JP2018178956A

JP2018178956A - 排気浄化装置

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Publication number: JP2018178956A
Application number: JP2017083460A
Authority: JP
Inventors: 潤哉中島; Junya Nakajima; 昌明岡村; Masaaki Okamura
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2017-04-20
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-20
Also published as: JP6805948B2

Abstract

【課題】触媒の搭載数の増加を抑制しつつ、浄化性能を適切に発生させる。【解決手段】排気浄化装置１は、上流通路５２と第１枝通路４４および第２枝通路４６とを遮断し、上流通路５２と第３枝通路４８とを連通し、第１枝通路４４と第２枝通路４６とを連通する第１状態、または、上流通路５２と第２枝通路４６および第３枝通路４８とを遮断し、上流通路５２と第１枝通路４４とを連通し、第２枝通路４６と第３枝通路４８とを連通する第２状態に切り換え可能な第１切換弁８０と、下流通路５４と第２枝通路４６および第３枝通路４８とを遮断し、下流通路５４と第１枝通路４４とを連通し、第２枝通路４６と第３枝通路４８とを連通する第３状態、または、下流通路５４と第１枝通路４４および第２枝通路４６とを遮断し、下流通路５４と第３枝通路４８とを連通し、第１枝通路４４と第２枝通路４６とを連通する第４状態に切り換え可能な第２切換弁９０とをさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置の構成に関する。

ディーゼルエンジン等の排気ガスを浄化するために、排気通路には、たとえば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）等のフィルタやＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒等の還元触媒が排気浄化装置として設けられる。たとえば、ＳＣＲ触媒においては、上流側から供給される尿素水によって窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」とも記載する）を還元することによって排気ガスが浄化される。このような場合には、適切に還元反応を生じさせるためにＳＣＲ触媒を所定温度以上に昇温させる必要がある。また、ＤＰＦにおいては、排気ガス中の粒子状物質を捕集することによって排気ガスが浄化される。捕集した粒子状物質によってフィルタが目詰まりすると浄化性能が低下するため、堆積した粒子状物質を燃焼させてＤＰＦを再生するためにＤＰＦを所定温度以上に昇温させる必要がある。

このような複数種類の触媒は、排気ガスの経路上の所定の位置に設けられる。たとえば、特開２００９−１５０２７９号公報には、ＤＰＦがＳＣＲ触媒よりも排気通路の上流側に設けられる排気浄化装置の構成が開示される。

特開２００９−１５０２７９号公報

しかしながら、上述した構成を有する排気浄化装置において、排気ガスの温度は排気通路４２の下流側になるほど放熱され低下していくことになる。そのため、ＤＰＦやＳＣＲ触媒等が設けられる位置によっては、浄化性能を機能させるために速やかに昇温させるための触媒をＤＰＦやＳＣＲ触媒毎に別途設ける必要がある。その結果、触媒の搭載数の増加によって排気浄化装置の製造コストが増加する場合がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、触媒の搭載数の増加を抑制しつつ、浄化性能を適切に発生させる排気浄化装置を提供することである。

この発明のある局面に係る排気浄化装置は、エンジンに接続され、排気ガスを流通する排気通路と、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、排気通路内に還元剤を供給する供給装置と、供給装置よりも下流の位置に設けられ、還元剤を用いて窒素酸化物を浄化する還元触媒とを備える排気浄化装置である。排気通路は、所定の分岐位置から分岐し、所定の合流位置において合流する、第１枝通路と、第２枝通路と、第３枝通路と、分岐位置よりも上流の上流通路と、合流位置よりも下流の下流通路とを含む。第１枝通路には、還元触媒が設けられる。第３枝通路には、フィルタが設けられる。排気浄化装置は、分岐位置において、上流通路と第１枝通路および第２枝通路とを遮断し、上流通路と第３枝通路とを連通し、第１枝通路と第２枝通路とを連通する第１状態と、上流通路と第２枝通路および第３枝通路とを遮断し、上流通路と第１枝通路とを連通し、第２枝通路と第３枝通路とを連通する第２状態とのうちのいずれかの状態に切り換え可能な第１切換弁と、合流位置において、下流通路と第２枝通路および第３枝通路とを遮断し、下流通路と第１枝通路とを連通し、第２枝通路と第３枝通路とを連通する第３状態と、下流通路と第１枝通路および第２枝通路とを遮断し、下流通路と第３枝通路とを連通し、第１枝通路と第２枝通路とを連通する第４状態とのうちのいずれかの状態に切り換え可能な第２切換弁とをさらに備える。

このようにすると、たとえば、第１切換弁を第１状態にし、第２切換弁を第３状態にすると、上流通路からの排気ガスは、分岐位置から第３枝通路のフィルタを通過した後に、合流位置において第２枝通路に流入し、分岐位置において第２枝通路から第１枝通路の還元触媒を通過した後に、合流位置において下流通路に流入する。一方、たとえば、第１切換弁を第２状態にし、第２切換弁を第４状態にすると、上流通路からの排気ガスは、分岐位置から第１枝通路の還元触媒を通過した後に、合流位置において第２枝通路に流入し、分岐位置において第２枝通路から第３枝通路のフィルタを通過した後に、合流位置において下流通路に流入する。このように、第１切換弁および第２切換弁の状態を切り換えることによって排気ガスの流通経路においてフィルタおよび還元触媒の上流・下流の位置関係を変更することができる。そのため、たとえば、フィルタの再生や浄化性能の発生等のために昇温が要求される方をより排気温度の高い位置に変更することによって速やかに昇温させることができる。そのため、フィルタや還元触媒毎に昇温させるための触媒を別途設ける必要がなくなる。したがって、触媒の搭載数の増加を抑制しつつ、触媒の浄化性能を適切に発生させる排気浄化装置を提供することができる。

好ましくは、排気浄化装置は、第１切換弁の状態と第２切換弁の状態とを制御する制御装置をさらに備える。制御装置は、フィルタの再生時に、第１状態になるように第１切換弁の状態を制御するとともに、第３状態になるように第２切換弁の状態を制御する。制御装置は、フィルタの非再生時に、第２状態になるように第１切換弁の状態を制御するとともに、第３状態になるように第２切換弁の状態を制御する。

このようにすると、たとえば、昇温の熱源を排気通路の上流に配置している場合には、フィルタの再生時においては、排気ガスの流通経路においてフィルタの位置を還元触媒よりも上流にすることができる。そのため、フィルタの温度を速やかに上昇させてフィルタを再生させることができる。また、フィルタの非再生時においては、排気ガスの流通経路において還元触媒の位置をフィルタよりも上流にすることができる。そのため、還元触媒の温度を速やかに上昇させて窒素酸化物を還元するための浄化性能を適切に発生させることができる。

さらに好ましくは、制御装置は、第１切換弁の切り換えと第２切換弁の切り換えとを行なう場合に、第１切換弁の切り換えが完了した後に第２切換弁の切り換えを行なう。

このようにすると、第１切換弁の切り換えが完了した後に第２切換弁の切り換えを行なうことによって上流通路の排気ガスが第２枝通路を経由して下流通路に流通することを抑制することができる。

この発明によると、触媒の搭載数の増加を抑制しつつ、触媒の浄化性能を適切に発生させる排気浄化装置を提供することができる。

排気浄化装置の構成を示す図である。第１切換弁および第２切換弁の状態の切り換えを説明するための図である。触媒温度と浄化性能との関係を説明するための図である。制御装置で実行される制御処理の内容を示すフローチャートである。ＤＰＦ非再生時の排気浄化装置の動作を説明するための図である。ＤＰＦ再生時の排気浄化装置の動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置１の構成を示す図である。排気浄化装置１は、エンジン１０から排出される排気ガスを浄化する。

エンジン１０は、たとえば、ディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１０は、動作時において気筒内において空気と燃料との混合気を燃焼させてピストンおよびクランク機構によって出力軸を回転させる。気筒内の混合気は燃焼後に排気ガスとして気筒外へ排出される。

エンジン１０の排気側にはエキゾーストマニホールド１２と、ターボチャージャー２０とが設けられる。エキゾーストマニホールド１２は、気筒数に応じた数だけ分岐する枝管を有しており、各枝管がエンジン１０の各気筒に接続される。エキゾーストマニホールド１２の枝管が１つに集約された部分には第１通路１４の一方端が接続される。第１通路１４の他方端は、ターボチャージャー２０のタービン２８の排気ガスの流入口に接続される。

ターボチャージャー２０は、コンプレッサ２６と、タービン２８とを含む。コンプレッサ２６における吸入空気の流入口には、第１吸気通路２２の一方端が接続される。第１吸気通路２２の他方端には、エアクリーナ（図示せず）等が設けられる。コンプレッサ２６の吸入空気の排出口には、図示しないインタークーラーに接続される第２吸気通路２４の一方端が接続される。コンプレッサ２６内には、コンプレッサブレード（図示せず）が回転可能に設けられ、タービン２８内のタービンブレード（図示せず）と一体的に回転する。ターボチャージャー２０のタービン２８の排気ガスの排出口には、第２通路３０の一方端が接続される。

気筒外に排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド１２および第１通路１４を経由してタービン２８に流入し、タービンブレードを回転させる力を作用させた後に第２通路３０に流入する。タービンブレードの回転によってコンプレッサブレードが回転し、過給が行なわれる。第２通路３０の他方端には、排気浄化装置１が接続される。

排気浄化装置１は、酸化触媒４０と、排気通路４２と、ＳＣＲ触媒５０と、第１圧力センサ６４と、第２圧力センサ６６と、第１切換弁８０と、第２切換弁９０と、尿素水噴射装置１１０と、尿素水タンク１１２とを含む。

排気通路４２は、所定の分岐位置から分岐し、所定の合流位置において合流する、第１枝通路４４と、第２枝通路４６と、第３枝通路４８と、分岐位置よりも上流の上流通路５２と、合流位置よりも下流の下流通路５４とを含む。第１枝通路４４には、尿素水噴射装置１１０とＳＣＲ触媒５０とが設けられる。ＳＣＲ触媒５０は、尿素水噴射装置１１０よりも排気ガスの流通経路において下流となる位置に配置される。また、第３枝通路４８には、ＤＰＦ６０が設けられる。

図２は、第１切換弁８０および第２切換弁９０の状態の切り換えを説明するための図である。

図２に示すように、第１切換弁８０は、第１状態（図２の実線で示される第１切換弁８０参照）と、第２状態（図２の破線で示される第１切換弁８０参照）とのうちのいずれかの状態に切り換え可能に設けられる。具体的には、第１状態は、分岐位置において、第１切換弁８０が、上流通路５２と第１枝通路４４および第２枝通路４６とを遮断し、上流通路５２と第３枝通路４８とを連通し、第１枝通路４４と第２枝通路４６とを連通する状態である。第２状態は、分岐位置において、第１切換弁８０が、上流通路５２と第２枝通路４６および第３枝通路４８とを遮断し、上流通路５２と第１枝通路４４とを連通し、第２枝通路４６と第３枝通路４８とを連通する状態である。

さらに、第２切換弁９０は、第３状態（図２の実線で示される第２切換弁９０参照）と、第４状態（図２の破線で示される第２切換弁９０参照）とのうちのいずれかの状態に切り換え可能に設けられる。具体的には、第３状態は、合流位置において、第２切換弁９０が、下流通路５４と第２枝通路４６および第３枝通路４８とを遮断し、下流通路５４と第１枝通路４４とを連通し、第２枝通路４６と第３枝通路４８とを連通する状態である。第４状態は、合流位置において、第２切換弁９０が、下流通路５４と第１枝通路４４および第２枝通路４６とを遮断し、下流通路５４と第３枝通路４８とを連通し、第１枝通路４４と第２枝通路４６とを連通する状態である。

図１に戻って、酸化触媒４０の構成部材には、白金等の貴金属からなる酸化触媒が塗布されており、通過する排気ガスのガス成分（ＮＯｘ、炭素酸化物（ＣＯｘ）あるいは未燃の炭化水素（未燃ＨＣ）など）を酸化する。また、酸化触媒４０は、エンジン１０におけるポスト噴射や燃料添加装置（図示せず）からの添加によって供給される燃料を酸化する。この燃料の酸化反応によって酸化熱が生じる。

尿素水噴射装置１１０は、制御装置１００からの制御信号によって制御され、第１枝通４４内を流れる排気ガス中（すなわち、ＳＣＲ触媒５０よりも上流側の排気ガス中）に還元剤である尿素水を噴射する。尿素水噴射装置１１０には、尿素水を貯蔵する尿素水タンク１１２からポンプ（図示せず）等を用いて尿素水が供給される。尿素水噴射装置１１０は、たとえば、噴射ノズル等によって構成され、第１枝通路４４内に尿素水を噴射する。

ＳＣＲ触媒５０は、加水分解により尿素水から生成されるアンモニア（ＮＨ_３）を用いて排気に含まれるＮＯｘを選択還元浄化する。

ＤＰＦ６０は、たとえば、セラミックまたはステンレス等から形成される。ＤＰＦ６０は、排気ガスの通過を許容しつつ、通過する排気ガスから粒子状物質を捕集する。ＤＰＦ６０には、白金等の貴金属からなる酸化触媒が塗布される。そのため、ＤＰＦ６０においても上述の排気ガスのガス成分の酸化が可能となる。

制御装置１００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムおよびデータを記憶する、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリと、制御装置１００の外部の機器との情報のやり取りを行なう入・出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。

制御装置１００は、入力ポートに接続された機器から信号を受信し、受信した信号に基づいて出力ポートに接続された機器（たとえば、第１切換弁８０、第２切換弁９０、尿素水噴射装置１１０等）の動作を制御する。制御装置１００の入力ポートには、たとえば、第１圧力センサ６４および第２圧力センサ６６が接続される。

第１圧力センサ６４は、ＤＰＦ６０の上流側の排気ガスの圧力Ｐ１を検出する。第１圧力センサ６４は、検出されたＤＰＦ６０の上流側の排気ガスの圧力Ｐ１を示す信号を制御装置１００に出力する。

第２圧力センサ６６は、ＤＰＦ６０の下流側の排気ガスの圧力Ｐ２を検出する。第２圧力センサ６６は、検出されたＤＰＦ６０の下流側の排気ガスの圧力Ｐ２を示す信号を制御装置１００に出力する。

なお、制御装置１００の入力ポートには、その他に、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃｃを信号が入力されるものとする。

以上のような構成を有する排気浄化装置１を構成するＳＣＲ触媒５０においては、上流側から供給される尿素水によってＮＯｘを還元することによって排気ガスが浄化される。このような場合には、適切に還元反応を生じさせるためにＳＣＲ触媒５０を所定温度以上に昇温させる必要がある。

図３は、触媒温度と還元率との関係を説明するための図である。図３の縦軸は、ＳＣＲ触媒５０の浄化性能を示す還元率（浄化率）を示す。図３の横軸は、触媒温度を示す。図３に示すように、触媒温度がしきい値Ａ以上となるときに、ＮＯｘの還元が可能となる。そして、触媒温度がしきい値Ｂ（たとえば、２００℃程度）以上となるときに適切な還元反応が生じる還元率Ｃに到達することになる。そのため、ＳＣＲ触媒５０の浄化性能を適切に機能させるためにＳＣＲ触媒５０の温度をしきい値Ｂ以上に昇温させる必要がある。

また、ＤＰＦ６０においては、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ（Particular Matter）と記載する場合がある。）を捕集することによって排気ガスが浄化される。制御装置１００は、捕集した粒子状物質によってＤＰＦ６０のフィルタ部が目詰まりすると浄化性能が低下するため、堆積した粒子状物質を燃焼させてＤＰＦ６０を再生する再生制御を実行する。制御装置１００は、ＰＭの堆積量がしきい値以上である場合に再生制御を実行する。再生制御を実行するためには、ＤＰＦ６０を再生に適した所定温度以上に昇温させる必要がある。

しかしながら、上述した構成を有する排気浄化装置１において、排気ガスの温度は排気通路４２の下流側になるほど放熱され低下していくことになる。そのため、ＤＰＦ６０やＳＣＲ触媒５０等が設けられる位置によっては、浄化性能を機能させるために速やかに昇温させるための触媒をＤＰＦ６０やＳＣＲ触媒毎に別途設ける必要がある。その結果、触媒の搭載数の増加によって排気浄化装置１の製造コストが増加する場合がある。

そこで、本実施の形態においては、排気浄化装置１の構成を図１に示す構成とするものとする。このようにすると、第１切換弁８０および第２切換弁９０の状態を切り換えることにより、排気ガスの流通経路においてＤＰＦ６０とＳＣＲ触媒５０との上流・下流の位置関係を変更することができる。

また、本実施の形態において、制御装置１００は、ＤＰＦ６０の再生時に、第１状態になるように第１切換弁８０の状態を制御するとともに、第３状態になるように第２切換弁９０の状態を制御するものとする。さらに、制御装置１００は、ＤＰＦ６０の非再生時に、第２状態になるように第１切換弁８０の状態を制御するとともに、第３状態になるように第２切換弁９０の状態を制御するものとする。

このようにすると、ＤＰＦ６０の再生時においては、排気ガスの流通経路においてＤＰＦ６０の位置をＳＣＲ触媒５０よりも上流にすることができる。そのため、ＤＰＦ６０の位置が昇温の熱源である酸化触媒４０に近い位置になるため、ＤＰＦ６０の温度を速やかに上昇させてＤＰＦ６０を再生させることができる。また、ＤＰＦ６０の非再生時においては、排気ガスの流通経路においてＳＣＲ触媒５０の位置をＤＰＦ６０よりも上流にすることができる。そのため、ＳＣＲ触媒５０の位置が酸化触媒４０に近い位置になるため、ＳＣＲ触媒５０の温度を速やかに上昇させてＮＯｘを還元するための浄化性能を適切に発生させることができる。

以下、図４を参照して、本実施の形態における制御装置１００で実行される制御処理について説明する。図４は、制御装置１００で実行される制御処理の内容を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、所定の制御周期毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。これらのフローチャートに含まれる各ステップは、基本的には、制御装置１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部または全部が制御装置１００内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置１００は、ＤＰＦ６０の再生時であるか否かを判定する。制御装置１００は、たとえば、ＰＭの堆積量がしきい値以上である場合に、ＤＰＦ６０の再生時であると判定する。制御装置１００は、たとえば、ＤＰＦ６０の上流側の圧力Ｐ１と下流側の圧力Ｐ２との差圧がしきい値以上である場合に、ＰＭの堆積量がしきい値以上であると判定する。ＤＰＦ６０の再生時であると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。

Ｓ１０２にて、制御装置１００は、第１切換弁８０を第１状態に切り換える。Ｓ１０４にて、制御装置１００は、第２切換弁９０を第３状態に切り換える。制御装置１００は、たとえば、第１切換弁８０の切り換えが完了した後に、第２切換弁９０を第３状態に切り換える。

第２切換弁９０を第３状態に切り換えるタイミングとしては、たとえば、第１切換弁８０の第１状態への切り換えが開始されてから上流通路５２から第３枝通路４８に流入する排気ガスが第２切換弁９０に到達するまでに第２切換弁９０の切り換えが完了するように設定されることが望ましい。このようにすると、上流通路５２から第３枝通路４８に流入する排気ガスをＳＣＲ触媒５０およびＤＰＦ６０の双方に流通させることができる。

一方、制御装置１００は、ＤＰＦ６０の再生時でない（すなわち、ＤＰＦ６０の非再生時である）と判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理をＳ１０６に移す。

Ｓ１０６にて、制御装置１００は、第１切換弁８０を第２状態に切り換える。Ｓ１０８にて、制御装置１００は、第２切換弁９０を第４状態に切り換える。制御装置１００は、たとえば、第１切換弁８０が第２状態に切り換えられた後に、第２切換弁９０を第４状態に切り換える。

第２切換弁９０を第４状態に切り換えるタイミングとしては、たとえば、第１切換弁８０の第２状態への切り換えが開始されてから上流通路５２から第１枝通路４４に流入する排気ガスが第２切換弁９０に到達するまでに第２切換弁９０の切り換えが完了するように設定することが望ましい。このようにすると、上流通路５２から第１枝通路４４に流入する排気ガスをＳＣＲ触媒５０およびＤＰＦ６０の双方に流通させることができる。

以上のような構成およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る排気浄化装置１の動作について図５および図６を参照しつつ説明する。

図５は、ＤＰＦ６０の非再生時の排気浄化装置１の動作を説明するための図である。たとえば、ＤＰＦ６０の上流側の圧力Ｐ１と下流側の圧力Ｐ２との差圧がしきい値よりも小さい場合には、ＰＭの堆積量がしきい値よりも小さいため、ＤＰＦ６０の非再生時であると判定される（Ｓ１００にてＮＯ）。この場合、第１切換弁８０が第２状態に切り換えられた後に（Ｓ１０６）、第２切換弁９０が第４状態に切り換えられる（Ｓ１０８）。

エンジン１０から排出される排気ガスは、エキゾーストマニホールド１２および第１通路１４、タービン２８、第２通路３０を経由して、酸化触媒４０に流通する。酸化触媒４０において、排気ガスに含まれるガス成分が酸化されることにより酸化熱が生じ、排気ガスの温度が上昇する。酸化触媒４０を通過した排気ガスは、図５の矢印に示すように、上流通路５２から分岐位置に到達した後、第１枝通路４４に流入する。ＳＣＲ触媒５０は、第１枝通路４４に流入した排気ガスによって昇温される。なお、ＳＣＲ触媒５０を昇温する場合には、ポスト噴射や燃料添加装置からの燃料供給によって排気ガス温度が上昇される。

第１枝通路４４内においては、尿素水噴射装置１１０から噴射された尿素水がＳＣＲ触媒５０に付着される。付着された尿素水は、昇温したＳＣＲ触媒５０において加水分解によりアンモニア（ＮＨ_３）が生成され、生成されたアンモニアが還元剤としてＮＯｘが浄化される。ＳＣＲ触媒５０を通過した排気ガスは、合流位置において第２枝通路４６に流入する。第２枝通路４６に流入した排気ガスは、第１切換弁８０側に流通する。そして、分岐位置において排気ガスは、第２枝通路４６から第３枝通路４８に流入する。第３枝通路４８に流入した排気ガスは、ＤＰＦ６０に到達する。ＤＰＦ６０には、酸化触媒が塗布されていることから、酸化触媒の酸化反応によってＳＣＲ触媒５０からスリップしたアンモニアが除去される。ＤＰＦ６０を通過した排気ガスは、合流位置において下流通路５４に流入する。

図６は、ＤＰＦ６０の再生時の排気浄化装置１の動作を説明するための図である。たとえば、ＤＰＦ６０の上流側の圧力Ｐ１と下流側の圧力Ｐ２との差圧がしきい値以上である場合には、ＰＭの堆積量がしきい値以上であるため、ＤＰＦ６０の再生時であると判定される（Ｓ１００にてＹＥＳ）。そのため、第１切換弁８０が第１状態に切り換えられた後に（Ｓ１０２）、第２切換弁９０が第３状態に切り換えられる（Ｓ１０４）。

その結果、酸化触媒４０を通過した排気ガスは、図６の矢印に示すように、上流通路５２から分岐位置に到達した後、第３枝通路４８に流入する。ＤＰＦ６０は、第３枝通路４８に流入した排気ガスによって昇温される。なお、ＤＰＦ６０を昇温する場合には、ポスト噴射が燃料添加装置からの燃料供給によって排気ガス温度が上昇される。

第３枝通路４８に流入した排気ガスによってＤＰＦ６０が昇温すると、ＤＰＦ６０のフィルタ部に堆積したＰＭが燃焼することによってＤＰＦ６０が再生される。ＤＰＦ６０を通過した排気ガスは、合流位置において第２枝通路４６に流入する。第２枝通路４６に流入した排気ガスは、第１切換弁８０側に流通する。そして、分岐位置において排気ガスは、第２枝通路４６から第１枝通路４４のＳＣＲ触媒５０を通過する。

酸化触媒４０を通過する前の排気ガスに含まれる未燃ＨＣは、排気ガスが酸化触媒４０およびＤＰＦ６０を流通する過程において酸化されるため、ＳＣＲ触媒５０の浄化性能の低下が抑制される。ＳＣＲ触媒５０を通過した排気ガスは、合流位置おいて下流通路５４に流通する。

以上のようにして、本実施の形態に係る排気浄化装置によると、ＤＰＦ６０の再生時においては、第１切換弁８０を第１状態にし、第２切換弁９０を第３状態にすると、上流通路５２からの排気ガスは、分岐位置から第３枝通路４８のＤＰＦ６０を通過した後に、合流位置において第２枝通路４６に流入し、分岐位置において第２枝通路４６から第１枝通路４４のＳＣＲ触媒５０を通過した後に、合流位置において下流通路５４に流入する。また、ＤＰＦ６０の非再生時においては、第１切換弁８０を第２状態にし、第２切換弁９０を第４状態にすると、上流通路５２からの排気ガスは、分岐位置から第１枝通路４４のＳＣＲ触媒５０を通過した後に、合流位置において第２枝通路４６に流入し、分岐位置において第２枝通路４６から第３枝通路４８のＤＰＦ６０を通過した後に、合流位置において下流通路５４に流入する。このように、第１切換弁８０および第２切換弁９０の状態を切り換えることによって排気ガスの流通経路においてＤＰＦ６０およびＳＣＲ触媒５０の上流・下流の位置関係を変更することができる。そのため、たとえば、フィルタの再生や浄化性能の発生等のために昇温が要求される方をより排気温度の高い位置である上流の位置（昇温の熱源である酸化触媒４０に近い位置）にすることによって速やかに昇温させることができる。そのため、ＳＣＲ触媒５０あるいはＤＰＦ６０毎に昇温させるための触媒を別途設ける必要がなくなる。したがって、触媒の搭載数の増加を抑制しつつ、触媒の浄化性能を適切に発生させる排気浄化装置を提供することができる。また、ＤＰＦ６０およびＳＣＲ触媒５０には常に同一方向から排気ガスが流入するため、ＤＰＦ６０では、捕集されたＰＭが逆流することを防止できる。さらに、ＳＣＲ触媒５０では、同一方向から排気ガスが流入するため、流入方向に合わせて尿素水噴射装置を複数設ける必要がない。

さらに、第１切換弁８０の切り換えが完了した後に第２切換弁９０の切り換えを行なうことによって上流通路５２の排気ガスが第２枝通路４６を経由して下流通路５４に流通することを抑制することができる。

さらに、ＳＣＲ触媒５０とＤＰＦ６０とを直列方向に配置する必要がなくなるため、排気浄化装置１の直列方向の長さが長大になることを抑制することができる。

さらに、ＤＰＦ６０にも酸化触媒が塗布されるため、ＤＰＦ６０の非再生時おいて、ＤＰＦ６０の位置がＳＣＲ触媒５０の位置よりも排気ガスの流通経路における下流の位置になることにより、ＳＣＲ触媒５０からスリップしたＮＨ_３を除去することができる。そのため、ＳＣＲ触媒５０からスリップしたＮＨ_３を除去するための酸化触媒を別途設ける必要がなくなるため、触媒の搭載数の増加を抑制することができる。

また、ＤＰＦ６０の再生時には、ＤＰＦ６０にも酸化触媒が塗布されるため、酸化触媒４０とともに排気ガス中の未燃ＨＣを除去することができるため、ＳＣＲ触媒５０の浄化性能の低下を抑制することができる。

以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態においては、ＳＣＲ触媒５０とＤＰＦ６０との配置について特に限定することなく排気浄化装置１の構成について説明したが、たとえば、ＳＣＲ触媒５０とＤＰＦ６０とは、一つの筐体に収納するように配置してもよい。このようにすると、ＳＣＲ触媒５０とＤＰＦ６０との位置が近接した位置関係になるため、ＳＣＲ触媒５０とＤＰＦ６０との間での受熱効果を発生し、温度低下を抑制することができる。

上述の実施の形態においては、尿素水を還元剤として用いるものとして説明したが、特に還元剤としては尿素水の限定されるものではなく、たとえば、アンモニア水であってもよい。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１排気浄化装置、１０エンジン、１２エキゾーストマニホールド、１４第１通路、２０ターボチャージャー、２２第１吸気通路、２４第２吸気通路、２６コンプレッサ、２８タービン、３０第２通路、４０酸化触媒、４２排気通路、４４第１枝通路、４６第２枝通路、４８第３枝通路、５０ＳＣＲ触媒、５２上流通路、５４下流通路、６０ＤＰＦ、６４第１圧力センサ、６６第２圧力センサ、８０第１切換弁、９０第２切換弁、１００制御装置、１１０尿素水噴射装置、１１２尿素水タンク。

Claims

エンジンに接続され、排気ガスを流通する排気通路と、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路内に還元剤を供給する供給装置と、前記供給装置よりも下流の位置に設けられ、前記還元剤を用いて窒素酸化物を浄化する還元触媒とを備える排気浄化装置であって、
前記排気通路は、所定の分岐位置から分岐し、所定の合流位置において合流する、第１枝通路と、第２枝通路と、第３枝通路と、前記分岐位置よりも上流の上流通路と、前記合流位置よりも下流の下流通路とを含み、
前記第１枝通路には、前記還元触媒が設けられ、
前記第３枝通路には、前記フィルタが設けられ、
前記排気浄化装置は、
前記分岐位置において、前記上流通路と前記第１枝通路および前記第２枝通路とを遮断し、前記上流通路と前記第３枝通路とを連通し、前記第１枝通路と前記第２枝通路とを連通する第１状態と、前記上流通路と前記第２枝通路および前記第３枝通路とを遮断し、前記上流通路と前記第１枝通路とを連通し、前記第２枝通路と前記第３枝通路とを連通する第２状態とのうちのいずれかの状態に切り換え可能な第１切換弁と、
前記合流位置において、前記下流通路と前記第２枝通路および前記第３枝通路とを遮断し、前記下流通路と前記第１枝通路とを連通し、前記第２枝通路と前記第３枝通路とを連通する第３状態と、前記下流通路と前記第１枝通路および前記第２枝通路とを遮断し、前記下流通路と前記第３枝通路とを連通し、前記第１枝通路と前記第２枝通路とを連通する第４状態とのうちのいずれかの状態に切り換え可能な第２切換弁とをさらに備える、排気浄化装置。
前記排気浄化装置は、前記第１切換弁の状態と前記第２切換弁の状態とを制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記フィルタの再生時に、前記第１状態になるように前記第１切換弁の状態を制御するとともに、前記第３状態になるように前記第２切換弁の状態を制御し、
前記フィルタの非再生時に、前記第２状態になるように前記第１切換弁の状態を制御するとともに、前記第３状態になるように前記第２切換弁の状態を制御する、請求項１に記載の排気浄化装置。
前記制御装置は、前記第１切換弁の切り換えと前記第２切換弁の切り換えとを行なう場合に、前記第１切換弁の切り換えが完了した後に前記第２切換弁の切り換えを行なう、請求項２に記載の排気浄化装置。