(57)【要約】【課題】強制再生の頻度を低下して、燃費を向上することができる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】エンジン１０の排気通路１５に、配管用噴射弁２１、酸化触媒装置２２、及び捕集フィルタ２３が配置されている排気ガス浄化システム２０において、酸化触媒装置２２が昇温部２２ａと生成部２２ｂとを有していて、排気ガスＧ１の流れに関して酸化触媒装置２２よりも上流側に、排気ガスＧ１の流れを複数に分岐する分岐部４０を備えて、この分岐部４０により、燃料が添加された排気ガスＧ２を昇温部２２ａに導くと共に、燃料が添加されていない排気ガスＧ３を生成部２２ｂに導く構成にした。【選択図】図２
2018096211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向って順に、排気ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、排気ガスに含まれる燃料及び窒素酸化物を酸化する酸化触媒装置と、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集フィルタとが配置されている排気ガス浄化システムにおいて、
前記酸化触媒装置が昇温部と生成部とを有していて、
排気ガスの流れに関して前記酸化触媒装置よりも上流側で排気ガスの流れを複数に分岐する分岐部を備えて、この分岐部により、前記燃料添加装置から燃料が添加された排気ガスを前記昇温部に導くと共に、前記燃料添加装置から燃料が添加されていない排気ガスを前記生成部に導く構成にしたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記分岐部が前記排気通路の内部を複数に仕切る仕切り部材で構成されていて、この仕切り部材により仕切られて分岐した一方の流路に前記燃料添加装置及び前記昇温部が配置されていて、他方の流路に前記生成部が配置されている請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記分岐部が前記排気通路を複数の通路に分岐する分岐管で構成されていて、この分岐管により分岐した一方の通路に前記燃料添加装置及び前記昇温部が配置されていて、他方の通路に前記生成部が配置されている請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記捕集フィルタにおける排気ガス温度を取得する温度取得装置と、この温度取得装置及び前記燃料添加装置に接続された制御装置と、を備えて、
前記捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生を行う場合は、前記温度取得装置が取得した前記排気ガス温度が前記捕集フィルタで捕集された粒子状物質を二酸化窒素により分解除去する連続再生に適した温度帯の下限値を下回るときに、前記制御装置により、前記フィルタ再生の開始から終了まで、前記燃料添加装置に燃料を噴射させて、取得した前記排気ガス温度を前記連続再生に適した温度帯に維持する構成にした請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向って順に、排気ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、排気ガスに含まれる燃料及び窒素酸化物を酸化する酸化触媒装置と、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集フィルタとが配置されていて、前記酸化触媒装置が昇温部と生成部とを有している排気ガス浄化システムの制御方法において、
前記捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生を行う場合は、前記捕集フィルタにおける排気ガス温度を取得し、
取得したその排気ガス温度が前記捕集フィルタで捕集された粒子状物質を二酸化窒素により酸化分解する連続再生に適した温度帯の下限値を下回るときに、
排気ガスの流れに関して前記酸化触媒装置よりも上流側で、排気ガスの流れを複数に分岐して、前記燃料添加装置から燃料が添加された排気ガスを前記昇温部に導くと共に、前記燃料添加装置から燃料が添加されていない排気ガスを前記生成部に導いて、取得した前記排気ガス温度を、前記連続再生に適した温度帯に維持することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化システム及びその制御方法に関し、より詳細には、燃費を向上する排気ガス浄化システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
捕集された粒子状物質を除去して捕集フィルタを再生する方法としては、一般的に、強制再生が知られている。強制再生においては、酸化触媒装置に燃料を噴射供給して酸化させて、その酸化により生じた酸化反応熱を利用することで排気ガス温度を昇温し、捕集フィルタに捕集された粒子状物質を焼却除去している。
【０００３】
これに関して、酸化触媒装置を複数にした排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１、２を参照）。しかし、このような排気ガス浄化システムにおける強制再生は、捕集フィルタを再生可能な反面、排気ガスを５００度以上の高温に昇温する必要がある。それ故、強制再生の頻度が多くなると、捕集フィルタの再生に要する燃料消費量が多大になり、燃費が悪化するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６６１４２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２７１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去する方法としては、上述した強制再生の他に、連続再生が知られている。連続再生においては、酸化触媒装置で酸化生成される二酸化窒素の酸化分解能力を利用することで、捕集フィルタに捕集された粒子状物質を分解除去している。
【０００６】
連続再生における粒子状物質の酸化除去率は、捕集フィルタにおける排気ガス温度と二酸化窒素の濃度とに依存する。排気ガス温度が高い程、二酸化窒素と粒子状物質との酸化反応が促進される一方で、二酸化窒素は高い温度下では一酸化窒素に戻ってしまう。それ故、連続再生を効果的に実施するには、捕集フィルタにおける排気ガス温度を連続再生に適した温度（例えば、２５０度〜５００度）に維持しながら、酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量を増やす必要がある。
【０００７】
しかし、高濃度の燃料が共存する環境下では、酸化触媒装置における二酸化窒素の生成が阻害されるという問題がある。つまり、効果的な連続再生を目的とした排気ガス温度維持と二酸化窒素の高濃度化とは相反するものであり、それらの両立は困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、強制再生の頻度を低下して、燃費を向上することができる排気ガス浄化システム及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムは、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向って順に、排気ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、排気ガスに含まれる燃料及び窒素酸化物を酸化する酸化触媒装置と、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集フィルタとが配置さ
れている排気ガス浄化システムにおいて、前記酸化触媒装置が昇温部と生成部とを有していて、前記排気通路に排気ガスの流れに関して前記酸化触媒装置よりも上流側に、排気ガスの流れを複数に分岐する分岐部を備えて、この分岐部により、前記燃料添加装置から燃料が添加された排気ガスを前記昇温部に導くと共に、前記燃料添加装置から燃料が添加されていない排気ガスを前記生成部に導く構成にしたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記の目的を達成する本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、排気ガスの流れに関して上流側から下流側に向って順に、排気ガスに燃料を添加する燃料添加装置と、排気ガスに含まれる燃料及び窒素酸化物を酸化する酸化触媒装置と、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する捕集フィルタとが配置されていて、前記酸化触媒装置が昇温部と生成部とを有している排気ガス浄化システムの制御方法において、前記捕集フィルタにより捕集された粒子状物質を除去するフィルタ再生を行う場合は、前記捕集フィルタにおける排気ガス温度を取得し、取得したその排気ガス温度が前記捕集フィルタで捕集された粒子状物質を二酸化窒素により酸化分解する連続再生に適した温度帯の下限値を下回るときに、排気ガスの流れに関して前記酸化触媒装置よりも上流側で、排気ガスの流れを複数に分岐して、前記燃料添加装置から燃料が添加された排気ガスを前記昇温部に導くと共に、前記燃料添加装置から燃料が添加されていない排気ガスを前記生成部に導いて、取得した前記排気ガス温度を、前記連続再生に適した温度帯に維持することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、酸化触媒装置よりも上流側で排気ガスの流れを分岐して、燃料添加装置から燃料が添加された排気ガスを昇温部に導くと共に、燃料添加装置から燃料が添加されていない排気ガスを生成部に導くことで、酸化触媒装置に高濃度の燃料が共存する環境と、燃料が共存しない環境とを同時に作り出している。それ故、高濃度の燃料が共存する環境下の昇温部では、酸化触媒装置での燃料の酸化により生じた酸化反応熱を利用して排気ガスの温度を上昇することができる。また、酸化触媒装置に高濃度の燃料が共存しない環境下の生成部では、二酸化窒素の生成量を増加して排気ガスに含有される二酸化窒素を高濃度にできる。
【００１２】
これにより、排気ガス温度を連続再生に適した温度に維持すると共に二酸化窒素濃度を濃くすることで、連続再生による粒子状物質の酸化除去率の向上には有利になり、強制再生の代わりに連続再生を用いることが可能になる。これに伴って、強制再生の頻度を低下して、捕集フィルタの再生に要する燃料消費量を削減することができ、燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の排気ガス浄化システムの第一実施形態を搭載したエンジンを例示する構成図である。
【図２】図１の分岐部、燃料添加装置、酸化触媒装置、及び捕集フィルタを例示する斜視図である。
【図３】図１の排気ガス浄化システムの制御方法を例示するフロー図である。
【図４】図１の捕集フィルタにおける粒子状物質の分解速度に対する排気ガス温度及び二酸化窒素の濃度の関係を例示する関係図である。
【図５】図１の酸化触媒装置における二酸化窒素の生成率に対する排気ガス温度及び燃料の濃度の関係を例示する関係図である。
【図６】本発明の排気ガス浄化システムの第二実施形態を例示する斜視図である。
【図７】本発明の排気ガス浄化システムの第三実施形態を例示する構成図である。
【図８】本発明の排気ガス浄化システムの第四実施形態を例示する構成図である。
【図９】本発明の排気ガス浄化システムの第五実施形態を例示する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の排気ガス浄化システム及びその制御方法の実施形態について説明する。
【００１５】
図１に例示するように、第一実施形態の排気ガス浄化システム２０は、エンジン１０に設けられており、排気ガスＧ１を浄化するシステムである。
【００１６】
エンジン１０は、複数の直列に配置された気筒１１と気筒用噴射弁１２とを有したエンジン本体１３と、燃料の燃焼により生じた排気ガスＧ１がエキゾーストマニホールド１４を経由して排出される排気通路１５と、排気ガス浄化システム２０とを備えている。
【００１７】
排気ガス浄化システム２０は、排気通路１５に、排気ガスＧ１の流れに関して上流側から下流側に向って順に配置された、配管用噴射弁２１、酸化触媒装置２２、捕集フィルタ２３、還元剤噴射弁２４、選択的還元触媒装置２５、及びアンモニア用触媒装置２６を有している。
【００１８】
配管用噴射弁２１は、エキゾーストマニホールド１４と酸化触媒装置２２との間に介在する排気通路１５の中途位置に、噴射口が排気ガスＧ１の流方向に向けられて挿入されている。配管用噴射弁２１は、燃料タンク２７ａ、燃料ポンプ２７ｂからなる燃料供給システムから、気筒用噴射弁１２から気筒１１に噴射される燃料と同一の燃料が供給されて、排気ガスＧ１に供給されたその燃料を添加する燃料添加装置として機能している。
【００１９】
酸化触媒装置２２は、円柱状の多孔質構造体であり、セラミックスで構成された多孔質の隔壁により区画されて、排気ガスＧ１が流入する入口から流出する出口まで貫通して排気ガスＧ１の流路となる複数の通気孔（セル）が形成されている。酸化触媒装置２２は、その多孔質の隔壁に排気ガスＧ１に含有する炭化水素、一酸化炭素、及び一酸化窒素を酸化する酸化触媒を担持している。酸化触媒としては、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）などの貴金属が例示される。
【００２０】
捕集フィルタ２３は、円柱状の多孔質構造体であり、酸化触媒装置２２と同様にセラミックスで構成された多孔質の隔壁により複数の通気孔が形成されている。捕集フィルタ２３は、酸化触媒装置２２とは異なり、その通気孔が、目封じ部材により入口又は出口のどちらか一方が塞がれており、捕集フィルタ２３の入口及び出口では、隣り合う通気孔が交互に塞がれている。
【００２１】
還元剤噴射弁２４は、捕集フィルタ２３と選択的還元触媒装置２５との間に介在する排気通路１５の中途位置に、噴射口が排気ガスＧ１の流方向に向けられて挿入されている。還元剤噴射弁２４は、尿素水タンク２８ａ、尿素水ポンプ２８ｂからなる尿素水供給システムから尿素水が供給されて、排気ガスＧ１に還元剤として尿素水を添加している。尿素水供給システムは、エンジン本体１３を冷却した後の冷却水が流れる冷却水配管２９が設けられていて、その冷却水により尿素水タンク２８ａ、及び尿素水が流れる配管などを温める構成になっている。
【００２２】
選択的還元触媒装置２５は、円柱状の多孔質構造体であり、酸化触媒装置２２と同様にセラミックスで構成された多孔質の隔壁により複数の通気孔が形成されている。選択的還元触媒装置２５は、酸化触媒装置２２とは異なり、その多孔質の隔壁に排気ガスＧ１に含有する窒素酸化物を還元する選択的還元触媒を担持している。選択的還元触媒としては、バナジウムやゼオライトなどが例示される。
【００２３】
アンモニア用触媒装置２６は、選択的還元触媒装置２５を通過後の排気ガスＧ１に含まれるアンモニアを除去する装置であり、アンモニアを酸化分解する機能、あるいはアンモニアを吸着する機能を有している。
【００２４】
排気ガス浄化システム２０においては、排気ガスＧ１が各装置を通過することで排気ガスＧ１に含まれる浄化対象成分が浄化される。具体的に、酸化触媒装置２２により、排気ガスＧ１に含まれる炭化水素、炭素酸化物、及び窒素酸化物が酸化される。次いで、捕集フィルタ２３により、排気ガスＧ１に含まれる粒子状物質が捕集される。次いで、選択的還元触媒装置２５により、還元剤噴射弁２４から噴射された尿素水の加水分解により生じたアンモニアによる還元反応によって、排気ガスＧ１に含まれる窒素酸化物が還元される。次いで、アンモニア用触媒装置２６により、排気ガスＧ１に含まれるアンモニアが除去される。
【００２５】
排気ガス浄化システム２０では、捕集フィルタ２３に捕集された粒子状物質を定期的に除去する必要がある。捕集された粒子状物質を除去する方法としては、強制再生と連続再生が例示できる。
【００２６】
強制再生においては、捕集フィルタ２３における排気ガス温度Ｔｘを、強制再生に適した温度Ｔａ（以下、強制再生温度Ｔａという）以上に昇温して、捕集フィルタ２３に捕集された粒子状物質を酸素により燃焼除去している。強制再生温度Ｔａとしては、例えば、５００度以上の高い温度が例示できる。この実施形態では、排気ガス温度Ｔｘが強制再生温度Ｔａを下回る場合に、配管用噴射弁２１から燃料を噴射して、酸化触媒装置２２で炭化水素を酸化して、その酸化により生じた酸化反応熱を利用することで排気ガスＧ１の温度を昇温している。
【００２７】
連続再生においては、酸化触媒装置２２で酸化生成される二酸化窒素の酸化分解能力を利用することで、捕集フィルタ２３に捕集された粒子状物質を分解除去している。連続再生は、排気ガス温度Ｔｘを連続再生に適した温度帯（Ｔｄ〜Ｔｕ）に維持すると共に、酸化触媒装置２２における二酸化窒素の生成量を増加して、排気ガスＧ１に含まれる二酸化窒素の濃度を高濃度にする必要がある。
【００２８】
連続再生に適した温度帯（Ｔｄ〜Ｔｕ）は、下限値Ｔｄから上限値Ｔｕまでの範囲である。下限値Ｔｄは、酸化触媒装置２２が活性化すると共に二酸化窒素及び粒子状物質が酸化反応可能な値に設定されている。上限値Ｔｕは、強制再生温度Ｔａ以下の温度で、二酸化窒素が安定的に存在可能な温度に設定されている。温度帯としては、下限値Ｔｄが２５０度、上限値が５００度に設定されることが好ましく、下限値Ｔｄが３００度、上限値Ｔｕが４００度に設定されることがより好ましい。
【００２９】
なお、強制再生及び連続再生は、エンジン１０の運転状態により自然発生的に生じる場合がある。例えば、エンジン１０が高回転、高負荷の場合に排気ガス温度Ｔｘが強制再生温度Ｔａに達した場合には強制再生が自然発生的に生じる。また、エンジン１０が高回転、高負荷の場合に、排気ガス温度Ｔｘが連続再生に適した温度帯（Ｔｄ〜Ｔｕ）になり、排気ガスＧ１に二酸化窒素が含まれる環境下であれば連続再生が生じる場合もある。この実施形態において、強制再生及び連続再生とは、制御装置３０により、意図的に配管用噴射弁２１から燃料を噴射することで生じる場合を示している。
【００３０】
燃料の噴射による強制再生の頻度が多くなると、燃費が悪化するおそれがある。そこで、この実施形態の排気ガス浄化システム２０は、意図的に連続再生が生じる環境を作り出すことで、この強制再生を行う頻度を低下させている。
【００３１】
具体的に、排気ガス浄化システム２０は、酸化触媒装置２２が昇温部２２ａと生成部２２ｂとを有していて、酸化触媒装置２２よりも上流側に分岐部４０を備えている。そして、排気ガス浄化システム２０は、分岐部４０により、排気ガスＧ１の流れを分岐して、燃料が添加された排気ガスを昇温部２２ａに導くと共に、燃料が添加されていない排気ガスを生成部２２ｂに導くように構成されている。
【００３２】
また、排気ガス浄化システム２０は、制御装置３０と各種センサとを備えて、捕集フィルタ２３を再生する場合は、制御装置３０により、配管用噴射弁２１に噴射を行わせて、排気ガス温度Ｔｘを連続再生に適した温度帯（Ｔｄ〜Ｔｕ）に維持するように構成されている。
【００３３】
図２に例示するように、昇温部２２ａ及び生成部２２ｂは、一つの円柱状の酸化触媒装置２２がｘｚ平面で分割されて、半円柱状に形成されていて、排気ガスＧ１の流方向であるｘ方向に交差するｙ方向に並列して配置されている。
【００３４】
分岐部４０は、排気ガスＧ１の流れに関して酸化触媒装置２２よりも上流側に配置されていて、排気ガスＧ１の流れを排気ガスＧ２、Ｇ３の二つに分岐する仕切り部材で構成されている。この実施形態で、分岐部４０は、酸化触媒装置２２の入口端面に対して垂直な板で構成されている。分岐部４０は、入口端面から排気ガスＧ１の流れに関して下流側から上流側に向って立設されていて、酸化触媒装置２２の上流側の排気通路１５の内部を左右二つに仕切っている。
【００３５】
分岐部４０により排気通路１５の内部が仕切られると、排気通路１５を流れる排気ガスＧ１が分岐部４０の先端部分から酸化触媒装置２２の出口までの間で排気ガスＧ２、Ｇ３の二つに分岐する。分岐した一方の排気ガスＧ２の流路には、配管用噴射弁２１と昇温部２２ａとが配置されていて、他方の排気ガスＧ３の流路には、生成部２２ｂが配置されている。
【００３６】
なお、配管用噴射弁２１は、排気通路１５における分岐部４０により仕切られて分岐した一方の流路を通過する排気ガスＧ２に燃料を添加するように配置されていればよく、排気ガスＧ２の流路よりも上流に配置されてもよい。配管用噴射弁２１が排気ガスＧ２の流路の上流に配置される場合は、配管用噴射弁２１から噴射された燃料が排気ガスＧ３の流路に混入しないように、噴射口を排気ガスＧ２の流路に向けることが好ましい。
【００３７】
また、酸化触媒装置２２に流入した排気ガスＧ２、Ｇ３の大部分は、通気孔に沿って流れるが、酸化触媒装置２２の内部の境界部分で、排気ガスＧ２、Ｇ３が混合する場合もある。
【００３８】
制御装置３０は、配管用噴射弁２１、還元剤噴射弁２４、第一温度センサ３１、差圧センサ３２、第二温度センサ３３、ＮＯｘセンサ３４、及び第三温度センサ３５に接続されている。制御装置３０は、各種センサが取得した値に基づいて、配管用噴射弁２１の燃料の噴射と、還元剤噴射弁２４の尿素水の噴射とを調節する機能を有している。具体的に、制御装置３０は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。
【００３９】
第一温度センサ３１は、捕集フィルタ２３における排気ガス温度Ｔｘを取得する温度取得装置として機能しており、捕集フィルタ２３の入口と出口とのそれぞれに配置された温度センサから構成されている。第一温度センサ３１は、捕集フィルタ２３の入口を通過する排気ガスＧ１の温度と出口を通過する排気ガスＧ１の温度とを取得し、取得した温度の
平均値を排気ガス温度Ｔｘとして出力している。なお、温度取得装置としては、捕集フィルタ２３の入口を通過する排気ガスＧ１の温度のみを取得するセンサでもよく、捕集フィルタ２３の出口を通過する排気ガスＧ１の温度のみを取得するセンサでもよい。また、排気ガス温度Ｔｘを直接的に取得するセンサの代わりに、エンジン１０の回転速度及び気筒用噴射弁１２から噴射されて気筒１１の内部で燃焼する燃料の量や、酸化触媒装置２２における酸化反応などに基づいて排気ガス温度Ｔｘをモデリングして予測する装置を用いてもよい。
【００４０】
差圧センサ３２は、捕集フィルタ２３への粒子状物質の堆積量を推定可能な値を取得する装置として機能しており、具体的に、捕集フィルタ２３の前後の差圧を取得している。
【００４１】
第二温度センサ３３は、選択的還元触媒装置２５における浄化状態を推定可能な値を取得する装置として機能しており、具体的に、選択的還元触媒装置２５における排気ガス温度を取得している。
【００４２】
ＮＯｘセンサ３４は、選択的還元触媒装置２５を通過後の排気ガスＧ１に含まれる窒素酸化物の濃度を取得する装置として機能している。制御装置３０は、ＮＯｘセンサ３４が取得した値に基づいて、還元剤噴射弁２４から噴射される尿素水の噴射量を調節している。
【００４３】
第三温度センサ３５は、選択的還元触媒装置２５における浄化状態を推定可能な値を取得する装置として機能しており、具体的に、尿素水供給システムにおける尿素水温度を取得している。
【００４４】
次に、排気ガス浄化システム２０の制御方法について説明する。この制御方法は、制御装置３０や各種センサが起動してから停止するまでの間に、所定の周期ごとに行われている。
【００４５】
制御装置３０は各種センサを介してパラメータを取得する（Ｓ１１０）。パラメータは、捕集フィルタ２３の再生判断に要するパラメータである。この実施形態で、パラメータは、各種センサで取得した排気ガス温度Ｔｘ、捕集フィルタ２３への粒子状物質の堆積量を推定可能な値、選択的還元触媒装置２５における浄化状態を推定可能な値である。具体的に、堆積量を推定可能な値は、差圧センサ３２が取得した捕集フィルタ２３の前後の差圧である。浄化状態を推定可能な値は、第二温度センサ３３が取得した選択的還元触媒装置２５における排気ガス温度や、第三温度センサ３５が取得した尿素水供給システムにおける尿素水温度などである。
【００４６】
次いで、制御装置３０は、排気ガス温度Ｔｘが連続再生に適した温度帯の下限値Ｔｄを下回っているか否かを判定する（Ｓ１２０）。排気ガス温度Ｔｘが下限値Ｔｄ以上の場合は、自然発生的な連続再生、あるいは強制再生が生じている。そこで、配管用噴射弁２１から燃料を噴射していない状態で、排気ガス温度Ｔｘが下限値Ｔｄを下回っている場合は、配管用噴射弁２１から燃料を噴射する制御を行わずにスタートへ戻る。
【００４７】
次いで、制御装置３０は、条件Ａとして捕集フィルタ２３の再生が必要か否かを判定する（Ｓ１３０）。具体的に、このステップでは、差圧センサ３２が取得した捕集フィルタ２３の前後の差圧が第一閾値を上回るか否かを判定する。この第一閾値は、捕集フィルタ２３に粒子状物質が堆積することで増加する捕集フィルタ２３における圧損により、燃費が悪化することを判定可能な値に設定されている。
【００４８】
次いで、条件Ａが成立する（ＹＥＳ）と、制御装置３０は、条件Ｂとして捕集フィルタ
２３の再生において強制再生が必要化否かを判定する（Ｓ１４０）。具体的に、このステップでは、差圧センサ３２が取得した捕集フィルタ２３の前後の差圧が第二閾値を上回るか否かを判定する。この第二閾値は、第一閾値の状態よりも捕集フィルタ２３に粒子状物質が堆積したことを判定可能な値に設定されている。
【００４９】
条件Ａ、Ｂとしては、捕集フィルタ２３の再生が必要か否かを及び再生に強制再生が必要か否か、つまり、粒子状物質の堆積量を判定できればよく、差圧センサ３２の代わりに、例えば、排気ガスＧ１に含まれる粒子状物質を測定するＰＭセンサを用いてもよい。また、エンジン１０の回転速度や燃料噴射量などから粒子状物質の堆積量をモデリングしてもよい。
【００５０】
排気ガス温度Ｔｘが下限値Ｔｄを下回り（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、条件Ａが成立（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、条件Ｂが成立（Ｓ１４０：ＹＥＳ）の場合に、制御装置３０は、強制再生を行う（Ｓ１５０）。上述したとおり、強制再生においては、第一温度センサ３１の取得した排気ガス温度Ｔｘに基づいて、配管用噴射弁２１から噴射される燃料の噴射量を調節して、排気ガス温度Ｔｘを強制再生に適した温度（例えば、５００度以上）に昇温している。
【００５１】
一方、排気ガス温度Ｔｘが下限値Ｔｄを下回り（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、条件Ａが成立（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、条件Ｂが不成立（Ｓ１４０：ＮＯ）の場合に、制御装置３０は、連続再生を行う。上述したとおり、連続再生においては、第一温度センサ３１の取得した排気ガス温度Ｔｘに基づいて、配管用噴射弁２１から噴射される燃料の噴射量を調節して、排気ガス温度Ｔｘを連続再生に適した温度帯（Ｔｄ〜Ｔｕ）に昇温している。
【００５２】
次いで、制御装置３０は、条件Ｃとして捕集フィルタ２３の再生を終了するか否かを判定する（Ｓ１６０）。具体的に、このステップでは、捕集フィルタ２３の前後の差圧が第三閾値を上回るか否かを判定する。この第三閾値は、条件Ａにおける第一閾値よりも低い値に設定されていて、捕集フィルタ２３が再生されたことを判定可能な値に設定されている。
【００５３】
このようにして、捕集フィルタ２３が再生されるとスタートへ戻る。
【００５４】
以上のように、排気ガス浄化システム２０では、連続再生が開始されると、分岐部４０により、酸化触媒装置２２の上流側で排気ガスＧ１の流れを排気ガスＧ２、Ｇ３の二つに分岐して、配管用噴射弁２１から燃料が添加された排気ガスＧ２を昇温部２２ａに導くと共に、燃料が添加されていない排気ガスＧ３を生成部２２ｂに導いている。
【００５５】
つまり、酸化触媒装置２２に高濃度の燃料が共存する環境と、燃料が共存しない環境とを同時に作り出している。それ故、高濃度の燃料が共存する環境下の昇温部２２ａでは、燃料の酸化により生じた酸化反応熱を利用して排気ガスＧ２の温度を上昇することができる。また、高濃度の燃料が共存しない環境下の生成部２２ｂでは、二酸化窒素の生成量を増加して排気ガスＧ３に含有される二酸化窒素を高濃度にできる。
【００５６】
これにより、排気ガス温度Ｔｘを連続再生に適した温度帯（Ｔｄ〜Ｔｕ）に維持すると共に二酸化窒素濃度を濃くすることで、連続再生による粒子状物質の酸化除去率の向上には有利になり、強制再生の代わりに連続再生を用いることが可能になる。これに伴って、燃料の噴射による強制再生の頻度を低下して、捕集フィルタ２３の再生に要する燃料消費量を削減することができ、燃費を向上することができる。
【００５７】
図４に例示するように、排気ガス温度Ｔｘが高くなる程、粒子状物質の酸化分解速度が
速くなる。また、二酸化窒素の濃度が濃くなる程、粒子状物質の酸化分解速度が速くなる。つまり、連続再生により粒子状物質の除去を効果的に行うには、排気ガス温度Ｔｘを高く維持すると共に、二酸化窒素の濃度を濃くすることが必要になる。
【００５８】
図５に例示するように、酸化触媒装置２２に高濃度の燃料が共存する環境下では、高濃度の燃料が共存しない環境下に比して二酸化窒素の濃度が薄くなる。また、排気ガス温度Ｔｘが下限値Ｔｄを下回る場合は、酸化触媒装置２２が活性化していないため、二酸化窒素の濃度が薄くなる。加えて、排気ガス温度Ｔｘが上限値Ｔｕを上回る場合は、二酸化窒素が一酸化窒素に戻る反応が促進されるため、二酸化窒素の濃度が薄くなる。
【００５９】
このように、効果的な連続再生を目的とした排気ガス温度維持と二酸化窒素濃度の高濃度化とは相反するものである。これに関して、排気ガスＧ１の流れを排気ガスＧ２、Ｇ３の二つに分岐して、燃料が添加された排気ガスＧ２を昇温部２２ａに導くと共に、燃料が添加されていない排気ガスＧ３を生成部２２ｂに導くことで、排気ガス温度維持と二酸化窒素濃度の高濃度化とを両立することができる。
【００６０】
連続再生を行う場合は、エンジン本体１３から排出される排気ガスＧ１に含まれる窒素酸化物の排出量を増加する制御を行ってもよい。この排出量を増加する制御としては、インジェクタ１２から噴射される燃料の噴射量や噴射タイミングを変更して、気筒１１で高温状態、高酸素状態で燃焼するようにする制御が例示できる。
【００６１】
なお、排出量を増加する制御を行う場合は、捕集フィルタ２３で反応し切れなかった二酸化窒素に対して対処する必要がある。そこで、選択的還元触媒装置２５において窒素酸化物を還元可能な状態の場合に、連続再生を行うようにするとよい。選択的還元触媒装置２５で窒素酸化物を還元可能な状態とは、第二温度センサ３３が取得した選択的還元触媒装置２５における排気ガス温度が、還元剤噴射弁２４から噴射された尿素水がアンモニアに加水分解可能な温度に維持されている状態である。また、第三温度センサ３５が取得した尿素水温度が、尿素水が解凍する温度になった状態であり、還元剤噴射弁２４から尿素水が噴射可能な状態である。具体的に、第二温度センサ３３が取得した温度が閾値以上か否かを判定したり、還元剤噴射弁２４から尿素水を噴射可能か否かを判定したりする。この他に、選択的還元触媒装置２５における浄化状態が窒素酸化物を還元可能な状態か否かを判定できればよく、例えば、ＮＯｘセンサ３４で取得した窒素酸化物の濃度を用いたり、尿素水ポンプ２８ｂの周辺の配管の温度を用いたりしてもよい。このようにしたことで、捕集フィルタ２３で粒子状物質と反応せずに通過した二酸化窒素を、選択的還元触媒装置２５で還元して外部へ排出されることを防止することができる。また、選択的還元触媒装置２５において窒素酸化物を還元可能な状態か否かの判定を図３に示すフローに追加してもよい。
【００６２】
図６に例示するように、第二実施形態の排気ガス浄化システム２０は、第一実施形態に対して、分岐部４０の形状が異なっている。この実施形態で、分岐部４０は、筒状に形成されていて、その軸方向が排気ガスＧ１の流れる方向に向けられている。分岐部４０は、酸化触媒装置２２の上流側の排気通路１５の内部を内外二つに仕切っている。
【００６３】
分岐部４０の内側に形成された排気ガスＧ２の流路には、配管用噴射弁２１と昇温部２２ａとが配置されていて、分岐部４０の外側に形成された排気ガスＧ３の流路には、生成部２２ｂが配置されている。この実施形態で、昇温部２２ａは、円柱状に形成されていて、生成部２２ｂは、円環柱状に形成されている。
【００６４】
このように、分岐部４０は、排気通路１５の内部を仕切ることが可能に構成されていればよく、仕切部材の形状は限定されない。また、分岐部４０により分岐される排気ガスは
、少なくとも二つ以上であればよく、例えば、酸化触媒装置２２を左右上下四分割してもよい。
【００６５】
第二実施形態のように、昇温部２２ａが生成部２２ｂに覆われる構成にすると生成部２２ｂの温度の上昇には有利になる。また、酸化触媒装置２２を左右上下四分割して、排気ガスＧ２、Ｇ３を周方向に互い違いに通過させても、第二実施形態と同様に生成部２２ｂの温度の上昇には有利になる。
【００６６】
図７に例示するように、第三実施形態の排気ガス浄化システム２０は、既述した実施形態に対して、分岐部４０が異なっている。この実施形態で、分岐部４０は、排気通路１５を二つの通路に分岐する分岐管で構成されている。
【００６７】
酸化触媒装置２２は、第一部材と第二部材との二つの部材から構成されていて、第一部材が昇温部２２ａとして機能すると共に、第二部材が生成部２２ｂとして機能している。
【００６８】
第一部材及び第二部材は、円柱状の多孔質構造体であり、セラミックスで構成された多孔質の隔壁により区画されて、複数の通気孔（セル）が形成されていて、その多孔質の隔壁に酸化触媒を担持している。第一部材に担持されている酸化触媒は、炭化水素の酸化に適した触媒が好ましく、第二部材に担持されている酸化触媒は、窒素酸化物の酸化に適した触媒が好ましい。
【００６９】
分岐部４０は、酸化触媒装置２２よりも排気ガスＧ１の流れに関して上流側に配置されていて、排気通路１５を二つの通路に分岐する配管である。分岐部４０により排気通路１５が二つの通路に分岐した後に合流すると、排気ガスＧ１が分岐管２９ａで分岐してから合流管２９ｂで合流するまでの間で排気ガスＧ２、Ｇ３の二つに分岐する。分岐した一方の排気ガスＧ２の通路には、配管用噴射弁２１と昇温部２２ａとが配置されていて、他方の排気ガスＧ３の通路には、生成部２２ｂが配置されている。分岐部４０は、排気通路１５を複数の通路に分岐することが可能に構成されていればよく、分岐管の分岐数は限定されない。
【００７０】
分岐部４０を分岐管で構成した場合は、酸化触媒装置２２よりも排気ガスＧ１の流れに関して下流側に合流部４１が設けられている。合流部４１は、分岐部４０により分岐した通路を一つの排気通路１５に合流する配管である。
【００７１】
以上のように、分岐部４０を分岐管で構成して、酸化触媒装置２２を昇温部２２ａとして機能する第一部材と生成部２２ｂとして機能する第二部材との二つの部材に物理的に分けることで、より確実に高濃度の燃料が共存する環境と、燃料が共存しない環境とを同時に作り出すには有利になる。また、酸化触媒装置２２を機能で分けることで、昇温部２２ａに適した酸化触媒と生成部２２ｂに適した酸化触媒とを用いることが可能になり、より効果的に連続再生を行うことができる。
【００７２】
図８に例示するように、第四実施形態の排気ガス浄化システム２０は、第三実施形態に対して、配管用噴射弁２１が、分岐部４０により分岐した全ての通路に配置されている点が異なっている。
【００７３】
排気ガス浄化システム２０は、制御装置３０により、それぞれの配管用噴射弁２１に燃料が噴射される噴射期間と燃料の噴射が停止される停止期間とを繰り返す間欠噴射を行わせると共に、一方の配管用噴射弁２１に燃料を噴射させる場合は、他方の配管用噴射弁２１に燃料の噴射を停止させるように構成されている。
【００７４】
このように分岐部４０により分岐した流路のそれぞれに対して燃料添加装置として、配管用噴射弁２１を設けて、間欠噴射させることで、酸化触媒装置２２の昇温部２２ａと生成部２２ｂとを交互に入れ替えることができる。これにより、排気ガス温度Ｔｘを連続再生に適した温度帯に維持すると共に、生成部２２ｂが活性化する下限値Ｔｄ以上の温度に維持するには有利になる。
【００７５】
図９に例示するように、第五実施形態の排気ガス浄化システム２０は、第三実施形態に対して、燃料添加装置として配管用噴射弁２１の代わりに気筒用噴射弁１２を用いると共に、分岐部４０が異なっている。この実施形態で、分岐部４０は、二つのエキゾーストマニホールドと二つの通路から構成されている。
【００７６】
燃料添加装置として気筒用噴射弁１２を用いる場合は、気筒用噴射弁１２からポスト噴射により排気ガスＧ１に燃料を添加する。つまり、この実施形態では、気筒１１に燃料を噴射する気筒用噴射弁１２のうちの二つがポスト噴射を行うことで、燃料添加装置として機能し、残りの二つがポスト噴射を行わないように構成されている。
【００７７】
分岐部４０は、エキゾーストマニホールドが二つに分割されてなり、各ポートのうち、ポスト噴射により燃料が添加された排気ガスＧ２が通過する通路と、燃料が添加されていない排気ガスＧ３が通過する通路とに分岐する。
【００７８】
このように、燃料添加装置としては、排気ガスＧ１が酸化触媒装置２２まで到達するまでの間に燃料を添加できればよく、例えば、配管用噴射弁２１をエキゾーストマニホールド１４で昇温部２２ａの上流側の各ポートに設けてもよい。
【００７９】
既述した実施形態においては、排気ガス温度Ｔｘを上昇する際に、配管用噴射弁２１からの燃料の噴射に加えて、配管用噴射弁２１が噴射するタイミングで、気筒用噴射弁１２からアフター噴射を行うようにしてもよい。
【００８０】
また、エンジン１０が排気通路１５から図示しない吸気通路に排気ガスＧ１をＥＧＲガスとして還流するＥＧＲシステムを備えている場合は、連続再生を行うときに、ＥＧＲガスの還流する量を低減するとよい。これにより、酸化触媒装置２２における二酸化窒素の生成量の増加には有利になる。
【００８１】
既述した実施形態では、強制再生と連続再生とを条件に応じて切り換える例を説明したが、連続再生で十分に粒子状物質を除去して捕集フィルタ２３を再生可能な場合は、強制再生を行わないように構成してもよい。つまり、第二閾値をより大きい値に設定することで、強制再生の頻度の低減には有利になる。
【００８２】
分岐部４０を、仕切部材で構成する場合に、酸化触媒装置２２の先端から末端に向って延在するように構成して、酸化触媒装置２２の内部を仕切るようにしてもよい。また、分岐部４０を、分岐管で構成する場合に、酸化触媒装置２２を一つの部材にして、酸化触媒装置２２の入口に分岐管により分岐した二つの通路を接続するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１０  エンジン
１５  排気通路
２０  排気ガス浄化システム
２１  配管用噴射弁
２２  酸化触媒装置
２２ａ  昇温部
２２ｂ  生成部
２３  捕集フィルタ
４０  分岐部
Ｇ２  燃料が添加された排気ガス
Ｇ３  燃料が添加されていない排気ガス
【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】
2018096211.tif 000008
【図７】
2018096211.tif 000009
【図８】
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【図９】
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