(57)【要約】【課題】排気ガスの低温時においても、排気ガス中のＮＯｘが大気に排出されることを抑制することが可能な排気浄化装置および車両を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関で発生した排気ガスが流れる排気管と、排気管に設けられ、過給機の一部を構成するタービンと、排気ガスの排気方向におけるタービンよりも下流側に設けられ、排気ガスの温度が活性温度である場合に、排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進するＮＯｘ選択還元型触媒と、排気管において、タービンよりも排気方向の上流側の第１部位と、タービンとＮＯｘ選択還元型触媒との間の第２部位と、を接続するバイパス経路部と、バイパス経路部に流れる排気ガスの流量を調整する調整部と、バイパス経路部に設けられ、バイパス経路部を流れる排気ガスに窒素酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給部と、を備える。【選択図】図１
2019190415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で発生した排気ガスが流れる排気管と、
前記排気管に設けられ、過給機の一部を構成するタービンと、
前記排気ガスの排気方向における前記タービンよりも下流側に設けられ、前記排気ガスの温度が活性温度である場合に、前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進するＮＯｘ選択還元型触媒と、
前記排気管において、前記タービンよりも前記排気方向の上流側の第１部位と、前記タービンと前記ＮＯｘ選択還元型触媒との間の第２部位と、を接続するバイパス経路部と、
前記バイパス経路部に流れる前記排気ガスの流量を調整する調整部と、
前記バイパス経路部に設けられ、前記バイパス経路部を流れる前記排気ガスに前記窒素酸化物を還元する還元剤を供給する還元剤供給部と、
を備える排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤供給部の位置は、前記バイパス経路部における、前記第２部位よりも前記第１部位に近い位置である、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気ガスの温度が前記活性温度未満である場合、前記バイパス経路部に前記排気ガスが流れるように前記調整部を制御する制御部を備える、
請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ＮＯｘ選択還元型触媒における前記還元剤の吸着量に応じて前記還元剤供給部を制御する、
請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気管において前記タービンと前記ＮＯｘ選択還元型触媒との間に設けられる酸化触媒を備え、
前記第２部位は、前記酸化触媒と前記ＮＯｘ選択還元型触媒との間の部位である、
請求項１〜４の何れか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の排気浄化装置を備える、
車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、排気浄化装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気系において、排気管に設けられたタービンと、タービンの下流側に設けられた排気浄化触媒とを有する排気浄化装置が知られている。例えば、特許文献１には、排気管のタービンよりも上流側の部位と、タービンと排気浄化触媒との間の部位とを接続し、排気圧に応じて開閉するバイパス経路部が設けられた構成が開示されている。
【０００３】
また、排気浄化触媒として、内燃機関で生じた排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を還元処理するＮＯｘ選択還元型触媒が知られている。ＮＯｘ選択還元型触媒は、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再表２０１０／０７３３５４号
【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、例えば、内燃機関の冷間始動時においては、排気ガスの温度が、ＮＯｘ選択還元型触媒が活性化領域となる活性温度に達しない場合がある。特に、タービンを有する構成の場合、排熱エネルギーをタービンインペラの回転エネルギーに変換するため、タービンを通過した排気ガスの温度が低下し、排気ガスの温度がさらに昇温しにくい。そのため、ＮＯｘ選択還元型触媒において排気ガス中のＮＯｘを還元処理できず、当該ＮＯｘが大気に排出されるという問題が生じる。
【０００６】
本開示の目的は、排気ガスの低温時においても、排気ガス中のＮＯｘが大気に排出されることを抑制することが可能な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】
本開示に係る排気浄化装置は、
内燃機関で発生した排気ガスが流れる排気管と、
前記排気管に設けられ、過給機の一部を構成するタービンと、
前記排気ガスの排気方向における前記タービンよりも下流側に設けられ、前記排気ガスの温度が活性温度である場合に前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進するＮＯｘ選択還元型触媒と、
前記排気管において、前記タービンよりも前記排気方向の上流側の第１部位と、前記タービンと前記ＮＯｘ選択還元型触媒との間の第２部位と、を接続するバイパス経路部と、
前記バイパス経路部に流れる前記排気ガスの流量を調整する調整部と、
前記排気ガスの温度に応じて、前記バイパス経路部に流れる前記排気ガスの流量を調整するように前記調整部を制御する制御部と、
を備える。
【０００８】
本開示に係る車両は、
上記した排気浄化装置を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、排気ガスの低温時においても、排気ガス中のＮＯｘが大気に排出されることを抑制することができる。
【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】排気浄化装置における調整制御の動作例を示すフローチャートである。
【図３】変形例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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の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。排気浄化装置１００は、排気管１１０と、タービン１２０と、バイパス経路部１３０と、調整部１４０と、温度検出部１５０と、制御部３００とを備えている。
【００１３】
排気管１１０では、内燃機関１から生じた排気ガスが流れる。排気管１１０には、排気ガスが流れる方向（図示左から右へ向かう方向、以下、「排気方向」という）の上流側から順に、タービン１２０、酸化触媒２１０、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０、アンモニアスリップ触媒２３０等が設けられている。
【００１４】
酸化触媒２１０は、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）等を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ２）を生成することで、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０の浄化性能を向上させる。
【００１５】
ＮＯｘ選択還元型触媒２２０は、排気管１１０における酸化触媒２１０の下流側に配置され、図示しない尿素水噴射部により噴射された尿素水に基づいて生成されたアンモニアを吸着する。ＮＯｘ選択還元型触媒２２０は、排気ガスの温度が活性温度のとき、吸着したアンモニアと、自身を通過する排気ガス中に含まれるＮＯｘとを反応させることで、当該ＮＯｘを還元する。活性温度は、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０が活性化領域となる温度である。
【００１６】
アンモニアスリップ触媒２３０は、排気方向におけるＮＯｘ選択還元型触媒２２０の下流側に位置しており、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０で使用されず、スリップしたアンモニアを分解して、アンモニアが車両Ｖ外に排出されるのを防止する。なお、本実施の形態では、アンモニアスリップ触媒２３０は、排気管１１０において、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０とは別のケースに収容されているが、本開示はこれに限定されず、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０と同じケースに収容されていても良い。
【００１７】
タービン１２０は、過給機の一部を構成しており、排気管１１０に設けられている。タービン１２０は、図示しないタービンインペラが、内燃機関１から排出された排気ガスにより回転する。また、タービン１２０は、過給機の他部を構成する、図示しない圧縮機と接続されている。圧縮機のコンプレッサインペラとタービンインペラとがシャフトにより一体に回転することで、吸気管から送り込まれる外気がコンプレッサインペラの回転により過給されて内燃機関１に送り込まれる。
【００１８】
バイパス経路部１３０は、排気管１１０においてタービン１２０よりも排気方向の上流側の第１部位１１１と、タービン１２０とＮＯｘ選択還元型触媒２２０との間の第２部位１１２とを接続する。第２部位１１２は、排気管１１０における、酸化触媒２１０とＮＯｘ選択還元型触媒２２０との間の部位である。
【００１９】
調整部１４０は、バイパス経路部１３０に流れる排気ガスのバイパス流量を調整可能なバルブである。調整部１４０が制御部３００によって制御されることで、排気管１１０の排気ガスがバイパス経路部１３０に流れる。
【００２０】
温度検出部１５０は、排気管１１０のタービン１２０と酸化触媒２１０との間の部位に設けられ、排気方向におけるＮＯｘ選択還元型触媒２２０よりも上流側の排気ガスの温度を検出する。
【００２１】
制御部３００は、例えば電子制御ユニットであり、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および入出力回路を備えている。制御部３００は、予め設定されたプログラムに基づいて、調整部１４０を介してバイパス経路部１３０に流れる排気ガスの流量を制御するように構成されている。
【００２２】
制御部３００は、温度検出部１５０により検出された排気ガスの温度に応じて、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０におけるＮＯｘの還元処理が促進されるように調整部１４０を制御する。具体的には、制御部３００は、温度検出部１５０の検出結果に基づいて、排気ガスの温度が活性温度未満である場合、バイパス経路部１３０に排気ガスを流すように調整部１４０を制御する。なお、ここでいう「排気ガスの温度が活性温度未満である」とは、活性温度の範囲のうち、最低温度となる活性温度より低い温度のことをいう。
【００２３】
排気ガスの温度が活性温度未満である場合、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０における還元処理が行われにくいので、還元処理が行われなかったＮＯｘが大気に排出されやすくなる。特に、タービン１２０を有する構成の場合、タービン１２０を排気ガスが通過することで、排気ガスの排熱エネルギーがタービンインペラの回転エネルギーに変換されるので、排気ガスの温度が低下しやすい。
【００２４】
そのため、本実施の形態では、制御部３００は、排気ガスの温度が活性温度未満である場合、バイパス経路部１３０に排気ガスを流すように調整部１４０を制御する。これにより、タービン１２０を通過していない、すなわち温度が低下していない排気ガスが直接的にＮＯｘ選択還元型触媒２２０に送り込まれる。この排気ガスはタービン１２０に起因する温度低下の影響を受けないので、当該排気ガスの熱をもって、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０によるＮＯｘの還元処理が促進され、ひいてはＮＯｘが大気に排出されることを抑制することができる。
【００２５】
また、制御部３００は、排気ガスの温度が活性温度以上である場合、バイパス経路部１３０に排気ガスを流さないように調整部１４０を制御する。排気ガスの温度が活性温度以上である場合、排気ガスの温度が十分に昇温した状態であるため、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０にバイパス経路部１３０を介して排気ガスを送り込む必要がなくなる。そのため、上記のように制御することで、無駄にバイパス経路部１３０に排気ガスが流されることを抑制することができる。また、バイパス経路部１３０に排気ガスの一部が流れることによるタービン１２０の回転駆動力の低下を抑制することができる。
【００２６】
また、制御部３００は、バイパス経路部１３０に排気ガスを流す際、内燃機関１の動作状態に応じて、バイパス経路部１３０に排気ガスの一部を流し、かつ、タービン１２０に残りの排気ガスを流すように調整部１４０を制御する。このとき、制御部３００は、バイパス経路部１３０に流れる排気ガスの流量が、タービン１２０に流れる排気ガスの流量よりも多くなるように調整部１４０を制御する。
【００２７】
例えば、車両Ｖが走行しているとき、排気ガスの全部がバイパス経路部１３０に流れていると、タービン１２０側に排気ガスが送り込まれないので、過給機による過給が行われなくなる。そのため、このようなときには、バイパス経路部１３０に排気ガスの一部を流し、かつ、タービン１２０に残りの排気ガスを流すようにすることで、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０を、タービン１２０を介さない排気ガスによって熱しつつ、タービン１２０のタービンインペラを回転させて過給機における過給を行わせることができる。
【００２８】
また、この場合、バイパス経路部１３０に流れる排気ガスの流量は、タービン１２０に流れる排気ガスの流量よりも多いので、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０付近の温度を昇温させやすくし、ひいては還元処理の効率を向上させることができる。
【００２９】
以上のように構成された排気浄化装置１００における調整制御の動作例について説明する。図２は、排気浄化装置１００における調整制御の動作例を示すフローチャートである。図２の処理は、例えば、車両Ｖの走行中において、適宜実行される。
【００３０】
図２に示すように、制御部３００は、排気ガスの温度が活性温度未満であるか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。判定の結果、排気ガスの温度が活性温度以上である場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、処理はステップＳ１０４に遷移する。一方、排気ガスの温度が活性温度未満である場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、制御部３００は、排気ガスの一部をバイパス経路部１３０に流すように調整部１４０を制御する（ステップＳ１０２）。
【００３１】
次に、制御部３００は、排気ガスの温度が活性温度以上であるか否かについて判定する（ステップＳ１０３）。判定の結果、排気ガスの温度が活性温度未満である場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）、ステップＳ１０３の処理が繰り返される。一方、排気ガスの温度が活性温度以上である場合（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、制御部３００は、排気ガスをバイパス経路部１３０に流さないように調整部１４０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。
【００３２】
以上のように構成された本実施の形態によれば、排気ガスの温度が活性温度未満である場合、排気ガスの一部がバイパス経路部１３０に流される。排気管１１０におけるタービン１２０側の経路では、タービン１２０を排気ガスが通過することで、排気ガスの排熱エネルギーがタービンインペラの回転エネルギーに変換されるので、排気ガスの温度が低下して活性温度まで上がりにくい。
【００３３】
そのため、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０における還元処理が行われにくくなるが、本実施の形態では、そのようなとき、バイパス経路部１３０により、タービン１２０を通過する前の排気ガスがＮＯｘ選択還元型触媒２２０に送り込まれる。その結果、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０付近が当該排気ガスによって昇温するので、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０における還元処理が促進される。その結果、タービンによる排気ガスの温度低下に起因して、ＮＯｘが大気に排出されることを抑制することができる。
【００３４】
ところで、タービン１２０の上流側で排気管１１０に接続されるバイパス経路部１３０に排気ガスを流す場合、全ての排気ガスをバイパス経路部１３０に流してしまうと、タービン１２０側に排気ガスが流れない。そのため、タービンインペラが排気ガスを利用して回転できないため、過給機における過給ができなくなるおそれがある。
【００３５】
しかし、本実施の形態では、バイパス経路部１３０に排気ガスの一部を流し、タービン１２０側には、その残りの排気ガスを流すため、当該排気ガスによりタービン１２０のタービンインペラを回転させることができる。その結果、過給機によって過給させることができる。
【００３６】
また、排気ガスの温度が活性温度未満のときにおける、バイパス経路部１３０における排気ガスの流量は、タービン１２０側に流れる排気ガスの流量よりも多い。このようにすることで、過給機における過給を行わせつつ、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０付近の温度を効率よく昇温させることができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態では、温度検出部１５０によって排気ガスの温度を検出していたが、本開示はこれに限定されず、例えば、内燃機関１が始動してからの経過時間に基づいて排気ガスの温度を推定するようにしても良い。
【００３８】
また、上記実施の形態では、バイパス経路部１３０が、排気管１１０の酸化触媒２１０とＮＯｘ選択還元型触媒２２０との間の部位に接続されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図３に示すように、バイパス経路部１３０が、排気管１１０のタービン１２０と酸化触媒２１０との間の部位に接続されていても良い。ただし、酸化触媒２１０を排気ガスが通過することで多少排気ガスの温度が低下することが考えられるので、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０における還元処理促進の観点から、バイパス経路部１３０から直接排気ガスがＮＯｘ選択還元型触媒２２０に供給される図１の構成であることが好ましい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、排気ガスの一部をバイパス経路部１３０に流していたが、本開示はこれに限定されず、例えば、アイドリング時のような過給機における過給が必要ないようなとき等、必要に応じて排気ガスの全部をバイパス経路部１３０に流すようにしても良い。
【００４０】
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、本開示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。
【００４１】
その他、上記実施の形態は、何れも本開示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、これらによって本開示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、本開示はその要旨、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】
【００４２】
本開示の排気浄化装置は、排気ガスの低温時においても、排気ガス中のＮＯｘが大気に排出されることを抑制することが可能な排気浄化装置および車両として有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１  内燃機関
１００  排気浄化装置
１１０  排気管
１２０  タービン
１３０  バイパス経路部
１４０  調整部
１５０  温度検出部
２１０  酸化触媒
２２０  ＮＯｘ選択還元型触媒
２３０  アンモニアスリップ触媒
３００  制御部
Ｖ  車両
【図１】
2019190415.tif 000003
【図２】
2019190415.tif 000004
【図３】
2019190415.tif 000005