JP2020056339A - 排気ガス浄化システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率を向上する排気ガス浄化システムを提供する。【解決手段】第一配管１３及び第二配管１４と流路切替装置１５と選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置（２３、２５）と制御装置２４とを備え、エンジン１が始動して流路切替装置１５に第一配管１３に切り替えさせた後に、パラメータ取得装置が取得したパラメータ（運転時間ｔｘ）から選択的還元触媒装置１２の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態の場合に、制御装置２４により、流路切替装置１５に第二配管１４に切り替えさせる制御を行う構成にした。【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス浄化システム及びその制御方法に関し、より詳細には、排気ガスに含有される窒素酸化物の浄化率を向上する排気ガス浄化システム及びその制御方法に関する。

エンジンから排出される排気ガスに含有される窒素酸化物を浄化するシステムとして、吸蔵還元型の触媒と、その触媒の上流側に配置された複数の排気ガス通路及びそれらに流れる排気ガス量の比率を可変とする制御弁からなる排気ガス冷却量可変手段とを備えたシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、排気ガスに含有される窒素酸化物を浄化する装置としては、吸蔵還元型の触媒の他に、尿素水などの還元剤を用いて窒素酸化物を還元する選択的還元触媒装置も提案されている。

特開２００８−７５５７１号公報

ところで、エンジンにおける窒素酸化物の浄化に関しては、エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率の向上が課題となっている。エンジンの始動時は、エンジンが外気温と同等かそれ以下の温度まで冷えている状態の場合があり、触媒の温度が窒素酸化物の浄化に適した温度に達するまで窒素酸化物の浄化率が低下するおそれがある。

特許文献１に記載のシステムは、排気ガス冷却量可変手段により吸蔵還元型の触媒の温度を所定温度域にする制御として、高速走行などの高負荷運転が継続されて排気ガスの温度が高い状態が続いたときに、排気ガスの温度を低下させている。つまり、特許文献１に記載のシステムは、エンジンの始動時における窒素酸化物の浄化率の低下が考慮されていない。それ故、特許文献１に記載の装置を単純に利用してもエンジンの始動時における窒素酸化物の浄化率の低下に対する有効な解決策とはならない。

本開示の目的は、エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率を向上する排気ガス浄化システムを提供することである。

上記の目的を達成する本発明の一態様の排気ガス浄化システムは、エンジンの排気通路に還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する選択的還元触媒装置と、を備える排気ガス浄化システムにおいて、前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管と、排気ガスの流路をそれらの複数の配管のうちの一つに切り替える流路切替装置と、前記選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記流路切替装置及び前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、前記複数の配管は、第一配管及び第二配管を少なくとも有し、前記第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差が、前記第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく、前記エンジンが始動して、前記流路切替装置に前記第一配管に切り替えさせた後に、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに基づいた前記選択的還元触媒装置における還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態の場合に、前記制御装置により、前記流路切替装置に前記第二配管に切り替えさせる制御を行う構成にしたことを特徴とする。

上記の目的を達成する本発明の一態様の排気ガス浄化システムの制御方法は、還元剤噴射装置によりエンジンの排気通路に還元剤を噴射し、選択的還元触媒装置により噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する排気ガス浄化システムの制御方法において、前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管のうちの第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差を、第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく設定し、前記エンジンが始動する場合に、流路切替装置により、前記第一配管に切り替え、前記第一配管に切り替えた後に、前記選択的還元触媒装置の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態になる場合に、前記流路切替装置により、前記第二配管に切り替えることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

排気ガス浄化システムの第一実施形態を例示する構成図であり、排気ガスの流路が第一配管に切り替えられた状態を示す。 排気ガス浄化システムの第一実施形態を例示する構成図であり、排気ガスの流路が第二配管に切り替えられた状態を示す。 排気ガス浄化システムの制御方法を例示するフロー図である。 排気ガス浄化システムの診断方法を例示するフロー図である。 エンジンの冷間始動時における時間の経過と排気ガスの温度との関係を例示した関係図である。 排気ガス浄化システムの第二実施形態を例示する構成図であり、排気ガスの流路が第一配管に切り替えられた状態を示す。

以下に、排気ガス浄化システム１０の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、Ｗ１が冷却水を示し、Ｇ１が排気ガスを示す。

図１及び図２に例示するように、第一実施形態の排気ガス浄化システム１０は、還元剤として尿素水を用いて、車両のエンジン１から排出される排気ガスＧ１に含有される窒素酸化物を噴射された尿素水の加水分解により生じたアンモニアによる還元反応によって還元するシステムである。

排気ガス浄化システム１０は、還元剤噴射装置１１、選択的還元触媒装置１２、第一配管１３、第二配管１４、流路切替装置１５、各センサ２０〜２３、及び、制御装置２４を備える。排気ガス浄化システム１０は、還元剤噴射装置１１及び選択的還元触媒装置１２が、エンジン１に対して近接配置されるものである。

還元剤噴射装置１１及び選択的還元触媒装置１２は、エンジン１が設置されるエンジンルーム２に配置されることが好ましく、エンジン１の本体表面に設置されることがより好ましい。還元剤噴射装置１１及び選択的還元触媒装置１２がエンジン１に対して近接配置されることで、エンジン１から排出された排気ガスＧ１が選択的還元触媒装置１２に到達するまでの間に温度が過剰に低下することを抑制するには有利になる。

還元剤噴射装置１１は、還元剤としてエンジンルーム２の外側に配置されたタンク１６に貯留され、ポンプ１７により圧送された尿素水を排気通路３に噴射する装置である。還元剤噴射装置１１は、第一配管１３及び第二配管１４の分岐地点１８及び合流地点１９の間を除いて、排気ガスＧ１の流れに関して選択的還元触媒装置１２の上流側の排気通路３に還元剤を噴射可能であればよい。還元剤噴射装置１１は、第一配管１３及び第二配管１４の合流地点１９と選択的還元触媒装置１２の入口の間に還元剤を噴射可能に構成することが望ましい。

選択的還元触媒装置１２は、還元剤噴射装置１１から噴射された還元剤を用いて窒素酸化物を還元する触媒装置である。選択的還元触媒装置１２は、セラミックスで構成された円柱状の多孔質構造体であり、多孔質の隔壁により複数の通気孔が形成され、その多孔質の隔壁に排気ガスＧ１に含有する窒素酸化物を還元する選択的還元触媒が担持される。この選択的還元触媒としては、バナジウムやゼオライトなどが例示される。選択的還元触媒装置１２は、貴金属を使用する吸蔵還元型の触媒装置と比して、貴金属を使用しないことから低コストで製造可能な装置である。また、選択的還元触媒装置１２は、排気ガスＧ１の温度がリーン運転時に窒素酸化物を貴金属上で酸化することで吸蔵する吸蔵還元型の触媒装置に比して、排気ガスＧ１の温度が低い状態の浄化効率が高い装置である。

選択的還元触媒装置１２が還元剤を用いて窒素酸化物を還元可能な温度Ｔｘの領域は、選択的還元触媒が活性化する温度領域である。本開示で、Ｔａをこの温度領域の活性下限値として、Ｔｂをこの温度領域の活性上限値とする。

第一配管１３及び第二配管１４は、排気通路３におけるエンジン１及び選択的還元触媒装置１２との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管である。第一配管１３及び第二配管１４は、通過前及び通過後の排気ガスＧ１の温度差が異なるものであり、第一配管１３の温度差に比して第二配管１４の温度差が大きくなる（第一配管１３の温度差は第二配管の温度差に比して小さくなる）。換言すると、第二配管１４の排気ガスＧ１に対する冷却性能は、第一配管１３に比して高くなる。第一配管１３及び第二配管１４の分岐地点１８及び合流地点１９は、排気ガスＧ１の流れに関して選択的還元触媒装置１２の上流側の排気通路３に配置されればよい。

第一配管１３は、エンジン１が冷間始動した場合に流路切替装置１５により切り替えられる配管である。第一配管１３は、エンジン１が冷間始動した直後に第一配管１３を通過後の排気ガスＧ１により選択的還元触媒装置１２の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になる配管である。第一配管１３は、エンジン１が冷間始動した直後に選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性下限値Ｔａ以上、活性上限値Ｔｂ以下になる配管であることが望ましい。また、第一配管１３は、エンジン１の運転状態がアイドリング状態の場合に選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性下限値Ｔａ以上、活性上限値Ｔｂ以下になる配管であることが望ましい。

本開示で、冷間始動とは、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性下限値Ｔａ未満になった状態でエンジン１が始動することであり、エンジン１の冷却水Ｗ１の温度である水温Ｔｗが外気温Ｔｏと同等の状態、あるいは外気温Ｔｏ以下の状態で始動する状態も含む。エンジン１が冷間始動したか否かは、水温Ｔｗに基づいた判定の他に、エンジン１が停止してから始動するまでの時間（選択的還元触媒装置１２が冷却される時間）で判定することもできる。また、本開示でエンジン１が冷間始動した直後とは、エンジン１のクランクシャフト４が回転した直後や図示しない燃料噴射装置から燃料が噴射されて気筒の内部で燃焼が発生した直後を示す。

第一配管１３の配管長Ｌａは、エンジン１が冷間始動した直後にあるいはエンジン１の運転状態がアイドリング状態の場合に第一配管１３を通過後の排気ガスＧ１により選択的還元触媒装置１２の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になるような長さに設定される。なお、第一配管１３の管径は、排気抵抗が増減しないように排気通路３を構成する配管の管径と同等とするとよい。

第二配管１４は、第一配管１３を通過して選択的還元触媒装置１２に到達した排気ガスＧ１により選択的還元触媒装置１２の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態になる場合に、流路切替装置１５により切り替えられる配管である。第二配管１４は、切り替えられた後に第二配管１４を通過して選択的還元触媒装置１２に到達した排気ガスＧ１により選択的還元触媒装置１２の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になる配管である。第二配管１４は、第一配管１３から切り替えられた直後に選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性下限値Ｔａ以上、活性上限値Ｔｂ以下になる配管であることが望ましい。

第二配管１４の配管長Ｌｂは、第一配管１３から第二配管１４に切り替える直後に第二配管１４を通過後の排気ガスＧ１により選択的還元触媒装置１２の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になるような長さに設定される。なお、第二配管１４の管径も第一配管１３と同様に、排気抵抗が増減しないように排気通路３を構成する配管の管径と同等とするとよい。

流路切替装置１５は、エンジン１から選択的還元触媒装置１２に至るまでの排気ガスＧ１の流路を第一配管１３及び第二配管１４のうちの一つに切り替える装置である。流路切替装置１５は、第一配管１３及び第二配管１４の分岐地点１８に配置される。流路切替装置１５としては、電磁三方弁が例示される。本開示で流路切替装置１５は、全開した場合に排気ガスＧ１の流路を第一配管１３に切り替え、全閉した場合に排気ガスＧ１の流路を第二配管１４に切り替えるものとする。

排気ガス用温度センサ２０は、排気ガス用温度取得装置として機能し、合流地点１９から選択的還元触媒装置１２の入口までの間の排気ガスＧ１の温度Ｔｙを所定の周期Δｔｘごとに取得するセンサである。排気ガス用温度センサ２０は、選択的還元触媒装置１２に流入する排気ガスＧ１の温度を取得するように、選択的還元触媒装置１２の入口近傍に配置されることが好ましい。

外気温センサ２１は、環境温度取得装置として機能し、エンジン１における環境温度の一つである外気温Ｔｏを取得するセンサである。水温センサ２２は、環境温度取得装置として機能し、エンジン１における環境温度の一つである水温Ｔｗ（冷却システム５を流れる冷却水Ｗ１の温度）を取得するセンサである。水温センサ２２は、冷却システム５においてエンジン１の内部に形成されるウォータジャケット６を通過後の冷却水Ｗ１の温度を取得することが望ましい。

回転速度センサ２３は、パラメータ取得装置の一部としてエンジン１の始動及び停止を検知する装置として機能し、エンジン回転速度Ｎｅを取得するセンサである。エンジン１の始動を検知する装置としては、回転速度センサ２３に限定されず、例えば、図示しない燃料噴射装置の噴射の有無を検知する装置を用いてもよい。

制御装置２４は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置２４は、還元剤噴射装置１１、流路切替装置１５、排気ガス用温度センサ２０、外気温センサ２１、水温センサ２２、及び、回転速度センサ２３と電気的に接続される。制御装置２４は、排気ガス用温度センサ２０が取得した排気ガスＧ１の温度Ｔｘに基づいて、還元剤噴射装置１１から還元剤を噴射するタイミングを調節する制御を行う。このように制御装置２４は、還元剤の噴射の制御を行う機能を有する装置を例示したが、それらの情報をもとに選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを推定し、流路切替装置１５による流路の切り替えを制御してもよい。

制御装置２４は、機能要素として、タイマー２５、設定兼判定部２６、制御部２７、及び、診断兼警告部２８を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、ＣＰＵにより実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）や電気回路で構成されてもよい。

タイマー２５は、パラメータ取得装置の一部として機能し、回転速度センサ２３が取得したエンジン回転速度Ｎｅが入力されて、エンジン１が始動してからの運転時間ｔｘをカウントし、設定兼判定部２６にカウントした運転時間ｔｘを出力する機能要素である。タイマー２５は、エンジン回転速度Ｎｅがゼロよりも大きくなった時をエンジン１が始動した時と見做してエンジン１が始動してからの運転時間ｔｘをカウントする。また、タイマー２５は、エンジン１が停止してから始動するまでの停止時間ｔｙをカウントし、設定兼判定部２６にカウントした停止時間ｔｙを出力する機能要素でもある。

パラメータ取得装置は、選択的還元触媒装置１２における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得する装置である。窒素酸化物の還元状態としては、窒素酸化物を還元可能な状態と、還元不可能な状態がある。還元可能な状態は選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性下限値Ｔａ以上、活性上限値Ｔｂ以下の状態であり、還元不可能な状態は選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性下限値Ｔａ未満、活性上限値Ｔｂ超の状態である。パラメータとしては、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘ、運転時間ｔｘ、停止時間ｔｙ、エンジン１の運転状況（外気温Ｔｏ、水温Ｔｗ、燃料噴射量）が例示される。パラメータ取得装置は、選択的還元触媒装置１２における窒素酸化物の還元状態を推定可能なパラメータを取得する装置であればよい。

この実施形態のパラメータ取得装置は、パラメータとして運転時間ｔｘ及び停止時間ｔｙを取得する装置であり、回転速度センサ２３及びタイマー２５で構成される。つまり、この実施形態のパラメータ取得装置は、エンジン１の運転時間ｔｘ及び停止時間ｔｙの時間経過により選択的還元触媒装置１２の還元状態を推定する。

設定兼判定部２６は、外気温センサ２１が取得した外気温Ｔｏ及び水温センサ２２が取得した水温Ｔｗが入力されて、第一判定時間ｔａを設定する機能要素である。また、設定兼判定部２６は、タイマー２５がカウントした運転時間ｔｘが入力されて、カウントした運転時間ｔｘが設定した第一判定時間ｔａ以上に経過したか否かを判定し、判定した結果を制御部２７に出力する機能要素である。また、設定兼判定部２６は、タイマー２５がカウントした停止時間ｔｙが入力されて、カウントした停止時間ｔｙが設定した第二判定時間ｔｂ以上に経過したか否かを判定し、判定した結果を制御部２７に出力する機能要素でもある。

第一判定時間ｔａは、第一配管１３から第二配管１４に切り替えるタイミングを判定可能な時間に設定される。第一判定時間ｔａは、予め設定された基準時間ｔ０に対して外気温Ｔｏ及び水温Ｔｗを含む環境温度に基づいたモデル推定、補正をして設定される時間である。基準時間ｔ０は、エンジン１が冷間始動してから排気ガスＧ１の流路が第一配管１３に切り替えられ、その後、第一配管１３を通過して選択的還元触媒装置１２に到達した排気ガスＧ１により選択的還元触媒装置１２で窒素酸化物を還元不可能な状態になるまでの時間に設定される。基準時間ｔ０としては、予め実験や試験により繰り返し測定された時間の平均値や中央値が例示される。

第二判定時間ｔｂは、エンジン１が冷間始動するか否か、つまり、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性下限値Ｔａ未満になったか否かを判定可能な時間に設定される。第二判定時間ｔｂも第一判定時間ｔａ同様に環境温度に基づいたモデル推定、補正をしてもよい。第二判定時間ｔｂとしては、予め実験や試験により繰り返し測定された時間の平均値や中央値が例示される。

制御部２７は、設定兼判定部２６の判定結果が入力されて、その判定結果に基づいて流路切替装置１５に対して流路の切替指示を出す制御を行う機能要素である。また、制御部２７は、流路を第一配管１３に切り替える切替指示を出した場合に制御フラグを降ろし（ｆｌａｇ＝０）、第二配管１４に切り替える切替指示を出した場合に制御フラグを立てる（ｆｌａｇ＝１）機能要素でもある。この制御フラグは、診断兼警告部２８に出力される。

診断兼警告部２８は、排気ガス用温度センサ２０が所定の周期Δｔｘごとに取得した排気ガスＧ１の温度Ｔｙが入力され、制御部２７から流路切替装置１５に対して流路の切替指示が出された前後の温度差ΔＴｙに基づいて、流路切替装置１５の故障を診断する機能要素である。この温度差ΔＴｙは、絶対値とする。診断兼警告部２８は、制御部２７で制御フラグが立てられた時を基準として、その前後の周期（ｔｎ、ｔ（ｎ−１））の温度差ΔＴｙが、予め設定された判定温度Ｔｃ未満の場合に流路切替装置１５が異常であると診断し、温度差ΔＴｙが判定温度Ｔｃ以上の場合に流路切替装置１５が正常であると診断する機能要素である。なお、前後の周期（ｔｎ、ｔ（ｎ−１））の間は一周期分に限定されずに複周期分に跨ってもよい。

また、診断兼警告部２８は、流路切替装置１５が異常であると診断した場合に、警告装置２９により運転者に流路切替装置１５の異常を伝える警告を行わせる機能要素でもある。警告装置２９としては、音や光で運転者に警告可能な装置が例示される。

判定温度Ｔｃは、流路切替装置１５が流路を切り替えたことを判定可能な温度に設定される。判定温度Ｔｃは、流路の切り替えによる温度変化が判定可能な値であればよい。なお、判定温度Ｔｃを第一配管１３における入口側及び出口側の温度差と、第二配管１４における入口側及び出口側の温度差との差分に設定すると、流路が完全に切り替わったか否かを判定することが可能になる。また、判定温度Ｔｃは、外気温Ｔｏ及び水温Ｔｗを含むエンジン１の環境温度やエンジン回転速度Ｎｅを含むエンジン１の運転状態に基づいて設定、あるいは補正されてもよい。

図３に例示するように、排気ガス浄化システム１０の制御方法は、エンジン１が停止したことを制御の開始のトリガーとする方法である。なお、この制御方法は、エンジン１の始動時における制御である。

回転速度センサ２３が取得したエンジン回転速度Ｎｅがゼロになり、エンジン１が停止してスタートすると、タイマー２５のカウントしていた停止時間ｔｙがリセットされ（Ｓ１１０）、エンジン１が停止してから始動するまでの停止時間ｔｙをカウントする（Ｓ１１２）。停止時間ｔｙをカウントする間隔は単位時間に限定せずに、排気ガス用温度センサ２０の周期Δｔｘに合わせてもよい。次いで、設定兼判定部２６がカウントした停止時間ｔｙが設定した第二判定時間ｔｂ以上経過したか否かを判定する（Ｓ１１４）。

カウントした停止時間ｔｙが第二判定時間ｔｂ未満までしか経過していないと判定すると（Ｓ１１４：ＮＯ）、制御部２７が流路切替装置１５に排気ガスＧ１の流路を第二配管１４に切り替えさせる切替指示を出す（Ｓ１２０：ｆｌａｇ＝１）。この切替指示により、流路切替装置１５により排気ガスＧ１の流路が第二配管１４に切り替えられて、この制御方法は完了する。

一方、カウントした停止時間ｔｙが第二判定時間ｔｂ以上経過したと判定すると（Ｓ１１４：ＹＥＳ）、制御部２７が流路切替装置１５に排気ガスＧ１の流路を第一配管１３に切り替えさせる切替指示を出す（Ｓ１３０：ｆｌａｇ＝０）。この切替指示により、流路切替装置１５により排気ガスＧ１の流路が第一配管１３に切り替えられる。

次いで、外気温センサ２１が外気温Ｔｏを取得し、水温センサ２２が水温Ｔｗを取得する（Ｓ１４０）。次いで、設定兼判定部２６が、外気温Ｔｏ及び水温Ｔｗに基づいて基準時間ｔ０を補正して第一判定時間ｔａを設定する（Ｓ１５０）。このとき、水温Ｔｗが外気温Ｔｏと等しい、あるいは外気温Ｔｏ以下の場合に、第一判定時間ｔａは基準時間ｔ０に設定される。

次いで、タイマー２５のカウントしていた運転時間ｔｘがリセットされ（Ｓ１６０）、エンジン１が始動してからの運転時間ｔｘをカウントする（Ｓ１６２）。運転時間ｔｘをカウントする間隔は単位時間に限定せずに、排気ガス用温度センサ２０の周期Δｔｘに合わせてもよい。次いで、設定兼判定部２６がカウントした運転時間ｔｘが設定した第一判定時間ｔａ以上経過したか否かを判定する（Ｓ１６４）。

カウントした運転時間ｔｘが第一判定時間ｔａ未満までしか経過していないと判定すると（Ｓ１６４：ＮＯ）、タイマー２５がカウントを継続する（Ｓ１６２）。一方、カウントした運転時間ｔｘが第一判定時間ｔａ以上経過したと判定すると（Ｓ１６４：ＹＥＳ）、制御部２７が流路切替装置１５に排気ガスＧ１の流路を第二配管１４に切り替えさせる切替指示を出す（Ｓ１７０：ｆｌａｇ＝１）。この切替指示により、流路切替装置１５により排気ガスＧ１の流路が第一配管１３から第二配管１４に切り替えられる。流路が第二配管１４に切り替えられると、この制御方法は完了する。

図４に例示するように、排気ガス浄化システム１０の診断方法は、排気ガスＧ１の流路が切り替えられたことを制御の開始のトリガーとする方法である。例えば、上記のステップＳ１７０で、第一配管１３から第二配管１４に切り替えられたタイミングをトリガーとする方法である。

スタートすると、診断兼警告部２８が制御部２７により切替指示が出された時、制御フラグが立てられた時を基準として、排気ガス用温度センサ２０がその前後の周期（ｔｎ、ｔ（ｎ−１））で取得した温度差ΔＴｙを算出する（Ｓ２１０）。このとき、制御フラグが立てられた時と排気ガス用温度センサ２０が温度Ｔｙを取得するどちらか一方の周期とが重なった場合は、前後の周期の間を複周期分空けるとよい。

次いで、診断兼警告部２８が算出した温度差ΔＴｙが予め設定された判定温度Ｔｃ未満か否かを判定する（Ｓ２２０）。温度差ΔＴｙが判定温度Ｔｃ以上と判定すると（Ｓ２２０：ＮＯ）、診断兼警告部２８が、流路切替装置１５が正常であると診断して（Ｓ２３０）、この診断方法は終了する。

温度差ΔＴｘが判定温度Ｔｃ未満と判定すると（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、診断兼警告部２８が、流路切替装置１５が異常であると診断する（Ｓ２４０）。次いで、診断兼警告部２８が、警告装置２９により運転者に対して警告して（Ｓ２５０）、この診断方法は終了する。

図５に例示するように、エンジン１が冷間始動した場合の運転時間ｔｘに応じた選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘ及び排気ガスＧ１の温度Ｔｙの変化を説明する。なお、図５において、二点鎖線は、エンジン１から排気通路３に排出された直後の排気ガスＧ１の温度を示している。

エンジン１が冷間始動する前の選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘは、活性下限値Ｔａを下回る温度である。エンジン１が冷間始動した直後に、排気ガスＧ１の流路は第一配管１３に切り替えられる。このとき、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘは、選択的還元触媒が活性化する温度領域の活性下限値Ｔａを上回る温度となり、還元剤噴射装置１１から還元剤が噴射されて選択的還元触媒装置１２で排気ガスＧ１に含有される窒素酸化物が還元される。

次いで、運転時間ｔｘの経過とともにエンジン１から排気通路３に排出された直後の排気ガスＧ１の温度が上昇し、それに伴って選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘも上昇し、活性上限値Ｔｂに近づいていく。

次いで、運転時間ｔｘが第一判定時間ｔａを経過すると、排気ガスＧ１の流路は第一配管１３から第二配管１４に切り替えられる。このとき、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘは、活性上限値Ｔｂの付近から活性下限値Ｔａに向かって低下し、温度領域内に維持されることになり、還元剤噴射装置１１から還元剤が噴射されて選択的還元触媒装置１２で排気ガスＧ１に含有される窒素酸化物が還元される。

また、運転時間ｔｘが第一判定時間ｔａを経過した時に、制御フラグが立ち、その前後の周期（ｔｎ、ｔ（ｎ−１））の排気ガスＧ１の温度差ΔＴｙが判定温度Ｔｃ以上となり、流路切替装置１５が正常であると診断される。

以上のように、排気ガス浄化システム１０は、エンジン１の冷間始動時に排気ガスＧ１の流路を第一配管１３に切り替え、一定時間が経過した後に第二配管１４に切り替える。それ故、エンジン１が冷間始動した直後の選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを活性下限値Ｔａ以上にして、窒素酸化物を還元可能な状態にすることができるとともに、一定時間が経過した後に活性上限値Ｔｂ以下にして、窒素酸化物を還元可能な状態を維持することができる。このように、排気ガス浄化システム１０によれば、エンジン１の冷間始動時から長期的に選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを所定の温度領域に維持するには有利になり、選択的還元触媒装置１２により窒素酸化物を還元可能な時間を拡大することができる。これに伴って、エンジン１におけるトータルの窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

排気ガス浄化システム１０は、エンジン１が始動してからの運転時間ｔｘの経過に基づいて、第一配管１３及び第二配管１４を切り替えることが望ましい。このように、排気ガスＧ１の流路の切り替えをシーケンス制御のうちの時限制御とすることで、目標値（温度領域）と制御値（温度Ｔｘ）との偏差に基づいたフィードバック制御に比して、流路切替装置１５の切り替え作業の頻度を低減するには有利になり、システムの耐久性を向上することができる。

排気ガス浄化システム１０は、外気温Ｔｏ及び水温Ｔｗを含む環境温度に基づいて、流路切替装置１５による流路の切り替えのタイミングを変更することが望ましい。このように、エンジン１の環境温度に合わせて流路を切り替えることで、エンジン１の冷間始動時から長期的に選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを所定の温度領域に維持するには有利になる。例えば、エンジン１がアイドリングストップにより一時的に停止した状態から再始動する場合の第一配管１３から第二配管１４に切り替えるタイミングを、エンジン１が冷間始動する場合のタイミングよりも速くすることで、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘが活性上限値Ｔｂを超える事態を回避するには有利になる。

排気ガス浄化システム１０は、制御装置２４から流路切替装置１５に対して流路の切り替え指示が出された前後の温度差ΔＴｙに基づいて、流路切替装置１５の故障を診断する。つまり、流路の切り替えにより排気ガスＧ１の温度Ｔｙが変化することを前提とすることで、合流地点１９の下流に配置された排気ガス用温度センサ２０のみで流路切替装置１５の故障を簡易的に診断することができる。これにより、流路切替装置１５の故障を早期に解消するには有利になり、流路切替装置１５の固着により窒素酸化物の浄化率が低下した状態での走行を回避することができる。

排気ガス浄化システム１０は、流路切替装置１５が全開時に第一配管１３に切り替え、全閉時に第二配管１４に切り替えるオンオフ制御である。それ故、故障の診断内容を流路切替装置１５が固着によりオンオフできない事態に絞ることができ、簡易的に診断することができる。

排気ガス浄化システム１０は、制御装置２４から流路切替装置１５に対して流路の切り替え指示が出された時間の前後の周期（ｔｎ、ｔ（ｎ−１））で取得される温度差ΔＴｙを用いて流路切替装置１５の故障を診断することが望ましい。このように、瞬間的な温度差ΔＴｙに基づいて故障を診断することで、診断に外乱が介入する余地を無くすには有利になる。

排気ガス浄化システム１０は、流路切替装置１５の故障を診断する制御をエンジン１の冷間始動時にのみ行うようにすることが望ましい。このように、故障の診断をエンジン１の始動時に限定することで、始動時の第一配管１３から第二配管１４への切り替え時にのみ診断することで、診断を簡易的にするには有利になる。

排気ガス浄化システム１０は、第一配管１３及び第二配管１４の二つの配管を備える構成に限定されずに、三つ以上の配管を備えてもよい。例えば、第二配管１４よりも通過前後の温度差が大きく、冷却性能が高い配管を備えてもよい。これにより、第二配管１４を通過して選択的還元触媒装置１２に到達した排気ガスＧ１の温度Ｔｘが上限値Ｔｂを超える場合にその配管に切り替えることで、長期的に排気ガスＧ１の温度Ｔｘを所定の温度領域に維持するには有利になる。

排気ガス浄化システム１０は、第一配管１３に通過する排気ガスＧ１の温度を上昇させるヒーターを設けてもよく、第二配管１４に通過する排気ガスＧ１の温度を下降させるクーラーを設けてもよい。このように、複数の配管は、通過前後の温度差が異なればよく、エンジン１の排気ガスＧ１の温度帯に応じるようにすればよい。

図６に例示するように、第二実施形態の排気ガス浄化システム１０は、第一実施形態に対して、パラメータ取得装置として、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを直接的に取得する触媒用温度センサ３０を有する点が異なる。このように、パラメータ取得装置は、直接的に選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを取得する装置としてもよい。また、パラメータ取得装置は、エンジン１の運転状況（外気温Ｔｏ、水温Ｔｗ、燃料噴射量）や排気ガスＧ１の温度Ｔｙに基づいて、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを推定する装置としてもよい。

パラメータ取得装置としては、選択的還元触媒装置１２の温度Ｔｘを直接的に取得可能な装置と、間接的に取得可能な装置とを組み合わせてもよい。例えば、エンジン１の始動時は第一実施形態のようにタイマー２５を用いる構成とし、エンジン１が始動して第二配管１４に切り替えられた後に、触媒用温度センサ３０を用いる構成としてもよい。

排気ガス浄化システム１０は、エンジン１の始動時以外においても選択的還元触媒装置１２の還元状態に基づいて、排気ガスＧ１の流路の切り替えることが望ましい。例えば、エンジン１の停止後、直ぐに、エンジン１が始動した場合に第二配管１４に切り替えた状態で始動してから、坂道下り時の長時間エンジンブレーキ時には、第一配管１３に切り替えることで、選択的還元触媒装置１２の還元状態を窒素酸化物を還元可能な状態に維持することができる。

１ エンジン
３ 排気通路
１０ 排気ガス浄化システム
１１ 還元剤噴射装置
１２ 選択的還元触媒装置
１３ 第一配管
１４ 第二配管
１５ 流路切替装置
２０ 排気ガス用温度センサ
２４ 制御装置
２５ タイマー

Claims (7)

1. エンジンの排気通路に還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する選択的還元触媒装置と、を備える排気ガス浄化システムにおいて、
   前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管と、排気ガスの流路をそれらの複数の配管のうちの一つに切り替える流路切替装置と、前記選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記流路切替装置及び前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、
   前記複数の配管は、第一配管及び第二配管を少なくとも有し、前記第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差が、前記第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく、
   前記エンジンが始動して、前記流路切替装置に前記第一配管に切り替えさせた後に、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに基づいた前記選択的還元触媒装置における還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態の場合に、前記制御装置により、前記流路切替装置に前記第二配管に切り替えさせる制御を行う構成にしたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
2. 前記パラメータ取得装置は、前記エンジンが始動してからの運転時間をカウントするタイマーであり、
   前記エンジンが始動した場合は、前記制御装置により、前記タイマーがカウントした運転時間の経過に基づいて、前記流路切替装置に前記温度差が小さい配管からその温度差が大きい配管に切り替えさせる制御を行う構成にした請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
3. 前記エンジンが始動した場合は、前記制御装置により、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに基づいた前記選択的還元触媒装置における還元状態に応じて、前記エンジンが始動した直後に前記流路切替装置に切り替えさせる配管を選択する制御を行う構成にした請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
4. 前記制御装置に接続されて、前記エンジンにおける環境温度を取得する環境温度取得装置を備え、
   前記エンジンが始動した場合は、前記制御装置により、前記環境温度取得装置が取得した前記環境温度に基づいて、前記流路切替装置に切り替えさせるタイミングを変更する制御を行う構成にした請求項２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
5. 前記第一配管における前記温度差は、前記エンジンが始動した直後にその第一配管を通過して前記選択的還元触媒装置に到達した排気ガスによりその選択的還元触媒装置の温度が窒素酸化物を還元可能な温度になる値に設定される請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
6. 前記還元剤噴射装置及び前記選択的還元触媒装置は、前記エンジンが設置されるエンジンルームの内部に配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
7. 還元剤噴射装置によりエンジンの排気通路に還元剤を噴射し、選択的還元触媒装置により噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する排気ガス浄化システムの制御方法において、
   前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管のうちの第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差を、第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく設定し、
   前記エンジンが始動する場合に、流路切替装置により、前記第一配管に切り替え、
   前記第一配管に切り替えた後に、前記選択的還元触媒装置の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態になる場合に、前記流路切替装置により、前記第二配管に切り替えることを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。

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