WO2015046506A1 - 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 - Google Patents

排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法 Download PDF

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catalyst
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長岡　大治
裕之 遊座
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いすゞ自動車株式会社
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method that can maintain the temperature of a catalyst unit constituting an exhaust gas aftertreatment device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for a long time within a catalyst activation temperature range.
  • an exhaust gas aftertreatment device is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine to purify the exhaust gas and then release it into the atmosphere.
  • the exhaust gas aftertreatment device includes a catalyst unit that carries an oxidation catalyst (DOC), a NOx reduction catalyst (deNOx catalyst), and the like, and purifies the exhaust gas by the catalyst unit.
  • DOC oxidation catalyst
  • deNOx catalyst NOx reduction catalyst
  • Each catalyst supported on this catalyst unit has the property that the catalytic action cannot be fully exerted unless the catalyst activation temperature (light-off temperature) or higher is maintained, and the catalyst unit temperature is maintained above this catalyst activation temperature. It is important to do.
  • a plurality of catalysts are arranged in series in an exhaust passage through which engine exhaust gas passes, and the upstream side
  • the exhaust gas aftertreatment device is configured by arranging a heat accumulator between the catalyst and the downstream catalyst, and the exhaust gas temperature flowing into the downstream catalyst is maintained in the catalytic activation temperature region as much as possible, and the downstream It has been proposed to efficiently clean the gas to be purified by activating the catalyst on the side and promoting the chemical reaction.
  • the upstream side of the catalyst is dispersed by disposing the catalyst.
  • the temperature change due to the chemical reaction of the catalyst on the upstream side is reduced, the time that is maintained in the catalyst activation temperature region is lengthened, and the exhaust gas temperature flowing into the downstream catalyst is kept in the catalyst activation temperature region as much as possible.
  • the downstream catalyst is activated and the chemical reaction is promoted, so that the gas to be purified is efficiently purified.
  • the upstream catalyst that is directly affected by the temperature of the exhaust gas cannot receive the effect of the heat accumulator.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to maintain the temperature of the catalyst unit constituting the exhaust gas aftertreatment device provided in the exhaust passage of the internal combustion engine long within the catalyst activation temperature range.
  • An exhaust gas purification system and an exhaust gas purification method are provided.
  • an exhaust gas purification system is an exhaust gas purification system in which an exhaust gas aftertreatment device comprising a catalyst unit carrying a catalyst is provided in an exhaust passage, upstream of the catalyst unit.
  • a heat storage unit provided with a heat storage body on the upstream side of the catalyst unit in the exhaust gas aftertreatment device, a bypass passage that does not pass through the heat storage body, and a bypass valve that controls the flow of exhaust gas in the bypass passage Is provided in the heat storage unit, and further, a flow path control device for controlling opening and closing of the bypass valve is provided.
  • the heat of the exhaust gas is stored in the heat storage body, and the exhaust gas is stored during low-load operation of the internal combustion engine.
  • the temperature of the exhaust gas is raised by the heat of the heat storage body, and the exhaust gas having a relatively high temperature can flow into the catalyst unit downstream from the heat storage unit for a long time. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the catalyst unit from lowering and to prevent deterioration in the purification performance of HC, NOx, etc. contained in the exhaust gas.
  • the exhaust gas flow path can be either the bypass passage or the heat storage body
  • the exhaust gas flow path is used as a bypass passage
  • the temperature increase of the catalyst unit is given priority over the temperature increase of the heat storage body
  • the exhaust gas flow path is either the bypass passage or the heat storage body” means that the entire flow rate of the exhaust gas does not have to flow completely to either the bypass passage or the heat storage body. It is only necessary that the flow rate of most (for example, 70% or more) of the exhaust gas can be passed through either the bypass passage or the heat storage body.
  • this heat storage unit When this heat storage unit is used, it is more suitable for the catalyst for oxidizing HC and CO than when increasing the temperature of exhaust gas by increasing HC and CO in the exhaust gas and oxidizing by the catalytic action of this HC and CO. As a result, it is possible to avoid the use of noble metal as a low cost.
  • the bypass valve is controlled so that the exhaust gas passes through the bypass passage, and when the temperature of the exhaust gas flowing into the heat storage unit is lower than the temperature of the heat storage body, or the temperature of the catalyst unit is activated.
  • the temperature is equal to or higher than the temperature, if the exhaust valve is controlled so that the exhaust gas does not pass through the bypass passage, the following effects can be obtained.
  • the exhaust gas passes through the bypass passage and does not pass through the heat storage body. This heat is not stored in the heat accumulator and flows directly into the catalyst unit, so that the temperature of the catalyst unit can be raised quickly within the catalyst activation temperature range.
  • the temperature of the exhaust gas on the upstream side when the temperature of the exhaust gas on the upstream side is lower than the temperature of the heat storage body, the temperature can be raised by passing the exhaust gas through the heat storage body, so that the exhaust gas whose temperature has been increased can flow into the catalyst unit.
  • the temperature of the catalyst unit can be quickly raised within the catalyst activation temperature range, and can be kept long within the catalyst activation temperature range.
  • the exhaust gas can be stored in the heat storage body by passing the exhaust gas through the heat storage body, so that the temperature of the catalyst unit is increased unnecessarily.
  • the heat used when the temperature of the exhaust gas is low can be stored.
  • the flow path control device when the flow path control device performs PM regeneration control of the DPF device of the catalyst unit or NOx regeneration control of the NOx reduction catalyst device, the exhaust gas passes through the bypass passage.
  • the control of the bypass valve When the control of the bypass valve is performed, the PM regeneration control of the DPF device or the NOx regeneration control of the NOx reduction catalyst device avoids the heat of the exhaust gas being taken away by the heat storage body, Since the high-temperature exhaust gas can be directly flowed into the DPF device or the NOx reduction catalyst device, each regeneration control can be completed in a short time.
  • the bypass passage is provided inside the heat storage unit, the heat storage body is arranged on the outer periphery of the bypass passage to constitute the heat storage unit, and an open / close valve is provided in the bypass passage.
  • the bypass valve configured as described above is arranged, the exhaust gas passing through the bypass passage is difficult to be cooled, which is advantageous for early temperature rise of the catalyst unit, and the heat storage body and the bypass passage are compact and the exhaust gas is exhausted. Since it becomes easy to fit in the case of the processing apparatus, the exhaust gas purification system does not increase in size and can be easily mounted on a vehicle.
  • the exhaust gas purifying method of the present invention for achieving the above object provides an exhaust gas after-treatment device comprising a catalyst unit carrying a catalyst in an exhaust passage, and a heat accumulator upstream of the catalyst unit.
  • a heat storage unit provided with an upstream side of the catalyst unit in the exhaust gas aftertreatment device, a bypass passage that does not pass through the heat storage body is provided in the heat storage unit, and a bypass that controls the flow of exhaust gas in the bypass passage
  • the exhaust gas purification method provided with a valve and further provided with a flow path control device for controlling the valve opening degree of the bypass valve, the temperature of the exhaust gas flowing into the heat storage unit is equal to or higher than the temperature of the heat storage body.
  • the exhaust gas passes through the bypass passage and flows into the heat storage unit.
  • Temperature when lower than the temperature of the heat storage body, or the when the temperature of the catalyst unit is not less than the catalyst activation temperature, a method of exhaust gas, characterized in that to avoid passing through the bypass passage.
  • the exhaust gas post-treatment device provided in the exhaust passage of the internal combustion engine can raise the temperature of the exhaust gas by heat and allow the exhaust gas having a relatively high temperature to flow into the catalyst unit downstream from the heat storage unit for a long time. Can be maintained for a long time within the catalyst activation temperature range, and the deterioration of the purification capacity of HC, NOx, etc. contained in the exhaust gas can be prevented.
  • the exhaust gas flow path is used as a bypass passage, and the temperature rise of the catalyst unit is prioritized over the temperature rise of the heat storage body, or the exhaust gas flow path is routed through the heat storage body so that the excess temperature of the catalyst unit is increased. Temperature rise can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention, and is a diagram showing a case where a heat storage unit is provided upstream from an LNT (lean NOx catalyst).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating another example of the configuration of the exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating a case where a heat storage unit is provided upstream from the SCR (selective reduction catalyst).
  • FIG. 3 is a diagram showing another example of the configuration of the exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention, and is a diagram showing a case where a heat storage unit is provided upstream from a DPF (diesel particulate filter).
  • DPF diesel particulate filter
  • FIG. 4 is an example of a flow showing control of the exhaust gas purification method of the embodiment according to the present invention.
  • FIG. 5 shows the time series of the exhaust gas temperature (Tg), the temperature of the heat storage body (Th), and the temperature of the catalyst unit (Tc) when the heat storage unit is provided in the exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram showing a time series of the exhaust gas temperature (Tg) and the temperature (Tc) of the catalyst unit when no heat storage unit is provided in the exhaust gas purification system of the prior art.
  • an exhaust gas purification system 1 according to an embodiment of the present invention is configured as follows.
  • the engine 10 is provided with an intake passage 12 and an exhaust passage 13.
  • the intake passage 12 is connected to an intake manifold 11a, and in order from the upstream side, a compressor 15b of a turbocharger (turbo supercharger) 15, an intake throttle valve. 16 is provided.
  • the exhaust passage 13 is connected to the exhaust manifold 11b, and a turbine 15a of the turbocharger 15 is provided.
  • an EGR passage 14 is provided by connecting the intake passage 12 upstream of the compressor 15b and the exhaust passage 13 downstream of the turbine 15a.
  • the EGR passage 14 includes an EGR cooler 17 and an EGR valve 18 in order from the upstream side. Is provided.
  • fresh air A introduced from the atmosphere is accompanied by exhaust gas (EGR gas) Ge flowing into the intake passage 12 from the EGR passage 14 via the compressor 15b and the intake throttle valve 16 as necessary. It is sent to the intake manifold 11a.
  • This intake gas (A + Ge) is mixed and compressed with the fuel injected into the cylinder (cylinder), and the fuel burns, thereby generating power in the engine 10.
  • Exhaust gas G generated by combustion in the engine 10 flows out into the exhaust passage 13 and partly flows as EGR gas Ge into the EGR passage 14 via the turbine 15a, and the remaining exhaust gas Go (G ⁇ Ge) is purified by the catalyst units 201a to 201d arranged in the exhaust gas aftertreatment device 20, and then released into the atmosphere as exhaust gas Gc via a muffler.
  • the catalyst units 201a to 201d include, for example, an LNT (Lean NOx Trap: NOx storage reduction catalyst) unit 201a, an SCR (Selective Catalytic Reduction) unit 201b, and a DPF with catalyst (Diesel Particulate Filter: diesel particulate).
  • LNT Lean NOx Trap: NOx storage reduction catalyst
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • DPF with catalyst Diesel Particulate Filter: diesel particulate
  • a collection filter) unit 201c, an oxidation catalyst (DOC) unit 201d, and the like are used.
  • the turbocharger 15 when the turbine 15a is rotationally driven using the energy of the exhaust gas G, the compressor 15b directly connected to the turbine 15a is driven to compress the intake gas (A + Ge), and the intake air Since the pressure can be increased and the intake air amount can be increased, the power generated in the engine 10 can be increased.
  • the heat storage unit 202 including the heat storage body 202a is provided in the exhaust gas aftertreatment device 20 and upstream of the catalyst units 201a to 201d. That is, the heat storage unit 202 is provided in a case of the exhaust gas aftertreatment device 20 in which the catalyst units 201a to 201d are accommodated.
  • the heat storage unit 202 is provided with a bypass passage 202b that does not pass through the heat storage body 202a, and a bypass valve 23 that controls the flow of exhaust gas Go (G-Ge) in the bypass passage 202b.
  • a flow path control device 41 is provided for controlling the opening and closing.
  • the heat storage body 202a As the heat storage body 202a, a material having a large heat capacity and a small heat transfer coefficient is used. Actually, it is also effective to use a ceramic carrier such as cordierite or silicon carbide (SiC) which is used for a usual catalyst carrier. In addition, the carrier used as the heat storage body 202a does not need to be coated with a catalyst. However, the material used for the catalyst coating is low-cost, and the heat capacity of the heat storage body 202a is further increased by performing the catalyst coating. If possible, it is desirable to perform catalyst coating. For example, general alumina or zeolite can be used as the catalyst coat. In this case, an expensive noble metal is unnecessary, so that the cost can be kept low.
  • a ceramic carrier such as cordierite or silicon carbide (SiC) which is used for a usual catalyst carrier.
  • the carrier used as the heat storage body 202a does not need to be coated with a catalyst.
  • the material used for the catalyst coating is low-cost, and the heat capacity
  • the heat capacity of the heat storage body 202a the heat capacity capable of keeping the catalyst units 201a to 201d for about 5 minutes at the time of idling of the engine 10 is tested or examined on the assumption of actual use conditions. It is desirable to obtain and set by the above.
  • the capacity of the heat storage body 202a the heat capacity capable of keeping the catalyst units 201a to 201d for about 5 minutes at the time of idling of the engine 10 is tested or examined on the assumption of actual use conditions. It is desirable to obtain and set by the above.
  • there is a battery that has a capacity corresponding to the engine displacement and that can satisfy the heat capacity that enables the above-mentioned heat insulation.
  • the heat of the exhaust gas Go is stored in the heat storage body 202a when the temperature Tg of the exhaust gas Go is high when the engine 10 is at a medium load / high load operation, and the engine 10 is operated at a low load operation.
  • the temperature Tg of the exhaust gas Go is decreasing, the heat stored in the heat storage body 202a moves to the exhaust gas Go, so that the heat transfer increases the temperature Tg of the exhaust gas Go for a long time. Since the exhaust gas Go having a relatively high temperature can flow into the catalyst units 201a to 201d downstream of the heat storage unit 202, the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is maintained within the catalyst activation temperature range for a while.
  • the decrease in the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d can be delayed.
  • the temperature Tc of the downstream catalyst units 201a to 201d is maintained when the temperature of the exhaust gas Go is lowered, and the purification process of HC, NOx, etc. contained in the exhaust gas Go when the engine 10 is restarted or restarted. The deterioration of ability can be prevented.
  • the bypass valve 23 is opened and the flow path of the exhaust gas Go is changed to the bypass passage 202b.
  • the temperature rise of 201a to 201d is prioritized over the temperature rise of the heat storage body 202a, and the catalyst units 201a to 201d are heated quickly, or the exhaust gas Go passage (if the bypass valve 23 is fully closed, the exhaust gas Go All the flow paths) can be used as the heat storage body 202b to suppress an excessive increase in the temperature of the catalyst units 201a to 201d due to the temperature increase of the heat storage body 202b, and the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d can be controlled within the catalyst activation temperature range. It will be able to be maintained for a long time.
  • the catalyst units 201a to 201d In a vehicle where the temperature of the catalyst units 201a to 201d is likely to decrease due to frequent stop and restart, such as a delivery truck on a real road or a collection and delivery vehicle of a garbage truck, the catalyst units 201a to 201d This is particularly effective because the temperature reduction can be prevented, the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d can be maintained longer in the catalyst activation temperature range, and the purification rate of the exhaust gas Go can be improved.
  • the bypass passage 202b is provided inside the heat storage unit 202, the heat storage body 202a is arranged on the outer periphery of the bypass passage 202b to constitute the heat storage unit 202, and the bypass valve 23 constituted by an on-off valve is arranged in the bypass passage 202b. If configured, the exhaust gas Go passing through the bypass passage 202b is not easily cooled, which is advantageous for early temperature rise of the catalyst units 201a to 201d on the downstream side of the heat storage unit 202, and the heat storage body 202a and the bypass passage 202b are compact. Thus, the exhaust gas aftertreatment device 20 can easily be accommodated in the case, so that the exhaust gas purification system 1 is not increased in size and can be easily mounted on the vehicle.
  • a flow path control device 41 that controls the valve opening degree of the bypass valve 23 is provided.
  • the flow path control device 41 is usually configured to be incorporated in an overall system control device 40 that performs overall control of the engine 10 and overall control of a vehicle on which the engine 10 is mounted.
  • This flow path control device 41 is used when the temperature Tg of the exhaust gas Go flowing into the heat storage unit 202 is equal to or higher than the temperature Th of the heat storage body 202a and the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is lower than the catalyst activation temperature Tca, or In the PM regeneration control of the attached DPF unit (DPF device) 201c or the NOx regeneration control of the LNT unit (NOx reduction catalyst device) 201a, the bypass valve 23 is controlled so that the exhaust gas Go passes through the bypass passage 202b.
  • DPF device DPF device
  • NOx regeneration control of the LNT unit NOx reduction catalyst device
  • the exhaust gas Go is The bypass valve 23 is configured not to pass through the bypass passage 202b.
  • the control flow shown in FIG. 4 is started from the advanced control flow when the engine 10 is started.
  • the control of the bypass valve 23 in steps S11 to S15 is repeated, and the engine 10 is stopped and returned by an interrupt.
  • the control flow returns to the advanced control flow, and is shown as a control flow that ends when the advanced control flow ends.
  • step S11 When the control flow of FIG. 4 is called from the advanced control flow and started, it is determined in step S11 whether or not the temperature Tg of the exhaust gas Go flowing into the heat storage unit 202 is equal to or higher than the temperature Th of the heat storage body 202a. I do.
  • step S11 If it is determined in step S11 that the temperature Tg of the exhaust gas Go is equal to or higher than the temperature Th of the heat storage body 202a (YES), the process goes to step S12. In step S12, the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is activated. It is determined whether or not the temperature is lower than Tca. If the temperature Tg of the exhaust gas Go is not equal to or higher than the temperature Th of the heat storage body 202a (NO), the process goes to step S13.
  • step S12 When the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is lower than the catalyst activation temperature Tca (YES) in step S12, the process goes to step S14 to open the bypass valve 23 so that the exhaust gas Go passes through the bypass passage 202b. Control. When the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is not lower than the catalyst activation temperature Tca (NO), the process goes to step S13.
  • step S13 it is determined whether the PM regeneration control of the DPF unit with catalyst (DPF device) 201c or the NOx regeneration control of the LNT unit (NOx reduction catalyst device) 201a is performed. If it is determined in step S13 that the PM regeneration control of the DPF unit with catalyst (DPF device) 201c or the NOx regeneration control of the LNT unit (NOx reduction catalyst device) 201a is performed, the process goes to step S14, and the exhaust gas Go is bypassed. The opening of the bypass valve 23 is controlled so as to pass through 202b.
  • step S13 If it is determined in step S13 that the PM regeneration control of the DPF unit with catalyst (DPF device) 201c or the NOx regeneration control of the LNT unit (NOx reduction catalyst device) 201a is not performed, the process goes to step S15.
  • step S13 If neither the DPF unit with catalyst 201c nor the LNT unit 201a is provided in the exhaust gas aftertreatment device 20, the determination in step S13 is skipped, the process goes to step S15, and the exhaust gas Go does not pass through the bypass passage 202b. Thus, the valve closing control of the bypass valve 23 is performed.
  • step S15 when it goes to step S15, it is already a case where it is NO by determination of step S11, and it is a case where the temperature Tg of the exhaust gas Go flowing into the heat storage unit 202 is lower than the temperature Th of the heat storage body 202a, or This is the case where the determination in step S12 is NO, and any of the cases where the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is equal to or higher than the catalyst activation temperature Tca.
  • step S14 and step S15 if the preset control time passes, it will return to step S11. Then, in steps S11 to S15, control of opening or closing the bypass valve 23 is repeated, and when the engine 10 is stopped, the process returns by an interrupt to return to an advanced control flow, and ends when the advanced control flow ends.
  • the exhaust gas Go when the temperature Tg of the exhaust gas Go upstream from the heat storage unit 202 is lower than the temperature Th of the heat storage body 202a, or when the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is equal to or higher than the catalyst activation temperature Tca, the exhaust gas Go.
  • the valve closing control of the bypass valve 23 can be performed so that the valve does not pass through the bypass passage 202b.
  • the exhaust gas Go passes through the bypass passage 202b and does not pass through the heat storage body 202a. Since the exhaust gas Go can flow into the catalyst units 201a to 201d as it is without being deprived of the heat stored in the body 202a, the temperature of the catalyst units 201a to 201d can be raised quickly.
  • the exhaust gas Go passes through the heat storage body 202a and does not pass through the bypass passage 202b, thereby storing the heat storage of the heat storage body 202a. Since it can be transmitted to the exhaust gas Go, the temperature of the exhaust gas Go can be raised and the temperature of the catalyst device 201 can be prevented from decreasing.
  • FIG. 5 is a diagram showing the effect of the heat storage unit 202 according to the present invention.
  • the traveling is resumed from the stop state of the engine 10.
  • the temperature Tg of the exhaust gas Go (detected value of the first temperature sensor 24)
  • the temperature Th of the heat storage body 202a (detected value of the second temperature sensor 25)
  • the temperature Tc of the catalyst device 201 (of the third temperature sensor 26). (Detection value).
  • the exhaust gas By controlling Go so that it passes through the heat storage body 202a and not through the bypass passage 202b, the heat stored in the heat storage body 202a is transmitted to the exhaust gas Go, the temperature of the exhaust gas Go is raised, and the catalyst unit The temperature drop of 201a to 201d is prevented.
  • the transition of the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d in the heat retention period of FIG. 5 is compared with the transition of the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d in the prior art of FIG. 6, the period from the resumption of travel (0 sec) to 400 sec. 6, the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d in FIG. 6 changes from 150 ° C. to 200 ° C., whereas the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d according to the present invention in FIG. In the present invention, it can be seen that the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d is maintained in the catalyst activation temperature range.
  • the exhaust gas purification system 1 and the exhaust gas purification method described above when the temperature Tg of the exhaust gas Go is high, the heat of the exhaust gas Go is stored in the heat storage body 202a, and the temperature Tg of the exhaust gas Go is lowered. In some cases, the temperature Tg of the exhaust gas Go is increased by the heat of the heat storage body 202a, and the exhaust gas Go having a relatively high temperature can flow into the catalyst units 201a to 201d downstream from the heat storage unit 202 for a long time.
  • the temperature Tc of the catalyst units 201a to 201d constituting the exhaust gas aftertreatment device 20 provided in the exhaust passage 13 of the engine 10 can be kept long within the catalyst activation temperature range, and HC, NOx, etc. contained in the exhaust gas Go can be maintained. It is possible to prevent deterioration of the purification treatment capacity.
  • the flow path of the exhaust gas Go is used as the bypass passage 202b, and the temperature rise of the catalyst units 201a to 201d is prioritized over the temperature rise of the heat storage body 202a, or the heat storage body 202a is connected via the heat storage body 202a. As a result, the excessive temperature rise of the catalyst units 201a to 201d can be suppressed.

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Abstract

　触媒を担持した触媒ユニット（２０１ａ）～（２０１ｄ）から構成される排気ガス後処理装置（２０）を排気通路（１３）に設けた排気ガス浄化システム（１）において、前記触媒ユニット（２０１ａ）～（２０１ｄ）の上流側に蓄熱体（２０２ａ）を備えた蓄熱ユニット（２０２）を前記排気ガス後処理装置（２０）内で前記触媒ユニット（２０１ａ）～（２０１ｄ）の上流側に設けると共に、前記蓄熱体（２０２ａ）を通過しないバイパス通路（２０２ｂ）と、該バイパス通路（２０２ｂ）における排気ガス（Ｇｏ）の流通を制御するバイパス弁（２３）を前記蓄熱ユニット（２０２）に設け、更に、該バイパス弁（２３）の開閉を制御する流路制御装置（４１）を設ける。これにより、内燃機関（１０）の排気通路（１３）に設けた排気ガス後処理装置（２０）を構成する触媒ユニット（２０１ａ）～（２０１ｄ）の温度（Ｔｃ）を触媒活性温度範囲内に長く維持する。

Description

排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法
　本発明は、内燃機関の排気通路に設けた排気ガス後処理装置を構成する触媒ユニットの温度を触媒活性温度範囲内に長く維持できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
　一般に、内燃機関で走行する車両は、内燃機関で燃料を燃焼させて発生させた動力で走行しているが、排気ガスにはＮＯｘ（窒素酸化物）、ＰＭ（Particulate Matter：微粒子状物質）等が含有されるため、内燃機関の排気通路に排気ガス後処理装置を設けて排気ガスを浄化してから大気中に放出している。この排気ガス後処理装置は、酸化触媒（ＤＯＣ）やＮＯｘ低減触媒（ｄｅＮＯｘ触媒）等を担持した触媒ユニットを有して構成され、この触媒ユニットにより、排気ガスを浄化処理している。この触媒ユニットに担持された触媒はそれぞれ触媒活性化温度（ライトオフ温度）以上にならないと触媒作用を十分に発揮できないという性質を持っており、触媒ユニットの温度をこの触媒活性化温度以上に維持することが重要となっている。
　しかしながら、宅配トラックや塵芥車両等のような集配車では、極めて低い車速での走行と停止とを頻繁に繰り返す場合は、内燃機関の運転が連続して行われないので、排気ガスの温度、及び、この排気ガスが通過する触媒ユニットの温度が触媒活性化温度以上に上がらず、触媒ユニットに担持された触媒の性能を十分に機能させることが困難であるという問題がある。
　つまり、従来技術においては、内燃機関の出口の排気ガス温度が内燃機関の運転停止により低下すると、内燃機関の出口から触媒ユニットの入口の間で排気ガスの熱を蓄えておくような部品や装置が無いために、触媒ユニットの入口の排気ガスの温度もすぐに低下して、触媒ユニットから熱が放熱して触媒温度が早期に低下してしまう。
　例えば、車両を５分間走行させてから停止し、停止後５分程度して再発進させるような短時間の走行及び停止を繰り返し行う場合は、排気ガスが昇温する前の状態、即ち、排気ガスの温度が低い状態で内燃機関が停止するので、排気ガスの温度と触媒ユニットの温度がすぐに触媒活性化温度以下に低下してしまう。そのため、酸化触媒が機能しない、あるいは、ＮＯｘ低減触媒でＮＯｘの還元が行えない等の理由により、大気中に放出されるＨＣ、ＮＯｘ等の排気ガス成分の悪化を招く可能性が生じる。
　この問題に関連して、例えば、日本出願の特開２０００－２７４２３１号公報に記載されているように、エンジンの排気ガスが通過する排気通路に触媒を直列に複数個配設すると共に、上流側の触媒と下流側の触媒との間に蓄熱体を配設して排気ガス後処置装置を構成し、下流側の触媒に流入する排気ガス温度をできるだけ触媒活性温度領域内に維持して、下流側の触媒を活性化し化学反応を促進して、浄化対象ガスを効率良く清浄化することが提案されている。
　この蓄熱体を有する排気ガス後処理装置では、触媒における時間的な温度変化と局部的な温度変化により、全体としての浄化率が下がることへの対策として、触媒を分散配置することで上流側の触媒では上流側の触媒の化学反応による温度変化を小さくして、触媒活性温度領域内に維持される時間が長くすると共に、下流側の触媒に流入する排気ガス温度をできるだけ触媒活性温度領域内に維持することで、下流側の触媒を活性化し化学反応を促進して、浄化対象ガスを効率良く浄化している。しかしながら、直接排気ガスの温度の影響を受ける上流側の触媒においては、蓄熱体の効果を受けることができない。
日本出願の特開２０００－２７４２３１号公報
　本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に設けた排気ガス後処理装置を構成する触媒ユニットの温度を触媒活性温度範囲内に長く維持できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することである。
　上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、触媒を担持した触媒ユニットから構成される排気ガス後処理装置を排気通路に設けた排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒ユニットの上流側に蓄熱体を備えた蓄熱ユニットを前記排気ガス後処理装置内で前記触媒ユニットの上流側に設けると共に、前記蓄熱体を通過しないバイパス通路と、該バイパス通路における排気ガスの流通を制御するバイパス弁を前記蓄熱ユニットに設け、更に、該バイパス弁の開閉を制御する流路制御装置を設けて構成する。
　この構成によれば、内燃機関の中負荷・高負荷運転時などで排気ガスの温度が高いときは、排気ガスの熱を蓄熱体に蓄熱し、内燃機関の低負荷運転時などで排気ガスの温度が低下しているときは、蓄熱体の熱により排気ガスの温度を上昇して、長い間、比較的高い温度の排気ガスを蓄熱ユニットより下流の触媒ユニットに流入させることができる。そのため、触媒ユニットの温度の低下を防止して、排気ガスに含有されるＨＣやＮＯｘ等の浄化処理能力の悪化を防止することができる。
　さらに、排気ガスの流路をバイパス通路と蓄熱体のどちらか一方とすることができるので、排気ガスの流路をバイパス通路にして触媒ユニットの温度上昇を蓄熱体の温度上昇より優先したり、排気ガスの流路を蓄熱体経由にして蓄熱体の温度上昇により触媒ユニットの過剰な温度上昇を抑制したりすることができ、触媒ユニットの温度を触媒活性温度範囲内に長く維持できるようになる。
　なお、ここでいう「排気ガスの流路をバイパス通路と蓄熱体のどちらか一方とする」ということは、完全に排気ガスの全流量をバイパス通路と蓄熱体のどちらか一方に流す必要はなく、殆どの(例えば７０％以上の)排気ガスの流量をバイパス通路と蓄熱体のどちらか一方に流すことができればよい。
　この蓄熱ユニットを採用する場合は、排気ガス中のＨＣやＣＯの増加とこのＨＣやＣＯの触媒作用による酸化により排気ガスを昇温する場合に比べて、ＨＣやＣＯを酸化するための触媒用として貴金属を使用することを回避できるので、低コストとなる。
　また、実路での宅配トラックや塵芥車両の集配車等のように、頻繁に停止と再発進を繰り返して、触媒ユニットの温度が低下し易い車両においては、触媒ユニットの温度低下を防止して、触媒ユニットの温度を長く触媒活性温度範囲内に維持して、排気ガスの浄化率を向上できるので、特に有効である。
　また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記流路制御装置が、前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が前記蓄熱体の温度以上で前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度より低いときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過するように前記バイパス弁の制御を行い、前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が前記蓄熱体の温度より低いとき、又は、前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度以上のときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過しないように前記バイパス弁の制御を行うように構成されると、次のような効果を奏することができる。
　上流側の排気ガスの温度が蓄熱体の温度以上で触媒ユニットの温度が触媒活性化温度より低いときは、排気ガスがバイパス通路を通過し、蓄熱体を通過しないようにすることで、排気ガスの熱が蓄熱体に蓄熱されることがなく、触媒ユニットに直接流入するので、触媒ユニットを触媒活性温度範囲内に早期昇温することができる。
　また、上流側の排気ガスの温度が蓄熱体の温度より低いときには、排気ガスを蓄熱体を通過させることにより、昇温できるので、温度が高くなった排気ガスを触媒ユニットに流入させることができ、触媒ユニットの温度を触媒活性温度範囲内に迅速に昇温できるとともに、触媒活性温度範囲内に長く維持できる。
　さらに、触媒ユニットの温度が触媒活性化温度以上のときは、排気ガスを、蓄熱体を通過させることにより、排気ガスの熱を蓄熱体に蓄熱できるので、無駄に触媒ユニットの温度を上昇させることなく、排気ガスの温度が低くなったときに使用する熱を蓄えることができる。
　また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記流路制御装置が、前記触媒ユニットのＤＰＦ装置のＰＭ再生制御もしくはＮＯｘ低減触媒装置のＮＯｘ再生制御のときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過するように前記バイパス弁の制御を行うように構成されると、ＤＰＦ装置のＰＭ再生制御もしくはＮＯｘ低減触媒装置のＮＯｘ再生制御のときは、排気ガスの熱が蓄熱体に奪われるのを回避して、高温の排気ガスをそのままＤＰＦ装置やＮＯｘ低減触媒装置に流入させることができるので、それぞれの再生制御を短時間で完了することができる。
　また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記バイパス通路を前記蓄熱ユニットの内部に設け、前記バイパス通路の外周に前記蓄熱体を配置して前記蓄熱ユニットを構成すると共に、前記バイパス通路に開閉弁で構成した前記バイパス弁を配設して構成すると、バイパス通路を通過する排気ガスが冷却され難く、触媒ユニットの早期昇温に有利となり、また、蓄熱体とバイパス通路がコンパクトになって排気ガス後処理装置のケース内に収まり易くなるので、排気ガス浄化システムが大型化せず、車両に搭載し易くなる。
　そして、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、触媒を担持した触媒ユニットから構成される排気ガス後処理装置を排気通路に設けると共に、前記触媒ユニットの上流側に蓄熱体を備えた蓄熱ユニットを前記排気ガス後処理装置内で前記触媒ユニットの上流側に設け、前記蓄熱ユニットに前記蓄熱体を通過しないバイパス通路を設け、該バイパス通路における排気ガスの流通を制御するバイパス弁を設け、更に、該バイパス弁の弁開度を制御する流路制御装置を設けた排気ガス浄化方法において、前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が、前記蓄熱体の温度以上で前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度より低いときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過するようにし、前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が、前記蓄熱体の温度より低いとき、又は、前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度以上のときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過しないようにすることを特徴とする方法である。
　この方法によれば、上記の同様な構成を持つ排気ガス浄化システムと同様な効果を奏することができる。
　本発明の排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化方法によれば、排気ガスの温度が高いときに排気ガスの熱を蓄熱体に蓄熱し、排気ガスの温度が低下している時に、この蓄熱体の熱により排気ガスの温度を上昇して、長い間、比較的高い温度の排気ガスを、蓄熱ユニットより下流の触媒ユニットに流入させることができ、内燃機関の排気通路に設けた排気ガス後処理装置を構成する触媒ユニットの温度を触媒活性温度範囲内に長く維持でき、排気ガスに含有されるＨＣやＮＯｘ等の浄化処理能力の悪化を防止することができる。
　さらに、排気ガスの流路をバイパス通路にして触媒ユニットの温度上昇を蓄熱体の温度上昇より優先したり、排気ガスの流路を蓄熱体経由にして蓄熱体の温度上昇により触媒ユニットの過剰な温度上昇を抑制したりすることができる。
図１は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成の一例を示す図であり、ＬＮＴ（リーンＮＯｘ触媒）より上流に蓄熱ユニットを設けた場合を示す図である。 図２は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成の他の一例を示す図であり、ＳＣＲ(選択還元型触媒)より上流に蓄熱ユニットを設けた場合を示す図である。 図３は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成の他の一例を示す図であり、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）より上流に蓄熱ユニットを設けた場合を示す図である。 図４は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法の制御を示すフローの一例である。 図５は、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムに蓄熱ユニットを設けた場合の排気ガス温度（Ｔｇ）と蓄熱体の温度（Ｔｈ）と触媒ユニットの温度（Ｔｃ）の時系列を示す図である。 図６は、従来技術の排気ガス浄化システムに蓄熱ユニットを設けない場合の排気ガス温度（Ｔｇ）と触媒ユニットの温度（Ｔｃ）の時系列を示す図である。
　以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１、２、３に示すように、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム１は次のように構成される。
　エンジン１０には吸気通路１２と排気通路１３が設けられ、この吸気通路１２は、吸気マニホールド１１ａに接続し、上流側より順に、ターボチャージャ（ターボ式過給器）１５のコンプレッサ１５ｂ、インテークスロットルバルブ１６が設けられている。また、排気通路１３は、排気マニホールド１１ｂに接続し、ターボチャージャ１５のタービン１５ａが設けられている。
　また、コンプレッサ１５ｂより上流の吸気通路１２とタービン１５ａより下流の排気通路１３を接続してＥＧＲ通路１４が設けられ、このＥＧＲ通路１４には、上流側より順に、ＥＧＲクーラー１７、ＥＧＲバルブ１８が設けられている。
　そして、大気から導入される新気Ａが、必要に応じて、ＥＧＲ通路１４から吸気通路１２に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）Ｇｅを伴って、コンプレッサ１５ｂ、インテークスロットルバルブ１６を経由して、吸気マニホールド１１ａに送られる。この吸入ガス（Ａ＋Ｇｅ）が、気筒(シリンダ）内に噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン１０で動力を発生させる。
　このエンジン１０での燃焼により発生した排気ガスＧが、排気通路１３に流出し、タービン１５ａを経由して、その一部はＥＧＲ通路１４にＥＧＲガスＧｅとして流れ、残りの排気ガスＧｏ（Ｇ－Ｇｅ）は、排気ガス後処理装置２０に配置された触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄにより浄化された後、排気ガスＧｃとしてマフラーを経由して大気へ放出される。
　この触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄには、例えば、ＬＮＴ（Lean NOx Trap：ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）ユニット２０１ａ、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択還元型触媒）ユニット２０１ｂ、触媒付ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter：ディーゼル微粒子捕集フィルター）ユニット２０１ｃ、酸化触媒（ＤＯＣ）ユニット２０１ｄ等を用いる。
　一方、ターボチャージャ１５では、タービン１５ａが排気ガスＧのエネルギーを利用して回転駆動することで、このタービン１５ａに直結しているコンプレッサ１５ｂを駆動して、吸入ガス（Ａ＋Ｇｅ）を圧縮し、吸気圧力を高めると共に吸気量を多くすることができるので、エンジン１０で発生する動力を大きくすることができる。
　本発明においては、蓄熱体２０２ａを備えた蓄熱ユニット２０２を排気ガス後処理装置２０内で、かつ、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの上流側に設ける。つまり、蓄熱ユニット２０２は、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄを収納している排気ガス後処理装置２０のケースに収納されて設けられる。
　また、それと共に、蓄熱ユニット２０２に蓄熱体２０２ａを通過しないバイパス通路２０２ｂと、このバイパス通路２０２ｂにおける排気ガスＧｏ（Ｇ－Ｇｅ）の流通を制御するバイパス弁２３を設け、更に、このバイパス弁２３の開閉を制御する流路制御装置４１を設ける。
　この蓄熱体２０２ａとしては、熱容量が大きく、逆に熱伝達率が小さい材質を用いる。現実的には、通常の触媒の担体に用いられているコージェライトや炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミック担体を用いても効果がある。また、蓄熱体２０２ａとして用いられる担体には特に触媒コートを行う必要はないが、触媒コートに用いられる材料が低コストであり、かつ、触媒コートを行うことで、蓄熱体２０２ａの熱容量をさらに増すことができるのであれば、触媒コートを行うことが望ましい。この触媒コートとしては、例えば、一般的なアルミナやゼオライト等を用いても効果がある。この場合、高価な貴金属は不要であるため、コストを低く抑えることができる。
　また、蓄熱体２０２ａの容量に特に制約はないが、実際の使用条件を想定して、このエンジン１０のアイドリング時に５分程度触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの保温が可能となる熱容量を試験や机上の検討等により求めて設定することが望ましい。なお、試験的に確認したところ、エンジン排気量に相当する容量で、かつ、上記の保温が可能となる熱容量を満たすことができるものがあることを確認できた。
　この構成によれば、エンジン１０の中負荷・高負荷運転時などで排気ガスＧｏの温度Ｔｇが高いときに排気ガスＧｏの熱を蓄熱体２０２ａに蓄熱し、エンジン１０の低負荷運転時などで排気ガスＧｏの温度Ｔｇが低下している時に、この蓄熱体２０２ａで蓄熱された熱が排気ガスＧｏに移動するので、この熱移動により、排気ガスＧｏの温度Ｔｇを上昇して、長い間、比較的高い温度の排気ガスＧｏを、蓄熱ユニット２０２より下流の触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄに流入させることができるため、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃをしばらくの間、触媒活性温度範囲内に維持して、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃの低下を遅らせることができる。その結果、排気ガスＧｏの温度低下時に下流の触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃを維持して、エンジン１０の再始動や再発進時の、排気ガスＧｏに含有されるＨＣやＮＯｘ等の浄化処理能力の悪化を防止することができる。
　さらに、排気ガスＧｏの流路をバイパス通路２０２ｂと蓄熱体２０２ａのどちらか一方とすることができるので、バイパス弁２３を開弁して、排気ガスＧｏの流路をバイパス通路２０２ｂにして触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度上昇を蓄熱体２０２ａの温度上昇より優先して触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの早期昇温を計ったり、排気ガスＧｏの流路（バイパス弁２３を全閉した場合は、排気ガスＧｏ全部の流路）を蓄熱体２０２ｂにして蓄熱体２０２ｂの温度上昇により触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの過剰な温度上昇を抑制したりすることができ、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃを触媒活性温度範囲内に長く維持できるようになる。
　なお、バイパス弁２３を開弁して、排気ガスＧｏの流路をバイパス通路２０２ｂにする場合においては、図１～図３の構成では、蓄熱体２０２ａの入口を閉鎖していないので、完全に排気ガスＧｏの全量がバイパス通路２０２ｂを通過する訳ではなく、一部は蓄熱体２０２ａの内部を通過する可能性が残っている。排気ガスＧｏの一部が蓄熱体２０２ａの内部を通過すると、蓄熱体２０２ａの放熱による温度低下を多少防止することができる。
　また、この蓄熱方式では、排気ガスＧｏ中のＨＣやＣＯの増加とこのＨＣやＣＯの触媒作用による酸化での排気ガス昇温に比べて、ＨＣやＣＯを酸化するための触媒としての貴金属を使用することを回避できるので、低コストである。
　また、実路での宅配トラックや塵芥車両の集配車等のように、頻繁に停止と再発進を繰り返して、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度が低下し易い車両においては、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度低下を防止して、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃを長く触媒活性温度範囲内に維持して、排気ガスＧｏの浄化率を向上できるので、特に有効である。
　なお、バイパス通路２０２ｂを蓄熱ユニット２０２の内部に設け、バイパス通路２０２ｂの外周に蓄熱体２０２ａを配置して蓄熱ユニット２０２を構成し、バイパス通路２０２ｂに開閉弁で構成したバイパス弁２３を配設して構成すると、バイパス通路２０２ｂを通過する排気ガスＧｏが冷却され難く、蓄熱ユニット２０２の下流側の触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの早期昇温に有利となり、また、蓄熱体２０２ａとバイパス通路２０２ｂがコンパクトになって排気ガス後処理装置２０のケース内に収まり易くなるので、排気ガス浄化システム１が大型化せず、車両に搭載し易くなる。
　そして、本発明の排気ガス浄化システム１において、バイパス弁２３の弁開度を制御する流路制御装置４１を設けて構成する。この流路制御装置４１は、通常は、エンジン１０の全般の制御やエンジン１０を搭載した車両の全般の制御を行う全体システム制御装置４０に組み込まれて構成される。
　この流路制御装置４１は、蓄熱ユニット２０２に流入する排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈ以上で触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａより低いとき、又は、触媒付ＤＰＦユニット（ＤＰＦ装置）２０１ｃのＰＭ再生制御もしくはＬＮＴユニット（ＮＯｘ低減触媒装置）２０１ａのＮＯｘ再生制御のときは、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過するようにバイパス弁２３の制御を行う。
　また、蓄熱ユニット２０２に流入する排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈより低いとき、又は、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａ以上のときは、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過しないようにバイパス弁２３を制御するように構成される。
　次に、排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について、図４に示す制御のフローの一例を参照しながら説明する。図４の制御のフローは、エンジン１０の始動開始と共に、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、ステップＳ１１～Ｓ１５のバイパス弁２３の制御を繰り返し、エンジン１０の停止と共に、割り込みによりリターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に終了する制御フローとして示している。
　この図４の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１にて、蓄熱ユニット２０２に流入する排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈ以上であるか否かの判定を行う。
　このステップＳ１１の判定で、排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈ以上であると（ＹＥＳ）、ステップＳ１２に行き、このステップＳ１２で、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａより低いか否かを判定する。また、排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈ以上でない場合は（ＮＯ）、ステップＳ１３に行く。
　このステップＳ１２の判定で触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａより低いときには（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に行き、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過するようにバイパス弁２３の開弁の制御を行う。また、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａより低くないときには（ＮＯ）、ステップＳ１３に行く。
　このステップＳ１３で、触媒付ＤＰＦユニット（ＤＰＦ装置）２０１ｃのＰＭ再生制御もしくはＬＮＴユニット（ＮＯｘ低減触媒装置）２０１ａのＮＯｘ再生制御であるか否かを判定する。このステップＳ１３の判定で、触媒付ＤＰＦユニット（ＤＰＦ装置）２０１ｃのＰＭ再生制御もしくはＬＮＴユニット（ＮＯｘ低減触媒装置）２０１ａのＮＯｘ再生制御であるときは、ステップＳ１４に行き、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過するようにバイパス弁２３の開弁の制御を行う。
　このステップＳ１３の判定で、触媒付ＤＰＦユニット（ＤＰＦ装置）２０１ｃのＰＭ再生制御もしくはＬＮＴユニット（ＮＯｘ低減触媒装置）２０１ａのＮＯｘ再生制御でないときは、ステップＳ１５に行く。
　なお、排気ガス後処理装置２０内に触媒付ＤＰＦユニット２０１ｃもＬＮＴユニット２０１ａも設けない場合には、このステップＳ１３の判定を飛ばして、ステップＳ１５に行き、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過しないようにバイパス弁２３の閉弁の制御を行う。
　そして、ステップＳ１５に行くときは、すでに、ステップＳ１１の判定でＮＯの場合であり、蓄熱ユニット２０２に流入する排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈより低い場合であるか、又は、ステップＳ１２の判定でＮＯの場合であり、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａ以上である場合のいずれかとなる。
　そして、ステップＳ１４、ステップＳ１５では、予め設定された制御時間を経過するとステップＳ１１に戻る。そして、ステップＳ１１～Ｓ１５でバイパス弁２３の開弁又は閉弁の制御を繰り返し、エンジン１０の停止と共に、割り込みによりリターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に終了する。
　この制御により、蓄熱ユニット２０２より上流側の排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈ以上で触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａより低いとき、又は、触媒付ＤＰＦユニット（ＤＰＦ装置）２０１ｃのＰＭ再生制御もしくはＬＮＴユニット（ＮＯｘ低減触媒装置）２０１ａのＮＯｘ再生制御のときは、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過するようにバイパス弁２３の開弁の制御を行うことができる。
　また、蓄熱ユニット２０２より上流側の排気ガスＧｏの温度Ｔｇが蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈより低いとき、又は、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性化温度Ｔｃａ以上のときは、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過しないようにバイパス弁２３の閉弁の制御を行うことができる。
　従って、蓄熱ユニット２０２より上流側の排気通路１３を通過する排気ガスＧｏの温度Ｔｇが、蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈ以上であるときは、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過するようにし、蓄熱ユニット２０２より上流側の排気通路１３を通過する排気ガスＧｏの温度Ｔｇが、蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈより低いときは、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過しないようにすることができる。
　その結果、蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈが排気ガスＧｏの温度Ｔｇより小さいときには、排気ガスＧｏがバイパス通路２０２ｂを通過し、蓄熱体２０２ａを通過しないようにすることで、排気ガスＧｏの熱が蓄熱体２０２ａの蓄熱に奪われないようにして、そのまま排気ガスＧｏを触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄに流入させることができるため、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄを早期昇温できる。
　また、蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈが排気ガスＧｏの温度Ｔｇ以上であるときに、排気ガスＧｏが蓄熱体２０２ａを通過し、バイパス通路２０２ｂを通過しないようにすることで、蓄熱体２０２ａの蓄熱を排気ガスＧｏに伝達できるため、排気ガスＧｏを昇温させ、触媒装置２０１の温度低下を防止することができる。
　ここで、図５、図６を参照しながら、本発明による蓄熱ユニット２０２の効果を従来技術と比較して説明する。図５は、本発明による蓄熱ユニット２０２の効果を表した図であり、排気通路１３の触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの上流側に蓄熱ユニット２０２を設けた構成において、エンジン１０の停止状態から走行再開する場合の、排気ガスＧｏの温度Ｔｇ（第１温度センサ２４の検出値）、蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈ（第２温度センサ２５の検出値）、触媒装置２０１の温度Ｔｃ（第３温度センサ２６の検出値）の推移を表す。この図５によれば、走行再開時（０ｓｅｃ）から４００ｓｅｃまでの期間（図５では「保温期間」と表示）において、蓄熱体２０２ａの温度Ｔｈが排気ガスＧｏの温度Ｔｇより高いため、排気ガスＧｏが蓄熱体２０２ａを通過し、バイパス通路２０２ｂを通過しないように制御することで、蓄熱体２０２ａで蓄熱された熱を排気ガスＧｏに伝達するようにし、排気ガスＧｏを昇温させ、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度低下を防止している。
　この図５の保温期間における触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃの推移と、図６の従来技術における触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃの推移を比較すると、走行再開時（０ｓｅｃ）から４００ｓｅｃまでの期間で、図６の触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが１５０℃～２００℃を推移しているのに対し、図５の本発明に係る触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが２５０℃付近を推移しており、本発明では、触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃが触媒活性温度範囲に維持されていることが分かる。
　上記の排気ガス浄化システム１および排気ガス浄化方法によれば、排気ガスＧｏの温度Ｔｇが高いときに排気ガスＧｏの熱を蓄熱体２０２ａに蓄熱し、排気ガスＧｏの温度Ｔｇが低下している時に、この蓄熱体２０２ａの熱により排気ガスＧｏの温度Ｔｇを上昇して、長い間、比較的高い温度の排気ガスＧｏを、蓄熱ユニット２０２より下流の触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄに流入させることができ、エンジン１０の排気通路１３に設けた排気ガス後処理装置２０を構成する触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度Ｔｃを触媒活性温度範囲内に長く維持でき、排気ガスＧｏに含有されるＨＣやＮＯｘ等の浄化処理能力の悪化を防止することができる。
　さらに、排気ガスＧｏの流路をバイパス通路２０２ｂにして触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの温度上昇を蓄熱体２０２ａの温度上昇より優先したり、排気ガスＧｏの流路を蓄熱体２０２ａ経由にして蓄熱体２０２ａの温度上昇により触媒ユニット２０１ａ～２０１ｄの過剰な温度上昇を抑制したりすることができる。
１　排気ガス浄化システム
１０　エンジン（内燃機関）
１２　吸気通路
１３　排気通路
１４　ＥＧＲ通路
１５　ターボチャージャ(ターボ式過給器）
２０　排気ガス後処理装置
２０１ａ　ＬＮＴユニット（触媒ユニット）
２０１ｂ　ＳＣＲユニット（触媒ユニット）
２０１ｃ　触媒付ＤＰＦユニット（触媒ユニット）
２０１ｄ　ＤＯＣユニット（触媒ユニット）
２０２　蓄熱ユニット
２０２ａ　蓄熱体
２０２ｂ　バイパス通路
２３　バイパス弁
２４　第１温度センサ
２５　第２温度センサ
２６　第３温度センサ
４０　全体システム制御装置
４１　流路制御装置
Ａ　新気
Ｇ　排気ガス
Ｇｃ　浄化処理された排気ガス
Ｇｅ　ＥＧＲガス
Ｇｏ　触媒ユニットに流入する排気ガス
Ｔｃ　触媒ユニットの温度
Ｔｃａ　触媒活性化温度
Ｔｇ　排気ガスの温度
Ｔｈ　蓄熱体の温度

Claims (5)

  1. 　触媒を担持した触媒ユニットから構成される排気ガス後処理装置を排気通路に設けた排気ガス浄化システムにおいて、
    　前記触媒ユニットの上流側に蓄熱体を備えた蓄熱ユニットを前記排気ガス後処理装置内で前記触媒ユニットの上流側に設けると共に、前記蓄熱体を通過しないバイパス通路と、該バイパス通路における排気ガスの流通を制御するバイパス弁を前記蓄熱ユニットに設け、更に、該バイパス弁の開閉を制御する流路制御装置を設けたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  2. 　前記流路制御装置が、
    　前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が前記蓄熱体の温度以上で前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度より低いときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過するように前記バイパス弁の制御を行い、
    　前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が前記蓄熱体の温度より低いとき、又は、前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度以上のときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過しないように前記バイパス弁の制御を行うように構成されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
  3. 　前記流路制御装置が、
    　前記触媒ユニットのＤＰＦ装置のＰＭ再生制御もしくはＮＯｘ低減触媒装置のＮＯｘ再生制御のときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過するように前記バイパス弁の制御を行うように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システム。
  4. 　前記バイパス通路を前記蓄熱ユニットの内部に設け、前記バイパス通路の外周に前記蓄熱体を配置して前記蓄熱ユニットを構成すると共に、前記バイパス通路に開閉弁で構成した前記バイパス弁を配設したことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
  5. 　触媒を担持した触媒ユニットから構成される排気ガス後処理装置を排気通路に設けると共に、前記触媒ユニットの上流側に蓄熱体を備えた蓄熱ユニットを前記排気ガス後処理装置内で前記触媒ユニットの上流側に設け、前記蓄熱ユニットに前記蓄熱体を通過しないバイパス通路を設け、該バイパス通路における排気ガスの流通を制御するバイパス弁を設け、更に、該バイパス弁の弁開度を制御する流路制御装置を設けた排気ガス浄化方法において、
    　前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が、前記蓄熱体の温度以上で前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度より低いときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過するようにし、前記蓄熱ユニットに流入する排気ガスの温度が、前記蓄熱体の温度より低いとき、又は、前記触媒ユニットの温度が触媒活性化温度以上のときは、排気ガスが前記バイパス通路を通過しないようにすることを特徴とする排気ガス浄化方法。
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