JP5846381B2

JP5846381B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP5846381B2
Application number: JP2012114508A
Authority: JP
Inventors: 征二松田; 岡田　公二郎; 公二郎岡田; 希代香恒川; 洋之木村; 守本　健児; 健児守本; 雄輔磯部
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-05-18
Also published as: JP2013241860A

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、還元剤の混合促進の制御に関する。

ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンは、燃料と空気との混合気中に酸素が多く含まれることから排ガス中への窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が多くなる。
そこで、従来より、ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンでは、排気浄化装置として選択還元型触媒や、ＮＯｘトラップ触媒等を排気流路に設けている。そして、排気流路にアンモニア（ＮＨ３）或いは燃料等の還元剤を排ガス中に添加して、選択還元型触媒やＮＯｘトラップ触媒にて、排ガス中のＮＯｘをアンモニア或いは炭化水素（ＨＣ）で還元して浄化している。

このような、還元剤を排ガス中に添加する排気浄化装置では、排ガス中のＮＯｘを効率よく除去するために、還元剤と排ガスとを均一に混合させる必要がある。
また、特許文献１の筒内噴射型内燃機関のように、触媒下流の排気管にバタフライ弁を設け、更にバタフライ弁を迂回するように設けられるリリーフ通路にリリーフ弁を配設して、バタフライ弁の閉弁時にリリーフ弁を開弁して、排ガスの流れを制御する技術が知られている。

このような、特許文献１の技術を還元剤と排ガスの混合に適用することで、排ガスの流れ、即ち排気管内の圧力を制御することで還元剤と排ガスとの混合を促進させることが可能となる。

特開２００６−２７０１号公報

上記特許文献１の筒内噴射型内燃機関では、排気管内を封鎖可能なようにバタフライ弁の外径が形成されている。そして、バタフライ弁とリリーフ弁の双方を交互に開閉し排ガスの流れを制御している。
しかしながら、このようにバタフライ弁の外径を大きくすると、バタフライ弁の作動角に対する開度変化が大きくなり、排ガスの流れを精度良く制御することが困難となる。

したがって、排ガスの流れを精度良く制御することができなくなると、排気管内の圧力を精度良く制御できなくなり、還元剤と排ガスの混合の促進を妨げる虞があり好ましいことではない。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、還元剤と排ガスの混合を確実に行うことのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化手段に還元剤導入手段より還元剤を導入して、内燃機関の排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気浄化手段の下流の排気通路に配設され、前記排気通路の流路断面積を変更する主開放封鎖手段と、前記排気通路よりも小さい内径で、前記主開放封鎖手段を迂回し、前記排気通路と連通するように形成される迂回通路と、前記迂回通路に配設され、前記迂回通路の流路断面積を変更する副開放封鎖手段と、前記内燃機関の通常の運転時には、前記排気通路を開放し、前記迂回通路を封鎖するように前記主開放封鎖手段の開度と前記副開放封鎖手段の開度を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記還元剤の導入時には、前記主開放封鎖手段の開度を減少させた後に、前記副開放封鎖手段の開度の増大及び減少を繰り返し行うことを特徴とする。

また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記副開放封鎖手段の上流に前記排ガスの圧力を検出する上流側圧力検出手段を備え、前記制御手段は、前記主開放封鎖手段の開度を減少させて前記上流側圧力検出手段にて検出される圧力が第１所定圧力以上に達した後に、前記副開放封鎖手段の開度の増大及び減少を繰り返し行うことを特徴とする。

また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１或いは２において、前記副開放封鎖手段の上流に前記排ガスの圧力を検出する上流側圧力検出手段と、前記副開放封鎖手段の下流に前記排ガスの圧力を検出する下流側圧力検出手段と、前記排気浄化手段と前記主開放封鎖手段との間に前記排ガス中の前記添加剤の濃度を検出する添加剤濃度検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記還元剤の導入時には、前記主開放封鎖手段の開度を全閉とした後に、前記副開放封鎖手段の開度を全開とし、前記副開放封鎖手段の上流と下流の前記排ガスの圧力差が第１所定圧力差以下となると前記副開放封鎖手段の開度を全閉とする前記副開放封鎖手段の開閉作動を行い、前記排ガス中の前記添加剤濃度が所定添加剤濃度以下となるまで、前記副開放封鎖手段の前記開閉作動を繰り返し行うことを特徴とする。

また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１或いは２において、前記排気浄化手段と前記主開放封鎖手段との間に前記排ガス中の前記添加剤の濃度を検出する添加剤濃度検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記還元剤の導入時には、前記主開放封鎖手段の開度を全閉とした後に、前記副開放封鎖手段の開度を全閉と全開とを周期的に繰り返す前記副開放封鎖手段の開閉作動を行い、前記排ガス中の前記添加剤濃度が所定添加剤濃度以下となるまで前記副開放封鎖手段の前記開閉作動を繰り返すことを特徴とする。

また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、請求項３或いは４において、前記副開放封鎖手段の上流に前記排ガスの圧力を検出する上流側圧力検出手段と、前記副開放封鎖手段の下流に前記排ガスの圧力を検出する下流側圧力検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記主開放封鎖手段の開度を全閉とした後の前記副開放封鎖手段の全閉位置を、前記副開放封鎖手段の上流と下流の前記排ガスの圧力差が第２所定圧力差以下となる開度とすることを特徴とする。

また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１から５のいずれか１項において、前記排気浄化手段と前記主開放封鎖手段との間に前記排ガスの成分濃度を検出する排気濃度検出手段を備え、前記制御手段は、前記副開放封鎖手段の開閉後の前記主開放封鎖手段の開度と前記副開放封鎖手段の開度とが全閉である時に前記排気濃度検出手段にて前記排ガス成分濃度を検出し、前記排ガス成分濃度が所定排ガス濃度以下であると前記主開放封鎖手段の開度を全開として前記排気通路を開放することを特徴とする。

また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１から６のいずれか１項において、前記内燃機関は、ディーゼルエンジン或いは希薄燃焼ガソリンエンジンであり、前記還元剤は、アンモニアガス或いは尿素水であって、前記排気浄化手段は、選択還元型触媒であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、制御手段は、還元剤の導入時には、主開封鎖手段の開度を減少させた後に、副開放封鎖手段の開度の増大及び減少を繰り返し行っており、迂回通路よりも内径の大きな排気通路の流路断面積を減少させることで、迂回通路を含む排気通路内の圧力を高めて、圧力が高くなった状態で、迂回通路の流路断面積の増大及び減少を繰り返すことで、排気通路内に圧力変動を発生させることができ、排気通路内の流れに変動を発生させることができる。

したがって、排気通路内の流れを変動させることで、排気通路内に導入される添加剤と内燃機関より排出される排ガスとの混合を促進させ、確実に添加剤と排ガスとを混合させることができる。
また、請求項２の発明によれば、主開放封鎖手段の開度を減少させて上流側圧力検出手段にて検出される圧力が第１所定圧力以上に達した後に、副開放封鎖手段の開度の増大及び減少を繰り返し行っており、副開放封鎖手段の上流の排ガスの圧力が上昇してから、副開放封鎖手段の開度の増大及び減少を繰り返し行うことで添加剤と排ガスの混合効果を高めることができる。

また、請求項３の発明によれば、制御手段は、主開放封鎖手段の開度を全閉とした後に、排ガス中の添加剤濃度が所定添加剤濃度以下となるまで、副開放封鎖手段の開度を全開とし、副開放封鎖手段の上流と下流の排ガスの圧力差が第１所定圧力差以下となると副開放封鎖手段の開度を全閉とする副開放封鎖手段の開閉作動をさせており、排気通路内に圧力変動を発生させることで、排気通路内の流れに変動を発生させている。

したがって、排気通路内の流れを変動させることで、排気通路内に導入される添加剤と内燃機関より排出される排ガスとの混合を促進させ、確実に添加剤と排ガスとを混合させることができる。また、排ガス中の添加剤濃度が所定添加剤濃度以下となるまで、添加剤と排ガスの混合を促進させているので、排気通路より添加剤が排出されることを防止することができる。

また、請求項４の発明によれば、制御手段は、排ガス中の添加剤濃度が所定添加剤濃度以下となるまで、副開放封鎖手段の開度を全閉と全開とを周期的に繰り返す副開放封鎖手段の開閉作動を繰り返し行っており、副開放封鎖手段の全開と全閉との作動を圧力検出手段などの検出結果によらずに周期的に行っているので、圧力検出手段等の検出手段による圧力を検出する不要とし、副開放封鎖手段の作動制御を簡略化することができる。

また、請求項５の発明によれば、制御手段は、主開放封鎖手段の開度を全閉とした後の副開放封鎖手段の全閉位置を、副開放封鎖手段の上流と下流の排ガスの圧力差が第２所定圧力差以下となる開度としており、迂回通路を含む排気通路を完全に閉塞による排気圧上昇を抑制することができる。
したがって、排気閉塞による制動効果を抑制しドラビリ特性を向上することができる。

また、請求項６の発明によれば、制御手段は、副開放封鎖手段の開閉後の主開放封鎖手段と副開放封鎖手段の開度とが全閉である時の排ガス成分濃度が所定排ガス濃度以下であると、主開放封鎖手段の開度を全開として排気通路を開放しており、排ガス成分を浄化してから主開放封鎖手段を開放しているので、排ガス成分を大気中に放出することを防止することができる。

また、請求項７の発明によれば、内燃機関をディーゼルエンジン或いは希薄燃焼ガソリンエンジン、還元剤をアンモニアガス或いは尿素水、排気浄化手段を選択還元型触媒としており、ディーゼルエンジン或いは希薄燃焼ガソリンエンジンにおいて、排気通路内の流れに変動を発生させることで、排気通路内に導入されるアンモニアガス或いは尿素水と排ガスとの混合を促進させ、確実にアンモニアガス或いは尿素水と排ガスとを混合させることで、選択還元型触媒で確実に排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンの概略構成図である。本発明の第１実施例に係るＥＣＵが実行するアンモニアガス導入時の排気圧制御バルブとバイパスバルブの作動制御の制御フローチャートである。本発明の第２実施例に係るＥＣＵが実行するアンモニアガス導入時の排気圧制御バルブとバイパスバルブの作動制御の制御フローチャートである。本発明の第２実施例に係るバイパスバルブの作動の一例を時系列で示す図である

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジン１の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン（内燃機関）１は、多気筒の筒内直接噴射式内燃機関（例えばコモンレール式ディーゼルエンジン）であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル２に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル２から各気筒の燃焼室３内に噴射可能な構成を成している。

エンジン１の各気筒には、上下摺動可能なピストン４が設けられている。そして、当該ピストン４は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結されている。また、クランクシャフト６の一端部にはフライホイールが設けられている。
燃焼室３には、インテークポート８とエキゾーストポート９とが連通されている。
インテークポート８には、燃焼室３と当該インテークポート８との連通と遮断を行うインテークバルブ１０が設けられている。また、エキゾーストポート９には、燃焼室３と当該エキゾーストポート９との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ１１が設けられている。

インテークポート８の上流には、最上流から吸入された新気中のゴミを取り除くエアークリーナ１２、排ガスのエネルギを利用し吸入された新気を圧縮するターボチャージャ１３の図示しないコンプレッサハウジングと、圧縮され高温となった新気を冷却するインタークーラ１４と、新気の流量を調整する電子制御スロットルバルブ１５と、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド１６とがそれぞれ連通するように設けられている。

エキゾーストポート９の下流には、各気筒から排出される排ガスをまとめるエキゾーストマニフォールド１７と、ターボチャージャ１３に排ガスを導入する図示しないタービンハウジングと、排気管（排気通路）１８とが連通するように設けられている。
排気管１８には、上流から順番に排ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒１９と排ガス中の黒煙を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ２０と、排ガス中のＮＯｘをアンモニアガス（還元剤）を用いて還元浄化する選択還元型触媒（排気浄化手段）２１とが連通するように設けられている。

排気管１８のディーゼルパティキュレートフィルタ２０の下流にあたり、選択還元型触媒２１の上流には、排気管１８内に還元剤であるアンモニアガスを噴射し、選択還元型触媒２１にアンモニアガスを供給する図示しないガス混合装置のガスインジェクタ（還元剤導入手段）２５が排気管１８内に突出するように設けられている。
排気管１８の選択還元型触媒２１の下流には、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度を検出するＮＯｘセンサ（添加剤濃度検出手段、排気濃度検出手段）２６が排気管１８内に突出するように設けられている。

また、排気管１８のＮＯｘセンサ２６の下流には、開閉作動し、閉時に排気管１８を封鎖する排気圧制御バルブ（主開放封鎖手段）２７が配設されている。更に排気管１８には、排気圧制御バルブ２７を迂回するように排気管１８と連通するバイパス通路（迂回通路）２８が設けられている。そして、バイパス通路２８には、開閉作動し、閉時にバイパス通路２８を封鎖するバイパスバルブ（副開放封鎖手段）２９が配設されている。また、バイパス通路２８のバイパスバルブ２９の上流と下流とには、バイパスバルブ２９の上流と下流のバイパス通路２８内の圧力である上流圧力と下流圧力を検出する圧力センサ（上流側圧力検出手段、下流側圧力検出手段）３０，３１が配設されている。

排気圧制御バルブ２７は、エンジン１の通常運転時には、排気圧制御バルブ２７の上流と下流の排気管１８とが連通し排気管１８が開放する全開状態であり、外部信号により閉となり排気管１８を封鎖する常時開タイプのバタフライ式バルブである。
バイパスバルブ２９は、エンジン１の通常運転時には、バイパスバルブ２９の上流と下流のバイパス通路２８とを封鎖しバイパス通路２８と排気管１８とが連通しない全閉状態であり、外部信号により開となりバイパス通路２８と排気管１８とを連通する常時閉タイプのバタフライ式バルブである。

インテークマニフォールド１６とエキゾーストマニフォールド２１には、それぞれが連通するように排ガスの一部を吸気へ戻すＥＧＲ通路２２が設けられている。また、ＥＧＲ通路２２には、排ガスが吸気に戻る量、即ちＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ２３と、吸気へ戻す排ガスを冷やすＥＧＲクーラ２４とが設けられている。
そして、燃料噴射ノズル２、電子制御スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２３、ガスインジェクタ２５、ＮＯｘセンサ２６、排気圧制御バルブ２７、バイパスバルブ２９、圧力センサ３０，３１、及びエンジン１の運転状態を検出する各種センサやエンジン１が搭載される車両の運転者が操作するアクセルペダルの操作度合いを検出するアクセルポジションセンサ等の各種装置は、エンジン１の総合的な制御を行うための制御装置であって入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される電子コントロールユニット（制御手段、以下、ＥＣＵという）４０と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ４０は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。

ＥＣＵ４０の入力側には、ＮＯｘセンサ２６、圧力センサ３０，３１及びエンジン１の運転状態を検出する各種センサ等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、燃料噴射ノズル２、電子制御スロットルバルブ１５、ＥＧＲバルブ２３、ガスインジェクタ２５、排気圧制御バルブ２７及びバイパスバルブ２９が電気的に接続されている。

これより、ＥＣＵ４０は、各センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズル２からの燃料噴射量及び噴射時期、電子制御スロットルバルブ１５の開度、及びＥＧＲバルブ２３の開度を最適に制御する。また、ＥＣＵ４０は、エンジン１の運転状態（負荷或いは回転数）と、予め実験やシミュレーション等で設定されたマップに基づき、ガス混合装置のガスインジェクタ２５の作動を制御し、選択還元型触媒２１に導入されるアンモニアガスの導入量を最適に制御する。また、ＥＣＵ４０は、ガスインジェクタ２５からのアンモニアガスの導入時には、アンモニアガスと排ガスとの混合を促進するように排気圧制御バルブ２７及びバイパスバルブ２９の開度を最適に制御する。
［第１実施例］
次に本発明の第１実施例に係るＥＣＵ４０でのアンモニアガス導入時の排気圧制御バルブ２７とバイパスバルブ２９の作動制御について説明する。

図２は、本発明の第１実施例に係るＥＣＵ４０が実行するアンモニアガス導入時の排気圧制御バルブ２７とバイパスバルブ２９の作動制御の制御フローチャートである。なお、本作動制御は、エンジン１の運転状態に基づき、ガスインジェクタ２５よりアンモニアガスが排気管１８内に導入されている時に実施される。
図２に示すように、ステップＳ１０では、排気圧制御バルブ２７を全閉にし、排ガスの排気圧制御バルブ２７下流への流出を停止する。即ち、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路４２を含む排気管１８を閉塞する。そして、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、上流圧力が第１所定圧力以上であるか、否かを判別する。詳しくは、圧力センサ３０にて検出されるバイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８内の圧力である上流圧力が第１所定圧力以上か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で上流圧力が第１所定圧力以上であれば、ステップＳ１４に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で上流圧力が第１所定圧力以上でなければ、再度本ステップＳ１２を実行する。なお、第１所定圧力は、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８内が閉塞状態となった或いは閉塞状態に近付いたと判定可能な値に設定される。即ち、本ステップＳ１２では、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となったか或いは閉塞状態に近付いたか、否かを判別している。

ステップＳ１４では、バイパスバルブ２９を全開にする。そして、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、差圧が第１所定差圧（第１所定圧力差）以下であるか、否かを判別する。詳しくは、圧力センサ３０にて検出されるバイパスバルブ２９の上流圧力と、圧力センサ３１にて検出されるバイパスバルブ２９下流のバイパス通路２８内の圧力である下流圧力との差である差圧が第１所定差圧以下であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で差圧が第１所定差圧以下であれば、ステップＳ１８に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で差圧が第１所定差圧以下でなければ、バイパスバルブ２９の全開状態を保持し再度本ステップＳ１６を実行する。なお、第１所定差圧は、バイパスバルブ２９を流れる排ガスの流れが安定状態となった或いは安定状態に近付いたと判定可能な値に設定される。即ち、本ステップＳ１６では、バイパスバルブ２９を流れる排ガスの流れが安定状態となったか或いは安定状態に近付いたか、否かを判別している。

ステップＳ１８では、バイパスバルブ２９を全閉にする。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、上流圧力が第２所定圧力以上であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で上流圧力が第２所定圧力以上であれば、ステップＳ２２に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で上流圧力が第２所定圧力以上でなければ、再度本ステップＳ２０を実行する。なお、第２所定圧力は、第１所定圧力よりも高く、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８内が閉塞状態と判定可能な値に設定される。即ち、本ステップＳ２０では、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となったか、否かを判別している。

ステップＳ２２では、ＮＨ３濃度（アンモニア濃度）が第１所定濃度（所定添加剤濃度）以下Ｐg1か、否かを判別する。詳しくは、エンジン１の運転状態より予測される窒素酸化物の排出量と、ガスインジェクタ２５より導入されるアンモニアガスの導入量と、ＮＯｘセンサ２６にて検出される窒素の濃度とに基づき、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度を算出し、当該アンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下であれば、選択還元型触媒２１よりアンモニアガスが排出されていない、即ちアンモニアガスと排ガスとが適切に混合し、選択還元型触媒２１でアンモニアガスが窒素酸化物の還元に適切に使用されているとしてステップＳ２４に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下でなければ、アンモニアガスと排ガスとが適切に混合しておらず、選択還元型触媒２１からアンモニアガスが放出されているとしてステップＳ１４へ戻る。

ステップＳ２４では、アンモニア及び窒素酸化物の濃度（本発明の排ガス成分濃度に相当）が第２所定濃度（所定排ガス濃度）以下Ｐg2であるか、否かを判別する。詳しくは、ＮＯｘセンサ２６にて検出される窒素の濃度に基づき、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下であれば、選択還元型触媒２１よりアンモニアガス及び窒素酸化物が排出されていない、即ち、選択還元型触媒２１でアンモニアガスにて窒素酸化物が適切に還元されているとしてステップＳ２６に進む。判別結果が否（Ｎｏ）でアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下でなければ、選択還元型触媒２１でアンモニアガスにて窒素酸化物が適切に還元されていないとしステップＳ１４へ戻る。

ステップＳ２６では、排気圧制御バルブ２７を全開とし、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８を開放する。そして、本ルーチンをリターンする。
このように本発明の第１実施例に内燃機関の排気浄化装置では、排気圧制御バルブ２７を全閉にして、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８内の圧力である上流圧力が第１所定圧力以上であり、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となった或いは閉塞状態に近付いていれば、バイパスバルブ２９を全開にして、バイパス通路２８を介して排ガスを流動させる。そして、上流圧力と下流圧力との差圧が第１所定差圧以下で、バイパスバルブ２９を流れる排ガスの流れが安定状態となった或いは安定状態に近付いていれば、バイパスバルブ２９を全閉にして排ガスの流動を止める。そして、上流圧力が第２所定圧力以上で、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となっていれば、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下であるかを判定する。そして、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下でなければ、アンモニアガスと排ガスとが適切に混合しておらず、選択還元型触媒２１からアンモニアガスが放出されているとして、再度バイパスバルブ２９を全開にし、排ガスを流動させる。また、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下であれば、アンモニアガスと排ガスとが適切に混合し、選択還元型触媒２１でアンモニアガスが窒素酸化物の還元に適切に使用されていると判定する。その後、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下であるか判定し、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下であり、選択還元型触媒２１でアンモニアガスにて窒素酸化物が適切に還元されていれば、排気圧制御バルブ２７を全開とし、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８を開放する。また、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下でなければ、選択還元型触媒２１でアンモニアガスにて窒素酸化物が適切に還元されていないとし再度バイパスバルブ２９を全開にし、排ガスを流動させている。

即ち、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下で、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下となるまで、バイパスバルブ２９を開閉して、排気管１８内の排ガスを流出或いは非流出させることで排気管１８内の排ガスの流れを変動させている。
したがって、排気管１８内の排ガスの流れを変動させることで、排気管１８内に導入されるアンモニアガスとエンジン１より排出される排ガスとの混合を促進させ、確実にアンモニアガスと排ガスとを混合させることができる。

よって、選択還元型触媒２１で確実に排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる。
また、排ガス中のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下となるまで、アンモニアガスと排ガスの混合を促進させているので、排気管１８よりアンモニアガスが排出されることを防止することができる。

また、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニアと窒素酸化物とを合算した濃度が第２所定濃度Ｐg2以下となると、排気圧制御バルブ２７を全開として排気管１８を開放しており、窒素酸化物を還元浄化させてから排気圧制御バルブ２７を全開とし、排気管１８を開放しているので、窒素酸化物を大気中に放出することを防止することができる。
［第２実施例］
次に本発明の第２実施例に係るＥＣＵ４０でのアンモニアガス導入時の排気圧制御バルブ２７とバイパスバルブ２９の作動制御について説明する。

図３は、本発明の第２実施例に係るＥＣＵ４０が実行するアンモニアガス導入時の排気圧制御バルブ２７とバイパスバルブ２９の作動制御の制御フローチャートである。なお、本作動制御は、第１実施例と同様に、エンジン１の運転状態に基づき、ガスインジェクタ２５よりアンモニアガスが排気管１８内に導入されている時に実施される。また、図４は、本発明の第２実施例に係るバイパスバルブ２９の作動の一例を時系列で示す図である。

図３に示すように、ステップＳ１１０では、排気圧制御バルブ２７を全閉にし、排ガスの排気圧制御バルブ２７下流への流出を停止する。即ち、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８を閉塞する。そして、ステップＳ１１２に進む。
ステップＳ１１２では、上流圧力が第１所定圧力以上であるか、否かを判別する。詳しくは、圧力センサ３０にて検出されるバイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８内の圧力である上流圧力が第１所定圧力以上か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で上流圧力が第１所定圧力以上であれば、ステップＳ１１４に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で上流圧力が第１所定圧力以上でなければ、再度本ステップＳ１１２を実行する。なお、第１所定圧力は、第１実施例と同様に、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８内が閉塞状態となった或いは閉塞状態に近付いたと判定可能な値に設定される。即ち、本ステップＳ１１２では、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となったか或いは閉塞状態に近付いたか、否かを判別している。

ステップＳ１１４では、図４の（ａ）のように、バイパスバルブ２９の開度ａを開度初期値にする。即ち、バイパスバルブ２９を全閉位置から開度初期値まで開く。そして、ステップＳ１１６に進む。なお、開度初期値は、予め実験や解析等で排ガスのバイパス通路２８を含む排気管１８を完全に閉塞せず、排気通路閉塞による制動効果によって走行に大きく支障来たさない程度の最小開度に設定される。

ステップＳ１１６では、差圧が第２所定差圧（第２所定圧力差）以下であるか、否かを判別する。詳しくは、圧力センサ３０にて検出されるバイパスバルブ２９の上流圧力と、圧力センサ３１にて検出されるバイパスバルブ２９下流のバイパス通路２８内の圧力である下流圧力との差である差圧が第２所定差圧以下であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で差圧が第２所定差圧以下であれば、ステップＳ１２０に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で差圧が第２所定差圧以下でなければ、ステップＳ１１８に進む。なお、第２所定差圧は、排気圧上昇によるエンジン１の排気閉塞によるブレーキ効果が発生しない排ガスの流量を確保することのできる値に設定される。

ステップＳ１１８では、図４の（ｂ）のように、バイパスバルブ２９の開度ａに開度増加分Δａを加算する。即ち、現在のバイパスバルブ２９の開度ａに対し、更に開度増加分Δａだけバイパスバルブ２９を開く。そして、ステップＳ１１６へ戻る。
ステップＳ１２０では、図４の（ｂ）から（ｃ）の区間のように、バイパスバルブ２９を周期的に所定回数開閉した後に全閉にする。そして、ステップＳ１２２に進む。なお、ここでのバイパスバルブ２９の周期的な開閉は、バイパスバルブ２９の開度ａから全開位置までを繰り返し作動する。即ち、バイパスバルブ２９の周期的な開閉作動時の閉側の開度は、排気圧上昇によるエンジン１の排気閉塞によるブレーキ効果が発生しない排ガスの流量を確保することのできる開度である。なお、ここでの本題２実施例のバイパスバルブ２９の開閉周期は、一例として開弁期間（バイパスバルブ２９の全開している期間と、バイパスバルブ２９の閉弁から全開するまでの期間と、バイパスバルブ２９の全開から閉弁までの期間を合わせた期間）を約１秒、バイパスバルブ２９が閉弁している期間を約１秒とし、上記バイパスバルブ２９の開閉を３回繰り返すように設定され、周期的な開閉の終了後のバイパスバルブ２９の開度ａは、全閉になるように設定されている。

ステップＳ１２２では、上流圧力が第２所定圧力以上であるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で上流圧力が第２所定圧力以上であれば、ステップＳ１２４に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で上流圧力が第２所定圧力以上でなければ、再度本ステップＳ１２２を実行する。なお、第２所定圧力は、第１実施例と同様に、第１所定圧力よりも高く、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８内が閉塞状態と判定可能な値に設定される。即ち、本ステップＳ１２２では、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となったか、否かを判別している。

ステップＳ１２４では、ＮＨ３（アンモニア）濃度が第１所定濃度以下Ｐg1か、否かを判別する。詳しくは、エンジン１の運転状態より予測される窒素酸化物の排出量と、ガスインジェクタ２５より導入されるアンモニアガスの導入量と、ＮＯｘセンサ２６にて検出される窒素の濃度とに基づき、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度を算出し、当該アンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下か、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下であれば、選択還元型触媒２１よりアンモニアガスが排出されていない、即ちアンモニアガスと排ガスとが適切に混合し、選択還元型触媒２１でアンモニアガスが窒素酸化物の還元に適切に使用されているとしてステップＳ１２６に進む。判別結果が否（Ｎｏ）で選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下でなければ、アンモニアガスと排ガスとが適切に混合しておらず、選択還元型触媒２１からアンモニアガスが放出されているとしてステップＳ１１２へ戻る。

ステップＳ１２６では、排気圧制御バルブ２７を全開とし、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８を開放する。そして、本ルーチンをリターンする。
このように本発明の第２実施例に内燃機関の排気浄化装置では、排気圧制御バルブ２７を全閉にして、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８内の圧力である上流圧力が第１所定圧力以上であり、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となった或いは閉塞状態に近付いていれば、バイパスバルブ２９を全閉位置から開度初期値まで開く。そして、差圧が第２所定差圧以下となるまで、現在のバイパスバルブ２９の開度ａに対し、更に開度増加分Δａだけバイパスバルブ２９を開く。その後、差圧が第２所定差圧以下となると、バイパスバルブ２９を周期的に所定回数開閉し、排ガスを流動或いは非流動させる。そして、上流圧力が第２所定圧力以上で、バイパスバルブ２９の上流のバイパス通路２８を含む排気管１８が閉塞状態となっていれば、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下であるかを判定する。そして、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下でなければ、アンモニアガスと排ガスとが適切に混合しておらず、選択還元型触媒２１からアンモニアガスが放出されているとして、再度バイパスバルブ２９を周期的に開閉させ、排ガスを流動或いは非流動させる。また、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下であれば、アンモニアガスと排ガスとが適切に混合し、選択還元型触媒２１でアンモニアガスが窒素酸化物の還元に適切に使用されていると判定する。その後、排気圧制御バルブ２７を全開とし、バイパスバルブ２９上流のバイパス通路２８を含む排気管１８を含む排気管１８を開放している。

即ち、選択還元型触媒２１の下流の排ガス内のアンモニア濃度が第１所定濃度Ｐg1以下となるまで、バイパスバルブ２９を周期的に開閉して、排気管１８内の排ガスを流出或いは非流出させ排気管１８内の排ガスの流れを変動させている。
したがって、バイパスバルブ２９を周期的に開閉し、排気管１８内の排ガスの流れを変動させることで、排気管１８内に導入されるアンモニアガスとエンジン１より排出される排ガスとの混合を促進させ、確実にアンモニアガスと排ガスとを混合させることができる。

よって、圧力センサ３０，３１の検出結果によらず、バイパスバルブ２９を作動させることでバイパスバルブ２９の作動制御を簡略化しつつ、選択還元型触媒２１で確実に排ガス中の窒素酸化物を還元除去することができる。
また、排ガス中のアンモニアガス濃度が第１所定濃度Ｐg1以下であると排気管１８に導入したアンモニアガスと排ガスが適切に混合し、選択還元型触媒２１にて窒素酸化物を還元浄化し、アンモニアガスが選択還元型触媒２１に排出されていないとして、排気圧制御バルブ２７を全閉にしている。

したがって、第１実施例に対して、再度選択還元触媒２１下流のアンモニアと窒素酸化物の濃度を検出する処理が不要となるので、排気圧制御バルブ２７とバイパスバルブ２９の作動制御を簡略化することができる。
また、排気圧制御バルブ２７の開度を全閉とした後のバイパスバルブ２９の全閉位置を、バイパスバルブ２９の上流と下流の排ガスの圧力差が第２所定圧力差以下となる開度としており、バイパス通路２８を含む排気管１８を完全に閉塞による排気圧上昇を抑制することができる。

したがって、エンジン１の排気圧損を低減することができ、アンモニアガスの導入・混合時に排気閉塞によるブレーキ効果の発生を抑制し、車両が急激に減速することを防止することができる。
以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、第１実施例では、アンモニアと窒素酸化物の濃度が第２所定濃度Ｐg2以下となると、排気圧制御バルブ２７を全開とし、第２実施例では、アンモニアの濃度が第１所定濃度Ｐg1以下となると、排気圧制御バルブ２７を全開にするようにしているが、これに限定されるものではなく、第１実施例では、第２実施例と同様に、アンモニアの濃度が第１所定濃度Ｐg1以下となると、排気圧制御バルブ２７を全開とし、第２実施例では、第１実施例と同様に、アンモニアと窒素酸化物の濃度が第２所定濃度Ｐg2以下となると、排気圧制御バルブ２７を全開とするようにしてもよい。

また、排気浄化手段を選択還元型触媒２１とし、還元剤をアンモニアガスとする排気浄化装置に本制御を適用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、排気浄化手段を酸化触媒とし、還元剤を燃料とする排気浄化触媒に適用してもよく、本願発明と同様に、燃料と排ガスの混合を促進させることができる。
また、圧力センサ３０，３１をバイバスバルブ２９の上流或いは下流のバイパス通路２８に配設するようにしているが、これに限定されるものではなく、バイパスバルブ２９の上流或いは下流の排気管１８に配設してもよい。

１エンジン（内燃機関）
１８排気管（排気通路）
２１ＳＣＲ触媒（排気浄化手段）
２５ガスインジェクタ（還元剤導入手段）
２６ＮＯｘセンサ（添加剤濃度検出手段、排気濃度検出手段）
２７排気圧制御バルブ（主開放封鎖手段）
２８バイパス通路（迂回通路）
２９バイパスバルブ（副開放封鎖手段）
３０圧力センサ（上流側圧力検出手段）
３１圧力センサ（下流側圧力検出手段）
４０ＥＣＵ（制御手段）

Claims

排気浄化手段に還元剤導入手段より還元剤を導入して、内燃機関の排ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化手段の下流の排気通路に配設され、前記排気通路の流路断面積を変更する主開放封鎖手段と、
前記排気通路よりも小さい内径で、前記主開放封鎖手段を迂回し、前記排気通路と連通するように形成される迂回通路と、
前記迂回通路に配設され、前記迂回通路の流路断面積を変更する副開放封鎖手段と、
前記内燃機関の通常の運転時には、前記排気通路を開放し、前記迂回通路を封鎖するように前記主開放封鎖手段の開度と前記副開放封鎖手段の開度を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記還元剤の導入時には、前記主開放封鎖手段の開度を減少させた後に、前記副開放封鎖手段の開度の増大及び減少を繰り返し行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記副開放封鎖手段の上流に前記排ガスの圧力を検出する上流側圧力検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記主開放封鎖手段の開度を減少させて前記上流側圧力検出手段にて検出される圧力が第１所定圧力以上に達した後に、前記副開放封鎖手段の開度の増大及び減少を繰り返し行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記副開放封鎖手段の上流に前記排ガスの圧力を検出する上流側圧力検出手段と、
前記副開放封鎖手段の下流に前記排ガスの圧力を検出する下流側圧力検出手段と、
前記排気浄化手段と前記主開放封鎖手段との間に前記排ガス中の前記添加剤の濃度を検出する添加剤濃度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記還元剤の導入時には、前記主開放封鎖手段の開度を全閉とした後に、前記副開放封鎖手段の開度を全開とし、前記副開放封鎖手段の上流と下流の前記排ガスの圧力差が第１所定圧力差以下となると前記副開放封鎖手段の開度を全閉とする前記副開放封鎖手段の開閉作動を行い、前記排ガス中の前記添加剤濃度が所定添加剤濃度以下となるまで、前記副開放封鎖手段の前記開閉作動を繰り返し行うことを特徴とする、請求項１或いは２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化手段と前記主開放封鎖手段との間に前記排ガス中の前記添加剤の濃度を検出する添加剤濃度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記還元剤の導入時には、前記主開放封鎖手段の開度を全閉とした後に、前記副開放封鎖手段の開度を全閉と全開とを周期的に繰り返す前記副開放封鎖手段の開閉作動を行い、前記排ガス中の前記添加剤濃度が所定添加剤濃度以下となるまで前記副開放封鎖手段の前記開閉作動を繰り返すことを特徴とする、請求項１或いは２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記副開放封鎖手段の上流に前記排ガスの圧力を検出する上流側圧力検出手段と、
前記副開放封鎖手段の下流に前記排ガスの圧力を検出する下流側圧力検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記主開放封鎖手段の開度を全閉とした後の前記副開放封鎖手段の全閉位置を、前記副開放封鎖手段の上流と下流の前記排ガスの圧力差が第２所定圧力差以下となる開度とすることを特徴とする、請求項３或いは４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化手段と前記主開放封鎖手段との間に前記排ガスの成分濃度を検出する排気濃度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記副開放封鎖手段の開閉後の前記主開放封鎖手段の開度と前記副開放封鎖手段の開度とが全閉である時に前記排気濃度検出手段にて前記排ガス成分濃度を検出し、前記排ガス成分濃度が所定排ガス濃度以下であると前記主開放封鎖手段の開度を全開として前記排気通路を開放することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関は、ディーゼルエンジン或いは希薄燃焼ガソリンエンジンであり、
前記還元剤は、アンモニアガス或いは尿素水であって、
前記排気浄化手段は、選択還元型触媒であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。