(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンが排出した排ガスを排出する排ガス導入通路と、
前記排ガス導入通路を複数に分岐させて前記排ガスを排出する複数の第１排ガス通路と、
それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、前記排ガスを浄化する排ガス浄化部と、
前記複数の第１排ガス通路が合流した部分に設けられて、前記複数の第１排ガス通路から排出された前記排ガスを排出する第２排ガス通路と、
前記複数の第１排ガス通路が合流する合流部における前記排ガス温度を検出する排ガス温度センサと、
大気圧を検出する大気圧センサと、
前記合流する部分の圧力としての合流部圧力を、前記ディーゼルエンジンの運転中に得られた前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスの総流量と前記排ガス温度センサが検出した前記排ガスの温度と前記大気圧センサが検出した前記大気圧とに基づいて求める処理部と、
を含み、
それぞれの前記排ガス浄化部は、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、還元剤によって前記排ガス中のＮＯｘを還元する還元触媒を備えており、
それぞれの前記第１排ガス通路は、
前記排ガスの流れ方向におけるそれぞれの前記還元触媒の上流側に設けられたパティキュレートフィルタと、
それぞれの前記パティキュレートフィルタと前記還元触媒との間に配置されてそれぞれの前記第１排ガス通路内の圧力を検出する圧力センサと、を有し、
前記処理部は、
少なくとも、前記合流部圧力と、前記圧力センサが検出したそれぞれの前記第１排ガス通路内の圧力とに基づいて、それぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、
排ガス処理装置。
【請求項２】
それぞれの前記排ガスの流れ方向において前記排ガス浄化部の下流側に設けられたそれぞれの前記第１排ガス通路には、前記第１排ガス通路の断面積を縮小する絞り部が設けられている、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
ディーゼルエンジンが排出した排ガスを排出する排ガス導入通路と、
前記排ガス導入通路を複数に分岐させて前記排ガスを排出する複数の第１排ガス通路と、
それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、前記排ガスを浄化する排ガス浄化部と、
前記複数の第１排ガス通路が合流した部分に設けられて、前記複数の第１排ガス通路から排出された前記排ガスを排出する第２排ガス通路と、
前記複数の第１排ガス通路が合流する合流部における前記排ガスの温度を検出する排ガス温度センサと、
大気圧を検出する大気圧センサと、
前記合流する部分の圧力としての合流部圧力を、前記ディーゼルエンジンの運転中に得られた前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスの総流量と前記排ガス温度センサが検出した前記排ガスの温度と前記大気圧センサが検出した前記大気圧とに基づいて求める処理部と、
を含み、
それぞれの前記排ガス浄化部は、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、還元剤によって前記排ガス中のＮＯｘを還元する還元触媒を備えており、
それぞれの前記第１排ガス通路は、
前記還元触媒よりも排ガスの流れ方向における上流側に配置されて、前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ検出センサと、
それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側に配置されてそれぞれの前記第１排ガス通路内の圧力を検出する圧力センサと、を有し、
前記処理部は、
それぞれの前記圧力センサの検出値に基づき、それぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量比を求め、得られた前記流量比及び前記総流量に基づいてそれぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量を求め、得られたそれぞれの前記第１排ガス通路における排ガスの流量及び前記ＮＯｘ検出センサが検出したＮＯｘの濃度からそれぞれの前記第１排ガス通路におけるＮＯｘの流量を求め、得られたそれぞれの前記第１排ガス通路におけるＮＯｘの流量からそれぞれの前記還元触媒に与える還元剤の量を求める、
排ガス処理装置。
【請求項４】
前記処理部は、
前記ディーゼルエンジンの吸入空気量と前記ディーゼルエンジンに対する燃料噴射量とから前記総流量を求める、請求項２に記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記排ガス温度センサは、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、それぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの温度を検出し、
前記処理部は、前記排ガス温度センサが検出した前記第１排ガス通路を流れる排ガスの温度をさらに用いて、前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、請求項４に記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の排ガス処理装置を備える、ディーゼルエンジン。
【請求項７】
ディーゼルエンジンが排出した排ガスを排出する排ガス導入通路から、前記排ガスを浄化する浄化装置をそれぞれ備えた複数の第１排ガス通路に分岐させた後、前記複数の第１排ガス通路を合流させて第２排ガス通路から排出する排ガス処理装置の、前記複数の第１排ガス通路が合流する部分の圧力としての合流部圧力を求めるにあたり、
前記ディーゼルエンジンが運転中に排出した排ガスの総流量と、前記複数の第１排ガス通路が合流する合流部における前記排ガスの温度と、大気圧とを取得し、
前記合流部圧力を、取得した前記総流量と前記排ガスの温度と前記大気圧とに基づいて求め、
前記浄化装置は、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられた還元触媒を備えており、
それぞれの前記第１排ガス通路は、前記排ガスの流れ方向におけるそれぞれの前記還元触媒の上流側に設けられたパティキュレートフィルタと、それぞれの前記パティキュレートフィルタと前記還元触媒との間に配置されてそれぞれの前記第１排ガス通路内の圧力を検出する圧力センサと、を有し、
前記還元触媒の還元剤によって前記排ガス中のＮＯｘを還元し、
前記圧力センサによりそれぞれの前記第１排ガス通路内の圧力を検出し、
少なくとも、前記合流部圧力と、前記圧力センサが検出したそれぞれの前記第１排ガス通路内の圧力とに基づいて、それぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、排ガス処理方法。
【請求項８】
前記処理部は、
前記ディーゼルエンジンの吸入空気量と前記ディーゼルエンジンに対する燃料噴射量とから前記総流量を求める、請求項３に記載の排ガス処理装置。
【請求項９】
前記排ガス温度センサは、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、それぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの温度を検出し、
前記処理部は、前記排ガス温度センサが検出した前記第１排ガス通路を流れる排ガスの温度をさらに用いて、前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、請求項８に記載の排ガス処理装置。
【請求項１０】
前記排ガスの流れ方向におけるそれぞれの前記還元触媒の上流側にそれぞれパティキュレートフィルタが設けられ、
それぞれの前記圧力センサは、それぞれの前記パティキュレートフィルタと前記還元触媒との間に配置される、請求項８又は請求項９に記載の排ガス処理装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の排ガス処理装置を備える、ディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを処理する排ガス処理装置、ディーゼルエンジン及び排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の量を低減するため、例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンからの排ガスを２台の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によって処理する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３３８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数の通路に分岐させて浄化する場合、パティキュレートフィルタに堆積したＰＭ（Particulate  Matter）の量を推定するため、それぞれの通路を流れる排ガスの流量を求める必要がある。また、いわゆる尿素ＳＣＲ（Selective  Catalytic  Reduction）を用いて排ガスを浄化する場合、還元触媒に供給する還元剤の量を決定するために、それぞれの通路を流れる排ガスの流量を求める必要がある。【０００５】
特許文献１には、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数の通路に分岐させて浄化した後に合流させてから排出することが記載されている。このような構造においては、通路を合流させる合流部における配管抵抗の影響で、合流部の圧力が正確に求めることが困難である結果、各通路を流れる排ガスの流量を正確に求めることができない可能性がある。【０００６】
本発明は、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数の通路に分岐させて浄化した後に合流させてから排出するにあたって、それぞれの通路を流れる排ガスの流量を求めるために必要な合流部の圧力を求める際の精度低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを排出する排ガス導入通路と、前記排ガス導入通路を複数に分岐させて前記排ガスを排出する複数の第１排ガス通路と、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、前記排ガスを浄化する排ガス浄化部と、前記複数の第１排ガス通路が合流した部分に設けられて、前記複数の第１排ガス通路から排出された前記排ガスを排出する第２排ガス通路と、前記複数の第１排ガス通路が合流する部分での前記排ガスの温度を検出する排ガス温度センサと、大気圧を検出する大気圧センサと、前記合流する部分の圧力としての合流部圧力を、前記ディーゼルエンジンの運転中に得られた前記総流量と前記排ガス温度センサが検出した前記排ガスの温度と前記大気圧センサが検出した前記大気圧とに基づいて求める処理部と、を含む、排ガス処理装置である。【０００８】
それぞれの前記排ガスの流れ方向において前記排ガス浄化部の下流側に設けられたそれぞれの前記第１排ガス通路には、前記第１排ガス通路の断面積を縮小する絞り部が設けられていることが好ましい。【０００９】
それぞれの前記排ガス浄化部は、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、還元剤によって前記排ガス中のＮＯｘを還元する還元触媒を備えており、それぞれの前記第１排ガス通路は、前記還元触媒よりも排ガスの流れ方向における上流側に配置されて、前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ検出センサと、それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側に配置されてそれぞれの前記第１排ガス通路内の圧力を検出する圧力センサと、を有し、前記処理部は、それぞれの前記圧力センサの検出値に基づき、それぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量比を求め、得られた前記流量比及び前記総流量に基づいてそれぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量を求め、得られたそれぞれの前記第１排ガス通路における排ガスの流量及び前記ＮＯｘ検出センサが検出したＮＯｘの濃度からそれぞれの前記第１排ガス通路におけるＮＯｘの流量を求め、得られたそれぞれの前記第１排ガス通路におけるＮＯｘの流量からそれぞれの前記還元触媒に与える還元剤の量を求めることが好ましい。【００１０】
前記処理部は、前記ディーゼルエンジンの吸入空気量と前記ディーゼルエンジンに対する燃料噴射量とから前記総流量を求めることが好ましい。【００１１】
前記排ガス温度センサは、それぞれの前記第１排ガス通路に設けられて、それぞれの前記第１排ガス通路を流れる排ガスの温度を検出し、前処理部は、前記排ガス温度センサが検出した排ガスの温度をさらに用いて、前記第１排ガス通路を流れる排ガスの流量を求めることが好ましい。【００１２】
前記排ガスの流れ方向におけるそれぞれの前記還元触媒の上流側にそれぞれパティキュレートフィルタが設けられ、それぞれの前記圧力センサは、それぞれの前記パティキュレートフィルタと前記還元触媒との間に配置されることが好ましい。【００１３】
本発明は、前述した排ガス処理装置を備える、ディーゼルエンジンである。【００１４】
本発明は、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを排出する排ガス通路から、前記排ガスを浄化する浄化装置をそれぞれ備えた複数の第１排ガス通路に分岐させた後、前記複数の第１排ガス通路を合流させて第２排ガス通路から排出する排ガス処理装置の、前記複数の第１排ガス通路が合流する部分の圧力としての合流部圧力を求めるにあたり、前記ディーゼルエンジンが運転中に排出した排ガスの総流量と、前記排ガスの温度と、前記大気圧とを取得し、前記合流部圧力を、取得した前記総流量と前記排ガスの温度と前記大気圧とに基づいて求める、排ガス処理方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数の通路に分岐させて浄化した後に合流させてから排出するにあたって、それぞれの通路を流れる排ガスの流量を求めるために必要な合流部の圧力を求める際の精度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。
【図２】図２は、実際に計測した合流部圧力と排ガスの総流量と合流部温度と大気圧とを用いて得られた排ガスの総流量と圧力パラメーターとの関係を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る排ガス処理方法において、合流部圧力を求める処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、第１還元触媒における流量と圧力パラメーターとの関係を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る排ガス処理方法の処理フロー図である。
【図６】図６は、本実施形態の第１変形例に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。
【図７】図７は、本実施形態の第２変形例に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。
【図８】図８は、第１差圧及び第２差圧と、第１ＤＰＦ及び第２ＤＰＦを流れる排ガスの流量との関係の一例を、第１ＤＰＦ及び第２ＤＰＦに堆積したススの量を異ならせて示した図である。
【図９】図９は、第２変形例に係る排ガス処理装置を用いた排ガス処理の一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】
【００１７】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態において、流体の流量、すなわち吸入空気量及び排ガスの流量等は、いずれも質量流量である。
【００１８】
＜ディーゼルエンジン＞
図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。ディーゼルエンジン１０は、排ガス処理装置２０を備える。排ガス処理装置２０については後述する。ディーゼルエンジン１０及び排ガス処理装置２０は、制御装置５０によって制御される。ディーゼルエンジン１０は、燃料噴射装置１１と、吸気通路としての吸気管１２とを備える。また、排ガス処理装置２０が備える排ガス導入通路としての排気管２１がディーゼルエンジン１０の排気口１６に取り付けられる。
【００１９】
吸気管１２の入口１２Ｉには、空気中の塵を除去するためのエアクリーナ１３が取り付けられている。吸気管１２は、出口１２Ｅがディーゼルエンジン１０の吸気口１７に取り付けられている。吸気管１２には、吸入空気量センサ１４が取り付けられている。吸入空気量センサ１４は、吸気管１２を通過してディーゼルエンジン１０に吸入される空気ＡＩの流量（本実施形態では質量流量）を検出する。吸入空気量センサ１４は、制御装置５０と電気的に接続されている。このような構造により、吸入空気量センサ１４の計測値は、制御装置５０が取得する。制御装置５０は、吸入空気量センサ１４の計測値を、排ガス処理装置２０の制御を始めとしたディーゼルエンジン１０の制御に使用する。
【００２０】
燃料噴射装置１１は、ディーゼルエンジン１０に燃料を供給する。より具体的には、ディーゼルエンジン１０が有するそれぞれのシリンダ１０Ｃに対応した燃焼室に燃料を噴射する。本実施形態において、燃料噴射装置１１は、蓄圧室１１Ｒとインジェクタ１１Ｉとを含む、いわゆるコモンレール方式の装置である。燃料噴射装置１１は、制御装置５０によって制御される。具体的には、例えば、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の回転速度及び負荷等といった運転条件に応じて適切な量の燃料をインジェクタ１１Ｉから噴射させる。本実施形態において、燃料噴射装置１１は、コモンレール方式に限定されない。
【００２１】
＜排ガス処理装置２０＞
排ガス処理装置２０は、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸを浄化する装置である。本実施形態において、排ガス処理装置２０は、主として、排ガスＥＸに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させる。本実施形態において、排ガス処理装置２０は、第１排ガス通路としての第１分岐管２２Ａ及び第１排ガス通路としての第２分岐管２２Ｂと、排ガス浄化部としての第１排ガス浄化部２０Ａ及び第２排ガス浄化部２０Ｂと、第２排ガス通路２６と、排ガス温度センサとしての第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂと、大気圧センサ２９と、処理部５１とを含む。
【００２２】
複数の第１排ガス通路としての第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂは、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸを複数に分岐させて通過させる複数の通路である。排ガス処理装置２０の構造から見ると、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとは、排ガス導入通路としての排気管２１から分岐している。排気管２１は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸを排出する。そして、排気管２１は、排ガスＥＸを、排ガス処理装置２０の第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとに導く。排気管２１を流れる排ガスＥＸは、排気管２１から第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとが分岐する分岐部２１Ｓで、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとに分岐して流れる。
【００２３】
排ガス浄化部としての第１排ガス浄化部２０Ａ及び第２排ガス浄化部２０Ｂは、それぞれの第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂに設けられて、排ガスＥＸを浄化する。第２排ガス通路２６は、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂが合流した部分に設けられた通路である。第２排ガス通路２６は、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂから排出された排ガスＥＸを排出する。本実施形態においては、第２排ガス通路２６は、第１排ガス浄化部２０Ａ及び第２排ガス浄化部２０Ｂの下流側で、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂが合流する。本実施形態においては、特に断りのない限り、上流側とは、排ガス処理装置２０における排ガスＥＸの流れ方向における上流側であり、下流側とは、排ガス処理装置２０における排ガスＥＸの流れ方向における下流側である。
【００２４】
排ガス温度センサとしての第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂは、排ガスＥＸの温度を検出する。本実施形態において、第１温度センサ２８Ａは第１分岐管２２Ａに設けられる。第２温度センサ２８Ｂは第２分岐管２２Ｂに備えられる。より具体的には、第１温度センサ２８Ａは排ガス浄化部としての第１排ガス浄化部２０Ａが備える還元触媒としての第１触媒２５Ａの上流側に設けられる。第２温度センサ２８Ｂは排ガス浄化部としての第２排ガス浄化部２０Ｂが備える還元触媒としての第２触媒２５Ｂの上流側に設けられる。第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂについては後述する。第１温度センサ２８Ａは、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの温度を検出する。第２温度センサ２８Ｂは、第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの温度を検出する。なお、第１温度センサ２８Ａは第１触媒２５Ａ内で排ガスＥＸの温度を検出し、第２温度センサ２８Ｂは第２触媒２５Ｂ内で排ガスＥＸの温度を検出してもよい。
【００２５】
大気圧センサ２９は、大気圧Ｐａｔを検出する圧力センサである。処理部５１は、本実施形態に係る排ガス処理方法を実行して、第１排ガス浄化部２０Ａ及び第２排ガス浄化部２０Ｂとが合流する部分（以下、適宜合流部分という）２２Ｊの圧力（以下、適宜合流部圧力という）Ｐｊｎを求める。これは、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量をそれぞれ求めるために、合流部圧力Ｐｊｎが必要になるからである。本実施形態においては、処理部５１は、合流部圧力Ｐｊｎとディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量Ｑｍと排ガスＥＸの温度と大気圧Ｐａｔとの関係に、ディーゼルエンジン１０の運転中に得られた排ガスＥＸの総流量Ｑｍと排ガス温度センサが検出した排ガスＥＸの温度と大気圧センサ２９が検出した大気圧Ｐａｔとを与えて求める。排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、ディーゼルエンジン１０の運転中に排ガス総流量検出部が求める。排ガス総流量検出部については後述する。前述した合流部分２２Ｊは、複数の第１排ガス通路が合流する部分、すなわち、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとが合流する部分でもある。
【００２６】
（第１排ガス浄化部２０Ａ及び第２排ガス浄化部２０Ｂ）
本実施形態において、排ガス浄化部としての第１排ガス浄化部２０Ａ及び第２排ガス浄化部２０Ｂは、パティキュレートフィルタとしての第１ＤＰＦ（Diesel  Particulate  Filter）２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂと、ＮＯｘを還元する還元触媒（以下、適宜ＮＯｘ還元触媒という）としての第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂとを有する。本実施形態において、排ガス処理装置２０は、選択触媒としてのＮＯｘ還元触媒と還元剤とを用いて排ガスＥＸ中に含まれるＮＯｘを還元する、尿素ＳＣＲと呼ばれる排ガスを処理する技術を主として利用しているが、排ガスＥＸを処理する技術はこれに限定されるものではない。
【００２７】
本実施形態に係る排ガス処理方法で用いられる排ガスＥＸの温度は、合流部２２Ｊにおける排ガスＥＸの温度（適宜合流部温度という）Ｔｊｎである。合流部温度Ｔｊｎは、合流部２２Ｊに排ガス温度センサを設けて検出してもよい。また、合流部温度Ｔｊｎは、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂの下流であれば、処理部５１が求める合流部圧力Ｐｊｎの値に与える影響は小さい。このため、本実施形態では、合流部温度Ｔｊｎを求めるための排ガス温度センサとして第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂの少なくとも一方を用いる。これらのうちいずれか一方が検出した排ガスＥＸの温度を合流部温度Ｔｊｎとしてもよいし、両方が検出した排ガスＥＸの温度の平均値を合流部温度Ｔｊｎとしてもよい。
【００２８】
ＮＯｘ還元触媒としての第１触媒２５Ａは第１分岐管２２Ａに設けられ、第２触媒２５Ｂは第２分岐管２２Ｂに設けられる。第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂは、還元剤Ｒによって排ガスＥＸ中のＮＯｘを還元する。すなわち、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、それぞれの第１排ガス通路としての第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとに設けられて、排ガスＥＸ中のＮＯｘを還元する。
【００２９】
還元剤Ｒは、還元剤供給装置３０によって、ＮＯｘ還元触媒としての第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ内と、ＮＯｘ還元触媒としての第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂ内とに必要量が供給される。還元剤供給装置３０は、還元剤タンク３１と、第１ポンプ３２Ａと、第２ポンプ３２Ｂと、第１噴射装置３３Ａと、第２噴射装置３３Ｂとを備える。制御装置５０は、第１ポンプ３２Ａと、第２ポンプ３２Ｂと、第１噴射装置３３Ａと、第２噴射装置３３Ｂとを制御する。そして、第１噴射装置３３Ａは、第１ポンプ３２Ａが還元剤タンク３１から圧送した還元剤Ｒを、第１分岐管２２Ａの内部に噴射する。また、第２噴射装置３３Ｂは、第２ポンプ３２Ｂが還元剤タンク３１から圧送した還元剤Ｒを、第２分岐管２２Ｂの内部に噴射する。
【００３０】
本実施形態において、還元剤Ｒは尿素（より具体的には尿素水）である。第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂ内に供給された還元剤Ｒは、排ガスＥＸの熱によって分解され、アンモニアに変化する。ＮＯｘ還元触媒としての第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂにおいて、ＮＯｘとアンモニアとが触媒反応を起こして、窒素と水とに変換される。このように、排ガス処理装置２０は、還元剤Ｒに尿素を用いた選択触媒還元、いわゆる尿素ＳＣＲを用いて、排ガスＥＸに含まれるＮＯｘを窒素と水とに変換している。
【００３１】
ＮＯｘ還元触媒は、ＮＯｘを還元する還元剤によってＮＯｘを窒素と水とに変換するものである。ＮＯｘ還元触媒は、例えば、バナジウム系触媒又はゼオライト系触媒等が用いられる。排ガス処理装置２０は、排ガスＥＸの流れ方向における第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側に、アンモニアを浄化するための酸化触媒（ＡＭＯＸ：Ammonia  Oxidation  Catalyst）を備えていてもよい。
【００３２】
第１ＤＰＦ２３ＡはＮＯｘ還元触媒としての第１触媒２５Ａの上流側に備えられ、第２ＤＰＦ２３ＢはＮＯｘ還元触媒としての第２触媒２５Ｂの上流側に備えられる。これらは、排ガスＥＸに含まれるスス（ＰＭ、以下同様）を除去する。排ガス処理装置２０が第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを備える場合、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂの上流側には、酸化触媒（例えば、ＤＯＣ：Diesel  Oxidation  Catalyst）が備えられていてもよい。
【００３３】
（排ガス処理装置２０が備える他の構成要素）
本実施形態において、排ガス処理装置２０は、前述した構成要素の他に、圧力センサとしての第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂと、ＮＯｘ検出センサ１５とを構成要素として備えている。第１圧力センサ２７Ａは、ＮＯｘ還元触媒としての第１触媒２５Ａの上流側に配置され、第２圧力センサ２７Ｂは、ＮＯｘ還元触媒としての第２触媒２５Ｂの上流側に配置される。第１圧力センサ２７Ａは、第１触媒２５Ａの上流側における第１排ガス通路としての第１分岐管２２Ａ内の圧力を検出する。第２圧力センサ２７Ｂは、第２触媒２５Ｂの上流側における第１排ガス通路としての第２分岐管２２Ｂ内の圧力を検出する。
【００３４】
ＮＯｘ検出センサ１５は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度を検出する。排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度は、ディーゼルエンジン１０の運転条件が同一であれば、ＮＯｘ還元触媒としての第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂを通過する前においては変化しない。このため、ＮＯｘ検出センサ１５が設けられる箇所は、排ガス導入通路としての排気管２１に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘ検出センサ１５は、分岐部２１Ｓに設けられてもよいし、第１分岐管２２Ａ又は第２分岐管２２Ｂに設けられてもよい。このため、ＮＯｘ検出センサ１５は、配置の自由度が比較的高い。
【００３５】
本実施形態において、ＮＯｘ検出センサ１５は、ディーゼルエンジン１０の排気口１６よりも下流側であって、ＮＯｘ還元触媒としての第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂよりも上流側に配置されていればよい。
【００３６】
前述した吸入空気量センサ１４、第１温度センサ２８Ａ、第２温度センサ２８Ｂ、大気圧センサ２９、ＮＯｘ検出センサ１５、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂは、制御装置５０と電気的に接続されている。制御装置５０は、これらのセンサ類の検出値を取得し、本実施形態に係る排ガス処理方法を実現する。次に、制御装置５０について説明する。
【００３７】
（制御装置５０）
制御装置５０は、例えば、マイクロコンピュータユニットが用いられる。制御装置５０は、処理部５１と、記憶部５２とを備えている。処理部５１は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）であり、記憶部５２は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable  Programmable  Read  Only  Memory）若しくはＥＥＰＲＯＭ（Electrically  Erasable  Programmable  Read-Only  Memory）等又はこれらの組合せ等である。
【００３８】
処理部５１は、本実施形態に係る排ガス処理方法を実行する他、ディーゼルエンジン１０に対する各種制御を実行する。記憶部５２は、前述した各種の制御を実行するためのコンピュータプログラム及び各種制御に必要な情報を記憶している。処理部５１が前述した各種制御を実行する場合、処理部５１は、前述したコンピュータプログラムを記憶部５２から読み出し、これに記述してある命令を実行する。この場合、処理部５１は、必要に応じて記憶部５２から制御に必要な情報を読み出したり、吸入空気量センサ１４、第１温度センサ２８Ａ、第２温度センサ２８Ｂ、大気圧センサ２９等の各種センサ類からディーゼルエンジン１０の状態に関する情報を取得したりする。
【００３９】
本実施形態において、制御装置５０は、吸入空気量センサ１４、第１温度センサ２８Ａ、第２温度センサ２８Ｂ、大気圧センサ２９、ＮＯｘ検出センサ１５、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂ等の検出値を取得し、その検出値に少なくとも基づいて第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに供給する還元剤Ｒの量を制御する。一例として、制御装置５０は、吸入空気量センサ１４、第１温度センサ２８Ａ、第２温度センサ２８Ｂ、大気圧センサ２９、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出値に基づいて、第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量を求める。そして、制御装置５０は、得られた第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂにおける排ガスＥＸの流量及びＮＯｘ検出センサ１５が検出した排ガスＥＸのＮＯｘの濃度から、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２ＢにおけるＮＯｘの流量を求める。その後、制御装置５０は、得られた第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２ＢにおけるＮＯｘの流量から、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに与える還元剤Ｒの量を求める。
【００４０】
第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂにおける排ガスＥＸの流量を求める場合、制御装置５０は、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出値及び合流部圧力Ｐｊｎに基づき、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量比を求める。次に、制御装置５０は、得られた流量比及び排ガスＥＸの総流量Ｑｍに基づいて、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量を求める。排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量であり、排気管２１を流れる排ガスＥＸの流量に相当する。本実施形態においては、排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、前述した排ガス総流量検出部によって求められる。本実施形態においては、制御装置５０と、吸入空気量センサ１４等のセンサとが排ガス総流量検出部に相当する。
【００４１】
排ガスＥＸの総流量は、例えば、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量とディーゼルエンジン１０に対する燃料噴射量とから求めることができる。ディーゼルエンジン１０の吸入空気量は、吸入空気量センサ１４によって検出することができる。ディーゼルエンジン１０に対する燃料噴射量は、ディーゼルエンジン１０を制御する制御装置５０がディーゼルエンジン１０の運転条件から演算する。
【００４２】
第１圧力センサ２７Ａは第１ＤＰＦ２３Ａと第１触媒２５Ａとの間に設けられ、第２圧力センサ２７Ｂは第２ＤＰＦ２３Ｂと第２触媒２５Ｂとの間に設けられることが好ましい。第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂが排ガスＥＸを整流するので、前述した配置により、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出精度が向上する。
【００４３】
排ガス処理装置２０は、排気量が大きいディーゼルエンジン１０から排出される排ガスＥＸを処理するため、排ガスＥＸの通路を複数系統（本実施形態では２系統）に分岐させ、それぞれの通路に配置されたＮＯｘ還元触媒によって排ガスＥＸを処理する。排ガス処理装置２０は、自身が有する第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給するためには、これらに流れる排ガスＥＸの流量を正確に求める必要がある。このため、排ガス処理装置２０は、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸを処理するにあたり、本実施形態に係る排ガス処理方法を実行して、複数のＮＯｘ還元触媒に流れる排ガスＥＸの流量を求める際の精度を向上させる。
【００４４】
本実施形態において、ディーゼルエンジン１０がターボチャージャーを備える場合、ターボチャージャーの圧縮機は、図１に示す吸入空気量センサ１４の下流側（空気ＡＩの流れ方向における下流側）に配置される。そして、圧縮機は、吸入空気量センサ１４で流量が計測された後の空気ＡＩを圧縮する。また、吸入空気量センサ１４で計測される空気ＡＩの流量は質量流量である。このため、ディーゼルエンジン１０がターボチャージャーを備えていても、ディーゼルエンジン１０に吸入される空気ＡＩの流量の計測に影響はない。したがって、前述した排ガスＥＸの総流量Ｑｍの計算にも影響はない。
【００４５】
本実施形態において、ディーゼルエンジン１０は、ＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation：排ガス再循環）装置を備えていてもよい。ＥＧＲ装置は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの一部を吸気側、より具体的には吸気管１２に戻すための装置である。ＥＧＲは、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの一部が吸気側に戻るだけであり、ディーゼルエンジン１０全体としては排ガスＥＸの総流量Ｑｍに変化がある訳ではない。したがって、ディーゼルエンジン１０がＥＧＲを備えていても、前述した排ガスＥＸの総流量Ｑｍの計算に影響はない。
【００４６】
＜排ガス処理装置が排出した排ガスについて＞
本実施形態において、排ガス処理装置２０が処理して排出した排ガスＥＸは、例えば、ダンプトラックのベッセル１００を加熱するため、ベッセル１００が備える加熱用配管１０１に供給される。このため、第２排ガス通路２６は、加熱用配管１０１の入口１０２に接続される。このような構造により、排ガス処理装置２０から排出された排ガスＥＸは、加熱用配管１０１に流入し、これを流れる過程でベッセル１００を加熱する。このようにすると、ベッセル１００に積載された土砂等の土離れが良好になる。
【００４７】
＜合流部圧力Ｐｊｎを求める方法＞
排ガス処理装置２０は、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとを合流部２２Ｊで合流させて、１本の第２排ガス通路２６から排出する。第１分岐管２２Ａに設けられた第１触媒２５Ａ及び第２分岐管２２Ｂに設けられた第２触媒２５Ｂに供給する還元剤の量を制御したり、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂに堆積したススの量を求めたりするためには、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとを流れる排ガスＥＸのそれぞれの流量を求める必要がある。このためには、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとを流れる排ガスＥＸのそれぞれの圧力を知る必要がある。
【００４８】
第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとを合流部２２Ｊで合流させて、１本の第２排ガス通路２６から排出する構造は、合流部２２Ｊの配管抵抗の影響により、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとを流れる排ガスＥＸのそれぞれの圧力が正確に求められない結果、それぞれの流量も正確に求められない。
【００４９】
また、本実施形態では、第２排ガス通路２６にベッセル１００の加熱用配管１０１が接続されているが、このような構造である場合、合流部２２Ｊの配管抵抗の影響を低減するため、合流部２２Ｊよりも下流の加熱用配管１０１を太くして、配管抵抗を低減することも考えられる。しかし、加熱用配管１０１は長く、かつ折れ曲がっているため、このような配管を太くすると、加熱用配管１０１のスペースを大きく取らなくてはならないため、加熱用配管１０１の大幅な設計変更を招く可能性がある。したがって、現実的には、加熱用配管１０１の配管抵抗を低減することは難しい。
【００５０】
合流部２２Ｊの下流側に設けられた第２排ガス通路２６は、通常、消音装置及びこれに排ガスＥＸを導くための配管が接続されている。また、本実施形態では、第２排ガス通路２６は図１に示すベッセル１００の加熱用配管１０１に接続されている。第２排ガス通路２６、加熱用配管１０１、第２排ガス通路２６の下流に接続されている配管又は消音器等の機器類等は、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂと大気との間における排ガスＥＸ流れの抵抗体となる。また、合流部２２Ｊも、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂと大気との間における排ガスＥＸの流れの抵抗体になる。
【００５１】
合流部２２Ｊにおける排ガスＥＸの流量は、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂから大気に排出される流量である。この流量は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量Ｑｍに等しい。したがって、総流量Ｑｍは、合流部圧力Ｐｊｎと大気圧Ｐａｔとの差圧及び合流部温度Ｔｊｎを用いると、式（１）で表すことができる。式（１）中のｃは定数である。式（１）の右辺の平方根部分である√（Ｐｊｎ×（Ｐｊｎ−Ｐａｔ）／Ｔｊｎを、適宜圧力パラメーターというものとする。本実施形態において、制御装置５０の処理部５１が合流部圧力Ｐｊｎを求めるにあたって、合流部圧力Ｐｊｎと排ガスの総流量Ｑｍと合流部温度Ｔｊｎと大気圧Ｐａｔとの関係を、例えば、実験等によって予め求めておく。
【００５２】
【数１】
0005753325.tif 000002
【００５３】
図２は、実際に計測した合流部圧力と排ガスの総流量と合流部温度と大気圧とを用いて得られた排ガスの総流量と圧力パラメーターとの関係を示す図である。図２は、排ガスＥＸの総流量Ｑｍを縦軸に、そのときの合流部圧力Ｐｊｎ、合流部温度Ｔｊｎ及び大気圧Ｐａｔから求めた圧力パラメーターを横軸に表した、総流量Ｑｍと圧力パラメーターとの関係を示している。図２中に示す複数の白抜きの丸は、実測値である。図２中の直線Ｌ１は、総流量Ｑｍが圧力パラメーターの一次式となる、式（１）に示すような一次関数で近似したものである。
【００５４】
総流量Ｑｍと圧力パラメーターとの関係は、理論上は原点を通る傾きｃの一次関数となる。しかし、実際の第２排ガス通路２６、図１に示すベッセル１００の加熱用配管１０１又は消音器等を対象として、合流部圧力Ｐｊｎと排ガスの総流量Ｑｍと合流部温度Ｔｊｎと大気圧Ｐａｔとを実際に計測して求めた流量ＱｍＡ及び圧力パラメーターから最小二乗法等を用いて近似式を求めると、図２の実線の直線Ｌ１で示されるような、原点を通らない一次関数となることがある。この場合、実測に基づいた近似式を用いた方が、合流部圧力Ｐｊｎの精度が向上する。なお、本実施形態では、流量ＱｍＡと圧力パラメーターとの関係が一次関数となる例を示したが、両者の関係を表す関数は、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態において、両者の関係は、二次関数、三次関数、ｎ次関数（ｎは実数）又は指数関数等の様々な関数で表されてもよい。
【００５５】
式（２）は、実測に基づいた、原点を通らない一次関数で表した場合における総流量Ｑｍと圧力パラメーターとの関係式である。式（２）のｃ、ｄは定数である。定数ｃは、原点を通る一次関数又は図２の実線Ｌ１で示されるような原点を通らない一次関数の傾きである。定数ｄは、原点を通る一次関数又は実線Ｌ１で示されるような原点を通らない一次関数の、Ｑｍ軸における切片の値である。総流量Ｑｍと圧力パラメーターとの関係が、原点を通る一次関数である場合、切片は０なので、定数ｄは０になる。したがって、定数ｃ、ｄは、原点を通る直線を表す一次関数又は図２に示すような直線Ｌ１を表す一次関数から定めることができる。定数ｃ、ｄは、実測に基づいて定められてもよいし、シミュレーション又は理論計算等によって定められてもよい。
【００５６】
【数２】
0005753325.tif 000003
【００５７】
図２中の実測値を、総流量Ｑｍが圧力パラメーターの一次式で近似すると、式（２）になる。図２中の直線Ｌ１は、式（２）に対応する。式（２）の定数ｃが、図２中の直線Ｌ１の傾きとなり、定数ｄが、図２中の直線Ｌ１とＱｍ軸における切片の値となる。前述した近似の相関係数は０．９９であり、式（２）は、実測値との相関が極めて高いことが分かる。
【００５８】
式（２）を合流部圧力Ｐｊｎについて解くと、式（３）が得られる。式（３）は、合流部圧力Ｐｊｎと排ガスＥＸの総流量Ｑｍと合流部温度Ｔｊｎと大気圧Ｐａｔとの関係を表している。式（３）に示すように、合流部圧力Ｐｊｎは、排ガスＥＸの総流量Ｑｍと合流部温度Ｔｊｎと大気圧Ｐａｔとの関係式で表すことができる。図１に示す制御装置５０の記憶部５２は、例えば、式（３）自体又は合流部圧力Ｐｊｎと、排ガスＥＸの総流量Ｑｍ、合流部温度Ｔｊｎ及び大気圧Ｐａｔとの関係を記述したマップを記憶している。
【００５９】
図３は、本実施形態に係る排ガス処理方法において、合流部圧力を求める処理の一例を示すフローチャートである。合流部圧力Ｐｊｎを求める場合、制御装置５０の処理部５１は、吸入空気量センサ１４が検出した吸入空気量ＭＡｒと、制御装置５０がディーゼルエンジン１０の運転条件から演算した燃料噴射量ＭＦｌと、第１温度センサ２８Ａ等が検出した排ガス温度と、大気圧センサ２９が検出した大気圧Ｐａｔとを取得する（ステップＳ１０１）。排ガス温度は、合流部温度Ｔｊｎに相当する。排ガス温度は、例えば、第１触媒２５Ａ又は第2触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの温度ＴＡ、ＴＢを用いることができる。大気圧Ｐａｔは、大気圧センサ２９が検出した検出値の他、平均的な大気圧が定数として用いられてもよい。
【００６０】
排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、例えば、ディーゼルエンジン１０が備える吸入空気量センサ１４が検出するディーゼルエンジン１０の吸入空気量ＭＡｒと、燃料噴射装置１１がディーゼルエンジン１０に噴射した単位時間あたり（例えば、１秒あたり）における燃料の量（燃料噴射量）ＭＦｌ（質量）との和で求めることができる。処理部５１は、吸入空気量センサ１４が検出した吸入空気量ＭＡｒと、制御装置５０が演算した燃料噴射量ＭＦｌとから、排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求める。他にも、処理部５１は、空燃比を利用して排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求めてもよい。例えば、吸入空気量センサ１４が検出するディーゼルエンジン１０の吸入空気量ＭＡｒと空燃比とから燃料噴射量ＭＦｌを求め、吸入空気量ＭＡｒと空燃比から求めた燃料噴射量ＭＦｌとから排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求めてもよい。
【００６１】
また、処理部５１は、燃料噴射量ＭＦｌと空燃比とから、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量ＭＡｒを求め、燃料噴射量ＭＦｌと空燃比から求めた吸入空気量ＭＡｒとから排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求めてもよい。これらの例において、空燃比は、ディーゼルエンジン１０の運転条件において代表的な値とすることができる。このような例の他にも、さらに、ディーゼルエンジン１０の体積効率、吸入空気の温度、圧力及び流量等から吸入空気量ＭＡｒを求め、これと燃料噴射量ＭＦｌとから排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求めてもよい。
【００６２】
このように、排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、複数の手法で求めることができる。いずれの手法においても、吸入空気量センサ１４等のセンサの検出値を制御装置５０の処理部５１が取得し、前述した検出値に対して何らかの演算を施して排ガスＥＸの総流量Ｑｍが求められる。このため、本実施形態においては、制御装置５０の処理部５１と、吸入空気量センサ１４等のセンサとが、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量を求める排ガス総流量検出部に相当する。
【００６３】
次に、ステップＳ１０２に進み、処理部５１は、記憶部５２に記憶された式（３）又はマップを読み出す。そして、処理部５１は、求めた排ガスＥＸの総流量Ｑｍ、取得した排ガス温度及び大気圧Ｐａｔを、読み出した式（３）又はマップに与える。排ガス温度は、合流部温度Ｔｊｎとして式（３）又はマップに与えられる。すると、式（３）又はマップは合流部圧力Ｐｊｎを算出するので、処理部５１は合流部圧力Ｐｊｎを求めることができる（ステップＳ１０２）。
【００６４】
【数３】
0005753325.tif 000004
【００６５】
このように、排ガス処理装置２０は、合流部圧力ＰＴｊｎと、排ガスＥＸの総流量Ｑｍ、合流部温度Ｔｊｎ及び大気圧Ｐａｔとの関係式を実験等によって予め求め、この関係式を用いて合流部圧力ＰＴｊｎを求める。このため、排ガス処理装置２０は、それぞれの第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量を求めるために必要な合流部圧力Ｐｊｎを精度よく、かつ圧力センサを用いずに簡易に求めることができる。その結果、排ガス処理装置２０は、それぞれの第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量を精度よく、かつ簡易に求めることができる。また、排ガス処理装置２０は、合流部圧力Ｐｊｎを検出する圧力センサが不要なので、コストの増加を抑制することができる。次に、本実施形態に係る排ガス処理方法において、各分岐管、すなわち第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとを流れる排ガスＥＸのそれぞれの流量を求める方法を説明する。
【００６６】
＜各分岐管の流量を求める方法の第１例＞
本実施形態に係る排ガス処理方法において、各分岐管の流量は、少なくとも、合流部圧力Ｐｊｎと、第１分岐管２２Ａに設けられた第１触媒２５Ａの上流側における排ガスＥＸの圧力と、第２分岐管２２Ｂに設けられた第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力と、から求めることができる。このとき、第１分岐管２２Ａに設けられた第１触媒２５Ａの上流側における排ガスＥＸの実測温度と、第２分岐管２２Ｂに設けられた第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの温度とを実測して用いると、各分岐管の流量をより精度よく求めることができるので好ましい。
【００６７】
第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、例えば、流体が流れる通路を複数有する担体にＮＯｘ還元触媒が担持されたものである。このため、排ガス処理装置２０が備える第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、排ガスＥＸが流れる際の抵抗体となる。したがって、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、それぞれ第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの抵抗体と見なすことができる。このようにすると、第１触媒２５Ａを流れる排ガスＥＸの流量（適宜、第１流量という）ＱｍＡと第２触媒２５Ｂを流れる排ガスＥＸの流量（適宜、第２流量という）ＱｍＢとは、それぞれ式（４）、式（５）によって表すことができる。第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢは、いずれも質量流量である。なお、以下において、式（４）、式（５）の右辺の平方根部分である√（ＰＡｕ×（ＰＡｕ−ＰＡｄ）／ＴＡ）及び√（ＰＢｕ×（ＰＢｕ−ＰＢｄ）／ＴＢ）を、適宜圧力パラメーターというものとする。
【００６８】
【数４】
0005753325.tif 000005
【００６９】
【数５】
0005753325.tif 000006
【００７０】
ＰＡｕは第１圧力センサ２７Ａの検出値であり、第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ内を流れる排ガスＥＸの圧力、ＰＢｕは第２圧力センサ２７Ｂの検出値であり、第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂ内を流れる排ガスＥＸの圧力である。これらは、いずれも絶対圧である。ＰＡｄは第１触媒２５Ａの下流側における第１分岐管２２Ａ内を流れる排ガスＥＸの圧力、ＰＢｄは第２触媒２５Ｂの下流側における第２分岐管２２Ｂ内を流れる排ガスＥＸの圧力である。ＰＡｄ及びＰＢｄは、合流部圧力Ｐｊｎと同一の値になる。
【００７１】
ｋは定数であり、ａ×Ｃ×Ａ×√（Ｒ）である。ａは定数、Ｃは第１触媒２５Ａ又は第２触媒２５Ｂの流量係数、Ａは第１触媒２５Ａ又は第２触媒２５Ｂにおいて排ガスＥＸが流れる通路の総断面積（適宜、通路面積という）、Ｒは気体定数である。上記式（４）、式（５）では、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは同一であるとしてｋは同一であると見なしているが、それぞれの流量係数及び通路面積から個別に定数ｋを定めてもよい。また、ｋは、ａ、Ｃ、Ａ、Ｒから上記の式を用いて定められてもよいし、後述するような実測に基づいて定められてもよい。
【００７２】
ＴＡは、第１触媒２５Ａの上流側における排ガスＥＸの温度であり、第１触媒２５Ａに流入する直前における排ガスＥＸの温度である（適宜、第１温度という）。ＴＢは、第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの温度であり、第２触媒２５Ｂに流入する直前における排ガスＥＸの温度である（適宜、第２温度という）。排ガス処理装置２０は、第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂを備えているので、これらの検出値を温度ＴＡ、ＴＢとすることができる。また、例えば、温度ＴＡ、ＴＢは、ディーゼルエンジン１０が備える排ガス温度センサの検出値から推定してもよい。この場合、第１分岐管２２Ａ、第２分岐管２２Ｂ、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂの放熱量等に基づいて排ガス温度センサの検出値を補正して、温度ＴＡ、ＴＢを推定することができる。この場合、温度ＴＡ、ＴＢを同一と見なしてもよい。
【００７３】
前述したように、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、それぞれ第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの抵抗体と見なすことができる。このため、排ガス処理装置２０は、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの圧力と第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸとの圧力、より具体的には、第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの圧力と第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの圧力とを、第１圧力センサ２７Ａと第２圧力センサ２７Ｂとによって確実に検出できる。
【００７４】
すなわち、排ガス処理装置２０は、第１圧力センサ２７Ａの下流側に流体の抵抗体として第１触媒２５Ａが、第２圧力センサ２７Ｂの下流側に流体の抵抗体として第２触媒２５Ｂが設けられているため、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側で排ガスＥＸの圧力及び圧力変化を確保できる。このため、排ガス処理装置２０は、排ガスＥＸの圧力が比較的高い状態でこれを計測できるので、第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢを求める際に用いる排ガスＥＸの圧力、すなわち、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの圧力と第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの圧力とが計測される際における精度の低下を抑制できる。その結果、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力を少なくとも用いることにより、排ガス処理装置２０は、第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢを求める際の精度を向上させることができる。また、排ガス処理装置２０は、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに適切な量の還元剤を精度よく供給することができる。
【００７５】
図４は、第１還元触媒における流量と圧力パラメーターとの関係を示す図である。図４の一点鎖線の直線Ｌａは、式（４）で示す流量ＱｍＡ（ＱｍＢ）と、圧力パラメーター√（ＰＡｕ×（ＰＡｕ−ＰＡｄ）／ＴＡ）（又は√（ＰＢｕ×（ＰＢｕ−ＰＢｄ）／ＴＢ））との関係を示している。両者の関係は、理論上は直線Ｌａで示されるような、原点を通る傾きｋの一次関数となる。しかし、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂについて、実際に流量ＱｍＡと圧力パラメーターとを計測した結果から最小二乗法等を用いて近似式を求めると、図４の実線の直線Ｌｂで示されるような、原点を通らない一次関数となることがある。この場合、実測に基づいた近似式を用いた方が、第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢの精度が向上する。なお、本実施形態では、流量ＱｍＡと圧力パラメーターとの関係が一次関数となる例を示したが、両者の関係を表す関数は、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態において、両者の関係は、二次関数、三次関数、ｎ次関数（ｎは実数）又は指数関数等の様々な関数で表されてもよい。
【００７６】
式（６）、式（７）に、実測に基づいた、原点を通らない一次関数で表した場合における第１流量ＱｍＡ、第２流量ＱｍＢの式を示す。式（６）のＡ１、Ａ２及び式（７）のＢ１、Ｂ２は定数である。定数Ａ１は、例えば、図４の一点鎖線で示す直線Ｌａで示されるような原点を通る一次関数又は実線の直線Ｌｂで示されるような原点を通らない一次関数の傾きである。定数Ａ２は、一点鎖線の直線Ｌａで示されるような原点を通る一次関数又は実線の直線Ｌｂで示されるような原点を通らない一次関数の、ＱｍＡ軸における切片の値である。流量ＱｍＡと圧力パラメーターとの関係が、一点鎖線の直線Ｌａで示されるような原点を通る一次関数である場合、切片は０なので、定数Ａ２は０になる。したがって、定数Ａ１、Ａ２は、図４に示すような直線Ｌａ又は直線Ｌｂを表す一次関数から定めることができる。定数Ｂ１、Ｂ２も、定数Ａ１、Ａ２と同様である。このように、定数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、実測に基づいて定められてもよいし、シミュレーション又は理論計算等によって定められてもよい。
【００７７】
【数６】
0005753325.tif 000007
【００７８】
【数７】
0005753325.tif 000008
【００７９】
式（４）及び式（５）又は式（６）及び式（７）から第１流量ＱｍＡ、第２流量ＱｍＢが求められたら、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度に基づき、第１触媒２５Ａを流れるＮＯｘの流量（適宜、第１ＮＯｘ流量という）ＱｍＡＮ及び第２触媒２５Ｂを流れるＮＯｘの流量（適宜、第２ＮＯｘ流量という）ＱｍＢＮを式（８）、式（９）から求める。これらの式中、ＣＮは、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度、ｍＮは、ＮＯｘ１ｍｏｌあたりの質量、ｍＥは排ガスＥＸの１ｍｏｌあたりの質量である。ＱｍＡＮ及びＱｍＢＮは、いずれも質量流量である。
【００８０】
【数８】
0005753325.tif 000009
【００８１】
【数９】
0005753325.tif 000010
【００８２】
式（８）、式（９）から、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂを流れるＮＯｘの量が分かる。したがって、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂを流れるＮＯｘを、すべて窒素と水とに転換するために必要な還元剤Ｒの量を求めることができる。前述した必要な還元剤Ｒの量は、式（１０）、式（１１）で表すことができる。これらの式中、ＱｍＡｕｒは、第１触媒２５Ａに必要な還元剤Ｒの量であり、ＱｍＢｕｒは、第２触媒２５Ｂに必要な還元剤Ｒの量である。βはＡＮＲ（Ammonia  to  NOx  Ratio：アンモニアとＮＯｘとの比）、γはＡＮＲ＝１のときにおける還元剤Ｒ（本実施形態では尿素水）とＮＯｘとの質量比である。
【００８３】
【数１０】
0005753325.tif 000011
【００８４】
【数１１】
0005753325.tif 000012
【００８５】
本実施形態に係る排ガス処理方法の第１例は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの圧力を少なくとも用いることにより、第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢを計測する際の精度を向上させることができる。このため、第１例は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとを流れるＮＯｘの流量を精度よく求めることができるので、得られたＮＯｘの流量を用いることにより、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給することができる。
【００８６】
＜各分岐管の流量を求める方法の第２例＞
本実施形態に係る排ガス処理方法において、各分岐管の流量を求める方法の第２例は、前述した第１例と同様であるが、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの圧力に基づいて求めた第１流量ＱｍＡと第２流量ＱｍＢとの比である流量比ＱｍＡ／ＱｍＢと、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量Ｑｍとを用いて、各分岐管の流量を求める点が異なる。
【００８７】
第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａの圧力と第２触媒２５Ｂとの上流側における第２分岐管２２Ｂの圧力とに基づいて求めた流量比αは、式（１２）で表される。式（１２）における第１流量ＱｍＡと第２流量ＱｍＢとは、それぞれ前述した式（４）及び式（５）から求められる。第１温度ＴＡと第２温度ＴＢとを同一と見なしてよい場合、式（１２）のＴＢ／ＴＡは１と見なすことができるので、式（１２）は式（１３）のようになる。第１温度ＴＡと第２温度ＴＢとを同一と見なせる場合は、例えば、一方が他方の±５％以内である場合である。式（１４）は、前述した式（６）から求められた第１流量ＱｍＡと式（７）から求められた第２流量ＱｍＢとの流量比αを示している。
【００８８】
【数１２】
0005753325.tif 000013
【００８９】
【数１３】
0005753325.tif 000014
【００９０】
【数１４】
0005753325.tif 000015
【００９１】
排ガス処理装置２０が第１温度センサ２８Ａと第２温度センサ２８Ｂとを有する場合、式（１２）又は式（１４）を用いて流量比αを求める。第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂを用いる場合、いずれか一方が正確な温度を検出できなくなったときには、第１触媒２５Ａ側の排ガスＥＸと第２触媒２５Ｂ側の排ガスＥＸとは同じ温度であるとして、正常に動作している方を用いて流量比αを求めてもよい。このようにすることで、信頼性が向上する。なお、両方の温度センサのうち一方が正確な温度を検出できなくなったときに、第１触媒２５Ａ側の排ガスＥＸと第２触媒２５Ｂ側の排ガスＥＸとが同じ温度であるとして取り扱うと、式（１２）は式（１３）のようになる。
【００９２】
ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、ディーゼルエンジン１０の排気口１６から排出される排ガスＥＸの総流量（質量流量）である。前述した流量比αと、排ガスＥＸの総流量Ｑｍとを用いると、第１触媒２５Ａを流れる排ガスＥＸの流量である第１流量ＱｍＡ’と第２触媒２５Ｂを流れる排ガスＥＸの流量である第２流量ＱｍＢ’とは、それぞれ、式（１５）、式（１６）のように表される。なお、流量比αを用いて求めた第１流量ＱｍＡ’及び第２流量ＱｍＢ’は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における圧力ＰＡｕ、ＰＢｕのみに基づいて求めた第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢと区別するため、「’」を付している。
【００９３】
【数１５】
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【００９４】
【数１６】
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【００９５】
式（１５）及び式（１６）から第１流量ＱｍＡ’及び第２流量ＱｍＢ’が求められたら、これらを前述した式（８）、式（９）のＱｍＡ、ＱｍＢにそれぞれ与えることにより、第１ＮＯｘ流量ＱｍＡＮと第２ＮＯｘ流量ＱｍＢＮとを求めることができる。流量比αを用いない場合、第１圧力センサ２７Ａ又は第２圧力センサ２７Ｂの誤差等から、第１流量ＱｍＡと第２流量ＱｍＢとの和が排ガスＥＸの総流量Ｑｍにならないことがある。式（１５）及び式（１６）から分かるように、流量比αを用いれば、第１流量ＱｍＡ’と第２流量ＱｍＢ’との和は排ガスＥＸの総流量Ｑｍになる。したがって、流量比αに基づいて求められた第１流量ＱｍＡ’と第２流量ＱｍＢ’を用いることにより、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとを流れるＮＯｘの流量をさらに精度よく求めることができる。その結果、第２例は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに、さらに適切な量の還元剤Ｒを供給することができる。
【００９６】
＜排ガス処理方法の処理フロー＞
図５は、本実施形態に係る排ガス処理方法の処理フロー図である。図５を参照して、本実施形態に係る排ガス処理方法の処理フローの一例を説明する。この例では、各分岐管の流量を求める方法の第２例を用いている。次の説明において、流体の流量、すなわち吸入空気量及び排ガスＥＸの流量等は、いずれも質量流量である。本実施形態に係る排ガス処理方法を実行するにあたり、ステップＳ２０１において、図１に示す制御装置５０は、吸入空気量センサ１４の検出値、すなわち、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量ＭＡｒと燃料噴射装置１１の燃料噴射量ＭＦｌとを取得する。制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０を制御する際に、運転条件に応じた燃料噴射量ＭＦｌを算出しているので、ステップＳ２０１において、制御装置５０は、この算出結果を取得する。吸入空気量ＭＡｒ及び燃料噴射量ＭＦｌは、制御装置５０の処理部５１（図１参照）への入力となる。
【００９７】
次に、ステップＳ２０２に進み、制御装置５０は、ステップＳ２０１で取得した吸入空気量ＭＡｒ及び燃料噴射量ＭＦｌから、排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求める。本例において、制御装置５０は、吸入空気量ＭＡｒと燃料噴射量ＭＦｌとを加算することによって排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求める。排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、処理部５１の出力となる。
【００９８】
次に、ステップＳ２０３に進み、制御装置５０は、図１に示す排ガス処理装置２０の各分岐通路を流れる排ガスＥＸの圧力及び合流部圧力Ｐｊｎを求めるために必要な、各分岐通路の圧力、大気圧Ｐａｔ及び排ガス温度を取得する。本例においては、各分岐通路の圧力として、図１に示す第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂの圧力が取得される。具体的には、図１に示す第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力ＰＡｕ、ＰＢｕである。制御装置５０の処理部５１は、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力ＰＡｕ、ＰＢｕを、図１に示す第１圧力センサ２７Ａと第２圧力センサ２７Ｂとから取得する。また、処理部５１は、大気圧Ｐａｔを大気圧センサ２９から取得する。さらに、処理部５１は、排ガス温度として第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂの少なくとも一方から取得した温度を用いる。前述したように、排ガス温度は、合流部温度Ｔｊｎに相当する。圧力ＰＡｕ、ＰＢｕ、大気圧Ｐａｔ及び排ガス温度は、処理部５１への入力となる。
【００９９】
次に、ステップＳ２０４に進み、処理部５１は、合流部圧力Ｐｊｎ及び排ガスＥＸの流量比αを求める。合流部圧力Ｐｊｎは、前述したように、排ガスＥＸの総流量Ｑｍ、排ガス温度及び大気圧Ｐａｔから求められる。また、処理部５１は、圧力ＰＡｕ、ＰＢｕ及び求められた合流部圧力Ｐｊｎを式（１２）、式（１３）又は式（１４）のいずれか１つに与えて流量比αを求める。流量比αは、処理部５１の出力となる。式（１２）、式（１３）又は式（１４）から分かるように、流量比αは、差圧ΔＰＡ（ＰＡｕ−ＰＡｄ）及び差圧ΔＰＢ（ＰＢｕ−ＰＢｄ）が含まれている。本例では、差圧ΔＰＡ、ΔＰＢを求める際に、圧力ＰＡｕ、ＰＢｕをすべて計測している。また、合流部圧力Ｐｊｎは、実測値から求めた値との相関が極めて高い式（２）から求められているので、実際の値との誤差は小さい。このため、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力ＰＡｕ、ＰＢｕが低い場合であっても、流量比αの精度低下を抑制できる。
【０１００】
式（１２）、式（１４）を用いる場合、制御装置５０は、図１に示す第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂの検出値に基づき、第１触媒２５Ａ、第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの温度ＴＡ、ＴＢを求める。また、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の負荷及び回転速度等の運転条件から排ガスＥＸの温度を推定し、得られた推定値を温度ＴＡ、ＴＢとしてもよい。なお、本例においては、ステップＳ２０２で排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求めたが、排ガスＥＸの総流量Ｑｍは、ステップＳ２０４、すなわち、合流部圧力Ｐｊｎを求めるまでに求められていればよい。
【０１０１】
流量比αが求められたらステップＳ２０５に進み、処理部５１は、ステップＳ２０４で求めた流量比αとステップＳ１０１で求めた排ガスＥＸの総流量Ｑｍとを式（１５）、式（１６）に与えて、排ガス処理装置２０の各分岐通路の流量としての第１流量ＱｍＡ’、第２流量ＱｍＢ’を求める。これらは、処理部５１の出力となる。
【０１０２】
次に、ステップＳ２０６に進み、処理部５１は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに供給する還元剤Ｒの量を求める。還元剤Ｒの量を求める場合、処理部５１は、式（８）、式（９）に第１流量ＱｍＡ’、第２流量ＱｍＢ’を与え、第１ＮＯｘ流量ＱｍＡＮ及び第２ＮＯｘ流量ＱｍＢＮを求める。次に、処理部５１は、得られた第１ＮＯｘ流量ＱｍＡＮ及び第２ＮＯｘ流量ＱｍＢＮを式（１０）、式（１１）に与えて、第１触媒２５Ａに供給する還元剤Ｒの量ＱｍＡｕｒと、第２触媒２５Ｂに供給する還元剤Ｒの量ＱｍＢｕｒとを求める。これらは、処理部５１の出力となる。
【０１０３】
還元剤Ｒの量ＱｍＡｕｒ、ＱｍＢｕｒが求められたら、ステップＳ２０７に進み、処理部５１は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに、ステップＳ２０６で求めた量の還元剤Ｒを噴射する。具体的には、図１に示す第１噴射装置３３Ａが還元剤タンク３１から第１ポンプ３２Ａによって圧送された還元剤Ｒを第１分岐管２２Ａの内部に噴射し、第２噴射装置３３Ｂが還元剤タンク３１から第２ポンプ３２Ｂによって圧送された還元剤Ｒを第２分岐管２２Ｂの内部に噴射する。還元剤Ｒが噴射されたら、ディーゼルエンジン１０の運転中、ステップＳ２０１からステップＳ２０７が繰り返される。
【０１０４】
本実施形態に係る排ガス処理方法を実行する際に必要な式（１２）、式（１５）、式（１６）等は、制御装置５０の記憶部５２に保存されている。本実施形態に係る排ガス処理方法を実行するにあたり、制御装置５０の処理部５１は、これらを記憶部５２から読み出して、計算を実行する。
【０１０５】
以上説明したように、本実施形態は、それぞれの分岐通路内の圧力に基づいてそれぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量を求めるので、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量を高い精度で求めることができる。その結果、本実施形態は、それぞれの分岐通路に設けられるＮＯｘ還元触媒に対して適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給できるので、排ガスＥＸ中のＮＯｘを確実に窒素と水とに転換し、かつＮＯｘの転換に使用されなかったアンモニアの発生を抑えることができる。
【０１０６】
本実施形態は、それぞれの分岐通路内の圧力に基づき、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量を求める。このため、それぞれの分岐通路又はそれぞれのＮＯｘ還元触媒の寸法又は仕様等が異なっていたり、それぞれの分岐通路の長さ、内径、経路又は曲がり方等が異なっていたりしても、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量を高い精度で求めることができる。その結果、本実施形態は、それぞれのＮＯｘ還元触媒に対して適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給できるので、それぞれの分岐通路の仕様が異なる等の状況であっても、排ガスＥＸ中のＮＯｘを確実に窒素と水とに転換し、かつアンモニアの発生を抑えることができる。
【０１０７】
本実施形態は、それぞれのＮＯｘ還元触媒の上流側にそれぞれ１個の圧力センサを配置することで、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量を求めることができる。このため、排ガス処理装置２０の構造を簡単にでき、かつ製造コストも低減できる。また、本実施形態は、それぞれの分岐通路内の圧力に基づき、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量比αを求める。そして、得られた流量比αを用いることにより、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量をさらに高い精度で求めることができる。
【０１０８】
本実施形態は、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量ＭＡｒとディーゼルエンジン１０に対する燃料噴射量ＭＦｌとから排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求める。これらは、ディーゼルエンジン１０の運転において、その制御に必ず用いる情報である。したがって、これらを用いることにより、排ガスＥＸの総流量Ｑｍを比較的容易に求めることができる。既存の情報を用いているので、様々なディーゼルエンジン１０及びその排ガス処理装置２０に対して容易に適用できるので、汎用性が高いという利点もある。
【０１０９】
本実施形態は、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの温度を検出する温度センサを備え、この温度センサが検出した排ガスＥＸの温度をさらに用いて、排ガスＥＸの流量を求めてもよい。このようにすることで、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量をさらに高い精度で求めることができる。
【０１１０】
本実施形態は、それぞれのＮＯｘ還元触媒の上流側にそれぞれパティキュレートフィルタを設け、それぞれの圧力センサを、それぞれのパティキュレートフィルタとそれぞれのＮＯｘ還元触媒との間に配置してもよい。このようにすることで、パティキュレートフィルタが排ガスＥＸの流れを整流するので、圧力センサによる排ガスＥＸの圧力の検出精度が向上する。その結果、それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量をさらに高い精度で求めることができる。また、本実施形態において、ＮＯｘ検出センサ１５は、ＮＯｘ還元触媒よりも、排ガスＥＸの流れ方向における上流側に配置されていればよい。
【０１１１】
本実施形態において、分岐通路及びＮＯｘ還元触媒はそれぞれ２個としたが、これらの数は２個に限定されるものではなく、３以上であってもよい。分岐通路及びＮＯｘ還元触媒が３以上である場合、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量Ｑｍｉは、式（１７）、式（１８）のようになる。ｉは、複数の分岐通路及びＮＯｘ還元触媒を識別するための添字であり、１以上の整数である。ＰｕｉはＮＯｘ還元触媒の上流側における排ガスＥＸの圧力であり、ＰｄｉはＮＯｘ還元触媒の下流側における排ガスＥＸの圧力であり、ＴｉはＮＯｘ還元触媒の上流側における排ガスＥＸの温度である。Ｄ１ｉ、Ｄ２ｉは定数である。
【０１１２】
【数１７】
0005753325.tif 000018
【０１１３】
【数１８】
0005753325.tif 000019
【０１１４】
式（１７）は、流量Ｑｍｉと圧力パラメーターとの関係が、図４に示す直線Ｌａのような原点を通る一次関数となるものであり、前述した式（４）、式（５）に対応する。式（１８）は、流量Ｑｍｉと圧力パラメーターとの関係が、図４に示す直線Ｌｂのような原点を通らない一次関数となるものであり、前述した式（６）、式（７）に対応する。複数のＮＯｘ還元触媒間における流量比εｉは、式（１９）のようになる。式（１９）中のｊは、排ガス処理装置２０が有するＮＯｘ還元触媒の総数であり、２以上の整数である。このとき、前述した添字ｉは、１からｊまで変化する。
【０１１５】
【数１９】
0005753325.tif 000020
【０１１６】
それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量Ｑｍｉ’は、式（１９）から求められた流量比εｉと、排ガスＥＸの総流量Ｑｍとを用いると、Ｑｍｉ’＝εｉ×Ｑｍとなる。それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量Ｑｍｉ’が求められると、排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度から、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れるＮＯｘの流量を求めることができる。そして、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れるＮＯｘの流量が求められると、それぞれのＮＯｘ還元触媒に必要な還元剤Ｒの量を求めることができる。
【０１１７】
本実施形態において、還元剤Ｒは尿素に限定されるものではなく、例えば、軽油、エタノール、イソプロピルアルコール又はジメチルエーテルのような炭化水素であってもよい。還元剤Ｒに軽油を用いれば、ディーゼルエンジン１０の燃料を利用できるので、還元剤Ｒのタンクを別個に備える必要はない。その結果、排ガス処理装置２０の構造を簡単にすることができる。また、本実施形態において、ＮＯｘ還元触媒は、還元剤ＲによってＮＯｘを還元できればよく、選択触媒に限定されるものではない。
【０１１８】
本実施形態においては、ディーゼルエンジン１０が１本の排気管２１に排ガスＥＸを排出し、これを複数の分岐通路に分岐させてそれぞれの分岐通路に設けられたＮＯｘ還元触媒で処理する例を説明した。しかし、本実施形態は、１本の排気管２１に排出されたディーゼルエンジン１０の排ガスＥＸを分岐させる例に限定されるものではない。例えば、いわゆるＶ型又は水平対向型等のシリンダ配置のように、複数のシリンダが直列に配列されたシリンダ列を複数有するディーゼルエンジンにおいて、それぞれのシリンダ列毎に分岐通路とＮＯｘ還元触媒を有するものに対しても本実施形態は適用できる。この場合、排ガスＥＸの総流量Ｑｍを求める際に用いる燃料噴射量ＭＦｌは、それぞれのシリンダ列における燃料噴射量の総和を用いればよい。それぞれの分岐通路を流れる排ガスＥＸの流量は、前述したように、それぞれの分岐通路内の圧力に基づいて求める。このように、本実施形態は、排ガスＥＸを通過させる分岐通路を複数有し、それぞれの分岐通路にＮＯｘ還元触媒が設けられるディーゼルエンジンに対して適用することが可能である。
【０１１９】
＜排ガス処理装置の第１変形例＞
図６は、本実施形態の第１変形例に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。図６に示す排ガス処理装置２０ａは、図１に示す排ガス処理装置２０が備える第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを備えていない。このため、第１排ガス浄化部２０Ａａは第１触媒２５Ａのみとなり、第２排ガス浄化部２０Ｂａは第２触媒２５Ｂのみとなる。このように、排ガス処理装置２０ａは、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂが省略されていてもよく、必要に応じて適宜用いることができる。
【０１２０】
＜排ガス処理装置の第２変形例＞
図７は、本実施形態の第２変形例に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。図７に示す排ガス処理装置２０ｂは、図１に示す排ガス処理装置２０が備える第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂのみを備え、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂは備えていない。このため、第１排ガス浄化部２０Ａｂは第１ＤＰＦ２３Ａのみとなり、第２排ガス浄化部２０Ｂｂは第２ＤＰＦ２３Ｂのみとなる。このように、排ガス処理装置２０ｂは、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂが省略されていてもよく、必要に応じて適宜用いることができる。
【０１２１】
排ガス浄化装置２０ｂは、第１排ガス浄化部２０Ａｂ及び第２排ガス浄化部２０Ｂｂの下流側におけるそれぞれの第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂに、これらの断面積を縮小する絞り部として、第１絞り部３４Ａ及び第２絞り部３４Ｂが設けられている。第１排ガス浄化部２０Ａｂ、すなわち第１ＤＰＦ２３Ａと第１絞り部３４Ａとの間には、第１圧力センサ２７Ａ及び第１温度センサ２８Ａが設けられている。第２排ガス浄化部２０Ｂｂ、すなわち第２ＤＰＦ２３Ｂと第２絞り部３４Ｂとの間には、第２圧力センサ２７Ｂ及び第２温度センサ２８Ｂとが設けられている。第１絞り部３４Ａと第２絞り部３４Ｂとは、図１に示す排ガス処理装置２０の第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに対応する。
【０１２２】
排ガス浄化装置２０ｂは、第１絞り部３４Ａと第２絞り部３４Ｂとを、第１圧力センサ２７Ａと第２圧力センサ２７Ｂとの下流に備えることで、第１絞り部３４Ａと第２絞り部３４Ｂとの上流側で、排ガスＥＸの圧力及び圧力変化を確保できる。このため、排ガス処理装置２０ｂは、排ガスＥＸの圧力が比較的高い状態でこれを計測できるので、第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢを求める際に用いる排ガスＥＸの圧力、すなわち、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの圧力と第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの圧力とが計測される際における精度の低下を抑制できる。その結果、排ガス処理装置２０ｂは、抵抗体としての第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂを備えていなくても、第１流量ＱｍＡ及び第２流量ＱｍＢを求める際の精度を向上させることができる。
【０１２３】
排ガス浄化装置２０ｂは、第１ＤＰＦ２３Ａの上流側に第３圧力センサ３５Ａと備え、第２ＤＰＦ２３Ｂの上流側に第４圧力センサ３５Ｂとを備えている。第３圧力センサ３５Ａは、第１ＤＰＦ２３Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ内を流れる排ガスＥＸの圧力ＰＡｉを検出し、第４圧力センサ３５Ｂは、第２ＤＰＦ２３Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂ内を流れる排ガスＥＸの圧力ＰＢｉを検出する。第３圧力センサ３５Ａと第１圧力センサ２７Ａとにより、第１ＤＰＦ２３Ａの入口側と出口側との差圧（以下、適宜第１差圧という）ΔＰＡ（＝ＰＡｉ−ＰＡｕ）を求めることができる。同様に、第４圧力センサ３５Ｂと第２圧力センサ２７Ｂとにより、第２ＤＰＦ２３Ｂの入口側と出口側との差圧（以下、適宜第２差圧という）ΔＰＢ（＝ＰＢｉ−ＰＢｕ）を求めることができる。
【０１２４】
図８は、第１差圧及び第２差圧と、第１ＤＰＦ及び第２ＤＰＦを流れる排ガスの流量との関係の一例を、第１ＤＰＦ及び第２ＤＰＦに堆積したススの量を異ならせて示した図である。第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂは、ディーゼルエンジン１０の運転時間に応じて、ススが堆積する。図８中の曲線Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅは、それぞれ、あるススの堆積量における第１差圧ΔＰＡ及び第２差圧ΔＰＢと、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＡ及び流量ＱｍＢとの関係を示している。曲線Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅは、この順に第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂに堆積したススの堆積量が多くなることを示している。第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂに堆積したススの堆積量が一定である場合、第１差圧ΔＰＡ及び第２差圧ΔＰＢは、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＡ及び流量ＱｍＢの増加とともに増加する。
【０１２５】
例えば、第１ＤＰＦ２３Ａに堆積したススの堆積量を求める場合、制御装置５０の処理部５１は、第３圧力センサ３５Ａと第１圧力センサ２７Ａとから第１差圧ΔＰＡを求める。また、処理部５１は、第１圧力センサ２７Ａが検出した圧力ＰＡｕ等に基づき、前述したように、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＡを求める。得られた第１差圧がΔＰ１であり、かつ流量がＱｍＡ１である場合、第１ＤＰＦ２３Ａに堆積しているススの堆積量は、曲線Ｌｅに対応する量となる。同様に、得られた第１差圧がΔＰ１であり、かつ流量がＱｍＡ２である場合、第１ＤＰＦ２３Ａに堆積しているススの堆積量は、曲線Ｌｄに対応する量となる。また、得られた第１差圧がΔＰ１であり、かつ流量がＱｍＡ３である場合、第１ＤＰＦ２３Ａに堆積しているススの堆積量は、曲線Ｌｃに対応する量となる。第２ＤＰＦ２３Ｂに堆積したススの堆積量を求める場合も同様である。
【０１２６】
制御装置５０の記憶部５２は、図８に示すような第１差圧及び第２差圧と、第１ＤＰＦ及び第２ＤＰＦを流れる排ガスの流量との関係を記述したマップを記憶している。処理部５１は、第１差圧ΔＰＡ及び第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＡを前述したマップに与えて、第１ＤＰＦ２３Ａに堆積しているススの堆積量を求めることができる。同様に、処理部５１は、第２差圧ΔＰＢ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＢを前述したマップに与えて、第２ＤＰＦ２３Ｂに堆積しているススの堆積量を求めることができる。
【０１２７】
第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂに堆積したススの堆積量が増加すると、これらの上流側に配置されたＤＯＣ３６Ａ、３６Ｂで燃料を燃焼させて排ガスＥＸを昇温させる。そして、昇温した排ガスＥＸで堆積したススを燃焼させることによって、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを再生する。ＤＯＣ３６Ａ、３６Ｂに供給する燃料の量は、これらを流れる排ガスＥＸの流量、すなわち第１分岐管２２ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＡ、ＱｍＢによって変更する。排ガス処理装置２０ｂは、第１分岐管２２ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＡ、ＱｍＢを求めることができる。その結果、排ガス処理装置２０ｂは、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂの再生時において、ＤＯＣ３６Ａ、３６Ｂに適切な量の燃料を与えることができるので、再生不足又はＤＯＣ３６Ａ、３６Ｂ等の過度昇温を抑制することができる。
【０１２８】
図９は、第２変形例に係る排ガス処理装置を用いた排ガス処理の一例を示すフローチャートである。この排ガス処理方法は、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂに堆積したススの堆積量を求め、必要に応じて第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを再生する場合に実行される。ステップＳ３０１からステップＳ３０５は、図５に示すフローチャートのステップＳ２０１からステップＳ２０５と同様である。ステップＳ３０６において、図７に示す制御装置５０の処理部５１は、前述した方法によって、第１差圧ΔＰＡ及び排ガスＥＸの流量ＱｍＡ等から第１ＤＰＦ２３Ａ等に堆積したススの堆積量を求める。
【０１２９】
ステップＳ３０７において、堆積量が所定の閾値を超えており、第１ＤＰＦ２３Ａ等の再生が必要である場合（ステップＳ３０７、Ｙｅｓ）、処理部５１は、ステップＳ３０８に処理を進める。ステップＳ３０８において、処理部５１は、第１分岐管２２ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量ＱｍＡ、ＱｍＢに基づき、ＤＯＣ３６Ａ、３６Ｂに供給する燃料の量を求め、インジェクタ１１Ｉからディーゼルエンジン１０の駆動及び再生に必要な量の燃料を噴射する。再生に供される燃料は、ディーゼルエンジン１０の排気管２１から第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとを通って、それぞれのＤＯＣ３６Ａ、３６Ｂに供給される。ステップＳ３０７において、堆積量が所定の閾値以下であり、第１ＤＰＦ２３Ａ等の再生が必要でない場合（ステップＳ３０７、Ｎｏ）、処理部５１は、ステップＳ３０１からステップＳ３０７を繰り返す。このように、第２変形例は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスを複数の通路に分岐させて浄化した後に合流させてから排出する場合に、ＤＰＦに堆積したススの堆積量を求める場合に有効である。
【０１３０】
以上、本実施形態及びその変形例を説明したが、前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。また、本実施形態に係るディーゼルエンジン及びその制御方法が適用される対象の装置又は機器等は特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１３１】
１０  ディーゼルエンジン
１１  燃料噴射装置
１２  吸気管
１３  エアクリーナ
１４  吸入空気量センサ
１５  ＮＯｘ検出センサ
２０、２０ａ、２０ｂ  排ガス処理装置
２０Ａ、２０Ａａ、２０Ａｂ  第１排ガス浄化部
２０Ｂ、２０Ｂａ、２０Ｂｂ  第２排ガス浄化部
２１  排気管
２１Ｓ  分岐部
２２Ｊ  合流部
２２Ａ  第１分岐管
２２Ｂ  第２分岐管
２３Ａ  第１ＤＰＦ
２３Ｂ  第２ＤＰＦ
２５Ａ  第１触媒
２５Ｂ  第２触媒
２６  第２排ガス通路
２７Ａ  第１圧力センサ
２７Ｂ  第２圧力センサ
２８Ａ  第１温度センサ
２８Ｂ  第２温度センサ
２９  大気圧センサ
３０  還元剤供給装置
３４Ａ  第１絞り部
３４Ｂ  第２絞り部
３５Ａ  第３圧力センサ
３５Ｂ  第４圧力センサ
５０  制御装置
５１  処理部
５２  記憶部
１００  ベッセル
１０１  加熱用配管
ＥＸ  排ガス
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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