(57)【要約】【課題】排気還流通路への還元剤の流入を防止する。【解決手段】車両に搭載されたエンジン１の排気管３０に設けられ、当該排気管３０内に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ４０と、尿素水インジェクタ４０の下流側の排気管３０に設けられ、排気管３０内の排気に含まれる窒素酸化物を尿素水インジェクタ４０により供給された尿素水により還元浄化する選択還元型触媒３４と、選択還元型触媒３４の上流側の排気管３０から排気を導入してエンジン１の吸気管２０に還流する低圧排気還流通路４５と、を備えたエンジン１において、低圧排気還流通路４５を開閉する排気還流バルブ４８を閉状態から開状態への切替え作動したときに、尿素水インジェクタ４０による尿素水の噴射供給を停止する。【選択図】図１
2014156784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、当該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段の下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の排気に含まれる窒素酸化物を前記還元剤供給手段により供給された還元剤により還元浄化する排気浄化触媒と、
前記還元剤供給手段の作動制御を行う還元剤供給制御手段と、
前記還元剤供給手段による還元剤の供給位置より上流側で前記排気通路から排気を導入し、前記エンジンの吸気通路に還流する排気還流通路と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記排気還流通路による排気の還流時において、前記排気還流通路の排気導入部の圧力が負圧になる前記エンジンの運転状態である際に、前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給を規制する還元剤供給規制手段を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記エンジンの運転状態に基づいて前記排気還流通路を開閉する開閉手段を備え、
前記還元剤供給規制手段は、前記開閉手段が閉状態から開状態へ切替え作動する際に前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給を規制することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記エンジンの運転状態に基づいて設定された、前記排気還流通路による排気の還流と前記還元剤の供給を併用する前記エンジンの第１の運転領域を有し、
前記還元剤供給規制手段は、前記エンジンの運転状態が前記第１の運転領域より高回転域又は高負荷域から前記第１の運転領域へ移行する際に、前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給を規制することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気還流通路による排気の還流と前記還元剤の供給を併用する前記エンジンの第１の運転領域と、
前記エンジンの第１の運転領域よりも高回転又は高負荷域であって、前記排気還流通路による排気の還流を行わず前記還元剤の供給を行う前記エンジンの第２の運転領域を有し、
前記還元剤供給規制手段は、前記エンジンの運転状態が前記第２の運転領域から前記第１の運転領域へ移行する際に、前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給を規制することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に係り、詳しくは、還元剤を用いる排気浄化触媒と排気還流装置を備えたエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路には、排気を浄化するための排気浄化装置が備えられている。例えばディーゼルエンジンの排気通路には、ディーゼルパティキュレートフィルタが搭載され、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する機能を有する。更に、ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を備え、酸化触媒に燃料を供給して燃焼させ、排気温度を上昇させ、ディーゼルパティキュレートフィルタに捕集されたＰＭを燃焼除去するものが知られている。更に、ディーゼルエンジンの排気通路には、尿素水等の還元剤を用いて排気中のＮＯxを還元除去する選択還元型触媒が備えられているものもある。
【０００３】
また、エンジンからのＮＯxの排出量を低下させる方法として、排気還流装置が知られている。排気還流装置は、例えばエキゾーストマニフォールドからインテークマニフォールドへ高温高圧の排気を還流する高圧排気還流装置が知られている。また、ターボチャージャを備えたエンジンにおいては、吸気圧が上昇して、排気が吸気通路に還流し難くなるので、ターボチャージャのタービンより下流側の低圧の排気をコンプレッサの上流側の吸気通路に還流させる低圧排気還流装置が開発されている。
【０００４】
例えば特許文献１では、ディーゼルエンジンの排気通路に設けられたターボチャージャのタービンの下流側に、上流側から順番に酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタ、選択還元型触媒を介装し、ディーゼルパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間で排気通路に尿素水等の還元剤を供給する構成となっている。更に、特許文献１では、高圧排気還流装置と低圧排気還流装置を備えており、低圧排気還流装置はディーゼルパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間の排気通路から排気を導入してコンプレッサの上流側の吸気通路に還流する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７３０３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のようにディーゼルパティキュレートフィルタと選択還元型触媒との間の排気通路から排気を吸気通路に還流する低圧排気還流装置を備えたエンジンでは、例え低圧排気還流装置の排気導入位置が尿素水の供給位置より上流側であっても、過渡運転時のように排気に脈動が発生すると、排気還流通路の排気導入位置で負圧となって排気が逆流し、尿素水が排気とともに低圧排気還流装置の排気還流通路に流入してしまう虞がある。そして、低圧排気還流装置の排気還流通路に尿素水が流入すると、排気還流通路内で尿素が析出して堆積してしまったり、排気還流通路に介装されている冷却装置等の機器や排気還流通路自体、更にはエンジンの吸気通路を腐食させてしまったりする虞がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、還元剤を用いる排気浄化触媒及び排気還流通路を備えたエンジンにおいて、還元剤の排気還流通路への流入を防止することが可能な排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、エンジンの排気通路に設けられ、当該排気通路内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、還元剤供給手段の下流側の排気通路に設けられ、排気通路内の排気に含まれる窒素酸化物を還元剤供給手段により供給された還元剤により還元浄化する排気浄化触媒と、還元剤供給手段の作動制御を行う還元剤供給制御手段と、還元剤供給手段による還元剤の供給位置より上流側で排気通路から排気を導入し、エンジンの吸気通路に還流する排気還流通路と、を備えたエンジンの排気浄化装置であって、排気還流通路による排気の還流時において、排気還流通路の排気導入部の圧力が負圧になるエンジンの運転状態である際に、還元剤供給手段による還元剤の供給を規制する還元剤供給規制手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明では、請求項１において、エンジンの運転状態に基づいて排気還流通路を開閉する開閉手段を備え、還元剤供給規制手段は、開閉手段が閉状態から開状態へ切替え作動する際に還元剤供給手段による還元剤の供給を規制することを特徴とする。
また、請求項３の発明では、請求項１または２において、エンジンの運転状態に基づいて設定された、排気還流通路による排気の還流と還元剤の供給を併用するエンジンの第１の運転領域を有し、還元剤供給規制手段は、エンジンの運転状態が第１の運転領域より高回転域又は高負荷域から第１の運転領域へ移行する際に、還元剤供給手段による還元剤の供給を規制することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４の発明では、請求項１から３のいずれか１項において、排気還流通路による排気の還流と還元剤の供給を併用するエンジンの第１の運転領域と、エンジンの第１の運転領域よりも高回転又は高負荷域であって、排気還流通路による排気の還流を行わず還元剤の供給を行うエンジンの第２の運転領域を有し、還元剤供給規制手段は、エンジンの運転領域が第２の運転領域から第１の運転領域へ移行する際に、還元剤供給手段による還元剤の供給を規制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、排気還流通路による排気導入時において、排気還流通路の排気導入部の気圧が負圧になるエンジンの運転状態では、還元剤供給手段による還元剤の供給が規制されるので、当該運転状態において排気還流通路の排気導入部の気圧が負圧になって排気が排気通路を逆流し排気還流通路に流入しても、還元剤供給手段から供給された還元剤が排気還流通路に流入することを防止することができる。これにより、還元剤の成分が排気還流通路内で堆積することを防止するとともに、排気還流通路や排気還流通路に設けられた機器及び吸気通路の保護を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるディーゼルエンジンの吸排気系の概略構成図である。
【図２】本実施形態における排気浄化装置の使用領域を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、本発明の排気浄化装置が適用された第１の実施形態のディーゼルエンジン（以下、エンジン１という）の吸排気系の概略構成図である。
エンジン１は、走行駆動源として車両に搭載されており、ターボチャージャ２３を備えた多気筒の筒内直接噴射式エンジン（例えばコモンレール式ディーゼルエンジン）である。詳しくは、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル３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３から各気筒の燃焼室４内に噴射可能な構成を成している。
【００１４】
エンジン１の各気筒には、上下摺動可能なピストン５が設けられている。そして、当該ピストン５は、コンロッド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４には、インテークポート７とエキゾーストポート８とが連通されている。
インテークポート７には、燃焼室４と当該インテークポート７との連通と遮断を行うインテークバルブ９が設けられている。また、エキゾーストポート８には、燃焼室４と当該エキゾーストポート８との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ１０が設けられている。
【００１５】
インテークポート７の上流には、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１１が連通するように設けられている。そして、エキゾーストポート８の下流には、各気筒から排出される排気をまとめるエキゾーストマニフォールド１２が連通するように設けられている。
インテークマニフォールド１１とエキゾーストマニフォールド１２との間には、排気の一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧の排気を吸気に導入する高圧排気還流通路１５が設けられている。また、高圧排気還流通路１５には、高温・高圧の排気が吸気に戻る量を調整する排気還流バルブ１６が介装されている。また、高圧排気還流通路１５には、インテークマニフォールド１１に導入する排気を冷却する排気還流クーラ１７が設けられている。
【００１６】
インテークマニフォールド１１には、吸気通路である吸気管２０が接続され、吸気管２０には、上流側からインテークマニフォールド１１に向かって順番に、新気中のゴミを取り除くエアークリーナ２１と、新気の流量を調整しつつ、後述する低圧排気還流通路４５より導入される低圧の排気の流量を調整するための電子制御スロットルバルブ２２と、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２４と、コンプレッサ２３により圧縮され高温となった吸気を冷却するインタークーラ２５と、高圧排気還流通路１５より導入される排気の流量を調整するための電子制御スロットルバルブ２７が介装されている。
【００１７】
エキゾーストマニフォールド１２の下流の排気通路である排気管３０には、上流側より順番に、ターボチャージャ２２のタービン３１、排気中の被酸化成分を酸化する酸化触媒３２と、排気中の黒鉛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３３及び排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）をアンモニアを用いて還元浄化する選択還元型触媒３４（排気浄化触媒）が設けられている。なお、酸化触媒３２とディーゼルパティキュレートフィルタ３３は、同一のケーシング３５内に収納され、車両のエンジンルームに配設されている。また、選択還元型触媒３４は、４分割され、２つのケーシング３６、３７内に夫々２つずつ直列に配設されており、車両のフロア下に配設されている。
【００１８】
また、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３と最上流に位置する選択還元型触媒３４との間の排気管３０には、尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ４０が設けられている。尿素水インジェクタ４０には、車両に搭載された図示しない尿素水タンクから尿素水が供給される。尿素水インジェクタ４０から排気管３０内に噴射された尿素水が排気の熱によって十分に加水分解されてアンモニアを発生し選択還元型触媒３４に到達するように、尿素水インジェクタ４０の噴射位置が設定されている。
【００１９】
更に、電子制御スロットルバルブ２２とターボチャージャ２３のコンプレッサ２４との間の吸気管２０と、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３と尿素水インジェクタ４０との間の排気管３０とを連通する低圧排気還流通路４５（排気還流通路）が設けられている。低圧排気還流通路４５は、タービン３１、酸化触媒３２及びディーゼルパティキュレートフィルタ３３を通過した低温・低圧の排気の一部を吸気に導入する（還流する）機能を有する。
【００２０】
低圧排気還流通路４５には、吸気に還流する排気から異物を取り除く排気還流フィルタ４６、還流する排気を冷却する排気還流クーラ４７及び低圧排気還流通路４５を開閉する排気還流バルブ４８（開閉手段）が設けられている。
エアークリーナ２１と電子制御スロットルバルブ２２との間の吸気管２０には、吸入される空気（新気）の温度を検出する吸気温度センサ５０が設けられている。インテークマニフォールド１１には、エンジン１の燃焼室４に流入する吸気の温度を検出する吸気温度センサ５１及び吸気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ５２が設けられている。
【００２１】
タービン３１と酸化触媒３２との間の排気管３０には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ５３が設けられている。
ケーシング３５の酸化触媒３２の上流には、酸化触媒３２に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ５４が設けられている。ケーシング３５の酸化触媒３２とディーゼルパティキュレートフィルタ３３との間には、酸化触媒３２から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ５５が設けられている。また、ケーシング３５のディーゼルパティキュレートフィルタ３３の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３から流出する排気の温度を検出する排気温度センサ５６が設けられている。
【００２２】
排気管３０から排気を導入する低圧排気還流通路４５の排気導入部４５ａと尿素水インジェクタ４０との間の排気管３０には、排気内のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ５７が設けられている。
尿素水インジェクタ４０の近傍の排気管３０には、尿素水インジェクタ４０と選択還元型触媒３４との間の排気の温度を検出する排気温度センサ５８が設けられている。
【００２３】
最下流に位置する選択還元型触媒３４の下流の排気管３０には、最下流の選択還元型触媒３４から流出する排気内のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ５９が設けられている。
そして、吸気温度センサ５０、５１、酸素濃度センサ５２、５３、排気温度センサ５４、５５、５６、５８及びＮＯxセンサ５７、５９の各センサと、燃料噴射ノズル３、電子制御スロットルバルブ２２、２７、排気還流バルブ１６、４８及び尿素水インジェクタ４０の各種機器は、エンジンコントロールユニット７０（還元剤供給制御手段、還元剤供給規制手段）に電気的に接続されている。
【００２４】
エンジンコントロールユニット７０は、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、上記各センサからの検出情報及びアクセル操作量等の情報を入力し、当該各種情報に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射時期、電子制御スロットルバルブ２２、２７及び排気還流バルブ１６、４８の開度、尿素水噴射量、尿素水噴射時期を演算して、上記各種機器の作動制御を行うことで、エンジン１の運転制御を行う。
【００２５】
図２は、排気浄化装置の使用領域を示す説明図である。
図２に示すように、エンジンコントロールユニット７０は、エンジン１の運転状態（回転速度及び負荷）に基づいて、高圧排気還流通路１５による高圧排気還流、低圧排気還流通路４５による低圧排気還流及び尿素水供給による選択還元型触媒３４での排気浄化の３つの排気浄化装置を実行する。
【００２６】
例えば、上記３つの排気浄化装置のうち、低負荷低回転領域では高圧排気還流による排気浄化のみ実施し、中負荷中回転領域では低圧排気還流による排気浄化のみ実施し、高負荷高回転領域（第２の運転領域）では尿素水供給による排気浄化のみ実施する。また、低負荷低回転領域と中負荷中回転領域との間には高圧排気還流と低圧排気還流を併用する領域が設けられている。更に、中負荷中回転領域と高負荷高回転領域との間には、低圧排気還流と尿素水供給が併用される中間領域（第１の運転領域）が設けられている。
【００２７】
そして、本実施形態では、エンジンコントロールユニット７０は、エンジン１の運転状態が高負荷高回転領域から中間領域に移行した際に、尿素水インジェクタ４０からの尿素水の噴射供給を所定時間停止する制御を行う。
上記のような吸排気系の構成のエンジン１では、排気還流バルブ４８を開作動することで、低圧排気還流通路４５を介して、ディーゼルパティキュレートフィルタ３３の下流の排気管３０と、電子制御スロットルバルブ２２とターボチャージャ２３のコンプレッサ２４との間の吸気管２０とが連通するが、例えばエンジン１の運転状態が可渡運転状態であって高負荷高回転領域から中間領域に移行した際に、排気還流バルブ４８は閉状態から開状態に切り替わる。
【００２８】
このようにエンジン１の運転状態が変化して、排気還流バルブ４８が閉状態から開状態に切り替わると、エンジン１の排気に脈動が発生し、低圧排気還流通路４５の入り口である排気導入部４５ａが負圧になる虞がある。したがって、例え尿素水インジェクタ４０による尿素水の供給位置が低圧排気還流通路４５の排気導入部４５ａより下流側であっても、排気が逆流して低圧排気還流通路４５に流入し、この逆流した排気に伴って尿素水が低圧排気還流通路４５に流入する虞がある。
【００２９】
本実施形態では、エンジン１の運転状態が高負荷高回転領域から中間領域に移行した際、即ち排気還流バルブ４８が閉状態から開状態に切り替わった際に、尿素水の供給を所定時間停止するので、排気が逆流して低圧排気還流通路４５に流入したとしても、尿素水の低圧排気還流通路４５への流入を防止することができる。特に、エンジン１の運転状態が高負荷高回転域から中間領域に移行した際に、排気管３０内で負圧が発生し易いので、このタイミングで尿素水の供給を規制することで、尿素水の低圧排気還流通路４５への流入を効果的に防止することができる。
【００３０】
このように尿素水が低圧排気還流通路４５に流入することを防止することで、低圧排気還流通路４５内で尿素水から尿素が析出して低圧排気還流通路４５内に堆積することを防止することができる。また、低圧排気還流通路４５には、排気還流クーラ４７や排気還流フィルタ４６が備えられているので、これらの機器に尿素が堆積して各機器が故障することを防止したり、低圧排気還流通路４５内に尿素が堆積して通過抵抗の増加による低圧排気還流量の低下を招くことを防止したりすることができる。また、尿素水が低圧排気還流通路４５を通過して吸気管２０に流入することも防止して、吸気管２０の保護も図ることができる。
【００３１】
また、エンジン１の運転状態が中間領域で所定時間以上留まった場合には、尿素水の供給が開始されるが、このようにエンジン１の運転状態が安定している場合には、排気の脈動が低下し、低圧排気還流通路４５の排気導入部４５ａでの負圧が解消され、排気は安定して尿素水インジェクタ４０を通過して選択還元型触媒３４に流入する。したがって、このとき尿素水の噴射供給が行われても、低圧排気還流通路４５内に尿素水が流入し難くなる。これにより、中間領域で低圧排気還流と尿素水供給とを併用することができ、十分な排気浄化性能を確保することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、エンジン１の運転状態が高負荷高回転領域から中間領域に移行した際に尿素水インジェクタ４０からの尿素水の噴射を規制するが、排気還流バルブ４８の閉状態から開状態への切替え作動の際に尿素水インジェクタ４０からの尿素水の噴射を規制するように制御すればよい。あるいは、低圧排気還流通路４５の排気導入部４５ａが負圧になるようなエンジン１の運転状態をあらかじめ確認しておき、当該運転状態であるときに尿素水の噴射を停止すればよい。例えば、排気導入部４５ａが負圧になるエンジン１の運転状態は、排気に脈動が発生している状態であり、可渡運転状態である場合が想定される。
【００３３】
また、本願発明は、上記実施形態に限定するものではなく、エンジンの排気浄化装置として、排気に還元剤を供給して排気浄化触媒にて排気を浄化する装置と、排気還流通路の両方を備えたエンジンに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  エンジン
２０  吸気管（吸気通路）
３０  排気管（排気通路）
３４  選択還元型触媒（排気浄化触媒）
４０  尿素水インジェクタ(還元剤供給手段)
４５  低圧排気還流通路
４５ａ  排気導入部
４８  排気還流バルブ（開閉手段）
７０  エンジンコントロールユニット（還元剤供給制御手段、還元剤供給規制手段）
【図１】
2014156784.tif 000003
【図２】
2014156784.tif 000004