JP6551029B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する技術として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られている。
例えば、特許文献１には、エンジンの排気通路に配設され、排気ガス中のＮＯｘを選択還元する選択還元触媒と、この選択還元触媒の上流の排気通路に尿素還元剤を供給する尿素還元剤供給手段と、この尿素還元剤供給手段と選択還元触媒との間の排気通路に配設され、尿素還元剤供給手段で供給された尿素還元剤と排気ガスのミキシングを促進するためのミキシング部材と、を有するエンジンの排気浄化装置が開示されている。
かかる排気浄化装置は、ミキシング部材の直上流と直下流との差圧を検出する差圧検出手段と、この差圧検出手段で検出された差圧が所定値以上となったとき、排気ガスの温度を上昇させる排気ガス温度上昇手段と、を備えている。
これにより、かかる排気浄化装置は、差圧検出手段で検出された差圧が所定値以上となったときに、排気ガスの温度を上昇させ、ミキシング部材に堆積したデポジット（尿素水から生成された結晶）を溶融除去する。

特許第４８７７１２３号公報

ところで、ミキシング部材（撹拌ミキサ）を用いて尿素還元剤と排気ガスのミキシングを促進する場合、撹拌ミキサの静止翼（ブレード）にデポジットが溜まりやすい。そして、撹拌ミキサのブレードにデポジットが溜まると、圧力損失が増大するとともに、尿素還元剤の分散効率が低下し、選択還元触媒における窒素酸化物の浄化効率が低下するという問題を引き起こす。
しかしながら、上述した特許文献１に記載されたエンジンの排気浄化装置では、ミキシング部材（撹拌ミキサ）に付着したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを判定するには、差圧検出手段で検出された差圧と比較する所定値を極小さな値（γ）に設定する必要があり、差圧の検出が困難である。これにより、撹拌ミキサに堆積したデポジットを適切に溶融除去することができない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、撹拌ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物を選択的に還元する選択還元触媒と、前記選択還元触媒の上流で前記排気通路に還元剤を供給するための還元剤供給手段と、前記還元剤供給手段と前記選択還元触媒との間の前記排気通路に設けられ、前記還元剤供給手段で供給された前記還元剤と前記排気ガスとを混合する撹拌ミキサと、前記排気通路の流路断面積よりも小さな流路断面積を有し、前記撹拌ミキサを迂回するように設けられたバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、前記還元剤が付着するよう傾斜面を有した傾斜部と、前記傾斜部の直上流と直下流との差圧を計測する差圧計測手段と、を備える。

上記（１）の構成によれば、バイパス通路の流路断面積は、排気通路の流路断面積よりも小さいので、差圧計測手段で計測される差圧は、撹拌ミキサの直上流と直下流との差圧を拡大するものとなる。これにより、所定値を特許文献１に記載されたもの（γ）よりも大きなものとすることができるので、撹拌ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記差圧計測手段で計測された差圧が所定値以上になったときに、前記排気ガスの温度を上昇させる排気ガス温度上昇手段を備える。
上記（２）の構成によれば、差圧計測手段で計測された差圧が所定値以上となったときに、排気ガス温度上昇手段が排気ガスの温度を上昇させるので、撹拌ミキサに堆積したデポジットは溶融除去される。これにより、内燃機関の排気浄化装置は、撹拌ミキサに堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記バイパス通路は、前記撹拌ミキサの直上流で前記排気通路から分岐する。
上記（３）の構成によれば、撹拌ミキサの直上流で排気通路から分岐したバイパス通路に設置した傾斜部の直上流と直下流との差圧を計測することができるので、傾斜部に堆積するデポジットの量は撹拌ミキサに堆積するデポジットの量と強い相関を有することになる。これにより、撹拌ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサに堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれか一つの構成において、前記傾斜部は、前記バイパス通路の軸線を対称軸に線対称に設けられる。
上記（４）の構成によれば、傾斜部が撹拌ミキサを再現するものとなるので、撹拌ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサに堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）のいずれか一つの構成において、前記傾斜部は、前記バイパス通路において直線的に延びる直線領域に設けられる。
上記（５）の構成によれば、屈曲領域に生じる負圧の影響を回避できるので、傾斜部が撹拌ミキサ再現するものとなる。これにより、撹拌ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサに堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか一つの構成において、前記バイパス通路に対する前記傾斜部の遮蔽率は、前記排気通路に対する前記撹拌ミキサの遮蔽率と同一に設定される。
上記（６）の構成によれば、バイパス通路に対する傾斜部の遮蔽率は、排気通路に対する撹拌ミキサの遮蔽率に基づいて設定されるので、傾斜部に堆積するデポジットは撹拌ミキサに堆積するデポジットと強い相関を有する。これにより、撹拌ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサに堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか一つの構成において、前記傾斜部は、前記バイパス通路が前記排気通路から分岐する分岐部の直下流に配設される。
上記（７）の構成によれば、傾斜部がバイパス通路が分岐する分岐部の直下流に配設されるので、傾斜部がバイパス通路の影響を受けにくくなる。これにより、撹拌ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサに堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか一つの構成において、前記排気通路から分岐した前記バイパス通路は、前記選択還元触媒が収容される前記排気通路に設けられた触媒収容部で前記排気通路に合流する。
上記（８）の構成によれば、バイパス通路は、選択還元触媒が収容される排気通路に設けられた触媒収容部で排気通路に合流するので、バイパス通路に排気通路に合流させるための屈曲部を設ける必要がない。これにより、バイパス通路の下流側に負圧となる領域が生じるのを回避することができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ミキサに堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定することができる。

本発明の実施形態１に係る排気浄化装置を適用したエンジンを示す概略図である。 図１に示した排気浄化装置の要部を示す概略図である。 図２に示したバイパス通路及び傾斜部を示す概略図である。 図１に示したエンジンの排気浄化装置の制御構成を概略的に示すブロック図である。 図１に示したエンジンの排気浄化装置の制御手順を概略的に示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る排気浄化装置のバイパス通路及び傾斜部を概略的に示す模式図である。 本発明の実施形態３に係る排気浄化装置の傾斜部を概略的に示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（実施形態１）
まず、図１から図４に基づいて本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６の構成を説明する。尚、図１は、本発明の実施形態１に係る排気浄化装置６を適用したエンジンを示す概略図である。また、図２は、図１に示した排気浄化装置６の要部を示す概略図であり、図３は、図２に示したバイパス通路６１及び傾斜部６２を示す概略図である。また、図４は、図１に示したエンジンの排気浄化装置６の制御構成を概略的に示すブロック図である。

本発明の実施形態１に係る排気浄化装置６が適用される内燃機関は、コモンレール式のディーゼルエンジンであって、図１に示すように、エンジン本体１、燃料供給系統２、吸気系統３、排気系統４、及び排気再循環系統５を備えて構成され、本発明の実施形態１である排気浄化装置６は、排気系統４に設けられている。

エンジン本体１は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上に固定されたシリンダヘッド１２とにより構成される。シリンダブロック１１には、複数のシリンダ（気筒）１１１が一列に設けられ、その下方域に共通する一つのクランクシャフト１３が回転可能に支持されている。シリンダ１１１は、円筒形に形成され、その内部にはピストン１４が上下方向に往復動可能に収容されている。ピストン１４は、頭部が閉塞された円筒形に形成され、その胴部には径方向に貫通するピン穴が設けられている。また、ピストン１４の胴部には、コネクティングロッド１５の一端（スモール・エンド）が収容され、ピン穴を挿通するピストンピン１４２により、コネクティングロッド１５の一端がピストン１４に連結されている。そして、シリンダヘッド１２とピストン１４との間には燃焼室が形成される。

クランクシャフト１３は、コネクティングロッド１５とともにピストン１４の往復運動（下降運動）を回転運動に変換するもので、クランクシャフト１３の回転中心を通る軸線に対して平行にクランクピン（図示せず）を有している。そして、クランクピンには、コネクティングロッド１５の他端（ラージ・エンド）が連結されている。これにより、ピストン１４の往復運動は、クランクシャフト１３の回転運動に変換される。

シリンダヘッド１２には、シリンダ１１１ごとに吸気ポート１１２と排気ポート１１３とが設けられている。
また、各吸気ポート１１２には、吸気ポート１１２を開閉する吸気弁が取り付けられている。吸気ポート１１２は、吸入行程において開放され、吸気ポート１１２からシリンダ１１１内に空気の吸入が可能となり、圧縮行程、膨張行程、排気行程において閉鎖される。また、各排気ポート１１３には、排気ポート１１３を開閉する排気弁が取り付けられている。排気ポート１１３は、排気行程において開放され、排気ポート１１３から排気ガスの排出が可能となり、吸入行程、圧縮行程、膨張行程において閉鎖される。これにより、燃焼室は、圧縮行程と膨張行程において閉鎖される。

また、シリンダヘッド１２には、シリンダ１１１ごとにグロープラグが設けられている。グロープラグは、冷間時の始動を助ける補助熱源であって、燃料供給系統２から供給（噴射）された燃料が直接触れる位置に配置される。

燃料供給系統２は、所定のタイミングで所定量の燃料をシリンダ１１１内に噴射するもので、本実施形態では、コモンレール式の燃料噴射装置２１を備えている。コモンレール式の燃料噴射装置２１は、シリンダ１１１ごとに設けられたインジェクター２２と、各インジェクター２２に共通するコモンレール２３と、コモンレール２３に高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプ２４とを備えて構成されている。燃料噴射装置２１は、一燃焼サイクル中で複数回の燃料噴射が可能で、本実施形態に係るインジェクター２２は、一燃焼サイクル中で、パイロット噴射（Ｐｉｌｏｔ）、プレ噴射（Ｐｒｅ）、主噴射（Ｍａｉｎ）、アフター噴射（Ａｆｔｅｒ）、ポスト噴射（Ｐｏｓｔ）に分けて燃料を噴射することができる。これにより、本実施の形態に係るインジェクター２２は、シリンダ１１１内に燃焼に寄与せず未燃燃料として排気系統４に排出するタイミングで燃料を噴射（ポスト噴射）することができる。

吸気系統３は、エンジン本体１に空気を供給するためのもので、外部からエンジン本体１に空気を供給するための吸気通路（吸気管）３１を備えている。吸気通路３１は、上流から下流（外部からエンジン本体１）に向けて、エアクリーナ３２、ターボチャージャ３３、インタークーラ３４、吸気スロットル３６、及びインテークマニホールド３７を備えている。

エアクリーナ３２は、大気中に含まれる粉塵等を分離し清浄な空気をエンジン本体１に供給するためのもので、吸気通路３１の最上流に配置されている。

ターボチャージャ３３は、エンジン本体１に圧縮された空気を供給するためのもので、吸気通路３１にはコンプレッサ（図示せず）が設けられ、排気タービン（図示せず）は、後述するように、排気通路４１に設けられている。そして、コンプレッサのコンプレッサホイール（図示せず）と、排気タービンのタービンホイール（図示せず）とが同軸に設けられ、タービンホイールがコンプレッサを駆動する。これにより、吸気通路３１の空気（吸気）はコンプレッサで圧縮され、圧縮された空気はエンジン本体１に供給される（過給）。

インタークーラ３４は、吸気通路３１に導入され、ターボチャージャ３３で圧縮された空気を冷却するためのもので、吸気通路３１に導入され、ターボチャージャ３３で圧縮された空気は、インタークーラ３４を通過する際に冷却される。

吸気スロットル３６は、エンジン本体１に供給する空気（吸気）の流量を調整し、エンジンの出力を調整するためのもので、インタークーラ３４とインテークマニホールド３７との間に設けられている。

インテークマニホールド３７は、各吸気ポート１１２に空気を分配する多気管であり、吸気通路３１の下流に設けられ、端部（分岐側端部）が各吸気ポート１１２に接続されている。これにより、吸気通路３１に供給された空気は、インテークマニホールド３７で均等に分配され、各吸気ポート１１２に均等に供給される。

また、吸気通路３１は、第１温度センサ３１１、酸素濃度センサ３１２、及び第２温度センサ３１３を備えている。
第１温度センサ３１１は、外部から吸入した空気の温度を計測するためのもので、エアクリーナ３２の下流、エアクリーナ３２とターボチャージャ（コンプレッサ）３３との間に設けられている。
酸素濃度センサ３１２は、吸気ポート１１２に供給する空気に含まれる酸素の濃度を計測するためのもので、後述するＥＧＲ通路５１の合流位置よりも下流であって、吸気スロットル３６とインテークマニホールド３７との間に設けられている。
第２温度センサ３１３は、吸気ポート１１２に供給する空気の温度を計測するためのもので、インテークマニホールド３７に設けられている。

排気系統４は、エンジン本体１から排気ガスを排出するもので、エンジン本体１から外部に排気ガスを排出するための排気通路（排気管）４１を備えている。排気通路４１は、上流から下流（エンジン本体１から外部）に向けて、エキゾーストマニホールド４２、排気タービン（ターボチャージャ３３）、酸化触媒４３、微粒子捕集フィルター４４、尿素水噴射インジェクター４５、撹拌ミキサ４６、及びＳＣＲ触媒４７を備えている。

エキゾーストマニホールド４２は、各排気ポート１１３から排出された排気ガスが集合する多気管であり、排気通路４１の上流に設けられ、端部（分岐側端部）が各排気ポート１１３に接続されている。これにより、各排気ポート１１３からエキゾーストマニホールド４２に排出された排気ガスは、エキゾーストマニホールド４２で集合する。

排気タービン（図示せず）は、上述したように、ターボチャージャ３３を構成するもので、排気通路４１に設けられている。これにより、エンジン本体１から排出された排気ガスがタービンホイールを回転させ、コンプレッサを駆動するので、吸気通路３１の空気（吸気）はコンプレッサで圧縮され、圧縮された空気はエンジン本体１に供給される（過給）。

酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst）４３は、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）を酸化するためのもので、ターボチャージャ３３のタービンの直下流に設けられている。酸化触媒４３は、円柱状に形成され、円筒の前後に円錐を組み合わせた形状に形成された第１触媒収容部４８の上流側部分に収容されている。

微粒子捕集フィルター（Diesel particulate filter）４４は、酸化触媒４３を通過した排気ガスに含まれる微粒子（ＰＭ）を捕集するためのもので、酸化触媒４３の下流に設けられている。微粒子捕集フィルター４４は、酸化触媒４３と同一直径の円柱状に形成され、上述した第１触媒収容部４８の下流側部分に収容されている。

尿素水噴射インジェクター４５は、排気通路４１の内部を流れる排気ガスに尿素水を供給（噴射）するための尿素還元剤供給手段で、排気通路４１のＳＣＲ触媒４７の上流となる位置に設けられている。これにより、尿素水噴射インジェクター４５から排気通路４１に流れる排気ガスに噴射された尿素水は熱分解されてアンモニア（ＮＨ_３）となり、ＳＣＲ触媒４７に供給される。

撹拌ミキサ４６は、尿素水噴射インジェクター４５から排気通路４１の内部に噴射された尿素水（熱分解されたアンモニアを含む）と排気通路４１の内部に流れる排気ガスとの混合を促進するためのもので、尿素水噴射インジェクター４５とＳＣＲ触媒４７との間に設けられている。撹拌ミキサ４６は、排気ガスの流れに旋回成分を付加することにより、尿素水と排気ガスの混合を促進可能であり、例えば、排気ガスの流れ方向に対して傾斜する複数の静止翼により構成される。

ＳＣＲ触媒４７は、排気通路４１に設けられ、エンジン本体１から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元する選択還元触媒で、本実施形態に係るＳＣＲ触媒は、アンモニア（ＮＨ_３）を用いて窒素酸化物を選択的に還元する。また、本実施形態に係るＳＣＲ触媒４７は、円柱状に形成され、円筒の前後に円錐を組み合わせた形状に形成された第２触媒収容部４９に収容されている。

また、排気通路４１は、酸素濃度センサ４１１、第１温度センサ４１２、第２温度センサ４１３、第３温度センサ４１４、第１ＮＯｘセンサ４１５、第２ＮＯｘセンサ４１６、及びアンモニアセンサ４１７を備えている。
酸素濃度センサ４１１は、エンジン本体１から排出された排気ガスに含まれる酸素の濃度を計測するためのもので、ターボチャージャ（排気タービン）３３の下流、排気タービンと酸化触媒４３との間に設けられている。
第１温度センサ４１２は、酸化触媒４３に流入する排気ガスの温度を計測するためのもので、第１触媒収容部４８の入口側に設けられている。
第２温度センサ４１３は、酸化触媒４３を通過した排気ガスの温度を計測するためのもので、酸化触媒４３と微粒子捕集フィルター４４との間となる第１触媒収容部４８の中程に設けられている。
第３温度センサ４１４は、微粒子捕集フィルター４４を通過した排気ガスの温度を計測するためのもので、第１触媒収容部４８の出口側に設けられている。
第１ＮＯｘセンサ４１５は、ＳＣＲ触媒４７に流入する排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を計測するためのもので、ＳＣＲ触媒４７の上流、微粒子捕集フィルター４４とＳＣＲ触媒４７との間に設けられている。
第２ＮＯｘセンサ４１６は、ＳＣＲ触媒４７から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を計測するためのもので、ＳＣＲ触媒４７の下流に設けられている。
アンモニアセンサ４１７は、ＳＣＲ触媒４７から排出された排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を計測するためのもので、ＳＣＲ触媒４７の下流に設けられている。

排気再循環系統５は、エンジン本体１から排出された排気ガスの一部を吸気系統３に供給（再循環）するもので、排気系統４と吸気系統３とに跨がって設けられている。排気再循環系統５は、エキゾーストマニホールド４２から分岐し吸気通路（吸気管）３１に合流するＥＧＲ通路（排気再循環通路）５１を備えている。これにより、排気系統４を流れる排気ガスの一部がＥＧＲ通路５１を通り吸気通路３１に導入される（排気再循環）。

ＥＧＲ通路５１には、上流側（排気系統４側）から下流側（吸気系統３側）に向けて順に、ＥＧＲクーラ５２、及びＥＧＲバルブ５３を備えている。
ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１に導入された排気ガスを冷却するためのもので、ＥＧＲ通路５１に導入された排気ガスは、ＥＧＲクーラ５２を通過する際に冷却される。
ＥＧＲバルブ５３は、排気再循環する排気ガスの流量を調整するためのもので、その開度により任意の流量の排気ガスがＥＧＲ通路５１を通り吸気通路３１に供給される。

また、図２に示すように、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６は、バイパス通路６１、傾斜部６２、差圧センサ６３、及び排気ガス温度上昇手段６４（図４参照）を備えている。
バイパス通路６１は、排気通路４１の流路断面積よりも小さな流路断面積を有し、撹拌ミキサ４６を迂回するように設けられている。バイパス通路６１は、撹拌ミキサ４６の直上流で排気通路４１から分岐し、撹拌ミキサ４６の下流、第２触媒収容部４９の入口側で排気通路４１に合流するように設けられている。図２に示す例では、バイパス通路６１は、撹拌ミキサ４６の直上流で排気通路４１から下流方向に斜めに直線的に延びる傾斜部６１１と、排気通路４１と平行に延びる平行部６１２とを有している。

傾斜部６２は、上述した撹拌ミキサ４６と同様、バイパス通路６１内で尿素水（熱分解されたアンモニアを含む）と排気通路４１の内部に流れる排気ガスの混合を促進するためのもので、バイパス通路６１の上流側となる内部に設けられている。傾斜部６２は、バイパス通路６１の上流側となる内部であれば任意の位置に設けることができるが、図２に示す例では、傾斜部６１１において直線的に延びる直線領域であって、バイパス通路６１が排気通路４１から分岐する分岐部の直下流に設けられている。また、傾斜部６２は、撹拌ミキサ４６を再現することが好ましく、バイパス通路６１の軸線を対称軸に線対称に設けられ、バイパス通路６１の軸線に対して傾斜した傾斜面６２１を有することが好ましい。さらに、傾斜部６２は、バイパス通路６１に対する傾斜部６２の遮蔽率が排気通路４１に対する撹拌ミキサ４６の遮蔽率と同一に設定されることが好ましい。

差圧センサ６３は、傾斜部６２の上流と下流の差圧を計測するための差圧計測手段で、一方の端子６３１が傾斜部６２の上流となるバイパス通路６１の内部に設けられ、他方の端子６３２が傾斜部６２の下流となるバイパス通路６１の内部に設けられている。

排気ガス温度上昇手段６４は、撹拌ミキサ４６を通過する排気ガスの温度を上昇させるためのもので、本実施形態に係る排気ガス温度上昇手段６４は、例えば、燃料供給系統２に設けられたコモンレール式の燃料噴射装置２１により構成される。そして、燃料噴射装置２１で構成された排気ガス温度上昇手段６４は、シリンダ１１１内に燃焼に寄与せず未燃燃料として排気通路４１に排出するタイミングで燃料を噴射（ポスト噴射）することにより、撹拌ミキサ４６を通過する排気ガスの温度を上昇させる。

図４に示すように、本発明の実施形態１に係るエンジンの排気浄化装置６の各種制御は、電子制御装置（ＤＣＵ（Dosing Control Unit））７により実現される。
電子制御装置７は、各種演算処理を実行するＣＰＵ（図示せず）、その制御に必要なプログラムやデータが記憶されたＲＯＭ（図示せず）、ＣＰＵの演算結果が一時記憶されるＲＡＭ（図示せず）、及び外部との間で信号を入出力するための入・出力ポート（図示せず）を備えて構成される。これらは、図４に示すように、差圧判定手段７１、堆積量推定手段７２、吸着量算出手段７３、限界量算出手段７４、再生時間算出手段７５、及び再生実行手段７６を構成する。

差圧判定手段７１は、傾斜部６２の上流と下流の差圧が規定値（閾値）以下であるか否かを判定するためもので、差圧センサ６３で計測された差圧に基づいて判定し、差圧が規定値を超えた場合にその旨を明示するフラグを立てるように構成されている。尚、既定値は、差圧と撹拌ミキサ４６の撹拌性能との相関から設定され、撹拌ミキサ４６の撹拌性能への懸念が確認される差圧を既定値とする。また、相関については事前の試験から差圧と撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットの量（以下、「デポジット堆積量」という）との相関、及びデポジット堆積量と撹拌性能との相関を確認し、決定する。

堆積量推定手段７２は、デポジット堆積量を推定するためのもので、差圧センサ６３で計測された差圧からデポジット堆積量を推定可能である。

吸着量算出手段７３は、ＳＣＲ触媒４７に吸着されているアンモニア量を算出するためのもので、上述したように、エンジンを停止したときのＳＣＲ触媒４７の温度に基づいて算出可能である。
限界量算出手段７４は、ＳＣＲ触媒４７に吸着されるアンモニアの吸着限界量を算出するものである。
再生時間算出手段７５は、デポジット量の溶融に必要な時間を算出するためのものである。
再生実行手段７６は、排気ガス温度上昇手段６４を制御するためのもので、再生時間算出手段７５で算出された時間に基づいて排気ガスの温度を上昇させ、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融する。尚、再生実行手段７６は、限界量算出手段７４で算出されたアンモニアの吸着限界量とＳＣＲ触媒４７に吸着されているアンモニア量との差がデポジット堆積量よりも多い場合には、ＥＧＲバルブ５３を閉鎖して、排気ガスがＥＧＲ通路５１に流入しないように制御する。これにより、エンジン本体１から排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物が増大するので、アンモニアが窒素酸化物に反応し、ＳＣＲ触媒４７の下流にアンモニアが流出するのが抑制される。

つぎに、図５に基づいて上述した本発明の実施形態１に係るエンジンの排気浄化装置６の制御手順を説明する。尚、図５は、図１に示したエンジンの排気浄化装置６の制御手順を概略的に示すフローチャートである。

図５に示すように、本発明の実施形態１に係るエンジンの排気浄化装置６は、エンジンが始動されると、差圧判定手段７１が傾斜部６２の上流と下流の差圧が規定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、差圧センサ６３で計測された差圧に基づいて判定し、差圧が既定値を超えるまで判定を繰り返す。

一方、差圧センサで計測された差圧が既定値を超えると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、その旨を明示するフラグを立てる。フラグが立つと、堆積量推定手段７２がデポジット堆積量を推定する（ステップＳ２）。そして、吸着量算出手段７３がＳＣＲ触媒４７に吸着されているアンモニア量を算出し（ステップＳ３）、限界量算出手段７４がＳＣＲ触媒４７に吸着されるアンモニアの吸着限界量を算出する（ステップＳ４）。そして、再生時間算出手段７５がデポジットの溶融に必要な時間（再生時間）を算出する（ステップＳ５）。

つぎに、再生実行手段７６が限界量算出手段７４で算出されたアンモニアの吸着限界量とＳＣＲ触媒４７に吸着されているアンモニア量とを比較する（ステップＳ６）。そして、アンモニアの吸着限界量とＳＣＲ触媒４７に吸着されているアンモニア量との差がデポジット堆積量以上の場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）には再生実行手段７６が再生を実行する（ステップＳ７）。一方、アンモニアの吸着限界量とＳＣＲ触媒４７に吸着されているアンモニア量との差がデポジット堆積量以上でない場合、すなわち、アンモニアの吸着限界量とＳＣＲ触媒４７に吸着されているアンモニア量との差がデポジット堆積量よりも多い場合（ステップＳ６：Ｎｏ）にはＥＧＲバルブ５３を閉鎖し（ステップＳ８）、再生実行手段７６が再生を実行する（ステップＳ７）。これにより、排気ガス温度上昇手段６４が排気通路４１に流れる排気ガスの温度を上昇させ、デポジットは溶融する。そして、デポジットの溶融により生じたアンモニアはＳＣＲ触媒４７に吸着され、排気ガスに含まれる窒素酸化物と反応し、無害化される。

上述した本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、差圧センサ６３で計測された傾斜部６２の直上流と直下流との差圧が所定値以上になったときに、排気ガス温度上昇手段が排気ガスの温度を上昇させるので、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットは溶融除去される。ここで、バイパス通路６１の流路断面積は、排気通路４１の流路断面積よりも小さいので、差圧センサ６３で計測される差圧は、撹拌ミキサ４６の直上流と直下流との差圧を拡大するものとなる。これにより、所定値を特許文献１に記載されたもの（γ）よりも大きなものとすることができるので、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

また、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、撹拌ミキサ４６の直上流で排気通路４１から分岐したバイパス通路６１に設置した傾斜部６２の直上流と直下流との差圧を計測することができるので、傾斜部６２に堆積するデポジットの量は撹拌ミキサ４６に堆積するデポジットの量と強い相関を有することになる。これにより、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

また、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、傾斜部６２が撹拌ミキサ４６を再現するものとなるので、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

また、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、屈曲領域に生じる負圧の影響を回避できるので、傾斜部６２が撹拌ミキサ４６を再現するものとなる。これにより、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

また、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、傾斜部６２は、バイパス通路６１に軸線に対して傾斜した傾斜面６２１を有するので、撹拌ミキサ４６を再現するものとなる。これにより、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

また、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、バイパス通路６１に対する傾斜部６２の遮蔽率は、排気通路４１に対する撹拌ミキサ４６の遮蔽率と同一に設定されるので、傾斜部６２に堆積するデポジットは撹拌ミキサ４６に堆積するデポジットと強い相関を有する。これにより、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

また、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、傾斜部６２がバイパス通路６１が分岐する分岐部の直下流に配設されるので、傾斜部６２がバイパス通路６１の影響を受けにくくなる。これにより、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

また、本発明の実施形態１に係る内燃機関の排気浄化装置６によれば、バイパス通路６１は、ＳＣＲ触媒４７が収容される第２触媒収容部４９で排気通路４１に合流するので、バイパス通路６１に排気通路４１に合流させるための屈曲部を設ける必要がない。これにより、バイパス通路６１の下流側に負圧となる領域が生じるのを回避することができる。

（実施形態２）
つぎに、図６に基づいて、本発明の実施形態２に係る排気浄化装置を説明する。尚、図６は、本発明の実施形態２に係る排気浄化装置のバイパス通路８１及び傾斜部８２を概略的に示す模式図である。
図６に示すように、本発明の実施形態２に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述した実施形態１とバイパス通路８１及び傾斜部８２を除いて構成及び作用に異なる点はない。したがって、バイパス通路８１及び傾斜部８２についてのみ説明し、他の構成及び作用については説明を省略する。

図６に示すように、バイパス通路８１は、上述した実施形態１に係る排気浄化装置のバイパス通路６１と同様、排気通路４１の流路断面積よりも小さな流路断面積を有し、撹拌ミキサ４６を迂回するように設けられている。バイパス通路８１は、撹拌ミキサ４６の直上流で排気通路４１から分岐し、撹拌ミキサ４６の直下流で排気通路４１に合流するように設けられている。図６に図示する例では、撹拌ミキサ４６の上流で排気通路４１と直交する第１直交部８１１と、排気通路４１と平行に延びる平行部８１２と、撹拌ミキサ４６の下流で排気通路４１と直交する第２直交部８１３とを有している。

傾斜部８２は、上述した実施形態１と同様、バイパス通路８１内で尿素水（熱分解されたアンモニアを含む）と排気ガスの混合を促進するためのもので、バイパス通路８１の平行部８１２の内部に設けられている。傾斜部８２は、平行部８１２の内部であれば任意の位置に設けることができるが、図６に示す例では、排気ガスの流れ方向、撹拌ミキサ４６と同一となる位置に設けられている。また、傾斜部８２は、撹拌ミキサ４６を再現することが好ましく、バイパス通路８１の軸線を対称軸に線対称に設けられ、バイパス通路８１の軸線に対して傾斜した傾斜面８２１を有することが好ましい。さらに、傾斜部８２は、バイパス通路８１に対する傾斜部８２の遮蔽率が排気通路４１に対する撹拌ミキサ４６の遮蔽率と同一に設定されることが好ましい。

上述した本発明の実施形態２に係る排気浄化装置によれば、傾斜部８２が排気ガスの流れ方向、撹拌ミキサ４６と同一となる位置に設けることができるので、傾斜部８２に堆積するデポジットは撹拌ミキサ４６に堆積するデポジットと強い相関を有する。これにより、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを溶融除去する必要があるか否かを正確に判定し、撹拌ミキサ４６に堆積したデポジットを適切に溶融除去することができる。

（実施形態３）
つぎに、図７に基づいて、本発明の実施形態３に係る排気浄化装置を説明する。尚、図７は、本発明の実施形態３に係る排気浄化装置の傾斜部９２を概略的に示す模式図である。
図７に示すように、本発明の実施形態２に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述した実施形態１と傾斜部９２を除いて構成及び作用に異なる点はない。したがって、傾斜部９２についてのみ説明し、他の構成及び作用については説明を省略する。

図７に示すように、傾斜部９２は、上述した撹拌ミキサ４６と同様、バイパス通路９１内で尿素水（熱分解されたアンモニアを含む）と排気通路４１の内部に流れる排気ガスの混合を促進するためのもので、バイパス通路９１の上流側となる内部に設けられている。図７に示すように、傾斜部９２は、バイパス通路９１を構成する管を塑性変形させることで形成されている。傾斜部９２は、撹拌ミキサ４６を流れる尿素水等の流れを再現することが好ましく、尿素水等の流れ方向に対して傾斜する傾斜部分９２１と、バイパス通路９１の流路抵抗となる狭隘部分９２２と、を有している。

上述した本発明の実施形態３に係る排気浄化装置によれば、バイパス通路９１に傾斜部９２を簡単に設けることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ エンジン本体
１１ シリンダブロック
１１１ シリンダ
１１２ 吸気ポート
１１３ 排気ポート
１２ シリンダヘッド
１３ クランクシャフト
１４ ピストン
１４２ ピストンピン
１５ コネクティングロッド
２ 燃料供給系統
２１ 燃料噴射装置
２２ インジェクター
２３ コモンレール
２４ 高圧燃料ポンプ
３ 吸気系統
３１ 吸気通路
３１１ 第１温度センサ
３１２ 酸素濃度センサ
３１３ 第２温度センサ
３２ エアクリーナ
３３ ターボチャージャ
３４ インタークーラ
３６ 吸気スロットル
３７ インテークマニホールド
４ 排気系統
４１ 排気通路
４１１ 酸素濃度センサ
４１２ 第１温度センサ
４１３ 第２温度センサ
４１４ 第３温度センサ
４１５ 第１ＮＯｘセンサ
４１６ 第２ＮＯｘセンサ
４１７ アンモニアセンサ
４２ エキゾーストマニホールド
４３ 酸化触媒
４４ 捕集フィルター
４５ 尿素水噴射インジェクター
４６ 撹拌ミキサ
４７ ＳＣＲ触媒
４８ 第１触媒収容部
４９ 第２触媒収容部
５ 再循環系統
５１ ＥＧＲ通路
５２ ＥＧＲクーラ
５３ ＥＧＲバルブ
６ 排気浄化装置
６１ バイパス通路
６１１ 傾斜部
６１２ 平行部
６２ 傾斜部
６２１ 傾斜面
６３ 差圧センサ
６３１ 端子
６３２ 端子
６４ 排気ガス温度上昇手段
７ 電子制御装置
７１ 差圧判定手段
７２ 堆積量推定手段
７３ 吸着量算出手段
７４ 限界量算出手段
７５ 再生時間算出手段
７６ 再生実行手段
８１ バイパス通路
８１１ 第１直交部
８１２ 平行部
８１３ 第２直交部
８２ 傾斜部
８２１ 傾斜面
９１ バイパス通路
９２ 傾斜部
９２１ 傾斜部分
９２２ 狭隘部分

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出された排気ガスに含まれる窒素酸化物を選択的に還元する選択還元触媒と、
   前記選択還元触媒の上流で前記排気通路に還元剤を供給するための還元剤供給手段と、
   前記還元剤供給手段と前記選択還元触媒との間の前記排気通路に設けられ、前記還元剤供給手段で供給された前記還元剤と前記排気ガスとを混合する撹拌ミキサと、
   前記排気通路の流路断面積よりも小さな流路断面積を有し、前記撹拌ミキサを迂回するように設けられたバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、前記還元剤が付着するよう傾斜面を有した傾斜部と、
   前記傾斜部の直上流と直下流との差圧を計測する差圧計測手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記差圧計測手段で計測された差圧が所定値以上になったときに、前記排気ガスの温度を上昇させる排気ガス温度上昇手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記バイパス通路は、前記撹拌ミキサの直上流で前記排気通路から分岐することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記傾斜部は、前記バイパス通路の軸線を対称軸に線対称に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記傾斜部は、前記バイパス通路において直線的に延びる直線領域に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記バイパス通路に対する前記傾斜部の遮蔽率は、前記排気通路に対する前記撹拌ミキサの遮蔽率と同一に設定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記傾斜部は、前記バイパス通路が前記排気通路から分岐する分岐部の直下流に配設されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記排気通路から分岐した前記バイパス通路は、前記選択還元触媒が収容される前記排気通路に設けられた触媒収容部で前記排気通路に合流することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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