(57)【要約】【課題】還元剤の使用量を低減しつつ、選択還元触媒装置への窒素酸化物の供給量の急変にも対応できるようにする。【解決手段】エンジンＥの燃焼室９に接続された吸気通路１及び排気通路２と、排気通路２に設けられ排気中に含まれる窒素酸化物を浄化する上流側排気浄化触媒装置と、上流側排気浄化触媒装置より下流側の排気通路２に設けられ排気中に還元剤を供給して窒素酸化物を浄化する選択還元触媒装置１９と、上流側排気浄化触媒装置の下流側であって選択還元触媒装置１９の上流側の排気通路２から分岐して選択還元触媒装置１９を避けて通るバイパス排気通路２０と、選択還元触媒装置１９を通るメイン排気通路２２の排気の流量とバイパス排気通路２０の排気の流量との比率を調整する排気調整バルブ２１と、排気中に含まれる窒素酸化物の情報に基づいて排気調整バルブ２１を制御する排気調整バルブ制御手段３２とを備えるエンジンの制御装置とした。【選択図】図１
2019116855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室に接続された吸気通路及び排気通路と、
前記排気通路に設けられ排気中に含まれる窒素酸化物を浄化する上流側排気浄化触媒装置と、
前記上流側排気浄化触媒装置より下流側の前記排気通路に設けられ排気中に還元剤を供給して窒素酸化物を浄化する選択還元触媒装置と、
前記上流側排気浄化触媒装置の下流側であって前記選択還元触媒装置の上流側の前記排気通路から分岐して前記選択還元触媒装置を避けて通るバイパス排気通路と、
前記選択還元触媒装置を通るメイン排気通路の排気の流量と前記バイパス排気通路の排気の流量との比率を調整する排気調整バルブと、
排気中に含まれる窒素酸化物の情報を検出する窒素酸化物検出手段と、
前記窒素酸化物検出手段によって検出された窒素酸化物の情報に基づいて前記排気調整バルブを制御する排気調整バルブ制御手段と、
を備えるエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記バイパス排気通路は、前記選択還元触媒装置の下流側の前記排気通路に接続される
請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記窒素酸化物の情報は排気中の窒素酸化物の濃度であり、
前記排気調整バルブ制御手段は、前記濃度が第一所定値未満の場合は前記バイパス排気通路の排気の流量の比率を増加させるバイパス増加制御を行い、前記濃度が第一所定値以上の場合は前記メイン排気通路の排気の流量の比率を増加させるメイン増加制御を行う
請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記選択還元触媒装置の温度を検出する排気温度検出手段を備え、
前記排気調整バルブ制御手段は、前記濃度が第一所定値未満の場合であっても前記選択還元触媒装置の温度が第二所定値未満の場合は前記メイン排気通路の排気の流量の比率を前記バイパス増加制御で設定される比率よりも増加させる昇温制御を行う
請求項３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記上流側排気浄化触媒装置は、排気中に含まれる窒素酸化物を吸着又は吸蔵する窒素酸化物トラップ触媒を含んで構成され、
前記窒素酸化物トラップ触媒は、前記エンジンを搭載する車両のエンジンルーム内に配置される近接触媒である
請求項３又は４に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記選択還元触媒装置の上流側の前記排気通路に排気中に含まれる粒子状物質を捕捉するディーゼル微粒子捕集フィルタを備え、
前記選択還元触媒装置は、その温度が第三所定値以上の場合に前記還元剤が下流側へ流出するスリップ特性を有し、
前記ディーゼル微粒子捕集フィルタの再生制御を行う際に、前記濃度が前記第一所定値以上であっても前記選択還元触媒装置の温度が第三所定値以上である場合は前記バイパス排気通路の排気の流量の比率を前記メイン増加制御で設定される比率よりも増加させるスリップ防止制御を行うとともに、前記バイパス排気通路内の排気に含まれる窒素酸化物の濃度を下げる窒素酸化物低減制御を行う
請求項３〜５のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記窒素酸化物低減制御は、前記燃焼室に導入される燃料を増量するリッチ化制御又は前記燃焼室に供給される燃料の噴射時期を遅角させる噴射時期リタード制御である
請求項６に記載のエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記窒素酸化物低減制御を行う際に、前記選択還元触媒装置の温度を下げる触媒温度低減制御を行う
請求項６又は７に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガスを浄化する排気浄化装置を備えたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する排気浄化装置として、選択還元触媒装置（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）と呼ばれるものがある。
【０００３】
選択還元触媒装置は、アンモニア（ＮＨ３）等の還元剤を用いて、窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解することで、排気ガス中に含まれる窒素酸化物を浄化している。還元剤としてのアンモニアの供給は、尿素水を高温の排気ガス中に噴射することにより、アンモニアガスを生成させるものが一般的である。
【０００４】
選択還元触媒装置は、他の形式からなる排気浄化装置とともに排気通路に配置されるのが一般的である。例えば、特許文献１では、ディーゼルエンジンにおいて、排気通路に設けた酸化触媒の下流側に選択還元触媒装置を配置している。また、特許文献２では、排気通路に設けたディーゼル微粒子捕集フィルタ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ／Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）の下流側に選択還元触媒装置を配置している。
【０００５】
また、選択還元触媒装置は、窒素酸化物トラップ触媒（ＮＯｘ  Ｔｒａｐ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）と呼ばれる排気浄化装置とともに排気通路に配置される場合もある。例えば、特許文献３では、窒素酸化物トラップ触媒として配置された窒素酸化物吸着触媒の下流側に選択還元触媒装置を配置している。窒素酸化物吸着触媒は、排気ガスがリーンの燃焼状態では窒素酸化物を吸着し、リッチの燃焼状態では吸着した窒素酸化物を放出する機能を有する。このため、窒素酸化物の吸着量が一定量になれば、リッチモードに切り替える制御（リッチパージ）を行うことで、窒素酸化物を放出する。そして、窒素酸化物吸着触媒の下流側の選択還元触媒装置では、その放出された窒素酸化物が浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３０３８２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５０９７８号公報
【特許文献３】特開２０１７−１１５６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、選択還元触媒装置は、窒素酸化物を浄化するために還元剤を必要とする。還元剤は、車両に搭載されたタンクに貯蔵される。還元剤を使用するとタンク内の貯留量が減少するので、還元剤は適宜補充する必要がある。この補充作業は手間であるので、補充頻度を低くするためには、還元剤の使用量は少ない方が望ましい。また、コスト的な観点からも、還元剤の使用量はできるだけ少ない方が望ましい。
【０００８】
しかし、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量は、エンジンの運転状態に応じて刻々と変化する。また、選択還元触媒装置の上流側に他の排気浄化装置が配置されている場合、その上流側の排気浄化装置の状態（例えば、温度条件、その時点で発揮できる浄化能力、その時点での排気ガスの成分）によっては、下流側の選択還元触媒装置に供給される窒素酸化物の量が急変する場合もある。特に、近接触媒として配置された窒素酸化物トラップ触媒は、スペース上の問題から大きな容量を確保しにくく、また、エンジンの燃焼室に近いことから排気ガスの成分が急変しやすいという条件下での使用となり、下流側の選択還元触媒装置への窒素酸化物の供給量も急変しやすい。このような問題から、還元剤の使用量を減らすと、窒素酸化物の量が急増した場合の対応に問題が生じる可能性がある。
【０００９】
なお、上記特許文献１，２の技術によれば、排気ガスを、選択還元触媒装置を通るルートと、選択還元触媒装置を避けるバイパスルートとに切り替えて流すことができる。特許文献１のバイパスルートは、低温時に選択還元触媒装置のサルフェート被毒を防止するためのものであり、特許文献２のバイパスルートは、ディーゼル・パティキュレート・フィルタの再生制御時に選択還元触媒装置を保護するためのものである。このような技術によれば、バイパスルートを使用している際には、選択還元触媒装置を通るルートに流れる排気は減少するので、使用される還元剤の量を低減できる可能性はある。
【００１０】
しかし、仮に、これらの装置で還元剤の使用量を少なく設定する（例えば、単位時間当たりの還元剤の噴射量を少なく設定する）と、選択還元触媒装置を使用している際に窒素酸化物の供給量が急激に増加すると、浄化に対応できないという問題がある。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、還元剤の使用量を低減しつつ、選択還元触媒装置への窒素酸化物の供給量の急変にも対応できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの燃焼室に接続された吸気通路及び排気通路と、前記排気通路に設けられ排気中に含まれる窒素酸化物を浄化する上流側排気浄化触媒装置と、前記上流側排気浄化触媒装置より下流側の前記排気通路に設けられ排気中に還元剤を供給して窒素酸化物を浄化する選択還元触媒装置と、前記上流側排気浄化触媒装置の下流側であって前記選択還元触媒装置の上流側の前記排気通路から分岐して前記選択還元触媒装置を避けて通るバイパス排気通路と、前記選択還元触媒装置を通るメイン排気通路の排気の流量と前記バイパス排気通路の排気の流量との比率を調整する排気調整バルブと、排気中に含まれる窒素酸化物の情報を検出する窒素酸化物検出手段と、前記窒素酸化物検出手段によって検出された窒素酸化物の情報に基づいて前記排気調整バルブを制御する排気調整バルブ制御手段と、を備えるエンジンの制御装置を採用した。
【００１３】
ここで、前記バイパス排気通路は、前記選択還元触媒装置の下流側の前記排気通路に接続される構成を採用することができる。
【００１４】
これらの各態様において、前記窒素酸化物の情報は排気中の窒素酸化物の濃度であり、前記排気調整バルブ制御手段は、前記濃度が第一所定値未満の場合は前記バイパス排気通路の排気の流量の比率を増加させるバイパス増加制御を行い、前記濃度が第一所定値以上の場合は前記メイン排気通路の排気の流量の比率を増加させるメイン増加制御を行う構成を採用することができる。
【００１５】
このとき、前記選択還元触媒装置の温度を検出する排気温度検出手段を備え、前記排気調整バルブ制御手段は、前記濃度が第一所定値未満の場合であっても前記選択還元触媒装置の温度が第二所定値未満の場合は前記メイン排気通路の排気の流量の比率を前記バイパス増加制御で設定される比率よりも増加させる昇温制御を行う構成を採用することができる。
【００１６】
また、前記上流側排気浄化触媒装置は、排気中に含まれる窒素酸化物を吸着又は吸蔵する窒素酸化物トラップ触媒を含んで構成され、前記窒素酸化物トラップ触媒は、前記エンジンを搭載する車両のエンジンルーム内に配置される近接触媒である構成を採用することができる。
【００１７】
前記選択還元触媒装置の上流側の前記排気通路に排気中に含まれる粒子状物質を捕捉するディーゼル微粒子捕集フィルタを備え、前記選択還元触媒装置は、その温度が第三所定値以上の場合に前記還元剤が下流側へ流出するスリップ特性を有し、前記ディーゼル微粒子捕集フィルタの再生制御を行う際に、前記濃度が前記第一所定値以上であっても前記選択還元触媒装置の温度が第三所定値以上である場合は前記バイパス排気通路の排気の流量の比率を前記メイン増加制御で設定される比率よりも増加させるスリップ防止制御を行うとともに、前記バイパス排気通路内の排気に含まれる窒素酸化物の濃度を下げる窒素酸化物低減制御を行う構成を採用することができる。
【００１８】
この窒素酸化物低減制御は、前記燃焼室に導入される燃料を増量するリッチ化制御又は前記燃焼室に供給される燃料の噴射時期を遅角させる噴射時期リタード制御である構成を採用することができる。また、前記窒素酸化物低減制御を行う際に、前記選択還元触媒装置の温度を下げる触媒温度低減制御を合わせて行うこともできる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、選択還元触媒装置を避けて通るバイパス排気通路の排気の流量と、選択還元触媒装置を通るメイン排気通路の排気の流量との比率を調整する排気調整バルブと、排気中に含まれる窒素酸化物の情報を検出する窒素酸化物検出手段と、検出された窒素酸化物の情報に基づいて排気調整バルブを制御する排気調整バルブ制御手段とを備えたので、還元剤の使用量を低減しつつ、選択還元触媒装置への窒素酸化物の供給量の急変にも対応できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施形態のエンジンの制御装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態のエン
ジンＥの制御装置を概念的に示す模式図である。
【００２２】
この実施形態のエンジンＥはディーゼルエンジンである。エンジンＥは、図１に示すように、燃焼室９に接続され燃焼室９へ吸気を送り込む吸気通路１、燃焼室９に接続され燃焼室９から排気を送り出す排気通路２を備えている。
【００２３】
吸気通路１は、シリンダヘッドに一体に形成される吸気ポートと、その吸気ポートに接続されるインテークマニホールド１１を備え、そのインテークマニホールド１１から上流側へ伸びている。排気通路２は、シリンダヘッドに一体に形成される排気ポートと、その排気ポートに接続されるエギゾーストマニホールド１２を備え、そのエギゾーストマニホールド１２から下流側へ伸びている。吸気ポート及び排気ポートの燃料室９への開口は、それぞれ吸気バルブ１ａ、排気バルブ２ａによって開閉される。
【００２４】
また、エンジンＥは、吸気ポート又は燃焼室９内に燃料を噴射する燃料噴射装置８を備えている。なお、この実施形態のエンジンＥはディーゼルエンジンであるが、これがガソリンエンジンである場合は、燃焼室９内の混合気を燃焼させるための点火火花を発生させる点火装置を備えることとなる。エンジンＥの気筒の数は自由に設定でき、この実施形態では、例えば、４つの気筒を備えた４気筒エンジンを想定する。ただし、気筒の数に関わらずこの発明を適用可能である。
【００２５】
吸気通路１には、吸気ポートから上流側に向かって、吸気通路１の流路面積を調節して吸気の流量を制御するスロットルバルブ５、吸気通路１を流れる吸気を冷却するインタークーラ６、過給機（ターボチャージャ）４０のコンプレッサ４２、エアクリーナ１６等が設けられる。また、吸気通路１内には、圧力検知により吸入空気量の情報を取得する圧力センサや、通過する空気量を検出するエアフローセンサ等の各種センサが設けられる。
【００２６】
排気通路２には、排気ポートから下流側に向かって、過給機４０のタービン４１、排気浄化装置として、このエンジンＥを搭載する車両のエンジンルーム内に第一排気浄化部１７及び第二排気浄化部１８、車両の床下部に第三排気浄化部１９、そして、大気開放される末端開口部に近い位置にマフラ（消音器）２９が設けられる。第一排気浄化部１７及び第二排気浄化部１８は、エンジンＥの燃焼室９からの距離が近く比較的高温の排気が入り込む近接触媒に該当し、第三排気浄化部１９は、近接触媒よりも相対的に温度が低い排気が入り込む床下触媒に該当する。
【００２７】
ここで、第一排気浄化部１７又は第二排気浄化部１８、あるいはその両方は、排気中に含まれる窒素酸化物を浄化する上流側排気浄化触媒装置に相当する。上流側排気浄化触媒装置は、排気中に含まれる窒素酸化物を吸着又は吸蔵する窒素酸化物トラップ触媒を含んで構成されていればよく、この実施形態では、第一排気浄化部１７のみが、窒素酸化物を浄化する上流側排気浄化触媒装置に相当している。
【００２８】
この実施形態では、上流側排気浄化触媒装置である第一排気浄化部１７として、排気ガス中の有害物質である窒素酸化物を一時的に吸着又は吸蔵することで排気ガスを浄化する窒素酸化物トラップ触媒（以下、窒素酸化物トラップ触媒１７と称する。）を採用している。特に、ここでは、窒素酸化物を一時的に吸着する機能を有するリーン窒素酸化物吸着触媒を採用している。リーン窒素酸化物吸着触媒は、排気ガスがリーンの燃焼状態では窒素酸化物を吸着し、リッチの燃焼状態では吸着した窒素酸化物を放出し、同時に還元剤と反応することで浄化する機能を有する。
【００２９】
このため、排気中の空燃比が所定値未満の環境では、排気中の窒素酸化物をトラップ（捕捉）し、排気ガス中の空燃比が所定値以上の環境では、そのトラップした窒素酸化物を放出させる。このため、窒素酸化物の吸着量が一定量になれば、排気ガス中の燃料過多の状態を意図的に作り出す制御、すなわち、空燃比を増大させてリッチモードに切り替える制御（リッチパージ）を行うことで窒素酸化物を放出されることとなる。燃料過多の状態は、例えば、燃料をメイン噴射の後でポスト噴射すること等で作り出すことができる。このとき、排気ガス中の空燃比を把握するために、排気通路２に設けた空燃比センサ２７からの情報が活用される。
【００３０】
また、リーン窒素酸化物トラップ触媒は、温度が比較的低い状態で窒素酸化物を吸着し、温度が比較的高い状態では吸着した窒素酸化物を放出する機能を有する。このため、排気ガスの温度が高い状態を意図的に作り出す制御を実行すれば、トラップした窒素酸化物が放出されることとなる。排気ガスの温度が高い状態は、例えば、着火時期、点火時期を遅らせる（遅角する）こと等で作り出すことができる。
【００３１】
また、この実施形態では、第二排気浄化部１８として、排気ガス中に含まれる粒子状物質を漉し取るディーゼル微粒子捕集フィルタ（以下、ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８と称する。）を採用している。ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８としては、熱に強いセラミックやステンレス等からなるフィルタ素材が用いられる場合が多い。フィルタ素材で粒子状物質を捕集しながら、適切な時期に内部を高温（例えば、２５０℃〜３００℃程度）にすることで、付着した粒子状物質を除去してフィルタの機能の再生を行うことができる。このような粒子状物質の除去を行う制御を、ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８の再生制御と称する。
【００３２】
さらに、この実施形態では、第三排気浄化部１９として、窒素酸化物を大気開放前に浄化して無害化する選択還元触媒装置（以下、選択還元触媒装置１９と称する。）を採用している。選択還元触媒装置１９は、上流側排気浄化触媒装置より下流側の排気通路に設けられ、アンモニア（ＮＨ３）等の還元剤を排気通路２の内部に供給することで、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解して浄化し、無害化している。還元剤としてのアンモニアの供給は、選択還元触媒装置１９のすぐ上流側に設けた還元剤供給装置２８から、尿素水を高温の排気ガス中に噴射することにより、アンモニアガスを生成させて行っている。還元剤はアンモニアであるが、ここでは排気通路２内に噴射される尿素を還元剤として説明する。
【００３３】
なお、上記の例で説明した第一排気浄化部１７や第二排気浄化部１８には、エンジンＥの仕様に応じて、例えば、一酸化炭素や炭化水素等といった窒素酸化物以外の有害物質を取り除く機能や無害化する機能も備えられる。
【００３４】
排気通路２内には、排気ガス中の酸素濃度等を検出する前述の空燃比センサ２７や、温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ等の各種センサが設けられる。温度センサ２５ａは、窒素酸化物トラップ触媒１７の上流側の入口付近に配置され、温度センサ２５ｂは、窒素酸化物トラップ触媒１７の下流側の出口付近で且つディーゼル微粒子捕集フィルタ１８の上流側の入口付近に配置される。また、温度センサ２５ｃは、ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８の下流側の出口付近に配置され、温度センサ２５ｄは、選択還元触媒装置１９の上流側の入口付近に配置される。また、排気通路２における窒素酸化物トラップ触媒１７の下流側には、排気中に含まれる窒素酸化物の情報を検出する窒素酸化物検出手段として、窒素酸化物センサ２６が配置されている。
【００３５】
過給機４０は、吸気通路１に配置され燃焼室９へ導入される吸気を過給するコンプレッサ４２と、排気通路２に配置されるタービン４１とで構成される。排気通路２を流れる排気ガスによってタービン４１が回転すると、その回転が吸気通路１のコンプレッサ４２に伝達される。コンプレッサ４２の回転によって、吸気通路１内を流れる吸気に過給が行われる。
【００３６】
また、このエンジンＥは、排気通路２内の排気ガスの一部を、排気還流ガスとして吸気通路に導入する排気ガス再循環装置を備えている。この実施形態では、エンジンＥは、高圧と低圧の二つの排気ガス再循環装置を備えている。
【００３７】
高圧排気ガス再循環装置３は、排気通路２のタービン４１と排気ポートとの間と、吸気通路１の吸気ポートとコンプレッサ４２の間とを結ぶ高圧排気還流通路３ａと、その高圧排気還流通路３ａを開閉する高圧排気還流バルブ４等を備えている。この高圧排気還流通路３ａを通って、比較的高圧の排気ガスが排気還流ガスとして吸気通路１に還流する。ここで、排気還流ガスの導入量は、高圧排気還流バルブ４の開閉とスロットルバルブ５の開閉に伴う吸気通路１内の圧力状態に応じて制御される。
【００３８】
低圧排気ガス再循環装置１３は、排気通路２のタービン４１の下流側と、吸気通路１のコンプレッサ４２の上流側との間を結ぶ低圧排気還流通路１３ａと、その低圧排気還流通路１３ａを開閉する低圧排気還流バルブ１４等を備えている。この低圧排気還流通路１３ａを通って、比較的低圧の排気ガスが排気還流ガスとして吸気通路１に還流する。ここで、排気還流ガスの導入量は、低圧排気還流バルブ１４の開閉とスロットルバルブ１５の開閉に伴う吸気通路１内の圧力状態に応じて制御される。なお、低圧排気還流通路１３には、排気還流ガスを冷却する還流ガスクーラ１３ｂが設けられている。高圧、低圧の各排気ガス再循環装置には、このような還流ガスクーラを適宜設けてもよい。
【００３９】
このエンジンＥを搭載する車両は、エンジンＥを制御するための電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０を備えている。電子制御ユニット３０は、吸気通路１内や排気通路２内の各種センサからの情報のほか、エンジンＥのクランクシャフトＣの回転速度を検出する回転センサ２３、燃焼室９内の圧力変化を検知する筒内圧センサ２４、シリンダブロック等を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ、車両の速度を検出する車速センサ、その他、エンジンＥの制御に必要な情報を取得する各種センサからの情報を取得し、エンジンＥの制御に活用する。
【００４０】
また、電子制御ユニット３０は、燃料噴射装置による燃料噴射や、過給圧の制御、スロットルバルブの開度の制御、その他、エンジンの制御に必要な指令を行うエンジン制御手段３１を備える。エンジン制御手段３１は、要求されるトルクによって決定される目標空気充填効率に基づいて、スロットルバルブ５、過給機４０、その他装置を制御する。
【００４１】
排気通路２には、選択還元触媒装置１９の上流側の排気通路から分岐して選択還元触媒装置を避けて通るバイパス排気通路２０と、選択還元触媒装置１９を通るメイン排気通路２２の排気の流量とバイパス排気通路２０の排気の流量との比率を調整する排気調整バルブ２１とが備えられている。
【００４２】
ここで、バイパス排気通路２０は、上流側排気浄化触媒装置の下流側であって、選択還元触媒装置１９の上流側の排気通路から分岐して、選択還元触媒装置１９を通ることなく、また、排気通路２と合流することなく、そのまま大気開放されるようにしてもよいが、この実施形態では、バイパス排気通路２０は、選択還元触媒装置１９の下流側の排気通路２に接続されて、メイン排気通路２２からの排気とともに排気通路２を通じて大気開放されている。
【００４３】
また、排気調整バルブ２１は、メイン排気通路２２の排気の流量とバイパス排気通路２０の排気の流量との比率を調整するものであればよく、その設置位置は、この実施形態のようにメイン排気通路２２に設けてもよいし、あるいは、バイパス排気通路２０に設けてもよい。また、メイン排気通路２２とバイパス排気通路２０の両方に設けてもよい。
【００４４】
電子制御ユニット３０は、排気調整バルブ２１を制御する排気調整バルブ制御手段３２を備えている。
【００４５】
排気調整バルブ制御手段３２の制御によって排気調整バルブ２１の開度が小さくなれば、メイン排気通路２２の排気の流量が減少しバイパス排気通路２０の排気の流量が増大する。排気調整バルブ２１の開度を完全に閉じれば、排気のほとんどはバイパス排気通路２０を経由するようになる。また、排気調整バルブ制御手段３２の制御によって排気調整バルブ２１の開度が大きくなれば、バイパス排気通路２０の排気の流量が減少しメイン排気通路２２の排気の流量が増大する。排気調整バルブ２１の開度を完全に開放すれば、排気のほとんどはメイン排気通路２２を経由するように、バイパス排気通路２０には適度な排気抵抗が生じるように設定されている。
【００４６】
また、電子制御ユニット３０は、エンジンの燃焼状態を検知する燃焼状態検知手段３３と、燃焼状態検知手段３３が検知するエンジンの燃焼状態や各種センサ類からの情報に基づいて、還元剤供給装置２８による還元剤の排気通路２への導入を制御する還元剤導入制御手段３４とを備えている。還元剤導入制御手段３４は、メイン排気通路２２に供給される排気の量に応じて、あるいは、メイン排気通路２２とバイパス排気通路２０の排気の量の比率に応じて、必要な還元剤の量を算出し、還元剤供給装置２８に対して還元剤の噴射を指令する。
【００４７】
燃焼状態検知手段３３は、燃焼室９内に臨む筒内圧センサ２４からの圧力変動の情報に基づいて、燃焼室９内での燃焼状態が良好であるかどうか等を検知、判別することができる。このような燃焼状態の検知、判別は、クランクシャフトＣの回転センサ２３からの情報に基づいて行うことも可能である。
【００４８】
さらに、電子制御ユニット３０は、窒素酸化物トラップ触媒１７における窒素酸化物のトラップ量（吸着量や吸蔵量）を検出あるいは算出するとともに、その窒素酸化物トラップ触媒１７におけるリッチパージを制御する排気浄化装置制御手段３５を備えている。
【００４９】
排気浄化装置制御手段３５は、窒素酸化物トラップ触媒にトラップされた窒素酸化物を放出させる必要がある際に、排気ガスの空燃比を増大させるリッチパージ制御を実行する指令を行う。この実施形態では、排気浄化装置制御手段３５は、運転状態の情報に基づいて、トラップされている窒素酸化物の量を演算により算出する機能を有するが、これに代えて、トラップされている窒素酸化物の量を直接測定するセンサ等を配置してもよい。
【００５０】
また、排気浄化装置制御手段３５は、窒素酸化物センサ２６によって検出された排気中の窒素酸化物の濃度が予め決められた基準値以上の場合に、還元剤導入装置２８によって排気通路２内に還元剤を噴射する。還元剤導入装置２８の制御は、還元剤導入制御手段３４が行う。還元剤の噴射を行う濃度の基準値は、法令等で定められた値を採用する。例えば、リッチパージの制御が行われた際や、窒素酸化物トラップ触媒１７の温度が活性化温度に至らないような低温の運転状態では、窒素酸化物の濃度が基準値以上となる場合が考えられる。
【００５１】
ここで、排気調整バルブ制御手段３２は、検出された窒素酸化物の情報に基づいて排気調整バルブ２１を制御する。この制御の基準となる窒素酸化物の情報は、例えば、前述の窒素酸化物センサ２６によって検出された排気中の窒素酸化物の濃度とすることもできるし、それ以外にも、例えば、単位体積当たりの排気中に含まれる窒素酸化物の量としてもよい。また、窒素酸化物の情報として、例えば、運転状態の情報に基づいて演算により算出された、窒素酸化物トラップ触媒１７を通過した後の排気中の窒素酸化物の濃度やその量等としてもよい。このとき、電子制御ユニット３０は、窒素酸化物トラップ触媒１７における窒素酸化物のトラップ量（吸着量）を演算により算出する手段を備えるものとする。
【００５２】
具体的な制御としては、例えば、濃度を基準に排気調整バルブ２１を制御する場合には、排気調整バルブ制御手段３２は、窒素酸化物の濃度が、予め決められた第一所定値未満の場合はバイパス排気通路２０の排気の流量の比率を増加させるバイパス増加制御を行い、また、濃度が第一所定値以上の場合はメイン排気通路２２の排気の流量の比率を増加させるメイン増加制御を行う。ここで、前述の還元剤の噴射を行う濃度の基準値は、法令等で定められた値を採用するので、この第一所定値も、還元剤噴射の基準値（法令等で定められた値）と同じ値を採用することができる。窒素酸化物の濃度が、法令等で定められた値未満であれば、バイパス排気通路２０を通じて排気を大気開放しても問題がないと考えられる。
【００５３】
この実施形態では、バイパス増加制御の際における排気調整バルブ２１の開度を全閉状態とし、排気のほとんどがバイパス排気通路２０を経由するようにしている。ただし、バイパス増加制御の際における排気調整バルブ２１の開度を、第一所定値と実際の窒素酸化物の濃度との差に基づいて、その差が大きいほど排気調整バルブ２１の開度を小さく設定する手法を採用してもよい。なお、メイン増加制御の際には、排気調整バルブ２１の開度を全開状態とし、排気のほとんどをメイン排気通路２２に経由させることが望ましい。
【００５４】
このとき、メイン排気通路２２に供給される排気の量に応じて、あるいは、メイン排気通路２２とバイパス排気通路２０の排気の量の比率に応じて、必要な量の還元剤が算出され、その算出された量の還元剤が、還元剤供給装置２８から噴射される。このため、窒素酸化物の情報に基づいたバイパス増加制御、メイン増加制御の切り替えに応じて、選択還元触媒装置１９における還元剤の使用量を必要最小限の量に設定することができる。
【００５５】
また、選択還元触媒装置１９への窒素酸化物の供給量の急変した場合にも、その変化後の運転状態に対して即時に必要な量の還元剤が算出され、その算出された量の還元剤が還元剤供給装置２８から噴射されるので、的確な浄化を継続できるようになる。すなわち、排気中に含まれる窒素酸化物の濃度や量等の情報は、エンジンＥの運転状態に応じて刻々と変化するので、その変化に対してリアルタイムに対応して、選択還元触媒装置１９における還元剤の使用量を必要最小限に抑制しつつ、的確な浄化を継続できる。
【００５６】
選択還元触媒装置１９への窒素酸化物の供給量の変化は、その選択還元触媒装置１９の上流側に配置されている他の排気浄化装置（窒素酸化物トラップ触媒１７、ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８）の状態の変化によっても起こり得る。特に、窒素酸化物トラップ触媒１７は近接触媒であるので、スペース上の問題から大きな容量を確保しにくく、また、排気通路２のルートに沿って燃焼室９に近いことから排気の成分が急変しやすいという条件下での使用となる。このため、下流側の選択還元触媒装置１９への窒素酸化物の供給量が特に急変しやすいという事情がある。したがって、この実施形態のように、選択還元触媒装置１９の上流側に近接触媒として窒素酸化物トラップ触媒１７が配置されている態様においては、前述の窒素酸化物の情報に基づいたバイパス増加制御、メイン増加制御の切り替えを採用する効果が特に高いといえる。
【００５７】
また、排気調整バルブ制御手段３２は、窒素酸化物の濃度が第一所定値未満の場合であっても、選択還元触媒装置１９の温度が予め決められた第二所定値未満の場合は、メイン排気通路２２の排気の流量の比率を、バイパス増加制御で設定される比率よりも増加させる昇温制御を行う。選択還元触媒装置１９の温度は、温度センサ２５ｄによって検出される。
【００５８】
選択還元触媒装置１９は、その温度が、活性化温度と呼ばれる第二所定値以上である場合に所定の浄化性能を発揮するものであり、その温度が第二所定値未満である場合には、期待される浄化性能を発揮できない場合がある。このため、選択還元触媒装置１９の温度が第二所定値未満の場合には昇温制御を行い、早期に活性化温度以上の状態に移行させることが望ましい。床下触媒である選択還元触媒装置１９に対する昇温制御は、排気調整バルブ２１の開度を全開状態として、排気のほとんどをメイン排気通路２２に経由させるメイン増加制御に準じた制御とすることができる。また、ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８に対する再生制御によって排気の温度が上昇するので、その再生制御を選択還元触媒装置１９に対する昇温制御としてもよい。
【００５９】
ところで、選択還元触媒装置１９は、その温度が、予め決められた第三所定値以上の場合に、還元剤が下流側へ流出するスリップ特性を有する。すなわち、選択還元触媒装置１９の温度が高すぎると、還元剤であるアンモニアを選択還元触媒装置１９内で保持できず、下流側に放出してしまう事態が生じ得る。特に、ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８に対する再生制御では排気の温度が上昇するので、下流側の選択還元触媒装置１９の温度も上昇する。このため、運転状態によっては、還元剤のスリップが生じやすくなる。
【００６０】
そこで、ディーゼル微粒子捕集フィルタ１８に対する再生制御を行う際には、窒素酸化物の濃度が第一所定値以上で本来はメイン増加制御を行うべき運転状態であっても、選択還元触媒装置１９の温度が第三所定値以上である場合は、還元剤のスリップを防止するために、バイパス排気通路２０の排気の流量の比率を、メイン増加制御で設定される比率よりも増加させるスリップ防止制御を行う。なお、窒素酸化物の濃度が第一所定値未満である場合は、バイパス増加制御を行うので、還元剤のスリップの問題は回避できる。
【００６１】
この実施形態では、スリップ防止制御において、排気調整バルブ２１を全閉状態とし、排気のほとんどがバイパス排気通路２０を経由するようにしている。ただし、スリップ防止制御の際における排気調整バルブ２１の開度を、第三所定値と実際の温度との差に基づいて、その差が大きいほど排気調整バルブ２１の開度を小さく設定する手法を採用してもよい。
【００６２】
しかし、スリップ防止制御を行った際に、そのままでは窒素酸化物がバイパス排気通路２０を通じて流出してしまう。このため、バイパス排気通路２０内の排気、すなわち、上流側から供給される排気に含まれる窒素酸化物の濃度を下げる窒素酸化物低減制御を合わせて行うことが望ましい。
【００６３】
窒素酸化物低減制御としては、例えば、燃焼室９に導入される燃料を増量するリッチ化制御又は燃焼室９に供給される燃料の噴射時期を遅角させる噴射時期リタード制御を採用することができる。また、窒素酸化物低減制御を行う際に、選択還元触媒装置１９の温度を下げる触媒温度低減制御を合わせて行うこともできる。触媒温度低減制御は、例えば、選択還元触媒装置１９の内部又は外部に冷却水噴射装置を設けて、選択還元触媒装置１９に冷却水を噴射することにより温度の低下を図ることができる。あるいは、触媒温度低減制御は、選択還元触媒装置１９に外気導入手段を設けて、選択還元触媒装置１９内に外気を導入することにより温度の低下を図ることができる。
【００６４】
上記の実施形態では、ディーゼルエンジンを例に発明の構成を説明したが、この発明は、ディーゼルエンジン以外にもガソリンエンジン等、排気ガス中に窒素酸化物を含有するエンジン全般に用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  吸気通路
１ａ  吸気バルブ
２  排気通路
２ａ  排気バルブ
３  高圧排気ガス再循環装置
３ａ  高圧排気還流通路
４  高圧排気還流バルブ
５，１５  スロットルバルブ
６  インタークーラ
８  燃料噴射装置
９  燃焼室
１１  インテークマニホールド
１２  エギゾーストマニホールド
１３  低圧排気ガス再循環装置
１３ａ  低圧排気還流通路
１３ｂ  還流ガスクーラ
１４  低圧排気還流バルブ
１６  エアクリーナ
１７  第一排気浄化部（窒素酸化物トラップ触媒）
１８  第二排気浄化部（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）
１９  第三排気浄化部（選択還元触媒装置）
２０  バイパス排気通路
２１  排気調整バルブ
２２  メイン排気通路
２３  回転センサ
２４  筒内圧センサ
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ  温度センサ
２６  窒素酸化物センサ
２７  空燃比センサ
２８  還元剤供給装置
２９  マフラ
３０  電子制御ユニット
３１  エンジン制御手段
３２  排気調整バルブ制御手段
３３  燃焼状態検知手段
３４  還元剤導入制御手段
３５  排気浄化装置制御手段
４０  過給機（ターボチャージャ）
４１  タービン
４２  コンプレッサ
Ｃ  クランクシャフト
Ｅ  エンジン
【図１】
2019116855.tif 000003