JP2012215084A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】酸化触媒部１２、ＮＯｘ触媒部１１、及びフィルタ１３を備えたエンジンの排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を低下させることなく、燃費の悪化を防止しながらフィルタ１３の再生を確実に実行する。
【解決手段】エンジン２の排気通路に、排気上流側から下流側に向かって、酸化触媒部１２、ＮＯｘ触媒部１１及びフィルタをこの順で配置するとともに、エンジン２の排気通路を、酸化触媒部１２の下流側且つＮＯｘ触媒部１１の上流側の部分において、排気をＮＯｘ触媒部１１へと導く第１通路２７と排気をＮＯｘ触媒部１１を介さずにフィルタ１３へと導く第２通路２８とに分岐させるとともに、該排気通路に制御弁２９を設けて、該制御弁２９により、該第１通路２７に流入する排気の流量と該第２通路２８に流入する排気の流量との流量比率を変更可能にした。
【選択図】図３

Description

エンジンの排気通路に設けられ、該エンジンから排出される排気を浄化するための排気浄化装置に関する技術分野に属する。
従来より、エンジンの排気通路に配設される排気浄化装置として、排気上流側から排気下流側に向かって、酸化触媒部、ＮＯｘ触媒部、及びフィルタを順に配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この排気浄化装置は、ＮＯｘ触媒部（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）の上流側に設けられた燃料添加装置から排気中に燃料（ＨＣ成分）を添加することで、添加燃料とＮＯｘとを反応させて、排気中のＮＯｘの浄化を図るように構成されている。
上記排気浄化装置では、フィルタに排気微粒子（ＰＭ：Particulate Matter)が堆積することにより該排気微粒子の捕集効率が低下するという問題があり、この問題を解決するべく、現在までに様々なフィルタ再生技術が提案されている。例えば、特許文献２に示すものでは、フィルタ再生時にエンジンの燃焼室にポスト噴射を行うことで、排気中のＨＣ成分を増加させて酸化触媒部におけるＨＣ成分の酸化反応を促進し、このとき生じる反応熱により、フィルタ温度（フィルタに供給される排気温度）を上昇させてフィルタの再生を図るようにしている。
特開２００８−７５６１０号公報 特開２０１０−２６５７５４号公報
ここで、上記特許文献１に示す排気浄化装置では、酸化触媒部にて昇温された排気がＮＯｘ触媒部に供給されるため、ＮＯｘ触媒部における触媒温度をこの昇温された排気の熱で高めることができ、これにより、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を向上させることができるという利点がある。
しかしながら、上記特許文献１に示すものでは、上述のフィルタ再生時に酸化触媒部にて昇温された排気はＮＯｘ触媒部を通過してからフィルタに供給されるため、酸化触媒部にて昇温された排気を直接フィルタに供給する場合に比べて、フィルタに供給される排気の温度制御が困難になるという問題がある。この結果、フィルタ温度が必要以上に高くなって（酸化触媒部に供給するＨＣ量が必要以上に多くなって）燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎて（酸化触媒部に供給するＨＣ量が不足して）フィルタの再生が不十分になったりするという問題がある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸化触媒部、ＮＯｘ触媒部、及びフィルタを備えたエンジンの排気浄化装置に対して、その構成に工夫を凝らすことで、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を低下させることなく、燃費の悪化を防止しながらフィルタの再生を確実に実行しようとすることにある。
上記の目的を達成するために、この発明では、エンジンの排気通路に、排気上流側から下流側に向かって、酸化触媒部、ＮＯｘ触媒部及びフィルタをこの順で配置するとともに、エンジンの排気通路を、酸化触媒部の下流側且つＮＯｘ触媒部の上流側の部分において、排気をＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と排気をＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタへと導く第２通路とに分岐させ、さらに該排気通路に制御弁を設けて、該制御弁により、該第１通路に流入する排気の流量と該第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更可能にした。
具体的には、請求項１の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、該エンジンから排出される排気を浄化するための排気浄化装置を対象とする。
そして、上記エンジンから排出される排気中の排気微粒子を捕集するフィルタと、上記フィルタよりも上流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒部と、上記ＮＯｘ触媒部の上流側に配設された酸化触媒部とを備え、上記排気通路は、上記ＮＯｘ触媒部の上流側且つ上記酸化触媒部の下流側の部分において、該酸化触媒部を通過後の排気をＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と、該酸化触媒部を通過後の排気を該ＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタへと導く第２通路とに分岐して形成されており、上記排気通路には、上記第１通路に流入する排気の流量と上記第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更可能な制御弁が設けられているものとする。
請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記フィルタの再生が必要か否かを判定する判定手段と、上記判定手段による判定結果を基に、上記制御弁の作動を制御する弁制御手段とを備えているものとする。
請求項１及び請求項２の発明によれば、エンジンから排出された排気は先ず、酸化触媒部へと供給される。酸化触媒部では、排気中のＨＣ成分の酸化反応が促進されて、このとき生じる反応熱によって排気の昇温が図られる。そして、フィルタの再生が必要な場合には、弁制御手段により制御弁の作動を制御することで、この昇温された排気の一部（又は全部）を第２通路からＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタに直接供給することができる。したがって、酸化触媒部を通過した排気の全てをＮＯｘ触媒部を通過させてからフィルタに供給する場合に比べて、フィルタに供給される排気の温度制御を容易に行うことができる。よって、フィルタ温度が必要以上に高くなって（酸化触媒部にＨＣ成分を必要以上に供給して）燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎて（酸化触媒部に供給されるＨＣ成分が不足して）フィルタの再生が不十分になったりするのを防止することができる。
請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記弁制御手段は、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要ないと判定された場合には、上記制御弁により、エンジンからの排気を上記第１及び第２通路のうち第１通路にのみ流入させる一方、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要と判定された場合には、上記制御弁により、エンジンからの排気を上記第１及び第２通路の双方に流入させるように構成されているものとする。
この構成によれば、上記判定手段によりフィルタの再生が必要ないと判定された場合には、エンジンから排出されて酸化触媒部を通過した後の昇温された排気を全て、制御弁によって、第１通路からＮＯｘ触媒部を通して大気中に排出させることができる。したがって、フィルタの再生が必要ない場合には、排気中のＮＯｘをＮＯｘ触媒部にて十分に還元することができる。また、酸化触媒部をＮＯｘ触媒部よりも上流側に配設するようにしたことで、酸化触媒部にて昇温された排気の熱でＮＯｘ触媒部の触媒温度を高めることができ、これにより、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を可及的に高めることができる。
一方、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要と判定された場合には、上記制御弁により、上記第１及び第２通路の双方に排気を流入させることによって、酸化触媒部にて昇温された排気の一部をＮＯｘ触媒部を通過させることなくフィルタに直接、供給することができる。これにより、上述した請求項１の発明と同様の作用効果を得ることができる。
請求項４の発明では、請求項２又は３の発明において、上記ＮＯｘ触媒部よりも下流側に配設され、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段をさらに備え、上記弁制御手段は、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度を基に、上記制御弁を制御するように構成されているものとする。
請求項５の発明では、請求項４の発明において、上記弁制御手段は、上記判定手段によりフィルタの再生が必要と判定された場合において、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度が高いほど、上記第１通路に流入する排気の流量を増加させるよう、上記制御弁を制御するものとする。
請求項４及び請求項５の発明によれば、ＮＯｘ浄化率の低下を防止しながら、フィルタ再生を効率的に且つ確実に行うことができる。
すなわち、フィルタ再生時には、上述の如く、エンジンから排出されて酸化触媒部を通過した後の排気の一部（又は全部）がＮＯｘ触媒部を通らずに第２通路からフィルタに直接流入する。このため、この第２通路に流入する排気の流量が多過ぎると、フィルタ再生中における排気中のＮＯｘ浄化効率が低下する虞がある。これに対して、本発明では、フィルタの再生に際して、ＮＯｘ濃度検出手段により検出された排気のＮＯｘ濃度が高いほど、上記第１通路からＮＯｘ触媒部に流入する排気の流量を増加させるようにしたことで、フィルタ再生中におけるＮＯｘ浄化性能の低下を極力抑制しながら、フィルタ再生を効率良く確実に実行することができる。
請求項６の発明では、請求項１乃至５のいずれか一つの発明において、上記エンジンの気筒内に燃料をポスト噴射又はアフター噴射することにより、上記エンジンから排出される排気中のＨＣ量を制御するＨＣ制御手段をさらに備えているものとする。
この構成によれば、排気中のＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ成分、及び、フィルタの昇温に必要なＨＣ成分（酸化触媒部にて必要なＨＣ成分）を排気中に供給するために、別途、燃料添加装置等を設ける必要がないため、装置全体をコンパクト化することができる。
請求項７の発明では、請求項１乃至６のいずれか一つの発明おいて、上記ＮＯｘ触媒部は、ＮＯｘ触媒を保持する円筒状のＮＯｘ触媒保持体を含み、上記酸化触媒部は、酸化触媒を保持する円筒状の酸化触媒保持体を含み、上記フィルタは円筒状に形成されており、上記ＮＯｘ触媒保持体、上記酸化触媒保持体、及び上記フィルタは、直列に且つ同軸に配設されているものとする。
この構成によれば、ＮＯｘ触媒を保持する円筒状のＮＯｘ触媒保持体と、酸化触媒を保持する円筒状の酸化触媒保持体と、円筒状のフィルタとを直列に且つ同軸に配置するようにしたことで、装置全体をコンパクト化することができる。
以上説明したように、本発明の排気浄化装置によると、エンジンの排気通路に、排気上流側から下流側に向かって、酸化触媒部、ＮＯｘ触媒部及びフィルタをこの順で配置するとともに、エンジンの排気通路を、酸化触媒部の下流側且つＮＯｘ触媒部の上流側の部分において、排気をＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と排気をＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタへと導く第２通路とに分岐させ、さらに該排気通路に制御弁を設けて、該制御弁により、該第１通路に流入する排気の流量と該第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更可能にしたことで、ＮＯｘ触媒部におけるＮＯｘの還元能力を低下させることなく、燃費の悪化を防止しながらフィルタの再生を確実に実行することができる。
本発明の実施形態に係る排気浄化装置が適用されるディーゼルエンジンを搭載した油圧ショベルのエンジンルーム内の機器配置を示す概略平面図である。 図１のII方向矢視図である。 排気浄化装置の内部構造を示す概略図である。 図３のIV-IV線断面図である。 ＥＣＵにおける通常運転制御及びフィルタ再生制御の一例を示すフローチャートである。 変形例を示す図３相当図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置１を備えた油圧ショベル１００の上部旋回体内の構造を示している。この排気浄化装置１（図２及び図３参照）は、油圧ショベル１００に搭載されたディーゼルエンジン２（以下、単にエンジンという）の排気浄化処理に適用される。
上記エンジン２は、例えば直列４気筒エンジンであって、油圧ショベル１００の上部旋回体１０１に設けられたエンジンルーム３内に配設されている。エンジンルーム３内には、エンジン２の他にも、油圧ポンプ４や、ラジエータ５、排気浄化装置１等が収容されている。エンジン２から排出される排気は、排気マニホールド（図示省略）及び排気パイプ７を介して排気浄化装置本体６に導かれ、排気浄化装置本体６からテールパイプ８を介して大気中に排出される。
排気浄化装置本体６は、略円筒状をなしていて、エンジン２の気筒配列方向に直交する方向に水平に延びている。排気浄化装置本体６の長手方向の一端部には排気パイプ７が下方から接続され、排気浄化装置本体６の長手方向の他端部にはテールパイプ８が上側から接続されている。排気パイプ７及びテールパイプ８はそれぞれ排気浄化装置本体６に対して垂直に接続されている。
上記排気浄化装置１は、エンジン２から排出される排気に含まれるＨＣ、ＣＯ等の有害物質を浄化する酸化触媒部１２と、排気に含まれるＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ触媒部１１と、排気に含まれる煤等の排気微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルタ１３とを有しており、これら酸化触媒部１２、ＮＯｘ触媒部１１、及びフィルタ１３は、上記排気浄化装置本体６内の排気通路に、上流側から下流側に向かってこの順で配設されている。
上記酸化触媒部１２は、円筒状のハニカム体（以下、酸化触媒保持体という）１５のセル表面にＰｔ（白金）などの貴金属を保持して触媒層をコートしたものであって、排気中のＣＯ、ＨＣを酸化してＣＯ２及びＨ２Ｏを生成する酸化反応を促進するように構成されている。
上記ＮＯｘ触媒部１１は、酸素共存下でも選択的にＮＯｘをＨＣと反応させ得るよう反応選択性を高めたＨＣ選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＨＣ−ＳＣＲ触媒とも言う）を、円筒状のハニカム体（以下、ＮＯｘ触媒保持体という）１４のセル表面に保持して構成されている。このＨＣ−ＳＣＲ触媒には、例えば、銅・ゼオライト，鉄・ゼオライト等の周知の卑金属系酸化触媒を採用することができ、また、ＮＯｘ触媒保持体１４には、例えばアルミナ等を採用することができる。
上記フィルタ１３は、多孔質のセラミックス製のディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）であって、そのセル表面にはＰｔなどの貴金属を保持した触媒層をコートさせている。フィルタ１３は円筒状に形成されており、フィルタ１３と上記ＮＯｘ触媒保持体１４と上記酸化触媒保持体１５とは、互いに直列に且つ同軸に配設されている。酸化触媒保持体１５及びフィルタ１３は排気浄化装置本体６の管壁に固定され、ＮＯｘ触媒保持体１４は後述の区画部材１７に固定されている。
上記排気通路におけるフィルタ１３の上流側及び下流側は、差圧検出通路２１を介して連通しており、この差圧検出通路２１には、フィルタ上流側及び下流側間の差圧ΔＰを検出するべく差圧検出センサ２２が設けられている。また、上記フィルタ１３の下流側には、排気中のＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ２３が設けられている。各センサ２２，２３の検出信号は不図示の電気接続ラインを介してＥＣＵ（Engine Control Unit)２５へと出力される。
上記エンジン２の排気通路は、酸化触媒部１２の下流側且つＮＯｘ触媒部１１の上流側の部分において、該酸化触媒部１２を通過後の排気をＮＯｘ触媒部１１へと導く第１通路２７と、該酸化触媒部１２を通過後の排気を該ＮＯｘ触媒部１１を介さずにフィルタ１３へと導く第２通路２８とに分岐して形成されている（図３参照）。第１通路２７と第２通路２８とは、区画部材１７によって互いに区画されており、この区画部材１７は、ＮＯｘ触媒部１１を排気浄化装置本体６に固定するための固定部材として兼用されている。区画部材１７は、排気浄化装置本体６の上流側端部に固定された固定管部１８と、該固定管部１８に接続され、ＮＯｘ触媒保持体１４を保持する保持部１９とで構成されている。
上記排気通路における第１通路２７と第２通路２８とに分岐し始める部分には、第１通路２７に流入する排気の流量と第２通路２８に流入する排気の流量との比率を変更するための制御弁２９が配設されている。排気通路における制御弁２９が設けられる部分は、その他の部分に比べて通路断面積が絞られて形成されている。制御弁２９は、図４に示すように、半円形の板状部材からなる弁体３１と、該弁体３１に対して回転一体に固定された回動ピン３２とを有している。回動ピン３２は、排気浄化装置本体６内の通路空間をその中心を通って径方向に貫通するように配設されている。回動ピン３２は、その両端部が排気浄化装置本体６の管壁に回動可能に支持されていて、電動モータ３３により弁体３１と一体で回転駆動される。弁体３１は、回動ピン３２を電動モータ３３により回動させることで、第１通路２７の上流側開口を全閉する第１通路全閉位置と、第２通路２８の上流側開口を全閉する第２通路全閉位置（後述する通常位置）との間の任意の位置に制御可能になっている。上記電動モータ３３は、後述のＥＣＵ２５により作動制御される。
上記ＥＣＵ２５は、ＣＰＵやＲＯＭ及びＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２５は、上記ＮＯｘセンサ２３、差圧検出センサ２２、及び、エンジン２に取り付けられた各種センサ（図示省略）からの検出信号を基に、エンジン２及び制御弁２９（電動モータ３３）の作動を制御する。
ＥＣＵ２５は、差圧検出センサ２２により検出された差圧ΔＰが予め設定された第１閾圧力未満である場合には、フィルタ１３の再生が必要ないと判断して通常運転制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２５は、フィルタ１３の再生が必要ないと判断した場合には、制御弁２９を通常位置（図３の二点鎖線で示す位置であって、本実施形態では第２通路全閉位置）に制御するとともに、エンジン２の運転状態を基にエンジン２から排出される排気中のＮＯｘ濃度を推定して、該推定したＮＯｘ濃度を基に、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘ還元に必要なＨＣ量を算出し、該算出したＨＣ量を排気中に供給するべくエンジン２の燃焼室内にポスト噴射を行う。このポスト噴射は、圧縮上死点付近のメイン噴射に先立って圧縮工程にて行われるものである。
ＥＣＵ２５は、差圧検出センサ２２により検出された差圧ΔＰが第１閾圧力以上である場合には、フィルタ１３の再生が必要と判断して、フィルタ再生制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２５は、フィルタ再生制御が必要と判断した場合には、第１通路２７に流入する排気流量ＱＮＯｘに対する第２通路２８に流入する排気流量Ｑdpfの比率(＝Ｑdpf／ＱＮＯｘ）が予め設定した設定比率Ｒpreになるように制御弁２９の仮目標制御位置を設定する。この設定比率Ｒpreは１以上（つまりＱdpf＞ＱＮＯｘ）であることが好ましく、本実施形態では、例えば、１以上１．５以下の範囲内に設定されている。
そして、ＥＣＵ２５は、上記算出した仮目標制御位置を、ＮＯｘセンサ２３により検出されるＮＯｘ濃度に応じて修正する。本実施形態では、ＥＣＵ２５は、ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ濃度が高いほど第１通路２７に流入する排気流量が増加するように仮目標制御位置を修正して、該修正した仮目標制御位置を制御弁２９の真の目標制御位置として算出し、制御弁２９の位置を該目標制御位置に制御する。
上記ＥＣＵ２５は、上記フィルタ再生制御の実行時には、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘ還元に必要なＨＣ量、及び、酸化触媒部１２における排気の昇温に必要なＨＣ量を算出し、該算出したＨＣ量を排気中に供給するべくエンジン２の燃焼室内にポスト噴射を行う。
次に、ＥＣＵ２５における通常運転制御及びフィルタ再生制御について、図５のフローチャートを基に詳細に説明する。
最初のステップＳ１では、ＮＯｘセンサ２３からの濃度信号、差圧検出センサ２２からの圧力信号、及びエンジン２に取り付けられた各種センサからの信号を読み込む。
ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込んだ差圧検出センサ２２からの圧力信号を基に、フィルタ１３の上流側及び下流側の差圧ΔＰを算出するとともに、この差圧ΔＰが第１閾圧力以上であるか否かを判定し、この判定がＮＯである場合にはステップＳ１２に進む一方、ＹＥＳである場合にはステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、フィルタ再生制御を開始するべく、ＥＣＵ２５のＲＯＭ内に記憶されたフィルタ再生用のプログラムを実行する。
ステップＳ４では、ＲＯＭ内に記憶された、制御弁２９の仮目標制御位置を読み込む。
ステップＳ５では、ステップＳ１で読み込んだＮＯｘセンサからの検出信号を基に、フィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度を算出する。
ステップＳ６では、ステップＳ５で算出したＮＯｘ濃度に応じて、上記仮目標制御位置を修正して制御弁２９の真の目標制御位置を決定する。
ステップＳ７では、制御弁２９を目標制御位置に制御するべく、電動モータ３３に対して必要な制御信号を出力する。
ステップＳ８では、エンジン２の各種センサからの検出信号を基に、ＮＯｘ触媒部１１の上流側における排気中のＮＯｘ濃度を算出（推定）して、この算出したＮＯｘ濃度を基に、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ量を算出する。さらに、ステップＳ４で算出した排気微粒子の堆積量を基に、該排気微粒子を燃焼除去するために酸化触媒部１２にて必要なＨＣ量を算出する。
ステップＳ９では、エンジン２から排出された直後の排気中（ＮＯｘ触媒部１１の上流側の排気中）のＨＣ量がステップＳ８で算出したＨＣ量になるように、インジェクタに対して必要な制御信号を出力してポスト噴射を実行する。
ステップＳ１０では、差圧検出センサ２２からの検出信号を読み込んで、現時点における差圧ΔＰを算出するとともに、該算出した差圧が第２閾圧力（＜第１閾圧力）以下であるか否かを判定し、この判定がＮＯである場合にはステップＳ２に戻る一方、ＹＥＳである場合にはステップＳ１１に進み、ステップＳ１１では、フィルタ再生制御を終了して、しかる後にリターンする。
ステップＳ２の判定がＮＯである場合に進むステップＳ１２では、制御弁２９を上述の通常位置（第２通路全閉位置）に制御するべく、電動モータ３３に対して必要な制御信号を出力する。
ステップＳ１３では、エンジン２の各種センサからの検出信号を基に、排気中のＮＯｘ濃度を算出（推定）して、この算出したＮＯｘ濃度を基に、ＮＯｘ触媒部１１にてＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ量を算出する。
ステップＳ１４では、エンジン２から排出された直後の排気中のＨＣ量がステップＳ９で算出したＨＣ量になるように、インジェクタに対して必要な制御信号を出力してポスト噴射を実行し、しかる後にリターンする。
以上のように構成された排気浄化装置１では、エンジン２から排出された排気は先ず、酸化触媒部１２へと供給される。酸化触媒部１２では、排気中のＨＣ成分の酸化反応が促進されて、このとき生じる反応熱によって排気の昇温が図られる。そして、フィルタ１３の再生要求がある場合には（ステップＳ２の判定がＹＥＳである場合には）、ＥＣＵ２５にてステップＳ３〜ステップＳ１１の処理が実行されて、ＥＣＵ２５により制御弁２９が、第１通路全閉位置と第２通路全閉位置との間の目標制御位置に制御される。これにより、上記酸化触媒部１２を通過して昇温された排気の一部を、第２通路２８からフィルタ１３に直接供給することができる。したがって、酸化触媒部１２を通過した排気の全てをＮＯｘ触媒部１１を通過させてからフィルタ１３に供給する従来の排気浄化装置１に比べて、フィルタ１３に供給される排気の温度制御を容易に行うことができる。よって、フィルタ温度が必要以上に高くなって（酸化触媒部１２に供給するＨＣ量が必要以上に多くなって）燃費の低下を招いたり、フィルタ温度が低くなり過ぎて（酸化触媒部１２に供給するＨＣ量が不足して）フィルタ１３の再生が不十分になったりするのを防止することができる。また、フィルタ再生時に第１通路２７からＮＯｘ触媒部１１に流入した流れは、該ＮＯｘ触媒部１１にて排気中のＮＯｘが還元除去された後にフィルタ１３を通過して大気中に放出される。これにより、フィルタ再生中におけるＮＯｘ浄化率の低下を極力抑制することができる。
さらに、上記実施形態では、フィルタ再生時には、ＥＣＵ２５にてステップＳ６の処理が実行されて、フィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度に応じて制御弁２９の位置が制御される。これにより、フィルタ再生中のＮＯｘ浄化率の低下を可及的に抑制することができる。すなわち、フィルタ再生時には、上述の如く、エンジン２からの排気の一部が第２通路２８からＮＯｘ触媒部１１を通らずに酸化触媒部１２に直接流入するため、この第２通路２８を通過する排気の量が多過ぎると、フィルタ再生中に排気中のＮＯｘ濃度が増加して許容値を上回ってしまう虞がある。これに対して、上記実施形態では、フィルタ再生時には、上記ＮＯｘセンサ２３により検出されたフィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度が高いほど、上記第１通路２７からＮＯｘ触媒部１１に流入する排気の流量を増加させて、排気中のＮＯｘの還元反応を促進するようにしたことで、フィルタ再生に伴うＮＯ浄化性能の低下を可及的に抑制することができる。また、上記実施形態では、酸化触媒部１２の下流側にＮＯｘ触媒部１１を配置するようにしているため、酸化触媒部１２にて昇温された排気の熱でＮＯｘ触媒部１１の触媒温度を高めることができ、これにより、ＮＯｘ触媒部１１におけるＮＯｘの還元能力を可及的に高めることができる。また、上記実施形態では、エンジン２の排気通路のうち制御弁２９が設けられる部分は、その他の部分に比べて通路断面積が小さくなっているため、弁体３１を極力小さく形成して、酸化触媒部１２とＮＯｘ触媒部１１とを弁体３１に干渉しない範囲で互いに近づけて配置することができる。これにより、酸化触媒部１２を通過した高温の排気をその温度が低下しないうちにＮＯｘ触媒部１１に供給することができる。よって、上述した酸化触媒部１２からの排気によるＮＯｘ触媒（ＨＣ−ＳＣＲ触媒）の昇温効果をより一層確実に得ることができる。
また、上記実施形態では、フィルタ１３の再生要求がない通常運転時には（ステップＳ２の判定がＮＯである場合には）、ＥＣＵ２５にてステップＳ１２の処理が実行されて、ＥＣＵ２５により制御弁２９が第２通路全閉位置に制御されるため、上記酸化触媒部１２を通過した排気は全て、第１通路２７からＮＯｘ触媒部１１に流入する。このため、通常運転時におけるＮＯｘ浄化性能が低下することもない。
また、上記実施形態では、ＥＣＵ２５は、ＮＯｘの還元反応に必要なＨＣ量、及び、フィルタ１３の昇温に必要なＨＣ量（酸化触媒部１２にて必要なＨＣ量）を確保するために、エンジン２の燃焼室にポスト噴射を行う（ステップＳ９及びステップＳ１４の処理を実行する）ようにしている。したがって、この必要なＨＣ量を排気中に供給するために別途燃料（ＨＣ）添加装置等を設ける必要もない。よって、部品点数を削減して、装置１全体のコンパクト化及び低コスト化を図ることができる。また、燃料添加装置を設けた場合に必要となる専用配管も不要になるので、燃料漏れ等のトラブルを防止して安全性の向上を図ることができる。
また、ショベル１００等の建設機械においては、上述の如く、排気浄化装置１を油圧ポンプ４等の付属機器と共に狭いエンジンルーム３内に収容する必要があるため、乗用車やトラック等に比べてその設置スペースが制限されるが、上記実施形態では、上述のように、燃料添加装置を別途設ける必要がないので、排気浄化装置１をコンパクト化して狭いエンジンルーム３内に効率良く配置することができる。
（変形例）
図６は、上記実施形態の変形例を示し、酸化触媒部１２及び制御弁２９の配置位置を上記実施形態とは異ならせたものである。尚、図３と実質的に同じ構成要素については同じ符号を付してその詳細な説明を適宜省略する。
すなわち、本変形例では、排気浄化装置本体６内に形成される排気通路には、ＮＯｘ触媒部１１及びフィルタ１３のみが配設されていて、酸化触媒部１２及び制御弁２９は共に、排気パイプ７内の排気通路に配設されている。
上記変形例では、エンジン２の排気通路を、酸化触媒部１２の下流側且つＮＯｘ触媒部１１の上流側の部分において、排気をＮＯｘ触媒部１１へと導く第１通路２７と、排気を該ＮＯｘ触媒部１１を介さずにフィルタ１３へと導く第２通路２８とに分岐して形成するとともに、排気通路内に制御弁２９を設けて、制御弁２９により、第１通路２７に流入する排気の流量と該第２通路２８に流入する排気の流量との流量比率を変更可能にしたことで、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、上記変形例では、排気浄化装置本体６に比べて小径の排気パイプ７内に制御弁２９を設けるようにしたことで、排気通路における制御弁２９が設けられる部分の通路断面積をわざわざ絞らなくても、制御弁２９（弁体３１）を小型化することができる。したがって、排気通路に絞り部を設けることによる排気抵抗の増加を防止することができる。
（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態及び変形例では、フィルタ再生時には、制御弁２９を第１通路全閉位置と第２通路全閉位置との中間位置に制御して、第１通路２７及び第２通路２８の双方にエンジン２からの排気を流入させるようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、フィルタ再生時に制御弁２９を第１通路全閉位置に制御するようにしてもよい。
また、上記実施形態及び変形例では、制御弁２９は１つの弁体３１を有するものとされているが、例えば、制御弁２９は、第１通路２７と第２通路２８とをそれぞれ独立に開閉可能な２つの弁体３１を有するものであってもよい。
また、上記実施形態及び変形例では、フィルタ１３の再生が必要か否かの判定を、差圧検出センサ２２により検出されたフィルタ１３の上流側及び下流側の差圧を基に行うようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、ＥＣＵ２５において、各種センサからの検出信号を基にエンジン２の運転状態を推定して、該推定した運転状態を基に上記ＮＯｘ濃度を推定（検出）するようにしてもよい。また、ＥＣＵ２５においてタイマ制御を実行することにより所定時間置きにフィルタ１３の再生が必要と判定してフィルタ１３の再生制御を実行するようにしてもよい。
また、上記実施形態及び変形例では、ＮＯｘセンサ２３をフィルタ１３の下流側に配設するようにしているが、ＮＯｘセンサ２３は、ＮＯｘ触媒部１１の下流側であればどの位置に配設してもよい。また、上記実施形態では、フィルタ１３の下流側のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサ２３により検出するようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、ＥＣＵ２５において、エンジン２の各種センサからの検出信号を基に上記ＮＯｘ濃度を推定するようにしてもよい。
また、上記実施形態及び変形例では、ＮＯｘの還元に必要なＨＣ量、及びフィルタ１３の昇温に必要なＨＣ量を排気中に供給するために、エンジン２の燃焼室にポスト噴射を行うようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、ポスト噴射に代えてアフター噴射を行うようにしてもよいし、ポスト噴射に加えてさらにアフター噴射を行うようにしてもよい。また、燃料添加装置を別途設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態及び変形例では、排気浄化装置１をディーゼルエンジン２に適用した例を示したが、これに限ったものではなく、例えば、ガソリンエンジンに適用するようにしてもよい。また、エンジン２は直列４気筒エンジンに限らず、水平対向型やＶ型エンジンであってもよく、気筒数も４気筒に限ったものではなく、例えば３気筒以下や５気筒以上であってもよい。
また、上記実施形態及び変形例では、ＮＯｘを還元するための触媒としてＨＣ−ＳＣＲ触媒を使用するようにしているが、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を使用するようにしてもよい。この場合、エンジン２は、ガソリンエンジンであることが好ましい。
また、上記実施形態及び変形例では、排気浄化装置１を油圧ショベルのエンジン２に適用した例を示したが、これに限ったものではなく、例えば、自動車や船舶のエンジン２に適用するようにしてもよい。
本発明は、エンジンの排気浄化装置に有用であり、特に、ショベル等の建設機械に搭載されるエンジンの排気浄化装置に有用である
１ 排気浄化装置
２ エンジン
１１ ＮＯｘ触媒部
１２ 酸化触媒部
１３ フィルタ
１４ ＮＯｘ触媒保持体
１５ 酸化触媒保持体
２２ 差圧検出センサ（判定手段）
２３ ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ検出手段）
２５ ＥＣＵ（弁制御手段、判定手段、ＨＣ制御手段、ＮＯｘ検出手段）
２７ 第１通路
２８ 第２通路
２９ 制御弁

Claims (7)

  1. エンジンの排気通路に設けられ、該エンジンから排出される排気を浄化するための排気浄化装置であって、
    上記エンジンから排出される排気中の排気微粒子を捕集するフィルタと、
    上記フィルタよりも上流側に配設され、ＨＣを還元剤として排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒部と、
    上記ＮＯｘ触媒部の上流側に配設された酸化触媒部とを備え、
    上記排気通路は、上記ＮＯｘ触媒部の上流側且つ上記酸化触媒部の下流側の部分において、該酸化触媒部を通過後の排気をＮＯｘ触媒部へと導く第１通路と、該酸化触媒部を通過後の排気を該ＮＯｘ触媒部を介さずにフィルタへと導く第２通路とに分岐して形成されており、
    上記排気通路には、上記第１通路に流入する排気の流量と上記第２通路に流入する排気の流量との流量比率を変更可能な制御弁が設けられていることを特徴とする排気浄化装置。
  2. 請求項１記載の排気浄化装置において、
    上記フィルタの再生が必要か否かを判定する判定手段と、
    上記判定手段による判定結果を基に、上記制御弁の作動を制御する弁制御手段と、を備えていることを特徴とする排気浄化装置。
  3. 請求項２記載の排気浄化装置において、
    上記弁制御手段は、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要ないと判定された場合には、上記制御弁により、エンジンからの排気を上記第１及び第２通路のうち第１通路にのみ流入させる一方、上記判定手段により上記フィルタの再生が必要と判定された場合には、上記制御弁により、エンジンからの排気を上記第１及び第２通路の双方に流入させるように構成されていることを特徴とする排気浄化装置。
  4. 請求項２又は３記載の排気浄化装置において、
    上記フィルタの下流側に配設され、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段をさらに備え、
    上記弁制御手段は、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度を基に、上記制御弁の作動を制御するように構成されていることを特徴とする排気浄化装置。
  5. 請求項４記載の排気浄化装置において、
    上記弁制御手段は、上記判定手段によりフィルタの再生が必要と判定された場合において、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されたＮＯｘ濃度が高いほど、上記第１通路に流入する排気の流量を増加させるよう上記制御弁を制御することを特徴とする排気浄化装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
    上記エンジンの気筒内に燃料をポスト噴射又はアフター噴射することにより、上記エンジンから排出される排気中のＨＣ量を制御するＨＣ制御手段をさらに備えていることを特徴とする排気浄化装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
    上記ＮＯｘ触媒部は、ＮＯｘ触媒を保持する円筒状のＮＯｘ触媒保持体を含み、
    上記酸化触媒部は、酸化触媒を保持する円筒状の酸化触媒保持体を含み、
    上記フィルタは円筒状に形成されており、
    上記ＮＯｘ触媒保持体、上記酸化触媒保持体、及び上記フィルタとは、直列に且つ同軸に配設されていることを特徴とする排気浄化装置。
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