(57)【要約】【課題】内燃機関の冷間始動時に排気浄化触媒をより早期に暖機することができ、且つ、内燃機関の圧力損失を可及的に抑制する。【解決手段】本発明では、内燃機関１の排気通路５，６に第１前段触媒８及び排気浄化触媒１０が設けられている。さらに、第１前段触媒８よりも上流側の排気通路５，６に補助排気通路３０の両端が接続されており、該補助排気通路３０に第２前段触媒３１が設けられている。そして、内燃機関１の暖機完了前であって、第１前段触媒８の温度が第１所定温度より低く、且つ、排気浄化触媒１０の温度が第２所定温度より低いときにのみ、補助排気通路３０を開通させる。【選択図】図１
2014101758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する第１前段触媒と、
前記排気通路における前記第１前段触媒よりも下流側に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路における前記第１前段触媒よりも上流側に一端が接続され、前記排気通路における該一端の接続部分よりも下流側且つ前記第１前段触媒よりも上流側に他端が接続された補助排気通路と、
前記補助排気通路に設けられ、酸化機能を有し、且つ前記第１前段触媒よりも熱容量の小さい第２前段触媒と、
前記補助排気通路を開通又は遮断させる排気経路制御装置と、を備え、
前記内燃機関の暖機完了前であって、前記第１前段触媒の温度が第１所定温度より低く、且つ、前記排気浄化触媒の温度が第２所定温度より低いときは、前記排気経路制御装置が前記補助排気通路を開通させ、
前記第１前段触媒の温度が前記第１所定温度以上のとき、前記排気浄化触媒の温度が前記第２所定温度以上のとき、又は前記内燃機関の暖機が完了しているときは、前記排気経路制御装置が前記補助排気通路を遮断させる内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記補助排気通路における前記第２前段触媒と該補助排気通路の他端との間に一端が接続され、前記内燃機関の吸気通路に他端が接続されたＥＧＲ通路を有し、該ＥＧＲ通路を通して排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気通路に導入するＥＧＲ装置をさらに備え、
前記内燃機関の暖機完了前であって、前記第１前段触媒の温度が前記第１所定温度より低く、且つ、前記排気浄化触媒の温度が前記第２所定温度より低いときは、前記排気経路制御装置が前記補助排気通路と前記ＥＧＲ通路との間を遮断させる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記排気通路における前記補助排気通路の一端の接続部分よりも上流側において排気中に燃料を供給する燃料供給装置をさらに備え、
前記内燃機関の暖機が完了した後であって、前記第１前段触媒の温度が前記第１所定温度以上であり、且つ、前記排気浄化触媒の温度が前記第２所定温度より低いときは、前記燃料供給装置によって排気中に燃料を供給すると共に、前記排気経路制御装置が、前記補助排気通路における前記ＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の一端側の部分と該接続部分よりも該補助排気通路の他端側の部分との間を遮断させ、且つ、前記補助排気通路における前記ＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の一端側の部分と前記ＥＧＲ通路との間を開通させる請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
内燃機関の暖機が完了した後であって、前記第１前段触媒の温度が前記第１所定温度より低く且つ前記排気浄化触媒の温度が前記第２所定温度より低いときは、前記燃料供給装置による排気中への燃料供給を禁止すると共に、前記排気経路制御装置が、前記補助排気通路における前記ＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の一端側の部分と該接続部分よりも該補助排気通路の他端側の部分との間を遮断させ、且つ、前記補助排気通路における前記ＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の他端側の部分と前記ＥＧＲ通路との間を開通させる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記排気浄化触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒であって、
前記選択還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給装置をさらに備えた請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の排気ポートから排気マニホールドの間に気筒毎に第１酸化触媒を配置すると共に、排気マニホールド側から順に、第２酸化触媒、尿素噴射ノズル、ディーゼルパティキュレートフィルタ、ＳＣＲ触媒を排気通路に配置して構成される内燃機関の排気ガス浄化システムが開示されている。
【０００３】
このような構成によれば、第１酸化触媒が排気ポートから排気マニホールドの間に気筒毎に配置されていることから、高温の排気によって第１酸化触媒の昇温が促進される。そのため、内燃機関の冷間始動時においては、第１酸化触媒を早期に暖機することができる。その結果、第１酸化触媒よりも排気の流れに沿って下流側に配置されている第２酸化触媒及びＳＣＲ触媒も早期に暖機することが可能となる。
【０００４】
しかしながら、上記のような構成の場合、第１酸化触媒より上流側の排気の圧力が高くなるため、圧力損失が大きくなる虞がある。
【０００５】
また、特許文献２には、多気筒内燃機関において、一部の気筒に第１の排気通路を接続し、他の気筒に第２の排気通路を接続すると共に、第１および第２の排気通路を下流端部にて集合させた構成が開示されている。この特許文献２に記載の多気筒内燃機関においては、他の気筒を一部の気筒とは独立して休止することが可能である。また、特許文献２に記載の構成においては、第１の排気通路にターボチャージャのタービンが配設されており、第２の排気通路に、燃料供給ノズル、グロープラグおよび酸化触媒を有するバーナ装置が配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５９０５４号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５３５４４号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７９３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の冷間始動時に排気浄化触媒をより早期に暖機することができ、且つ、内燃機関の圧力損失を可及的に抑制することが可能な技術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】
【０００８】
本発明では、内燃機関の排気通路に第１前段触媒及び排気浄化触媒が設けられている。さらに、第一前段触媒よりも上流側の排気通路に補助排気通路の両端が接続されており、該補助排気通路に第２前段触媒が設けられている。そして、内燃機関の暖機完了前であって、第１前段触媒の温度が第１所定温度より低く、且つ、排気浄化触媒の温度が第２所定温度より低いときにのみ、補助排気通路を開通させる。
【０００９】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化機能を有する第１前段触媒と、
前記排気通路における前記第１前段触媒よりも下流側に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路における前記第１前段触媒よりも上流側に一端が接続され、前記排気通路における該一端の接続部分よりも下流側且つ前記第１前段触媒よりも上流側に他端が接続された補助排気通路と、
前記補助排気通路に設けられ、酸化機能を有し、且つ前記第１前段触媒よりも熱容量の小さい第２前段触媒と、
前記補助排気通路を開通又は遮断させる排気経路制御装置と、を備え、
前記内燃機関の暖機完了前であって、前記第１前段触媒の温度が第１所定温度より低く、且つ、前記排気浄化触媒の温度が第２所定温度より低いときは、前記排気経路制御装置が前記補助排気通路を開通させ、
前記第１前段触媒の温度が前記第１所定温度以上のとき、前記排気浄化触媒の温度が前記第２所定温度以上のとき、又は前記内燃機関の暖機が完了しているときは、前記排気経路制御装置が前記補助排気通路を遮断させる。
【００１０】
ここで、第１所定温度は、第１前段触媒の酸化能力が十分に発揮される温度の下限値以上の温度であってもよい。また、第２所定温度は、排気浄化触媒の排気浄化能力が十分に発揮される温度の下限値以上の温度であってもよい。
【００１１】
本発明においては、内燃機関の暖機完了前であって、第１前段触媒の温度が第１所定温度より低く、且つ、排気浄化触媒の温度が第２所定温度より低いときは、補助排気通路が開通される。これにより、第２前段触媒を通過した排気が第１前段触媒及び排気浄化触媒に流入する。第２前段触媒は第１前段触媒よりも上流側に位置しており、且つ第１前段触媒よりも熱容量が小さい。そのため、第２前段触媒を排気が通過すると、該第２前段触媒は第１前段触媒よりも早期に活性化する。そして、第２前段触媒によって排気を昇温させることが可能となる。
【００１２】
従って、第２前段触媒を通過した排気を第１前段触媒及び排気浄化触媒に流入させることで、第１前段触媒及び排気浄化触媒の昇温を促進させることができる。その結果、排気浄化触媒をより早期に暖機することが可能となる。
【００１３】
一方、内燃機関の暖機が完了していれば、該内燃機関から排出される排気の温度が高いため、第２前段触媒を排気が通過しなくとも、第１前段触媒及び排気浄化触媒の昇温が促進される。また、内燃機関の暖機完了前であっても、第１前段触媒の温度が第１所定温度以上であれば、該第１前段触媒において排気が昇温される。そのため、第２前段触媒を排気が通過しなくとも、排気浄化触媒の昇温が促進される。
【００１４】
そこで、本発明では、第１前段触媒の温度が第１所定温度以上のとき、排気浄化触媒の温度が第２所定温度以上のとき、又は内燃機関の暖機が完了しているときは、補助排気通路を遮断させる。補助排気通路を遮断することで、排気が第２前段触媒を通ることなく第１前段触媒及び排気浄化触媒を流れる。そのため、排気が第２前段触媒を通って流れることに起因する背圧の上昇を抑制することができる。従って、内燃機関の圧力損失を可及的に抑制することができる。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、ＥＧＲ通路を通して排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関の吸気通路に導入するＥＧＲ装置をさらに備えてもよい。この場合、ＥＧＲ通路の一端は、補助排気通路における第２前段触媒と該補助排気通路の他端（即ち、排気通路において下流側に位置する方の端部）との間に接続される。また、ＥＧＲ通路の他端は、内燃機関の吸気通路に接続される。
【００１６】
そして、内燃機関の暖機完了前であって、第１前段触媒の温度が第１所定温度より低く、且つ、排気浄化触媒の温度が第２所定温度より低いときは、排気経路制御装置が補助排気通路とＥＧＲ通路との間を遮断させる。つまり、補助排気通路からＥＧＲ通路への排気の流入を禁止する。
【００１７】
これによれば、内燃機関の暖機完了前にＥＧＲガスが内燃機関に供給されることを抑制することができる。そのため、内燃機関からの未燃燃料成分の排出量が増加することを抑制することができる。
【００１８】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、排気通路における補助排気通路の一端（即ち、排気通路において上流側に位置する方の端部）の接続部分よりも上流側において排気中に燃料を供給する燃料供給装置をさらに備えてもよい。この場合、内燃機関の暖機が完了した後であって、第１前段触媒の温度が第１所定温度以上であり、且つ、排気浄化触媒の温度が第２所定温度より低いときは、燃料供給装置によって排気中に燃料を供給してもよい。
【００１９】
このとき、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムが上記のようなＥＧＲ装置を備えている場合は、排気経路制御装置が、補助排気通路におけるＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の一端側の部分と該接続部分よりも該補助排気通路の他端側の部分との間を遮断させ、且つ、補助排気通路におけるＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の一端側の部分とＥＧＲ通路との間を開通させる。
【００２０】
これによれば、燃料供給装置から供給された燃料が第１前段触媒に供給される。そして、第１前段触媒において燃料が酸化される。従って、排気浄化触媒の昇温をより促進させることができる。また、ＥＧＲ通路には、第２前段触媒を通過した排気が流入する。そして、この排気がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を通って内燃機関の吸気通路に導入される。このとき、排気に含まれる燃料は第２前段触媒によって酸化される。そのため、燃料供給装置から供給された燃料がＥＧＲ通路や吸気通路に流入することを抑制することができる。
【００２１】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムが上記のようなＥＧＲ装置及び燃料供給装置を備えている場合、内燃機関の暖機が完了した後であって、第１前段触媒の温度が第１所定温度低く且つ排気浄化触媒の温度が第２所定温度より低いときは、燃料供給装置による排気中への燃料の供給を禁止してもよい。そして、排気経路制御装置が、補助排気通路におけるＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の一端側の部分と該接続部分よりも該補助排気通路の他端側の部分との間を遮断させ、且つ、補助排気通路におけるＥＧＲ通路の接続部分よりも該補助排気通路の他端側の部分とＥＧＲ通路との間を開通させてもよい。
【００２２】
これによれば、補助排気通路の他端から該補助排気通路に流入した排気が、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を通って内燃機関の吸気通路に導入される。このとき、燃料供給装置からの燃料の供給は禁止されているため、ＥＧＲ通路や吸気通路への燃料の流入が抑制される。
【００２３】
本発明において、排気浄化触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）であってもよい。この場合、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、ＳＣＲ触媒に還元剤を供給する還元剤供給装置をさらに備える。このような構成の場合、第２所定温度は、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化能力（ＮＯｘ還元能力）が十分に発揮される温度の下限値以上の温度であってもよい。
【００２４】
このような構成の場合、本発明では、内燃機関の暖機完了前であって、第１前段触媒の温度が第１所定温度より低く、且つ、ＳＣＲ触媒の温度が第２所定温度より低いときには、補助排気通路が開通され、第２前段触媒を通過した排気が第１前段触媒及び排気浄化触媒に流入する。このとき、第２前段触媒を排気が通過することで、排気中のＮＯの一部が酸化されＮＯ２に変換される。そのため、ＳＣＲ触媒に流入する排気中のＮＯｘ全体量におけるＮＯ２量の割合が増加する。その結果、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘが還元され易くなる。従って、本発明によれば、排気浄化触媒がＳＣＲ触媒である場合、該ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、内燃機関の冷間始動時に排気浄化装置をより早期に暖機することができ、且つ、内燃機関の圧力損失を可及的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る排気の経路Ａを示す図である。
【図３】実施例に係る排気の経路Ａ及びＢを示す図である。
【図４】実施例に係る排気の経路Ａ及びＣを示す図である。
【図５】実施例に係る排気の経路Ａ及びＤを示す図である。
【図６】ＳＣＲ触媒の温度と、ＳＣＲ触媒でのＮＯｘ浄化率と、排気のＮＯ２比率との関係を示す図である。
【図７】実施例に係る排気経路制御のフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２８】
＜実施例＞
［吸排気系の概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る内燃機関はディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００２９】
内燃機関１には、インテークマニホールド３及びエキゾーストマニホールド５が接続されている。インテークマニホールド３には吸気通路４が接続されている。エキゾーストマニホールド５には排気通路６の一端が接続されている。尚、本実施例においては、インテークマニホールド３及び吸気通路４を含んで本発明に係る吸気通路が構成され、エキゾーストマニホールド５及び排気通路６を含んで本発明に係る排気通路が構成される。
【００３０】
エキゾーストマニホールド５には燃料添加弁１１が設けられている。また、排気通路６には、ターボチャージャのタービン７、第１前段触媒８、第１排気温度センサ２２、フィルタ９、アンモニア添加弁１２、ＳＣＲ触媒１０、及び第２排気温度センサ２３が排気の流れに沿って上流側から順に設けられている。
【００３１】
燃料添加弁１１は必要とされるタイミングで排気中に燃料を添加する。尚、燃料添加弁１１を設けずに、内燃機関１において、噴射された燃料が燃焼に供されずに未燃の状態で排出されるタイミングで副燃料噴射を実行することで、排気中に燃料を供給してもよい。
【００３２】
第１前段触媒８は酸化触媒である。ただし、第１前段触媒８は、酸化機能を有する触媒であれば酸化触媒以外の触媒であってもよい。フィルタ９は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。
【００３３】
ＳＣＲ触媒１０は、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。アンモニア添加弁１２は、ＳＣＲ触媒１０にアンモニアを供給すべく、排気中にアンモニアガスを添加する。ＳＣＲ触媒１０にアンモニアが供給されると該アンモニアはＳＣＲ触媒１０に一旦吸着する。そして、吸着したアンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
【００３４】
尚、アンモニア添加弁１２に代えて、アンモニアを液体又は個体として排気中に供給する装置を設けてもよい。また、アンモニア添加弁１２に代えて、アンモニアの前駆体を供給する装置を設けてもよい。例えば、アンモニア添加弁１２に代えて、排気中に尿素水溶液を添加する尿素添加弁を設けてもよい。この場合、アンモニアの前駆体として尿素がＳＣＲ触媒１０に供給される。そして、尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。また、ＳＣＲ触媒１０が燃料を還元剤として排気中のＮＯｘを還元ずる触媒である場合は、アンモニア添加弁１２に代えて、排気中に燃料を添加する燃料添加弁を設けてもよい。
【００３５】
第１及び第２排気温度センサ２２，２３は排気の温度を検知する。
【００３６】
また、本実施例に係る内燃機関１の吸排気系には、補助排気通路３０及びＥＧＲ装置４０が設けられている。補助排気通路３０の一端はエキゾーストマニホールド５に接続されており、その他端は排気通路６におけるタービン７よりも上流側に接続されている。補助排気通路３０には第２前段触媒３１が設けられている。第２前段触媒３１は酸化触媒である。ただし、第２前段触媒３１は、酸化機能を有する触媒であれば酸化触媒以外の触媒であってもよい。また、第２前段触媒３１は第１前段触媒８よりも熱容量の小さい触媒である。
【００３７】
ＥＧＲ装置４０は、ＥＧＲ通路４１を通して排気の一部をＥＧＲガスとしてインテークマニホールド３に導入する。ＥＧＲ通路４１の一端は、補助排気通路３０における第２前段触媒３１と該補助排気通路３０の他端（即ち、排気通路６に接続されている方の端部）との間に接続されている。また、ＥＧＲ通路４１の他端はインテークマニホールド３に接続されている。ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲクーラ４２が設けられている。ＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスを、冷却水との間で熱交換を行うことで冷却する。
【００３８】
補助排気通路３０とＥＧＲ通路４１との接続部分には三方弁３２が設けられている。尚、以下においては、便宜上、補助排気通路３０におけるＥＧＲ通路４１との接続部分よりも該補助排気通路３０の一端側の部分（即ち、エキゾーストマニホールド５に接続されている方の端部と三方弁３２との間の部分）を第１補助排気通路３０ａと称し、補助排気通路３０におけるＥＧＲ通路４１との接続部分よりも該補助排気通路３０の他端側の部分（即ち、排気通路６に接続されている方の端部と三方弁３２との間の部分）を第２補助排気通路３０ｂと称する場合もある。
【００３９】
尚、本実施例においては、ＳＣＲ触媒１０が本発明に係る排気浄化触媒に相当する。ただし、本発明に係る排気浄化触媒は、ＳＣＲ触媒に限られるものではなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等であってもよい。また、本実施例においては、燃料添加弁１１が本発明に係る燃料供給装置に相当する。本実施例においては、アンモニア添加弁１２が本発明に係る還元剤供給装置に相当する。
【００４０】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、第１排気温度センサ２２、第２排気温度センサ、及び、内燃機関１の冷却水の温度を検知する水温センサ２１等の各種センサが電気的に接続されている。そして、各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、第１排気温度センサ２２の出力値に基づいて第１前段触媒８の温度を推定する。また、第２排気温度センサ２３の出力値に基づいてＳＣＲ触媒１０の温度を推定する。
【００４１】
さらに、ＥＣＵ２０には、燃料添加弁１１、アンモニア添加弁１２、及び三方弁３２が電気的に接続されている。そして、これらの装置がＥＣＵ２０によって制御される。
【００４２】
［排気経路制御］
本実施例では、内燃機関１の暖機が完了しているか否か、第１前段触媒８の温度、及びＳＣＲ触媒１０の温度に基づいて、三方弁３２を制御することで排気の経路を制御する。以下、本実施例に係る排気経路制御について、図２〜５を参照して説明する。
【００４３】
図２〜５は、本実施例に係る各排気の経路を示す図である。図２は、本実施例に係る排気の経路Ａを示す図である。図３は、本実施例に係る排気の経路Ａ及びＢを示す図である。図４は、本実施例に係る排気の経路Ａ及びＣを示す図である。図５は、本実施例に係る排気の経路Ａ及びＤを示す図である。尚、図２〜５においては矢印が排気の経路を表している。
【００４４】
（排気経路Ａ，Ｂ）
本実施例においては、内燃機関１の冷間始動時であって、該内燃機関１の暖機完了前あり、第１前段触媒８の温度が第１所定温度より低く、且つ、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度より低いときは、排気の経路を、図３に示すように、経路Ａ及びＢに制御する。三方弁３２によって、第１補助排気通路３０ａと第２補助排気通路３０ｂとの間を開通させると共に、第１及び第２補助排気通路３０ａ，３０ｂとＥＧＲ通路４１との間を遮断させることで、経路Ｂを形成させることができる。
【００４５】
ここで、第１所定温度は、第１前段触媒８の酸化能力が十分に発揮される温度の下限値以上の温度である。また、第２所定温度は、排気中のＮＯｘ量全体におけるＮＯ２量の割合（以下、ＮＯ２比率と称する）がある程度の割合となれば、ＳＣＲ触媒１０のＮＯｘ浄化能力が十分に発揮される温度の下限値以上の温度である。
【００４６】
図６は、ＳＣＲ触媒１０の温度と、ＳＣＲ触媒１０でのＮＯｘ浄化率と、排気のＮＯ２比率との関係を示す図である。図６に示すように、ＳＣＲ触媒１０の温度がある程度以上となると、該ＳＣＲ触媒１０でのＮＯｘ浄化率が上昇する。また、排気のＮＯ２比率が５０％となると、排気のＮＯ２比率がそれより低い場合に比べて、ＳＣＲ触媒１０においてＮＯｘが還元され易くなる。そのため、図６に示すように、排気のＮＯ２比率が５０％となると、排気のＮＯ２比率がそれより低い場合に比べて、ＳＣＲ触媒１０でのＮＯｘ浄化率が高くなる。この図６においては、Ｔｃ２が第２所定温度を表している。
【００４７】
尚、内燃機関１の暖機が完了しているか否かは該内燃機関１の冷却水温が所定水温に達しているか否かによって判断することができる。また、内燃機関１の冷却水温が所定水温以上であれば、排気の温度が、該排気の一部をＥＧＲガスとしてインテークマニホールド３に導入することが可能な温度以上となったと判断できる。第１所定温度、第２所定温度、及び所定水温は、いずれも実験等に基づいて求められ、ＥＣＵ２０に記憶されている。
【００４８】
上記のように補助排気通路３０とＥＧＲ通路４１との間を遮断することで、内燃機関１の暖機完了前にＥＧＲガスが内燃機関１に供給されることを抑制することができる。そのため、ＥＧＲガスが供給されることに起因して内燃機関１からの未燃燃料成分の排出量が増加することを抑制することができる。
【００４９】
また、経路Ｂが形成されることで、第２前段触媒３１を通過した排気が第１前段触媒８及びＳＣＲ１０触媒に流入する。第２前段触媒３１は第１前段触媒８よりも上流側に位置しており、且つ第１前段触媒８よりも熱容量が小さい。そのため、第２前段触媒３１を排気が通過すると、該第２前段触媒３１は第１前段触媒８よりも早期に活性化する。
【００５０】
従って、第２前段触媒３１を通過した排気を第１前段触媒８及びＳＣＲ触媒１０に流入させることで、第１前段触媒８及びＳＣＲ触媒１０の昇温を促進させることができる。その結果、ＳＣＲ触媒１０をより早期に暖機することが可能となる。
【００５１】
さらに、第２前段触媒３１を排気が通過することで、該第２前段触媒３１において排気中のＮＯが酸化されてＮＯ２に変換される。そのため、排気のＮＯ２比率が上昇する。これにより、ＳＣＲ触媒１０においてＮＯｘが還元され易くなる。従って、ＳＣＲ触媒１０でのＮＯｘ浄化率をより高めることができる。
【００５２】
尚、本実施例においては、排気通路６における補助排気通路３０の他端の接続部分よりも上流側に該排気通路６を遮断することが可能な開閉弁を別途設けてもよい。そして、内燃機関１の冷間始動時であって、該内燃機関１の暖機完了前あり、第１前段触媒８の温度が第１所定温度より低く、且つ、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度より低いときは、三方弁３２を上記のように制御すると共に、この開閉弁によって排気通路６を遮断することで、排気の経路を経路Ｂのみに制御してもよい。さらに、この場合は、燃料添加弁１１によって排気中に燃料を添加してもよい。
【００５３】
これによれば、燃料添加弁１１から添加された燃料が第２前段触媒３１に供給される。そして、この燃料が第２前段触媒３１によって酸化されることで、第１前段触媒８及びＳＣＲ触媒１０に流入する排気の温度が上昇する。従って、ＳＣＲ触媒１０をより早期に暖機することができる。また、開閉弁によって排気通路６が遮断されることで、燃料添加弁１１から添加された燃料が、酸化機能が十分に発揮されていない状態の第１前段触媒８に流入することを抑制することができる。
【００５４】
（排気経路Ａ，Ｃ）
本実施例においては、内燃機関１の暖機完了後であって、第１前段触媒８の温度が第１所定温度より低く、且つ、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度より低いときは、排気の経路を、図４に示すように、経路Ａ及びＣに制御する。三方弁３２によって、第１補助排気通路３０ａと第２補助排気通路３０ｂとの間を遮断させると共に、第２補助排気通路３０ｂとＥＧＲ通路４１との間を開通させることで、経路Ｃを形成させることができる。このとき、燃料添加弁１１からの燃料の添加が禁止される。
【００５５】
経路Ｃが形成されることで、補助排気通路３０の他端から第２補助排気通路３０ｂに流入した排気が、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４１を通ってインテークマニホールド３に導入される。このとき、燃料添加弁１１からの燃料の添加は禁止されているため、ＥＧＲ通路４１やインテークマニホールド３への燃料の流入を抑制することができる。
【００５６】
尚、本実施例においては、内燃機関１の暖機完了後であって、且つ、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度以上のときも、上記と同様、排気の経路を経路Ａ及びＣに制御する。
【００５７】
（経路Ａ，Ｄ）
本実施例においては、内燃機関１の暖機完了後であって、第１前段触媒８の温度は第１所定温度以上であるが、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度より低いときは、排気の経路を、図５に示すように、経路Ａ及びＤに制御する。三方弁３２によって、第１補助排気通路３０ａと第２補助排気通路３０ｂとの間を遮断させると共に、第１補助排気通路３０ａとＥＧＲ通路４１との間を開通させることで、経路Ｄを形成させることができる。そして、このときは、燃料添加弁１１からの燃料の添加を実行する。
【００５８】
経路Ａが形成された状態で燃料添加弁１１から燃料が添加されることにより、該燃料が第１前段触媒８に供給される。そして、第１前段触媒８において燃料が酸化される。そのため、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気の温度が上昇する。従って、ＳＣＲ触媒１０の昇温をより促進させることができる。また、経路Ｄが形成されることで、第２前段触媒３１を通過した排気がＥＧＲ通路４１流入する。そして、この排気がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４１を通ってインテークマニホールド３に導入される。このとき、燃料添加弁１１から添加された燃料が排気と共に第１補助排気通路３０ａにも流入することになるが、この燃料は第２前段触媒３１によって酸化される。そのため、燃料添加弁１１から添加された燃料がＥＧＲ通路４１やインテークマニホールド３に流入することを抑制することができる。従って、ＥＧＲクーラ４２の詰まり等の不具合の発生を抑制することができる。
【００５９】
（経路Ａ）
本実施例において、内燃機関１の暖機完了前であるが第１前段触媒８の温度が第１所定温度以上であり、且つ、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度より低いときは、排気の経路を、図２に示すように、経路Ａのみに制御する。三方弁３２によって、第１補助排気通路３０ａと第２補助排気通路３０ｂとの間を遮断させ、且つ、第１及び第２補助排気通路３０ａ，３０ｂとＥＧＲ通路４１との間も遮断させることで、経路Ａのみを形成させることができる。また、このときは、燃料添加弁１１からの燃料の添加を実行する。
【００６０】
これによれば、内燃機関１の暖機完了前にＥＧＲガスが内燃機関１に供給されることを抑制しつつ、ＳＣＲ触媒１０の昇温をより促進させることができる。また、排気が第２前段触媒３１を通ることなく第１前段触媒８及びＳＣＲ触媒１０を流れる。そのため、排気が第２前段触媒３１を通って流れることに起因する背圧の上昇を抑制することができる。従って、内燃機関１の圧力損失を可及的に抑制することができる。
【００６１】
尚、本実施例においては、内燃機関１の暖機完了前であって、且つ、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度以上のときも、上記と同様、排気の経路を経路Ａのみに制御する。
【００６２】
［排気経路制御のフロー］
図７は、本実施例に係る排気経路制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。
【００６３】
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｓｃｒが第２所定温度Ｔｃ２より低いか否かが判別される。ステップＳ１０１において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０２の処理が実行され、否定判定された場合、次にステップＳ１１３の処理が実行される。
【００６４】
ステップＳ１０２においては、第１前段触媒８の温度Ｔｃｏが第１所定温度Ｔｃ１より低いか否かが判別される。ステップＳ１０２において、肯定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行され、否定判定された場合、次にステップＳ１０８の処理が実行される。
【００６５】
ステップＳ１０３においては、内燃機関１の冷却水の温度Ｔｗが所定水温Ｔｗ０より低いか否かが判別される。ステップＳ１０３において肯定判定された場合、内燃機関１の暖機完了前と判断できる。この場合、次にステップＳ１０４の処理が実行される。一方、ステップＳ１０３において否定判定された場合、内燃機関１の暖機が完了していると判断できる。この場合、次にステップＳ１０６の処理が実行される。
【００６６】
ステップＳ１０４においては、排気の経路が、図３に示すような経路Ａ及びＢに制御される。これにより、第２前段触媒３１を通過した排気が、ＥＧＲ通路４１に流れることなく、第１前段触媒８及びＳＣＲ触媒１０に流れることになる。次に、ステップＳ１０５において、燃料添加弁１１からの燃料添加が禁止される。
【００６７】
尚、上述したように、ステップＳ１０４において排気の経路を経路Ｂのみ（経路Ａは遮断）に制御することができる構成であれば、ステップＳ１０５において燃料添加弁１１からの燃料添加を実行してもよい。
【００６８】
一方、ステップＳ１０６においては、排気の経路が、図４に示すような経路Ａ及びＣに制御される。これにより、第２補助排気通路３０ｂ及びＥＧＲ通路４１を通して排気の一部がＥＧＲガスとしてインテークマニホールド３に導入されることになる。次に、ステップＳ１０７において、燃料添加弁１１からの燃料添加が禁止される。
【００６９】
また、ステップＳ１０８においては、ステップＳ１０３と同様、内燃機関１の冷却水の温度Ｔｗが所定水温Ｔｗ０より低いか否かが判別される。ステップＳ１０８において肯定判定された場合、次にステップＳ１０９の処理が実行され、ステップＳ１０８において否定判定された場合、次にステップＳ１１１の処理が実行される。
【００７０】
ステップＳ１０９においては、排気の経路が、図２に示すような経路Ａのみに制御される。これにより、インテークマニホールド３へのＥＧＲガスの導入は行われず、排気の全量が第１前段触媒８及びＳＣＲ触媒１０に流れることになる。次に、ステップＳ１１０において、燃料添加弁１１からの燃料添加が実行される。
【００７１】
一方、ステップＳ１１１においては、排気の経路が、図５に示すような経路Ａ及びＤに制御される。これにより、第１前段触媒３１を通過した排気がＥＧＲ通路４１を通してＥＧＲガスとしてインテークマニホールド３に導入される。次に、ステップＳ１１２において、燃料添加弁１１からの燃料添加が実行される。
【００７２】
また、ステップＳ１１３においては、ステップＳ１０３及びＳ１０８と同様、内燃機関１の冷却水の温度Ｔｗが所定水温Ｔｗ０より低いか否かが判別される。ステップＳ１１３において肯定判定された場合、次にステップＳ１１４の処理が実行され、ステップＳ１１３において否定判定された場合、次にステップＳ１１５の処理が実行される。
【００７３】
ステップＳ１１４においては、排気の経路が、図２に示すような経路Ａのみに制御される。一方、ステップＳ１１５においては、排気の経路が、図４に示すような経路Ａ及びＣに制御される。尚、ステップＳ１０１において否定判定された場合、即ち、ＳＣＲ触媒１０の温度Ｔｃが第２所定温度Ｔｃ２以上である場合、ＳＣＲ触媒１０は十分に昇温されていると判断できる。そのため、この場合は、ＳＣＲ触媒１０の昇温を促進させるための燃料添加弁１１からの燃料の添加は行われない。
【００７４】
上記のようなフローによれば、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度より低いときは、該ＳＣＲ触媒１０を可及的速やかに昇温させることができる。従って、ＳＣＲ触媒１０をより早期に暖機することができる。また、ＳＣＲ触媒１０の温度が第２所定温度以上の場
合、第１前段触媒８の温度が第１所定温度以上の場合、又は内燃機関１の暖機が完了している場合（内燃機関１の冷却水の温度が所定水温以上の場合）は、第１補助排気通路３０ａと第２補助排気通路３０ｂとの間が遮断される。これにより、第１前段触媒８と第２前段触媒３０との両方を排気が通過することが避けられるため、背圧の上昇を抑制することができる。従って、内燃機関１の圧力損失を可及的に抑制することが。
【００７５】
また、内燃機関１の暖機完了前にＥＧＲガスが内燃機関１に供給されることを抑制することが出来る。さらに、燃料添加弁１１から添加された燃料がＥＧＲ通路４１やインテークマニホールド３に流入することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・内燃機関
３・・・インテークマニホールド
４・・・吸気通路
５・・・エキゾーストマニホールド
６・・・排気通路
８・・・第１前段触媒
９・・・フィルタ
１０・・ＳＣＲ触媒
１１・・燃料添加弁
１２・・アンモニア添加弁
２０・・ＥＣＵ
３０・・補助排気通路
３０ａ・・第１補助排気通路
３０ｂ・・第２補助排気通路
３１・・第２前段触媒
３２・・三方弁
４０・・ＥＧＲ装置
４１・・ＥＧＲ通路
４２・・ＥＧＲクーラ
【図１】
2014101758.tif 000003
【図２】
2014101758.tif 000004
【図３】
2014101758.tif 000005
【図４】
2014101758.tif 000006
【図５】
2014101758.tif 000007
【図６】
2014101758.tif 000008
【図７】
2014101758.tif 000009