JP2008045462A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 窒素酸化物の還元浄化率を向上することが可能な排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 実排気ガス流量Ｇａが目標排気ガス流量Ｇａｔよりも少ない場合には、ターボチャージャ１１のモータ１１ａが駆動されて過給圧が増大されるとともに、ＥＧＲバルブ２８が開弁側に駆動される。それにより、昇圧された吸気が、ＥＧＲ通路２７を通して吸気通路５からＮＯｘ還元触媒２３の上流側に供給され、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量が増大される。また、増大された実排気ガス流量ＧａとＮＯｘ還元触媒床温に基づいて設定される添加量、添加間隔にしたがって還元剤供給ノズル２５から還元剤が添加される。その結果、ＮＯｘの還元浄化率を向上することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置に関する。

内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する技術として、酸素濃度が高いリーン雰囲気のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度が低いリッチ雰囲気のときに吸蔵したＮＯｘを放出して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒や、排気系に還元剤を添加してＮＯｘを還元浄化する尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ、選択還元触媒）、ＨＣ−ＳＣＲなど（以下、これらを総称して「ＮＯｘ還元触媒」という）が知られている。

これらのＮＯｘ還元触媒では、燃料噴射量を周期的に増量したり、尿素水などを添加することにより、ＮＯｘ還元触媒を還元雰囲気にすることによってＮＯｘを還元浄化（窒素Ｎ_２、二酸化炭素ＣＯ_２や水Ｈ_２Ｏに分解）している。なお、以下、本明細書中では、ＮＯｘ還元触媒がリッチ雰囲気またはストイキ雰囲気にある場合のみならず、リーン雰囲気中に還元剤が添加された場合も併せて、還元雰囲気と称することとする。

特許文献１には、ＮＯｘ還元触媒をリッチ雰囲気にする際に、ターボチャージャの過給圧を増大させてエンジンの吸気量を増大させつつ燃料噴射量を増大させることにより、燃焼室内の温度、圧力を高めて燃料の気化を促進することによって、スモークなどの増大を招くことなく、ＮＯｘを還元浄化する技術が開示されている。
特開２００１−５５９４６号公報

一方、ＮＯｘ還元触媒中での還元剤の拡散性は、排気ガスのＳＶ（Ｓｐａｃｅ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ、空間速度）などの影響を受ける。例えば、排気ガスのＳＶが低下するエンジン運転領域では、還元剤の拡散性が低下することにより、添加された還元剤が未反応のまま触媒に付着し、担持されている触媒金属が被毒してＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。ここで、特許文献１では、ＮＯｘ還元触媒中での還元剤の拡散性が考慮されていないため、エンジンの運転状態によってはＮＯｘの浄化率が低下するおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、窒素酸化物の浄化率を向上することが可能な排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の排気通路上に配設され、排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元して浄化するＮＯｘ還元触媒と、ＮＯｘ還元触媒を還元雰囲気にする還元雰囲気化手段と、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を調節する排気ガス流量調節手段とを備え、排気ガス流量調節手段が、還元雰囲気化手段によりＮＯｘ還元触媒が還元雰囲気にされる際に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を調節することを特徴とする。

本発明に係る排気浄化装置によれば、ＮＯｘ還元触媒が還元雰囲気にされる際に、内燃機関の運転状態に基づいて、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量が調節されるので、ＮＯｘ還元触媒中での排気ガスのＳＶを適切な大きさにすることができる。そのため、内燃機関の運転領域に関わらず、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性を適切に制御し、ＮＯｘ還元触媒の反応性を向上させることが可能となる。

なお、本明細書中で排気ガスとは、エンジンから排出される排気ガスだけでなく、エンジン以外から排気通路に供給される空気（新気）なども含み、ＮＯｘ還元触媒に流入するガス全体のことをいう。

上記排気ガス流量調節手段は、吸気通路を通して内燃機関に吸入される吸気を昇圧する過給機と、排気通路のＮＯｘ還元触媒上流部と吸気通路とを連結するバイパス通路とを有し、還元雰囲気化手段によりＮＯｘ還元触媒が還元雰囲気にされる際に、内燃機関の運転状態に基づいて、過給機を駆動することが好ましい。

この場合、ＮＯｘ還元触媒が還元雰囲気にされる際に、内燃機関の運転状態に基づいて過給機が駆動されることにより、吸気が昇圧され、吸気通路内圧力が制御される。ここで、排気通路のＮＯｘ還元触媒上流部と吸気通路とはバイパス通路で連結されているため、吸気通路内圧力と排気通路内圧力の圧力差に応じて、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量が調節される。その結果、ＮＯｘ還元触媒中での排気ガスのＳＶを適切な大きさにすることができ、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性を適切に制御することが可能となる。例えば、ＮＯｘ還元触媒中の排気ガスのＳＶを高める場合には、吸気通路内圧力が排気通路内圧力よりも高くなるように過給圧を制御することにより、バイパス通路を通して昇圧された吸気を吸気通路からＮＯｘ還元触媒の上流側に供給する。それにより、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガス流量が増大されてＳＶが上昇する。

上記過給機は、アシストモータを有するターボチャージャであり、排気ガス流量調節手段は、アシストモータを駆動することが好ましい。このようにすれば、アシストモータを電動駆動することにより過給圧を調節することができるので、内燃機関の運転状態に関わらず、過給圧、すなわち吸気通路内圧力を適切に制御することが可能となる。また、このような構成とすれば、アシストモータを回生駆動することにより、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガス流量を抑制することができる。

本発明に係る排気浄化装置は、バイパス通路の流量を調節するバルブをさらに有し、排気ガス流量調節手段が、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を調節するときに、過給機の過給圧および／またはバルブの開度を調節することが好ましい。このようにすれば、吸気通路内圧力の制御自由度を拡大することができるので、吸気通路内圧力（すなわちＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量）をより適切に制御することが可能となる。

また、内燃機関の排気ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ通路をバイパス通路として利用することが好ましい。このように、既存のＥＧＲ通路をバイパス通路として利用すれば、新規にバイパス通路を設ける必要がないため、製造工数やコストを低減することができる。

本発明に係る排気浄化装置は、記ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を取得する排気ガス流量取得手段をさらに備え、排気ガス流量調節手段が、排気ガス流量取得手段により取得された排気ガス流量が所定値よりも少ない場合に、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を増大させることが好ましい。

上述したように、排気ガス流量が低下するエンジン運転領域では、ＮＯｘ還元触媒中の排気ガスのＳＶが低下するため、還元剤の拡散性が低下し、ＮＯｘ浄化率が低下するおそれがある。本発明に係る排気浄化装置によれば、排気ガス流量が所定値よりも少ない場合に、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量が増大される。そのため、ＮＯｘ還元触媒中での排気ガスのＳＶが増大し、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る排気浄化装置は、ＮＯｘ還元触媒の下流に配設され、ＮＯｘ還元触媒から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物量に応じた値を出力するＮＯｘセンサをさらに有し、排気ガス流量調節手段が、ＮＯｘセンサにより検出された検出値に基づいて、ＮＯｘ浄化率が所定の目標値よりも低いと判断された場合に、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量をさらに増大させることが好ましい。

この場合、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量が増大されたにも関わらずＮＯｘ浄化率が所定の目標値よりも低いと判断されたときに、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量がさらに増大される。そのため、ＮＯｘ還元触媒中での排気ガスのＳＶがさらに増大し、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性をさらに向上させることができる。その結果、ＮＯｘ還元触媒の反応性を確実に向上させることが可能となる。

上記還元雰囲気化手段は、調節後の排気ガスの流量に応じて、ＮＯｘ還元触媒を還元雰囲気にする還元剤の添加間隔を設定することが好ましい。

ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量に応じて、ＮＯｘ浄化率を最大化する還元剤添加間隔が存在する。本発明に係る排気浄化装置によれば、調節後の排気ガスの流量に応じて、還元剤添加間隔が設定されるので、調整された排気ガス流量においてＮＯｘ浄化率を最大化することが可能となる。

なお、上記過給機として、スーパーチャージャやパルスチャージャも好適に用いることができる。

本発明によれば、内燃機関の運転領域に関わらず、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性を適切に制御し、ＮＯｘ還元触媒の反応性を向上させることができるので、ＮＯｘの還元浄化率を向上することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

まず、図１を用いて、実施形態に係る排気浄化装置ＣＲの構成について説明する。図１は排気浄化装置ＣＲを含むエンジン１の構成を示す図である。

エンジン１は、ターボチャージャ１１付の多気筒ディーゼルエンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として示されている。エンジン１は、吸入空気圧縮後にインジェクタ２によってシリンダ３内のピストン４の上面に燃料を噴射して自然着火させて出力を得るディーゼルエンジンである。インジェクタ２はコモンレール式のものである。このエンジン１は、後述するターボチャージャによってより多くの吸入空気を過給して、高出力化（あるいは、低燃費化）を実現し得るものである。

エンジン１は、吸気通路５を介してシリンダ３内に吸入した空気をピストン４によって圧縮し、インジェクタ２によって燃料を噴射して燃料を自然着火させて燃焼させる。シリンダ３の内部と吸気通路５との間は、吸気バルブ８によって開閉される。燃焼後の排気ガスは排気通路６に排気される。シリンダ３の内部と排気通路６との間は、排気バルブ９によって開閉される。バルブタイミングは、カムシャフト回転センサ７によって検出される。

吸気通路５上には、上流側からエアクリーナ１０、エアフロメータ２０、ターボチャージャ１１、インタークーラー１２、吸気絞り弁１３などが配置されている。エアクリーナ１０は、吸入空気中のゴミや塵などを取り除くフィルタである。エアフロメータ２０は、吸入空気量を質量流量として検出するセンサである。

ターボチャージャ１１は、吸気通路５と排気通路６との間に配され、過給を行う過給機である。本実施形態のターボチャージャ１１においては、タービン側インペラーとコンプレッサ側インペラーとが回転軸で連結されている（以下、この部分を単にタービン／コンプレッサと言うこととする）。本実施形態のターボチャージャは、タービン／コンプレッサの回転軸が出力軸となるようにアシストモータ（以下、単に「モータ」という）１１ａが組み込まれているモータ付ターボチャージャである。また、ターボチャージャ１１には、可変ノズル機構も内蔵されている。

モータ１１ａは、交流モータであり、発電機としても機能し得る。ターボチャージャ１１は、排気エネルギーによってのみ過給を行う通常の過給機としても機能し得るが、モータ１１ａによってタービン／コンプレッサを強制的に駆動することでさらなる過給を行うこともできる。また、排気エネルギーを利用して、タービン／コンプレッサを介してモータ１１ａを回転させることで回生発電させ、発電された電力を回収することもできる。

モータ１１ａは、タービン／コンプレッサの回転軸に固定されたロータと、その周囲に配置されたステータとを主たる構成部分として有している。吸気通路５上のターボチャージャ１１の下流側には、ターボチャージャ１１による過給で圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げる空冷式インタークーラー１２が配されている。インタークーラー１２によって吸入空気の温度を下げ、充填効率を向上させる。

インタークーラー１２の下流側には、吸入空気量を調節する吸気絞り弁１３が配されている。通常、ディーゼルエンジンでは吸入空気量を制限していないため、空燃比は理論空燃比よりもリーンとなっている。これを完全燃焼を妨げない程度に制限することによって排ガス温度を上げてＰＭの再生を促進させる目的で、吸気絞り弁１３が設けられている。また、吸気絞り弁１３には、吸気通路５内の圧力を低下させＥＧＲガス導入を促進する役割もある。

アクセルペダル１４の操作量は、アクセルポジショニングセンサ１５で検出され、これに応じて燃料噴射量が決定される。吸気絞り弁１３の開度は、アクセルポジショニングセンサ１５で検出されたアクセル開度（開度時間変化量）やエアフロメータ２０によって検出された吸入空気量や他の情報量とに基づいて電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）１６が決定する。吸気絞り弁１３は、これに付随して配設されたモータ１７によって開閉される。この吸気絞り弁１３は電子制御式であるので、後述するＥＣＵ１６によって制御することによって、任意のタイミングで任意の開度に設定することが可能である。

吸気絞り弁１３の下流側には、吸気通路５内の圧力（吸気圧）を検出する圧力センサ１９が配設されている。これらのセンサ類はＥＣＵ１６に接続されており、その検出結果をＥＣＵ１６に送出している。

ＥＣＵ１６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。ＥＣＵ１６には、上述したインジェクタ２やターボチャージャ１１のモータ１１ａ等も接続されており、これらはＥＣＵ１６からの信号によって制御されている。

ＥＣＵ１６には、このほかにも、モータ１１ａと接続されたコントローラ２１、バッテリ２２なども接続されている。また、さらに、エンジン１のクランクシャフト近傍には、エンジン回転数を検出する回転数センサ１８が取り付けられており、これもＥＣＵ１６に接続されている。コントローラ２１は、モータ１１ａの駆動を制御するだけでなく、モータ１１ａが回生発電した電力の電圧変換を行うインバータとしての機能も有している。回生発電による電力は、コントローラ２１によって電圧変換された後にバッテリ２２に充電される。

一方、排気通路６上には、ＮＯｘ吸蔵還元型の排気浄化触媒（以下、単に「ＮＯｘ還元触媒」とも言う）２３がターボチャージャ１１の下流側に取り付けられている。ＮＯｘ還元触媒２３は、三元触媒上にＮＯｘ吸収材をも担持させたもので、通常の三元触媒としての機能とＮＯｘ吸収材としての機能とを併有している。

排気通路６のＮＯｘ還元触媒２３上流側には、還元剤を添加するための還元剤供給ノズル２５が取り付けられている。この還元剤供給ノズル２５には、図示しないタンクに貯留された還元剤を供給するための還元剤供給配管が接続されている。ここで、還元剤としては、例えば、ガソリン、軽油、ＬＰＧなどのエンジン燃料や、尿素水、アンモニア、各種の炭化水素などを用いることが可能である。なお、還元剤供給ノズル２５による還元剤の添加に代えて、インジェクタ２の燃料噴射量を増大することにより空燃比をストイキまたはリッチに制御する構成としてもよい。

還元剤供給ノズル２５は、ＥＣＵ１６に接続されており、ＥＣＵ１６から出力される制御信号にしたがって駆動される。また、ＥＣＵ１６には、ＮＯｘ還元触媒２３の温度を検出する温度センサ２４が接続されており、センサの検出結果が入力される。

また、排気通路６のＮＯｘ還元触媒２３下流側には、ＮＯｘ還元触媒２３から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘ量に応じた値を出力するＮＯｘセンサ２６が取り付けられている。このＮＯｘセンサ２６もＥＣＵ１６に接続されており、その検出結果をＥＣＵ１６に出力する。

さらに、排気通路６（ターボチャージャ１１の上流部）から吸気通路５（圧力センサ１９の下流側に形成されたサージタンク部）にかけて排気ガスを還流させるためのＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路２７が配設されている。ＥＧＲ通路２７上には、排気ガス還流量を調節するＥＧＲバルブ２８や、ＥＧＲ通路２７によって吸気通路に還流される燃焼後ガスを冷却するＥＧＲクーラ２９が取り付けられている。後述するが、本実施形態ではこのＥＧＲ通路２７などを用いて、吸入空気を排気通路６に導入することも行う。ＥＧＲバルブ２８の開度制御（Ｄｕｔｙ制御）も上述したＥＣＵ１６によって行われる。

ＥＣＵ１６は、エンジン運転状態などに基づいて求められた排気ガス流量や、温度センサ２４により検出されたＮＯｘ還元触媒２３の床温などに基づいて、最適な還元剤の添加量や添加間隔を演算し、その演算結果に基づいて、還元剤供給ノズル２５を駆動するための制御信号を生成して出力する。すなわち、還元剤供給ノズル２５、還元剤供給配管、タンクおよびＥＣＵ１６により構成される還元剤供給システムは、特許請求の範囲に記載された還元雰囲気化手段として機能する。

また、ＥＣＵ１６は、還元剤供給ノズル２５を駆動するための制御信号を生成して出力する際、すなわち還元剤を添加してＮＯｘ還元触媒２３を還元雰囲気にする際に、ターボチャージャ１１のモータ１１ａを駆動するとともにＥＧＲバルブ２８を開弁側に駆動することにより、ＮＯｘ還元触媒２３のＮＯｘ浄化率が向上するように、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガスの流量を調節する。例えば、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量を増大させる場合には、吸気通路５内圧力が排気通路６内圧力よりも高くなるようにモータ１１ａを駆動して過給圧を制御するとともにＥＧＲバルブ２８を開弁する。それにより、昇圧された吸気が、ＥＧＲ通路２７を通して吸気通路５からＮＯｘ還元触媒２３の上流側に供給される。すなわち、ターボチャージャ１１、ＥＧＲ通路２７、ＥＧＲバルブ２８、およびＥＣＵ１６は、特許請求の範囲に記載された排気ガス流量調節手段として機能する。

次に、図２を参照して排気浄化装置ＣＲの動作について説明する。図２はＮＯｘ還元浄化処理の処理手順を示すフローチャートである。図２のフローチャートに示されるＮＯｘ還元浄化処理は、主としてＥＣＵ１６によって行われるものであり、ＥＣＵ１６の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

ステップＳ１００では、ＮＯｘ還元触媒２３に流入している実際の排気ガス流量（実排気ガス流量）Ｇａが、排気ガス流量の目標値（目標排気ガス流量：所定値）Ｇａｔよりも少ないか否かについての判断が行われる。ここで、実排気ガス流量Ｇａは、次のようにして求められる。すなわち、ＥＣＵ１６には、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑと実排気ガス流量Ｇａとの関係を定めた３次元マップ（実排気ガス流量マップ）が予め記憶されており、リアルタイムのエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑとに基づいてこの実排気ガス流量マップが検索されることにより、実排気ガス流量Ｇａが求められる。一方、目標排気ガス流量Ｇａｔは、ＮＯｘ浄化率を最適化することができる排気ガス流量であり、エンジン運転状態およびＮＯｘ還元触媒の床温などにより設定される。

ステップＳ１００が肯定された場合、すなわち実排気ガス流量Ｇａが目標排気ガス流量Ｇａｔよりも少ない場合には、ターボチャージャ１１のモータ１１ａが駆動されて過給圧が増大される（ステップＳ１０２）とともに、ＥＧＲバルブ２８が開弁側に駆動される（ステップＳ１０４）。その結果、昇圧された吸気が、ＥＧＲ通路２７を通して吸気通路５からＮＯｘ還元触媒２３の上流側に供給され、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量が増大し、実排気ガス流量Ｇａが目標排気ガス流量Ｇａｔと一致するように調節される。なお、その際、エンジン１に吸入される吸気量が、要求駆動力から演算される目標吸気量からずれないように過給圧、バルブ開度および燃料噴射時期などが制御される。その後、ステップＳ１０６に処理が移行する。

一方、ステップＳ１００が否定された場合、すなわち実排気ガス流量Ｇａが目標排気ガス流量Ｇａｔよりも多い場合には、ターボチャージャ１１のモータ１１ａやＥＧＲバルブ２８が駆動されることなくステップＳ１０６に処理が移行する。ただし、この場合に、実排気ガス流量Ｇａと目標排気ガス流量Ｇａｔとの偏差に応じた量の排気ガスをＥＧＲ通路２７を通して吸気通路５に還流させてＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量を低減させるように、モータ１１ａおよびＥＧＲバルブ２８を駆動してもよい。また、モータ１１ａを回生駆動することにより、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量を低減してもよい。

ステップＳ１０６では、実排気ガス流量Ｇａなどに基づいて還元剤の添加が行われる。より具体的には、ＥＣＵ１６には、実排気ガス流量ＧａとＮＯｘ還元触媒床温と還元剤の（１回あたりの）添加量との関係を定めた３次元マップ（添加量マップ）と、実排気ガス流量ＧａとＮＯｘ還元触媒床温と添加間隔（周期）との関係を定めた３次元マップ（添加間隔マップ）とが予め記憶されており、リアルタイムの実排気ガス流量ＧａとＮＯｘ還元触媒床温とに基づいてこの添加量マップおよび添加間隔マップが検索されることにより、還元剤の添加量および添加間隔が設定される。そして、設定された添加量、添加間隔にしたがって還元剤が添加される。

ここで、図３を参照しつつ、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガス流量と還元剤の添加量と添加間隔とＮＯｘ浄化率との関係を説明する。図３（ａ）は、排気ガス流量（ｇ／ｓｅｃ）が多い場合における、還元剤の添加量（ｍｍ^３）と、添加間隔（μｓｅｃ）と、ＮＯｘ浄化率（％）との関係を示す図である。図３（ｂ）は、排気ガス流量（ｇ／ｓｅｃ）が少ない場合における還元剤の添加量（ｍｍ^３）と、添加間隔（μｓｅｃ）と、ＮＯｘ浄化率（％）との関係を示す図である。

図３（ａ）と（ｂ）とを比較すると、排気ガス流量が多い場合には、少ない場合に比べて、還元剤の添加量、添加間隔を変化させたときのＮＯｘ浄化率の変動量が大きく（すなわち感度が大きく）、かつＮＯｘ浄化率のピークが高くなることが判る。このような特性にしたがって、本実施形態では、ＮＯｘ浄化率のピーク値がより高くなるようにＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガス量が調節されるとともに、調整後の排気ガス量において、ＮＯｘ浄化率を極大化するように添加量、添加間隔が設定される。なお、上述したステップＳ１００では、実排気ガス流量Ｇａが目標排気ガス流量Ｇａｔ（所定値）よりも小さいか否かにより処理を切り替えたが、実排気ガス流量Ｇａが、ＮＯｘ浄化率の変動幅が所定値以下になる排気ガス量よりも小さいか否かによって処理を切り替えるようにしてもよい。

図２に戻って説明を続ける。ステップＳ１０６において還元剤が添加された後、ステップＳ１０８では、ＮＯｘセンサ２６の検出値から演算されたＮＯｘ浄化率（実ＮＯｘ浄化率）が、目標ＮＯｘ浄化率よりも低いか否かについての判断が行われる。ここで、実ＮＯｘ浄化率が目標ＮＯｘ浄化率以上である場合には、本処理の目的が達成されているため、本処理から一旦抜ける。一方、実ＮＯｘ浄化率が目標ＮＯｘ浄化率よりも低いときには、添加された還元剤が未反応のまま触媒に付着し、担持されている触媒金属が被毒しているおそれがあると判断され、ステップＳ１１０に処理が移行する。

ステップＳ１１０では、モータ１１ａの駆動状態、ＥＧＲバルブ２８開度、エンジン運転状態および運転者の操作状態などに基づいて、エンジン１の出力トルクを変動させることなく、すなわち運転者の要求駆動力と実駆動力とを乖離させることなく排気ガス流量を増加させることが可能か否かについての判断が行われる。

ここで、ステップＳ１１０が肯定された場合には、ターボチャージャ１１のモータ１１ａ回転数がさらに高められ過給圧がさらに増大される（ステップＳ１１２）とともに、ＥＧＲバルブ２８の開度が増大される（ステップＳ１１４）。その結果、さらに昇圧された吸気が、ＥＧＲ通路２７を通して吸気通路５からＮＯｘ還元触媒２３の上流側に供給され、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量がさらに増大されてＳＶがさらに上昇する。一方、ステップＳ１１０が否定されたとき、すなわちエンジン１の出力トルクを変動させることなく排気ガス流量を増加させることができないときには、ステップＳ１１８に処理が移行する。

ステップＳ１１６では、再度、実ＮＯｘ浄化率が目標ＮＯｘ浄化率よりも低いか否かについての判断が行われる。ここで、実ＮＯｘ浄化率が目標ＮＯｘ浄化率以上である場合には、本処理の目的が達成されているため、本処理から一旦抜ける。一方、実ＮＯｘ浄化率が目標ＮＯｘ浄化率よりも低いときには、ステップＳ１１８に処理が移行する。

ステップＳ１１０が否定された場合、またはステップＳ１１６が否定された場合には、ステップＳ１１８において、ＮＯｘ還元触媒２３の温度を上昇させることが可能か否かについての判断が行われる。ここで、ＮＯｘ還元触媒２３の温度を上昇させることが可能な場合には、ステップＳ１２０に処理が移行する。一方、ＮＯｘ還元触媒２３の温度を上昇させることができない場合には、本処理から一旦抜ける。

ステップＳ１２０では、ＮＯｘ還元触媒２３の昇温制御が実行される。より具体的には、アフタ噴射や着火タイミングをリタードさせることにより、ＮＯｘ還元触媒に高温の排気ガスを供給してＮＯｘ還元触媒２３を昇温する。その結果、還元剤の気化および還元剤とＮＯｘとの反応が促進され、触媒金属の被毒が解消される。その後、本処理から一旦抜ける。

本実施形態によれば、排気ガス流量が目標排気ガス流量Ｇａｔよりも少ない場合に、ターボチャージャ１１のモータ１１ａが駆動されて過給圧が増大されるとともに、ＥＧＲバルブ２８が開弁側に駆動される。それにより、昇圧された吸気が、ＥＧＲ通路２７を通して吸気通路５からＮＯｘ還元触媒２３の上流側に供給され、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量が増大される。そのため、ＮＯｘ還元触媒中での排気ガスのＳＶが増大し、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性が向上する。その結果、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性を適切に制御して、還元剤の時間的・空間的ななまりを解消することができ、ＮＯｘ還元触媒の反応性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態によれば、排気ガス流量が目標排気ガス流量Ｇａｔよりも多い場合には、実排気ガス流量Ｇａと目標排気ガス流量Ｇａｔとの偏差に応じた量の排気ガスをＥＧＲ通路２７を通して吸気通路５に還流させてＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量を低減させるように、モータ１１ａおよびＥＧＲバルブ２８を駆動することもできる。また、モータ１１ａを回生駆動することにより、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量を低減することも可能である。

また、本実施形態によれば、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガスの流量が増大されたにも関わらずＮＯｘ浄化率が所定の目標値よりも低いと判断されたときに、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガスの流量がさらに増大される。そのため、ＮＯｘ還元触媒２３中での排気ガスのＳＶがさらに増大し、ＮＯｘを還元する還元剤の拡散性をさらに向上させることができる。その結果、ＮＯｘ還元触媒２３の反応性を確実に向上させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガスの流量を増大させるときに、ターボチャージャ１１の過給圧およびＥＧＲ２８バルブの開度を協調制御することにより、吸気通路５内圧力の制御自由度を拡大することができるので、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガスの流量をより適切に制御することが可能となる。

添加される還元剤の付着や蒸発時間の影響により、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガスの流量や触媒床温に応じて、ＮＯｘ浄化率を最大化する還元剤の添加量および添加間隔が存在する。本実施形態によれば、調節後の排気ガスの流量および触媒床温に応じて、還元剤の添加量と添加間隔が設定されるので、調整された排気ガス流量においてＮＯｘ浄化率を最大化することが可能となる。

また、本実施形態によれば、ターボチャージャ１１に組み込まれたモータ１１ａを電動駆動することにより過給圧を調節することができるので、エンジン１の運転状態に関わらず、過給圧、すなわち吸気通路５内圧力を適切に制御することが可能となる。また、モータ１１ａを回生駆動することにより、ＮＯｘ還元触媒２３に流入する排気ガス流量を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、既存のＥＧＲ通路２７をバイパス通路として利用しているので、新規にバイパス通路を設ける必要がなく、製造工数やコストを低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ディーゼルエンジンに適用した場合を例にして説明したが、リーンで運転されるガソリンエンジン、例えばリーンバーンエンジンや直噴エンジンに適用することもできる。なお、その際には、エンジンへの燃料噴射量を調節することによりリッチ化することが好ましい。

また、上記実施形態では、過給機としてアシストモータ付ターボチャージャを用いたが、過給機はこれに限られるものではなく、種々な形式の過給機、例えば、スーパーチャージャ、パルスチャージャ、およびバルブオーバーラップによるものなどを用いることもできる。さらに、ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を調節する手段としては、過給機とバイパス通路との組み合わせに代えて、排気通路に空気を供給するエアー・エアーインジェクションなどを用いてもよい。

また、上記実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）を用いたが、本発明は、上述した実施形態以外の様々な触媒、例えば、ＮＳＲとＤＰＦを一体化したＤＰＮＲ、選択還元型触媒（ＳＣＲ）や、酸化触媒などにも適用することができる。

実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジンの構成を示す図である。 ＮＯｘ還元浄化処理の処理手順を示すフローチャートである。 （ａ）は、排気ガス流量が多い場合における、還元剤の添加量と、添加間隔と、ＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。（ｂ）は、排気ガス流量が少ない場合における還元剤の添加量と、添加間隔と、ＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。

符号の説明

ＣＲ…排気浄化装置、１…エンジン、２…インジェクタ、５…吸気通路、６…排気通路、１１…ターボチャージャ、１１ａ…モータ、１６…ＥＣＵ、１９…圧力センサ、２０…エアフロメータ、２３…ＮＯｘ還元触媒、２４…温度センサ、２５…還元剤供給ノズル、２６…ＮＯｘセンサ、２７…ＥＧＲ通路、２８…ＥＧＲバルブ。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路上に配設され、排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元して浄化するＮＯｘ還元触媒と、
   前記ＮＯｘ還元触媒を還元雰囲気にする還元雰囲気化手段と、
   前記ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を調節する排気ガス流量調節手段と、を備え、
   前記排気ガス流量調節手段は、前記還元雰囲気化手段により前記ＮＯｘ還元触媒が還元雰囲気にされる際に、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を調節することを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記排気ガス流量調節手段は、
   吸気通路を通して前記内燃機関に吸入される吸気を昇圧する過給機と、
   前記排気通路の前記ＮＯｘ還元触媒上流部と前記吸気通路とを連結するバイパス通路と、を有し、
   前記還元雰囲気化手段により前記ＮＯｘ還元触媒が還元雰囲気にされる際に、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記過給機を駆動することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記過給機は、アシストモータを有するターボチャージャであり、
   前記排気ガス流量調節手段は、前記アシストモータを駆動することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記バイパス通路の流量を調節するバルブをさらに有し、
   前記排気ガス流量調節手段は、前記ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を調節するときに、前記過給機の過給圧および／または前記バルブの開度を調節することを特徴とする請求項２または３に記載の排気浄化装置。
5. 前記内燃機関の排気ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ通路を前記バイパス通路として利用することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
6. 前記ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を取得する排気ガス流量取得手段を備え、
   前記排気ガス流量調節手段は、前記排気ガス流量取得手段により取得された排気ガス流量が所定値よりも少ない場合に、前記ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量を増大させることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
7. 前記ＮＯｘ還元触媒の下流に配設され、前記ＮＯｘ還元触媒から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物量に応じた値を出力するＮＯｘセンサを有し、
   前記排気ガス流量調節手段は、前記ＮＯｘセンサにより検出された検出値に基づいて、ＮＯｘ浄化率が所定の目標値よりも低いと判断された場合に、前記ＮＯｘ還元触媒に流入する排気ガスの流量をさらに増大させることを特徴とする請求項５に記載の排気浄化装置。
8. 前記還元雰囲気化手段は、調節後の排気ガスの流量に応じて、前記ＮＯｘ還元触媒を還元雰囲気にする還元剤の添加間隔を設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

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