特開 2024-173366 内燃機関の排気処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024173366

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】内燃機関の排気処理装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/36 20060101AFI20241205BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20241205BHJP

   F01M 13/00 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

F01N3/36 R

F01N3/08 B

F01M13/00 N

F01M13/00 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091736

(22)【出願日】2023-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】高野 智識

【テーマコード（参考）】

3G015

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G015BD10

3G015BD18

3G015BD24

3G091AA19

3G091AB02

3G091AB05

3G091BA14

3G091CA18

3G091DB10

3G091EA01

3G091EA03

3G091EA17

3G091EA33

3G091EA34

3G091EA35

3G091HA10

3G091HA36

3G091HA37

3G091HB09

(57)【要約】

【課題】機関燃料を利用することなく炭化水素選択還元型触媒に還元剤を供給する。
【解決手段】内燃機関１０は、炭化水素選択還元型の第２触媒２２を排気通路１４に備える。内燃機関１０の排気処理装置は、内燃機関１０のブローバイガスを還元剤として第２触媒２２に供給する供給通路３０を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素選択還元型の触媒を排気通路に備える内燃機関の排気処理装置であって、
前記内燃機関のブローバイガスを還元剤として前記触媒に供給する供給通路を備える
内燃機関の排気処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載の内燃機関は、炭化水素を還元剤として利用することにより排気中のＮＯｘを浄化する炭化水素選択還元型触媒を排気通路に備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－９２６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ガソリンや軽油などの燃料は炭化水素を含んでいるため、そうした燃料を炭化水素選択還元型触媒に供給する炭化水素として利用することは可能である。しかしながら、還元剤として燃料を利用すると燃料の消費量が増加する。そのため、機関燃料を利用することなく炭化水素選択還元型触媒に還元剤を供給することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決する内燃機関の排気処理装置は、炭化水素選択還元型の触媒を排気通路に備える内燃機関の排気処理装置であって、前記内燃機関のブローバイガスを還元剤として前記触媒に供給する供給通路を備えている。

【発明の効果】

【0006】

この内燃機関の排気処理装置は、機関燃料を利用することなく炭化水素選択還元型触媒に還元剤を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態における排気処理装置を備える内燃機関の構成示す模式図である。

【図2】図２は、同実施形態の制御装置が実行する処理の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、内燃機関の排気処理装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
＜内燃機関の構成＞
図１に示すように、内燃機関１０は水素ガスを機関燃料として使用する機関である。内燃機関１０では、燃焼室内に水を噴射する水噴射が行われる。この水噴射が行われると、燃焼室内の温度が低下するため、ＮＯｘの発生が抑えられる。

【0009】

内燃機関１０の排気通路１４には、第１触媒２１及び第２触媒２２が直列に配置されている。なお、以下では、内燃機関１０の燃焼室から排気通路１４に排出された排気の流れ方向を排気流れ方向といい、排気流れ方向の上流側を「上流側」、排気流れ方向の下流側を「下流側」という。

【0010】

第１触媒２１は、排気の温度を高めるために設けられている酸化触媒である。
第２触媒２２は、第１触媒２１の下流側に設けられている。第２触媒２２は、炭化水素を還元剤として利用することにより排気中のＮＯｘを浄化する炭化水素選択還元型の触媒、いわゆるＨＣ－ＳＣＲ触媒である。

【0011】

第１触媒２１よりも上流側の排気通路１４には、第１温度センサ７１が設けられている。第１温度センサ７１は、第１触媒２１に流入する排気の温度を検出する。
第１触媒２１と第２触媒２２との間の排気通路１４には、第２温度センサ７２が設けられている。第２温度センサ７２は、第２触媒２２に流入する排気の温度を検出する。

【0012】

第２触媒２２よりも下流側の排気通路１４には、ＮＯｘセンサ７３が設けられている。ＮＯｘセンサ７３は、第２触媒２２から流出した排気のＮＯｘ濃度及び酸素濃度を検出する。

【0013】

内燃機関１０は、ブローバイガスを処理するブローバイガス処理装置１６を備えている。ブローバイガス処理装置１６は、内燃機関１０のクランクケース内のブローバイガスを内燃機関１０の吸気通路に導入する装置であり、ＰＣＶバルブ１８を備えている。ＰＣＶバルブ１８は、吸気通路に導入するブローバイガスの流量を調整するバルブであり、クランクケース及び吸気通路の圧力差を利用してバルブの開度が変化する。

【0014】

ＰＣＶバルブ１８には、ブローバイガスを還元剤として第２触媒２２に供給する供給通路３０が接続されている。
供給通路３０の途中には、ブローバイガスを蓄えるタンク３２や、タンク３２にブローバイガスを圧送するポンプ３４が設けられている。タンク３２は、タンク３２内の内圧であるタンク圧Ｐを検出する圧力センサ７４を備えている。

【0015】

そして、供給通路３０の末端には、タンク３２に蓄えたブローバイガスを第２触媒２２に向けて噴射する噴射弁３８が接続されている。噴射弁３８は、第１触媒２１と第２触媒２２との間の排気通路１４に設けられており、噴孔は第２触媒２２に向けられている。

【0016】

内燃機関１０の各種制御は、制御装置１００によって実行される。
制御装置１００には、上記第１温度センサ７１、上記第２温度センサ７２、上記ＮＯｘセンサ７３、及び圧力センサ７４の検出信号が入力される。その他、制御装置１００には、各種の検出信号が入力される。そして、制御装置１００は、各種の検出信号に基づいて機関回転速度や、機関負荷率などを算出する。

【0017】

制御装置１００は、ＣＰＵ１１０や、制御用のプログラム等が保存されたメモリ１２０などを備えている。そして、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより、内燃機関１０の各種制御を実行する。

【0018】

＜還元剤の供給処理＞
図２に、還元剤の供給処理についてその手順を示す。還元剤の供給処理は、第２触媒２２に対して還元剤を供給するために、制御装置１００が所定周期毎に実行する処理である。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。

【0019】

本処理を開始すると、制御装置１００は、還元剤量ＲＶを取得する（Ｓ１００）。還元剤量ＲＶは、第２触媒２２が有している還元剤の量であり、制御装置１００が別の処理にて算出している。例えば、制御装置１００は、上記ＮＯｘセンサ７３の検出値や機関回転速度及び機関負荷率などの機関運転状態などに基づいて還元剤量ＲＶを算出する。

【0020】

次に、制御装置１００は、取得した現在の還元剤量ＲＶが既定の閾値ＲＶｒｅｆ以下であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。閾値ＲＶｒｅｆは、例えば、第２触媒２２にてＮＯｘの浄化を行うために必要な還元剤量ＲＶの最小値である。

【0021】

そして、制御装置１００は、還元剤量ＲＶが閾値ＲＶｒｅｆ以下であると判定する場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、上記タンク圧Ｐを取得する（Ｓ１２０）。
次に、制御装置１００は、所得した現在のタンク圧Ｐが既定の閾値Ｐｒｅｆ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３０）。閾値Ｐｒｅｆは、例えばタンク３２に蓄えられたブローバイガスを第２触媒２２に供給するために必要な噴射弁３８の最低噴射圧である。

【0022】

そして、制御装置１００は、タンク圧Ｐが閾値Ｐｒｅｆ以上であると判定する場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、還元剤の供給処理を実行する（Ｓ１４０）。制御装置１００は、還元剤の供給処理として、タンク３２に蓄えられたブローバイガスを噴射弁３８から噴射する処理を実行する。

【0023】

そして、Ｓ１４０の処理を終了した場合、あるいはＳ１１０の処理で否定判定する場合、またはＳ１３０の処理にて否定判定する場合には、制御装置１００は、今回の周期における本処理の実行を終了する。

【0024】

＜作用＞
本実施形態の作用を説明する。
図２に示す処理が実行されることにより、還元剤量ＲＶが閾値ＲＶｒｅｆ以下であり、且つタンク圧Ｐが閾値Ｐｒｅｆ以上である場合には、噴射弁３８から第２触媒２２に向けてブローバイガスが供給される。これによりブローバイガス中のエンジンオイルに含まれる炭化水素が供給通路３０を介して炭化水素選択還元型の触媒である第２触媒２２に供給される。

【0025】

＜効果＞
本実施形態の効果を説明する。
（１）ブローバイガス中のエンジンオイルに含まれる炭化水素が供給通路３０を介して第２触媒２２に供給される。従って、内燃機関１０の機関燃料を利用することなく、炭化水素選択還元型触媒である第２触媒２２に還元剤を供給することができる。

【0026】

（２）水素ガスを燃料とする場合には、水素由来の凝縮水が燃焼室内に生成される。この燃料由来の凝縮水や水噴射に由来する凝縮水は、内燃機関１０のシリンダ壁面を伝って、機関下部のオイルパンに溜まる。そのため、オイルパンでは、凝縮水を含んだエンジンオイルの量が増加する。凝縮水を含んだエンジンオイルの量が増加すると、エンジン暖機後においてオイル成分及び水を含んだ気体が蒸発することにより、ブローバイガスの量が増える。このように、水素ガスを燃料とし、水噴射が実行される内燃機関１０では、他の内燃機関と比べてブローバイガスの量は増える傾向がある。この点、本実施形態では、そうして増えるブローバイガスを第２触媒２２の還元剤として有効利用することができる。

【0027】

＜変更例＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0028】

・ＰＣＶバルブ１８は、制御装置１００によってバルブの開度が調整される電動式のバルブでもよい。この場合には、タンク３２におけるブローバイガスの蓄圧を任意のタイミングで行うことができる。

【0029】

・供給通路３０をＰＣＶバルブ１８に接続したが、ブローバイガス処理装置１６においてブローバイガスが流れる他の部位に接続してもよい。また、内燃機関１０のクランクケースに接続してもよい。

【0030】

・上記第１温度センサ７１及び上記第２温度センサ７２の少なくとも１つを省略してもよい。この場合、省略した温度センサが検出していた排気温度を制御装置１００にて推定してもよい。

【0031】

・内燃機関１０は、ガソリンや軽油等を機関燃料とする内燃機関でもよい。この場合でも、上記（１）の効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0032】

１０…内燃機関
１４…排気通路
１６…ブローバイガス処理装置
１８…ＰＣＶバルブ
２１…第１触媒
２２…第２触媒
３０…供給通路
３２…タンク
３４…ポンプ
３８…噴射弁
７１…第１温度センサ
７２…第２温度センサ
７３…ＮＯｘセンサ
７４…圧力センサ
１００…制御装置
１１０…ＣＰＵ
１２０…メモリ

【図1】

【図2】