(57)【要約】【課題】バイパス経路部のＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを確実に脱離させ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、排気管と、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を還元する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部位と、タービンとＮＯｘ選択還元型触媒との間の部位と、を接続するバイパス経路部と、バイパス経路部に設けられ、排気ガスの温度が活性温度より高い脱離温度である場合、吸着した窒素酸化物を脱離させるＮＯｘ吸着触媒と、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、排気ガスの温度に応じて、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている窒素酸化物が脱離するように、調整部を制御する制御部と、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部位と、前記タービンと前記ＮＯｘ選択還元型触媒との間の部位と、を接続するバイパス経路部と、
前記バイパス経路部に設けられ、前記排気ガスの温度が前記活性温度より高い脱離温度である場合、吸着した窒素酸化物を脱離させるＮＯｘ吸着触媒と、
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ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている前記窒素酸化物が脱離するように、前記調整部を制御する制御部と、
を備える排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記脱離温度以上であり、かつ、前記ＮＯｘ吸着触媒に前記窒素酸化物が吸着されている場合、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、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている前記窒素酸化物が完全に脱離した場合、前記バイパス経路部に前記排気ガスが流れないように前記調整部を制御する、
請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記脱離温度以上であり、かつ、前記ＮＯｘ吸着触媒に前記窒素酸化物が吸着されていない場合、前記バイパス経路部に前記排気ガスが流れないように前記調整部を制御する、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記排気ガスの温度が前記活性温度以上で、かつ、前記脱離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ないように前記調整部を制御する、
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】
前記制御部は、前記バイパス経路部に前記排気ガスの一部が流れ、かつ、前記タービンに残りの前記排気ガスが流れるように前記調整部を制御し、
前記バイパス経路部に流れる前記排気ガスの流量は、前記タービンに流れる前記排気ガスの流量よりも少ない、
請求項１〜５の何れか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項７】
請求項１〜６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から、タービンと排気浄化触媒との間の部位に接続されるバイパス経路部が設けられた構成が開示されている。このバイパス経路部には、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）を吸着するＮＯｘ吸着触媒が設けられている。
【０００３】
この技術では、排気浄化触媒を活性温度に昇温させるまで、バイパス経路部に排気ガスを流して、ＮＯｘ吸着触媒にＮＯｘを吸着させ、排気浄化触媒が活性温度まで昇温させた後、ＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを脱離させる制御を行う。
【０００４】
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】
【０００５】
【特許文献１】再表２０１０／１１６５４１号
【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、ＮＯｘ選択還元型触媒の活性温度が、ＮＯｘ吸着触媒の脱離温度よりも低い場合、ＮＯｘ選択還元型触媒が活性温度まで昇温しても、ＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを脱離させることができないという問題が生じる。
【０００７】
本開示の目的は、バイパス経路部のＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを確実に脱離させ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】
【０００８】
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部位と、前記タービンと前記ＮＯｘ選択還元型触媒との間の部位と、を接続するバイパス経路部と、
前記バイパス経路部に設けられ、前記排気ガスの温度が前記活性温度より高い脱離温度である場合、吸着した窒素酸化物を脱離させるＮＯｘ吸着触媒と、
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ＮＯｘ吸着触媒に吸着されている前記窒素酸化物が脱離するように、前記調整部を制御する制御部と、
を備える。
【０００９】
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】
【００１０】
本開示によれば、バイパス経路部のＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを確実に脱離させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
バイパス経路部１３０は、排気管１１０における、タービン１２０よりも排気方向の上流側の部位１１１と、タービン１２０とＮＯｘ選択還元型触媒２２０との間の部位１１２とを接続する。バイパス経路部１３０には、ＮＯｘ吸着触媒２４０が設けられている。
【００２０】
ＮＯｘ吸着触媒２４０は、排気ガスの温度が吸着温度である場合、排気ガス中のＮＯｘを吸着する。吸着温度の範囲は、上述の活性温度の範囲のうち、最低温度となる活性温度未満の温度を含む範囲である。
【００２１】
ＮＯｘ吸着触媒２４０に吸着されたＮＯｘは、排気ガスの温度が脱離温度以上である場合、ＮＯｘ吸着触媒２４０から脱離する。脱離温度は、上述の活性温度の範囲のうち、最低温度となる活性温度より高い温度である。
【００２２】
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。
【００２３】
温度検出部１５０は、排気管１１０のタービン１２０とＮＯｘ選択還元型触媒２２０との間の部位１１２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。
【００２４】
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における排気ガスのバイパス流量を制御するように構成されている。
【００２５】
制御部３００は、排気ガスの温度、および、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量に応じて、排気ガスの一部がバイパス経路部１３０に流れるように調整部１４０を制御する。
【００２６】
排気ガスの温度は、上述の温度検出部１５０により検出された温度である。また、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量は、例えば、バイパス経路部１３０に流れる排気ガスの流量や、ＮＯｘ吸着触媒２４０から脱離したＮＯｘ量等に基づいて算出される方法等、公知の方法により推定される。また、ＮＯｘの吸着量は、ＮＯｘ吸着触媒２４０の上流側および下流側に、それぞれＮＯｘを検出するセンサを設け、各センサの検出量の差分値を用いて推定されても良い。
【００２７】
具体的には、制御部３００は、排気ガスの温度がＮＯｘ選択還元型触媒２２０の活性温度未満であり、かつ、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量が最大量未満である場合、バイパス経路部１３０に排気ガスの一部が流れるように調整部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側に流れる排気ガスの流量より多くなるように調整部１４０を制御する。
【００２８】
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、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。
【００２９】
そのため、本実施の形態では、排気ガスの温度が活性温度未満である場合、ＮＯｘ吸着触媒２４０によってバイパス経路部１３０を流れる排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着する。これにより、排気ガスの温度が、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０で還元処理が行われにくい温度である場合に、ＮＯｘがＮＯｘ吸着触媒２４０に吸着されるので、ＮＯｘが大気に排出されることを抑制することができる。
【００３０】
制御部３００は、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量が最大量に達した場合、バイパス経路部１３０に排気ガスが流れないように調整部１４０を制御する。ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量が最大量であると、排気ガス中のＮＯｘが吸着されないので、バイパス経路部１３０に排気ガスを流す必要がなくなる。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。
【００３１】
制御部３００は、排気ガスの温度がＮＯｘ選択還元型触媒２２０の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。ＮＯｘ選択還元型触媒２２０が活性温度以上である場合、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０でＮＯｘの還元処理が行われるので、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘを吸着させておく必要がなくなる。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。
【００３２】
また、制御部３００は、排気ガスの温度、および、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量に応じて、ＮＯｘ吸着触媒２４０からＮＯｘを脱離（パージ）させるように、調整部１４０を制御する。
【００３３】
具体的には、制御部３００は、排気ガスの温度が脱離温度以上であり、かつ、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘが吸着されている場合、バイパス経路部１３０に排気ガスが流れるように調整部１４０を制御する。このとき、制御部３００は、バイパス経路部１３０における排気ガスの流量が、タービン１２０側に流れる排気ガスの流量よりも少なくなるように調整部１４０を制御する。
【００３４】
このようにすることで、排気ガスの温度上昇に伴い、ＮＯｘ吸着触媒２４０に吸着されたＮＯｘをＮＯｘ吸着触媒２４０から脱離させることができる。そのため、排気ガスの温度が低下した際に、再度ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘを吸着させることができる。また、ＮＯｘ吸着触媒２４０から脱離したＮＯｘは、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０によって還元処理される。
【００３５】
また、制御部３００は、ＮＯｘ吸着触媒２４０からＮＯｘが脱離しきった場合や、排気ガスの温度が脱離温度以上であり、かつ、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘが吸着されていない場合、バイパス経路部１３０に排気ガスが流れないように調整部１４０を制御する。
【００３６】
このような状態では、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘが全く吸着されてない状態であり、バイパス経路部１３０に排気ガスを流しても、ＮＯｘ吸着触媒２４０でＮＯｘを吸着できない温度（脱離温度）であるので、バイパス経路部１３０に排気ガスを流す必要が無い。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。
【００３７】
また、制御部３００は、排気ガスの温度が活性温度以上で、かつ、脱離温度未満である場合、バイパス経路部１３０に排気ガスが流れないように調整部１４０を制御する。このようにすることで、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０における還元処理を促進させることができる。
【００３８】
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。
【００３９】
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、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量が最大量未満であるか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
判定の結果、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量が最大量である場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、処理はステップＳ１０４に遷移する。一方、ＮＯｘ吸着触媒２４０におけるＮＯｘの吸着量が最大量未満である場合（ステップＳ１０２、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Ｓ１０３）。ステップＳ１０３の後、処理はステップＳ１０１に戻る。
【００４１】
ステップＳ１０１又はステップＳ１０２でＮＯと判定された場合、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）。
【００４２】
次に、制御部３００は、排気ガスの温度が脱離温度以上であるか否かについて判定する（ステップＳ１０５）。判定の結果、排気ガスの温度が脱離温度未満である場合（ステップＳ１０５、ＮＯ）、本制御は終了する。
【００４３】
一方、排気ガスの温度が脱離温度以上である場合（ステップＳ１０５、ＹＥＳ）、制御部３００は、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘが吸着されているか否かについて判定する（ステップＳ１０６）。
【００４４】
判定の結果、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘが吸着されていない場合（ステップＳ１０６、ＮＯ）、本制御は終了する。一方、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘが吸着されている場合（ステップＳ１０６、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Ｓ１０７）。ステップＳ１０７の後、本制御は終了する。
【００４５】
以上のように構成された本実施の形態によれば、ＮＯｘ吸着触媒２４０にＮＯｘが吸着されており、かつ、排気ガスの温度が脱離温度以上である場合、バイパス経路部１３０に排気ガスが流される。これにより、ＮＯｘ吸着触媒２４０からＮＯｘが脱離して、後段に位置するＮＯｘ選択還元型触媒２２０によって還元処理される。
【００４６】
すなわち、本実施の形態では、バイパス経路部１３０のＮＯｘ吸着触媒２４０からＮＯｘを確実に脱離させることができる。その結果、次に、排気ガスの温度が活性温度未満となった場合、バイパス経路部１３０のＮＯｘ吸着触媒２４０によってＮＯｘを吸着することができるので、ＮＯｘが大気に放出されることを抑制することができる。
【００４７】
また、バイパス経路部１３０の下流側のＮＯｘ選択還元型触媒２２０に対してもより高温な排気ガスを導くことが可能となり、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０における還元効率を向上させることができる。
【００４８】
また、排気ガスの温度が脱離温度以上の場合、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少ない。このようにすることで、ＮＯｘ吸着触媒２４０からＮＯｘを脱離させつつ、当該ＮＯｘをＮＯｘ選択還元型触媒２２０に運ぶ排気ガスを必要最低限の量とすることができる。そのため、ＮＯｘ選択還元型触媒２２０による還元効率を維持しつつ、ＮＯｘ吸着触媒２４０からＮＯｘを効率よく脱離させることができる。
【００４９】
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にかかる負荷に基づいて温度を推定するようにしても良い。
【００５０】
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、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。
【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。
【００５２】
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】
【００５３】
本開示の排気浄化装置は、バイパス経路部のＮＯｘ吸着触媒からＮＯｘを確実に脱離させ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】
【００５４】
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
２４０  ＮＯｘ吸着触媒
３００  制御部
Ｖ  車両
【図１】
2019190417.tif 000003
【図２】
2019190417.tif 000004