(57)【要約】【課題】従来の排気浄化装置は、効率よくＮＯXの浄化がなされていない場合があり、未反応の還元剤が大気中に排出されてしまう可能性もあった。【解決手段】内燃機関の排気通路１１に組み込まれたＮＯX触媒１４と、排気中のＮＯXを還元するための還元剤をＮＯX触媒１４よりも上流側の排気通路１１内に供給する還元剤供給手段とを具えた本発明による内燃機関の排気浄化装置は、この排気浄化装置の状態に応じて目標ＮＯX浄化率を設定する目標ＮＯX浄化率設定部２９と、ＮＯX触媒１４を通過した排気中のＮＯX浄化率を求める実ＮＯX浄化率算出部３０と、これら目標ＮＯX浄化率と実ＮＯX浄化率との差に基づいて排気通路１１の断面積を変更したり、ＮＯX触媒１４に対する排気の流入角度を変更させたりするための排気制御手段とをさらに具える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中に含まれるＮＯXを還元するための還元剤を内燃機関の排気通路の途中に組み込まれたＮＯX触媒よりも上流側の排気通路内に供給する内燃機関の排気浄化方法において、
前記ＮＯX触媒に流入する排気中のＮＯXの量を求めるステップと、
前記ＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯXの量を求めるステップと、
前記ＮＯX触媒に流入する排気中のＮＯXの量と前記ＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯXの量とに基づいてＮＯX浄化率を求めるステップと、
求められるＮＯX浄化率に基づいて前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップと
を具えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項２】
前記ＮＯX触媒を含む排気浄化装置の状態を把握するステップと、
この排気浄化装置の状態を把握するステップに基づいて目標ＮＯX浄化率を設定するステップと、
設定された目標ＮＯX浄化率と求められるＮＯX浄化率との差を算出するステップと
をさらに具え、前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップは、この差に基づいて前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御す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方法。
【請求項３】
前記排気浄化装置の状態を把握するステップは、前記ＮＯX触媒の温度を求めるステップと、前記排気通路を流れる排気の流量を求めるステップと、前記ＮＯX触媒の劣化度合いを求めるステップと、前記ＮＯX触媒に流入する排気中に含まれるＮＯ2の割合を求めるステップとのうちの少なくとも１つのステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項４】
前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップは、前記排気通路の断面積を変更するステップを含み、求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、前記排気通路の断面積を小さくするのに対し、求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、前記排気通路の断面積を大きくすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項５】
前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップは、ＮＯX触媒に対する排気の流入角度を変更するステップを含み、検出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、ＮＯX触媒に対する排気の流入角度を大きくするのに対し、検出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、ＮＯX触媒に対する排気の流入角度を小さくすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気浄化方法。
【請求項６】
内燃機関の排気通路の途中に組み込まれたＮＯX触媒と、排気中に含まれるＮＯXを還元するための還元剤を前記ＮＯX触媒よりも上流側の前記排気通路内に供給する還元剤供給手段とを具えた内燃機関の排気浄化装置において、
ＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯX浄化率を求める浄化率算出手段と、
この浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率に基づいて前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するための排気制御手段と
をさらに具えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
排気浄化装置の状態に応じて目標ＮＯX浄化率を設定するＮＯX浄化率設定手段をさらに具え、前記排気制御手段は、この目標ＮＯX浄化率と前記浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率との差に基づいて前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記排気浄化装置の状態が、前記ＮＯX触媒の温度と、前記排気通路を流れる排気の流量と、前記ＮＯX触媒の劣化度合いと、前記ＮＯX触媒に流入する排気中に含まれるＮＯ2の割合との少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記排気制御手段は、前記還元剤供給手段による前記排気通路に対する還元剤の供給位置よりも下流かつ前記ＮＯX触媒よりも上流の前記排気通路に配されて前記排気通路の断面積を変更し得る通路絞り部材と、前記排気通路を横切るようにこの通路絞り部材を駆動するための駆動手段とを有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記排気制御手段は、前記浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、前記排気通路の断面積が小さくなるように前記駆動手段を介して通路絞り部材を駆動するのに対し、前記浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、前記排気通路の断面積が大きくなるように前記駆動手段を介して通路絞り部材を駆動することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
排気制御手段は、前記還元剤供給手段による前記排気通路に対する還元剤の供給位置よりも下流かつ前記ＮＯX触媒よりも上流の前記排気通路に配されて排気通路の軸線に対して傾斜し得るフィンと、このフィンの傾斜角を変更してＮＯX触媒に対する排気の流入角度を変更させるための駆動手段とを有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
排気制御手段は、前記浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、前記フィンの傾斜角が小さくなるように前記駆動手段を介して前記フィンを駆動するのに対し、前記浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、前記フィンの傾斜角が大きくなるように前記駆動手段を介して前記フィンを駆動することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気中に含まれるＮＯXを還元するための還元剤をＮＯX触媒よりも上流側の排気通路内に供給するようにした内燃機関の排気浄化方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に対する環境への影響をできるだけ少なくするため、排気中に含まれる有害成分を捕捉または吸着したり、あるいは無害化する触媒装置を組み込んだ排気浄化装置が知られている。例えば、排気中のＮＯX、つまり窒素酸化物を無害化するための選択還元触媒、すなわちＳＣＲ(Selective Catalytic Reduction)触媒を用いた排気浄化装置においては、ＳＣＲ触媒よりも上流側の排気通路内に尿素を含む還元剤を連続的に供給している。これにより、ＳＣＲ触媒を通過する排気中に含まれるＮＯXを還元処理してこれを無害な状態に分解し、大気中に排出させることができる。
【０００３】
このようなＳＣＲ触媒（以下、これをＮＯX触媒と記述する）を用いた排気浄化装置において、ＮＯX触媒によるＮＯX浄化率の向上を図るため、内燃機関の運転状態に応じてＮＯX触媒に流入する排気を制御するようにした技術が特許文献１にて提案されている。この特許文献１においては、ＮＯX触媒よりも上流側かつ排気通路に対する還元剤の供給箇所よりも下流側の排気通路を二股に分岐させ、一方に低速用フィンを設けると共に他方に高速用フィンを設けている。そして、内燃機関が低速運転状態にある場合、排気を低速用フィンが配された排気通路に導く一方、内燃機関が高速運転状態にある場合、排気を高速用フィンが配された排気通路に導くようにしている。これにより、内燃機関が低速運転であっても高速運転状態であっても、還元剤をＮＯX触媒の入口側の全域に均一に分散させた状態で供給することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２７９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されているように、ＮＯX触媒に対して還元剤を適切に拡散することができれば、ＮＯX浄化率の向上を見込むことが可能である。しかしながら、ＮＯX浄化率はＮＯX触媒に対する拡散性のみならず、ＮＯX触媒の温度など、他の要因によっても影響を受ける。また、特許文献１においては、所望のＮＯX浄化率に対して過剰な拡散性が与えられてしまった場合、背圧が必要以上に掛かってしまったり、逆に背圧は要求を満たすものの、ＮＯX触媒に対する拡散性が不充分で所望のＮＯX浄化率を得ることが困難となる。この結果、排気管の出口から未反応の還元剤が大気中に排出されてしまう可能性もあった。
【０００６】
本発明は、排気中に含まれるＮＯXを還元するための還元剤をＮＯX触媒よりも上流側の排気通路内に供給するに際し、上述した課題を解決することを目的とする。つまり、本発明の目的は、排気浄化装置の状態に応じてＮＯXの浄化を常に効率のよく行うことができ、しかも大気中に未反応の還元剤を排出するおそれのない内燃機関の排気浄化方法およびその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の形態は、排気中に含まれるＮＯXを還元するための還元剤を内燃機関の排気通路の途中に組み込まれたＮＯX触媒よりも上流側の排気通路内に供給する内燃機関の排気浄化方法において、前記ＮＯX触媒に流入する排気中のＮＯXの量を求めるステップと、前記ＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯXの量を求めるステップと、前記ＮＯX触媒に流入する排気中のＮＯXの量と前記ＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯXの量とに基づいてＮＯX浄化率を求めるステップと、求められるＮＯX浄化率に基づいて前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第１の形態による内燃機関の排気浄化方法において、ＮＯX触媒を含む排気浄化装置の状態を把握するステップと、この排気浄化装置の状態を把握するステップに基づいて目標ＮＯX浄化率を設定するステップと、設定された目標ＮＯX浄化率と求められるＮＯX浄化率との差を算出するステップとをさらに具えることができる。また、ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップがこの差に基づいてＮＯX触媒に流入する排気を制御するものであってよい。この場合、排気浄化装置の状態を把握するステップは、ＮＯX触媒の温度を求めるステップと、排気通路を流れる排気の流量を求めるステップと、ＮＯX触媒の劣化度合いを求めるステップと、ＮＯX触媒に流入する排気中に含まれるＮＯ2の割合を求めるステップとのうちの少なくとも１つのステップを含むことができる。
【０００９】
ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップが排気通路の断面積を変更するステップを含むことができる。求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、排気通路の断面積を小さくするのに対し、求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、排気通路の断面積を大きくするものであってよい。
【００１０】
あるいは、ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップがＮＯX触媒に対する排気の流入角度を変更するステップを含むものであってよい。検出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、ＮＯX触媒に対する排気の流入角度を大きくするのに対し、検出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、ＮＯX触媒に対する排気の流入角度を小さくするものであってよい。
【００１１】
本発明の第２の形態は、内燃機関の排気通路の途中に組み込まれたＮＯX触媒と、排気中に含まれるＮＯXを還元するための還元剤を前記ＮＯX触媒よりも上流側の前記排気通路内に供給する還元剤供給手段とを具えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯX浄化率を求める浄化率算出手段と、この浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率に基づいて前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するための排気制御手段とをさらに具えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、浄化率算出手段がＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯX浄化率を求め、この浄化率算出手段によって求められたＮＯX浄化率に基づき、排気制御手段がＮＯX触媒に流入する排気を制御する。
【００１３】
本発明の第２の形態による内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置の状態に応じて目標ＮＯX浄化率を設定するＮＯX浄化率設定手段をさらに具えることができる。この場合、排気制御手段は、この目標ＮＯX浄化率と浄化率算出手段により算出されたＮＯX浄化率との差に基づいてＮＯX触媒に流入する排気を制御するものであってよい。また、排気浄化装置の状態が、ＮＯX触媒の温度と、排気通路を流れる排気の流量と、ＮＯX触媒の劣化度合いと、ＮＯX触媒に流入する排気中に含まれるＮＯ2の割合との少なくとも１つを含むことができる。
【００１４】
排気制御手段は、還元剤供給手段による排気通路に対する還元剤の供給位置よりも下流かつＮＯX触媒よりも上流の排気通路に配されて排気通路の断面積を変更し得る通路絞り部材と、排気通路を横切るようにこの通路絞り部材を駆動するための駆動手段とを有することができる。ここで、浄化率算出手段により算出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、排気制御手段は排気通路の断面積が小さくなるように駆動手段を介して通路絞り部材を駆動する。逆に、浄化率算出手段により算出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、排気制御手段は排気通路の断面積が大きくなるように駆動手段を介して通路絞り部材を駆動するものであってよい。
【００１５】
あるいは、排気制御手段は、還元剤供給手段による排気通路に対する還元剤の供給位置よりも下流かつＮＯX触媒よりも上流の排気通路に配されて排気通路の軸線に対して傾斜し得るフィンと、このフィンの傾斜角を変更してＮＯX触媒に対する排気の流入角度を変更させるための駆動手段とを有することができる。ここで、浄化率算出手段により算出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、排気制御手段はフィンの傾斜角が小さくなるように駆動手段を介してフィンを駆動する。逆に、浄化率算出手段により算出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、排気制御手段はフィンの傾斜角が大きくなるように駆動手段を介してフィンを駆動するものであってよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関の排気浄化方法によると、ＮＯX触媒に流入する排気中のＮＯXの量とＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯXの量とに基づいてＮＯX浄化率を求め、これに基づいてＮＯX触媒に流入する排気を制御するようにしたので、ＮＯX触媒の能力を最大限に発揮させた状態で排気中に含まれるＮＯXを効率よく還元することができる。しかも、ＮＯX触媒を通過した後の排気中に還元剤が残留してしまうような不具合も未然に防止することができる。
【００１７】
ＮＯX触媒を含む排気浄化装置の状態を把握して目標ＮＯX浄化率を設定し、この目標ＮＯX浄化率と実際のＮＯX浄化率との差に基づいてＮＯX触媒に流入する排気を制御するようにした場合、排気中に含まれるＮＯXをさらに効率よく還元することができる。
【００１８】
排気浄化装置の状態を把握するステップが、ＮＯX触媒の温度を求めるステップと、排気通路を流れる排気の流量を求めるステップと、ＮＯX触媒の劣化度合いを求めるステップと、ＮＯX触媒に流入する排気中に含まれるＮＯ2の割合を求めるステップとのうちの少なくとも１つのステップを含む場合、信頼性の高い目標ＮＯX浄化率を設定することができる。
【００１９】
ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップが排気通路の断面積を変更するステップを含み、求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、排気通路の断面積を小さくするのに対し、求められたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、排気通路の断面積を大きくすることにより、排気中に含まれるＮＯXをより一層効率よく還元することができる。
【００２０】
ＮＯX触媒に流入する排気を制御するステップがＮＯX触媒に対する排気の流入角度を変更するステップを含み、検出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率に満たない場合、ＮＯX触媒に対する排気の流入角度を大きくするのに対し、検出されたＮＯX浄化率が目標ＮＯX浄化率を越えている場合、ＮＯX触媒に対する排気の流入角度を小さくすることにより、排気中に含まれるＮＯXをより一層効率よく還元することができる。
【００２１】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によると、ＮＯX触媒を通過した排気中のＮＯX浄化率を求める浄化率算出手段と、この浄化率算出手段により求められたＮＯX浄化率に基づいて前記ＮＯX触媒に流入する排気を制御するための排気制御手段とを具えているので、ＮＯX触媒の能力を最大限に発揮させた状態で排気中に含まれるＮＯXを効率よく還元することができる。しかも、ＮＯX触媒を通過した後の排気中に還元剤が残留してしまうような不具合も未然に防止することができる。
【００２２】
排気浄化装置の状態に応じて目標ＮＯX浄化率を設定するＮＯX浄化率設定手段をさらに具え、排気制御手段がこの目標ＮＯX浄化率と浄化率算出手段により算出されたＮＯX浄化率との差に基づいてＮＯX触媒に流入する排気を制御する場合、排気中に含まれるＮＯXをさらに効率よく還元することができる。特に、排気浄化装置の状態がＮＯX触媒の温度と、排気通路を流れる排気の流量と、ＮＯX触媒の劣化度合いと、ＮＯX触媒に流入する排気中に含まれるＮＯ2の割合との少なくとも１つを含む場合、信頼性の高い目標ＮＯX浄化率を設定することができる。
【００２３】
還元剤供給手段による排気通路に対する還元剤の供給位置よりも下流かつＮＯX触媒よりも上流の排気通路に配されて排気通路の断面積を変更し得る通路絞り部材と、排気通路を横切るようにこの通路絞り部材を駆動するための駆動手段とを排気制御手段が有する場合、排気中に含まれるＮＯXをより一層効率よく還元することができる。
【００２４】
還元剤供給手段による排気通路に対する還元剤の供給位置よりも下流かつＮＯX触媒よりも上流の排気通路に配されて排気通路の軸線に対して傾斜し得るフィンと、このフィンの傾斜角を変更してＮＯX触媒に対する排気の流入角度を変更させるための駆動手段とを排気制御手段が有する場合、排気中に含まれるＮＯXをより一層効率よく還元することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置の一実施形態を模式的に表す概念図である。
【図２】図１に示した実施形態におけるＮＯX触媒の部分の概略構造を模式的に表す断面図である。
【図３】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図４】吸入空気量と通路絞り開口面積との関係を表すマップである。
【図５】排気温と通路絞り開口面積との関係を表すマップである。
【図６】吸入空気量と目標ＮＯX浄化率との関係を表すマップである。
【図７】ＮＯX触媒の温度と目標ＮＯX浄化率との関係を表すマップである。
【図８】ＮＯX触媒に流入する排気中のＮＯ2濃度と目標ＮＯX浄化率との関係を表すマップである。
【図９】ＮＯX触媒劣化割合と目標ＮＯX浄化率との関係を表すマップとである。
【図１０】排気温と吸入空気量とＮＯ2濃度との関係を表すマップである。
【図１１】図１に示した実施形態において、通路絞りを駆動制御するための手順を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明による内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、図１〜図１１を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、排気中に含まれるＮＯXを還元するための還元剤をＮＯX触媒よりも上流側の排気通路内に供給するようにした排気浄化装置を含むものでありさえすれば、必要に応じて任意に変更し得るものである。
【００２７】
本実施形態における排気系の概念を図１に示し、その主要部を図２に抽出拡大して模式的に示し、この排気系における制御ブロックを図３に示す。火花点火方式の内燃機関または圧縮点火方式の内燃機関の図示しない排気ポートに連通する排気管１０は、この排気ポートと共に排気通路１１を画成して内燃機関にて発生する排気をその末端から大気中に放出する。この排気管１０には、酸化触媒１２と、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)１３と、ＮＯX触媒１４と、消音器１５とが排気通路１１の上流側、つまり排気管１０の基端側から順に間隔をあけて設けられている。酸化触媒１２は、主として排気中に含まれる未燃ガスを酸化、つまり燃焼させるためのものであり、ＤＰＦ１３は、排気中に含まれる粒子を捕捉するためのものである。また、ＮＯX触媒１４は本発明における還元剤としての尿素水を用いて排気中のＮＯX成分を還元させ、これを無害化させるためのものである。なお、このＮＯX触媒１４にてＮＯXと反応せずにＮＯX触媒１４を通過した尿素水中のＮＨ3を酸化させるためのＮＨ3酸化触媒１６をＮＯX触媒１４の直後に組み込むことも可能である。
【００２８】
ＤＰＦ１３とＮＯX触媒１４との間の排気管１０の途中には、排気通路１１内を流れる排気中に尿素水を添加するための尿素添加弁１７が本発明における還元剤供給手段の一部として設けられている。つまり、この尿素添加弁１７から排気通路１１内に供給される尿素水は、ＮＯX触媒１４にて排気中のＮＯX成分と反応してこれを窒素ガスと水とに還元する。
【００２９】
この尿素添加弁１７からの尿素の添加量や添加時期などはＥＣＵ１８に組み込まれた添加弁駆動部１９を介して制御される。このため、ＮＯX触媒１４には、このＮＯX触媒１４の温度ＴCを検出してこれをＥＣＵ１８に出力する触媒温度センサー２０が付設されている。ＥＣＵ１８の添加弁駆動部１９は、このＮＯX触媒１４の温度ＴCに基づき、触媒温度センサー２０によって検出される温度が例えば２００℃以上の場合、内燃機関に対する燃料供給量に応じた量の尿素水が排気通路１１内に供給されるように、尿素添加弁１７の作動を制御する。
【００３０】
尿素添加弁１７とＮＯX触媒１４との間の排気管１０の途中には、排気通路１１の断面積を変更し得る通路絞り２１が本発明における排気制御手段の通路絞り部材として組み込まれている。つまり、通路絞り２１は、尿素添加弁１７による排気通路１１に対する尿素水の供給位置よりも下流かつＮＯX触媒１４よりも上流の排気通路１１の途中に配されている。この通路絞り２１には、排気通路１１を横切るようにこの通路絞り２１を駆動するための通路絞り駆動モーター２２が本発明の排気制御手段の駆動手段として熱伝導率の小さな連結機構２３を介して連結されている。この通路絞り２１は、排気通路１１を横切るように移動して排気通路１１の断面積（以下、これを通路断面積と記述する）を変更することにより、ＮＯX触媒１４に流入する尿素水の排気通路１１の長手方向軸線（図１中、左右方向に延在する）に対して直交する面における分布を変更することが可能となる。通路断面積、つまり排気通路１１に対する通路絞り２１の開度は、ＥＣＵ１８に組み込まれた通路絞り駆動部２４を介して通路絞り駆動モーター２２により制御される。一般的な傾向として、排気通路１１の通路断面積が小さくなるほど、つまり絞り通路２１の開度が小さくなるほど、排気と尿素水との混合が促進される結果、後述するＮＯX浄化率を高めることができる。
【００３１】
本実施形態においては、図示しないイグニッションキースイッチをオフ状態に切り換えて内燃機関を停止させる際に、通路絞り２１が全開状態となるように通路絞り駆動モーター２２を予め駆動し、この全開状態を原点作動位置として通路断面積を制御するようにしている。しかしながら、ステッピングモーターを駆動手段として用いた場合には、このような原点位置の設定を行う必要がなくなることは言うまでもない。また、この通路絞り２１の駆動手段として吸気負圧を利用したり、他のアクチュエーターを採用することも可能である。
【００３２】
なお、排気通路１１内は高温の排気が流れるため、この排気熱に対して通路絞り駆動モーター２２を保護する上で、本実施形態のように連結機構２３を熱伝導率の小さな材料にて構成することは極めて有効である。また、上述した通路絞り２１に代え、排気管１０を横切る軸線回りに揺動可能な１枚またはルーバー状をなす複数枚のフィンを尿素添加弁１７とＮＯX触媒１４との間の排気通路１１に組み込むようにしてもよい。この場合、モーターやアクチュエーターなどの何らかの駆動手段をフィンに連結し、排気通路１１の長手方向に沿った軸線に対するフィンの傾斜角を変えるようにすればよい。これにより、ＮＯX触媒１４に対する排気の流入角度を変え、ＮＯX触媒１４に流入する尿素水の排気通路１１の長手方向軸線に対して直交する面における分布を変更することが可能となる。この場合、一般的な傾向として、フィンの傾斜角を大きく設定するほど、つまりＮＯX触媒１４に対する排気の流入角度を傾けるほど、還元剤の分布の均一性が高められて排気と尿素水との混合が促進される結果、後述するＮＯX浄化率を高めることができる。
【００３３】
ＥＣＵ１８は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器および入出力インタフェースなどを含むマイクロコンピュータを含む。このＥＣＵ１８は、排気を最適に制御するため、先の触媒温度センサー２０に加え、後述する各種センサー，積算走行距離計２５，エアフローメーター２６などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行う。そして、予め設定されたプログラムに従って尿素添加弁１７および通路絞り駆動モーター２２の作動を制御する。より具体的には、本実施形態におけるＥＣＵ１８は、先の添加弁駆動部１９と通路絞り駆動部２４に加え、運転状態判定部２７と、絞り開度設定部２８と、目標ＮＯX浄化率設定部２９と、実ＮＯX浄化率算出部３０と、絞り開度補正部３１とをさらに具えている。
【００３４】
エアフローメーター２６は、吸気通路を画成する図示しない吸気管の途中に取り付けられ、このエアフローメーター２６は、吸気通路内を流れる吸気の単位時間あたりの流量を検出してこれをＥＣＵ１８に出力するようになっている。
【００３５】
運転状態判定部２７は、先の触媒温度センサー２０，積算走行距離計２５，エアフローメーター２６に加え、第１および第２排気温センサー３２，３３と第１および第２ＮＯXセンサー３４，３５とからの検出信号に基づいて内燃機関の運転状態を判定する。この判定結果は、添加弁駆動部１９と、通路絞り駆動部２４と、目標ＮＯX浄化率設定部２９と、実ＮＯX浄化率算出部３０とに出力される。
【００３６】
第１排気温センサー３２は、ＮＯX触媒１４に流入する直前の排気の温度（以下、これを排気温と記述する）を検出し、第２排気温センサー３３は、ＮＯX触媒１４を通過した排気温を検出する。ＥＣＵ１８の運転状態判定部２７は、これら第１および第２排気温センサー３２，３３からの検出信号に基づき、制御に用いられる単一の排気温を決定する。より具体的には、第１排気温センサー３２によって検出される排気温が通路絞り２１の作動に伴って影響を受ける可能性があるため、第２排気温センサー３３を併用して第１排気温センサー３２による検出排気温を補正するようにしている。従って、第１排気温センサー３２を省略し、第２排気温センサー３３のみを用いて排気温を検出することも可能である。第１ＮＯXセンサー３４は、ＮＯX触媒１４に流入する直前の排気中に占めるＮＯXの割合を検出し、第２ＮＯXセンサー３５は、ＮＯX触媒１４を通過した排気中に占めるＮＯXの割合を検出する。これら第１排気温センサー３２および第１ＮＯXセンサー３４は、ＤＰＦ１３と尿素添加弁１７との間の排気管１０の途中にそれぞれ取り付けられ、これらからの検出信号がＥＣＵ１８に出力されるようになっている。また、第２排気温センサー３３および第２ＮＯXセンサー３５は、ＮＯX触媒２６と消音器１５との間の排気管１０の途中にそれぞれ取り付けられ、これらからの検出信号がＥＣＵ１８に出力されるようになっている。
【００３７】
絞り開度設定部２８には、内燃機関に連通する図示しない吸気通路内を流れる吸気の単位時間あたりの流量（以下、これを吸入空気量と記述する）と通路絞り開口面積とを関係付けた図４に示すようなマップが記憶されている。また、排気温と通路絞り開口面積とを関係付けた図５に示すようなマップも記憶されている。この通路絞り駆動部２４は、吸入空気量および排気温に基づいてこれら２つのマップから導かれる単一の通路絞り開口面積を基準通路絞り開口面積として読み出す。そして、後述する絞り開度補正部３１からの補正信号を加味し、この基準通路絞り開口面積を必要に応じて補正した後、最終的に決定された通路絞り開口面積に関する情報を通路絞り駆動部２４に出力する。通路絞り駆動部２４は、絞り開度設定部２８からの指令に基づき、通路絞り２１が設定された開口面積となるように通路絞り駆動モーター２２を駆動する。
【００３８】
本実施形態における目標ＮＯX浄化率設定部２９は、この排気浄化装置の状態を把握してＮＯX触媒１４により浄化されるべき排気中のＮＯXの浄化割合を設定する。より具体的には、先の吸入空気量（本明細書においては、排気通路１１内を流れる排気の単位時間当たりの流量と同じ意味で吸入空気量を用いている）と、ＮＯX触媒１４の温度ＴCと、ＮＯX触媒１４に流入する排気に占める二酸化窒素(ＮＯ2)の割合（以下、これをＮＯ2濃度と記述する）と、ＮＯX触媒１４の劣化度合いとから目標ＮＯX浄化率ＡRを設定する。すなわち、目標ＮＯX浄化率設定部２９には、吸入空気量と目標ＮＯX浄化率ＡRとを関係付けた図６に示すようなマップと、ＮＯX触媒１４の温度ＴCと目標ＮＯX浄化率ＡRとを関係付けた図７に示すようなマップと、ＮＯ2濃度と目標ＮＯX浄化率ＡRとを関係付けた図８に示すようなマップと、積算走行距離と目標ＮＯX浄化率ＡRとを関係付けた図９に示すようなマップとが記憶されている。目標ＮＯX浄化率設定部２９は、これら吸入空気量と、ＮＯX触媒１４温度ＴCと、ＮＯ2濃度と、積算走行距離とに基づいてこれら４つのマップから導かれる単一の目標ＮＯX浄化率ＡRを読み出し、これを絞り開度補正部３１に出力する。
【００３９】
なお、ＮＯ2濃度は、吸入空気量と排気温とに依存し、図１０に示すような関係を有しており、図中の破線は低吸入空気量の場合を示し、実線は高吸入空気量の場合を示している。本実施形態における目標ＮＯX浄化率設定部２９は、この図１０に示すようなマップも記憶しており、このマップからＮＯ2濃度を読み出すようにしている。また、ＮＯX触媒１４の劣化度合いは、車両の積算走行距離にほぼ比例するため、本実施形態では積算走行距離計２５からの検出信号に基づいてＮＯX触媒１４の劣化度合いを判定しているが、他の周知の判定方法を採用することも当然可能である。また、ＮＯ2濃度は、第１および第２ＮＯXセンサー３４，３５からの検出信号に基づいて先の運転状態判定部２７にて算出される。
【００４０】
実ＮＯX浄化率算出部３０は、ＮＯX触媒１４によって実際に浄化される排気中のＮＯXの浄化割合を算出する。これは第１ＮＯXセンサー３４，３５によって検出される排気中のＮＯXの割合と、第２ＮＯXセンサー３４，３５によって検出される排気中のＮＯXの割合とから求めることができる。この実ＮＯX浄化率算出部３０にて算出された実ＮＯX浄化率Ａnの情報は、絞り開度補正部３１に出力される。
【００４１】
なお、吸気系に配される上述したエアフローメーター２６に代えて排気通路１１内を流れる排気の単位時間あたりの流量を検出するエアフローメーター２６を排気系に配し、このエアフローメーター２６からの検出信号を利用することも可能である。つまり、本明細書においては、吸入空気量を排気流量と同義語で用いている。また、目標ＮＯX浄化率ＡRをさらに高精度に設定するため、ＮＯX触媒１４に吸着する尿素水の量を検出し、この尿素水の吸着量に基づいて先の目標ＮＯX浄化率ＡRを補正することも可能である。
【００４２】
絞り開度補正部３１は、目標ＮＯX浄化率設定部２９にて設定された目標ＮＯX浄化率ＡRと、実ＮＯX浄化率算出部３０にて算出された実ＮＯX浄化率Ａnとを比較する。そして、これが予め設定した閾値、例えばこれらの浄化率が±５％を越えている場合、通路絞り２１の開口面積を±５％だけ変更する信号を絞り開度設定部２８に出力する。より具体的には、実ＮＯX浄化率Ａnが目標ＮＯX浄化率ＡRよりも５％を越えて少ない場合、通路断面積が５％小さくなるように先の基準通路絞り開口面積を補正するための信号を絞り開度設定部２８に出力する。逆に、実ＮＯX浄化率Ａnが目標ＮＯX浄化率ＡRよりも５％を越えて高い場合、通路断面積が５％大きくなるように先の基準通路絞り開口面積を補正するための信号を絞り開度設定部２８に出力する。
【００４３】
なお、上述した通路絞り２１に代えて前述したフィンを採用した場合、実ＮＯX浄化率Ａnが目標ＮＯX浄化率ＡRに満たない場合、フィンの傾斜角が大きくなる、つまりフィンが排気通路１１の長手方向軸線に対してより傾斜が強まるようにフィンを駆動する。逆に、実ＮＯX浄化率Ａnが目標ＮＯX浄化率ＡRを越えている場合、フィンの傾斜角が小さくなるようにフィンを駆動すればよい。
【００４４】
このような本実施形態における通路絞り２１の制御手順について図１１を参照しつつ説明すると、まずＳ１０のステップにて内燃機関の運転状態が検出され、次いでＳ１１のステップにてＮＯX触媒１４の温度ＴCが２００℃以上であるか否かを判定する。ここで、ＮＯX触媒１４の温度ＴCが２００℃未満である、つまり排気通路１１内に尿素水が供給されていないと判断した場合には、Ｓ１０のステップに戻り、ＮＯX触媒１４の温度ＴCが２００℃以上となるまでこの処理が繰り返される。Ｓ１１のステップにてＮＯX触媒１４の温度ＴCが２００℃以上である、つまりＮＯX触媒１４が活性化状態となって排気通路１１内に尿素水が供給されていると判断した場合には、Ｓ１２およびＳ１３のステップに移行する。
【００４５】
Ｓ１２のステップにおいては、基準通路絞り開口面積を絞り開度設定部２８にて設定し、Ｓ１４のステップに移行する。
【００４６】
一方、Ｓ１３のステップにおいては、目標ＮＯX浄化率ＡRが目標ＮＯX浄化率設定部２９にて設定され、実ＮＯX浄化率Ａnが実ＮＯX浄化率算出部３０にて算出される。そして、Ｓ１５のステップにて目標ＮＯX浄化率ＡRと実ＮＯX浄化率Ａnとの差の絶対値が５(％)を越えるか否かを判定する。ここで、目標ＮＯX浄化率ＡRと実ＮＯX浄化率Ａnとの差の絶対値が５(％)を越えている、すなわち通路絞り２１の開口面積を補正することが好ましいと判断した場合には、Ｓ１６のステップに移行して開口面積補正量を設定した後、Ｓ１４のステップに移行する。また、Ｓ１５のステップにて目標ＮＯX浄化率ＡRと実ＮＯX浄化率Ａnとの差の絶対値が５(％)以下である、すなわち通路絞り２１の開口面積を補正する必要がないと判断した場合には、そのままＳ１４のステップに移行する。
【００４７】
Ｓ１４のステップでは、Ｓ１２，Ｓ１５，Ｓ１６の各ステップからの情報に基づき、基準通路絞り開口面積の情報と開口面積補正量に関する情報とに基づき、通路絞り駆動モーター２２を駆動する。これにより、目標ＮＯX浄化率に対して実ＮＯX浄化率を近づけることができ、ＮＯX触媒１４を効率よく作動させることが可能となる。
【００４８】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  排気管
１１  排気通路
１２  酸化触媒
１３  ＤＰＦ
１４  ＮＯX触媒
１５  消音器
１６  ＮＨ3酸化触媒
１７  尿素添加弁
１８  ＥＣＵ
１９  添加弁駆動部
２０  触媒温度センサー
２１  通路絞り
２２  通路絞り駆動モーター
２３  連結機構
２４  通路絞り駆動部
２５  積算走行距離計
２６  エアフローメーター
２７  運転状態判定部
２８  絞り開度設定部
２９  目標ＮＯX浄化率設定部
３０  実ＮＯX浄化率算出部
３１  絞り開度補正部
３２，３３  第１，第２排気温センサー
３４，３５  第１，第２ＮＯXセンサー
ＴC  ＮＯX触媒の温度
ＡR  目標ＮＯX浄化率
Ａn  実ＮＯX浄化率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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