(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えるとともに、
前記選択還元型触媒装置の内部、または、前記選択還元型触媒装置より上流側または下流側の前記排気通路にＳＣＲ用温度検出装置を備え、前記排気ガス冷却装置より下流側の前記分岐通路に冷却用温度検出装置を備えて、
前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記冷却用温度検出装置の検出値に基づいて制御して、
前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定するとともに、
さらに、前記適性温度範囲内に目標温度範囲を設定して、
前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値がこの目標温度範囲内に予め設定した設定時間の間連続して含まれたときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うように構成される内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えるとともに、
前記選択還元型触媒装置の内部、または、前記選択還元型触媒装置より上流側または下流側の前記排気通路にＳＣＲ用温度検出装置を備え、前記排気ガス冷却装置より下流側の前記分岐通路に冷却用温度検出装置を備えて、
前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記冷却用温度検出装置の検出値に基づいて制御して、
前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定し、さらに、前記適性温度範囲の内に目標温度範囲を設定して、
前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が前記適性温度範囲の内に含まれるが前記目標温度範囲の下限値より低い温度であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うように構成される内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えるとともに、前記流路切替装置を、前記排気通路または前記分岐通路の両方に排気ガスを流通できる流量調整装置として構成して、
さらに、前記選択還元型触媒装置の内部、または、前記選択還元型触媒装置より上流側または下流側の前記排気通路にＳＣＲ用温度検出装置を備え、前記排気ガス冷却装置より下流側の前記分岐通路に冷却用温度検出装置を備えて、
前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記冷却用温度検出装置の検出値に基づいて制御して、
排気ガスの流れを前記排気通路と前記分岐通路の間で切り替えるときに、
前記冷却用温度検出装置の検出値の変動量が大きくなるにつれて、前記分岐通路を通過する排気ガスの流量の変動量を小さく設定して、前記流量調整装置を制御するように構成される内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えるとともに、前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、
前記選択還元型触媒装置の温度が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記排気ガス冷却装置を通過直後の排気ガスの温度に基づいて制御し、
前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定し、さらに、前記適性温度範囲の内に目標温度範囲を設定して、
前記選択還元型触媒装置の温度がこの目標温度範囲内に予め設定した設定時間の間連続して含まれたときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えるとともに、前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、
前記選択還元型触媒装置の温度が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記排気ガス冷却装置を通過直後の排気ガスの温度に基づいて制御し、
前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定し、さらに、前記適性温度範囲の内に目標温度範囲を設定して、
前記選択還元型触媒装置の温度が前記適性温度範囲の内に含まれるが前記目標温度範囲の下限値より低い温度であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気管をＳＣＲＦ（ＳＣＲをコートとしたフィルタ）とＳＣＲ（選択的触媒還元方式の触媒）との間で分岐させ、この分岐管に排気制御弁及び冷却素子を備えて、排気を冷却する必要がある場合には、目標触媒温度に応じて、分岐管を通過する排気の量を増加させて、ＳＣＲに流入する排気の温度を制御する内燃機関の排気浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−８６８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の排気浄化システムでは、冷却素子（排気ガス冷却装置）の冷却能力の変動を考慮して、ＳＣＲに流入する排気の温度を制御していない。そのため、冷却素子の冷却能力が一時的に過大となった場合には、ＳＣＲの触媒温度が活性温度範囲より低い温度となって、ＳＣＲのＮＯｘ浄化率が低下する懸念があった。
【０００５】
本発明の目的は、選択還元型触媒装置の過熱による劣化及びＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、排気ガス冷却装置の冷却能力の一時的な過大による選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えるとともに、前記選択還元型触媒装置の内部、または、前記選択還元型触媒装置より上流側または下流側の前記排気通路にＳＣＲ用温度検出装置を備え、前記排気ガス冷却装置より下流側の前記分岐通路に冷却用温度検出装置を備えて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記冷却用温度検出装置の検出値に基づいて制御して、前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定するとともに、さらに、前記適性温度範囲内に目標温度範囲を設定して、前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値がこの目標温度範囲内に予め設定した設定時間の間連続して含まれたときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うように構成される。
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えるとともに、前記選択還元型触媒装置の内部、または、前記選択還元型触媒装置より上流側または下流側の前記排気通路にＳＣＲ用温度検出装置を備え、前記排気ガス冷却装置より下流側の前記分岐通路に冷却用温度検出装置を備えて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記冷却用温度検出装置の検出値に基づいて制御して、前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定し、さらに、前記適性温度範囲の内に目標温度範囲を設定して、前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が前記適性温度範囲の内に含まれるが前記目標温度範囲の下限値より低い温度であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うように構成される。
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えるとともに、前記流路切替装置を、前記排気通路または前記分岐通路の両方に排気ガスを流通できる流量調整装置として構成して、さらに、前記選択還元型触媒装置の内部、または、前記選択還元型触媒装置より上流側または下流側の前記排気通路にＳＣＲ用温度検出装置を備え、前記排気ガス冷却装置より下流側の前記分岐通路に冷却用温度検出装置を備えて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記ＳＣＲ用温度検出装置の検出値が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記冷却用温度検出装置の検出値に基づいて制御して、排気ガスの流れを前記排気通路と前記分岐通路の間で切り替えるときに、前記冷却用温度検出装置の検出値の変動量が大きくなるにつれて、前記分岐通路を通過する排気ガスの流量の変動量を小さく設定して、前記流量調整装置を制御するように構成される。
【０００７】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えるとともに、前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置の温度が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記排気ガス冷却装置を通過直後の排気ガスの温度に基づいて制御し、前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定し、さらに、前記適性温度範囲の内に目標温度範囲を設定して、前記選択還元型触媒装置の温度がこの目標温度範囲内に予め設定した設定時間の間連続して含まれたときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うことを特徴とする方法である。
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に上流側より順に尿素水供給装置、選択還元型触媒装置を備えるとともに、前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に、排気ガス冷却装置を有する分岐通路を前記排気通路に並行して備えて、前記排気通路から前記分岐通路への分岐点に流路切替装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記選択還元型触媒装置の温度が予め設定された冷却開始温度閾値以上となったときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記排気通路から前記分岐通路に切り替えるとともに、前記排気ガス冷却装置の冷却能力を前記排気ガス冷却装置を通過直後の排気ガスの温度に基づいて制御し、前記選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率が予め設定された浄化率閾値以上となる前記選択還元型触媒装置の温度範囲を適性温度範囲とし、この適性温度範囲の上限値を前記冷却開始温度閾値に設定し、さらに、前記適性温度範囲の内に目標温度範囲を設定して、前記選択還元型触媒装置の温度が前記適性温度範囲の内に含まれるが前記目標温度範囲の下限値より低い温度であるときに、前記流路切替装置を制御して、排気ガスの流れを前記分岐通路から前記排気通路に切り替える制御を行うことを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、選択還元型触媒装置の過熱による劣化及びＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、排気ガス冷却装置の冷却能力の一時的な過大による選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
【０００９】
また、排気ガス冷却装置の冷却能力に基づいて選択還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度を制御するので、選択還元型触媒装置より上流側に配置される尿素水供給装置から供給される尿素水のアンモニアへの加水分解反応が促進される温度範囲にこの排気ガスの温度を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図２】選択還元型触媒装置の温度とＮＯｘ浄化率の関係を示す図である。
【図３】本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローを示す図である。
【図４】従来技術の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施形態の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の排気ガス浄化システム１は、エンジン２の排気通路（排気管）１０に上流側より順に酸化触媒装置（ＤＯＣ）１１、微粒子捕集装置１２、尿素水供給装置１５、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）１３を備えて構成されるシステムである。
【００１３】
酸化触媒装置１１は、ハニカム構造を形成する基材に、排気ガスＧの炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化する貴金属触媒（酸化触媒）が担持されて構成される。貴金属触媒としては、炭化水素を水と二酸化炭素に、一酸化炭素を二酸化炭素にそれぞれ酸化する白金（Ｐｔ）系の触媒が好ましい。
【００１４】
この貴金属触媒による炭化水素及び一酸化炭素の酸化反応は発熱反応であるので、この発熱により排気ガスＧは昇温する。これを利用して、微粒子捕集装置１２の強制ＰＭ再生制御時等、高温の排気ガスＧが必要となるときには、酸化触媒装置１１より上流側の排気通路１０を通過する排気ガスＧに含まれる炭化水素の量を一時的に増加させて、この増加分の炭化水素を酸化触媒装置１１で酸化させることで、排気ガスＧを高温化している。
【００１５】
なお、炭化水素の量を一時的に増加させる方法としては、例えば、エンジン２の気筒（シリンダ）２ａ内で燃料のポスト噴射を行う方法や、酸化触媒装置１１より上流側の排気通路１０に燃料噴射装置（図示しない）を備えて、この燃料噴射装置から燃料を噴射する方法がある。
【００１６】
微粒子捕集装置１２は、排気ガスＧ中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するために、その内部にフィルタを備えて構成される。このフィルタは、多孔質のセラミックのハニカムのセル（チャンネル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタである。
【００１７】
排気ガスＧは、微粒子捕集装置１２の目封じされていないセルの入口より流入し、隣接する出口を目封じされていないセルとの境界に形成されたＰＭ捕集用の壁を通過した後、出口を目封じされていないセルの出口より流出する。排気ガスＧに含まれるＰＭはＰＭ捕集用の壁で捕集されるが、捕集量には限界がある。したがって、ＰＭ捕集量が限界値に到達する前に、微粒子捕集装置１２の内部に高温の排気ガスＧを通過させて、この排気ガスＧの熱により微粒子捕集装置１２の内部に捕集されたＰＭを燃焼除去する強制ＰＭ再生制御を定期的に行っている。
【００１８】
選択還元型触媒装置１３は、その上流側の排気通路１０に備えた尿素水供給装置１５より噴射される尿素水Ｕを排気ガスＧの熱により加水分解して生成されたアンモニア（ＮＨ3）を還元剤として、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ2）に浄化する装置である。
【００１９】
なお、排気ガスＧに含まれるＮＯｘの浄化に使用されないアンモニアは、選択還元型触媒装置１３の内部に吸蔵されるか、または、選択還元型触媒装置１３より下流側の排気通路１０に流出（スリップ）する。また、選択還元型触媒装置１３のアンモニア吸蔵容量（アンモニアを吸蔵可能な上限量）は、選択還元型触媒装置１３の温度が高くなるにつれて、少なくなる。
【００２０】
また、本発明の排気ガス浄化システム１を制御する制御装置４０が配設される。この制御装置４０は、エンジン２の運転状態等を表す各種センサの検出値を基に、尿素水供給装置１５からの尿素水Ｕの供給量等を制御する装置である。
【００２１】
本発明の排気ガス浄化システム１は、図１に示すように、尿素水供給装置１５より上流側の排気通路１０に、排気ガス冷却装置２１を有する分岐通路２０を排気通路１０に平行して備えるとともに、排気通路１０から分岐通路２０への分岐点に三方弁（流路切替装置）２２を備えるシステムである点で、図４に示す従来技術の内燃機関の排気ガス浄化システム１Ｘとは異なっている。
【００２２】
また、選択還元型触媒装置１３の温度を検出するＳＣＲ用温度検出センサ（ＳＣＲ用温度検出装置）３０を選択還元型触媒装置１３の内部（図１ではこの位置）、または、選択還元型触媒装置１３より上流側または下流側の排気通路１０に備えるとともに、排気ガス冷却装置２１より下流側の分岐通路２０に、排気ガス冷却装置２１を通過後の排気ガスＧｂの温度を検出するための冷却用温度検出センサ（冷却用温度検出装置）３１を備える。
【００２３】
なお、排気ガス冷却装置２１には、空気やエンジン冷却水やラジエータ用冷却水等の冷却媒体がその内部の冷却媒体用通路（図示しない）に流通しており、この冷却媒体用通路に隣接する排気ガス用通路（図示しない）を通過する排気ガスＧｂを冷却媒体により冷却している。
【００２４】
また、ＳＣＲ用温度検出センサ３０の設置位置について、図１に示すように選択還元型触媒装置１３の内部にＳＣＲ用温度検出センサ３０を設けて、選択還元型触媒装置１３の温度を直接検出するのが好ましいが、選択還元型触媒装置１３より上流側または下流側の排気通路１０にＳＣＲ用温度検出センサ３０を備えて、このＳＣＲ用温度検出センサ３０の検出値を選択還元型触媒装置１３の温度として代用してもよい。
【００２５】
そして、制御装置４０が、ＳＣＲ用温度検出センサ３０の検出値Ｔが冷却開始温度閾値Ｔ１以上となったときに、三方弁２２を制御して、排気ガスＧの流れを排気通路１０から分岐通路２０に切り替えるとともに、排気ガス冷却装置２１の冷却能力を冷却用温度検出センサ３１の検出値に基づいて制御するように構成する。
【００２６】
ここで、冷却開始温度閾値Ｔ１は、この閾値以上となると、選択還元型触媒装置１３に担持される触媒の熱劣化が進行したり、ＮＯｘ浄化率が低下したりすることが懸念される閾値として実験等により予め設定される値である。
【００２７】
また、排気ガス冷却装置２１の冷却能力とは、排気ガスＧｂと熱交換する空気やエンジン冷却水等の冷却媒体の排気ガス冷却装置２１への流通量や温度である。また、排気ガス冷却装置２１の冷却能力の向上は、冷却媒体の排気ガス冷却装置２１への流通量を多くするか、または、冷却媒体の温度を低温化することにより行われる。逆に、冷却能力の低下は、流通量を少なくするか、または、冷却媒体の温度を高温化することにより行われる。
【００２８】
すなわち、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１では、エンジン２の高負荷運転時や微粒子捕集装置１２の強制ＰＭ再生制御時等、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが、選択還元型触媒装置１３に担持される触媒の熱劣化が進行したり、ＮＯｘ浄化率の低下が懸念されるほどの高温である場合に、選択還元型触媒装置１３に流入する前の排気ガスＧの全量を排気ガス冷却装置２１により冷却して、低温化した排気ガスＧを選択還元型触媒装置１３に流入させることで、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔを低温化する。
【００２９】
また、排気ガス冷却装置２１による排気ガスＧｂの冷却時に、冷却用温度検出センサ３１の検出値に基づいて排気ガス冷却装置２１の冷却能力を制御することで、排気ガス冷却装置２１の冷却能力が一時的に過大となって、排気ガスＧｂが過剰に低温化して、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが過剰に低温化するのを抑制する。
【００３０】
したがって、この構成によれば、選択還元型触媒装置１３の過熱による劣化及びＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、排気ガス冷却装置２１の冷却能力の一時的な過大による選択還元型触媒装置１３のＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
【００３１】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１において、図２に示すように、制御装置４０が、選択還元型触媒装置１３のＮＯｘ浄化率Ｐが実験等により予め設定された浄化率閾値Ｐ１以上となる選択還元型触媒装置１３の温度範囲を適性温度範囲Ｒｐとし、この適性温度範囲Ｒｐの上限値を冷却開始温度閾値Ｔ１に設定するとともに、この適性温度範囲Ｒｐ内に目標温度範囲Ｒｔを設定する。なお、適性温度範囲Ｒｐの下限値Ｔ２は、選択還元型触媒装置１３のＮＯｘ浄化率を考慮して設定される値である。
【００３２】
また、目標温度範囲Ｒｔの上限値Ｔａ及び下限値Ｔｂは、Ｔａ＝（３×Ｔ１＋７×Ｔ２）／１０、Ｔｂ＝（７×Ｔ１＋３×Ｔ２）／１０の両方の式に適性温度範囲Ｒｐの上限値Ｔ１及び下限値Ｔ２を代入して算出するようにすると、選択還元型触媒装置１３の温度ＴをＮＯｘ浄化率の低下及び触媒の熱劣化を防止する適性温度範囲Ｒｐに容易に維持することができるので好ましい。
【００３３】
さらに、適性温度範囲Ｒｐの上限値Ｔ１と下限値Ｔ２の中央値Ｔ３（＝（Ｔ１＋Ｔ２）／２）より、実験等で予め設定された設定温度差ΔＴだけ高温の温度を、目標温度範囲Ｒｔの上限値Ｔａに設定し、中央値Ｔ３より、設定温度差ΔＴだけ低温の温度を、下限値Ｔｂに設定すると、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔを適性温度範囲Ｒｐにより容易に維持することができるので好ましい。
【００３４】
そして、排気ガス冷却装置２１による排気ガスＧｂの冷却を開始後、ＳＣＲ用温度検出センサ３０の検出値Ｔがこの目標温度範囲Ｒｔ内に実験等により予め設定した設定時間ｔｃ連続して含まれたときに、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが適性温度範囲Ｒｐ内で安定したとして、三方弁２２を制御して、排気ガスＧの流れを分岐通路２０から排気通路１０に切り替える制御を行うように構成する。
【００３５】
この構成によれば、三方弁２２により排気ガスＧの流れを分岐通路２０から排気通路１０に切り替えて、排気ガス冷却装置２１による排気ガスＧの冷却を終了した直後に、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが冷却開始温度閾値Ｔ１以上となって、再度排気ガス冷却装置２１による排気ガスＧの冷却を必要とする状況を防止することができる。言い換えれば、三方弁２２による排気ガスＧの流れの切替精度を向上させることができる。
【００３６】
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１において、制御装置４０が、ＳＣＲ用温度検出センサ３０の検出値Ｔが適性温度範囲Ｒｐ内に含まれるが目標温度範囲Ｒｔの下限値Ｔｂより低い温度（Ｔ２≦Ｔ＜Ｔｂ）であるときに、三方弁２２を制御して、排気ガスＧの流れを分岐通路２０から排気通路１０に切り替える制御を行うように構成すると、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが適性温度範囲Ｒｐの下限値Ｔ２以下となって過剰に低温化するのを防止することができる。
【００３７】
なお、図１では流路切替装置として三方弁２２を備えたが、流路切替機能だけでなく流量調整機能も備えた流量調整弁（流量調整装置）２２を代わりに備えてもよい。この場合は、三方弁２２のように排気通路１０または分岐通路２０のいずれか一方に排気ガスＧを流通させるのではなく、排気通路１０または分岐通路２０のいずれか一方または両方に排気ガスＧを流通させることができる。
【００３８】
したがって、制御装置４０が、排気ガスＧの流れを排気通路１０と分岐通路２０の間で切り替えるときに、三方弁２２のように即時に切り替えるのではなく、徐々にまたは段階的に切り替えることができるので、選択還元型触媒装置１３の温度の急変動を防止して、ＮＯｘ浄化率の急変動を防止することができる。
【００３９】
一方、三方弁２２のように、排気通路１０と分岐通路２０の間の排気ガスＧの流れを即時に切り替える構成であると、選択還元型触媒装置１３に流入する排気ガスＧの温度を迅速に低下させて、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔを目標温度範囲Ｒｔ内に即時に収めることができるので、選択還元型触媒装置１３の過熱による劣化をより確実に防止することができる。
【００４０】
また、制御装置４０が、排気ガスＧの流れを排気通路１０と分岐通路２０の間で切り替えるときに、冷却用温度検出センサ３１の検出値の変動量ΔＴＴが大きくなるにつれて、分岐通路２０を通過する排気ガスＧｂの流量の変動量ΔＶを小さく設定して、流量調整弁２２を制御するように構成する。
【００４１】
この構成によれば、変動量ΔＴＴが大きくなったときに、排気ガス冷却装置２１の冷却能力が一時的に過大したとして、流量調整弁２２により変動量ΔＶを小さくして、排気ガス冷却装置２１により冷却される排気ガスＧｂの流量の増加を抑制するので、選択還元型触媒装置１３に流入する排気ガスＧが過剰に低温化するのを抑制することができ、選択還元型触媒装置１３のＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
【００４２】
次に、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１を用いた、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローについて、図３を参照しながら説明する。図３の制御フローは、エンジン２の運転中に実験等により予め設定した制御時間毎に、上級の制御フローより呼ばれてスタートする制御フローである。
【００４３】
図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、選択還元型触媒装置１３に流入する排気ガスＧを排気ガス冷却装置２１により冷却して、選択還元型触媒装置１３の過熱による劣化及びＮＯｘ浄化率の低下を防止する必要があるか否かを判定する。この判定は、選択還元型触媒装置１３の温度（ＳＣＲ用温度検出センサ３０の検出値）Ｔが冷却開始温度閾値Ｔ１以上となったか否かにより行う。
【００４４】
ステップＳ１０にて、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが冷却開始温度閾値Ｔ１未満である場合（ＮＯ）には、排気ガスＧの冷却が不要であるとして、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ１０にて、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが冷却開始温度Ｔ１以上である場合（ＹＥＳ）には、排気ガスＧの冷却が必要であるとして、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０にて、流路切替装置２２を制御して、排気ガスＧの流れを排気通路１０から分岐通路２０に切り替えるとともに、排気ガス冷却装置２１の冷却能力を排気ガス冷却装置２１を通過直後の排気ガスＧｂの温度（冷却用温度検出センサ３１の検出値）ＴＴに基づいて調整制御する。ステップＳ２０の制御を実施後、ステップＳ３０に進む。
【００４６】
なお、この切替時に、排気ガスＧｂの温度の変動量ΔＴＴが大きくなるにつれて、流量調整弁２２を制御して、分岐通路２０を通過する排気ガスＧｂの流量の変動量ΔＶを小さく設定するとより好ましい。
【００４７】
ステップＳ３０にて、選択還元型触媒装置１３に流入する排気ガスＧの冷却が不要となったか否かを判定する。この判定は、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが図２に示す目標温度範囲Ｒｔ内に設定時間ｔｃ連続して含まれるか、または、適性温度範囲Ｒｐ内に含まれるが目標温度範囲Ｒｔの下限値Ｔｂより低い温度（Ｔ２≦Ｔ＜Ｔｂ）である場合に、排気ガスＧの冷却が不要となったとすることにより行う。ステップＳ３０にて、上記の判定が成立しない場合（ＮＯ）には、排気ガスＧの冷却が未だ必要であると判定して、実験等により予め設定した制御時間を経過後、再度ステップＳ３０の判定を行う。
【００４８】
一方、ステップＳ３０にて、上記の判定が成立する場合（ＹＥＳ）には、排気ガスＧの冷却が不要となったと判定して、ステップＳ４０に進み、ステップＳ４０にて、流路切替装置２２を制御して、排気ガスＧの流れを分岐通路２０から排気通路１０に切り替える制御を行うとともに、排気ガス冷却装置２１の冷却能力を通常の運転状態時の冷却能力に戻す。ステップＳ４０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
【００４９】
以上より、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１を基にした、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、エンジン２の排気通路１０に上流側より順に尿素水供給装置１５、選択還元型触媒装置１３を備えるとともに、尿素水供給装置１５より上流側の排気通路１０に、排気ガス冷却装置２１を有する分岐通路２０を排気通路１０に並行して備えて、排気通路１０から分岐通路２０への分岐点に流路切替装置２２を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、選択還元型触媒装置１３の温度Ｔが予め設定された冷却開始温度閾値Ｔ１以上となったときに、流路切替装置２２を制御して、排気ガスＧの流れを排気通路１０から分岐通路２０に切り替えるとともに、排気ガス冷却装置２１の冷却能力を排気ガス冷却装置２１を通過直後の排気ガスＧｂの温度に基づいて制御することを特徴とする方法となる。
【００５０】
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム１及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、選択還元型触媒装置１３の過熱による劣化及びＮＯｘ浄化率の低下を抑制しつつ、排気ガス冷却装置２１の冷却能力の一時的な過大による選択還元型触媒装置１３のＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。
【００５１】
また、排気ガス冷却装置２１の冷却能力に基づいて選択還元型触媒装置１３に流入する排気ガスＧの温度を制御するので、選択還元型触媒装置１３より上流側に配置される尿素水供給装置１５から供給される尿素水Ｕのアンモニアへの加水分解反応が促進される温度範囲にこの排気ガスＧの温度を確実に維持することができる。
【００５２】
さらに、排気ガス冷却装置２１により選択還元型触媒装置１３に流入する排気ガスＧの温度を低温化することができるので、選択還元型触媒装置１３の温度を低温化して、そのアンモニア吸蔵容量を大きくすることができる。その結果、選択還元型触媒装置１３から流出する（スリップする）アンモニアの量を、図４に示すアンモニアスリップ触媒装置１４の設置が不要となるほど少ない量に抑制することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１、１Ｘ  内燃機関の排気ガス浄化システム
２  エンジン
１０  排気通路
１３  選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
１５  尿素水供給装置
２０  分岐通路
２１  排気ガス冷却装置
２２  三方弁（流路切替装置）、流量調整弁（流量調整装置）
３０  ＳＣＲ用温度検出センサ（ＳＣＲ用温度検出装置）
３１  冷却用温度検出センサ（冷却用温度検出装置）
４０  制御装置
Ｇ  排気ガス
Ｇａ  排気通路を通過する排気ガス
Ｇｂ  分岐通路を通過する排気ガス
Ｒｐ  適性温度範囲
Ｒｔ  目標温度範囲
Ｔ  選択還元型触媒装置の温度（ＳＣＲ用温度検出センサの検出値）
Ｔ１  冷却開始温度閾値（適正温度範囲の上限値）
Ｔｂ  目標温度範囲の下限値
Ｐ  選択還元型触媒装置のＮＯｘ浄化率
Ｐ１  ＮＯｘ浄化率閾値
ｔｃ  設定時間
ＴＴ  排気ガス冷却装置を通過直後の排気ガスの温度（冷却用温度検出センサの検出値）
ΔＴＴ  冷却用温度検出センサの検出値の変動量
ΔＶ  分岐通路を通過する排気ガスの流量の変動量
【図１】
0006753151.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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