(57)【要約】      （修正有）【課題】  NOx排出量低減のためのシステムのコストを低減する。【解決手段】  ディーゼル・エンジン下流の排気三方弁180が、排気流210を二つの触媒70A，70Bへ向かうように分割する。該排気三方弁180の第１位置において、排気の殆どが第１触媒70Aへ行き、残りの排気は、噴射された還元剤218と共に、第２触媒70Bへ行く。排気三方弁180の第２位置において、排気210の殆どが第２触媒70Bへ行き、残りの排気は、噴射された還元剤218と共に、第１触媒70Aへ行く。【選択図】    図２A
2004169683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニフォールドを有するディーゼル・エンジンと、
少なくとも第１、第２、第３及び第４の接続部を持ち、且つ少なくとも第１及び第２位置のいずれかに切換えられる排気切換弁と、
上記排気切換弁の第３接続部に接続され、排気への追加物質を噴射する噴射弁と、
上記排気切換弁の第２接続部に接続された第１排気調整装置と、
上記排気切換弁の第４接続部に接続された第２排気調整装置と、を備え、
上記排気切換弁が、上記第１位置にあるときに上記第１接続部から上記第２接続部と第４接続部との両方へ排気を導き、且つ上記第３接続部から上記第４接続部へ追加物質を導く一方、上記第２位置にあるときには上記第１接続部から上記第２接続部と第４接続部との両方へ排気を導き、且つ上記第３接続部から上記第２接続部へ上記追加物質を導く、ように構成されていることを特徴とする、車両システム。
【請求項２】
上記排気切換弁が、上記第１位置にあるときに、上記第２接続部へ上記第４接続部よりも多くの排気を導く、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
上記排気切換弁が、上記第２位置にあるときに、上記第２接続部へ上記第４接続部よりも少ない排気を導く、請求項１又は２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４】
上記第１と第２の排気調整装置が、排気空燃比が燃料リーンのときに、NOxを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又は燃料リッチのときに、吸蔵したNOxを放出そして還元する機能を有する請求項１乃至３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
上記追加物質が炭化水素担持物質である、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項６】
上記噴射弁が還元剤噴射弁であり、その還元剤が尿素を含む、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項７】
上記噴射弁がエア・アシスト噴射弁である、請求項１乃至６のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項８】
上記排気切換弁が、上記第１位置と第２位置の中間の第３位置を持つ、請求項１乃至７のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項９】
上記第３位置が、上記第２と第４の接続部へ排気を導く、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
すすの堆積を防止するために、上記排気切換弁の弁体を振動させる制御器を更に有する、請求項１乃至９のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項１１】
少なくとも第１と第２の触媒及び、少なくとも一つの還元剤噴射弁を持つ排気系を備えたエンジンの制御方法であって、
排気流の第１部分を上記第１触媒へ供給し、排気流の第２部分を上記第２触媒へ供給する工程と、
上記第１部分が上記第２部分よりも大きい第１モードで動作する工程と、
上記第１モードにある間の少なくとも第１期間に、上記第１還元剤噴射弁から排気の上記第２部分へ還元剤を噴射する工程と、
上記第２部分が上記第１部分よりも大きい第２モードで動作する工程と、
上記第２モードにある間の少なくとも第２期間に、上記第１還元剤噴射弁から排気の上記第１部分へ還元剤を噴射する工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
上記還元剤がディーゼル燃料である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
上記排気流の第２部分中の上記還元剤が、上記第２触媒に吸蔵されたNOxと反応するように、排気空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、上記排気流の第１部分中のNOxは上記第１触媒中に吸蔵させる、請求項１１又は１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
上記排気流の第１部分中の上記還元剤が、上記第１触媒に吸蔵されたNOxと反応するように、排気空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、上記排気流の第２部分中のNOxは上記第２触媒中に吸蔵させる、請求項１１乃至１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
上記第１及び第２の触媒の少なくとも一つにおける推定NOx吸蔵量、及び、上記第１及び第２の触媒の少なくとも一つの温度に少なくとも基づき、少なくとも上記第１モードと第２モードとを切替える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
上記少なくとも一つの温度を温度センサーにより計測する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも第１と第２のNOx吸蔵触媒及び、少なくとも一つの燃料噴射弁を持つ排気系を備えたエンジンの制御方法であって、
排気流の第１部分を上記第１触媒へ供給し、排気流の第２部分を上記第２触媒へ供給する工程と、
上記第１部分が上記第２部分よりも大きい第１モードで動作する工程と、
上記第１モードにある間の少なくとも第１期間に、上記燃料噴射弁から排気の上記第１部分へ燃料を噴射することなしに、上記燃料噴射弁から排気の上記第２部分へ還元剤を噴射することにより、この第２部分における上記燃料が上記第２触媒に吸蔵されたNOxと反応するように理論空燃比又はリッチ空燃比の状態を生成し、且つ、上記第１部分におけるNOxは上記第１触媒に吸蔵させる工程と、
上記第２部分が上記第１部分よりも大きい第２モードで動作する工程と、
上記第２モードにある間の少なくとも第２期間に、上記燃料噴射弁から排気の上記第１部分へ還元剤を噴射することにより、この第１部分における上記燃料が上記第１触媒に吸蔵されたNOxと反応するように理論空燃比又はリッチ空燃比の状態を生成し、且つ、上記第２部分におけるNOxは上記第２触媒に吸蔵させる工程と、
を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１８】
排気マニフォールドを有するディーゼル・エンジンと、
上記排気マニフォールドに接続され、第１と第２の出口を持つ排気通路と、
該排気通路に接続され、排気への追加物質を噴射する噴射弁と、
上記第１出口に接続された第１排気調整装置と、
上記第２出口に接続され、少なくとも一つの排気成分を保持する能力が上記第１排気調整装置よりも小さい第２排気調整装置と、
上記排気の大部分が上記第１触媒へ流れるときに、第１期間、空燃比がリーンとなるように排気を制御し、上記排気の大部分が上記第２触媒へ流れるときに、第２期間、空燃比がリーンとなるように排気を制御する制御器と、を備え、
上記第１期間が上記第２期間よりも長い、ことを特徴とする車両システム。
【請求項１９】
上記排気成分がNOxである請求項１８の車両システム。
【請求項２０】
上記排気通路が更に、２つの負圧制御弁と負圧源を持つ、請求項１８又は１９のいずれかの車両システム。
【請求項２１】
その中を排気流が流れる排気システムを持つエンジンと、
上記エンジンの上記排気システム内に設けられた第１と第２の排気調整装置と、
還元剤を噴射する上記排気システム内の噴射弁と、
上記第１と第２の排気調整装置上流の上記排気システム内に設けられた排気切換弁と、を有し、
上記排気切換弁が、少なくとも第１と第２の位置を持ち、該第１位置が上記噴射弁からの上記還元剤を上記第１排気調整装置に到達させる第１経路を作り出し、一方、上記第２経路が上記噴射弁からの上記還元剤を上記第２排気調整装置に到達させる第２経路を作り出す、ように構成されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項２２】
上記排気システムに噴射弁が一つだけ接続される、請求項２１のシステム。
【請求項２３】
上記第１と第２の排気調整装置が互いに並列に配列される、請求項２１又は２２のいずれかに記載のシステム。
【請求項２４】
上記排気切換弁は、上記第１位置にあるときに上記第２排気調整装置へ向かうように排気流が漏れ、一方、上記第２位置にあるときには上記第１排気調整装置へ向かうように排気流が漏れる、ように構成されている、請求項２１乃至２３のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２５】
上記エンジンがディーゼル・エンジンである、請求項２１乃至２４のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２６】
上記還元剤がディーゼル燃料を含有する、請求項２１乃至２５のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２７】
上記還元剤がアンモニアを含有する、請求項２１乃至２５のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２８】
エンジン運転パラメーターを計測し、該計測された運転パラメーターに基づき、上記排気切換弁の位置を調整する信号を該弁へ送る制御ユニット、を更に有する請求項２１乃至２７のいずれか１つに記載のシステム。
【請求項２９】
少なくとも第１と第２の触媒及び、少なくとも第１の還元剤噴射弁を持つ排気系を備えた排出制御システムの制御方法であって、
排気が上記第１触媒へ流れる第１モードで動作し、該第１モードにおける少なくとも第１期間、上記還元剤噴射弁から還元剤を上記第２触媒に到達するように上記排気系に噴射する工程と、
排気が上記第２触媒へ流れる第２モードで動作し、該第２モードにおける少なくとも第２期間、上記還元剤噴射弁から還元剤を上記第１触媒に到達するように上記排気系に噴射する工程と、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、所定運転状態でNOxを吸蔵し、他の運転状態で吸蔵したNOxを放出して還元する排気調整装置を持つディーゼル・エンジンのNOx還元に関する。より具体的には、本発明は、構成部品のコストを削減するためのシステム構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル・エンジン及びガソリン・エンジンなどのリーンバーン・エンジンは、燃料経済性と出力密度を向上することが出来る。NOx排出量を低減する取組みの一つとして、排気系に触媒コンバーターを用いるものがある。ある種の触媒コンバーターは、エンジンが燃料リーンの空燃比で動作中にNOxを吸蔵し、リッチ排気が触媒コンバーターに入るときに、吸蔵したNOxを放出して還元する。ディーゼル・エンジンに用いるときには、触媒コンバーターへリッチ排気を供給する取組みとして、エンジン排気系に配置された燃料噴射弁を用いるというものがある。
【０００３】
また、（リーンで動作中の大量の過剰酸素故に）リッチ排気を生成するため加えられる過剰燃料の量を最小にするために、それぞれが燃料噴射弁と触媒コンバーターを持つ分岐排気管が利用されている。更に、いずれかの分岐へ排気流を導き、この分岐においてリッチな排気の還元を可能とする弁組立体も用いられる。これは、下流噴射弁が対処すべき過剰酸素の量を少なくすることことが出来る。そのようなシステムが非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】シェンク（Schenk）他著，「SAEテクニカル・ペーパー（SAE Technical Papers）」，（米国），２００１年９月，２００１−０１−３６１９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本件発明者は、そのような取組みの問題点を認識した。具体的には、そのような構成は、排気管に、二つの排気弁（各分岐に一つずつ）及び二つの燃料噴射弁（再び、各分岐に一つずつ）を持つ。この余分なハードウェアが、システムのコスト、そして製造上の複雑性及び配線の複雑性を増す。
【０００５】
トラック運送業界は、排出物抑制関連技術のコストを大きく認識している。最近の新聞記事（「Fleets Wary of New Diesels」，「デトロイト・ニュース」，2002年3月31日，ｐ．３Ｂ）にあるように、新技術の余分なコストは、新技術の実用化の大きな障害である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の問題は、本件発明のシステムにより解消される。このシステムは、排気が流れるときに通る排気システムを持つエンジン、上記エンジンの上記排気システム内の第１と第２の排気調整装置、還元剤を噴射する上記排気システム内の噴射弁、及び、上記第１と第２の排気調整装置の上流の上記排気システム内の排気切換弁、を有する。上記排気切換弁は、少なくとも第１と第２の位置を持ち、上記第１位置にあるときに上記噴射弁から上記第１排気調整装置への上記還元剤のための第１通路が形成され、一方、排気切換弁が上記第２位置にあるときには上記噴射弁から上記第２排気調整装置への第２経路が形成される。
【０００７】
このようにして、複数の噴射弁を必要とすることのコストと複雑性の増大なしに、NOx触媒をパージするのに必要とされる還元剤の量を最小にすることが可能である。つまり、この新規な構成により、本発明は、システムのコストと複雑性を低減しながら、大量のリーン排気流と小量のリッチ排気を導く従来と同じ能力を得ることが出来る。言い換えると、本発明による構成は、燃料噴射弁及び排気制御弁の数を減らしながら、必要とされる機能を得ることが出来る。同様に、配線及び工場での製造作業と複雑性が削減されるので、更なる複雑性の削減とコスト削減が得られる。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、上述の利点が、車両システムにより解消される。この車両システムは、排気が流れるときに通る排気マニフォールドを持つディーゼル燃料エンジン、少なくとも第１、第２、第３及び第４の接続部を持ち、第１位置において上記第１接続部から上記第２と第４の接続部の両方に排気を導き、上記第３接続部から上記第４接続部へ追加物質を導き、そして、第２位置において、上記第１接続部から上記第２と第４の接続部の両方に排気を導き、上記第３接続部から上記第２接続部へ追加物質を導く排気切換弁、上記第２接続部に接続された第１排気調整装置、及び、上記第４接続部に接続された第２排気調整装置、を有する。
【０００９】
具体例の一つにおいて、ディーゼル燃料や尿素のような還元剤を追加物質として用いることが出来る。
【００１０】
排気流と還元剤を導くのには各種の弁を用いることが出来る、ことに注意するべきである。例えば、負圧作動又は電気機械作動のポペット弁を用いることが出来る。同様に、直流電磁ソレノイド弁を用いることが出来る。更にまた、油圧駆動弁又は上記のものの組合せのいかなるものも用いることが出来るであろう。各種の排気調整装置を用いることが出来ることにも注意すべきである。例えば、白金を担体上に有する触媒を用いることが出来る。更にまた、バリウムなどの元素を加えることも出来る。また、ゼオライト型のNOx触媒を用いることが出来る。第４接続部と第２排気調整装置との間に、更に排気調整装置があっても良い。同様に、第２接続部と第１排気調整装置との間に、更に排気調整装置があっても良い。また、第１接続部とエンジンの排気マニフォールドとの間に排気調整装置があっても良い（例えば上流触媒、マフラー又はパティキュレート吸蔵装置）。最後に、第３接続部と還元剤噴射弁との間に空気アシスト装置のような追加装置があっても良い。更にまた、少なくとも４つの接続部の何れにも、他の装置を結合することが出来る。
【００１１】
本発明の別の観点において、従来の取組みによる問題点が、排気が流れるときに通り少なくとも第１と第２の触媒と少なくとも一つの還元剤噴射弁を持つ排気部を持つエンジンを制御する方法により、解消される。この方法は、排気の第１部分を上記第１触媒へ、排気の第２部分を上記第２触媒へ供給する工程、上記第１部分が上記第２部分より大きい第１モードで動作する工程、該第１モードにあるときの少なくとも第１期間に上記少なくとも一つの還元剤噴射弁から上記排気の第２部分へ還元剤を噴射する工程、上記第２部分が上記第１部分よりも大きい第２モードで運転する工程、及び、該第２モードにあるときの少なくとも第２期間に上記少なくとも一つの還元剤噴射弁から上記排気の第１部分へ還元剤を噴射する工程、を有する。
【００１２】
このようにして、還元剤噴射弁により用いられる必要な還元剤の量を最小にすることが可能である。更に、還元剤噴射弁が一つだけ必要とされるのが好ましい。
【００１３】
第１と第２の期間は異なる長さに出来ることに注意すべきである。更に、その期間は、動作条件に応じて、変化し得ることに注意すべきである。例えば、時間間隔を用いることが出来る。また、その期間は、触媒中に吸蔵され還元されるNOxの推定値に基づき終了され得る。更に、その期間は、触媒の下流に結合されるセンサーの出力に基づき、設定され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
複数の気筒（そのうち一つが図1Aに示される）を有する内燃機関（エンジン）10が、電子エンジン制御器12により制御される。エンジン10は、燃焼室30と気筒壁32とを、その中に配置されクランクシャフト40に接続されるピストン30と共に含む。燃焼室30が、吸気弁52と排気弁54のそれぞれを介して吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48と連通するのが示されている。吸気マニフォールド44がまた、そこに結合されて制御器12からの信号FPWのパルス幅に比例した液体燃料を供給する燃料噴射弁80を持つのが示されている。信号FPWにより制御される燃料量と噴射時期の両方が調整可能である。燃料タンク14、燃料ポンプ16及び燃料レール18を含むディーゼル燃料システムにより、燃料が燃料噴射弁80へ供給される。エンジンは、燃料がエンジン気筒へ直接噴射されるように構成することが出来、当業者にはそれは、直接噴射エンジンとして知られている。
【００１５】
例えば尿素溶液やディーゼル燃料である還元剤が、触媒70A，70Bの上流の排気マニフォールド48に接続された格納容器130に格納される（より詳細には後述）。図1Bに示されるように、別の実施形態においては、ディーゼル燃料が燃料タンクに格納され、排気システムに供給される。触媒70A，70Bは、図2A及び2Bに示されるように、別個の排気通路内にある。
【００１６】
還元剤噴射弁170が、より詳細には後述する弁202を通る排気に供給される還元剤の量を制御する。ポンプ132は、制御弁134に供給される還元剤を加圧する。ポンプ132と噴射弁170は両方とも制御器12により制御される。触媒70A及び70Bの下流で排気マニフォールド48に接続されたアンモニア・センサー140が示されている。別の実施形態により、アンモニア・センサーは、触媒の上流又は下流のいずれにおいても用いることが出来る。図1Bは、触媒70A，70Bの上流に配置されたアンモニア・センサー152を示している。触媒70Aに結合された温度センサー142が、触媒70Aの温度（T）を表示する。触媒温度（T）は、推定することも出来る。
【００１７】
図1Aにおいて、制御器12が、マイクロプロセッサー・ユニット102、入出力ポート104、読出し専用メモリー106、ランダム・アクセス・メモリー108及び通常のデータ・バスを含む、一般的なマイクロコンピューターとして示されている。制御器12が、エンジン10に接続されたセンサーからの各種信号を受けるのが、示されているそれら信号には、前述の信号に加えて、ウォータジャケット（冷却スリーブ）114に結合された温度センサー112からのエンジン冷媒温度（engine coolant temperature: ECT）、吸気マニフォールド44に結合された圧力センサー116からのマニフォールド圧力（manifold pressure: MAP）の計測値、温度センサー117からのマニフォールド温度（AT）の計測値、クランクシャフト40に結合されたエンジン速度センサー118からのエンジン速度信号（RPM）が含まれる。
【００１８】
別の実施形態として、エンジン10を直接噴射エンジンとし、噴射弁80を気筒30へ直接燃料を噴射するように配置してもよい。
【００１９】
ここで図2Aを参照すると、排気三方弁180（排気切換弁）と触媒70A，70Bのより詳細な図面が記載されており、そこにおいて、弁は第１位置にある。触媒70A，70Bは、NOxトラップとして知られる三元触媒であり、それは、リーン空燃比で動作するときにNOxを保持し、排気がリッチ又は理論空燃比のときに、吸蔵したNOxを還元する。典型的には、NOxトラップがバリウムと共に白金のような貴金属を含む。具体的には、第１位置にあるとき、排気流210が接続部U1を通り弁180へ入る。ハウジング202は、4つの接続部U1乃至U4を持つ。更に、ここに記載のように、燃料噴射弁170が、燃料をハウジング202内へ噴射するために、第３接続部へ接続される。
【００２０】
更に、ピントル（pintle）（バタフライ弁とも呼ばれる）が用いられ、第１と第２の弁位置を生成する。
【００２１】
図2Aについて続けると、排気流210は２つに分割され、第１と第２の排気流214，212となる。すなわち、排気流210の大部分（例えば70%よりも多い）が、触媒70Aに向けて第２接続部へ指向される。また、小さい割合（例えば、30%未満、そして好ましくは2-10%）の排気流214が、ピントル204を越えて漏れ、触媒70Bに向けて第４接続部から流れ出る。加えて、噴射燃料218が、少量の漏れ流214を介して触媒70Bへ送られる。
【００２２】
このようにして、本発明は、NOx（と酸素）を吸蔵した触媒70Bを、比較的少量の燃料を用いてパージし、一方で、大部分の排気NOxは触媒70Aに吸蔵される。
【００２３】
ここで図2Bを参照すると、弁180が第２位置にあるのが示されている。この場合、動作は、排気212の大部分が触媒70Bへ行き、少量の漏れ流214と噴射燃料218が接続部2（U2）を通り触媒70Aへ流れるという点を除き、図2Aで説明したのと同様である。
【００２４】
排気三方弁180の動作を第１位置と第２位置との間で周期的に切換えることにより、低コストのシステムで排気有害物質の排出量を最小にすることが可能である。
【００２５】
図2A及び2Bに関し、弁180が第１位置にあるとき、噴射弁からの還元剤が第１経路に沿って触媒70Bへ流れる。一方、第２位置において、還元剤は第２経路に沿って触媒70Aへ流れる。これら２つの経路を構成する部材は同じものであるが、単一の噴射弁からの還元剤が弁位置に応じて異なる触媒へ流れることが可能である。これは、図2Cに関連して、より詳細に説明される。
【００２６】
ここで図2Cを参照すると、弁202が実質的に漏れ流を持たない別の実施形態が示されている。この場合に、別のピントル204Cが第１位置にあるのが示されており、第１位置において、排気流210が触媒70Aへ進み、還元剤流218が触媒70Bへ進む。この場合に、還元剤噴射弁170は、還元剤が触媒70Bまで到達するのに充分な圧力で、還元剤を噴射する。還元剤が液体又は蒸気のいずれの形態で噴射されても、吸蔵したNOxを触媒70Bからパージすることが可能である。図2A及び2Bの実施形態に比較して、図2Cの実施形態は、高温排気系が液体還元剤を気化するのに時間が余計に必要とされ得るので、吸蔵したNOxをパージするのに余計な時間を必要とする可能性がある。更に、吸蔵したNOxを移送する排気が実質的に無いので、触媒70Bに還元剤が到達し、それにより吸蔵したNOxをパージするのにより長い時間を要する可能性がある。しかしながら、最大の利点としては、排気の空燃比状態を理論空燃比又はリッチ空燃比とするために打ち勝つべき酸素が実質的に無く、それで、吸蔵したNOxをパージするのに用いられる還元剤が少なっくて済む、ということである。
【００２７】
図2Cの鎖線は、第２位置にある弁を示し、第２位置における動作は、上述のものの反対となる。つまり、排気流210が触媒70Bへ流れ、そして還元剤流218が触媒70Aへと流れる。また、上述のように、この代替実施形態でも、第１と第２の位置の間の中間位置に置くことも出来る。
【００２８】
ここで図３を参照すると、一実施形態の特定の例として弁180の詳細が示されている。しかしながら、図2A及び2Bに関する上述の一般的な動作を実現するためには、各種の三方弁を用いることが出来、そしてまた、各種の弁構成を用いることが出来る。図３の特定の例は、そのようなシステムの一つに過ぎない。同様に、第２の実施形態の一例の弁システムが、図４に記載されている。
【００２９】
図３について具体的に続けると、2つのポペット弁310，312を有する弁180が、エンジン10及び排気マニフォールド48と共に示されている。図３に示された位置は、第２位置に対応している。第２位置において、排気流の大部分は、接続部1（U1）から接続部4（U4）を経由して媒70Bへと出て行き、少量の排気流が接続部3から噴射された燃料とともに、接続部2（U2）を経由して触媒70Aへと出て行く。この特定の実施形態において、第１ポペット弁310が第１負圧アクチュエーター320を介して制御され、第２ポペット弁312が第２負圧アクチュエーター322を介して制御される。負圧アクチュエーター320，322の両方が、負圧源に接続され、そして制御器12を介して電子的に制御される。弁180は、第１と第２の負圧アクチュエーター320，322にそれぞれ加えられる大気圧と負圧とを切換えることにより、第１位置とすることが出来る。負圧源324が、アクチュエーター320及び322に接続されているのが示されている。更に、オリフィス326が弁310，312との間にある。
【００３０】
図４は、本質的に図３と同じ構成を用いているが、負圧アクチュエーター322が一つで済むように、ピボット340が用いられている。該ピボット340は、第１と第２のポペット弁310，312の両方に結合されていて、アクチュエーター322の１つの動作に応答して、二つの動作を起こす。
【００３１】
ここで図５を参照すると、触媒70A，70Bの再生（NOxハ゜ーシ゛）を制御する方法が記載されている。制御器12は、図５のルーチン、そして他の各種ルーチンを実行するようにプログラムされている。まず、制御ルーチンは、エンジン始動後、ステップ510において、各触媒70A，70Bのそれぞれにおける推定NOx吸蔵量（ΣNOx）の全てをゼロに初期化する。それから、「スタート」位置へ進み、そしてステップ512において、例えば、エンジンにより生成されるNOx量（ENOx）に基づき、排気中のNOx量を推定する。ENOxは、推定されても、計測されても良い。推定される場合には、例えば、エンジン速度、エンジン負荷、燃焼温度、空燃比、湿度などの各種エンジン運転状態に基づき計算することが出来る。そして、ステップ514において、弁202が第１位置にあるか否かについての判断がなされる。結果がYESのとき、これは、NOxが主に触媒70Aに吸蔵されていることを示し、ルーチンは、ステップ516へ進む。結果がNOのとき、これは、NOxが主に触媒70Aに吸蔵されていることを示し、ルーチンは、後述のステップ540へ進む。
【００３２】
ステップ516について続けると、ルーチンは、還元剤（例えば燃料）の噴射弁170が現在排気中に燃料を噴射しているか否かを判断する。ステップ516の結果がYESのとき、ルーチンはステップ518へ進む。YESの結果は、触媒70Bに吸蔵されたNOxが現在放出されて、還元されていることを示す。そこで、ステップ518において、触媒70Bに吸蔵されたNOxの推定値（ΣNOxB）が、ディクリメントされる。次にステップ520において、推定値がゼロに到達したか否かについての判断がなされる。ステップ518においてディクリメントする量は、触媒へ噴射される還元剤の量、そして触媒温度に基づくものとすることが出来る。代替実施形態において、ゼロに到達するまで、推定値をディクリメントする代わりに、触媒70Bの下流に配置されたセンサーからの信号に基づき、吸蔵されたNOxの殆ど全てが還元されたと判定することが出来る。例えば、排気空燃比のリーンからリッチへ、又は理論空燃比からリッチへの移行が、そのような表示を行なうことが出来る。
【００３３】
ステップ520について続けると、結果がYESである（吸蔵NOxのパージがもはや必要ではないことを示す）とき、ステップ522において噴射弁170がオフにされる。噴射される還元剤の量は、吸蔵NOx量、噴射開始からの時間などに基づき、再生期間中に調整され得る。ステップ520の結果がNOのとき、ルーチンはステップ526へ進む。
【００３４】
ステップ516の結果がNOのとき、ルーチンはステップ524へ進み、触媒70Bに吸蔵されているNOx量を推定する。つまり、ある量の排気（漏れ流）が触媒へ流れており、還元剤が噴射されていないので、排気に含まれるNOxは、吸蔵されることになる。推定NOx吸蔵量は、エンジンにより生成されるNOxのある割合（%）に基づく。その割合は、触媒70A，70Bのそれぞれに行く排気流量の比である。例えば、排気流の30%が触媒70Bへ行っているとき、その割合値は30%である。
【００３５】
次にステップ526において、ルーチンは、還元剤噴射弁170が既に動作中でなければ、それを作動する。更に、この時点で、ルーチンは、上述のような運転状態に基づき還元剤噴射量を調整することが出来る（調整可能な噴射弁が備えられている場合）。そしてステップ528において、ルーチンは、生成NOx量（ENOx）と流量割合（%）に基づき、触媒70Aに吸蔵されたNOx量（ΣNOxA）を推定する。
【００３６】
次にステップ530で、触媒70Aの推定NOx吸蔵量が、触媒Aについての閾値（CA）よりも大きいか否かについての判断がなされる。触媒70A，70Bは、異なる閾値を持つことが出来る。具体的には、触媒が、異なる大きさ、異なる化学組成のものになる可能性があり得る。更に、一方を主触媒として、他方を二次触媒とすることが出来る。二次触媒をより小さくしたり、貴金属量を減らしたり出来るので、更なるコスト削減を可能と出来る。更にまた、触媒は、異なる速度で経時変化することがあり得る。また、触媒は、異なる温度で動作している可能性があり、それで異なる吸蔵能力を持つ。また、触媒は、車両の異なる位置に配置されて異なる熱負荷に遭遇するので、触媒の組成を異なるものとしてもよい。本発明によれば、CAがCBよりも大きくなるように、触媒70Aと触媒70Bが設計されるとき、図５に従い動作することにより、排気は主に第１弁位置において触媒70Aへ流れることになり、その期間は第２弁位置において触媒70Bへ流れるよりも長期間（一例において、長時間）となる。このようにして、触媒70Bをより安価な触媒とすることが出来、また、本発明は、ディーゼル・エンジンの効率的なパージのために二つの触媒を持つことの利点も得ることが出来る。
【００３７】
図５について続けると、ステップ530の結果がYESのとき、ルーチンはステップ532へ進み、そこで、触媒70Aを再生するための再生フラグがセットされる。つまり、ルーチンは、触媒70Aが再生されるべきと判断したので、ステップ534において、弁170を第２位置へ切換えるように命令する。それから、ルーチンは、スタートに戻り、反復する。
【００３８】
ステップ514の結果がNOのとき、ルーチンはステップ540において弁が第２位置にあるか否か判断する。ステップ540の結果がNOのとき、弁は第１及び第２の中間位置にあり、排気は触媒70A，70Bの両方に均等に導かれる。このため、ステップ542において触媒70A，70Bに吸蔵されたNOxは、２つの触媒70A，70Bに入ってくるNOxが略均等である（つまり、%=0.5, 若しくは50%）という条件の下に計算される。
【００３９】
ステップ540の結果がYESのとき、排気の大部分が触媒70Bへと進む。そして、ステップ544において、還元剤噴射弁170が動作中であるか否かについての判断がなされる。
【００４０】
ステップ544の結果がNOのとき、ルーチンはステップ546へ進み、触媒70Aに吸蔵されているNOx量を推定する。つまり、ある量の（漏れ）排気が触媒へ流れており、還元剤は噴射されていないので、排気中に含まれるNOxが吸蔵されることになる。NOxの推定吸蔵量は、エンジンにより生成されるNOxの所定割合（%）である。次にステップ548においてルーチンは、還元剤噴射弁170が既に動作中でなければ、それを作動する。更に、この時点で、ルーチンは、上述の動作状態に基づき、噴射される還元剤の量を調整することが出来る（調整可能な還元剤噴射弁が備えられている場合）。そして、ステップ550において、生成NOx量（ENOx）と流量割合（%）とに基づき、触媒70BのNOx吸蔵量（ΣNOxB）を推定する。
【００４１】
ステップ544の結果がYESのとき、ルーチンはステップ552へ進む。YESは、触媒70Aに吸蔵されたNOxが、現在放出そして還元されていることを示すので、ステップ552において、触媒70Aの推定NOx吸蔵量（ΣNOxA）がディクリメントされる。次にステップ554において、推定値がゼロに到達したか否かについての判断がなされる。ステップ552におけるディクリメント量は、触媒に噴射される還元剤の量、そして触媒温度、に基づくものとすることが出来る。代替実施形態において、推定値がゼロに到達するまでディクリメントする代わりに、ルーチンは、触媒70A下流に配置されたセンサーからの信号に基づき、吸蔵されたNOxの殆ど全てが還元されたと判断することが出来る。例えば、リーンからリッチへの、又は理論空燃比からリッチへの排気空燃比の変化に基づいて、そのような判断を行なうことが出来る。
【００４２】
ステップ554へ進み、結果がYESのとき（吸蔵されたNOxのパージがもはや必要ではないことを示す）、ステップ556において、噴射弁170がオフに切換えられる。噴射される還元剤の量は、NOx吸蔵量、噴射開始からの時間などに基づき、再生期間中に調整され得る。ステップ554の結果がNOのとき、ルーチンはステップ548へ進む。
【００４３】
次にステップ560において、触媒70Bの推定NOx吸蔵量が、閾値（CB）よりも大きいか否かについての判断がなされる。上述のように、触媒70A，70Bは、異なる閾値を持つことが出来る。
【００４４】
図５について続けると、ステップ560の結果がYESのとき、ルーチンはステップ562へ進み、そこで、触媒70Bを再生する再生フラグがセットされる。つまり、ルーチンは、触媒70Bが現在再生されるべきと判断したので、ステップ564において、弁170へ第１位置への切換えを命令する。そしてルーチンは、スタートへ戻り、反復する。
【００４５】
ディーゼル・エンジンからの排気はすすを含有し得るので、バタフライ弁204が一つの位置に固着する危険性がある、ことに注意すべきである。これは、本来の位置の周りでプレートを連続的に身震い（若しくは振動）させることにより、回避することが出来る。この身震いはまた、還元剤の燃料リッチの分岐へ漏れ出る流れの渦を増大する一助となり、それにより、空気と燃料との混合性を高める。負圧アクチュエータが電気モーターに比較して、低コストであり、高温下で耐久性があるので、弁は、負圧モーターにより駆動されるのが一般的である。しかしながら、電気又は電気機械的アクチュエーターを用いても良い。
【００４６】
また、上述のように、弁202を中間位置に置くことも出来る。例えば、短期的な過渡状態で起こる大流量状態の間、バタフライ弁を中間位置に移動することが出来る。この中間位置において、排気が両分岐へ流れ、噴射弁は遮断されている。これが、触媒70A，70Bへの排気流の空間速度を減じ、NOx吸蔵効率を向上させる。両方のリーンNOxトラップ（触媒70A, B）が最大容量に近いときに、この過渡状態が起こるならば、両分岐への排気をリッチにすることが必要となり得る。このような過渡状態は短期のものであるので、この状況で生じる燃料経済性の悪化は、分岐の無い構成のそれよりも未だ小さい。更に、冷間始動中、触媒はパージされるには低温過ぎることがあり、このときに弁202を中間位置に置くことで、前記のように高められたシステムの吸蔵能力を活用することも出来る。言い換えると、（例えば低温故に）触媒70A，70Bそれぞれの触媒吸蔵能力が低いとき、二つの触媒はNOxを吸蔵するために同時に用いることが出来、それで、システムの吸蔵能力を有効に増大させる。
【００４７】
ここで図６を参照すると、4つのグラフが、本発明による動作を示している。時間t0からt1まで、還元剤噴射弁はオフであり、両方の触媒が吸蔵量ゼロからスタートしている（例えば、冷間エンジン始動の後）。弁は第１位置にあり、それで、触媒70Aが触媒70Bよりも多くのNOxを受けている（そして吸蔵している）。時間t1において、触媒70Aが閾値CAに到達し、そして弁が第２位置へ移動させられ、噴射弁がオンに切換えられる。そのことで、触媒70Aに吸蔵されたNOxは、時間t2まで徐々に還元され、時間t2において吸蔵されたNOxの全てが還元されて、そして、噴射弁がオフにされる。時間t1からt2まで、触媒70BにNOxが連続的に吸蔵されることに注意すべきである。時間t2において、触媒70BのＮＯｘ吸蔵量が閾値CBへ到達し、弁は第１位置へ移動させられ、噴射弁がオンに切換えられる。時点t4においては、触媒70Bへ吸蔵されたNOxが還元されており、噴射弁をオフに切換えることが出来る。そして時間t5において、触媒70Aが吸蔵能力の上限に到達し、システムは再び噴射弁をオンに切換え、弁を第２位置へ移動する。時間t5からt6まで、触媒70A内のNOxが還元される。しかしながら、触媒70A内のNOxの全てが還元される前に、触媒70BのＮＯｘ吸蔵量が閾値CBへ到達する。そして、時間t6において弁が第１位置へ切換えられる。それから、時間t7において、触媒70BのNOxが還元されたので、噴射弁がオフに切換えられる。そして時間t8において、弁位置が切換えられ、噴射弁がオンに切換えられる。
【００４８】
このようにして、排気システムは、排気中の過剰な酸素に対抗するために最小限の燃料量だけを消費しながら、エンジンが生成するNOxの殆どが、排気管から出るのを、連続的に防止することが出来る。
【００４９】
ここで、図７を参照すると、三方弁180用の部品の更なる詳細が示されている。図７の上方部分は、側面視での三方弁の外側の部品を示している。6.35mm（1/4インチ）厚のステンレス鋼製リング712に結合されたステンレス鋼製の取外し可能なカバー710が、示されている。6.35mm（1/4インチ）厚のステンレス鋼製リング712は、直径152mm（6インチ）で3.18mm（1/8インチ）厚のステンレス鋼製チューブ716に接続される。チューブの高さは、好ましくは127mm（5インチ）である。底板714はまた、チューブ716へ結合された6.35mm（1/4インチ）厚のステンレス鋼製カバーである。底板714は、チューブ716に溶接されるのが好ましい。後述のように、取外し自在カバー710は、図７の下方部分に記載のように、複数のボルトを介してリング712へ結合される。また、ステンレス鋼製リング712は、溶接継手を介してチューブ716へ結合される。
【００５０】
図７の下方部分は、三方弁の部品の上面図を示す。この例において、リング712は、12.7mm（1/2インチ）幅で6.35mm（1/4インチ）厚である。上述のように、リング712は、直径152mm（6インチ）で6.35mm（1/4インチ）厚である。更に、この下方部分は、リング712の周囲に均等に配置された8個の穴を示している。これらの穴は、1/4-20であるのが好ましいボルト穴である。
【００５１】
ここで図８を参照すると、三方弁180のより詳細な図が示されている。この場合において、排気は、排気三方弁180に溶接された直径101.6mm（4インチ）の排気管を介して弁180へ入る。この特定の例において、フラップ204は、ステンレス鋼から出来ており、その大きさは、114.3mm（4.5インチ）X 114.3mm（4.5インチ）X 4.76mm（3/16インチ）である。このフラップは、枢動軸205回りに枢動する。更にこの場合に、噴射弁170は、加熱空気アシスト噴射弁である。この場合、フラップ204が回転して2つの排気出口U2とU4との間に約60度の角度を形成するように、枢動軸が配置される。これらの出口は、直径約76.2mm（3インチ）であり、三方弁180へ溶接される。
【００５２】
ここで図９を参照すると、フラップ204の詳細が示されている。この場合、フラップ204は、枢動軸205とピボット・アーム207と共に示されており、ピボット・アーム207は、フラップ204を枢同軸205回りに回転させるのに用いられる。好ましい実施形態において、ピボット・アーム207が、負圧アクチュエーター又は電気モーターのいずれかに結合される。好ましい実施形態において、L1は38.1mm（1.5インチ）であり、L2が76.2mm（3インチ）である。更に、好ましい実施形態において、フラップの高さL3は、114.3mm（4.5インチ）である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明の実施形態のエンジン・システムを示す図である。
【図１Ｂ】本発明の別の実施形態のエンジン・システムを示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による弁を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による弁を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の別の実施形態による弁を示す図である。
【図３】本発明による更に別の実施形態の弁と弁システムを示す図である。
【図４】本発明による更に別の実施形態の弁と弁システムを示す図である。
【図５Ａ】本発明による動作を示すフローチャートの前半部分である。
【図５Ｂ】本発明による動作を示すフローチャートの後半部分である。
【図６】本発明による動作を示すグラフである。
【図７Ａ】本発明の実施形態による弁の詳細を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態による弁の詳細を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による弁の詳細を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による弁の詳細を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
10  エンジン
48  排気マニフォールド
70  触媒（排気調整装置）
170  噴射弁
180  排気三方弁（排気切換弁）
【図１Ａ】
2004169683.tif 000003
【図１Ｂ】
2004169683.tif 000004
【図２Ａ】
2004169683.tif 000005
【図２Ｂ】
2004169683.tif 000006
【図２Ｃ】
2004169683.tif 000007
【図３】
2004169683.tif 000008
【図４】
2004169683.tif 000009
【図５Ａ】
2004169683.tif 000010
【図５Ｂ】
2004169683.tif 000011
【図６】
2004169683.tif 000012
【図７Ａ】
2004169683.tif 000013
【図７Ｂ】
2004169683.tif 000014
【図８】
2004169683.tif 000015
【図９】
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