JP2017031942A - 内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、選択還元型触媒装置より下流側の排気通路に設けていたアンモニアスリップ触媒装置を省いても、大気へのアンモニアスリップを抑制することができるとともに、尿素水の利用効率を向上させて、選択還元型触媒装置によるＮＯｘの浄化性能を向上させることができる内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】温度センサ２３の温度検出値Ｔと、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄに基づいて、尿素水供給装置２０による尿素水Ｕの供給制御と、三方弁３２による熱交換装置３０を備えたバイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

近年、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路に備えた排気ガス浄化装置には、内燃機関の排気ガスに含まれる、一酸化窒素（ＮＯ）や二酸化窒素（ＮＯ₂）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化（分解及び除去）するために、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ触媒装置）が配設されている。

この選択還元型触媒装置を使用する排気ガス浄化システムでは、選択還元型触媒装置より上流側の排気通路に設けた尿素水供給装置より噴射した尿素水を排気ガスの熱により加水分解して還元剤となるアンモニアを生成し、この選択還元型触媒装置に吸着したアンモニアとＮＯｘが触媒表面で反応して、窒素と水を生じる反応（ＳＣＲ反応）によりＮＯｘを還元浄化している。

この選択還元型触媒装置に担持される触媒としては、従来、鉄（Ｆｅ）イオンや銅（Ｃｕ）イオンをイオン交換したゼオライト（Ｆｅゼオライト及びＣｕゼオライト）が実用化されているが、近年では特に、高温であるほど高い浄化性能を発揮する（ＮＯｘの分解する能力の高い）傾向があるＦｅゼオライト触媒よりも、低温では高いＮＯｘ浄化性能を発揮する一方、高温になるにつれて、ＮＯｘ浄化性能が低下するという特徴を有する（特定の温度範囲でのみ高いＮＯｘ浄化性能を発揮する）Ｃｕゼオライト触媒が注目されている。

選択還元型触媒装置にＣｕゼオライト触媒のような触媒を担持させて、ＮＯｘを分解除去しようとする場合、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を多くして、選択還元型触媒装置に供給されるアンモニアの量を多くして、触媒に吸着するアンモニアの量を多くすることが望ましい。ただし、アンモニアが触媒の吸着容量を超えて供給されると、アンモニアが大気へ放出される（アンモニアスリップ）懸念がある。このＮＯｘ浄化性能とアンモニアスリップの抑制は概してトレードオフの関係にあり、自動車業界では、その両立が技術的課題となっている。

これまでに、選択還元型触媒装置の高いＮＯｘ浄化性能を維持しながらアンモニアスリップを抑制するための対策の一つとして、選択還元型触媒装置より下流側の排気通路にアンモニアスリップ触媒装置を設けてきた。このアンモニアスリップ触媒装置は、一般的に、白金やパラジウムを含む触媒で、アンモニアを分解除去する作用がある。しかし、アンモニアスリップ触媒装置を用いることで、（ｉ）白金等の貴金属を含むため高コストとなる、（ｉｉ）低温ではアンモニアを分解する能力が低い、（ｉｉｉ）反応したアンモニアの一部が温室効果ガスの亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）を生成することがある、（ｉｖ）一部のアンモニアは反応せずにスリップして、大気へ放出される等といった別の課題が発生してしまっていた。

これに関連して、排気管をＳＣＲＦ（ＳＣＲを担持させたフィルタ）とＳＣＲとの間で分岐させ、分岐管には、空冷または水冷で分岐管を通過する排気を冷却する冷却素子が備えられ、冷却不要の場合には排気制御弁によってＳＣＲＦからの排気の全てが排気管のみを通過してＳＣＲに流入するようにする一方、冷却が必要な場合には目標触媒温度に応じて、分岐管を通過する排気の量と、必要に応じて冷却素子を流れる水または空気の流量を増加し、ＳＣＲに流入する排気の温度を制御する内燃機関の排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−８６８４８号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムに関し、特に、従来、選択還元型触媒装置より下流側の排気通路に設けていたアンモニアスリップ触媒装置を省いても、大気へのアンモニアスリップを抑制することができるとともに、尿素水の利用効率を向上させて、選択還元型触媒装置によるＮＯｘの浄化性能を向上させることができる内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記選択還元型触媒装置の入口に、前記選択還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度検出装置を設けるとともに、前記選択還元型触媒装置の出口に、前記選択還元型触媒装置から流出する排気ガス中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出装置を設け、前記選択還元型触媒装置より上流側の前記排気通路に、排気ガスを冷却する熱交換装置を設けたバイパス通路を前記排気通路に並行して設け、さらに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整機構を設けるとともに、前記排気通路から前記バイパス通路への分岐点と前記選択還元型触媒装置の間の前記排気通路に、尿素水供給装置を設けて構成され、当該排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記温度検出装置の検出値と、前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて、前記尿素水供給装置と前記流量調整機構を制御するように構成される。

すなわち、温度検出装置の検出値がエンジンの運転状態に基づいて設定される目標温度に対応する排気ガスの目標温度になるように、かつ、アンモニア濃度検出装置の検出値がエンジンの運転状態に基づいて設定される目標アンモニア濃度になるように、尿素水供給装置からの尿素水の供給量を制御して、選択還元型触媒装置で発生するアンモニア量を制御するとともに、流量調整機構によるバイパス通路を通過する排気ガスの流量を制御して、選択還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度を制御して、選択還元型触媒装置の急激な高温化を抑制することで、選択還元型触媒装置からのアンモニアの大量の脱離を抑制する（フィードバック制御）。

なお、この尿素水の供給制御は、尿素水供給制御装置（ＤＣＵ：ドージングコントロールユニット）等の制御装置が算出した、選択還元型触媒装置へのアンモニアの吸着量に基づく吸着制御（ストレージ制御）に基づいて行う。また、熱交換装置の冷却媒体としては、例えば、エンジン冷却水が用いられる。

この構成によれば、従来、選択還元型触媒装置より下流側の排気通路に設けていたアンモニアスリップ触媒装置を省いても、大気へのアンモニアスリップを抑制することができるとともに、尿素水の利用効率を向上させて、選択還元型触媒装置によるＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。

特に、アンモニアスリップ触媒装置を省くことで、アンモニアスリップ触媒装置に要する製造コストを削減することができ、かつ、アンモニアスリップ触媒装置における、一部のアンモニアから亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）への生成反応を防止することができる。すなわち、アンモニアスリップ触媒装置を設けることで生じた前述の課題を全て解決することができる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、予め設定された第１設定値未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量がゼロとなるように前記流量調整機構を制御し、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第１設定値より大きな値として予め設定された第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が予め設定された設定温度未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとなるように前記流量調整機構を制御し、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が前記設定温度以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないように前記流量調整機構を制御し、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第２設定値以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないように前記流量調整機構を制御するように構成される。

すなわち、アンモニア濃度検出装置の検出値が第１設定値未満であるときには、選択還元型触媒装置より下流側の排気通路にアンモニアスリップしていないと判定して、尿素水供給装置からの尿素水の供給を行う一方、バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとなるように、流量調整機構を制御して、熱交換装置による排気ガスの冷却を行わないようにする。

また、アンモニア濃度検出装置の検出値が、第１設定値以上で、かつ、第１設定値より大きな値として予め設定された第２設定値未満であり、温度検出装置の検出値が予め設定された設定温度未満であるときには、アンモニアスリップを抑制する必要があると判定して、尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止する。ただし、温度検出装置の検出値が設定温度より低く、選択還元型触媒装置に担持した触媒が十分に温まっておらず、ＮＯｘ浄化性能が十分な状況ではないため、バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとなるように、流量調整機構を制御して、熱交換装置による排気ガスの冷却を行わないようにして、排気ガスの昇温を促進する。

また、アンモニア濃度検出装置の検出値が、第１設定値以上で、かつ、第２設定値未満であり、温度検出装置の検出値が設定温度以上であるときには、アンモニアスリップを抑制する必要があると判定して、バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないように流量調整機構を制御して、熱交換装置による排気ガスの冷却を行うことで、選択還元型触媒装置に担持した触媒の温度上昇を抑制する。この排気ガスの冷却制御を行うのは、温度検出装置の検出値が設定温度より高く、選択還元型触媒装置に担持した触媒が十分に温まっており、ＮＯｘ浄化性能が十分であり、排気ガスの昇温を促進する必要がないからである。そして、排気ガスの冷却制御によりアンモニアスリップを抑制するため、尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止する必要がないことから、尿素水供給装置からの尿素水の供給を行う。

そして、アンモニア濃度検出装置の検出値が、第２設定値以上であるときには、アンモニアスリップの可能性が高く、アンモニアスリップを早急に抑制する必要があると判定して、尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないように流量調整機構を制御して、熱交換装置による排気ガスの冷却を行う。

この構成によれば、アンモニアスリップの可能性に基づいて、尿素水供給装置と流量調整機構を高精度で制御することができるので、アンモニアスリップをより確実に防止することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムを備えて構成され、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の作用効果を奏することができる。

そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備えるとともに、該選択還元型触媒装置より上流側の前記排気通路に、排気ガスを冷却する熱交換装置を設けたバイパス通路を前記排気通路に並行して設け、さらに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整機構を設けるとともに、前記排気通路から前記バイパス通路への分岐点と前記選択還元型触媒装置の間の前記排気通路に、尿素水供給装置を設けて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置の入口に温度検出装置を設けて、該温度検出装置により前記選択還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出するとともに、前記選択還元型触媒装置の出口にアンモニア濃度検出装置を設けて、該アンモニア濃度検出装置により前記選択還元型触媒装置から流出する排気ガス中のアンモニア濃度を検出し、さらに、前記温度検出装置の検出値と、前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて、前記尿素水供給装置による尿素水の供給制御と前記流量調整機構による前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量制御を行うことを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、予め設定された第１設定値未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量がゼロとなるようにし、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第１設定値より大きな値として予め設定された第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が予め設定された設定温度未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとなるようにし、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が前記設定温度以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないようにし、前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第２設定値以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないようにすることを特徴とする方法である。

これらの方法によれば、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の作用効果を奏することができる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、従来、選択還元型触媒装置より下流側の排気通路に設けていたアンモニアスリップ触媒装置を省いても、大気へのアンモニアスリップを抑制することができるとともに、尿素水の利用効率を向上させて、選択還元型触媒装置によるＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。

特に、アンモニアスリップ触媒装置を省くことで、アンモニアスリップ触媒装置に要する製造コストを削減することができ、かつ、アンモニアスリップ触媒装置における、一部のアンモニアから亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）への生成反応を防止することができる。すなわち、アンモニアスリップ触媒装置を設けることで生じた前述の課題を全て解決することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローを示す図である。 従来技術に係る内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、後述する本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１を備えて構成され、後述する内燃機関の排気ガス浄化システム１が奏する作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）（図示しない）の排気通路１１に、上流側（エンジン側）より順に、酸化触媒装置１２、微粒子捕集装置１３、Ｃｕゼオライト触媒を担持した選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）１４、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）１５等の排気ガス浄化装置を備えて構成されるシステムである。

また、選択還元型触媒装置１４より上流側の排気通路１１には、エンジンの運転状態に基づいて、選択還元型触媒装置１４に向けて尿素水Ｕを噴射する尿素水供給装置２０が設けられる。この尿素水供給装置２０には、尿素水供給ポンプ２１により尿素水タンク２２に貯留した尿素水Ｕが供給され、この尿素水Ｕの噴射量は、後述する尿素水供給制御装置（ＤＣＵ：ドージングコントロールユニット）４０により尿素水供給ポンプ２１の出力を調整制御することにより、制御される。なお、尿素水Ｕの噴射量を、尿素水供給装置２０の弁開度を調整制御することにより、制御してもよい。

また、選択還元型触媒装置１４の入口に、選択還元型触媒装置１４に流入する排気ガスＧの温度を検出する温度センサ（温度検出装置）２３が設けられるとともに、選択還元型触媒装置１４の出口には、選択還元型触媒装置１４から流出する排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ２４と、排気ガスＧ中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度センサ（アンモニア濃度検出装置）２５が設けられる。

また、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１を制御する尿素水供給制御装置（ＤＣＵ）４０が設けられる。この尿素水供給制御装置４０は、エンジンの運転状態を制御するエンジン制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）４１より、エンジンへの吸気流量に関するデータ等の必要なデータを受信するとともに、温度センサ２３、ＮＯｘ濃度センサ２４及びアンモニア濃度センサ２５の各検出値のデータを受信して、これらの受信したデータを基に、尿素水供給ポンプ２１の出力を調整制御して、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの噴射量を制御する装置である。

なお、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１に関し、上記で説明した構成及び制御については、図３に示す従来技術の内燃機関の排気ガス浄化システム１Ｘと同様である。

本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化システム１では、従来技術に係る内燃機関の排気ガス浄化システム１Ｘとは異なり、選択還元型触媒装置１４より上流側の排気通路１１に、排気ガスＧ２を冷却する熱交換装置３０を設けたバイパス通路３１を排気通路１１に並行して設け、さらに、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量を調整する三方弁（流量調整機構）３２を設ける。

なお、流量調整機構３２は、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量を調整できる機構であればよいので、三方弁３２の代わりに、バイパス通路３１に開閉弁を設けてもよいし、排気通路１１からバイパス通路３１への分岐点及び合流点の間の排気通路１１とバイパス通路３１の両方に開閉弁を設けてもよい。

また、この熱交換装置３０は、より詳細には、エンジン冷却水を冷却媒体として、微粒子捕集装置１３を通過後の排気ガスＧより三方弁３２を介して分流される排気ガスＧ２を冷却する装置である。なお、熱交換装置３０の冷却媒体としては、エンジン冷却水以外の水冷の冷却媒体でもよいし、油や空気等の冷却媒体でもよい。

また、従来技術では、選択還元型触媒装置１４より上流側の排気通路１１に尿素水供給装置２０を設けていたが、本発明では、排気通路１１からバイパス通路３１への分岐点と選択還元型触媒装置１４の間の排気通路１１に尿素水供給装置２０を設ける。このように尿素水供給装置２０を配設することで、熱交換装置３０への尿素水Ｕの供給を防止して、すなわち、尿素水Ｕや尿素水Ｕの分解生成物（ビウレット、イソシアン酸、シアヌル酸、アンモニア等）が熱交換装置３０に流入することを防止して、熱交換装置３０の詰まりや不具合の発生を防止することができるので、熱交換装置３０の冷却能力を維持することができる。

そして、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化システム１では、尿素水供給制御装置４０が、温度センサ２３の検出値Ｔと、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄに基づいて、尿素水供給装置２０と三方弁３２を制御するように構成する。

すなわち、温度センサ２３の検出値Ｔがエンジンの運転状態に基づいて設定される目標温度に対応する排気ガスの目標温度になるように、かつ、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄがエンジンの運転状態に基づいて設定される目標アンモニア濃度になるように、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給量を制御して、選択還元型触媒装置１４で発生するアンモニア量を制御するとともに、三方弁３２によるバイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量を制御して、選択還元型触媒装置１４に流入する排気ガスＧの温度を制御して、選択還元型触媒装置１４の急激な高温化を抑制することで、選択還元型触媒装置１４からのアンモニアの大量の脱離を抑制する（フィードバック制御）。

なお、この尿素水Ｕの供給制御は、尿素水供給制御装置（ＤＣＵ：ドージングコントロールユニット）等の制御装置４０が算出した、選択還元型触媒装置１４へのアンモニアの吸着量に基づく吸着制御（ストレージ制御）に基づいて行う。

本発明に係る、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給制御と三方弁３２による排気ガスＧ２の流量制御（排気ガスＧの冷却制御）について、より具体的な制御について説明する。まず、尿素水供給制御装置４０が、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄ及び温度センサ２３の検出値Ｔの最新のデータを記憶する。

そして、尿素水供給制御装置４０が、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、実験等により予め設定された第１設定値Ｄ１未満であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を行うとともに、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量がゼロとなるように、三方弁３２を制御する（第１制御）。

また、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、第１設定値Ｄ１以上で、かつ、第１設定値Ｄ１より大きな値として実験等により予め設定された第２設定値Ｄ２未満であり、温度センサ２３の検出値Ｔが実験等により予め設定された設定温度Ｔ１未満であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を停止するとともに、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとなるように三方弁３２を制御する（第２制御）。

また、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、第１設定値Ｄ１以上で、かつ、第２設定値Ｄ２未満であり、温度センサ２３の検出値Ｔが設定温度Ｔ１以上であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を行うとともに、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとならないように三方弁３２を制御する（第３制御）。

そして、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、第２設定値Ｄ２以上であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を停止するとともに、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとならないように三方弁３２を制御する（第４制御）。

この三方弁３２の制御に関する制御フローを図２に示す。図２の制御フローは、予め設定した制御時間毎に上級の制御フローから呼ばれて実施され、実施後に、上級の制御フローに戻る制御フローであり、エンジンが運転状態にある限り、繰り返し呼ばれる制御フローとして示している。なお、この図２の制御フローに基づく制御の途中で、エンジンが運転停止するとき等では、割り込みが生じて、リターンに行って上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に終了する。

図２の制御フローについて説明する。図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１にて、温度センサ２３により選択還元型触媒装置１４に流入する排気ガスＧの温度Ｔを検出し、アンモニア濃度センサ２５により選択還元型触媒装置１４から流出する排気ガスＧのアンモニア濃度Ｄを検出する。排気ガスＧの温度Ｔ及びアンモニア濃度Ｄを検出後、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２にて、排気ガスＧのアンモニア濃度Ｄが第１設定値Ｄ１未満であるか否かを判定する。アンモニア濃度Ｄが第１設定値Ｄ１未満である（ＹＥＳ）ときには、選択還元型触媒装置１４より下流側の排気通路１１にアンモニアスリップしていないと判定して、ステップＳ１５へ進み、ステップＳ１５にて、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を行う一方、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとなるように、三方弁３２を制御して、熱交換装置３０による排気ガスＧ２の冷却を行わないようにする（第１制御）。この第１制御を実施後、リターンして、上級の制御フローに戻る。

ステップＳ１２にて、排気ガスＧのアンモニア濃度Ｄが第１設定値Ｄ１以上である（ＮＯ）ときには、アンモニアスリップを抑制する必要があると判定して、ステップＳ１３に進み、ステップＳ１３にて、排気ガスＧのアンモニア濃度Ｄが第２設定値Ｄ２未満であるか否かを判定する。ステップＳ１３にて、排気ガスＧのアンモニア濃度Ｄが第２設定値Ｄ２未満である（ＹＥＳ）ときには、ステップＳ１４に進み、ステップＳ１４にて、排気ガスＧの温度Ｔが設定温度Ｔ１未満であるか否かを判定する。ステップＳ１４にて、排気ガスＧの温度Ｔが設定温度Ｔ１未満である（ＹＥＳ）ときには、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１６にて、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を停止する。ただし、排気ガスＧの温度Ｔが設定温度Ｔ１より低く、選択還元型触媒装置１４に担持した触媒が十分に温まっておらず、ＮＯｘ浄化性能が十分な状況ではないため、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとなるように三方弁３２を制御して、熱交換装置３０による排気ガスＧ２の冷却を行わないようにして、排気ガスＧの昇温を促進する（第２制御）。この第２制御を実施後、リターンして、上級の制御フローに戻る。

ステップＳ１４にて、排気ガスＧの温度Ｔが設定温度Ｔ１以上である（ＮＯ）ときには、ステップＳ１７に進み、ステップＳ１７にて、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとならないように、三方弁３２を制御して、熱交換装置３０による排気ガスＧ２の冷却を行うことで、選択還元型触媒装置１４に担持した触媒の温度上昇を抑制する。この排気ガスＧ２の冷却制御を行うのは、排気ガスＧの温度Ｔが設定温度Ｔ１より高く、選択還元型触媒装置１４に担持した触媒が十分に温まっており、ＮＯｘ浄化性能が十分であり、排気ガスＧの昇温を促進する必要がないからである。そして、排気ガスＧ２の冷却制御によりアンモニアスリップを抑制するため、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を停止する必要がないことから、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を行う（第３制御）。この第３制御を実施後、リターンして、上級の制御フローに戻る。

一方、ステップＳ１３にて、排気ガスＧのアンモニア濃度Ｄが第２設定値Ｄ２以上である（ＮＯ）ときには、アンモニアスリップの可能性が高く、アンモニアスリップを早急に抑制する必要があると判定して、ステップＳ１８に進み、ステップＳ１８にて、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を停止するとともに、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとならないように三方弁３２を制御して、熱交換装置３０による排気ガスＧ２の冷却を行う（第４制御）。この第４制御を実施後、リターンして、上級の制御フローに戻る。

なお、上記の第１制御〜第４制御において、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給量制御は数十ｍｓ間隔で行い、三方弁３２の開閉制御は数秒間隔で行う。

以上より、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１を基にした、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路１１に選択還元型触媒装置１４を備えるとともに、この選択還元型触媒装置１４より上流側の排気通路１１に、排気ガスＧ２を冷却する熱交換装置３０を設けたバイパス通路３１を排気通路１１に並行して設け、さらに、バイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量を調整する三方弁３２を設けるとともに、排気通路１１からバイパス通路３１への分岐点と選択還元型触媒装置１４の間の排気通路１１に、尿素水供給装置２０を設けて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、選択還元型触媒装置１４の入口に温度センサ２３を設けて、この温度センサ２３により選択還元型触媒装置１４に流入する排気ガスＧ２の温度Ｔを検出するとともに、選択還元型触媒装置１４の出口にアンモニア濃度センサ２５を設けて、このアンモニア濃度センサ２５により選択還元型触媒装置１４から流出する排気ガスＧ中のアンモニア濃度Ｄを検出し、さらに、温度センサ２３の検出値Ｔと、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄに基づいて、尿素水供給装置２０による尿素水Ｕの供給制御と三方弁３２によるバイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量制御を行うことを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化方法において、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、予め設定された第１設定値Ｄ１未満であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を行うとともに、三方弁３２を制御してバイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の流量がゼロとなるようにし、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、第１設定値Ｄ１以上で、かつ、第１設定値Ｄ１より大きな値として予め設定された第２設定値Ｄ２未満であり、温度センサ２３の検出値Ｔが予め設定された設定温度Ｔ１未満であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を停止するとともに、三方弁３２を制御してバイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとなるようにし、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、第１設定値Ｄ１以上で、かつ、第２設定値Ｄ２未満であり、温度センサ２３の検出値Ｔが設定温度Ｔ１以上であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を行うとともに、三方弁３２を制御してバイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとならないようにし、アンモニア濃度センサ２５の検出値Ｄが、第２設定値Ｄ２以上であるときには、尿素水供給装置２０からの尿素水Ｕの供給を停止するとともに、三方弁３２を制御してバイパス通路３１を通過する排気ガスＧ２の量がゼロとならないようにすることを特徴とする方法である。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１、内燃機関及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、従来、選択還元型触媒装置１４より下流側の排気通路１１に設けていたアンモニアスリップ触媒装置１５を省いても、大気へのアンモニアスリップを抑制することができるとともに、尿素水Ｕの利用効率を向上させて、選択還元型触媒装置１４によるＮＯｘの浄化性能を向上させることができる。

特に、アンモニアスリップ触媒装置１５を省くことで、アンモニアスリップ触媒装置１５に要する製造コストを削減することができ、かつ、アンモニアスリップ触媒装置１５における、一部のアンモニアから亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）への生成反応を防止することができる。すなわち、アンモニアスリップ触媒装置１５を設けることで生じた前述の課題を全て解決することができる。

１、１Ｘ 内燃機関の排気ガス浄化システム
１１ 排気通路
１２ 酸化触媒装置（ＤＯＣ）
１３ 微粒子捕集装置
１４ 選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
１５ アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）
２０ 尿素水供給装置
２１ 尿素水供給ポンプ
２２ 尿素水タンク
２３ 温度センサ（温度検出装置）
２４ ＮＯｘ濃度センサ
２５ アンモニア濃度センサ（アンモニア濃度検出装置）
３０ 熱交換装置
３１ バイパス通路
３２ 三方弁（流量調整機構）
４０ 尿素水供給制御装置（制御装置）
４１ エンジン制御装置
Ｔ 温度センサの検出値
Ｔ１ 設定温度
Ｇ 発生した排気ガス
Ｇ１ バイパス通路を通過しない排気ガス
Ｇ２ バイパス通路を通過する排気ガス
Ｇｃ 浄化処理された排気ガス

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記選択還元型触媒装置の入口に、前記選択還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出する温度検出装置を設けるとともに、前記選択還元型触媒装置の出口に、前記選択還元型触媒装置から流出する排気ガス中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出装置を設け、
   前記選択還元型触媒装置より上流側の前記排気通路に、排気ガスを冷却する熱交換装置を設けたバイパス通路を前記排気通路に並行して設け、
   さらに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整機構を設けるとともに、
   前記排気通路から前記バイパス通路への分岐点と前記選択還元型触媒装置の間の前記排気通路に、尿素水供給装置を設けて構成され、
   当該排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
   前記温度検出装置の検出値と、前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて、前記尿素水供給装置と前記流量調整機構を制御するように構成される内燃機関の排気ガス浄化システム。
2. 前記制御装置が、
   前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、予め設定された第１設定値未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量がゼロとなるように、前記流量調整機構を制御し、
   前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第１設定値より大きな値として予め設定された第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が予め設定された設定温度未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとなるように前記流量調整機構を制御し、
   前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が前記設定温度以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないように前記流量調整機構を制御し、
   前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第２設定値以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないように前記流量調整機構を制御するように構成される請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システムを備えて構成される内燃機関。
4. 内燃機関の排気通路に選択還元型触媒装置を備えるとともに、該選択還元型触媒装置より上流側の前記排気通路に、排気ガスを冷却する熱交換装置を設けたバイパス通路を前記排気通路に並行して設け、さらに、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する流量調整機構を設けるとともに、前記排気通路から前記バイパス通路への分岐点と前記選択還元型触媒装置の間の前記排気通路に、尿素水供給装置を設けて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、
   前記選択還元型触媒装置の入口に温度検出装置を設けて、該温度検出装置により前記選択還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度を検出するとともに、前記選択還元型触媒装置の出口にアンモニア濃度検出装置を設けて、該アンモニア濃度検出装置により前記選択還元型触媒装置から流出する排気ガス中のアンモニア濃度を検出し、
   さらに、前記温度検出装置の検出値と、前記アンモニア濃度検出装置の検出値に基づいて、前記尿素水供給装置による尿素水の供給制御と前記流量調整機構による前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
5. 前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、予め設定された第１設定値未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量がゼロとなるようにし、
   前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第１設定値より大きな値として予め設定された第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が予め設定された設定温度未満であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとなるようにし、
   前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第１設定値以上で、かつ、前記第２設定値未満であり、前記温度検出装置の検出値が前記設定温度以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を行うとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないようにし、
   前記アンモニア濃度検出装置の検出値が、前記第２設定値以上であるときには、前記尿素水供給装置からの尿素水の供給を停止するとともに、前記流量調整機構を制御して前記バイパス通路を通過する排気ガスの量がゼロとならないようにすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化方法。

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