JP2017190725A

JP2017190725A - 内燃機関の排ガス浄化装置

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Publication number: JP2017190725A
Application number: JP2016080782A
Authority: JP
Inventors: 大祐森山; Daisuke Moriyama; 直水上; Sunao Mizukami; 泰順鈴木; Yasuyori Suzuki; 幸博川島; Yukihiro Kawashima
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-04-14
Also published as: JP6682972B2; WO2017179674A1

Abstract

【課題】フィルタ再生制御の実行によるＮＯｘ触媒の劣化促進を抑制する。
【解決手段】内燃機関１の排ガス浄化装置２００は排気管２と後処理ユニット３とケーシング４を備える。後処理ユニットは、第１および第２触媒ケーシング３３，３４と、これらケーシングを連結するＵ字状の連結管３５と、第１触媒ケーシング内に設けられたフィルタ１０ｂと、第２触媒ケーシング内に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒１０ｃとを備える。排ガス浄化装置はさらに、ＮＯｘ触媒の入口排気温度を検出する検出器５６と、連結管の上流側端部にて尿素水を添加する添加弁３６と、添加弁を制御すると共にフィルタの再生制御を実行する制御ユニット１００とを備える。制御ユニットは、再生制御の実行中に検出器により検出された入口排気温度が所定の閾値以上となったとき、添加弁における尿素水添加量を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンにおいて、排ガス中の有害物質を浄化するため、複数の触媒等を含む後処理ユニットを設けることが知られている。後処理ユニットには典型的に、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタと、フィルタの下流側に配置され、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して除去する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）とが設置される。

特開２０１０−５３８４７号公報

定期的に、フィルタに堆積されたＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御を行うことが知られている。フィルタ再生制御に際しては、例えばポスト噴射等により、追加の燃料を供給することが行われる。

一方、フィルタ再生制御の実行中、フィルタ内のＰＭが燃焼することにより、フィルタから比較的高温の排気ガスが排出されることがある。そしてこの高温の排気ガスがＮＯｘ触媒に供給されることで、ＮＯｘ触媒の温度が過度に上昇し、ＮＯｘ触媒の劣化を早め、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が早期に低下することがある。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、フィルタ再生制御の実行によるＮＯｘ触媒の劣化促進を抑制することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排ガス浄化装置であって、
排気管と、
前記排気管の途中に設けられた後処理ユニットと、
前記後処理ユニットを収容するケーシングと、
を備え、
前記後処理ユニットは、
第１触媒ケーシングと、
前記第１触媒ケーシングの下流側に配置された第２触媒ケーシングと、
前記第１触媒ケーシングおよび前記第２触媒ケーシングを連結するＵ字状の連結管と、
前記第１触媒ケーシング内に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記第２触媒ケーシング内に設けられ、排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
を備え、
前記排ガス浄化装置はさらに、
前記ＮＯｘ触媒の入口排気温度を検出する検出器と、
前記連結管の上流側端部に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、
前記添加弁を制御すると共に、前記フィルタを再生させるための再生制御を実行するように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記再生制御の実行中に前記検出器により検出された前記入口排気温度が所定の閾値以上となったとき、前記添加弁における尿素水添加量を増加させるように構成されている
ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置が提供される。

好ましくは、前記第１触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって前方から後方に延び、
前記第２触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって後方から前方に延び、
前記連結管は、前記第１触媒ケーシングの後端部から前方に延びてＵ字状に折り返し、その後、後方に延びて前記第２触媒ケーシングの後端部に接続する。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記再生制御の実行中かつ前記内燃機関のアイドル運転中に前記入口排気温度が前記閾値以上となったとき、前記尿素水添加量を増加させる。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記入口排気温度が前記閾値以上となった時点から所定時間の間、前記尿素水添加量を増加させる。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記入口排気温度が前記閾値以上となった時点から前記閾値未満となる時点まで、前記尿素水添加量を増加させる。

本発明によれば、フィルタ再生制御の実行によるＮＯｘ触媒の劣化促進を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置を示す概略構成図である。フィルタ再生制御を実行した場合の各値の推移を示すタイムチャートである。本実施形態における制御の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、排ガス浄化装置２００は、内燃機関（エンジン）１の排ガスを流通させる排気管２と、排気管２の途中に設けられ、排ガスを浄化するための複数の触媒１０を有する後処理ユニット３と、後処理ユニット３を収容するケーシング４とを備える。

内燃機関１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。内燃機関１には、各気筒１１から排出される排ガスを集合させる排気マニホールド１２が設けられる。各気筒１１には、筒内に燃料を噴射するためのインジェクタ（燃料噴射弁）８が設けられる。なお、車両および内燃機関１の種類、用途等は任意である。

排気管２は、排気マニホールド１２に接続され、排気マニホールド１２からの排ガスを下流方向（矢印Ｇで示す方向）に流して大気に放出する管である。

より詳しくは、排気管２は、後処理ユニット３の上流側に位置する上流側排気管２１と、後処理ユニット３の下流側に位置する下流側排気管２２とを含む。上流側排気管２１は、その下流側端部にフランジ２１ａを有し、下流側排気管２２は、その上流側端部にフランジ２２ａを有する。

次に、後処理ユニット３について説明する。後処理ユニット３の前後左右方向を、便宜上、図１に示すような方向とする。なお、かかる方向は説明の便宜上定められたものに過ぎず、車両の前後左右方向と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。本実施形態では、内燃機関１が車両に縦置きされており、後処理ユニット３の右方向が車両の前方向に一致する。

後処理ユニット３は、排ガス入口管３１と、排ガス出口管３２と、少なくとも一つの触媒１０を内設する第１触媒ケーシング３３と、少なくとも一つの触媒１０を内設する第２触媒ケーシング３４と、第１触媒ケーシング３３と第２触媒ケーシング３４とを連結する概ねＵ字状の連結管３５とを備える。後処理ユニット３は、概ね左右対称の構造を有する。

排ガス入口管３１は、後処理ユニット３の前端部且つ右側に配置され、上流側から下流側に向かって前方から後方に延び、その前端は、上流側排気管２１の下流端に接続される。また、排ガス出口管３２は、後処理ユニット３の前端部且つ左側に配置され、上流側から下流側に向かって後方から前方に延び、その前端は、下流側排気管２２の上流端に接続される。

より詳しくは、排ガス入口管３１の上流側端部には、フランジ３１ａが設けられ、このフランジ３１ａに上流側排気管２１のフランジ２１ａが接続される。また同様に、排ガス出口管３２の下流側端部には、フランジ３２ａが設けられ、このフランジ３２ａに下流側排気管２２のフランジ２２ａが接続される。互いに接続されるフランジ同士は、ボルト（不図示）等の適宜の締結具により取り外し可能に固定される。

第１触媒ケーシング３３は、管状に形成され、排ガス入口管３１から後方に向けて延在すると共に、後端部に位置する下流側端部３３ａの左側面に第１側孔３３ｂを有する。また、第１触媒ケーシング３３には、上流側に位置する排ガス入口管３１および下流側に位置する連結管３５よりも拡径された第１拡径部３３ｃが形成される。

第１触媒ケーシング３３における第１拡径部３３ｃ内には、第１断熱緩衝部材（マット）３７を介して、上流側から酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）１０ａおよびパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１０ｂが設けられる。

酸化触媒１０ａは、排ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化する。酸化触媒１０ａは、ＨＣ，ＣＯの酸化時に生じた熱で排ガスを加熱、昇温する機能を有する。また酸化触媒１０ａは、排ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化し、排ガス中のＮＯ₂濃度を高める機能をも有する。

ＤＰＦ１０ｂは、排ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集して除去するものであり、特許請求の範囲にいうフィルタに相当する。ＤＰＦ１０ｂは、本実施形態では、ハニカム形状の耐熱性基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられている。しかしながら、網の目構造のフォーム形状のもの等、ＰＭを物理的に捕集するあらゆるタイプのフィルタを用いることができる。

ＤＰＦ１０ｂは、その内壁にＰｔ等の触媒貴金属を担持させた所謂連続再生式の触媒付きＤＰＦからなる。この場合、エンジンの通常運転中、ＤＰＦ１０ｂに供給された排ガス中のＨＣが触媒作用で酸化、燃焼し、このとき同時にＤＰＦ１０ｂ内部に堆積されたＰＭが燃焼除去される。なお、ＤＰＦ１０ｂが触媒貴金属を有し、触媒作用を発揮するため、ここではＤＰＦ１０ｂも触媒１０に含まれるものとする。

こうした連続再生式ＤＰＦ１０ｂであっても、ＤＰＦ１０ｂ内にはエンジンの通常運転中にＰＭが徐々に堆積する。この堆積したＰＭを燃焼除去してＤＰＦ１０ｂを再生するため、後述のフィルタ再生制御が行われる。この点については後に詳述する。

第２触媒ケーシング３４は、管状に形成され、排ガス出口管３２から後方に向けて延在すると共に、後端部に位置する上流側端部３４ａの右側面に第２側孔３４ｂを有する。また、第２触媒ケーシング３４には、上流側に位置する連結管３５および下流側に位置する排ガス出口管３２よりも拡径された第２拡径部３４ｃが形成される。

第２触媒ケーシング３４における第２拡径部３４ｃ内には、第２断熱緩衝部材（マット）３８を介して、上流側からＮＯｘ触媒１０ｃおよびアンモニア酸化触媒１０ｄが設けられる。

ＮＯｘ触媒１０ｃは、排ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを浄化するための触媒である。ＮＯｘ触媒１０ｃは、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）からなり、尿素水が加水分解されて生成されたアンモニア（ＮＨ₃）によって、ＮＯｘを連続的に還元し得る。

アンモニア酸化触媒１０ｄは、ＮＯｘ触媒１０ｃでＮＯｘの還元に消費されなかった余剰のアンモニアを酸化して、Ｎ₂を生成する触媒である。

第１触媒ケーシング３３と第２触媒ケーシング３４は、互いに並列して右側および左側に配置される。また、第１側孔３３ｂと第２側孔３４ｂは、互いに対向するように配置される。

連結管３５は、左右方向における第１触媒ケーシング３３と第２触媒ケーシング３４との間の位置に配置される。連結管３５の上流端は第１側孔３３ｂに接続され、連結管３５の下流端は第２側孔３４ｂに接続される。

連結管３５は、第１側孔３３ｂから左側に延びて前方に折れ曲がる第１部分３５ａと、第２側孔３４ｂから右側に延びて前方に折れ曲がる第２部分３５ｂとを有する。第１部分３５ａは、図中のＸ１からＸ２までの部分であり、第２部分３５ｂは、図中のＹ１からＹ２までの部分である。

また連結管３５は、第１部分３５ａの下流端Ｘ２から前方に延びてＵ字状に折り返し、その後、後方に延びて第２部分３５ｂの上流端Ｙ２に接続される第３部分３５ｃを有する。このように連結管３５は、概して、第１触媒ケーシング３３の後端部から前方に延びてＵ字状に折り返し、その後、後方に延びて第２触媒ケーシング３４の後端部に接続する。

連結管３５をこのようにＵ字状に形成することで、連結管３５の管長、ひいては第１触媒ケーシング３３と第２触媒ケーシング３４の間の排気通路長を、コンパクトなスペースで長くすることができる。

ケーシング４は、ステンレス等の耐熱材料を用いた箱型ケーシングからなり、後処理ユニット３全体を略気密に覆う。ケーシング４の内周面上ほぼ全体には、後処理ユニット３の保温のため、グラスウール等の断熱材５が敷設される。

ケーシング４の前面部４５には、排ガス入口管３１をケーシング４の外部（前方）に突出させるべく、排ガス入口管３１が隙間Ｓ１をもって挿通される入口孔４６が形成される。隙間Ｓ１は入口側断熱シール部材６でシールされる。同様に、ケーシング４の前面部４５には、排ガス出口管３２をケーシング４の外部（前方）に突出させるべく、排ガス出口管３２が隙間Ｓ２をもって挿通される出口孔４７が形成される。隙間Ｓ２は出口側断熱シール部材７でシールされる。これらシール部材６，７は、熱伝達率の低い材料、例えば耐熱性ゴムで形成され、各管からケーシング４への熱伝達を最小限に止める。

本実施形態の排ガス浄化装置２００はさらに、連結管３５内に尿素水を添加もしくは噴射する添加弁３６を備える。添加弁３６は、連結管３５の上流側端部に設けられ、特に、第１部分３５ａの折れ曲がり部分Ｌに配置される。添加弁３６は、当該折れ曲がり部分Ｌから第３部分３５ｃの折り返し部分Ｕに向かって、後方から前方に、かつ連結管３５の中心軸に沿って尿素水を添加するように配置される。添加弁３６は、ケーシング４の外部後方から前方に向かって連結管３５内に挿入され、固定される。

また、本実施形態の排ガス浄化装置２００は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、後述の如くインジェクタ８および添加弁３６を制御するように構成され、またはプログラムされている。

排ガス浄化装置２００は、エンジンの回転速度ないし回転数（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ５１と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ５２と、酸化触媒１０ａの入口排気温度を検出するための温度センサ（第１温度センサ）５３と、ＤＰＦ１０ｂの出口排気温度を検出するための温度センサ（第２温度センサ）５４と、ＤＰＦ１０ｂの前後の差圧を検出するための差圧センサ５５と、ＮＯｘ触媒１０ｃの入口排気温度を検出するための温度センサ（第３温度センサ）５６とをさらに備える。これらセンサはＥＣＵ１００に電気的に接続されている。温度センサ５６が特許請求の範囲にいう検出器に相当する。

エンジンの通常運転時、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態、特に回転速度センサ５１により検出されたエンジン回転数と、アクセル開度センサ５２により検出されたアクセル開度とに基づき、インジェクタ８から噴射される燃料噴射量と、添加弁３６から添加される尿素水添加量とを制御する。エンジン回転数が高いほど、またアクセル開度が大きいほど、燃料噴射量および尿素水添加量は増加される。添加弁３６から添加された尿素水が加水分解されてアンモニアが生成され、このアンモニアがＮＯｘ触媒１０ｃに供給されることにより、ＮＯｘが還元除去される。

また、エンジンの通常運転中にＤＰＦ１０ｂに堆積したＰＭを燃焼除去し、ＤＰＦ１０ｂを再生するため、ＥＣＵ１００はフィルタ再生制御を定期的に実行する。すなわち、差圧センサ５５により検出された差圧が所定の閾値を超えた場合、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ１０ｂの再生が必要と判断し、インジェクタ８にポスト噴射を行わせ、追加の燃料を筒内に供給する。これにより、余剰のＨＣが酸化触媒１０ａで燃焼され、高温かつリッチの排ガスがＤＰＦ１０ｂに供給され、ＤＰＦ１０ｂ内の堆積ＰＭが燃焼除去される。

なお、フィルタ再生制御は公知方法を含め他の方法でも可能である。例えば、ポスト噴射の代わりに、酸化触媒１０ａの上流側に別の燃料噴射弁から燃料を直接供給してもよい。フィルタ再生制御が特許請求の範囲にいう再生制御に相当する。

さて、フィルタ再生制御の実行中、ＤＰＦ１０ｂ内のＰＭが燃焼することにより、ＤＰＦ１０ｂから比較的高温の排気ガスが排出されることがある。そしてこの高温の排気ガスがＮＯｘ触媒１０ｃに供給されることで、ＮＯｘ触媒１０ｃの温度が過度に上昇し、ＮＯｘ触媒１０ｃの劣化を早め、ＮＯｘ触媒１０ｃのＮＯｘ浄化率を早期に低下させることがある。

特に近年、ＤＰＦ１０ｂの容量を増やしてそのＰＭ最大堆積量を増やし、フィルタ再生制御間の時間的インターバル、すなわち再生インターバルを長期化して、燃費の向上を図る試みが行われている。こうした場合、多量の堆積ＰＭが一気に燃焼し、ＤＰＦ１０ｂから排出される排ガスのピーク温度が上昇し、ＮＯｘ触媒１０ｃの劣化を促進する傾向が強まる。

また、フィルタ再生制御中にエンジンがアイドル運転状態に移行すると、ＤＰＦ１０ｂにおける排ガス通過流量が減少するので、堆積ＰＭが一気に燃焼し（これを着火アイドルという）、ＤＰＦ１０ｂから排出される排ガスのピーク温度が上昇し、ＮＯｘ触媒１０ｃの劣化を促進する傾向が強まる。

そこで、本実施形態のＥＣＵ１００は、フィルタ再生制御の実行中、温度センサ５６により検出されたＮＯｘ触媒１０ｃの入口排気温度が所定の閾値以上となったとき、添加弁３６における尿素水添加量を増加させるよう構成されている。これによれば、ＮＯｘ触媒１０ｃの上流側で、増量された尿素水を排気ガスと混合させ、排気温度を低下させることができる。そしてこの温度低下した排ガスがＮＯｘ触媒１０ｃに供給される。よって、フィルタ再生制御の実行中に高温の排気ガスがＤＰＦ１０ｂから排出された場合であっても、その排気ガスの温度を低下させた上でＮＯｘ触媒１０ｃに供給することができる。それ故、フィルタ再生制御によるＮＯｘ触媒１０ｃの劣化促進を抑制し、ＮＯｘ浄化率の早期低下を抑制することができる。

またこれに伴い、ＤＰＦ１０ｂの容量増加が可能になり、再生インターバルを長期化して燃費を向上することができる。そして、たとえＤＰＦ１０ｂの容量を増加した場合であっても、着火アイドルに起因してＮＯｘ触媒１０ｃに供給される排ガスの温度が上昇するのを抑制し、ＮＯｘ触媒１０ｃの劣化促進を抑制することができる。

図２は、フィルタ再生制御を実行した場合の各値の推移を示すタイムチャートである。ｔは時間である。

図２（Ａ）において、線ａはアクセル開度Ａｃ、線ｂはエンジン回転数Ｎｅを示す。図２（Ｂ）において、線ｃは、本発明を適用しない比較例の尿素水添加量Ｑｕ、線ｄはポスト噴射量Ｑｐを示す。図２（Ｃ）において、線ｅは、比較例におけるＮＯｘ触媒１０ｃの入口排気温度（ＳＣＲ入口温度という）Ｔを示す。

図示例では、時刻ｔ１からフィルタ再生制御が開始され、ポスト噴射が開始されている。フィルタ再生制御中も尿素水添加が実行される。その後、時刻ｔ２で、アクセル開度Ａｃがゼロすなわち全閉となり、エンジン回転数Ｎｅが所定のアイドル判定閾値Ｎ１以下の回転数となり、エンジン運転状態がアイドル運転状態に移行している。アイドル判定閾値Ｎ１は、エンジン暖機後の所定の目標アイドル回転数Ｎｉより若干高い値に設定され、例えば、減速フューエルカットから復帰する際の復帰回転数と等しい値とされる。

時刻ｔ２以降、フィルタ再生制御の実行中にエンジンがアイドル運転している。こうなると比較例においては、アイドル運転開始後、前述の着火アイドルの発生により、図２（Ｃ）の線ｅで示すように、ＳＣＲ入口温度Ｔが急激にかつピーク状に上昇する。この温度上昇がＮＯｘ触媒１０ｃの劣化を促す。時刻ｔ２から、ＳＣＲ入口温度Ｔがピークに達する時点ｔ４までの時間は例えば１００秒程度である。

しかしながら本実施形態では、ＳＣＲ入口温度Ｔが所定の閾値Ｔｔｈ以上となったとき、図２（Ｂ）に仮想線ｃ’で示すように、尿素水添加量Ｑｕが比較例の量（後述の基準量Ｑｕｂ）よりも所定量ΔＱｕ増加され、より多い量Ｑｕｃとされる。これにより、図２（Ｃ）に仮想線ｅ’で示すように、ＳＣＲ入口温度Ｔの上昇を抑制し、ＮＯｘ触媒１０ｃの劣化を抑制することができる。

閾値Ｔｔｈは、予め実験的に求められ、ＥＣＵ１００に記憶されている。閾値Ｔｔｈは、ＮＯｘ触媒１０ｃの過度の劣化を生じさせるＳＣＲ入口温度Ｔの最小値に設定されている。本実施形態では、尿素水添加量Ｑｕの増量により、ＳＣＲ入口温度Ｔが当該最小値以上になることを抑制できる。

代替的に、閾値Ｔｔｈは、当該最小値に対し所定のマージン温度（例えば数℃〜数１０℃程度の値）だけ低い値に設定されてもよい。これにより、ＳＣＲ入口温度Ｔが当該最小値以上になることをより確実に抑制できる。

尿素水添加量Ｑｕの増加方法については次の幾つかの態様が考えられる。まず第１の態様に関し、ＥＣＵ１００は、ＳＣＲ入口温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となった時点ｔ３から所定時間Δｔの間、尿素水添加量Ｑｕを増加させる。所定時間Δｔは、好ましくは、比較例においてＳＣＲ入口温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となる時点ｔ３から、ＳＣＲ入口温度Ｔがピーク温度に達する時点ｔ４までの時間と等しいか、それより長い時間に設定される。図示例は前者の例を示す。所定時間Δｔは例えば１０秒程度の長さを有する。所定時間Δｔも予め実験的に求められ、ＥＣＵ１００に記憶されている。これにより、ＳＣＲ入口温度Ｔがピーク温度まで上昇することが確実に妨げられ、ＳＣＲ入口温度Ｔを好適に抑制できる。

第２の態様に関し、ＥＣＵ１００は、ＳＣＲ入口温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となった時点ｔ３から、その後閾値Ｔｔｈ未満となる時点まで、尿素水添加量Ｑｕを増加させる。これによれば、ＳＣＲ入口温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上となっている期間だけ、尿素水添加量Ｑｕを増加させるので、必要最小限の増量でＳＣＲ入口温度Ｔを抑制できる。

第３の態様に関し、ＥＣＵ１００は、フィルタ再生制御の実行中かつエンジンのアイドル運転中という２条件が満たされた時点ｔ２から、先の所定時間Δｔよりも長い所定時間Δｔ’だけ、尿素水添加量Ｑｕを増加させる。この所定時間Δｔ’は、時刻ｔ２から、比較例においてＳＣＲ入口温度Ｔが一旦閾値Ｔｔｈを超えその後閾値Ｔｔｈ未満に低下する時点ｔ５までの間の時間として、予め実験的に求められ、ＥＣＵ１００に記憶される。こうすると、先行的に尿素水添加量Ｑｕの増量を開始でき、ＳＣＲ入口温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上に上昇するのをより確実に抑制できる。これら第１〜第３の態様は必要に応じていずれかを任意に採択可能である。

次に、本実施形態における制御の一例を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１では、フィルタ再生制御が実行中であるか否かが判断される。実行中でなければステップＳ１０５に進み、尿素水添加量Ｑｕは基準量Ｑｕｂとされる。基準量Ｑｕｂは、エンジン運転状態すなわち、回転速度センサ５１およびアクセル開度センサ５２によりそれぞれ検出されたエンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度センサ５２に基づき、所定のマップを用いて算出される。この基準量Ｑｕｂの尿素水が添加弁３６から添加ないし噴射されるよう添加弁３６が制御される。

フィルタ再生制御が実行中であれば、ステップＳ１０２に進み、エンジンがアイドル運転中か否かが判断される。アイドル運転中でなければステップＳ１０５に進み、尿素水添加量Ｑｕは基準量Ｑｕｂとされる。

他方、アイドル運転中であればステップＳ１０３に進み、温度センサ５６により検出されたＳＣＲ入口温度Ｔが閾値Ｔｔｈ以上か否かが判断される。閾値ＴｔｈでなければステップＳ１０５に進み、尿素水添加量Ｑｕは基準量Ｑｕｂとされる。

他方、閾値Ｔｔｈ以上であればステップＳ１０４に進み、尿素水添加量Ｑｕが、基準量Ｑｕｂより多い所定量Ｑｕｃに増量される。そしてこの増量された尿素水が添加弁３６から添加ないし噴射されるよう添加弁３６が制御される。

ＳＣＲ入口温度Ｔが一旦閾値Ｔｔｈ以上となり（Ｓ１０３：イエス）、尿素水添加量Ｑｕが増量されても、その後ＳＣＲ入口温度Ｔが閾値Ｔｔｈ未満となれば（Ｓ１０３：ノー）、尿素水添加量Ｑｕが基準量Ｑｕｂに戻される。このように本フローは前述の第２の態様に対応するものであるが、第１または第３の態様に対応するフローチャートを構築することも、当業者の想定範囲内である。

以上述べたように、本実施形態によれば、フィルタ再生制御の実行によるＮＯｘ触媒１０ｃの劣化促進を抑制することができる。

また本実施形態によれば、後処理ユニット３を上述の如く構成し、第１および第２触媒ケーシング３３，３４をＵ字状の連結管３５で連結し、連結管３５の上流側端部に添加弁３６を設置している。こうすると、添加弁３６から添加された尿素水を、比較的長い連結管３５内の通路で排ガスと十分にかつ均質に混合できる。よって基準量添加時に、ＮＯｘ触媒１０ｃに対し好ましい方法で尿素水を供給できるだけでなく、増量添加時においては、温度むらが少なく均等に温度低下した排ガスをＮＯｘ触媒１０ｃに好適に供給でき、ＮＯｘ触媒１０ｃの温度上昇抑制に有利である。しかも、その長い連結管３５内の通路を比較的小スペースで実現でき、後処理ユニット３ひいてはケーシング４もコンパクト化できる。

また、後処理ユニット３をケーシング４内に収容したので、後処理ユニット３を保温し、後処理ユニット３が外気や走行風で冷却されるのを抑制し、各触媒１０の温度を高温に保持することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

（１）前記実施形態では、ＳＣＲ入口温度Ｔを、ＮＯｘ触媒１０ｃの入口部の温度センサ５６により直接検出した。しかしながら代替的に、ＤＰＦ１０ｂの出口部の温度センサ５４の検出値（ＤＰＦ出口排気温度）Ｔｄと、尿素水添加量Ｑｕとに基づき、ＥＣＵ１００が所定の推定マップを参照して、ＳＣＲ入口温度Ｔを推定してもよい。こうすると温度センサ５６を省略できる。尿素水添加量Ｑｕを考慮する理由は、ＤＰＦ１０ｂから排出された排気ガスが、ＮＯｘ触媒１０ｃに到達する前に、尿素水により冷却されるためである。尿素水添加量Ｑｕを考慮することにより、こうした温度低下分も加味してＳＣＲ入口温度Ｔを精度良く推定できる。なお本明細書では「推定」も「検出」に含まれるものとする。この変形例の場合、ＥＣＵ１００および温度センサ５４が特許請求の範囲にいう検出器に相当する。推定マップにおいては、ＤＰＦ出口排気温度Ｔｄが高いほど、また尿素水添加量Ｑｕが少ないほど、高いＳＣＲ入口温度Ｔが得られるような三者の関係が規定されている。

（２）エンジン１はターボチャージャを備えてもよい。この場合、ターボチャージャのタービンの下流側に後処理ユニット３が設けられる。

１内燃機関（エンジン）
２排気管
３後処理ユニット
４ケーシング
１０ｂフィルタ（ＤＰＦ）
１０ｃＮＯｘ触媒
３３第１触媒ケーシング
３４第２触媒ケーシング
３５連結管
３６添加弁
５４，５６温度センサ
１００電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２００排ガス浄化装置

Claims

内燃機関の排ガス浄化装置であって、
排気管と、
前記排気管の途中に設けられた後処理ユニットと、
前記後処理ユニットを収容するケーシングと、
を備え、
前記後処理ユニットは、
第１触媒ケーシングと、
前記第１触媒ケーシングの下流側に配置された第２触媒ケーシングと、
前記第１触媒ケーシングおよび前記第２触媒ケーシングを連結するＵ字状の連結管と、
前記第１触媒ケーシング内に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記第２触媒ケーシング内に設けられ、排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒と、
を備え、
前記排ガス浄化装置はさらに、
前記ＮＯｘ触媒の入口排気温度を検出する検出器と、
前記連結管の上流側端部に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、
前記添加弁を制御すると共に、前記フィルタを再生させるための再生制御を実行するように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記再生制御の実行中に前記検出器により検出された前記入口排気温度が所定の閾値以上となったとき、前記添加弁における尿素水添加量を増加させるように構成されている
ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
前記第１触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって前方から後方に延び、
前記第２触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって後方から前方に延び、
前記連結管は、前記第１触媒ケーシングの後端部から前方に延びてＵ字状に折り返し、その後、後方に延びて前記第２触媒ケーシングの後端部に接続する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
前記制御ユニットは、前記再生制御の実行中かつ前記内燃機関のアイドル運転中に前記入口排気温度が前記閾値以上となったとき、前記尿素水添加量を増加させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
前記制御ユニットは、前記入口排気温度が前記閾値以上となった時点から所定時間の間、前記尿素水添加量を増加させる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
前記制御ユニットは、前記入口排気温度が前記閾値以上となった時点から前記閾値未満となる時点まで、前記尿素水添加量を増加させる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。