流入されたキャリアガスによって、排気通路に通じるガスの流れを有している。黒鉛電極41a、41bで生成された炭素微粒子Cnは、このキャリアガスに乗せられて、排気通路4へと運ばれる。ここで、キャリアガスとしては、例えばアルゴン(Ar)が用いられる。黒鉛電極41a、41bの間に印加される電圧の大きさは、図1に示すECU24からの制御信号S5により制御される。炭素微粒子発生装置21は、制御信号S5が供給されると、黒鉛電極41a、41bの間に電圧を印加して、炭素微粒子Cnの生成を開始し、制御信号S5に従って印加される電圧の大きさを変化させることにより、炭素微粒子Cnの生成量を調節する。即ち、炭素微粒子発生装置21による炭素微粒子Cnの発生の有無はECU24からの制御信号S5により制御される。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the internal structure of the carbon fine particle generator 21. The carbon fine particle generator 21 has a structure having graphite electrodes 41 a and 41 b inside a container 42. The carbon fine particle generator 21 generates a carbon fine particle Cn in the graphite electrodes 41a and 41b by applying a high voltage between the graphite electrodes 41a and 41b to generate corona discharge. The carbon fine particle generator 21 has a gas flow that leads to the exhaust passage by the carrier gas introduced from the outside. The carbon fine particles Cn generated by the graphite electrodes 41 a and 41 b are carried on the carrier gas and carried to the exhaust passage 4. Here, for example, argon (Ar) is used as the carrier gas. The magnitude of the voltage applied between the graphite electrodes 41a and 41b is controlled by a control signal S5 from the ECU 24 shown in FIG. When the control signal S5 is supplied, the carbon fine particle generator 21 applies a voltage between the graphite electrodes 41a and 41b to start generation of the carbon fine particles Cn, and the magnitude of the voltage applied according to the control signal S5. The amount of carbon fine particles Cn produced is adjusted by changing the. That is, whether or not carbon fine particles Cn are generated by the carbon fine particle generator 21 is controlled by a control signal S5 from the ECU 24.

図4は、炭素微粒子発生装置21より放出された炭素微粒子の流出口50の拡大図である。炭素微粒子発生装置21によって生成された炭素微粒子Cnは、キャリアガスに乗って、排気通路4まで運ばれた後、排気通路4を流れる排気ガス中に放出される。炭素微粒子は、ナノ粒子を吸着する性質があるので、排気ガス中のナノ粒子Paは、放出された炭素微粒子Cnに吸着する。ここで、炭素微粒子発生装置21によって生成される炭素微粒子Cnの大きさは、50nmよりも大きい。一方、炭素微粒子Cnに吸着するナノ粒子Paの大きさは、炭素微粒子の大きさよりも小さく、一般的には、炭素微粒子の10分の1程度の大きさのものが多い。よって、1つの炭素微粒子Cnに、複数のナノ粒子Paが吸着することができる。このようにすることで、炭素微粒子によって、特に10nm以下の極小のナノ粒子を効果的に凝集することができる。   FIG. 4 is an enlarged view of the carbon fine particle outlet 50 discharged from the carbon fine particle generator 21. The carbon fine particles Cn produced by the carbon fine particle generator 21 are carried on the carrier gas and carried to the exhaust passage 4 and then released into the exhaust gas flowing through the exhaust passage 4. Since the carbon fine particles have a property of adsorbing nanoparticles, the nanoparticles Pa in the exhaust gas are adsorbed on the released carbon fine particles Cn. Here, the size of the carbon fine particles Cn produced by the carbon fine particle generator 21 is larger than 50 nm. On the other hand, the size of the nanoparticles Pa adsorbed to the carbon fine particles Cn is smaller than the size of the carbon fine particles, and generally has a size about one-tenth that of the carbon fine particles. Therefore, a plurality of nanoparticles Pa can be adsorbed on one carbon fine particle Cn. By doing in this way, especially the nanoparticle of 10 nm or less can be effectively aggregated with carbon fine particles.

ナノ粒子Paが吸着した炭素微粒子Cnは、排気ガスと共に、下流側のフィルタ22に流入する。炭素微粒子Cnの大きさは、50nmよりも大きいことから、PMの粒径範囲とよく似ている。従って、フィルタ22は、炭素微粒子Cnを、PMと同様に捕集することができる。このとき、ナノ粒子Paは、炭素微粒子Cnに吸着しているので、フィルタ22は、炭素微粒子Cnと共にナノ粒子Paもフィルタ22で捕集することができる。   The carbon fine particles Cn on which the nanoparticles Pa are adsorbed flow into the downstream filter 22 together with the exhaust gas. Since the size of the carbon fine particles Cn is larger than 50 nm, it is very similar to the particle size range of PM. Therefore, the filter 22 can collect the carbon fine particles Cn similarly to PM. At this time, since the nano particles Pa are adsorbed on the carbon fine particles Cn, the filter 22 can collect the nano particles Pa together with the carbon fine particles Cn.

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る排気浄化装置について説明する。
[Second Embodiment]
Next, an exhaust emission control device according to a second embodiment of the present invention will be described.

図5は、本発明に係る排気浄化装置20aを内燃機関に適用した第2実施形態の概略構成を示している。図6は、炭素微粒子発生装置21より放出された炭素微粒子の流出口50aの拡大図である。第1実施形態に係る排気浄化装置20では、炭素微粒子発生装置21は、ECU24からの制御信号S5によって、炭素微粒子の生成の有無を制御している。それに対し、第2実施形態に係る排気浄化装置20aでは、炭素微粒子発生装置21を常時作動させておいて、炭素微粒子を常に生成して放出する状態とし、この炭素微粒子発生装置21の炭素微粒子の流出口に、排気通路4へ流入する炭素微粒子の量を調節する制御弁26が設けられる。制御弁26が閉弁状態のとき、炭素微粒子発生装置21で発生した炭素微粒子は、制御弁26で留められることにより溜められる。   FIG. 5 shows a schematic configuration of a second embodiment in which the exhaust purification device 20a according to the present invention is applied to an internal combustion engine. FIG. 6 is an enlarged view of the outlet 50a of the carbon fine particles released from the carbon fine particle generator 21. FIG. In the exhaust emission control device 20 according to the first embodiment, the carbon particulate generator 21 controls whether or not carbon particulates are generated by a control signal S5 from the ECU 24. On the other hand, in the exhaust emission control device 20a according to the second embodiment, the carbon particulate generator 21 is always operated, and the carbon particulates are always generated and released. A control valve 26 for adjusting the amount of carbon fine particles flowing into the exhaust passage 4 is provided at the outlet. When the control valve 26 is in a closed state, the carbon fine particles generated by the carbon fine particle generator 21 are retained by being stopped by the control valve 26.

この制御弁26は、ECU24からの制御信号S5によって制御される。これにより、ECU24からの炭素微粒子Cnの排気通路への放出を指示する制御信号S5が制御弁26に供給されると、制御弁26は、開弁を行うことにより、制御弁26で溜められている炭素微粒子Cnを排気通路4に放出する。従って、第2実施形態に係る排気浄化装置20aでは、制御弁26を開くだけで、即時に、予め生成されている炭素微粒子Cnを、排気通路4へ放出することができる。よって、第1実施形態に係る排気浄化装置20と比較して、炭素微粒子Cnを排気通路へ放出するまでの間の時間が少なくて済む。よって、第2実施形態に係る排気浄化装置20aでは、ECU24からの制御信号S5に対する炭素微粒子放出の応答性の向上を図ることができる。   The control valve 26 is controlled by a control signal S5 from the ECU 24. As a result, when the control signal S5 instructing the release of the carbon fine particles Cn from the ECU 24 to the exhaust passage is supplied to the control valve 26, the control valve 26 is stored in the control valve 26 by opening the valve. The carbon fine particles Cn are discharged into the exhaust passage 4. Therefore, in the exhaust purification device 20a according to the second embodiment, the carbon fine particles Cn generated in advance can be immediately released into the exhaust passage 4 simply by opening the control valve 26. Therefore, as compared with the exhaust gas purification apparatus 20 according to the first embodiment, it takes less time until the carbon fine particles Cn are released to the exhaust passage. Therefore, in the exhaust emission control device 20a according to the second embodiment, it is possible to improve the responsiveness of the carbon particulate emission to the control signal S5 from the ECU 24.

[炭素微粒子発生制御処理]
次に、本発明の排気浄化装置における炭素微粒子発生制御処理の詳細について、第1実施形態に係る排気浄化装置20を例に、図7を用いて具体的に説明する。ECU24は、ROMなどのメモリに記憶されているプログラムに従って、炭素微粒子発生制御処理を行う。
[Carbon fine particle generation control treatment]
Next, the details of the carbon particulate generation control process in the exhaust purification apparatus of the present invention will be specifically described with reference to FIG. 7, taking the exhaust purification apparatus 20 according to the first embodiment as an example. The ECU 24 performs carbon fine particle generation control processing according to a program stored in a memory such as a ROM.

図7は、第1実施形態に係る炭素微粒子発生制御処理のフローチャートである。本発明の炭素微粒子発生制御処理は、内燃機関1がアイドル状態もしくは車両減速状態となるときに発生するナノ粒子を、炭素微粒子に吸着させることにより凝集し、PMと同程度の大きさの微粒子に大径化する。   FIG. 7 is a flowchart of the carbon particle generation control process according to the first embodiment. In the carbon fine particle generation control process of the present invention, nanoparticles generated when the internal combustion engine 1 is in an idle state or a vehicle deceleration state are agglomerated by adsorbing the carbon fine particles to fine particles having the same size as PM. Increase diameter.

ECU24は、アクセルセンサ31、ブレーキセンサ32、回転速度センサ33、排気ブレーキセンサ34のそれぞれより供給される検知信号S1、S2、S3、S4を基に、内燃機関1の運転状態を検知する(ステップS101)。ECU24は、検知された運転状態を基に、内燃機関1がアイドル状態もしくは車両減速状態であるかの判定を行う(ステップS102)。具体的には、ECU24は、検知信号S1、S2、S3、S4を基に、アクセルオフの状態、エンジン回転変化量が負の状態、ブレーキオンの状態、排気ブレーキオンの状態のうち、いずれかの状態を検知したときに、内燃機関1が、アイドル状態もしくは車両減速状態であるとして判定する。内燃機関1が、アイドル状態もしくは車両減速状態であるならば(ステップS102:Yes)、ECU24は、炭素微粒子発生装置21に作動のための制御信号S5を供給する(ステップS103)。これにより、炭素微粒子発生装置21は、作動を開始することにより、炭素微粒子の生成を行い、排気通路に炭素微粒子を放出する。   The ECU 24 detects the operating state of the internal combustion engine 1 based on the detection signals S1, S2, S3, S4 supplied from the accelerator sensor 31, the brake sensor 32, the rotational speed sensor 33, and the exhaust brake sensor 34, respectively (step). S101). The ECU 24 determines whether the internal combustion engine 1 is in an idle state or a vehicle deceleration state based on the detected operating state (step S102). Specifically, based on the detection signals S1, S2, S3, and S4, the ECU 24 selects one of the accelerator off state, the engine rotation change amount is negative, the brake on state, and the exhaust brake on state. When this state is detected, it is determined that the internal combustion engine 1 is in the idle state or the vehicle deceleration state. If the internal combustion engine 1 is in an idle state or a vehicle deceleration state (step S102: Yes), the ECU 24 supplies the control signal S5 for operation to the carbon particulate generator 21 (step S103). Thereby, the carbon particulate generator 21 generates carbon particulates by starting operation, and discharges the carbon particulates into the exhaust passage.

このようにして、排気通路に放出された炭素微粒子は、ナノ粒子を吸着することで、ナノ粒子を凝集する。一方、ECU24が、検知された内燃機関1の運転状態がアイドル状態もしくは車両減速状態のどちらでもない場合(ステップS102:No)、ECU24は、炭素微粒子発生装置21に制御信号S5を供給することで、炭素微粒子発生装置21が作動しているのであれば、停止させる制御を行う(ステップS104)。なお、第2実施形態に係る排気浄化装置20aの場合には、制御弁26を閉弁することにより、炭素微粒子の放出を停止する。   In this way, the carbon fine particles released into the exhaust passage adsorb the nanoparticles to aggregate the nanoparticles. On the other hand, when the detected operation state of the internal combustion engine 1 is neither the idle state nor the vehicle deceleration state (step S102: No), the ECU 24 supplies the control signal S5 to the carbon particulate generator 21. If the carbon fine particle generator 21 is operating, control to stop is performed (step S104). In the case of the exhaust emission control device 20a according to the second embodiment, the release of the carbon fine particles is stopped by closing the control valve 26.

なお、第2実施形態に係る排気浄化装置20aの場合には、図7中に括弧で示すように、ステップS103においては制御弁26を開弁することにより、予め生成されている炭素微粒子を放出する。こうして、炭素微粒子発生装置21が常時発生している炭素微粒子を排気通路へ放出する。また、ステップS104においては制御弁26を開弁せず、閉弁状態を維持する。これにより、炭素微粒子が排気通路へ放出されないようにする。   In the case of the exhaust emission control device 20a according to the second embodiment, as shown in parentheses in FIG. 7, by opening the control valve 26 in step S103, the carbon fine particles generated in advance are released. To do. In this way, the carbon fine particles generating device 21 constantly discharges the carbon fine particles generated to the exhaust passage. Further, in step S104, the control valve 26 is not opened and the valve closed state is maintained. This prevents carbon fine particles from being discharged into the exhaust passage.

以上のように、本発明によれば、ナノ粒子を、微粒子供給装置から供給される微粒子に吸着させて凝集することで大径化させることができ、大気拡散を抑制すると同時に、フィルタで容易に捕集させることが可能となる。   As described above, according to the present invention, nanoparticles can be increased in size by adsorbing and aggregating with the fine particles supplied from the fine particle supply device, and at the same time suppressing atmospheric diffusion and easily using a filter. It can be collected.

第1実施形態の排気浄化装置を内燃機関に適用した実施形態を示した図である。It is the figure which showed embodiment which applied the exhaust gas purification apparatus of 1st Embodiment to the internal combustion engine. 排気浄化装置のフィルタを示した図である。It is the figure which showed the filter of the exhaust gas purification device. 炭素微粒子発生装置を示した図である。It is the figure which showed the carbon particulate generator. 排気通路における炭素微粒子発生装置の流出口の拡大図である。It is an enlarged view of the outflow port of the carbon particulate generator in an exhaust passage. 第2実施形態の排気浄化装置を内燃機関に適用した実施形態を示した図である。It is the figure which showed embodiment which applied the exhaust gas purification apparatus of 2nd Embodiment to the internal combustion engine. 排気通路における炭素微粒子発生装置の流出口の拡大図である。It is an enlarged view of the outflow port of the carbon particulate generator in an exhaust passage. 第1実施形態の排気浄化装置の炭素微粒子発生制御処理のフローチャート。The flowchart of the carbon particle generation | occurrence | production control processing of the exhaust gas purification apparatus of 1st Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
4 排気通路
20 排気浄化装置
21 炭素微粒子発生装置
22 フィルタ
23 酸化触媒
24 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 4 Exhaust passage 20 Exhaust gas purification device 21 Carbon particulate generator 22 Filter 23 Oxidation catalyst 24 ECU

Claims (4)

内燃機関から排出される排気ガスを導く排気通路と、
前記排気通路に、前記排気ガス中に含まれる粒子状物質に対して吸着能を有する微粒子を供給する微粒子供給装置と、
前記内燃機関の運転状態として、車両減速状態、アクセルオフの状態、エンジン回転変化量が負となる状態、ブレーキオンの状態、排気ブレーキオンの状態のうちいずれかの状態を所定の運転状態として検出する運転状態検出手段と、を備え
前記運転状態検出手段が所定の運転状態を検出すると、前記微粒子供給装置は前記排気通路に前記微粒子を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
An exhaust passage for guiding exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
A fine particle supply device for supplying fine particles having adsorbability to the particulate matter contained in the exhaust gas to the exhaust passage;
As the operating state of the internal combustion engine, any one of a vehicle deceleration state, an accelerator off state, a state in which the engine rotation change amount is negative, a brake on state, and an exhaust brake on state is detected as a predetermined operating state. Operating state detecting means for performing ,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine , wherein the particulate supply device supplies the particulates to the exhaust passage when the operation state detecting means detects a predetermined operation state .
前記微粒子は、当該微粒子よりも小さい粒子状物質を凝集する作用を有することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The fine particles, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it has an effect of agglomerating the small particulate matter than the fine particles. 前記微粒子供給装置は、
常時、前記微粒子を生成する微粒子生成装置と、
前記排気通路と前記微粒子生成装置との間に配置された制御弁と、を有し、
前記制御弁を開くことによって、前記排気通路に前記微粒子を供給することを特徴とする請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The fine particle supply device comprises:
A microparticle generator that constantly generates the microparticles;
A control valve disposed between the exhaust passage and the particulate generator,
By opening the control valve, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that supplying the particulate in the exhaust passage.
前記微粒子供給装置は、前記微粒子として炭素微粒子を用いることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the fine particle supply device uses carbon fine particles as the fine particles.
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