JP2022140939A - 排気処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの排気を浄化する浄化装置を高効率で、かつ、応答性良く加熱する。【解決手段】制御装置は、触媒の暖機が完了しておらず（Ｓ１００にてＮＯ）、エンジン停止中の場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、バルブを開状態にするステップ（Ｓ１０４）と、ファンを駆動するステップ（Ｓ１０６）と、ヒータをオンするステップ（Ｓ１０８）と、停止条件が成立する場合に（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、バルブを閉状態にするステップ（Ｓ１１２）と、ファンの駆動を停止するステップ（Ｓ１１４）と、ヒータをオフ状態にするステップ（Ｓ１１６）と、エンジン停止中でない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、ヒータをオンするステップ（Ｓ１１８）と、停止条件が成立する場合に（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ヒータをオフするステップ（Ｓ１２２）とを含む、処理を実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気処理装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関には、排気に含まれる特定の成分を浄化するための排気処理装置が設けられる。この排気処理装置には、たとえば、排気に含まれる窒素酸化物を浄化するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒等の浄化装置が含まれる。エンジンの始動直後において、この浄化装置の温度が低いと、浄化能力を十分に発揮できないため、たとえば、排気ガスをヒータで加熱し、高温ガスによって浄化装置の温度を上昇させる技術が公知である。

このようなヒータが設けられるエンジンに関して、たとえば、特開２０２０－４５７８１号公報（特許文献１）には、エンジンの排気の排出路において触媒の上流に配置されたヒータにより排気を加熱して、触媒を活性化温度まで暖める技術が開示される。

特開２０２０－４５７８１号公報

しかしながら、上述の公報に開示されたエンジンにおいては、浄化装置を暖めるためには排気を流通させることが求められるため、排気が流通しないエンジンの停止中において浄化装置を暖めることができない。そのため、エンジンの始動後に速やかに浄化装置を活性化温度まで上昇させることができない場合がある。さらに、エンジンの停止中に外気を取り込み、ヒータで加熱して浄化装置に送り込むことも考えられるが外気温が低い場合には浄化装置を活性化温度まで上昇させると電力消費量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、エンジンの排気を浄化する浄化装置を高効率で、かつ、応答性良く加熱する排気処理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処理装置は、エンジンの排気通路に設けられる排気処理装置である。この排気処理装置は、排気通路に設けられ、所定温度以上で活性化してエンジンの排気を浄化する浄化装置と、排気通路における浄化装置よりも上流の位置に設けられ、浄化装置に流通する気体を加熱するヒータと、排気通路におけるヒータよりも上流の第１の位置と、排気通路における浄化装置よりも下流の第２の位置とを接続するバイパス通路と、バイパス通路に設けられ、第２の位置から第１の位置に向けて送風可能に構成される送風装置と、バイパス通路において気体の流通を遮断する遮断状態と、バイパス通路において気体の流通を可能とする流通状態との間で切り替え可能に構成される切替装置とを備える。

このようにすると、たとえば、流通状態になるように切替装置を制御しつつ、送風装置およびヒータを動作させることにより、バイパス通路とヒータと浄化装置とで形成される循環通路内で気体を循環させることができる。気体は循環通路内を循環中にヒータによって繰り返し加熱され、加熱された気体によって浄化装置を暖機することができる。そのため、エンジンの停止中においても浄化装置の暖機を行なうことができるとともに、高効率で、かつ、応答性良く浄化装置の温度を所定温度以上に上昇させることができる。

ある実施の形態においては、排気処理装置において、バイパス通路と、ヒータおよび浄化装置が設けられる排気通路とによって構成される循環通路を気体が流通するときの圧力損失は、第１の位置よりも上流側の排気通路の圧力損失および第２の位置よりも下流側の排気通路の圧力損失のいずれよりも小さい。

このようにすると、バイパス通路とヒータと触媒とを循環する気体の一部が、排気通路における第１の位置よりも上流に流通したり、排気通路における第２の位置よりも下流に流通したりすることを抑制することができる。そのため、循環通路内を循環する気体はヒータによって繰り返し加熱される。これにより、浄化装置を高効率で、かつ、応答性良く加熱することができる。

さらにある実施の形態においては、排気処理装置は、ヒータと送風装置と切替装置とを制御する制御装置をさらに備える。制御装置は、浄化装置の温度が所定温度よりも低く、かつ、エンジンが停止中である場合に、流通状態になるように切替装置を制御するとともに送風装置とヒータとを動作させる。

このようにすると、エンジンの停止中においては流通状態になるように切替装置が制御されるので、バイパス通路とヒータと浄化装置とで形成される循環通路内で気体を循環させることができる。そのため、ヒータによって気体を繰り返し加熱することにより、浄化装置を高効率で、かつ、応答性良く加熱することができる。

この発明によると、エンジンの排気を浄化する浄化装置を高効率で、かつ、応答性良く加熱する排気処理装置を提供することができる。

本実施の形態に係る排気処理装置を含むエンジンシステムの概略構成の一例を示す図である。 制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 ヒータの前後における気体の温度変化の一例を示すタイミングチャートである。 第１ＳＣＲ触媒の温度変化の一例を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に係る排気処理装置８０を含むエンジンシステム１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、エンジンシステム１は、エンジン本体２と、インテークマニホールド１０と、吸気管１２，１６，１８と、インタークーラ１４と、排気再循環装置（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置と記載する）２０と、エアクリーナ４０と、エキゾーストマニホールド５０と、排気管５２，５６と、ターボチャージャ６０と、酸化触媒７０と、ＰＭ除去フィルタ７２と、排気処理装置８０と、第２ＳＣＲ触媒９０と、消音マフラ９２と、制御装置１００とを備える。このエンジンシステム１は、たとえば、車両等の移動体に搭載される。

エンジン本体２は、気筒４と燃料噴射装置（図示せず）とを含むディーゼルエンジンあるいはガソリンエンジン等の内燃機関である。

エンジン本体２の気筒４の頂部には、吸気ポートと排気ポート（いずれも図示せず）とが接続され、吸気ポートにインテークマニホールド１０が接続される。エンジン本体２には、たとえば、複数（たとえば、４つ）の気筒４が設けられ、複数の気筒４の各々に接続される吸気ポートにインテークマニホールド１０が接続される。

燃料噴射装置は、制御装置１００からの制御信号に応じて気筒４内に燃料を供給する。燃料噴射装置は、たとえば、気筒４の頂部に設けられ、気筒４内に直接的に燃料を噴射する。なお、エンジン本体２が火花点火式のガソリンエンジンである場合には、燃料噴射装置は、たとえば、吸気ポートに燃料を供給するように構成されてもよい。

インテークマニホールド１０には、吸気管１２の一方端が接続される。吸気管１２の他方端には、インタークーラ１４が接続される。インタークーラ１４は、熱交換器を含み、後述するターボチャージャ６０のコンプレッサ６２から供給される吸気を冷却する。

インタークーラ１４には、吸気管１６の一方端が接続される。吸気管１６の他方端には、ターボチャージャ６０のコンプレッサ６２の吸気流出口に接続される。コンプレッサ６２の吸気流入口には、吸気管１８の一方端が接続される。吸気管１８の他方端には、エアクリーナ４０が接続される。エンジンシステム１の動作時においては、エアクリーナ４０から吸引された空気（吸入空気）が吸気管１８、コンプレッサ６２、吸気管１６、インタークーラ１４および吸気管１２を経由してインテークマニホールド１０に流通する。エアクリーナ４０からインテークマニホールド１０までの構成によってエンジンシステム１の「吸気通路」が構成される。

エンジン本体２の複数の気筒４の各々に接続される排気ポートに、エキゾーストマニホールド５０が接続される。

エキゾーストマニホールド５０には、ターボチャージャ６０のタービン６４の排気流入口が接続される。タービン６４の排気流出口には、排気管５２の一方端が接続される。排気管５２には、酸化触媒７０と、ＰＭ除去フィルタ７２とが設けられる。排気管５２の他方端には、排気管５４が接続される。

ターボチャージャ６０は、吸気管１６と吸気管１８との間に設けられるコンプレッサ６２と、エキゾーストマニホールド５０と排気管５２の一方端との間に設けられるタービン６４とを含む。コンプレッサ６２には、回転自在に支持されるコンプレッサブレード（図示せず）が設けられる。タービン６４には、回転自在に支持され、コンプレッサブレードとシャフト（図示せず）を介して連結されるタービンブレード（図示せず）が設けられる。そのため、エンジン本体２からエキゾーストマニホールド５０を介してタービン６４に供給される排気エネルギーによってタービンブレードが回転させられると、シャフトを介してコンプレッサブレードが回転し、吸入空気がコンプレッサ６２によって圧縮される。このようにして圧縮（過給）された吸入空気は、吸気管１２と吸気管１６との間に設けられるインタークーラ１４において冷却されてインテークマニホールド１０を経由してエンジン本体２に供給される。

エンジン本体２においては、インテークマニホールド１０から吸入される吸入空気と、燃料噴射装置から気筒４内に供給される燃料との混合気が気筒４内で燃焼する。気筒４内での混合気の燃焼によって燃焼圧力が生じて、気筒４内に収納されるピストンが動作し、クランク機構を介して出力軸（いずれも図示せず）が回転する。気筒４内での混合気の燃焼により生じた排気は、エキゾーストマニホールド５０を介してタービン６４に供給される。

ＥＧＲ装置２０は、エキゾーストマニホールド５０を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスと記載する）をインテークマニホールド１０に戻すように構成される。ＥＧＲガスは、吸入空気とともにインテークマニホールド１０から気筒４に流通する。ＥＧＲガスが気筒４に導入されることによって燃焼温度が下がり、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減が図られる。また、吸気損失や冷却損失の低減から燃費向上が図られる。

ＥＧＲ装置２０は、第１循環通路２２と、ＥＧＲバルブ２４と、第２循環通路２６と、第３循環通路２８と、ＥＧＲクーラ３０とを含む。

第１循環通路２２の一方端は、インテークマニホールド１０に接続される。第１循環通路２２の他方端は、ＥＧＲバルブ２４に接続される。

ＥＧＲバルブ２４は、制御装置１００からの制御信号に応じて開度が調整されることによってＥＧＲ装置２０内を流通するＥＧＲガスの流量を調整する調整弁である。

第２循環通路２６の一方端は、ＥＧＲバルブ２４に接続される。第２循環通路２６の他方端は、ＥＧＲクーラ３０に接続される。

ＥＧＲクーラ３０は、内部に収納される熱交換器（図示せず）を含む。熱交換器は、たとえば、エンジン本体２内を流通する冷却水が流通するように構成される。そのため、熱交換器においては、ＥＧＲクーラ３０内を流通するＥＧＲガスの温度が低下される。ＥＧＲクーラ３０におけるＥＧＲガスの冷却により第１循環通路２２を流通するＥＧＲガスのガス体積を縮小させることができ、多くのＥＧＲガスを吸気通路に戻すことが可能となる。

第３循環通路２８の一方端は、ＥＧＲクーラ３０に接続される。第３循環通路２８の他方端は、エキゾーストマニホールド５０に接続される。

このように構成されるＥＧＲ装置２０には、エキゾーストマニホールド５０を流通する排気の一部がＥＧＲガスとして流入され、流入されたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３０において冷却され、ＥＧＲバルブ２４によって流量が調整されてインテークマニホールド１０に戻される。

エキゾーストマニホールド５０からタービン６４を介して排気管５２に流通する排気は、酸化触媒７０に流通する。酸化触媒７０は、たとえば、排気に含まれる炭素酸化物（ＣＯｘ）などを酸化（浄化）したり、後述するＰＭ除去フィルタ７２の再生時において、排気管５２を流通する排気中に燃料添加装置（図示せず）により添加される燃料が含まれる場合や、燃料噴射装置におけるポスト噴射等によって排気中に未燃燃料が含まれる場合には、燃料を酸化したりする。ＰＭ除去フィルタ７２は、排気管５２を流通する排気に含まれるＰＭ（Particulate Matter）を捕集する。

ＰＭ除去フィルタ７２の下流には、排気処理装置８０が設けられる。排気処理装置８０は、排気管５４と、バイパス通路８１と、ヒータ８２と、第１ＳＣＲ触媒８４と、ファン８６と、バルブ８８とを含む。

排気管５４の一方端は、ＰＭ除去フィルタ７２に接続される。排気管５４の他方端には、排気管５６の一方端に接続される。排気管５４には、ヒータ８２と、第１ＳＣＲ触媒８４とが設けられる。さらに、バイパス通路８１は、排気管５４における、ヒータ８２よりも上流の第１の位置Ａと、第１ＳＣＲ触媒８４よりも下流の第２の位置Ｂとを接続する。バイパス通路８１には、ファン８６と、バルブ８８とが設けられる。

ヒータ８２は、第１の位置Ａから排気管５４に沿って流通する気体を加熱する。ヒータ８２は、制御装置１００からの制御信号に応じて動作する。ヒータ８２には、図示しないバッテリ等から電力の供給を受けて動作する。ヒータ８２は、たとえば、排気管５４内において排気の流通方向に対して交差直交する平面上に所定形状（たとえば、メッシュ状あるいはらせん状）に配置される電熱線によって構成されてもよいし、あるいは、排気管５４の外周面に設けられる電熱線によって構成されてもよい。さらにヒータ８２は、ヒータとしての構成に加えて触媒としての構成を有していてもよい。ヒータ８２が動作すると、ヒータ８２の温度は、所定の温度（たとえば、２５０℃から３００℃程度の温度）まで上昇する。

第１ＳＣＲ触媒８４は、たとえば、尿素水等の還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを選択的に還元することにより、排気に含まれる窒素酸化物を浄化する。還元剤の供給は、たとえば、第１ＳＣＲ触媒８４よりも上流に設けられる添加弁（図示せず）により行なわれる。第１ＳＣＲ触媒８４は、所定温度（たとえば、２００℃～４００℃）以上で活性化してエンジンシステム１の排気の浄化を可能とする。

ファン８６は、バイパス通路８１に設けられる。ファン８６は、第２の位置Ｂから第１の位置Ａに向けて送風を可能に構成される送風装置である。ファン８６は、たとえば、制御装置１００からの制御信号に応じて予め定められた風量で送風が行なわれるように動作する。

バルブ８８は、弁体の開状態と閉状態とのうちのいずれか一方の状態から他方の状態に切替可能とする切替弁である。バルブ８８は、制御装置１００からの制御信号に応じて動作する。バルブ８８の弁体が閉状態になると、バイパス通路８１においては、気体の流通が遮断される遮断状態になる。また、バルブ８８の弁体が開状態になると、バイパス通路８１においては、気体の流通が可能となる流通状態になる。すなわち、バルブ８８は、遮断状態と流通状態との間で切り替え可能に構成される切替装置に相当する。

排気管５６には、第２ＳＣＲ触媒９０と、消音マフラ９２とが設けられる。第２ＳＣＲ触媒９０は、たとえば、第１ＳＣＲ触媒８４と同様に、排気に含まれる窒素酸化物を浄化する。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。

制御装置１００には、エアフローメータ１０２と、エンジン回転数センサ１０４とが接続される。

エアフローメータ１０２は、吸気管１８に設けられ、吸気管１８を流通する吸入空気の流量（以下、吸入空気量と記載する）Ｑを検出する。エアフローメータ１０２は、検出した吸入空気量Ｑを示す信号を制御装置１００に送信する。

エンジン回転数センサ１０４は、エンジン本体２に設けられ、エンジン本体２の出力軸の回転数（以下、エンジン回転数と記載する）Ｎｅを検出する。エンジン回転数センサ１０４は、検出したエンジン回転数Ｎｅを示す信号を制御装置１００に送信する。

制御装置１００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プラグラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリとを含む。

制御装置１００は、各種センサ（たとえば、上述したエアフローメータ１０２およびエンジン回転数センサ１０４など）からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジンシステム１が所望の運転状態になるように各種機器（たとえば、燃料噴射装置、ＥＧＲバルブ２４、ヒータ８２、ファン８６あるいはバルブ８８など）を制御する。なお、制御装置１００が実行する各種処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

以上のようなエンジンシステム１において、冷間時の始動直後には、第１ＳＣＲ触媒８４や第２ＳＣＲ触媒９０などの浄化装置の温度が低いと、浄化能力を十分に発揮できないため、排気ガスをヒータ８２で加熱し、加熱された高温ガスによって浄化装置の温度を上昇させることが考えられる。

しかしながら、浄化装置を暖めるためには排気を流通させることが求められるため、排気が流通しないエンジンシステム１の停止中において浄化装置を暖めることができない。そのため、エンジンシステム１の冷間時の始動後に速やかに浄化装置を活性化する温度まで上昇させることができない場合がある。さらに、エンジンシステム１の停止中に外気を取り込み、ヒータで加熱して浄化装置に送り込むことも考えられるが外気温が低い場合には浄化装置を活性化する温度まで上昇させると電力消費量が増加する場合がある。

そこで、本実施の形態においては、エンジンシステム１は、上述したとおり、排気処理装置８０を備えるものとする。

さらに、排気処理装置８０において、バイパス通路８１と、ヒータ８２および第１ＳＣＲ触媒８４が設けられる排気管５４とによって構成される循環通路を気体が流通するときの第１圧力損失が、第１の位置Ａよりも上流側の排気通路の第２圧力損失および第２の位置Ｂよりも下流側の排気通路の第３圧力損失のいずれよりも小さいものとする。

より具体的には、上述の第１圧力損失が第２圧力損失および第３圧力損失のいずれよりも小さくなるようにバイパス通路８１の通路断面積、バイパス通路８１の通路長さ、あるいは、バイパス通路８１の通路形状が設定される。バイパス通路８１の通路断面積、通路長さあるいは通路形状は、たとえば、実験的あるいは設計的に適合される。

このようにすると、流通状態になるようにバルブ８８を制御しつつ、ファン８６およびヒータ８２を動作させることにより、バイパス通路８１とヒータ８２と第１ＳＣＲ触媒８４とで形成される循環通路内で気体を循環させることができる。気体は循環通路内を循環中にヒータ８２によって繰り返し加熱され、加熱された気体によって第１ＳＣＲ触媒８４を暖機することができる。そのため、エンジンシステム１の停止中においても第１ＳＣＲ触媒８４の暖機を行なうことができるとともに、高効率で、かつ、応答性良く第１ＳＣＲ触媒８４の温度を所定温度以上に上昇させることができる。

以下、図２を参照して、制御装置１００で実行される処理の一例について説明する。図２は、制御装置１００で実行される処理の一例を示すフローチャートである。なお、図２のフローチャートに示される処理は、たとえば、エンジンシステム１の停止期間を有するアイドリングストップ制御中に実行される。

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、第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了しているか否かを判定する。制御装置１００は、たとえば、第１ＳＣＲ触媒８４の温度がしきい値よりも高い温度である場合に第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了していると判定する。しきい値は、たとえば、第１ＳＣＲ触媒８４が活性化する所定温度である。

制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１が作動中である場合には、エンジンシステム１の運転状態に基づいて第１ＳＣＲ触媒８４の温度を推定してもよい。具体的には、制御装置１００は、たとえば、吸入空気量や燃料噴射量の指令値等から排気温度を推定し、推定された排気温度を用いて第１ＳＣＲ触媒８４の温度を推定してもよい。

あるいは、制御装置１００は、排気管５４に設けられる図示しない温度センサを用いて検出される排気温度を用いて第１ＳＣＲ触媒８４の温度を推定してもよいし、第１ＳＣＲ触媒８４に設けられる図示しない温度センサを用いて第１ＳＣＲ触媒８４の温度を取得してもよい。

第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了していると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、この処理は終了される。一方、第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了していないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０２に移される。

Ｓ１０２にて、制御装置１００は、エンジンシステム１が停止中であるか否かを判定する。制御装置１００は、たとえば、エンジン回転数Ｎｅがしきい値以下である場合にエンジンシステム１が停止中であると判定してもよいし、あるいは、燃料噴射装置に対する噴射指令値が噴射停止を示す値である場合にエンジンシステム１が停止中であると判定してもよい。エンジンシステム１が停止中であると判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。

Ｓ１０４にて、制御装置１００は、開状態になるように（すなわち、バイパス通路８１が流通状態になるように）バルブ８８を制御する。

Ｓ１０６にて、制御装置１００は、ファン８６を駆動する。制御装置１００は、予め定められた風量で送風が行なわれるようにファン８６を制御する。Ｓ１０８にて、制御装置１００は、ヒータ８２をオン状態にする。

Ｓ１１０にて、制御装置１００は、停止条件が成立するか否かを判定する。停止条件は、たとえば、第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了したという条件を含む。第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了したか否かの判定方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。停止条件が成立すると判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。一方、停止条件が成立しないと判定される場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１０に戻される。

Ｓ１１２にて、制御装置１００は、閉状態になるように（すなわち、バイパス通路８１が遮断状態になるように）バルブ８８を制御する。

Ｓ１１４にて、制御装置１００は、ファン８６の駆動を停止する。Ｓ１１６にて、制御装置１００は、ヒータ８２をオフ状態にする。なお、エンジンシステム１が停止中でないと判定される場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１１８に移される。

Ｓ１１８にて、制御装置１００は、ヒータ８２をオン状態にする。Ｓ１２０にて、制御装置１００は、停止条件が成立するか否かを判定する。停止条件については、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。停止条件が成立すると判定される場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。一方、停止条件が成立しないと判定される場合（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２０に戻される。Ｓ１２２にて、制御装置１００は、ヒータ８２をオフ状態にする。

以上のような構造およびフローチャートに基づく制御装置１００の動作および排気処理装置８０の作用について説明する。

たとえば、エンジンシステム１の冷間時の停止状態であって、かつ、第１ＳＣＲ触媒８４の温度がしきい値よりも低い暖機が完了していない場合を想定する。

暖機が完了しておらず（Ｓ１００にてＮＯ）、エンジンシステム１が停止状態であると判定されるため（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、バルブ８８が開状態になるように制御され（Ｓ１０４）、ファン８６が駆動状態になるように制御されるとともに（Ｓ１０６）、ヒータ８２がオン状態にされる（Ｓ１０８）。

これにより、バイパス通路８１において第１の位置Ａと第２の位置Ｂとの間が流通状態になるため、バイパス通路８１と、排気管５４とによって循環通路が形成される。この場合において、バイパス通路８１と排気管５４とで形成される循環通路を気体が流通する場合の第１圧力損失が、エンジンシステム１の吸気通路の入口と第１の位置Ａとの間で気体が流通する場合の第２圧力損失および第２の位置Ｂとエンジンシステム１の排気通路の出口との間で気体が流通する場合の第３圧力損失のいずれよりも小さい。そのため、ファン８６が駆動状態になることで生じる気体の流れは、第１の位置Ａよりも上流側や第２の位置Ｂよりも下流側に流れることなく、形成された循環通路内を循環する。その結果、循環通路内を循環する気体の温度は、ヒータ８２を通過する毎に加熱されるため、時間の経過とともに増加していく。

図３は、ヒータ８２の前後における気体の温度変化の一例を示すタイミングチャートである。図３の縦軸は、気体の温度を示す。図３の横軸は、時間を示す。エンジンシステム１は、停止状態である場合を想定する。

図３のＬＮ１（実線）は、バルブ８８を開状態にしつつ、ファン８６を駆動し、ヒータ８２をオン状態にした場合（以下、循環状態と記載する）におけるヒータ８２よりも前（第１の位置Ａ側）の気体の温度変化の一例を示す。図３のＬＮ２（実線）は、循環状態におけるヒータ８２よりも後（第２の位置Ｂ側）の気体の温度変化の一例を示す。

図３のＬＮ３（破線）は、比較例として、バイパス通路８１およびバルブ８８を省略し、排気管５２にヒータ８２とファン８６とを設け、ファン８６を駆動し、ヒータ８２をオン状態にした場合のヒータ８２よりも前の気体の温度変化の一例を示す。図３のＬＮ４（破線）は、上述の比較例において、ファン８６を駆動し、ヒータ８２をオン状態にした場合のヒータ８２よりも後の気体の温度変化の一例を示す。

上述の循環状態においては、上述したとおり、バイパス通路８１と排気管５４とによって循環通路が形成されるため、ヒータ８２で加熱された気体は、ファン８６の動作により第２の位置Ｂから第１の位置Ａに向けてバイパス通路８１に沿って流通し、ヒータ８２に循環する。そのため、気体が循環する毎にヒータ８２に高い温度の気体が供給されることとなる。そのため、図３のＬＮ１に示すように、時間が経過していくとともに、ヒータ８２よりも前の気体の温度は、増加していく。そして、ヒータ８２に流入する気体は、ヒータ８２によって発生する熱によって一定の温度幅の温度上昇が発生する。そのため、図３のＬＮ２に示すように、ヒータ８２よりも後の気体の温度は、ヒータ８２よりも前の気体の温度に対して一定の温度幅だけ高い状態を維持しつつ、時間が経過していくとともに増加していく。

一方、比較例においては、ヒータ８２に供給される気体は、ヒータ８２から循環した気体ではないため、図３のＬＮ３に示すように、ヒータ８２に供給される気体の温度は、一定の温度で維持される。そのため、ヒータ８２の熱によって一定の温度幅の温度上昇が発生した後の気体の温度についても、図３のＬＮ４に示すように、一定の温度で維持される。

その結果、循環状態における第１ＳＣＲ触媒８４の温度（触媒温度）は、時間が経過するほど上昇し、その上昇量は、比較例よりも大きくなる。

図４は、第１ＳＣＲ触媒８４の温度変化の一例を示すタイミングチャートである。図４の縦軸は、第１ＳＣＲ触媒８４の温度を示す。図４の横軸は、時間を示す。図４のＬＮ５（実線）は、循環状態における第１ＳＣＲ触媒８４の温度の変化の一例を示す。図４のＬＮ６（破線）は、比較例における第１ＳＣＲ触媒８４の温度の変化の一例を示す。

図３のＬＮ１およびＬＮ２を用いて説明したとおり、循環状態においては、時間が経過するとともに排気管５４を流通する気体の温度が増加していくため、図４のＬＮ５に示すように、時間が経過するとともに経過時間に比例して第１ＳＣＲ触媒８４の温度が増加していく。

一方、図３のＬＮ３およびＬＮ４を用いて説明したとおり、比較例においては、気体の温度は、一定の温度が維持される。そのため、第１ＳＣＲ触媒８４の温度は、図４のＬＮ６に示すように、一定の温度に収束するように増加していく。その結果、循環状態における第１ＳＣＲ触媒８４の温度は、時間が経過するほど上昇し、その上昇量は、比較例よりも大きくなる。

第１ＳＣＲ触媒８４の温度がしきい値を超えるなどして、第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了すると、停止条件が成立したと判定され（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、バルブ８８が閉状態になり（Ｓ１１２）、ファン８６の駆動が停止され（Ｓ１１４）、ヒータ８２がオフ状態にされる（Ｓ１１６）。

次に、エンジンシステム１が作動状態であって、第１ＳＣＲ触媒８４の温度がしきい値よりも低い暖機が完了していない場合を想定する。

暖機が完了していないと判定されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、エンジンシステム１が作動状態であるため（Ｓ１０２にてＮＯ）、ヒータ８２がオン状態になる（Ｓ１１８）。そのため、排気管５４に流通するエンジン本体２からの排気がヒータ８２により加熱される。ヒータ８２により加熱された排気は、第１ＳＣＲ触媒８４に流通し、第１ＳＣＲ触媒８４の温度を上昇させる。そして、第１ＳＣＲ触媒８４の温度がしきい値を超えることにより第１ＳＣＲ触媒８４の暖機が完了すると、停止条件が成立したと判定され（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ヒータ８２がオフ状態にされる（Ｓ１２２）。

以上のようにして、本実施の形態に係る排気処理装置によると、たとえば、流通状態になるようにバルブ８８を制御しつつ、ファン８６およびヒータ８２を動作させることにより、バイパス通路８１とヒータ８２と第１ＳＣＲ触媒８４とで形成される循環通路内で気体を循環させることができる。気体は循環通路内を循環中にヒータ８２によって繰り返し加熱され、加熱された気体によって第１ＳＣＲ触媒８４を暖機することができる。そのため、エンジンシステム１の停止中においても第１ＳＣＲ触媒８４の暖機を行なうことができるとともに、高効率で、かつ、応答性良く第１ＳＣＲ触媒８４の温度を所定温度以上に上昇させることができる。したがって、エンジンの排気を浄化する浄化装置を高効率で、かつ、応答性良く加熱する排気処理装置を提供することができる。

さらに、排気処理装置８０において、第１圧力損失が、第２圧力損失および第３圧力損失のいずれよりも小さくなるようにバイパス通路８１の通路断面積、通路長さあるいは通路形状が設定されるため、バイパス通路８１とヒータ８２と第１ＳＣＲ触媒８４とを循環する気体の一部が、第１の位置Ａよりも上流に流通したり、第２の位置Ｂよりも下流に流通したりすることを抑制することができる。そのため、循環通路内を循環する気体はヒータ８２によって繰り返し加熱される。これにより、第１ＳＣＲ触媒８４を高効率で、かつ、応答性良く加熱することができる。

以下、変形例について記載する。
上述の実施の形態では、排気処理装置８０が第１ＳＣＲ触媒８４を含む構成を一例として説明したが、所定温度以上で活性化してエンジン本体２から排出される排気を浄化する浄化装置を含む構成であればよく、第１ＳＣＲ触媒８４に代えてまたは加えて第２ＳＣＲ触媒９０を含むようにしてもよいし、酸化触媒７０を含むようにしてもよいし、あるいは、ＰＭ除去フィルタ７２を含むようにしてもよいし、その他図示しない各種触媒を含むようにしてもよい。また、エンジンシステム１がガソリンエンジンを含むエンジンシステムである場合には、浄化装置は、ガソリン用三元触媒であってもよい。

さらに上述の実施の形態では、一定の送風量でファン８６が駆動する場合を一例として説明したが、第１ＳＣＲ触媒８４の温度が低いほど送風量を大きくしたり、第１ＳＣＲ触媒８４の温度が高いほど送風量を小さくしたりしてもよい。このようにすると、たとえば、第１ＳＣＲ触媒８４の温度が高い暖機完了直前にファン８６による駆動音の増加を抑制することができる。

さらに上述の実施の形態では、ヒータ８２は、オン状態とオフ状態との間で切り替えられる場合を一例として説明したが、第１ＳＣＲ触媒８４の温度が低いほどヒータ８２において生じる熱量を増加させたり、第１ＳＣＲ触媒８４の温度が高いほどヒータ８２において生じる熱量を減少させたりしてもよい。このようにすると、たとえば、第１ＳＣＲ触媒８４の温度が高い暖機完了直前にヒータ８２による電力消費量の増加を抑制することができる。

さらに上述の実施の形態では、バルブ８８を開状態にした後に、ファン８６を駆動し、その後、ヒータ８２をオン状態にする場合を一例として説明したが、バルブ８８を開状態にする処理と、ファン８６を駆動する処理と、ヒータ８２をオン状態にする処理との実施順序は、特に上述の順序に限定されるものではない。

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 エンジンシステム、２ エンジン本体、４ 気筒、１０ インテークマニホールド、１２，１６，１８ 吸気管、１４ インタークーラ、２０ ＥＧＲ装置、２２ 第１循環通路、２４ ＥＧＲバルブ、２６ 第２循環通路、２８ 第３循環通路、３０ ＥＧＲクーラ、４０ エアクリーナ、５０ エキゾーストマニホールド、５２，５４，５６ 排気管、６０ ターボチャージャ、６２ コンプレッサ、６４ タービン、７０ 酸化触媒、７２ ＰＭ除去フィルタ、８０ 排気処理装置、８１ バイパス通路、８２ ヒータ、８４ 第１ＳＣＲ触媒、８６ ファン、８８ バルブ、９０ 第２ＳＣＲ触媒、９２ 消音マフラ、１００ 制御装置、１０２ エアフローメータ、１０４ エンジン回転数センサ。

Claims (3)

1. エンジンの排気通路に設けられる排気処理装置であって、
   前記排気通路に設けられ、所定温度以上で活性化して前記エンジンの排気を浄化する浄化装置と、
   前記排気通路における前記浄化装置よりも上流の位置に設けられ、前記浄化装置に流通する気体を加熱するヒータと、
   前記排気通路における前記ヒータよりも上流の第１の位置と、前記排気通路における前記浄化装置よりも下流の第２の位置とを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、前記第２の位置から前記第１の位置に向けて送風可能に構成される送風装置と、
   前記バイパス通路において気体の流通を遮断する遮断状態と、前記バイパス通路において前記気体の流通を可能とする流通状態との間で切り替え可能に構成される切替装置とを備える、排気処理装置。
2. 前記排気処理装置において、前記バイパス通路と、前記ヒータおよび前記浄化装置が設けられる排気通路とによって構成される循環通路を気体が流通するときの圧力損失は、前記第１の位置よりも上流側の前記排気通路の圧力損失および前記第２の位置よりも下流側の前記排気通路の圧力損失のいずれよりも小さい、請求項１に記載の排気処理装置。
3. 前記排気処理装置は、前記ヒータと前記送風装置と前記切替装置とを制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記浄化装置の温度が前記所定温度よりも低く、かつ、前記エンジンが停止中である場合に、前記流通状態になるように前記切替装置を制御するとともに前記送風装置と前記ヒータとを動作させる、請求項１または２に記載の排気処理装置。

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