(57)【要約】【課題】ＮＯｘの浄化率を向上させる排気浄化装置および車両を提供すること。【解決手段】排気浄化装置１００は、内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管１に並列に設けられ、活性温度域が異なるＳＣＲ４、９と、排ガスの温度に基づいてＳＣＲ４、９に供給される排ガスの流量を制御する制御装置２００と、を備える。制御装置２００は、排ガスの温度がＳＣＲ９の活性温度域の下限値未満である場合、ＳＣＲ９よりもＳＣＲ４に排ガスが多く供給されるようにバルブ２０を制御する。一方、制御装置２００は、排ガスの温度がＳＣＲ９の活性温度域の下限値以上である場合、ＳＣＲ４よりもＳＣＲ９に排ガスが多く供給されるようにバルブ２０を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管に設けられ、第１の活性温度域を有する第１の選択還元型触媒と、
前記排気管において前記第１の選択還元型触媒と並列に設けられ、前記第１の活性温度域よりも高い第２の活性温度域を有する第２の選択還元型触媒と、
前記排ガスの温度に基づいて、前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒に供給される前記排ガスの流量を制御する制御装置と、を備える、
排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記排ガスの温度が前記第２の活性温度域の下限値未満である場合、前記第２の選択還元型触媒よりも前記第１の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御し、
前記排ガスの温度が前記第２の活性温度域の下限値以上である場合、前記第１の選択還元型触媒よりも前記第２の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御する、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気管において前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒よりも下流側に設けられ、前記第２の活性温度域よりも高い第３の活性温度域を有する第３の選択還元型触媒をさらに備える、
請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気管において前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒と並列に設けられ、前記第２の活性温度域よりも高い第３の活性温度域を有する第３の選択還元型触媒をさらに備える、
請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記排ガスの温度が前記第３の活性温度域の下限値以上である場合、前記第２の選択還元型触媒よりも前記第３の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御する、
請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記内燃機関の始動時から所定時間の間、前記第２の選択還元型触媒よりも前記第１の選択還元型触媒に前記排ガスが多く供給されるように前記排ガスの流量を制御する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記第１の選択還元型触媒、前記第２の選択還元型触媒、および前記第３の選択還元型触媒それぞれの上流側に、還元剤を前記排気管内に供給する還元剤供給装置をさらに備える、
請求項３から６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記第１の選択還元型触媒、前記第２の選択還元型触媒、および前記第３の選択還元型触媒それぞれの下流側に、還元剤から発生した物質を分解する分解触媒をさらに備える、
請求項３から７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記第１の選択還元型触媒、前記第２の選択還元型触媒、および前記第３の選択還元型触媒それぞれの上流側に、酸化触媒をさらに備える、
請求項３から８のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記還元剤は、尿素水である、
請求項７から９のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の排気浄化装置を備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排ガスを浄化する排気浄化装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から排出される排ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を低減するＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、活性温度域が同じである複数のＮＯｘ触媒を備えた排気浄化装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５６７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の排気浄化装置は、幅広い排ガスの温度に対応できないため、ＮＯｘの浄化率に改善の余地がある。
【０００６】
本開示の目的は、ＮＯｘの浄化率を向上させる排気浄化装置および車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関から排出された排ガスが流れる排気管に設けられ、第１の活性温度域を有する第１の選択還元型触媒と、前記排気管において前記第１の選択還元型触媒と並列に設けられ、前記第１の活性温度域よりも高い第２の活性温度域を有する第２の選択還元型触媒と、前記排ガスの温度に基づいて、前記第１の選択還元型触媒および前記第２の選択還元型触媒に供給される前記排ガスの流量を制御する制御装置と、を備える。
【０００８】
本開示の一態様に係る車両は、本開示の一態様に係る排気浄化装置を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、ＮＯｘの浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図
【図２】本開示の実施の形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図
【図３】本開示の実施の形態に係る排気浄化装置の動作例を示すフローチャート
【図４】本開示の変形例６に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図
【図５】本開示の変形例７に係る排気浄化装置の構成例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
本開示の実施の形態に係る排気浄化装置１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態の排気浄化装置１００の構成の一例を示す模式図である。
【００１３】
排気浄化装置１００は、車両（図示略）に搭載され、内燃機関（図示略）から排出される排ガスを浄化する装置である。本実施の形態では、内燃機関がディーゼルエンジンである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、内燃機関は例えばガソリンエンジンであってもよい。また、排気浄化装置１００は、車両の内燃機関に限らず、船舶や定置式の内燃機関に適用することも可能である。
【００１４】
図１に示すように、排気浄化装置１００は、排気管１に設けられた、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２、バルブ２０、および温度センサ３０を有する。また、図１では図示を省略しているが、排気浄化装置１００は、図２に示す制御装置２００を有する。
【００１５】
排気管１の上流側（図中の左側）の端部は、例えば、ディーゼルエンジンの排気マニホールドの下流端に接続されている。排気マニホールドから排出された排ガスは、排気管１を、図中の左側から右側へ流れる。図１において、排気管１中に示す矢印は、排ガスの流れを示している。
【００１６】
排気管１は、並列に設けられた第１分岐管１ａおよび第２分岐管１ｂを有する。第１分岐管１ａには、第１触媒コンバータ１１が設けられており、第２分岐管１ｂには、第２触媒コンバータ１２が設けられている。よって、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、排気管１において並列に設けられている。
【００１７】
排気管１の分岐点には、第１分岐管１ａ、第２分岐管１ｂに供給される排ガスの流量を調整するバルブ２０が設けられている。バルブ２０は、後述する制御装置２００により制御される。
【００１８】
排気管１の分岐点よりも上流側には、温度センサ３０が設けられている。温度センサ３０は、分岐点よりも上流側の排ガスの温度を検知するセンサである。温度センサ３０は、検知した排ガスの温度を示す信号を、後述する制御装置２００へ出力する。
【００１９】
分岐管１ａ、１ｂは、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２の下流側において合流している。
【００２０】
第１触媒コンバータ１１は、第１分岐管１ａに対して着脱可能な筐体（ケース）である。
【００２１】
第１触媒コンバータ１１には、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２、尿素水噴射装置３、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）４、およびＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）５が収容されている。
【００２２】
ＤＯＣ２は、排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化させる触媒である。
【００２３】
尿素水噴射装置３は、第１触媒コンバータ１１内に尿素水を噴射する装置（インジェクタともいう）である。噴射された尿素水は加水分解され、アンモニアが発生する。このアンモニアは、ＳＣＲ４へ供給される。尿素水の噴射量や噴射タイミングは、図示しない噴射制御装置によって制御される。
【００２４】
ＳＣＲ４は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のＮＯｘを窒素に還元する触媒である。ＳＣＲ４の活性温度域は、後述するＳＣＲ９の活性温度域よりも低い。
【００２５】
ＡＳＣ５は、ＳＣＲ４で消費しきれなかったアンモニアを酸化、分解する触媒である。これにより、アンモニアが大気中に排出されることを防止できる。
【００２６】
第２触媒コンバータ１２は、第２分岐管１ｂに対して着脱可能な筐体（ケース）である。
【００２７】
第２触媒コンバータ１２には、ＤＯＣ６、尿素水噴射装置８、ＳＣＲ９、およびＡＳＣ１０が収容されている。
【００２８】
ＤＯＣ６、尿素水噴射装置３、およびＡＳＣ１０は、それぞれ、上述したＤＯＣ２、尿素水噴射装置３、およびＡＳＣ５と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【００２９】
ＳＣＲ９は、尿素水から発生したアンモニアにより、排ガス中のＮＯｘを窒素に還元する触媒である。ＳＣＲ９の活性温度域は、ＳＣＲ４の活性温度域よりも高い。
【００３０】
なお、ＤＯＣ２、６は、「酸化触媒」の一例に相当する。尿素水噴射装置３、８は、「還元剤供給装置」の一例に相当する。尿素水は、「還元剤」の一例に相当する。ＳＣＲ４は、「第１の選択還元型触媒」の一例に相当する。ＳＣＲ９は、「第２の選択還元型触媒」の一例に相当する。ＡＳＣ５、１０は、「分解触媒」の一例に相当する。
【００３１】
以上、排気浄化装置１００の構成について説明した。
【００３２】
次に、制御装置２００の構成について、図２を用いて説明する。図２は、制御装置２００の構成の一例を示すブロック図である。
【００３３】
制御装置２００は、温度判定部２０１および流量調整部２０２を有する。
【００３４】
図示は省略するが、制御装置２００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路を有する。後述する温度判定部２０１および流量調整部２０２の機能は、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
【００３５】
温度判定部２０１は、温度センサ３０で検知された排ガスの温度が予め定められた第１閾値以上であるか否かを判定する。第１閾値は、例えば、ＳＣＲ９の活性温度域の下限値である。第１閾値は、予め実施された実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。
【００３６】
流量調整部２０２は、温度判定部２０１によって排ガスの温度が第１閾値未満であると判定された場合、第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに排ガスが多く流れるように、バルブ２０を制御する。このとき、流量調整部２０２は、第２分岐管１ｂにおける排ガスの流量がゼロになるようにバルブ２０を制御してもよい。
【００３７】
一方、流量調整部２０２は、温度判定部２０１によって排ガスの温度が第１閾値以上であると判定された場合、第１分岐管１ａよりも第２分岐管１ｂに排ガスが多く流れるように、バルブ２０を制御する。このとき、流量調整部２０２は、第１分岐管１ａにおける排ガスの流量がゼロになるようにバルブ２０を制御してもよい。
【００３８】
以上、制御装置２００の構成について説明した。
【００３９】
次に、排気浄化装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３は、排気浄化装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。図３に示す動作は、例えば、内燃機関の駆動中に行われる。
【００４０】
判定部２０１は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。
【００４１】
排ガスの温度が第１閾値未満である場合（ステップＳ１：ＮＯ）、流量調整部２０２は、排ガスが第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに多く流れるように、バルブ２０を制御する（ステップＳ２）。
【００４２】
これにより、排ガスは、第２触媒コンバータ１２よりも第１触媒コンバータ１１を多く流れるようになる。すなわち、排ガスは、ＳＣＲ９よりもＳＣＲ４に多く供給される。
【００４３】
一方、排ガスの温度が第１閾値以上である場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、流量調整部２０２は、排ガスが第１分岐管１ａよりも第２分岐管１ｂに多く流れるように、バルブ２０を制御する（ステップＳ３）。
【００４４】
これにより、排ガスは、第１触媒コンバータ１２よりも第２触媒コンバータ１１を多く流れるようになる。すなわち、排ガスは、ＳＣＲ４よりもＳＣＲ９に多く供給される。
【００４５】
以上、排気浄化装置１００の動作について説明した。
【００４６】
次に、排気浄化装置１００の作用効果について以下に説明する。
【００４７】
排気浄化装置１００は、排ガスの温度に応じて、活性温度域が異なるＳＣＲ４、９に供給される排ガスの流量を調整する。これにより、幅広い排ガスの温度に対応でき、ＮＯｘの浄化率を向上させることができる。
【００４８】
また、排気浄化装置１００では、ＳＣＲ４、９のそれぞれに対応して尿素水噴射装置３、８が設けられている。よって、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２のそれぞれにおいて加水分解を促進でき、ＳＣＲ４、９において効率良くＮＯｘを浄化することができる。
【００４９】
また、排気浄化装置１００では、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、それぞれ、独立して排気管１に着脱可能である。よって、メンテナンス等が容易となる。
【００５０】
以上、排気浄化装置１００の作用効果について説明した。
【００５１】
なお、本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。
【００５２】
［変形例１］
第１触媒コンバータ１１は、ＤＯＣ３およびＡＳＣ５のうち少なくとも一方を備えなくてもよい。また、第２触媒コンバータ１２は、ＤＯＣ６およびＡＳＣ１０のうち少なくとも一方を備えなくてもよい。
【００５３】
［変形例２］
第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、ＳＣＲ４、９の代わりに、他の選択還元型触媒を備えてもよい。その場合、尿素水以外の還元剤（例えば、炭化水素等）が用いられてもよい。
【００５４】
［変形例３］
第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２は、微粒子捕集フィルタを備えてもよい。微粒子捕集フィルタとしては、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＣＳＦ（Catalytic Soot Filter）などが挙げられる。
【００５５】
［変形例４］
実施の形態では、第１触媒コンバータ１１に尿素水噴射装置３を設け、第２触媒コンバータ１２に尿素水噴射装置８を設ける場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、排気管１の分岐点よりも上流側に、１つの尿素水噴射装置を設けてもよい。
【００５６】
［変形例５］
制御装置２００は、内燃機関の始動時から所定時間の間、排ガスが第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに多く供給されるようにバルブ２０を制御してもよい。所定時間は、予め実施された実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。
【００５７】
これにより、排ガスの温度が充分に上昇するまでの間は、活性温度域が低いＳＣＲ４を優先的に用いることができる。よって、効率の良くＮＯｘを浄化することができる。
【００５８】
［変形例６］
排気管１において、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２よりも下流側に、さらに触媒コンバータを設けてもよい。これについて、図４を用いて以下に説明する。
【００５９】
図４は、本変形例に係る排気浄化装置１０１の構成の一例を示す模式図である。図４では、図１と同じ構成要素には同一符号を付しており、以下では、それら構成要素の説明を省略する。また、図示は省略しているが、排気浄化装置１０１は、図２に示した制御装置２００を備える。
【００６０】
図４に示すように、排気浄化装置１０１は、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２よりも下流側に、第３触媒コンバータ１３を備える。第３触媒コンバータ１３は、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２に対して直列に設けられている。
【００６１】
第３触媒コンバータ１３は、ＤＯＣ１４、尿素水噴射装置１５、ＳＣＲ１６、およびＡＳＣ１７を有する。ＳＣＲ１６の活性温度域は、ＳＣＲ９の活性温度域よりも高い。
【００６２】
排気浄化装置１０１の動作は、実施の形態と同様である。すなわち、制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値未満である場合、排ガスが第２分岐管１ｂよりも第１分岐管１ａに多く流れるように、バルブ２０を制御する。一方、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値以上である場合（排ガスの温度がＳＣＲ１６の活性温度域の下限値以上である場合を含む）、排ガスが第１分岐管１ａよりも第２分岐管１ｂに多く流れるように、バルブ２０を制御する。
【００６３】
このように、本変形例の排気浄化装置１０１は、さらに幅広い排ガスの温度に対応でき、ＮＯｘの浄化率をより向上させることができる。
【００６４】
また、本変形例の排気浄化装置１０１は、ＳＣＲ４、９よりも下流側かつＤＯＣ１４よりも上流側にＡＳＣ５、１０を備えている。よって、尿素水噴射装置３、８により噴射された尿素水から発生したアンモニアが、ＳＣＲ４、９をすり抜けた場合でも、そのアンモニアをＡＳＣ５、１０で分解できる。したがって、アンモニアがＤＯＣ１４に供給されることを抑制でき、ＤＯＣ１４におけるＮＯｘの発生を抑制できる。
【００６５】
なお、第３触媒コンバータ１３は、ＤＯＣ１４およびＡＳＣ１７のうち少なくとも一方を備えなくてもよい。
【００６６】
また、第３触媒コンバータ１３は、ＳＣＲ１６の代わりに、他の選択還元型触媒を備えてもよい。その場合、尿素水以外の還元剤（例えば、炭化水素等）が用いられてもよい。
【００６７】
また、第３触媒コンバータ１３は、微粒子捕集フィルタ（例えば、ＤＰＦ、ＣＳＦ等）を備えてもよい。
【００６８】
なお、ＤＯＣ１４は、「酸化触媒」の一例に相当する。尿素水噴射装置１５は、「還元剤供給装置」の一例に相当する。ＳＣＲ１６は、「第３の選択還元型触媒」の一例に相当する。ＡＳＣ１７は、「分解触媒」の一例に相当する。
【００６９】
［変形例７］
変形例６では、第３触媒コンバータ１３が第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２に対して直列に設けられる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
【００７０】
例えば、第３触媒コンバータ１３は、第１触媒コンバータ１１および第２触媒コンバータ１２と並列に設けられてもよい。これについて、図５を用いて以下に説明する。
【００７１】
図５は、本変形例に係る排気浄化装置１０２の構成の一例を示す模式図である。図５では、図１、図４と同じ構成要素には同一符号を付しており、以下では、それら構成要素の説明を省略する。また、図示は省略しているが、排気浄化装置１０２は、図２に示した制御装置２００を備える。
【００７２】
図５に示すように、排気管１は、第１分岐管１ａおよび第２分岐管１ｂと並列である第３分岐管１ｃをさらに備える。第３分岐管１ｃには、第３触媒コンバータ１３が設けられている。よって、第１触媒コンバータ１１、第２触媒コンバータ１２、および第３触媒コンバータ１３は、排気管１において並列に設けられている。
【００７３】
排気浄化装置１０２の動作は、以下の通りである。
【００７４】
制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値未満である場合、排ガスが第１分岐管１ａに最も多く流れるように、バルブ２０を制御する。
【００７５】
また、制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第１閾値以上かつ第２閾値未満である場合、排ガスが第２分岐管１ｂに最も多く流れるように、バルブ２０を制御する。
【００７６】
第２閾値は、例えば、ＳＣＲ１６の活性温度域の下限値である。第２閾値は、予め実施された実験またはシミュレーションの結果に基づいて設定される。
【００７７】
また、制御装置２００は、温度センサ３０により検知された排ガスの温度が第２閾値以上である場合、排ガスが第３分岐管１ｃに最も多く流れるように、バルブ２０を制御する。
【００７８】
このように、本変形例の排気浄化装置１０２は、変形例６と同様に、さらに幅広い排ガスの温度に対応でき、ＮＯｘの浄化率をより向上させることができる。
【００７９】
以上、各変形例について説明した。なお、各変形例は、組み合わせて実施されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本開示の排気浄化装置および車両は、排ガス中のＮＯｘの浄化に有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１  排気管
１ａ  第１分岐管
１ｂ  第２分岐管
１ｃ  第３分岐管
２、６、１４  ＤＯＣ
３、８、１５  尿素水噴射装置
４、９、１６  ＳＣＲ
５、１０、１７  ＡＳＣ
１１  第１触媒コンバータ
１２  第２触媒コンバータ
１３  第３触媒コンバータ
２０  バルブ
３０  温度センサ
１００、１０１、１０２  排気浄化装置
２００  制御装置
２０１  温度判定部
２０２  流量調整部
【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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