JP2007154773A

JP2007154773A - 排気浄化装置

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Publication number: JP2007154773A
Application number: JP2005351475A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Yoshihisa Takeda; 好央武田; Nobuhiro Kondo; 暢宏近藤; Sei Kawatani; 聖川谷
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復時の燃費を改善しながら、排気浄化性能の低下を防止するようにした排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＮＯｘ吸蔵触媒（３６）の下流側にパティキュレートフィルタ（３８）を備えると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒（３６）に流入する排気中にＨＣを供給するＨＣ供給手段（４４）と、一端がＨＣ供給手段（４４）より上流側の排気流路に接続され、他端がＮＯｘ吸蔵触媒（３６）とパティキュレートフィルタ（３８）との間の排気流路に接続された排気バイパス通路（４６）と、排気バイパス通路（４６）中を流動する排気の流量を調整するバイパスバルブ（４８）とを備え、ＨＣ供給手段（４４）から排気中にＨＣを供給するときには、ＨＣ供給を行わないときよりもＮＯｘ吸蔵触媒（３６）に流入する排気の量を減少させるようにバイパスバルブ（４８）を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は排気浄化装置に関し、特にＮＯｘ吸蔵触媒とパティキュレートフィルタとを備えた排気浄化装置に関する。

酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、還元雰囲気のときに吸蔵していた前記ＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒をエンジンの排気通路に設け、排気中のＮＯｘを浄化するようにした排気浄化装置が知られている。
このような排気浄化装置では、エンジンの通常運転時に酸化雰囲気のもとでＮＯｘ吸蔵触媒が排気中のＮＯｘを吸蔵していくが、排気中のＮＯｘを吸蔵していく状態が長く継続すると、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されるおそれがある。そこで、このようなＮＯｘ吸蔵能力の飽和を防止するため、所定時間ごとに排気中にＨＣ（炭化水素）を供給して還元雰囲気とすることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出還元する、いわゆるＮＯｘパージを行うようにしている。

一方、燃料中やエンジンの潤滑油中にはイオウ成分が含まれており、このイオウ成分がＳＯｘ（硫黄酸化物）となってエンジンの排気と共に排出される。このＳＯｘもＮＯｘと同様のメカニズムによりＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵され、ＳＯｘの吸蔵量増大と共にＮＯｘ吸蔵能力が低下するイオウ被毒が生じる。
そこで、このようなイオウ被毒の回復、即ちＳパージのため、排気中に間欠的にＨＣ供給を行って、ＮＯｘ吸蔵触媒上でのＨＣと排気中の酸素との反応熱によりＮＯｘ吸蔵触媒を昇温すると共に還元雰囲気とすることが知られている。

また、ディーゼルエンジンなどの場合には、排気中に含まれるパティキュレートを捕集するため、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側の排気流路にパティキュレートフィルタが設けられている。捕集されたパティキュレートはパティキュレートフィルタ内に堆積していくが、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されずにパティキュレートフィルタに流入した排気中のＮＯｘが、堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してパティキュレートフィルタから除去し、パティキュレートフィルタを連続再生するようにしている。

ところが、このような連続再生だけではパティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを十分に除去することができない場合があるため、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気中にＨＣを供給し、ＮＯｘ吸蔵触媒上でのＨＣと排気中の酸素との反応熱でＮＯｘ吸蔵触媒を昇温してパティキュレートフィルタに流入する排気の温度を上昇させることによって、堆積したパティキュレートを焼却除去する強制再生が行われる。

このように、ＮＯｘ吸蔵触媒やパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置では、排気中にＨＣを供給することによりＮＯｘ吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復が行われる。
ところで、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘパージやＳパージでＮＯｘ吸蔵触媒を還元雰囲気とするために排気中に供給されるＨＣの量は、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気流量が多いほど多くなる。

また、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気流量が増大してＮＯｘ吸蔵触媒内の排気の流速が大となるほどＮＯｘ吸蔵触媒上でＨＣが反応しにくくなるため、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージやパティキュレートフィルタの強制再生でＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させるために排気中に供給されるＨＣの量も、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気流量が多いほど多くなる。
このため、特に排気流量が多くなる高速高負荷運転時には、ＮＯｘ吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復のためのＨＣ供給量が増大し、燃費が悪化するという問題があった。

そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスする排気バイパス通路を設け、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージで排気中にＨＣ供給を行ってＮＯｘ吸蔵触媒を還元雰囲気とする際には、排気の一部がＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスするようにしてＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気流量を減少させることにより、排気中へのＨＣ供給量を減少させるようにした排気浄化装置が提案されている（特許文献１）。
特開２００３−１７６７１５号公報

特許文献１の排気浄化装置は、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵触媒が担持されたものであり、排気バイパス通路の下流側はパティキュレートフィルタの下流側の排気通路に連通するようになっている。
このため、特許文献１の排気浄化装置のように、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージの際に排気の一部がＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスするようにしてしまうと、排気中に含まれるパティキュレートの一部はパティキュレートフィルタに捕集されることなく大気中に放出されてしまうという問題が生じる。

また、ＮＯｘ吸蔵触媒のＳパージの際だけではなく、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘパージやパティキュレートフィルタの強制再生で排気中にＨＣを供給した場合にも、排気の一部がＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスするようにすると、排気中に含まれるパティキュレートの一部はパティキュレートフィルタに捕集されることなく大気中に放出されるという問題が生じる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＮＯｘ吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復時の燃費を改善しながら、排気浄化性能の低下を防止するようにした排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気流路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気のときに吸蔵していた前記ＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側の排気流路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気中にＨＣを供給するＨＣ供給手段と、一端が前記ＨＣ供給手段より上流側の排気流路に接続されると共に、他端が前記ＮＯｘ吸蔵触媒と前記パティキュレートフィルタとの間の排気流路に接続された排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路に設けられ、前記排気バイパス通路中を流動する排気の流量を調整するバイパスバルブと、前記ＨＣ供給手段から排気中にＨＣを供給して前記ＮＯｘ吸蔵触媒及び前記パティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、前記ＨＣ供給手段からのＨＣ供給を行わないときよりも前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるように前記バイパスバルブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。

このように構成された排気浄化装置によれば、ＨＣ供給手段から排気中にＨＣを供給してＮＯｘ吸蔵触媒及びパティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、ＨＣ供給手段からのＨＣ供給を行わないときよりもＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるように、制御手段が排気バイパス通路のバイパスバルブを制御する。
また、前記排気浄化装置において、前記制御手段は、前記ＨＣ供給手段から前記ＨＣの供給を行うときに前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるように前記バイパスバルブを制御することを特徴とする（請求項２）。

このように構成された排気浄化装置によれば、ＨＣ供給手段から排気中にＨＣを供給するときには、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量が、ＮＯｘ吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるように排気バイパス通路のバイパスバルブが制御手段によって制御される。
また、前記排気浄化装置において、更に前記パティキュレートフィルタの下流側の排気流路に後段酸化触媒を備えたことを特徴とする（請求項３）。

このように構成された排気浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスして浄化されずにＮＯｘ吸蔵触媒下流側に排出された排気中のＣＯ（一酸化炭素）やＨＣは後段酸化触媒によって浄化される。

本発明の排気浄化装置によれば、ＨＣ供給手段から排気中にＨＣを供給してＮＯｘ吸蔵触媒及びパティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、ＨＣ供給手段からのＨＣ供給を行わないときよりもＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるので、ＮＯｘ吸蔵触媒やパティキュレートフィルタの機能回復に必要なＨＣの供給量を減少させて燃費を改善することが可能となる。

更に、このときに排気の一部は排気バイパス通路を介してＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に排出されるが、それよりも下流側にパティキュレートフィルタが配置されているので、ＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスした排気中に含まれるパティキュレートもパティキュレートフィルタによって捕集され、大気中へのパティキュレートの放出を防止することができる。
また、請求項２の排気浄化装置によれば、ＨＣ供給手段から排気中にＨＣを供給するときには、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量が、ＮＯｘ吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるようにバイパスバルブが制御されるので、ＨＣ供給量をできるだけ少なくしながら、ＮＯｘ吸蔵触媒を効率良く迅速に昇温することが可能となる。

更に、請求項３の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスして浄化されずにＮＯｘ吸蔵触媒下流側に排出された排気中のＣＯやＨＣは後段酸化触媒によって浄化されるので、ＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスした排気中のＣＯやＨＣが大気中に放出されることを防止できる。
また、ＮＯｘ吸蔵触媒からスリップして流出するＣＯやＨＣも、従来の方式では還元雰囲気にあるときに排気中の酸素濃度が０％となるため、後段酸化触媒で浄化することができなかったが、請求項３の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒をバイパスした排気中に含まれる酸素を用いてこれらのＣＯやＨＣを浄化することが可能となる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る排気浄化装置が適用される４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、燃料噴射ポンプ（図示せず）から供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油が、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給され、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。

吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ１６が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管（排気流路）２０に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２６を介して排気後処理装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動する。

排気後処理装置２８は、上流側ケーシング３０と、上流側ケーシング３０の下流側に連通路３２で連通された下流側ケーシング３４とで構成され、内部に排気流路を形成する。
上流側ケーシング３０内には、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が収容されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の下流側にパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３８が収容されている。

このＮＯｘ吸蔵触媒３６は、流入する排気中の酸素濃度が高い酸化雰囲気にあるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低くＨＣやＣＯ等の還元成分が排気中に含まれる還元雰囲気にあるときに、吸蔵しているＮＯｘを放出して還元する機能を有している。
また、フィルタ３８はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、排気中のパティキュレートを捕集することによってエンジン１の排気を浄化する。

ＮＯｘ吸蔵触媒３６へのＮＯｘ吸蔵量が限界量を超えて吸蔵されなくなった排気中のＮＯｘはフィルタ３８に流入し、フィルタ３８に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してフィルタ３８から除去し、フィルタ３８を連続再生すると共にＮ_２となって大気中に排出される。
上流側ケーシング３０内には、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の下流側に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の出口側排気温度を触媒温度Ｔｃとして検出する触媒温度センサ４０が設けられている。

一方、下流側ケーシング３４内には、後段酸化触媒４２が収容されている。後段酸化触媒４２は、ＮＯｘ吸蔵触媒３６で浄化されずに排気中に残留するＨＣやＣＯを酸化するほか、後述するフィルタ３８の強制再生でフィルタ３８に吸着したＨＣが温度上昇によって離脱した場合にこのＨＣを酸化したり、フィルタ３８の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯを酸化し、ＣＯ_２として大気中に排出する機能などを有している。

排気絞り弁２６と排気後処理装置２８との間の排気管２０には、燃料噴射ポンプ（図示せず）から燃料が供給され、排気管２０内の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁（ＨＣ供給手段）４４が設けられている。この燃料添加弁４４は、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に吸蔵されているＮＯｘを放出還元する際や、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のイオウ被毒を回復する際、及びフィルタ３８の強制再生を行う際に、排気中に燃料を噴射することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒３６にＨＣを供給する。

排気絞り弁２６と燃料添加弁４４との間の排気管２０には、ＮＯｘ吸蔵触媒３６をバイパスする排気バイパス通路４６の一端が接続され、排気バイパス通路４６の他端は、ＮＯｘ吸蔵触媒３６とフィルタ３８との間の上流側ケーシング３０に接続されている。この排気バイパス通路４６により、燃料添加弁４４からＨＣを供給される前の排気の一部がＮＯｘ吸蔵触媒３６をバイパスしてフィルタ３８に流入する。

また、排気バイパス通路４６には、排気バイパス通路４６を介してＮＯｘ吸蔵触媒３６をバイパスする排気の流量を調整するためのバイパスバルブ４８が設けられている。このバイパスバルブ４８の開度を調整することにより排気バイパス通路４６の排気流量が増大する分だけ、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量が減少することになる。
ＥＣＵ（制御手段）５０は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。

ＥＣＵ５０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１６及び触媒温度センサ４０のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ５２、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ５４などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２６、燃料添加弁４４、及びバイパスバルブ４８などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ５０によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５２によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ５４によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。

ＥＣＵ５０は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３８を強制再生して機能回復させるための制御も行う。フィルタ３８に堆積したパティキュレートは、前述したようにＮＯｘ吸蔵触媒３６を通過してフィルタ３８に流入するＮＯｘとの反応による連続再生によって酸化除去されるが、排気温度が低い運転状態が長時間続いた場合などでは、このような連続再生だけでは堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ３８内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ３８が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ３８におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ３８の強制再生が行われる。

パティキュレートの堆積状況は、フィルタの上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流圧力センサ及び下流圧力センサ（いずれも図示せず）や吸気流量センサ１６の検出値などに基づき推定され、フィルタ３８へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断すると、強制再生の制御が開始される。
この強制再生制御では、吸気制御弁１２や排気絞り弁２６を閉方向に制御することにより排気温度を上昇させると共に、燃料添加弁４４から排気中に燃料を噴射して、パティキュレートを焼却可能な温度までフィルタ３８を昇温する。即ち、燃料添加弁４４によって排気中に供給されたＨＣはＮＯｘ吸蔵触媒３６に達し、ＮＯｘ吸蔵触媒３６でのＨＣの酸化反応によって更に温度が上昇した高温の排気がフィルタ３８内に流入する。フィルタ３８に堆積したパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ３８が強制再生される。

このとき、後述するバイパスバルブ制御が並行して実行されることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量が調整される。
また、ＥＣＵ５０はＮＯｘ吸蔵触媒３６によるＮＯｘ浄化を適正に行うための制御も行っている。エンジン１はディーゼルエンジンであって、大部分の運転領域において希薄燃焼となり排気中の酸素濃度が高くなって、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒３６に吸蔵されていく。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が排気中のＮＯｘを吸蔵していく状態が長く継続すると、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒３６に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されるおそれがある。

このようなＮＯｘ吸蔵能力の飽和を防止するため、ＥＣＵ５０は燃料添加弁４４を制御して、例えば所定の時間間隔で排気中に燃料を噴射することでＨＣを供給してＮＯｘ吸蔵触媒３６を還元雰囲気とし、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に吸蔵されているＮＯｘを放出させ還元することによりＮＯｘ吸蔵触媒３６の機能を回復させるＮＯｘパージを行うようにしている。

このときにも、後述するバイパスバルブ制御が並行して実行されることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量が調整される。
更に、ＥＣＵ５０はＮＯｘ吸蔵触媒３６のイオウ被毒を回復させて機能回復させるためのＳパージの制御も行う。燃料中やエンジン１の潤滑油中などにはイオウ成分が含まれており、このイオウ成分がＳＯｘとなってエンジン１の排気と共に排出される。排気中に含まれるＳＯｘはＮＯｘと同様のメカニズムによりＮＯｘ吸蔵触媒３６に吸蔵されるため、ＳＯｘの吸蔵量が増大するにつれて、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるイオウ被毒が生じる。このイオウ被毒を放置した場合にも、ＮＯｘ吸蔵触媒３６によるＮＯｘの浄化効率が低下し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒３６に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されてしまうおそれがある。

そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒３６を備えた排気浄化装置においては、このようなイオウ被毒を回復させる、いわゆるＳパージを適宜行う。即ち、ＥＣＵ５０がエンジン１の運転状態などに基づきＮＯｘ吸蔵触媒３６のＳパージを必要とすると判断すると、燃料添加弁４４から排気中にＨＣを供給し、このＨＣをＮＯｘ吸蔵触媒３６上で排気中の酸素と反応させることによりＮＯｘ吸蔵触媒３６を７００℃前後に昇温すると共に還元雰囲気として、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に吸蔵されたＳＯｘを離脱させ、イオウ被毒を回復させる。

このときにも、バイパスバルブ制御が並行して実行されることにより、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量が調整される。
以上のように、フィルタ３８の強制再生時や、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージ及びＳパージの際には、バイパスバルブ４８の開度がＥＣＵ５０によって制御され、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量が調整されるが、このようなバイパスバルブ制御は、エンジン１が運転中に図２のフローチャートに従い、所定の制御周期でＥＣＵ５０によって実行されるようになっている。

制御が開始されると、ステップＳ２でＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージが行われているか否かを判定する。ＮＯｘパージが行われている場合にはステップＳ１０に進む一方、ＮＯｘパージが行われていない場合にはステップＳ４に進んでＮＯｘ吸蔵触媒３６のＳパージが行われているか否かを判定する。そして、Ｓパージが行われている場合にはステップＳ１０に進む一方、Ｓパージが行われていない場合にはステップＳ６に進んでフィルタ３８の強制再生が行われているか否かを判定する。強制再生が行われている場合にはステップＳ１０に進む一方、強制再生が行われていない場合にはステップＳ８に進んでバイパスバルブ４８を全閉とした後、今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ２から処理を行う。

このように、各制御周期ではステップＳ２乃至Ｓ６の処理により、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージとＳパージ、及びフィルタ３８の強制再生のいずれかが行われている場合にはステップＳ１０に進む一方、これらのいずれも行われていない場合にはバイパスバルブ４８が全閉に制御される。この結果、排気の全量がＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入することになる。

ステップＳ１０に進んだ場合には、触媒温度センサ４０によって検出されたＮＯｘ吸蔵触媒３６の温度Ｔｃが所定温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。この所定温度Ｔ１は、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が所定の触媒能力を発揮可能な温度として、例えばライトオフ温度などに基づき設定される温度であって、触媒温度Ｔｃがこの所定温度Ｔ１以上であればＮＯｘ吸蔵触媒が所定の触媒能力を発揮することが可能な状態にあると判断する。

従って、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージとＳパージ、及びフィルタ３８の強制再生のいずれかが行われている場合であっても、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ１に達しておらず、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が所定の触媒能力を発揮できないと判断した場合には、ステップＳ８に進んでバイパスバルブ４８が全閉とされる。この結果、吸気制御弁１２や排気絞り弁２６の閉方向への制御などで温度の上昇した排気が全量ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入するようになり、ＮＯｘ吸蔵触媒３６が迅速に昇温される。

なお、このようにＮＯｘ吸蔵触媒３６の触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ１に達していない場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の触媒機能が十分に発揮されない状態であるので、並行して行われているＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージやＳパージ、或いはフィルタ３８の強制再生における燃料添加弁４４から排気中へのＨＣ供給は行われないようになっている。
このようにしてバイパスバルブ４８の全閉により、温度が上昇した排気が全量ＮＯｘ吸蔵触媒に流入してＮＯｘ吸蔵触媒３６の温度が上昇した結果、ステップＳ１０で触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ１以上であると判定すると、ステップＳ１２に進んでバイパスバルブ４８の開度を設定する。ここで設定されるバイパスバルブ４８の開度は、そのときのエンジン１の運転状態に対応して、ＮＯｘ吸蔵触媒３６内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣが酸化反応することが可能な、ＮＯｘ吸蔵触媒３６における必要最小限の排気流量を得るための開度である。

即ち、一般的にＮＯｘ吸蔵触媒３６内を流動する排気の量が少なくなると、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の全域に排気を行き渡らせることが困難となり、その結果排気中のＨＣを十分酸化させてＮＯｘ吸蔵触媒３６を必要な温度まで昇温することができなくなる。そこで、予め実験等によりＮＯｘ吸蔵触媒のほぼ全域に排気を行き渡らせるための必要最低限の排気流量を求めると共に、エンジンの各運転状態における総排気流量をエンジン回転数及びアクセル踏込量に基づいて推定し、総排気流量から必要最低限の排気流量を減じた排気流量を、排気バイパス通路に流すべき排気の量として求める。そして、排気バイパス通路４６でこのような排気流量を得るためのバイパスバルブ４８の開度を求め、これをマップとして記憶しているのである。

従って、ステップＳ１２では、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数と、アクセル開度センサ５４によって検出されたアクセルペダル踏込量とに対応したバイパスバルブ４８の開度を、マップから読み出して設定する。
次にステップＳ１４に進むと、ステップＳ１２で設定された開度となるよう、バイパスバルブ４８が駆動され、その制御周期を終了する。

このように、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージとＳパージ、及びフィルタ３８の強制再生のいずれかによる機能回復が行われており、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の触媒温度Ｔｃが所定温度Ｔ１に達して所定の触媒能力を発揮できる状態にある場合には、バイパスバルブ４８の開度が制御されて排気の一部が排気バイパス通路４６によりＮＯｘ吸蔵触媒３６をバイパスすることにより、これら機能回復が行われない場合よりも少なく、かつＮＯｘ吸蔵触媒３６のほぼ全域にわたってＨＣの酸化反応が可能な必要最低限の排気がＮＯｘ吸蔵触媒３６内を流動することになる。

このとき、前述したＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージやＳパージ、或いはフィルタ３８の強制再生において燃料添加弁４４から排気中に供給されるＨＣの量は、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量に対応して、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージやＳパージ、或いはフィルタ３８の強制再生を適正に行うのに必要な量とされる。
即ち、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量は、バイパスバルブ４８の制御によってＮＯｘ吸蔵触媒３６内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣが酸化反応することが可能な必要最小限の排気流量とされており、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージでは、このような排気流量に対して、ＮＯｘ吸蔵触媒３６を還元雰囲気とするために必要な量のＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒３６に供給されるよう、燃料添加弁４４から燃料が排気中に噴射される。

また、ＮＯｘ吸蔵触媒３６のＳパージでは、このような排気流量に対して、ＮＯｘ吸蔵触媒３６をＳパージが可能な温度として例えば７００℃前後に昇温すると共に、一時的に還元雰囲気とするような量のＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒３６に供給されるよう、燃料添加弁４４から燃料が排気中に噴射される。
更に、フィルタ３８の強制再生では、フィルタ３８に流入する排気の温度がパティキュレートを焼却可能な温度となるようにするために、このような排気流量に対して、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の昇温に必要な量のＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒３６に供給されるよう、燃料添加弁４４から燃料が排気中に噴射される。

こうしてＮＯｘ吸蔵触媒３６のＮＯｘパージやＳパージ、或いはフィルタ３８の強制再生が行われてこれらの機能回復が完了し、ＮＯｘパージ、Ｓパージ、及び強制再生のいずれも行われなくなると、バイパスバルブ制御で処理はステップＳ２乃至Ｓ６を経た後にステップＳ８に進むようになる。
ステップＳ８ではバイパスバルブ４８が全閉とされ、排気の全量がＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入するようになるため、燃料添加弁４４から排気中にＨＣが供給されているときに比べ、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の量は増大する。

このように、ＮＯｘ吸蔵触媒３６或いはフィルタ３８の機能回復のために燃料添加弁４４から排気中にＨＣを供給する際には、バイパスバルブ４８の開度調整により、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気流量が減少されるので、これに対応して排気中に供給されるＨＣの量も減少し、ＮＯｘ吸蔵触媒３６或いはフィルタ３８の機能回復の際の燃費を改善することができる。

また、このときにＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の流量は、ＮＯｘ吸蔵触媒３６内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣが酸化反応可能な必要最小限の排気流量となっているので、排気中のＨＣを効率良く酸化させ迅速にＮＯｘ吸蔵触媒３６を昇温することができる。そして昇温時間の短縮により、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の昇温に使用されるＨＣの量も少なくなり、燃費をより一層改善することが可能となる。

更に、排気中に供給すべきＨＣの量が少なくなるため、燃料添加弁４４の燃料噴射容量も低減可能となり、その結果燃料添加弁４４の制御分解能が向上してきめの細かい制御を行うことが可能となる。
また、このときにＮＯｘ吸蔵触媒３６をバイパスした排気中に含まれるパティキュレートは、排気バイパス通路４６がフィルタ３８の上流側の排気流路に接続されているので、ＮＯｘ吸蔵触媒３６を経由した排気中のパティキュレートと同様にフィルタ３８によって捕集され、大気中への放出が防止される。

更に、ＮＯｘ吸蔵触媒３６をバイパスした排気中に含まれるＨＣやＣＯは、後段酸化触媒４２により酸化されて浄化されるので、大気中への放出が防止される。また、ＮＯｘ吸蔵触媒３６を通過した排気中には、ＮＯｘ吸蔵触媒３６で浄化されずに排出された、即ちＮＯｘ吸蔵触媒３６からスリップしたＣＯやＨＣが含まれるが、これらＣＯやＨＣについてもＮＯｘ吸蔵触媒３６をバイパスした排気中に含まれる酸素により、後段酸化触媒４２で酸化されて浄化されるので、大気中への放出が防止される。

以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態におけるバイパスバルブ４８の開度は、ＮＯｘ吸蔵触媒３６に流入する排気の流量を、ＮＯｘ吸蔵触媒３６内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣが酸化反応可能な必要最小限の排気流量とするよう、予め設定記憶されたマップから、そのときのエンジン回転数とアクセルペダル踏込量とに基づき読み出して設定するようにした。しかしバイパスバルブ４８の開度の設定方法はこれに限定されるものではなく、例えば燃料添加弁４４から供給されるＨＣの量を一定量とし、ＮＯｘ吸蔵触媒３６の触媒温度ＴｃがＮＯｘ吸蔵触媒３６やフィルタ３８の機能回復に必要な温度となるように、触媒温度ＴＣに応じてバイパスバルブ４８の開度を制御するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、気筒数及びエンジンの種類はこれに限られるものではなく、ＮＯｘ吸蔵触媒３６とフィルタ３８とを備えたエンジンであればよい。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成図である。図１の排気浄化装置で行われるバイパスバルブ制御のフローチャートである。

符号の説明

１エンジン
２０排気管（排気流路）
３０上流側ケーシング（排気流路）
３２連通路（排気流路）
３４下流側ケーシング（排気流路）
３６ＮＯｘ吸蔵触媒
３８パティキュレートフィルタ
４２後段酸化触媒
４４燃料添加弁（ＨＣ供給手段）
４６排気バイパス通路
４８バイパスバルブ
５０ＥＣＵ（制御手段）

Claims

エンジンの排気流路に設けられ、酸化雰囲気のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気のときに吸蔵していた前記ＮＯｘを放出して還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側の排気流路に設けられ、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気中にＨＣを供給するＨＣ供給手段と、
一端が前記ＨＣ供給手段より上流側の排気流路に接続されると共に、他端が前記ＮＯｘ吸蔵触媒と前記パティキュレートフィルタとの間の排気流路に接続された排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路に設けられ、前記排気バイパス通路中を流動する排気の流量を調整するバイパスバルブと、
前記ＨＣ供給手段から排気中にＨＣを供給して前記ＮＯｘ吸蔵触媒及び前記パティキュレートフィルタの少なくとも一方の機能回復を行うときには、前記ＨＣ供給手段からのＨＣ供給を行わないときよりも前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量を減少させるように前記バイパスバルブを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
前記制御手段は、前記ＨＣ供給手段から前記ＨＣの供給を行うときに前記ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の量が、前記ＮＯｘ吸蔵触媒内のほぼ全域にわたって排気中のＨＣの酸化反応を可能とする必要最小限の量として予め設定された量となるように前記バイパスバルブを制御することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
更に前記パティキュレートフィルタの下流側の排気流路に後段酸化触媒を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。