JP2013249743A - エンジン用後処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで実現可能で低温でも高いＮＯｘ浄化性能を有するとともに、広い運転条件の範囲にも適応でき、２次故障の可能性も抑制され、ＤＰＦをすり抜けたＰＭの影響も受けにくいエンジン用後処理装置を提供することにある。
【解決手段】本発明のエンジン用後処理装置の１実施形態では、排気管２の分岐管４に冷却手段５、ＮＯｘ吸収手段６を備える。排気管圧力が所定圧力以上となるとダイヤフラム２９の上下圧力差によってリリーフ弁が開いて排気がリリーフされる。また冷却手段４が機能を低下した場合、流路遮断弁１５を閉鎖する。ＤＰＦが再生中や再生直後などの場合も、リリーフ弁が開き、流路遮断弁１５を閉鎖する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気のＮＯｘ成分を吸収分離する後処理装置、特にエンジンを冷始動した直後の冷温状態においてもＮＯｘ吸収分離能力を有するエンジン用後処理装置に関する。

エンジン特に、ディーゼルエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）後処理装置においては、例えば触媒を使ってＮＯｘの還元処理を行い、ＮＯｘ成分を浄化している。この技術においては、触媒が働く、作動温度（約２００℃以上）より低い温度においては、ＮＯｘ浄化を達成し得ないので、これを実現する技術が求められている。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型や吸着還元型触媒においては高価な白金等の貴金属を使う必要がある。他方、選択還元型触媒は卑金属を使用できるが、排気系に尿素水を調量・噴射供給する装置が必要となり、高価となっている。より安価に実現できる新しい方式のＮＯｘ後処理装置が求められている。

すなわち、エンジンを冷始動した直後の低温度からでもＮＯｘ浄化が可能であること、しかも、ＮＯＸ浄化のために貴金属等の高価な触媒を使わないこと、将来の厳しい排出ガス規制にも対応できる、高い浄化性能を有すること、これらの要件を満足するＮＯｘ浄化装置が望まれている。

これに関し例えば下記特許文献１には、アルカリ水溶液によってＮＯｘを吸収することによる排気浄化の技術が開示されている。この文献に記載された手法であれば、アルカリ水溶液は安価であるとともに、相対的に低い温度でもＮＯｘ浄化が可能だという利点がある。

特開平６−１７３６５７号公報

しかし上記特許文献１の技術では、ＮＯｘ吸収液体の前に冷却手段を前置してＮＯｘ吸収液体が最適に機能する温度まで冷却するが、この方式をエンジンの運転条件の範囲が広い車両用エンジンに適用する場合、以下の課題に直面する。すなわち、冷却手段の能力を、エンジンが最大の排気温度、最大の排気流量を示す運転条件に合わせると、大規模になりすぎ、車両に搭載が難しくなる。したがって、車両用エンジンのように運転条件の範囲が広い場合でも、省資源かつ環境負荷低減に最適に適応できる後処理装置を構成し、その性能を発揮させることが望まれる。

さらに上記特許文献１の手法の場合、冷却手段に故障が発生すると、冷却されない排気がＮＯｘ吸収手段に流入して、ＮＯｘ吸収液体が高温によって分解や劣化するといった２次故障を誘発する可能性がある。したがって、後処理装置が故障した場合においても、２次故障を誘発せず、安全な走行を可能にして速やかに修理処理に向えるフェールセーフ機能を付与させることが望まれる。

さらに、例えば上記特許文献１の手法においてＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を後処理装置の上流に配する場合、ＤＰＦを再生して、ＤＰＦ上のＰＭ堆積量が少ない状態では、ＰＭの捕集率が低く、比較的多くのＰＭが下流にすり抜ける。このＰＭが後処理装置の一部に付着して後処理装置の性能を低下させる。したがって、このような問題を起こさないために、ＤＰＦのＰＭ捕集率が低いときには、すり抜けたＰＭが後処理装置に付着しない、あるいはしにくいようにすることが望まれる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記に鑑み、低コストで実現可能で低温でも高いＮＯｘ浄化性能を達成するとともに、エンジンの広い運転条件範囲にも適応でき、２次故障の可能性も抑制され、ＤＰＦをすり抜けたＰＭの影響も受けにくいエンジン用後処理装置を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明に係るエンジン用後処理装置は、エンジンから排出される排気中のＮＯｘを浄化する浄化手段と、排気通路における前記浄化手段の上流に配置された排気を冷却する冷却手段と、前記排気通路における、前記浄化手段と冷却手段との上流から前記浄化手段と冷却手段との下流へ排気をバイパスするように形成されたバイパス通路と、そのバイパス通路への排気の流通量を調節する調節手段と、前記浄化手段へ排気を流通させると前記浄化手段による浄化能力が低下する場合に、前記バイパス通路に排気をリリーフするように前記調節手段を制御する第１制御手段と、を備えたことを特徴とする。これにより、エンジンの広い運転条件範囲にも適応でき、２次故障の可能性も抑制され、ＤＰＦをすり抜けたＰＭの影響も受けにくいエンジン用後処理装置が実現できる。

本発明におけるエンジン用後処理装置の一実施形態を示す図。 リリーフ弁サーボ機構の第１の実施例における弁閉鎖時の例を示す図。 リリーフ弁サーボ機構の第１の実施形態における弁開放時の例を示す図。 リリーフ弁サーボ機構の第２の実施形態を示す図。 流路遮断弁サーボ機構の実施例を示す図。 リリーフ弁サーボ機構の制御処理手順の例を示すフローチャート。 流路遮断弁サーボ機構の制御処理手順の例を示すフローチャート。 ＤＰＦにおけるＰＭ堆積量とＰＭ捕集率の関係の例を示す図。 ＤＰＦ捕集率に応じたリリーフ弁サーボ機構の制御処理手順の例を示すフローチャート。

（第１の実施例）
図１に第１の実施例を示す。エンジン１の排気管２の途中にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３が配置され、その下流に排気分岐管４が排気管２と平行して配置される。排気分岐管４の途中に排気流れの順に冷却手段５とＮＯｘ吸収手段６が配置される。さらに、排気分岐管４との分岐下流の排気管２の途中にリリーフ弁１４と排気分岐管４の途中、冷却手段５の上流に流路遮断弁１５が配置されている。

エンジン１は、吸気入口７から空気を取り込む。空気は、ターボチャージャーのコンプレッサー８で加圧され、加圧により高温となった空気はインタークーラー９で冷却された後、吸気マニホールド１０に送られ、各ポートからエンジン１の燃焼室に吸入される。エンジン１の燃焼室では空気と燃料が混合され、燃焼する。燃焼によってエンジン１のピストンが押し下げられ、エンジン軸１１の回転力として動力を生み出す。

燃焼を終わった排気はエンジン１の燃焼室から排気マニホールド１２に排気される。その後、排気はターボチャージャーのコンプレッサー８と直結したタービン１３を回して空気を加圧する仕事をした後、排気管２に排出される。排気はここでＤＰＦ３を通過し、排気中のパティキュレートマター（ＰＭ、粒子状物質）をＤＰＦによってろ過捕集する。同時に排気が通過するＤＰＦ表面にコーティングされた酸化触媒によってＨＣ成分やＣＯ成分も浄化される。その後、通常の場合、リリーフ弁１４は閉じており、流路遮断弁１５は開いているので、排気は、排気分岐管４を流れて冷却手段５を通り、冷却されて通常では排気温度が１００℃〜１８０℃の間に下がる。

冷却された排気は、さらにＮＯｘ吸収手段６を通過する。ここで、排気中に含まれるＮＯｘは、ＮＯｘ吸収手段６内においてＮＯｘ吸収液と接触して吸収される。ここまででＰＭ、ＨＣ、ＣＯ、そしてＮＯｘが除去され、クリーンな排気となって排気管出口１６から大気中に排出される。

ここで用いるＤＰＦ３は、セラミックで形成された多孔質の壁がフィルタとして働く、公知のウォールフロータイプの排気フィルタである。

また、排気の冷却手段５は、例えば特開２００２−１１５５７３号で開示された、作動流体としてエンジンの冷却水等を用いたランキンサイクル方式の排熱回収システムである。同文献に記載されているように、このシステムには、排気管の途中に排気を熱源として高温高圧蒸気を発生する蒸発器が配置されている。容易に理解されるように、この蒸発器において水が高温高圧蒸気となることによって排気を冷却する機能を果たしている。

また、ランキンサイクルを作動させることによって高温高圧蒸気が軸出力を発生する膨張器を作動させて軸出力を発生させ、膨張器と出力軸が直結した発電器を作動させて電力を生み出し、蓄電器１７に蓄電する。あるいはエンジンの出力軸に直結した発電電動機１８を駆動して、エンジン動力をアシストする。こうすることによって排気から回収した熱量を再び回生エネルギーとして利用し、エンジンの燃費向上、ＣＯ２排出削減に貢献できる。図１の冷却手段５はランキンサイクルを構成する蒸発器、膨張器、発電器などを含んだものである。

公知の例としてハイブリッド車両に適用された特許出願例を述べたが、ハイブリッド車両でなく通常のエンジンに適用して、発電電力をもっぱら蓄電器１７に蓄え、エンジン充電系統を働かせる負荷を軽減するようにしてもよい。

次に、ＮＯｘ吸収手段６は、例えば上記特許文献１で開示されたものである。これはＮＯｘ吸収液としてアルカリ水溶液を用い、必要に応じて還元剤を添加し、さらにコロナ放電場を作り出してＮＯｘを硝酸として効率よく吸収させるものである。コロナ放電により排気から吸収液にＮＯｘを吸収させる反応筒の外壁は排気と接する内壁面が２０〜５０℃になるように冷却されるのが好ましいと述べられている。また、排気の温度は２５０℃くらい高くても充分なＮＯｘ浄化機能を得ることができるとも述べられている。これらの記述から、排気温度２０℃から２５０℃の範囲において充分なＮＯｘ浄化機能を得られることがわかる。すなわち、公知のＮＯｘ吸蔵還元型触媒や尿素添加選択還元型触媒では排気温度１５０℃〜２００℃以上でなければＮＯｘ浄化機能が発揮されないが、前記特許文献記載の方法においては常温においてもＮＯｘ浄化機能を発揮することができ、公知のＮＯｘ触媒装置の課題を解決することができる。

ＮＯｘ吸収手段６の別の例としては、ＮＯｘ吸収液体としてＮＯｘを化学吸着するイオン液体を用いてもよい。イオン液体は貯蔵手段に蓄えられている。そのイオン液体を排気管途中に設けた気液接触手段に送り、排気と接触させＮＯｘを化学吸着する。その後、液体回収手段により排気からイオン液体を分離回収し、貯蔵手段に再び戻す。発明者の知見によれば、この方法においては、排気温度に影響されず排気中のＮＯｘを浄化できるので、公知のＮＯｘ吸蔵還元型触媒や尿素添加選択還元型触媒が働かない、エンジン始動時や軽負荷運転時で排気温度が低い場合でも用いることができる。

以上述べたように、冷却装置を前置して、ＮＯｘ吸収液体が最適に作動する温度に排気温度を冷却する、その冷却装置はランキンサイクルにより回収した排気熱を回生エネルギーとして取り出しエンジンの燃費を向上させる、そして、常温からＮＯｘ吸収能力のある吸収液を使って排気中のＮＯｘを除去するというコンセプトは、従来の触媒型方式が、１５０℃〜２００℃以下では浄化ができないという課題を解決する優れた技術であるといえる。

（排気のリリーフ機能付与）
しかし、このコンセプトをエンジンの運転範囲が広い自動車用エンジンに適用する場合、冷却手段の能力を、エンジンが最大の排気温度、最大の排気流量を示す運転条件に合わせると、大規模になりすぎ、車両に搭載が難しくなるという問題に直面する。

この問題を解決するために本発明では、エンジンが頻繁に遭遇する運転条件の最大値（およそエンジン最大排気流量の１／３から１／２程度）を冷却手段の定格能力とし、それを超える場合は、冷却手段とその後に続くＮＯｘ吸収手段をバイパスする排気通路を設け、この通路の通過を制御するリリーフ弁を操作して冷却手段の能力を上回る分をバイパスさせる。これにより、冷却手段の守備範囲にある流量については冷却、ＮＯｘ浄化が行えるので、冷却手段に過度な資源投資を行うことなく、かつ、ＮＯｘの大気汚染による環境負荷を可能な限り低減できるという最適解を得ることができる。

以上の目的の達成のために、具体的に図１の実施例はリリーフ弁１４を備える。この弁はリリーフ弁サーボ機構１９によって開閉が制御される。電磁弁と負圧サーボ機構によって制御される場合、マイクロコンピュータを用いた公知の制御ユニット２０からリリーフ弁サーボ機構１９内の電磁弁を制御しておこなう。公知の制御ユニット２０には、冷却手段下流の排気温度を検出する温度センサ２１、および、その他の必要なエンジン情報が入力され、後に示すフローチャートにしたがって制御を行う。

図２にリリーフ弁サーボ機構の１実施形態を示す。排気通路２に置かれたリリーフ弁１４はバタフライ弁構成である。バタフライ弁の軸は管外でリンク２３と結合している。また、負圧サーボ機構のダイヤフラム２９の中央ボス部２６から延びたシャフト２５は、摺動軸受け２７で摺動可能に支持され、その他端は９０°に折り曲げられ、リンク２３の穴部２４に挿入されている。ダイヤフラム２９はその円形状外周をダイヤフラム室ボディ３０により固定され、ダイヤフラム上室と下室を区切っている。ダイヤフラム２９はバネ２８により下方に押されている。ダイヤフラム上室には開口部３２によって大気が導入され、ダイヤフラム下室には、連通管３１によって排気管２のリリーフ弁１４上流圧力が導入される。

この構成において、排気管圧力が所定の圧力以上になるとダイヤフラム２９の上下差圧によって生じる力によってバネ２８を押し上げ、図３に示すような状態になる。ダイヤフラム中央ボス部２６の上昇によって、リリーフ弁１４は開くので、リリーフ弁を通過して余剰の排気流量分を流すことができる。また、リリーフ弁の開度はバネ２８の力と排気圧力によって生じる力が釣合ったところでバランスできる。すなわち、この実施例では、以上説明したような機械的な機構によって余剰な排気流量分が自動的に排出できる。

図４にリリーフ弁サーボ機構の別の実施形態を示す。図１に示した第１の実施例の構成に加えてダイヤフラム上室の圧力を負圧によって制御できる機構を追加している。ダイヤフラム室ボディ３０の開口部３２に接続する配管があり左方には負圧を導く負圧導入口３３がある。負圧は図示しないバキュームポンプによって作られた負圧が導入される。配管の上方には大気を取り込む絞りを含む大気導入口３４があり、空気は大気導入口３４から負圧導入口３３へと流れる。負圧導入口３３に至る途中に電磁弁３５が配される。電磁弁３５はＯＮ−ＯＦＦすることによって通路を開閉するように働く。電磁弁３５に５〜５０Ｈｚの中から選ばれるＯＮ−ＯＦＦパルスを与え、そのＯＮ−ＯＦＦデューティ比を変えることによってダイヤフラム上室にかかる負圧レベルを制御してリリーフ弁１４の開度を制御する。電磁弁３５は図１に示す制御ユニット２０によって所望のデューティ比のＯＮ−ＯＦＦパルスを生成し、制御する。

図４に示すリリーフ弁サーボ機構の実施形態において、制御ユニット２０を用いて駆動する場合の、制御ユニット２０のマイクロコンピュータに実行させる動作のフローチャートを図６に示す。自動車用に用いられる２Ｌエンジンに適用した場合の例として示す。

このルーチンが起動されると、判断Ｓ３６に進み、エンジンの吸入空気流量が６０ｇ／ｓ以上の状態が１０ｓ以上に亘って続いたか否かを判断する。吸入空気流量は排気流量とほぼ比例関係にあるのでエンジン制御で一般に用いる吸入空気流量を用いている。この条件が満たされない場合（ＮＯの場合）は判断Ｓ３７に進み、排気温度が１８０℃以上の状態が１５ｓ以上に亘って続いたか否かを判定する。この条件が満たされない場合（ＮＯの場合）は処理Ｓ３８に進みリリーフ弁１４を不作動すなわち開度が全閉の位置になるようにしてこのルーチンを抜ける。吸入空気流量６０ｇ／ｓ以上が１０ｓ以上に亘って続いた場合、または排気温度が１８０℃以上の状態が１５ｓ以上に亘って続いた場合（ＹＥＳの場合）は処理Ｓ３９に進み、リリーフ弁を作動状態とし、さらに処理Ｓ４０において、電磁弁３５に与えるパルスデューティ比をエンジン運転条件に応じて決め、電磁弁に決定したデューティ比のＯＮ−ＯＦＦパルス信号を送る。エンジン運転条件に応じて決めるとは、例えば、吸入空気流量が６０ｇ／ｓを超える余剰流量を求め、その流量がリリーフ弁を通過して流れるようにリリーフ弁開度を求め、その開度に基づいてデューティ比を決める、というような方法である。

以上のとおり、排気圧力が所定圧力以上となると冷却手段５の能力を超え、それによりＮＯｘ吸収手段６によって適切にＮＯｘ浄化されなくなるので、図２，３の実施形態では機械的な機構により、図４、図６の実施形態では電気的な制御を加えて、排気を排気管２の側へリリーフする。これにより過大な排気流量によるＮＯｘ浄化能力の低下が回避される。

（第２の実施例・流路遮断機能の付与）
次に第２の実施例を説明する。なお以下の第２、第３の実施例では、特に説明がない限り、用いるシステム構成は図１と同じとし、重複する説明は省略する。

冷却手段５が何らかの原因によりその機能を失った場合、あるいは、何らかの原因により作動を停止した場合、冷却されない排気が、後流のＮＯｘ吸収手段６に流入して、その高温によるＮＯｘ吸収液体の分解や劣化といった２次的な故障を誘発する問題がある。この問題を防ぐためには、冷却手段５から排出される排気の温度を測定し、所定の温度以上になった場合に冷却手段５に排気が流入しないようにすることが望ましい。

この目的のために図１の実施例は、流路を遮断する流路遮断弁１５を備える。流路遮断弁１５は、冷却手段５の上流に設定した例を示しているが、ＮＯｘ吸収手段６の上流３６の位置やＮＯｘ吸収手段６の下流３７の位置に配置されていてもよい。冷却手段５を通ってＮＯｘ吸収手段６に流入する排気流れを阻止すればよいのであり、いずれの位置においても目的の効果を発揮できるからである。

図５に流路遮断弁サーボ機構５０の一実施形態を示す。排気分岐通路４に置かれた流路遮断弁１５はバタフライ弁構成である。バタフライ弁の軸は管外でリンク３８と結合している。また、負圧サーボ機構のダイヤフラム３９の中央ボス部４０から延びたシャフト４１は、ストッパを含む摺動軸受け４２で摺動可能に支持され、その他端は９０°に折り曲げられ、リンク３８の穴部４３に挿入されている。ダイヤフラム３９はその円周状外周をダイヤフラム室ボディ４４により固定され、ダイヤフラム上室と下室を区切っている。ダイヤフラム３９はバネ４５により下方に押されている。ダイヤフラム上室には、絞りを含む大気開口部４６と負圧導入口４７とそれに至る通路途中に配された電磁弁４８によって決められた負圧または大気圧が導入され、ダイヤフラム下室には、大気連通口４９によって大気圧力が導入される。

この構成において、電磁弁４８が通電されず閉の状態においては、ダイヤフラム３９とダイヤフラム室ボディ４４で形成されるダイヤフラム上室は大気圧となり、ダイヤフラム下室の圧力も大気圧であるから、中央ボス部４０はバネ４５の力によって下方に押し下げられ、摺動軸受け４２にあるストッパに当接する位置で停止する。その位置に対応して流路遮断弁１５は全開状態となる。

ＥＣＵ２０によって与えられる通電パルスＯＮ信号によって電磁弁４８が開状態となると、大気開口部４６から大気が流入し、電磁弁４８を通過して負圧導入口４７を通過し、図示しない負圧源に流入する。これによってダイヤフラム上室には負圧が発生し、負圧によってダイヤフラム３９に働く図示上向きの力がバネ４５の力に打ち勝って中央ボス部４０を上方に引き上げる。その変位はリンク機構を経由して流量遮断弁１５に伝えられ、全閉の状態まで移動する。このようにして排気分岐通路４の開閉を行う。

次に制御ユニット２０のマイクロコンピュータに実行させる動作のフローチャートを図７に示す。このルーチンが起動されると、判断Ｓ５１に進み、まず、冷却手段５が異常であるか否か、あるいは作動していないかどうかを判定する。ＮＯの場合は判断Ｓ５２に進み、排気温度が、ＮＯｘ吸収液の分解あるいは劣化を始める温度に対応する温度２２０℃より高い状態が１５ｓ以上続いたか否かを判定する。ＮＯの場合は処理Ｓ５３に進み、流路遮断弁１５を全開とし、さらに処理Ｓ５４に進み冷却手段５の運転を維持し、さらに処理Ｓ５５に進みＮＯｘ吸収手段６の運転を維持したままとする。

冷却手段５が異常または不作動（判断Ｓ５１がＹＥＳ）、そして、排気温度が、ＮＯｘ吸収液の分解あるいは劣化を始める温度に対応する温度２２０℃より高い状態が１５ｓ以上続いた場合（判断Ｓ５２がＹＥＳ）は、処理Ｓ５６に進み、流路遮断弁１５を全閉とし、処理Ｓ５７に進み、冷却手段５の運転を停止し、処理Ｓ５８に進み、ＮＯｘ吸収手段６の運転を停止する。そして、判断Ｓ５９に進み、流路遮断弁１５の全閉が１００ｓ以上続いたか否かを判定する。ＮＯの場合は何もせずこのルーチンを抜ける。ＹＥＳの場合は、処理Ｓ６０に進み、冷却手段５の異常を運転者にランプなどを点灯して知らせるとともに、冷却手段５の故障状態を記憶する。

以上のとおり、故障などにより冷却手段５の冷却能力が低下した場合、その時点での冷却能力を超える分の排気（例えば冷却能力がゼロならば全ての排気）は排気管２の側へリリーフする。これにより、冷却されない排気が流入してＮＯｘ吸収手段５の能力が（例えば長期的に）低下することが回避される。

なお、リリーフ弁と流路遮断弁の機能を１つのバイパス弁によって構成することもできるが、上述のように本実施例では２つの弁によって構成した。この構成の利点について以下で述べる。

冷却手段５が故障し、それによって高温の排気がＮＯｘ吸収手段６に達し、その機能を喪失させる２次故障は、使用される装置の一生の間に一度も起こってはならない故障として高品質な大量生産設計を要求される場合がある。

他方、冷却手段５は、車両内空調装置の延長線上のノウハウで設計されて、予測故障率が好適に低くならない場合がある。さらに、排気の流路を開閉するリリーフ弁や流路遮断弁は、高温環境で使用されるために摺動部分に充分な潤滑機構を付与することが難しい。ゆえに、予測故障率が好適に低くならない場合がある。冷却手段の予想故障率と排気通路を開閉する弁の予想故障率がともに好適に低くならず、しかし全体として高品質な設計を求められた場合には、冷却手段と排気通路を開閉する弁の両故障が同時に起こっても２次故障には絶対に至らない設計を行う必要がある。

すなわち一つの排気通路開閉弁の場合では、冷却手段が故障し、かつ、開閉弁が、冷却手段とＮＯｘ吸収手段のある排気通路を開いたまま、バイパス通路を閉じた状態のまま動かない故障を考えなければならない。この最悪ケースでは、エンジンの排気温度が２００℃を下回るように運転を制限すればよいが、そのような制約条件の下では、車両用エンジンの場合、緩やかな坂も上れない、言い換えると修理工場までの退避走行すら行うことが困難になるという問題を生じる。

リリーフ弁１４と流路遮断弁１５を分けて設計すれば、冷却手段５の故障と同時にリリーフ弁１４が閉じたまま故障、かつ流路遮断弁１５が開いたまま故障のモードは３重故障となり、２重故障モードから無くすことができる。したがって、エンジンの退避走行すら困難になるという問題は回避できる。

流路遮断弁１５が閉故障した場合は、リリーフ弁１４を閉じて、閉じたとしてもその漏れ流量が流路遮断弁１５の漏れ流量の４倍以上としておけば、排気の主流がバイパス側を流れるようにすることができる。さらに念を入れて図４の６１に示すようなリリーフ機構をさらに追加すれば、追加したリリーフ機構が開いてバイパス側に大部分の排気を流すので排気分岐管４側に高温の排気が流れ込むことはない。

（第３の実施例・ＤＰＦのＰＭ捕集率が低いときのリリーフ機能）
次に第３の実施例を説明する。この実施例では、図１に示すようにＤＰＦ３を冷却手段５とＮＯｘ吸収手段６の上流に備える場合を扱う。ＤＰＦ３が再生モードにおいて、一時的に高温にされた排気によって捕集されたＰＭが燃焼させられて除去されると、ＰＭの捕集率が低下し、比較的多くのＰＭ特にＳｏｏｔ成分がＤＰＦの下流にすり抜けていく。そのＰＭはＮＯｘ吸収手段６中にあるＮＯｘ吸収液に比較的多く混入し、吸収液の流動を妨げる、吸収液を排気と効率的に接触するためにインジェクタを用い噴射する場合は、インジェクタ内部にある吸収液通路を塞ぎ流動を疎外するといった問題を生じる。

図８はセラミック製ウォールフロータイプＤＰＦの単位容積あたりのＰＭ堆積量とＰＭ捕集率の関係を示す。再生によってＰＭ堆積量がゼロとなった場合、捕集率は８５％程度に悪化する。再生後エンジンの運転を続けてＰＭを徐々に堆積させてＰＭが０．２ｇ／Ｌ以上になると捕集率は９９％を越えるレベルに達する。再生をおこなうＰＭ堆積量は通常２ｇ／Ｌ〜６ｇ／Ｌの領域であるから、再生から次の再生までを一再生走行距離とすると、再生直後のわずかな運転期間の間、一再生走行距離の１／１０〜１／３０の走行距離において捕集率が低下する現象が起こることがわかる。

上記問題を解決するためには、再生終了直前から再生直後ＤＰＦ捕集率が低下して、下流にＰＭが比較的多く流出するときにはリリーフ弁１４を開いて、ＰＭを含んだ排気がＮＯｘ吸収手段６をバイパスして流れるようにする。この場合、バイパスする排気のＮＯｘ浄化はできないことになるが、それを実行する走行距離は短いので、長い走行距離を走る間に大気に排出される平均のＮＯｘの量をわずかに悪化させるレベルに抑えて実現できる。

ＰＭを効果的にバイパスさせるには図１に示すようにバイパスを構成する排気通路２を真直ぐに配置し、冷却手段５やＮＯｘ吸収手段６が配置される排気分岐管４を横に曲がるように分岐させる。ＰＭは微粒子であるが質量を持っているので、急な曲がり部分への流入は起きにくく、真直ぐな方向には流入しやすいので、このようなレイアウトを選定することによってＮＯｘ吸収手段６へのＰＭの流入を少なくすることができる。

さらにＮＯｘ吸収手段６へのＮＯｘ混入を小さくするには、リリーフ弁１４の開弁にあわせて流路遮断弁１５を閉じて排気分岐通路４へのＰＭの流入を阻止してやればよい。

以上述べたことを実施するフローチャートを図９に示す。ルーチンが起動されると、まず処理Ｓ６２に進み、ＤＰＦの現在の捕集率を推定する。捕集率の推定は、ＤＰＦの前後の差圧を測定し、所定の排気流量で比較して差圧が小さい場合はＰＭ堆積量が少ない、差圧が大きい場合はＰＭ堆積量が多いという関係がある。この関係を予め求めてマイクロコンピュータのメモリーに記憶させておけば、流量と差圧からＰＭ堆積量が分かり、さらに、図８の関係をも記憶させておけばＰＭ堆積量から現在のＤＰＦ捕集率を求めることができる。また、再生後のエンジンの運転経過時間や車両の走行距離、再生の経過時間や再生開始からの走行距離などからＤＰＦ捕集率を求めてもよい。そのほか、エンジンから排出されるＰＭを時々刻々推定して積算し、さらに、再生中のＰＭ燃焼量（減少量）を時々刻々推定して積算することにより現在のＰＭ堆積量を推定し、現在のＤＰＦ捕集率を求めてもよい。

次に判断Ｓ６３に進み、ＤＰＦ捕集率が９５％以下になっているか否かを判定する。９５％は実施の一例であってこの近傍の他の数値であってもよい。Ｓ６３がＹＥＳの場合は、処理Ｓ６４〜Ｓ６８に進む。すなわち、流路遮断弁１５を全閉として、排気分岐管４への排気の流入を止め、冷却手段５とＮＯｘ吸収手段６の運転を停止し、さらに、リリーフ弁を開くためエンジン運転条件に合わせて決められたパルスデューティ比のＯＮ−ＯＦＦ信号を電磁弁３５に送り動作させる。

Ｓ６３がＮＯの場合は、処理Ｓ６９〜Ｓ７１に進む。流路遮断弁１５を開いて排気分岐通路４に排気が導かれるようにする。そして、冷却手段５とＮＯｘ吸収手段６を運転させる。次に判定Ｓ７２に進み、再生後の走行距離がＡｋｍ以上であるか否かを判定する。ＤＰＦ捕集率が９８〜９９％以上になったか否かを判断したいのであるが、これだと数値分解能が劣るので、再生を終了した後Ａｋｍ走行するとＤＰＦ捕集率が９８〜９９％になるという対応関係からＡｋｍを求めている。走行距離ではなくエンジン運転時間や推定したＰＭ堆積量を判定の指標として用いてもよい。Ｓ７２がＹＥＳなら、処理Ｓ７３に進み、リリーフ弁を不作動（全閉）とする。Ｓ７２がＮＯならば何も処理をしないでこのルーチンを抜ける。

以上のとおり、例えばＤＰＦ３の再生直後などのようにＤＰＦの捕集率が、当該ＤＰＦの捕集率の最高値から低下している場合には、排気を排気管２の側へリリーフする。これにより、ＤＰＦ３をすり抜けたＰＭがＮＯｘ吸収手段の能力を低下させることが適切に回避できる。

以上の３つの実施例は任意に組み合わせて実施してよい。なお上記実施例は特許請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。例えば図９の実施例ではリリーフ弁全閉と流路遮断弁全開をそれぞれ独立した判定によって行い、より精緻な制御が実現できるようにしたが、同じ判定を用いて同時に行ってもよい。また、リリーフ弁と流路遮断弁両方の機能を統合した一体の弁機構を用いてもよい。またエンジンは限定せず、例えばディーゼルエンジン、リーンバーンガソリンエンジンなどとすればよい。

１ エンジン
２ 排気管（バイパス通路）
３ ＤＰＦ（捕集器）
５ 冷却手段
６ ＮＯｘ吸収手段（浄化手段）
１４ リリーフ弁（調節手段）
１５ 流路遮断弁（調節手段）

Claims (8)

1. エンジンから排出される排気中のＮＯｘを浄化する浄化手段（６）と、
   排気通路における前記浄化手段の上流に配置された排気を冷却する冷却手段（５）と、
   前記排気通路における、前記浄化手段と冷却手段との上流から前記浄化手段と冷却手段との下流へ排気をバイパスするように形成されたバイパス通路（２）と、
   そのバイパス通路への排気の流通量を調節する調節手段（１４、１５）と、
   前記浄化手段へ排気を流通させると前記浄化手段による浄化能力が低下する場合に、前記バイパス通路に排気をリリーフするように前記調節手段を制御する第１制御手段（２０）と、
   を備えたことを特徴とするエンジン用後処理装置。
2. 前記排気通路における前記冷却手段の上流に、粒子状物質を捕集する捕集器（３）を備え、
   前記第１制御手段は、エンジンの排気量が前記冷却手段の現在時点での冷却能力を超える排気量である場合、又は前記捕集器の捕集率が最高値から低下している場合に、前記バイパス通路に排気をリリーフするように制御する第２制御手段（２０）を備えた請求項１に記載のエンジン用後処理装置。
3. 前記第２制御手段は、排気の圧力が所定の圧力を超えた場合に、前記バイパス通路に排気をリリーフするように制御する第３制御手段（２０、Ｓ３９）を備えた請求項２に記載のエンジン用後処理装置。
4. 前記冷却手段の冷却機能の低下を検出する第１検出手段を備え、
   前記第２制御手段は、前記第１検出手段が前記冷却手段における冷却機能の低下を検出した場合に、前記バイパス通路に排気をリリーフするように制御する第４制御手段（２０、Ｓ５６）を備えた請求項２に記載のエンジン用後処理装置。
5. 前記冷却手段および浄化手段への排気の流入を停止する遮断弁（１５）を備え、
   前記第４制御手段は、前記第１検出手段が前記冷却手段における冷却機能の低下を検出した場合に、前記遮断弁を閉鎖する閉鎖手段（Ｓ５６）を備えた請求項４に記載のエンジン用後処理装置。
6. 前記第１検出手段は、
   前記冷却手段を通過した排気の温度を検出する第２検出手段（２１）と、
   その第２検出手段が検出した温度が閾値を超える場合に前記冷却手段における冷却機能の低下と判定する第１判定手段（Ｓ５２）と、
   を備えた請求項４又は５に記載のエンジン用後処理装置。
7. 前記第２制御手段は、前記捕集器が再生開始から再生終了後の所定期間内にある場合に、前記バイパス通路に排気をリリーフするように制御する第５制御手段（Ｓ６４，Ｓ６７）を備えた請求項２に記載のエンジン用後処理装置。
8. 前記第２制御手段は、
   前記捕集器の上下流の圧力差、前記捕集器の再生終了からの走行距離、前記捕集器における粒子状物質の堆積量の推定値のうち少なくとも１つにより、前記捕集器の捕集率が最高値から低下していることを判定する第２判定手段（Ｓ６３）と、
   その第２判定手段が前記捕集器の捕集率が最高値から低下していると判定したら、前記バイパス通路に排気をリリーフするように制御する第６制御手段（Ｓ６４，Ｓ６７）と、
   を備えた請求項２に記載のエンジン用後処理装置。

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