(57)【要約】【課題】ＤＰＦ再生処理中のＰＭ燃焼熱により噴射ノズル及びＳＣＲ触媒に熱影響が及ばないようにする。【解決手段】エンジン１０の排気通路１４にＤＰＦ１６、液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズル２０、ＳＣＲ触媒１８が配設された排気浄化装置において、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８のバイパス通路２８を開通させ、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８が配設された部位の排気通路１４を閉塞させる「第１の状態」と、バイパス通路を閉塞させ、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８が配設された部位の排気通路１４を開通させる「第２の状態」と、のいずれかに排気流路を択一的に切り換えるバタフライバルブ３４を取り付ける。そして、バタフライバルブ３４を制御して、ＤＰＦの再生処理が行われるときには排気流路を第１の状態に切り換える一方、ＤＰＦの再生処理が行われないときには排気流路を第２の状態に切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン排気通路に配設されたＤＰＦと、
前記ＤＰＦの排気下流に位置するエンジン排気通路に配設されたＳＣＲ触媒と、
前記ＤＰＦとＳＣＲ触媒との間に位置するエンジン排気通路に配設され、エンジン運転状態に応じた添加流量で液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルと、
前記噴射ノズル及びＳＣＲ触媒をバイパスするバイパス通路を開通させ、前記噴射ノズル及びＳＣＲ触媒が配設された部位のエンジン排気通路を閉塞させる第１の状態、並びに、前記バイパス通路を閉塞させ、前記噴射ノズル及びＳＣＲ触媒が配設された部位のエンジン排気通路を開通させる第２の状態のいずれかに排気流路を択一的に切り換える流路切換装置と、
前記ＤＰＦの再生処理が行われるときには、前記流路切換装置により排気流路を第１の状態に切り換える一方、前記ＤＰＦの再生処理が行われないときには、前記流路切換装置により排気流路を第２の状態に切り換える第１の制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記バイパス通路の排気流出口付近に通路断面積を小さくする絞りが取り付けられ、
排気ブレーキの作動条件が成立したときに、前記流路切換装置により排気流路を第１の状態に切り換える第２の制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記流路切換装置は、バタフライバルブからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気中のＰＭ（粒子状物質）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、空気過剰率の大きい領域で燃焼が行われるため、ＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）の排出が少ない反面、ＰＭ及びＮＯｘが多いという特性がある。そこで、特開２００８−１３８５８３号公報（特許文献１）に記載されるように、エンジン排気管にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）及びＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒をこの順番で配設し、ＰＭ及びＮＯｘを同時に浄化する排気浄化装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００８−１３８５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＤＰＦは、多孔性部材でＰＭを捕集除去するため、ＰＭ捕集量の増加に伴って多孔性部材の目詰まりが進行し、排圧が許容値以上に上昇して燃費低下などを来たしてしまう。このため、適当なタイミングでＤＰＦに堆積したＰＭを着火させて焼却することで、その目詰まりを解消させる「再生処理」が不可欠である。ＤＰＦの再生処理中には、炭素を主成分としたＰＭが燃焼するため、その排気下流には高温の排気が流れることとなる。
【０００４】
従来提案技術では、ＤＰＦの排気下流にＳＣＲ触媒が配設されるため、ここに高温の排気が流入することで、その触媒成分が熱劣化を起こしてしまうおそれがある。また、ＤＰＦとＳＣＲ触媒との間には、液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルが配設されるが、これが高温の排気に晒されることで、熱害が発生してしまうおそれもある。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＤＰＦ再生処理中には、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒をバイパスするバイパス通路に排気を流通させることで、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒に熱影響が及ばないようにした排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明では、エンジン排気通路に配設されたＤＰＦと、ＤＰＦの排気下流に位置するエンジン排気通路に配設されたＳＣＲ触媒と、ＤＰＦとＳＣＲ触媒との間に位置するエンジン排気通路に配設され、エンジン運転状態に応じた添加流量で液体還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射ノズルと、を含んで構成される排気浄化装置において、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒をバイパスするバイパス通路を開通させ、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒が配設された部位のエンジン排気通路を閉塞させる第１の状態と、バイパス通路を閉塞させ、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒が配設された部位のエンジン排気通路を開通させる第２の状態と、のいずれかに排気流路を択一的に切り換える流路切換装置を取り付ける。そして、ＤＰＦの再生処理が行われるときには、流路切換装置により排気流路を第１の状態に切り換える一方、ＤＰＦの再生処理が行われないときには、流路切換装置により排気流路を第２の状態に切り換える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る排気浄化装置によれば、ＤＰＦの再生処理が行われるときには、流路切換装置により排気流路が第１の状態、即ち、バイパス通路を開通させ、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒が配設された部位の排気通路を閉塞する状態に切り換えられる。第１の状態では、ＤＰＦを通過した排気は、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒が配設された部位のエンジン排気通路に導入されず、バイパス通路を通ってＳＣＲ触媒の排気下流へと流通する。このため、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼することで高温になった排気が噴射ノズル及びＳＣＲ触媒に導入されず、これらに熱影響が及ぶことを防止できる。
【０００８】
一方、ＤＰＦの再生処理が行われないときには、流路切換装置により排気流路が第２の状態、即ち、バイパス通路を閉塞させ、噴射ノズル及びＳＣＲ触媒が配設された部位のエンジン排気通路を開通させる状態に切り換えられる。第２の状態では、エンジンの排気がＤＰＦ及びＳＣＲ触媒を通過するため、ＰＭ及びＮＯｘを同時に浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化した排気浄化装置の一実施形態を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気通路１４には、排気流通方向に沿って、排気中のＰＭを捕集除去するＤＰＦ１６と、排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲ触媒１８と、がこの順番で配設される。ＤＰＦ１６は、セラミックスなどの多孔性部材からなる隔壁により排気流と略平行に延びるセルが多数形成され、各セルの入口と出口とが目封材により互い違いに千鳥格子状に目封じされて形成されたものである。そして、ＤＰＦ１６では、出口が目封じされたセル内の排気が、隔壁を介して、入口が目封じされている隣接セルに流入するとき、ＰＭが隔壁の多孔性部材により捕集除去される。一方、ＳＣＲ触媒１８は、液体還元剤の前駆体としての尿素水溶液から加水分解により生成されたアンモニアを還元剤として、ＮＯｘとアンモニアとを選択的に還元反応させ、ＮＯｘを無害な水（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）へと浄化するものである。
【００１０】
ＤＰＦ１６とＳＣＲ触媒１８との間に位置する排気通路１４には、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル２０が配設される。噴射ノズル２０には、尿素水溶液を吸い込んで圧送するポンプモジュール２２、及び、尿素水溶液の添加流量を制御する添加モジュール２４を介して、還元剤タンク２６に貯蔵される尿素水溶液が供給される。
【００１１】
また、排気通路１４には、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８をバイパスするバイパス通路２８が併設される。バイパス通路２８の排気流出口付近、即ち、バイパス通路２８がＳＣＲ触媒１８の排気下流に位置する排気通路１４に接続する部位の付近には、通路断面積を小さくする絞り（ベンチュリ）３０が取り付けられる。ＤＰＦ１６と噴射ノズル２０との間に位置する排気通路１４には、モータなどのアクチュエータ３２により回動駆動されるバタフライバルブ３４（流路切換装置）が取り付けられる。バタフライバルブ３４は、バイパス通路２８を開通させ、かつ、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８が配設された部位の排気通路１４を閉塞させる「第１の状態」（図２（Ａ）参照）と、バイパス通路２８を閉塞させ、かつ、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８が配設された部位の排気通路１４を開通させる「第２の状態」（図２（Ｂ）参照）と、のいずれかに排気流路を択一的に切り換える。なお、バタフライバルブ３４は、排気ブレーキに広く利用されているため、高温の排気に晒されても問題が生じない。
【００１２】
ポンプモジュール２２，添加モジュール及びアクチュエータ３２を電子制御するために、コンピュータを内蔵したコントロールユニット３６が設けられる。コントロールユニット３６は、エンジン運転状態としての排気温度，エンジン回転速度及び燃料噴射流量を適宜読み込み可能とすべく、ＣＡＮ（Controller Area Network）などを介して、エンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニット３８に接続される。そして、コントロールユニット３６は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムに従って、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液の添加流量を演算し、その演算結果に基づいてポンプモジュール２２及び添加モジュール２４を電子制御する。また、コントロールユニット３６は、後述する排気流路切換プログラムに従って、アクチュエータ３２を電子制御する。なお、コントロールユニット３６が排気流路切換プログラムを実行することで、第１の制御手段及び第２の制御手段が夫々実現される。
【００１３】
図３は、エンジン１０の始動を契機として、コントロールユニット３６において所定時間ごとに繰り返し実行される排気流路切換プログラムの処理内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、排気ブレーキの作動条件が成立したか否かを判定する。ここで、排気ブレーキの作動条件としては、例えば、運転室内のステアリングコラムに取り付けられたレバー型の排気ブレーキスイッチが操作されたか否かを採用することができる。そして、排気ブレーキの作動条件が成立すればステップ２へと進み（Ｙｅｓ）、バタフライバルブ３４により排気流路を第１の状態に切り換えるようにアクチュエータ３２を制御する。一方、排気ブレーキの作動条件が成立していなければステップ３へと進む（Ｎｏ）。
【００１４】
ステップ３では、ＤＰＦ１６の再生条件が成立したか、又は、ＤＰＦ１６が再生処理中であるか否かを判定する。ここで、ＤＰＦ１６の再生条件としては、例えば、ＤＰＦ１６の排気上流及び排気下流における圧力差が規定圧力以上となったとき、エンジン運転状態に応じて推定したＰＭ排出量の積算値が所定値以上となったとき、などを採用することができる。そして、ＤＰＦ１６の再生条件が成立又は再生処理中であればステップ２へと進み（Ｙｅｓ）、バタフライバルブ３４により排気流路を第１の状態に切り換えるようにアクチュエータ３２を制御する。一方、ＤＰＦ１６の再生条件が成立せずかつ再生処理中でなければステップ４へと進み（Ｎｏ）、バタフライバルブ３４により排気流路を第２の状態に切り換えるようにアクチュエータ３２を制御する。
【００１５】
このような排気浄化装置によれば、排気ブレーキの作動条件が非成立、かつ、ＤＰＦ１６の再生条件が非成立又はこれが再生処理中でなければ、図２（Ｂ）に示すように、バタフライバルブ３４により排気流路が第２の状態に切り換えられる。第２の状態では、エンジン１０の排気がＤＰＦ１６及びＳＣＲ触媒１８を通過するので、ＤＰＦ１６によりＰＭが捕集除去されると共に、尿素水溶液から生成されるアンモニアを使用してＳＣＲ触媒１８によりＮＯｘが選択的に還元浄化される。このため、ディーゼルエンジンの排気に含まれるＰＭ及びＮＯｘを同時に浄化することができる。
【００１６】
排気ブレーキの作動条件が成立すると、図２（Ａ）に示すように、バタフライバルブ３４により排気流路が第１の状態に切り換えられる。第１の状態では、ＤＰＦ１６を通過した排気は、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８が配設された部位の排気通路１４に導入されず、バイパス通路２８を通ってＳＣＲ触媒１８の排気下流へと流通する。このとき、バイパス通路２８の排気流出口付近に絞り３０が取り付けられているため、排気流通抵抗が増大し、バタフライバルブ３４が排気ブレーキとしての機能を発揮することができる。
【００１７】
また、ＤＰＦ１６の再生条件が成立、又は、ＤＰＦ１６が再生処理中であると、排気ブレーキの作動条件が成立したときと同様に、排気流路が図２（Ａ）に示す第１の状態に切り換えられる。第１の状態では、ＤＰＦ１６を通過した排気は、噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８が配設された部位の排気通路１４に導入されず、バイパス通路２８を通ってＳＣＲ触媒１８の排気下流へと流通する。このため、ＤＰＦ１６に堆積したＰＭが燃焼することで高温になった排気が噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８に導入されず、これらに熱影響が及ぶことを防止できる。なお、ＤＰＦ１６の再生処理中には、排気温度を上昇させることを目的として、通常、排気ブレーキを作動させてエンジン負荷を高める手段が利用されるため、バイパス通路２８の排気流出口付近に絞り３０が取り付けられたことはエンジン負荷を高めるためにも有効である。
【００１８】
そして、１つのバタフライバルブ３４により、排気ブレーキとしての機能が発揮されると共に、ＤＰＦ１６の再生処理による高温の排気が噴射ノズル２０及びＳＣＲ触媒１８に導入されることが防止されるので、コスト上昇などを抑制することもできる。
【００１９】
なお、排気ブレーキを備えた車両に本発明を適用する場合には、排気ブレーキの作動条件が成立したか否かを判定し、排気流路を第１の状態に切り換える処理は不要である。また、バタフライバルブ３４の開度を多段階又は連続して変化できるようにすれば、排気ブレーキの制動トルク制御が可能となると共に、ＤＰＦ１６の再生処理中における排気温度制御が可能となる。
【００２０】
液体還元剤又はその前駆体としては、尿素水溶液に限らず、ＳＣＲ触媒１８におけるＮＯｘ還元反応に応じて、アンモニア、炭化水素を主成分とする軽油，ガソリン，灯油なども適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明を具現化した排気浄化装置の一実施形態の全体構成図
【図２】バタフライバルブによる排気流路切換状態の詳細を示し、（Ａ）は第１の状態の説明図、（Ｂ）は第２の状態の説明図
【図３】排気流路切換プログラムの処理内容を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２２】
１０  エンジン
１４  排気通路
１６  ＤＰＦ
１８  ＳＣＲ触媒
２０  噴射ノズル
２８  バイパス通路
３０  絞り
３２  アクチュエータ
３４  バタフライバルブ
３６  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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