JP5720119B2

JP5720119B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置

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Publication number: JP5720119B2
Application number: JP2010123199A
Authority: JP
Inventors: 長岡　大治; 大治長岡; 輝男中田; 裕之遊座; 智宏是永
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-05-28
Also published as: JP2011247213A; WO2011148818A1

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジン（内燃機関）の排気後処理装置として、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化触媒と、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦ）とを組み合わせた排気ガス浄化装置が検討されている。このＮＯｘ浄化触媒としては、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＬＮＴ）や、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ）が知られている。

ＬＮＴは、排気ガスがリーン雰囲気であるときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがリッチ雰囲気であるときにＮＯｘを放出して、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ２等でＮＯｘを還元浄化する。また、ＳＣＲは、還元剤として供給されるアンモニア（ＮＨ３）とＮＯｘとの還元反応を促進することで、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する。また、ＤＰＦは、排気ガス中のＰＭを捕集するとともに、ポスト噴射や排気噴射によって供給される燃料を酸化し、酸化により発生する熱で堆積したＰＭを燃焼除去して再生される。

例えば、特許文献１には、内燃機関の排気ガス浄化装置として、酸化触媒（以下、ＤＯＣ）とＳＣＲとＤＰＦとを後処理装置として備えた排気ガス浄化装置が開示されている。また、特許文献２には、内燃機関の排気ガス浄化装置として、ＤＯＣとＬＮＴとＤＰＦとを後処理装置として備えた排気ガス浄化装置が開示されている。

特開２００８−２５５９０５号公報特開２００７−２８９８４４号公報

ところで、ＤＰＦの再生時には、ＤＯＣとＤＰＦとはＰＭ燃焼温度（例えば、６００℃程度）まで昇温される。この再生時の高温下で、ＤＯＣに担持された白金（Ｐｄ）等が飛散して、下流側に設けたＬＮＴやＳＣＲの内部に付着する場合がある。このように白金等が付着すると、付着した白金等が酸化能力を持ち、ＮＯｘの還元浄化が阻害されたり、ＮＯｘ還元後のＮ２やＮＨ３が再度酸化されてＮＯｘとなり、ＮＯｘ浄化能力が低下する虞がある。

また、白金等の飛散による影響を回避すべく、ＳＣＲやＬＮＴの上流側にＤＯＣを配置しないことも考えられるが、この場合は、ＳＣＲやＬＮＴの低温特性が低下して、低温時のＮＯｘ浄化率が低下する虞がある。

また、ＤＰＦの再生時に、ＤＰＦにのみ燃料を供給できる位置に排気噴射弁を設けることも考えられるが、この場合は、排気噴射弁が白金等の飛散による影響を受けて、目詰まり等を引き起こす虞がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、ＮＯｘ浄化触媒がＤＰＦ再生時の熱の影響により劣化することを抑制するとともに、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率低下を効果的に抑止することができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を有する第１の後処理装置と、前記第１の後処理装置の下流側の前記排気通路に設けられ、酸化触媒と排気中の粒子状物質を捕集するフィルタとを有する第２の後処理装置と、前記第１の後処理装置の上流側の前記排気通路から分岐して、前記第１の後処理装置と前記第２の後処理装置との間の前記排気通路に合流するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉する開閉手段と、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生に際し、前記開閉手段を開にするとともに、前記酸化触媒に燃料を供給すべく、前記内燃機関の燃料噴射弁から燃料を供給するポスト噴射を行う制御手段とを備えることを特徴とする。

また、前記バイパス通路の合流部と前記第２の後処理装置との間の前記排気通路に設けられ、前記酸化触媒に燃料を供給する第１の排気通路噴射手段をさらに備え、前記制御手段は、前記フィルタ再生に際し、前記開閉手段を開にするとともに、前記酸化触媒に燃料を供給すべく、前記ポスト噴射もしくは前記第１の排気通路噴射手段から燃料を供給する排気噴射を行うようにしてもよい。

また、前記第１の後処理装置の上流側の前記排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記フィルタ再生に際し、前記ＮＯｘ検出手段の検出値が閾値以上の場合は、前記開閉手段を閉にするとともに、前記酸化触媒に燃料を供給すべく、前記ポスト噴射もしくは前記第１の排気通路噴射手段から燃料を供給する排気噴射を行うようにしてもよい。

また、前記バイパス通路の分岐部と前記第１の後処理装置との間の前記排気通路に設けられ、前記開閉手段が開の際に、前記酸化触媒に燃料を供給する第２の排気通路噴射手段をさらに備え、前記制御手段は、前記フィルタ再生に際し、前記第１の排気通路噴射手段が作動しない場合は、前記開閉手段を開にするとともに、前記酸化触媒に燃料を供給すべく、前記第２の排気通路噴射手段から燃料を噴射するようにしてもよい。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、簡素な構成で、ＮＯｘ浄化触媒がＤＰＦ再生時の熱の影響により劣化することを抑制できるとともに、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率低下を効果的に抑止することができる。

本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置の概略図である。本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置の制御ＥＣＵを示すブロック図である。本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置のバイパスバルブ開閉制御を示すフローである。本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置のＰＭ再生制御を示す前段フローである。本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置のＰＭ再生制御を示す後段フローである。本発明の第二実施形態に係る排気ガス浄化装置の概略図である。本発明の第二実施形態に係る排気ガス浄化装置の制御ＥＣＵを示すブロック図である。本発明の第二実施形態に係る排気ガス浄化装置のＬＮＴ再生制御を示すフローである。

以下、図面により、本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の各実施形態について説明する。

＜第一実施形態＞
図１〜５は、本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１を説明するものである。同一の部品には同一の符号を付してあり、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返さない。

図１に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン１０の排気通路１１には、上流側から順に第１ＤＯＣ（酸化触媒）２２と、排気ガス中のＮＯｘを浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ）２３とを有する前段後処理装置（第１の後処理装置）２０が設けられている。また、前段後処理装置２０の下流側の排気通路１１には、上流側から順に、第２ＤＯＣ（酸化触媒）２４と、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦ）２５とを有する後段後処理装置（第２の後処理装置）２１が設けられている。

また、排気通路１１には、前段後処理装置２０を迂回すべく、前段後処理装置２０の上流側の排気通路１１から分岐して、前段後処理装置２０と後段後処理装置２１との間の排気通路１１に合流するバイパス通路１２が設けられている。

また、バイパス通路１２には、開閉によりバイパス通路１２に排気ガスを導入・遮断するバイパスバルブ１３が設けられている。このバイパスバルブ１３が閉められると、バイパス通路１２は遮断され、排気ガスは排気通路１１を流れて前段後処理装置２０へと導かれる。一方、バイパスバルブ１３が開かれると、排気ガスの大部分は圧力損失の低いバイパス通路１２を流れて、後段後処理装置２１へと導かれる。すなわち、バイパスバルブ１３を開いた時は、前段後処理装置２０への排気ガスの流量は極端に減少される。なお、このバイパスバルブ１３と、後述する制御ＥＣＵ４０のバイパスバルブ制御部４２とは、本発明の開閉手段を構成する。

前段後処理装置２０と後段後処理装置２１との間であって、バイパス通路１２との合流部１２ｂよりも下流に位置する排気通路１１には、第１排気噴射弁（第１の排気通路噴射手段）１４が設けられている。また、前段後処理装置２０の上流側であって、バイパス通路１２との分岐部１２ａよりも上流に位置する排気通路１１には、第２排気噴射弁（第２の排気通路噴射手段）１５が設けられている。

第１排気噴射弁１４は、後述する制御ＥＣＵ４０（制御手段）から出力される制御信号に基づいて、排気通路１１内の排気ガスに未燃燃料（ＨＣ）を噴射する。噴射された燃料は、後段後処理装置２１の第２ＤＯＣ２４に供給され。

第２排気噴射弁１５は、後述する制御ＥＣＵ４０から出力される制御信号に基づいて、排気通路１１内の排気ガスに燃料（ＨＣ）を噴射する。噴射された燃料は、バイパスバルブ１３が閉の時には前段後処理装置２０の第１ＤＯＣ２２に供給される。一方、噴射された燃料は、バイパスバルブ１３が開の時には、大部分が後段後処理装置２１の第２ＤＯＣ２４に供給される。

前段後処理装置２０の第１ＤＯＣ２２とＳＣＲ２３との間には、ＳＣＲ２３に還元剤を供給する尿素水噴射装置１６が設けられている。尿素水噴射装置１６から排気通路１１内に噴射された尿素水は、排気ガス中で加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成され、このアンモニアが還元剤としてＳＣＲ２３に供給される。

第１ＤＯＣ２２と第２ＤＯＣ２４とは、排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化する。この酸化で発生する熱により、第１ＤＯＣ２２はＳＣＲ２３を触媒活性温度まで昇温し、第２ＤＯＣ２４はＤＰＦ２５をＰＭ燃焼温度（例えば、６００℃）まで昇温する。また、第２ＤＯＣ２４は、ＳＣＲ２３から余剰のアンモニアがスリップすると、排気ガス中からこの余剰のアンモニアを酸化除去する。

ＳＣＲ２３は、尿素水噴射装置１６から供給される還元剤であるアンモニア（ＮＨ３）と、排気ガス中のＮＯｘとの還元反応を促進するもので、
２ＮＨ３＋ＮＯ＋ＮＯ２→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ …（式１）
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ …（式２）
８ＮＨ３＋６ＮＯ２→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ …（式３）
の反応により、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する。

ＤＰＦ２５は、排気ガス中のＰＭを捕集するとともに、再生制御時にはＰＭ燃焼温度（例えば、６００℃程度）まで昇温されることで、堆積したＰＭを燃焼除去する。

前段後処理装置２０の上流側の排気通路１１には、ディーゼルエンジン１０から排出され排気通路１１内を流れる排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ（ＮＯｘ検出手段）１８が設けられている。また、後段後処理装置２１には、ＤＰＦ２５の上流側と下流側との差圧を検出する差圧センサ（不図示）が設けられている。

制御ＥＣＵ（制御手段）４０は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて１燃焼行程中に複数回の燃料を噴射する多段噴射の噴射期間や噴射量等、ディーゼルエンジン１０の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、制御ＥＣＵ４０には、エンジン回転センサ（不図示）、アクセル開度センサ（不図示）、ＮＯｘセンサ１８、差圧センサ等の出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。

また、制御ＥＣＵ４０は、図２に示すように、運転状態判定部４１と、バイパスバルブ制御部４２と、ＰＭ堆積量推定部４３と、ＰＭ再生制御部４４と、排気噴射弁故障判定部４５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアである制御ＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

運転状態判定部４１は、ディーゼルエンジン１０の運転状態を判定する。具体的には、エンジン回転センサの出力値とアクセル開度センサの出力値とに基づいて、ディーゼルエンジン１０の運転状態が減速走行中であるか、または加速走行中や定速走行中等の減速走行中以外の運転状態（以下、通常走行中ともいう）であるか否かを判定する。

バイパスバルブ制御部４２は、バイパスバルブ１３に制御信号を出力して、バイパスバルブ１３の開閉を制御する。具体的には、運転状態判定部４１によってエンジン１０の運転状態が減速走行中と判定された場合は、排気ガス中のＮＯｘ濃度が低いので、バイパスバルブ１３を開に制御する。一方、運転状態判定部４１によってディーゼルエンジン１０の運転状態が通常走行中と判定された場合は、排気ガスを前段後処理装置２０に導入すべく、バイパスバルブ１３を閉に制御する。

また、バイパスバルブ制御部４２は、後述するＰＭ再生制御部４４の再生制御に際し、ＮＯｘセンサ１８の検出値が閾値以上の時は、排気ガスを前段後処理装置２０に導入すべく、バイパスバルブ１３を閉に制御する。一方、ＮＯｘセンサ１８の検出値が閾値より小さい時は、バイパスバルブ１３を開に制御する。

ＰＭ堆積量推定部４３は、ＤＰＦ２５に捕集され堆積したＰＭ堆積量を推定する。具体的には、このＰＭ堆積量推定部４３には、予め実験等により測定して記憶した、ＤＰＦ２５の差圧とＰＭ堆積量との関係を示す差圧特性マップ（不図示）が記憶されている。この差圧特性マップと差圧センサの出力値とに基づいて、ＤＰＦ２５に捕集されたＰＭの堆積量を推定算出する。

ＰＭ再生制御部４４は、ＰＭ堆積量推定部４３によって推定算出されたＰＭ堆積量が所定値（許容値）以上の場合に、ＤＰＦ２５の再生制御を行う。具体的には、ＤＰＦ２５の温度を、多段噴射により触媒活性温度まで昇温した後、第１排気噴射弁１４による排気噴射でＰＭ燃焼温度まで上昇させることで、ＰＭの燃焼除去を行う。なお、バイパスバルブ１３が開に制御されている場合は、選択スイッチによって、第１排気噴射弁１４による排気噴射をディーゼルエンジン１０の燃料噴射弁によるポスト噴射に切り替えることもできる。

排気噴射弁故障判定部４５は、ＰＭ再生制御に際し、第１排気噴射弁１４による排気噴射が噴射弁の目詰まり等で実施できない場合に、第２排気噴射弁１５に切り替えるフェールセーフを行う。例えば、ＰＭ再生制御が開始されてから一定時間経過した時に、第１排気噴射弁１４から燃料が噴射されていない場合や、ＤＰＦ２５が目標温度まで昇温されていない場合には、第１排気噴射弁１４を故障と判定し（エラー判定）、排気噴射を第２排気噴射弁１５へと切り替える。

本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１は、以上のように構成されているので、例えば図３〜５に示すフローに従って以下のような制御が行われる。

まず、図３に示す、走行時のバイパスバルブ開閉制御フローから説明する。本制御は、ディーゼルエンジン１０の始動（キー操作ＯＮ）と同時にスタートする。

ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、運転状態判定部４１によって、ディーゼルエンジン１０の運転状態が減速走行中であるか否かが判定される。運転状態が減速走行中と判定された場合はＳ１１０へと進む。一方、ディーゼルエンジン１０の運転状態が減速走行中でないと判定された場合、すなわち、運転状態が通常走行中の場合はＳ１３０へと進む。

Ｓ１１０では、バイパスバルブ１３が閉められているか否かが確認される。バイパスバルブ１３が開であれば本制御はリターンされる。一方、バイパスバルブ１３が閉の場合はＳ１２０へと進む。

Ｓ１２０では、バイパスバルブ制御部４２によって、バイパスバルブ１３が開に制御されて本制御はリターンされる。

Ｓ１３０では、Ｓ１００で運転状態が通常走行中と判定されたことを受けて、バイパスバルブ１３が開かれているか否かが確認される。バイパスバルブ１３が閉であれば本制御はリターンされる。一方、バイパスバルブ１３が開の場合はＳ１４０へと進む。

Ｓ１４０では、バイパスバルブ制御部４２によって、バイパスバルブ１３が閉に制御されて本制御はリターンされる。このバイパスバルブ開閉制御は、ディーゼルエンジン１０が始動（キー操作ＯＮ）してから停止（キー操作ＯＦＦ）するまでの間、繰り返し行われる。

次に、図４，５に示す、ＰＭ再生制御フローについて説明する。

Ｓ２００では、ＰＭ再生制御部４４に、ＰＭ堆積量推定部４３によって推定算出されたＰＭ堆積量が読み込まれ、このＰＭ堆積量が許容値以上であるか否かが判定される。ＰＭ堆積量が許容値以上であれば、ＤＰＦ２５の再生が必要と判断されてＳ２１０へと進む。一方、ＰＭ堆積量が許容値より小さい場合は、ＤＰＦ２５の再生は不要と判定されリターンされる。Ｓ２１０では、バイパスバルブ制御部４２にＮＯｘセンサ１８の検出値が出力され、排気ガス中のＮＯｘ濃度が閾値以上か否かが判断される。検出値が閾値以上であればＳ２２０へと進み、検出値が閾値よりも小さい場合はＳ３００へと進む。

Ｓ２２０では、バイパスバルブ制御部４２によって、バイパスバルブ１３が閉に制御される。すなわち、排気ガスはバイパス通路１２を通らずに前段後処理装置２０へと流される。

Ｓ２３０では、多段噴射によってＤＰＦ２５が触媒活性温度まで昇温される。なお、この時のＤＰＦ２５の触媒温度は、後段後処理装置２１の上流側と下流側とに設けられた排気温度センサ（不図示）から推定される。

Ｓ２４０では、ＰＭ再生制御部４４によって、第１排気噴射弁１４から排気噴射を行うＰＭ再生制御が開始される。

Ｓ２５０では、Ｓ２４０でＰＭ再生制御が開始されてから一定時間が経過した後、排気噴射弁故障判定部４５によって、第１排気噴射弁１４から燃料が噴射されているか否かの故障判定が行われる。第１排気噴射弁１４が目詰まり等により燃料を噴射しない場合にはＳ２７０へ進む。一方、第１排気噴射弁１４から燃料が噴射されている場合は、Ｓ２６０で、第１排気噴射弁１４の排気噴射によるＰＭ再生制御がそのまま継続されてリターンされる。

Ｓ２７０では、前述のＳ２５０で、第１排気噴射弁１４が故障と判定されたことを受けて、バイパスバルブ制御部４２によって、バイパスバルブ１３が開に制御される。

Ｓ２８０では、排気噴射を第２排気噴射弁１５に切り替えるフェールセーフが行われ、その後、Ｓ２９０では、第２排気噴射弁１５の排気噴射によるＰＭ再生制御が実行されて、本制御はリターンされる。

前述のＳ２１０でＮＯｘセンサ１８の検出値が閾値よりも小さいと判定されたことを受けて、Ｓ３００では、バイパスバルブ制御部４２によって、バイパスバルブ１３が開に制御される。

Ｓ３１０では、多段噴射によってＤＰＦ２５が触媒活性温度まで昇温される。

Ｓ３２０では、ＤＰＦ２５が触媒活性温度まで昇温されたことを確認すると、ＰＭ再生制御に第１排気噴射弁１４による排気噴射を用いるか、もしくは、ディーゼルエンジン１０の燃料噴射弁（不図示）によるポスト噴射を用いるか、ＰＭ再生制御に用いる燃料噴射の選択が行われる。ここで、ポスト噴射を用いることができるのは、バイパスバルブ１３が開の場合は、前段後処理装置２０には排気ガスが殆ど流入しないため、ＳＣＲ２３が熱劣化する虞が少ないからである。第１排気噴射弁１４による排気噴射を用いる場合はＳ３３０へと進む。一方、ポスト噴射を用いる場合はＳ３９０へと進む。

Ｓ３３０では、ＰＭ再生制御部４４によって、第１排気噴射弁１４から排気噴射を行うＰＭ再生制御が開始される。

Ｓ３４０では、前述のＳ３３０でＰＭ再生制御が開始されてから一定時間が経過した後、排気噴射弁故障判定部４５によって、第１排気噴射弁１４から燃料が噴射されているか否かの故障判定が行われる。第１排気噴射弁１４が目詰まり等により燃料を噴射しない場合にはＳ３６０へ進む。一方、第１排気噴射弁１４から燃料が噴射されている場合は、Ｓ３５０で、第１排気噴射弁１４の排気噴射によるＰＭ再生制御がそのまま継続されて、本制御はリターンされる。

Ｓ３６０では、前述のＳ３４０で、第１排気噴射弁１４が故障と判定されたことを受けて、バイパスバルブ制御部４２によって、バイパスバルブ１３が開に制御される。

Ｓ３７０では、排気噴射を第２排気噴射弁１５に切り替えるフェールセーフが行われ、その後、Ｓ３８０で、第２排気噴射弁１５の排気噴射によるＰＭ再生制御が実行されて、本制御はリターンされる。

Ｓ３９０では、前述のＳ３２０で、ＰＭ強制再生時の燃料噴射にポスト噴射を用いることを受けて、制御ＥＣＵ４０によってディーゼルエンジン１０の燃料噴射弁（不図示）の噴射時期が制御されてポスト噴射が行われ、ＰＭ再生制御が実行されて本制御はリターンされる。

上述のような構成により、本発明の第一実施形態に係る排気ガス浄化装置１によれば以下のような作用・効果を奏する。

運転状態判定部４１によって、ディーゼルエンジン１０の運転状態が減速走行中と判定された場合は、バイパスバルブ１３は開かれて、大部分の排気ガスは前段後処理装置２０には流れずに、バイパス通路１２を通って後段後処理装置２１へと導かれる。

したがって、減速走行時にＳＣＲ２３が排気ガスの流れによって冷却されることを抑制し、ＳＣＲ２３を触媒活性温度に保温することができるので、ＳＣＲ２３のＮＯｘ浄化率が低下することを効果的に防止することができる。

また、ＤＰＦ２５のＰＭ再生制御に際し、ＮＯｘセンサ１８の検出値が閾値よりも小さい場合は、バイパスバルブ１３は開かれて、大部分の排気ガスは前段後処理装置２０には流れずに、バイパス通路１２を通って後段後処理装置２１へと導かれる。

したがって、ＰＭ再生制御時に、ポスト噴射や排気噴射によって、ＤＰＦ２５がＰＭ燃焼温度（例えば、６００℃）まで昇温されても、前段後処理装置２０のＳＣＲ２３には、高温となった排気ガスが流れ込まないので、ＳＣＲ２３が熱の影響により劣化することを抑制できるとともに、白金等が飛散して付着することで引き起こされる、ＳＣＲ２３のＮＯｘ浄化率の低下を効果的に抑止することができる。

また、ＤＰＦ２５のＰＭ再生制御に際し、第１排気噴射弁１４が作動しない場合は、第２排気噴射弁１５によって排気噴射が行われる。

したがって、排気噴射弁の二重化によるフェールセーフが可能となり、ＰＭ再生制御を確実に行うことができる。

また、ＰＭ再生制御に際し、ポスト噴射ではなく、第１排気噴射弁１４による排気噴射を用いる場合は、ディーゼルエンジン１０の燃焼に影響を与えないので、通常運転時と同様に排気ガスの一部を吸気に環流するＥＧＲ等を行うことができる。

したがって、ＰＭ再生制御時においても、通常運転時と同様の低ＮＯｘかつ排気ガス量が少ない状態が維持されるので、ＰＭ再生制御時に排出される排気ガス中のＮＯｘ量増加を抑制できるとともに、燃費を改善することができる。

＜第二実施形態＞
以下、図６〜８に基づいて、本発明の第二実施形態について説明する。

本発明の第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２は、上述の第一実施形態において、前段後処理装置２０に設けられたＳＣＲ２３を、図６に示すように、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＬＮＴ）２６とし、尿素水噴射装置１６を省略したものである。また、図７に示すように、制御ＥＣＵ（制御手段）４０にＬＮＴ再生制御部４６をさらに設けたものである。

したがって、その他の構成は第一実施形態の排気ガス浄化装置１と同様であるので、ここでは他の構成についての詳細な説明を省略する。

ＬＮＴ２６は、排気ガスがリーン雰囲気のときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがリッチ雰囲気のときにＮＯｘを放出して、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｈ２等でＮＯｘを還元浄化する。また、ＬＮＴ２６は、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態となると、後述する制御ＥＣＵ４０のＬＮＴ再生制御部４６によって、第２排気噴射弁１５から還元剤である燃料（ＨＣ）が噴射され、ＬＮＴ２６を流れる排気ガスをリッチ雰囲気（リッチスパイク）にすることで再生される。

ＬＮＴ再生制御部４６は、ＬＮＴ２６の再生制御を行う。より具体的には、予め実験等で測定し記憶した、エンジン回転数とアクセル開度とＮＯｘ排出量との関係を示すＮＯｘマップ（不図示）に基づいて、ＬＮＴ２６のＮＯｘ吸蔵量を推定算出する。ＮＯｘ吸蔵量が所定量を超えた場合は飽和状態にあると判定し、第２排気噴射弁１５から燃料を噴射させて排気ガスをリッチ雰囲気にするＬＮＴ再生制御を行う。

なお、このＬＮＴ２６の再生制御時には、バイパスバルブ制御部４２から制御信号が出力されて、バイパスバルブ１３は閉に制御される。

本発明の第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２は、以上のように構成されているので、例えば図８に示すフローに従って以下のようなＬＮＴの再生制御が行われる。なお、第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２においても、図３〜５に示すフローと同様の制御が行われるので、ここでは説明を省略する。

Ｓ４００では、ＬＮＴ２６のＮＯｘ吸蔵量が推定算出され、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態にあるか否かが確認される。推定算出されたＮＯｘ吸蔵量が所定値以上であればＳ４１０へと進む。一方、推定算出されたＮＯｘ吸蔵量が所定値より小さい場合は、ＬＮＴ２６の再生制御は不要と判定されてリターンされる。

Ｓ４１０では、バイパスバルブ制御部４２によって、バイパスバルブ１３が閉に制御される。すなわち、排気ガスはバイパス通路１２を通らずに、前段後処理装置２０へと流される。

Ｓ４２０では、ＬＮＴ２６の再生制御に、第２排気噴射弁１５による排気噴射を用いるか、もしくは、ポスト噴射を用いるか、リッチスパイクのための燃料噴射の選択（選択スイッチ）が行われる。

Ｓ４３０では、前述のＳ４２０で第２排気噴射弁１５による排気噴射が選択されたことを受けて、第２排気噴射弁１５から燃料を噴射させて排気ガスをリッチ雰囲気にするＬＮＴ２６の再生制御が実行されて、本制御はリターンされる。

一方、前述のＳ４２０でポスト噴射が選択されると、Ｓ４４０では制御ＥＣＵ４０によってディーゼルエンジン１０の燃料噴射弁（不図示）の噴射時期が制御されるポスト噴射が行われ、排気ガスをリッチ雰囲気にするＬＮＴ２６の再生制御が実行されて、本制御はリターンされる。

上述のような構成により、本発明の第二実施形態に係る排気ガス浄化装置２によれば以下のような作用・効果を奏する。

ＬＮＴ２６のＮＯｘ吸蔵量が飽和状態にあると判定された場合は、第２排気噴射弁１５から燃料を噴射させて排気ガスをリッチ雰囲気にするＬＮＴ２６の再生制御が行われる。また、ＤＰＦ２５のＰＭ再生制御に際しては、上述の第一実施形態と同様に、ＮＯｘセンサ１８の検出値が閾値よりも小さい場合は、バイパスバルブ１３が開かれて、大部分の排気ガスは前段後処理装置２０のＬＮＴ２６には流れ込まずに、バイパス通路１２を通って後段後処理装置２１へと導かれる。

したがって、ＬＮＴ２６の再生を確実に行いつつ、ＰＭ再生制御時にＤＰＦ２５がＰＭ燃焼温度（例えば、６００℃程度）に昇温されても、ＬＮＴ２６の温度がＮＯｘ還元浄化機能の低下する高温状態となることを抑制できるので、ＰＭ再生制御時の排気ガス中のＮＯｘ量増加を効果的に抑止することができる。

したがって、ＬＮＴ２６の再生制御に用いられる第２排気噴射弁１５を、ＰＭ再生制御のフェールセーフとして用いることが可能となり、ＬＮＴ２６の再生制御とＤＰＦ２５のＰＭ再生制御との双方を確実に行うことができる。

なお、本発明は、上述の各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。

例えば、図４に示すフローで、Ｓ２１０にてＮＯｘ値が閾値以上の場合は、バイパスバルブ１３を閉めてＰＭ再生制御を開始し、Ｓ２５０にて第１排気噴射弁１４が故障と判定された場合は、Ｓ２７０にてバイパスバルブ１３を開いて、第２排気噴射弁１５に切り換えるフェールセーフを行うものとして説明したが、排気ガス中のＮＯｘ濃度を重視する場合は、排気ガス中のＮＯｘ濃度（ＮＯｘセンサ１８の検出値）が閾値よりも小さくなるまで、バイパスバルブ１３が開かれるＳ２７０〜２９０までのステップを保留させることもできる。

また、図３に示すフローで、バイパスバルブ１３の開閉を、運転状態判定部４１の判定（通常走行中・減速走行中）に基づいて行うものとして説明したが、例えば、このバイパスバルブ１３の開閉を、ＰＭ再生制御と同様にＮＯｘセンサ１８の検出値に基づいて行うようにすることもできる。

１排気ガス浄化装置
１０ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１排気通路
１２バイパス通路
１３バイパスバルブ
１４第１排気噴射弁（第１の排気通路噴射手段）
１５第２排気噴射弁（第２の排気通路噴射手段）
１８ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ検出手段）
２０前段後処理装置（第１の後処理装置）
２１後段後処理装置（第２の後処理装置）
２３ＳＣＲ（選択還元型ＮＯｘ触媒）
２４第２ＤＯＣ（酸化触媒）
２５ＤＰＦ（フィルタ）
２６ＬＮＴ（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
４０制御ＥＣＵ（制御手段）

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ、上流側から順に第１の酸化触媒と排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒とを配置した第１の後処理装置と、
前記第１の後処理装置よりも下流側の前記排気通路に設けられ、上流側から順に第２の酸化触媒と排気中の粒子状物質を捕集するフィルタとを配置した第２の後処理装置と、
前記第１の後処理装置よりも上流側の前記排気通路から分岐して、前記第１の後処理装置と前記第２の後処理装置との間の前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉する開閉手段と、
前記第１の後処理装置よりも上流側の前記排気通路に設けられて排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ検出手段と、
前記バイパス通路の合流部と前記第２の後処理装置との間の前記排気通路に設けられて前記第２の酸化触媒に燃料を供給可能な第１の排気通路噴射手段と、
前記バイパス通路の分岐部よりも上流側の前記排気通路に設けられて前記第１の酸化触媒及び前記第２の酸化触媒に燃料を供給可能な第２の排気通路噴射手段と、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記フィルタ再生に際し、前記ＮＯｘ検出手段の検出値が閾値以上の場合は、前記開閉手段を閉にすると共に、前記第２の酸化触媒に燃料の供給を開始すべく前記第１の排気通路噴射手段に燃料噴射を実行させ、当該第１の排気通路噴射手段が作動しない場合は、前記ＮＯｘ検出手段の検出値が前記閾値よりも低くなった後に、前記開閉手段を開にすると共に、前記第２の酸化触媒に燃料を供給すべく、前記第２の排気通路噴射手段に燃料噴射を実行させる
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。