(57)【要約】【課題】燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことが可能な排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、内燃機関が停止したタイミング以降で、前駆体を排気管内に噴射する前駆体噴射部と、前駆体噴射部により噴射された前駆体から生成された還元剤を吸着することにより、排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、外気を前記内燃機関に吸気する吸気管と、排気管とを接続する経路部と、内燃機関が停止したタイミング以降で、経路部に空気を供給することにより、排気管に当該空気を供給する空気供給部と、経路部に設けられ、空気供給部により供給された空気を加熱する加熱部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、
前記内燃機関が停止したタイミング以降で、前駆体を前記排気管内に噴射する前駆体噴射部と、
前記前駆体噴射部により噴射された前記前駆体から生成された還元剤を吸着することにより、前記排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、
外気を前記内燃機関に吸気する吸気管と、前記排気管とを接続する経路部と、
前記内燃機関が停止したタイミング以降で、前記経路部に空気を供給することにより、前記排気管に当該空気を供給する空気供給部と、
前記経路部に設けられ、前記空気供給部により供給された空気を加熱する加熱部と、
を備える排気浄化装置。
【請求項２】
前記経路部は、前記排気管内の前記排気ガスを吸気管に再循環させ、
前記内燃機関が停止したタイミング以降で、前記経路部における前記吸気管への前記排気ガスの流路を開閉するバルブを備え、
前記空気供給部は、前記経路部における、前記加熱部と前記バルブとの間に前記空気を供給し、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記加熱部は、前記吸気管に再循環させる排気ガスと熱交換する熱交換媒体を有し、
前記熱交換媒体は、前記空気供給部により供給される空気よりも高温である、
請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量情報を取得し、取得した前記吸着量情報に基づいて前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を制御するか否かを決定する吸着量制御部を備える、
請求項１〜３の何れか１項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、排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関における排気系に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を還元するＮＯｘ選択還元触媒が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＮＯｘ選択還元触媒は、排気管内に供給された前駆体（例えば、尿素水）から発生した還元剤（例えば、アンモニア）を吸着し、吸着したアンモニアにより排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する。
【０００３】
ＮＯｘ選択還元触媒において、ＮＯｘを良好に還元するためには、ＮＯｘ選択還元触媒全体に亘って十分な量のアンモニアが吸着している必要がある。しかしながら、内燃機関の始動時において、排気管内の温度が上がりきっていない場合、尿素水を排気管内に供給してもアンモニアが生成されないため、ＮＯｘ選択還元触媒に十分な量のアンモニアを吸着させることができない。
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、車両のイグニッションスイッチがオフになった際にＮＯｘ選択還元触媒におけるアンモニアが所定量未満の場合、アイドリング運転を行い、ＮＯｘ選択還元触媒に十分な量のアンモニアを吸着させる。これにより、内燃機関始動時にＮＯｘ選択還元触媒において良好にＮＯｘを還元することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３７５４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、イグニッションスイッチがオフになった後において、内燃機関を動作させる必要があるため、燃費および安全性の観点から好ましくなかった。
【０００７】
本発明の目的は、燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことが可能な排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る排気浄化装置は、
内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、
前記内燃機関が停止したタイミング以降で、前駆体を前記排気管内に噴射する前駆体噴射部と、
前記前駆体噴射部により噴射された前記前駆体から生成された還元剤を吸着することにより、前記排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、
外気を前記内燃機関に吸気する吸気管と、前記排気管とを接続する経路部と、
前記内燃機関が停止したタイミング以降で、前記経路部に空気を供給することにより、前記排気管に当該空気を供給する空気供給部と、
前記経路部に設けられ、前記空気供給部により供給された空気を加熱する加熱部と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の排気系を示す概略構成図である。
【図２】吸着量制御装置を示す図である。
【図３】吸着量制御装置における吸着量制御の動作例の一例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】
【００１１】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置１００が適用された内燃機関１の排気系を示す概略構成図である。
【００１２】
図１に示すように、内燃機関１は、車両Ｖに搭載される、例えばディーゼルエンジンであり、内燃機関１で生じた排気ガスを大気中に導くための排気浄化装置１００が設けられている。
【００１３】
排気浄化装置１００は、吸気管１１０と、排気管１２０と、尿素水噴射部１３０と、再循環経路部１４０と、熱交換部１５０と、空気供給部１６０と、吸着量制御装置３００とを備えている。
【００１４】
吸気管１１０には、吸気バルブ１１１が設けられており、吸着量制御装置３００の制御の下、吸気バルブ１１１が開かれることにより、吸気管１１０は、内燃機関１に外気を吸気する。
【００１５】
排気管１２０は、内燃機関１から生じた排気ガスが流れる。排気管１２０には、排気ガスが流れる方向（図示左から右へ向かう方向）の上流側（以下、単に「上流側」という。）から順に、ＤＰＦ（ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）２２０、ＮＯｘ選択還元触媒２３０等が設けられている。
【００１６】
尿素水噴射部１３０は、排気管１２０におけるＮＯｘ選択還元触媒２３０よりも上流側に配置されている。尿素水噴射部１３０は、本発明の「前駆体噴射部」に対応する。
【００１７】
尿素水噴射部１３０により、前駆体の一例としての尿素水が排気管１２０内に供給されると、排気管１２０内の温度により尿素水が加水分解されて、還元剤の一例としてのアンモニアが生成される。そして、アンモニアがＮＯｘ選択還元触媒２３０に吸着する。
【００１８】
再循環経路部１４０は、排気管１２０から分岐して排気管１２０内の排気ガスを吸気管１１０に向けて再循環させる経路であり、吸気管１１０と排気管１２０とに接続されている。再循環経路部１４０は、本発明の「経路部」に対応する。
【００１９】
熱交換部１５０は、再循環経路部１４０に設けられており、吸気管１１０に再循環させる排気ガスと熱交換する熱交換媒体を有する。熱交換媒体は、例えば水等であり、排気ガスよりも低温である。熱交換部１５０は、本発明の「加熱部」に対応する。
【００２０】
また、再循環経路部１４０には、再循環経路部１４０における吸気管１１０への排気ガスの流路を開閉する再循環バルブ１４１が設けられている。再循環バルブ１４１は、本発明の「バルブ」に対応する。吸着量制御装置３００の制御の下、再循環バルブ１４１が開かれると、熱交換媒体と排気ガスとが熱交換することにより冷却された排気ガスが吸気管１１０に戻される。
【００２１】
空気供給部１６０は、吸気管１１０、排気管１２０および再循環経路部１４０の外側に設けられており、供給経路部１６１を介して再循環経路部１４０に接続されている。
【００２２】
供給経路部１６１には、供給バルブ１６２が設けられており、吸着量制御装置３００の制御の下、供給バルブ１６２が開かれると、空気供給部１６０は再循環経路部１４０内に空気を供給する。
【００２３】
ところで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０において、排気ガスに含まれるＮＯｘを良好に還元するためには、ＮＯｘ選択還元触媒２３０全体に亘って十分な量のアンモニアが吸着している必要がある。
【００２４】
しかしながら、内燃機関１の始動時において、排気管１２０内の温度が上がりきっていない場合、尿素水を排気管１２０内に供給してもアンモニアが生成されないため、ＮＯｘ選択還元触媒２３０に十分な量のアンモニアを吸着させることができない。
【００２５】
そこで、本実施の形態では、吸着量制御装置３００により、空気供給部１６０から空気を再循環経路部１４０に供給することにより、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量を制御する。
【００２６】
これにより、内燃機関１の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒２３０に十分な量のアンモニアを吸着させることができる。以下、吸着量制御装置３００の詳細について説明する。吸着量制御装置３００は、本発明の「吸着量制御部」に対応する。
【００２７】
図２に示すように、吸着量制御装置３００は、動作状態取得部３１０と、吸着量取得部３２０と、制御部３３０とを有する。
【００２８】
動作状態取得部３１０は、内燃機関１を動作させるイグニッションスイッチの動作状態の情報を取得する。動作状態取得部３１０は、内燃機関１が動作していることを示すオン状態と、内燃機関１が停止していることを示すオフ状態との２種類の動作状態の情報を取得する。
【００２９】
吸着量取得部３２０は、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量情報を取得する。アンモニアの吸着量は、例えば、排気管１２０内の排気ガスの量、尿素水噴射部１３０からの尿素水の噴射量や、排気管１２０内の温度等のパラメータから算出される。吸着量取得部３２０は、算出されたアンモニアの吸着量の情報を取得しても良いし、上記パラメータを取得してアンモニアの吸着量を算出しても良い。
【００３０】
制御部３３０は、内燃機関１が停止したタイミング以降で、排気管１２０内に空気を供給するように空気供給部１６０を制御する。具体的には、制御部３３０は、吸気バルブ１１１および再循環バルブ１４１を閉じるとともに、供給バルブ１６２を開く制御を行う。そして、制御部３３０は、排気管１２０内に尿素水を噴射するように尿素噴射部１３０を制御する。
【００３１】
このように制御することで、空気供給部１６０から再循環経路部１４０内に供給された空気が吸気管１１０側に流れずに、熱交換部１５０を介して排気管１２０側に供給される。当該空気は熱交換部１５０の熱交換媒体と熱交換される。
【００３２】
空気供給部１６０から再循環経路部１４０内に供給される空気は常温である。熱交換媒体は、熱交換媒体は、常温の空気と比べると、高温であるので、空気供給部１６０から供給された空気は、熱交換媒体と熱交換することによって加熱される。当該空気は排気管１２０内に供給された後、ＤＰＦ２２０を通過することでさらに加熱される。
【００３３】
このようにして、排気管１２０内に加熱された空気が供給されることにより、当該空気と尿素水が混合して、結果としてアンモニアが生成される。そして、当該空気とともにアンモニアがＮＯｘ選択還元触媒２３０に移動して吸着する。つまり、制御部３３０は、上記制御を行うことにより、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量を制御する。
【００３４】
これにより、次に内燃機関１が始動する際に、ＮＯｘ選択還元触媒２３０にアンモニアの吸着量が不足している事態が発生することを低減することができる。
【００３５】
また、内燃機関１が停止したタイミングは、動作状態取得部３１０が取得した動作状態の情報を制御部３３０が取得することにより決定される。例えば、制御部３３０は、内燃機関１の動作状態がオン状態からオフ状態に切り替わったか否かについて判定し、内燃機関１の動作状態がオフ状態に切り替わった時点を内燃機関１が停止したタイミングと判断する。
【００３６】
また、制御部３３０は、内燃機関１が停止したと判断した場合、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量情報を、吸着量取得部３２０から取得する。制御部３３０は、取得したアンモニアの吸着量情報に基づいてＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量を制御するか否かについて決定する。
【００３７】
例えば、制御部３３０は、アンモニアの吸着量が所定量未満である場合、アンモニアの吸着量を制御すると決定する。所定量は、内燃機関１の始動時から排気管１２０内の温度が十分に上がりきるまでの間にＮＯｘの還元処理を行うことができる程度の量に設定されると良い。
【００３８】
このようにすることで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量が足りない場合のみ、アンモニアの吸着量を制御するため、無駄に尿素水や空気を排気管１２０内に供給する制御を行うことを抑制することができる。
【００３９】
次に、吸着量制御装置３００における吸着量制御の動作例について説明する。図３は、吸着量制御装置３００における吸着量制御の動作例の一例を示すフローチャートである。図３における処理は、例えば車両Ｖの内燃機関１の動作中において実行される。
【００４０】
図３に示すように、制御部３３０は、動作状態がオフ状態に切り替わったか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。判定の結果、動作状態がオフ状態に切り替わっていない場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、本制御は終了する。具体的には、車両Ｖの内燃機関１の動作状態が継続される。
【００４１】
一方、動作状態がオフ状態に切り替わった場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、制御部３３０は、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量が所定量未満であるか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。
【００４２】
判定の結果、アンモニアの吸着量が所定量以上である場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、本制御は終了する。一方、アンモニアの吸着量が所定量未満である場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、制御部３３０は排気管１２０内に空気を供給するように空気供給部１６０を制御する（ステップＳ１０３）。
【００４３】
次に、制御部３３０は、排気管１２０内に尿素水を噴射するように尿素水噴射部１３０を制御する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の後、本制御は終了する。なお、ステップＳ１０４の後、ステップＳ１０２に戻るように制御しても良い。このようにすることで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０のアンモニアの吸着量を可能な限り増やすことができる。
【００４４】
以上のように構成された本実施の形態によれば、内燃機関１が停止したタイミング以降で、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量が制御される。これにより、次に内燃機関１が始動する際に、ＮＯｘ選択還元触媒２３０にアンモニアの吸着量が不足している事態が発生することを低減することができる。そのため、内燃機関１始動の際、排気管１２０内の温度が上がりきっていない場合においても、ＮＯｘ浄化処理を効果的に行うことができる。
【００４５】
ところで、特許文献１に記載の技術では、イグニッションスイッチがオフ状態になった後、内燃機関１を動作させることにより、ＮＯｘ選択還元触媒２３０にアンモニアを吸着させる。しかし、この技術では、イグニッションスイッチがオフ状態になった後も、内燃機関１を動作させ続けるため、低燃費の観点から好ましくなく、また、車両Ｖの乗員が違和感を覚えるおそれがある。
【００４６】
本実施の形態では、イグニッションスイッチがオフ状態になった後、内燃機関１を動作させることがないので、特許文献１に記載の技術に対して、低燃費の観点から有利となる。つまり、本実施の形態では、燃費を向上させつつ、内燃機関１の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒２３０にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことができる。
【００４７】
また、イグニッションスイッチをオフ状態にした後に内燃機関１が動作しないため、車両Ｖの乗員が違和感を覚えることを防止することができる。
【００４８】
また、熱交換部１５０を利用して空気供給部１６０から供給される空気を加熱するので、当該空気と尿素水とを効率よく混合させることができる。また、ＤＰＦ２２０の熱を利用することにより、供給される空気をより効果的に加熱することができる。
【００４９】
また、空気供給部１６０から再循環経路部１４０に空気が供給される際、吸気バルブ１１１および再循環バルブ１４１が閉じられるので、当該空気が吸気管１１０側に流れることを抑制することができるとともに、吸気管１１０側から排気管１２０に他の空気が流れ込むことを抑制することができる。そのため、熱交換部１５０により加熱された空気のみを排気管１２０に供給することができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、加熱部として熱交換部１５０を例示したが、本発明はこれに限定されず、空気供給部１６０により供給される空気を加熱可能なものであれば良い。
【００５１】
また、上記実施の形態における排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジンを搭載した車両Ｖに搭載されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガソリンエンジンを搭載した車両に搭載されていても良い。
【００５２】
その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本開示の排気浄化装置は、燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことが可能な排気浄化装置として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１  内燃機関
１００  排気浄化装置
１１０  吸気管
１１１  吸気バルブ
１２０  排気管
１３０  尿素水噴射部
１４０  再循環経路部
１４１  再循環バルブ
１５０  熱交換部
１６０  空気供給部
１６１  供給経路部
１６２  供給バルブ
２２０  ＤＰＦ
２３０  ＮＯｘ選択還元触媒
３００  吸着量制御装置
３１０  動作状態取得部
３２０  吸着量取得部
３３０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018178936.tif 000005