(57)【要約】【課題】簡素で低価格な構成により、脱硝触媒の温度制御における応答性を高め、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させ、脱硝触媒の健全性を維持する。【解決手段】過給機を備えたディーゼルエンジンと、その排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する脱硝触媒と、排ガスの一部を抽気して過給機をバイパスさせて脱硝触媒に送るバイパス弁付きのバイパス部と、バイパス弁の開度を制御する制御部とを具備し、制御部は、ディーゼルエンジンの回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値から、バイパス弁の開度と、過給機の作動点の推定値と、脱硝触媒の入口温度の推定値とを、予めプログラムされたマップから演算し、脱硝触媒の入口温度の推定値Ｔが、脱硝触媒にとって好適な範囲Ｔ１〜Ｔ２内に収まるようにバイパス弁の開度を設定する脱硝触媒温度推測制御Ａを実行する。【選択図】図２
2013139733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関から排出された排ガスに駆動されて前記内燃機関の吸入空気の過給を行う過給機と、
前記排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する脱硝触媒と、
前記脱硝触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記内燃機関から排出された前記排ガスの一部を抽気して前記過給機をバイパスさせて前記脱硝触媒に送るバイパス部と、
該バイパス部を流れる前記排ガスの流量を調節するバイパス弁と、
前記脱硝触媒の温度が適温になるように前記バイパス弁の開度を制御する制御部と、を具備してなる脱硝触媒付き内燃機関の制御方法であって、
前記制御部は、
前記内燃機関の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて前記排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値から、前記バイパス弁の開度と、前記過給機の作動点の推定値と、前記脱硝触媒の入口温度の推定値とを、予めプログラムされたマップから演算し、前記脱硝触媒の入口温度の推定値が、前記脱硝触媒にとって好適な範囲内に収まるように前記バイパス弁の開度を設定する脱硝触媒温度推測制御を実行することを特徴とする脱硝触媒付き内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記脱硝触媒温度推測制御は、
前記内燃機関の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて前記排ガスの総流量の推定値を演算する排ガス総流量推定演算ステップと、
前記排ガス総流量の推定値に応じて前記バイパス弁の開度を設定するバイパス弁開度設定ステップと、
前記バイパス弁の開度から前記バイパス部を流れる前記排ガスの抽気率の推定値を演算する排ガス抽気率推定演算ステップと、
前記排ガス抽気率の推定値から前記過給機に供給される前記排ガスの流量の推定値を演算する過給機供給排ガス流量推定演算ステップと、
前記過給機に供給される前記排ガスの流量の推定値から前記過給機の作動点の推定値を演算する過給機作動点推定演算ステップと、
前記過給機作動点の推定値から前記内燃機関が吸入する空気流量の推定値を演算する空気流量推定演算ステップと、
燃料供給量に対する前記空気流量の推定値とエンジン回転速度とを関数として排ガス流量と排ガス温度の推定値を演算し、これを基に前記脱硝触媒の入口温度の推定値を演算する脱硝触媒入口温度推定演算ステップと、
前記脱硝触媒の入口温度の推定値が前記脱硝触媒にとって好適な温度範囲に適合しているか否かを判定する脱硝触媒入口温度適合判定ステップと、
前記脱硝触媒入口温度適合判定ステップの判定結果に基づいて前記バイパス弁の開度を調整するバイパス弁開度調整ステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の脱硝触媒付き内燃機関の制御方法。
【請求項３】
前記過給機の上流側に排気温度センサを設置し、該排気温度センサにより前記内燃機関から排出された直後の排ガスの実際の排気温度データを検出して前記制御部に入力するとともに、
前記制御部には、前記排気温度データに対応する排ガス流量の推定式と排ガス温度の推定式とをフィードフォワードロジックとして予めプログラムしておき、これらの推定式より前記脱硝触媒の入口温度の推定値を演算し、その値を用いてフィードフォワード制御を併用することを特徴とする請求項１または２に記載の脱硝触媒付き内燃機関の制御方法。
【請求項４】
前記内燃機関の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて前記排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値が所定量に満たない場合には、前記過給機の運転台数を減らす、もしくはノズルの面積を変える等によりタービン入口圧力を増大させるタービン入口圧力増大制御を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の脱硝触媒付き内燃機関の制御方法。
【請求項５】
前記脱硝触媒の上流側に排ガス加熱手段を設置し、前記バイパス弁の開度の設定時に、前記バイパス弁を最大に開弁させても前記脱硝触媒の温度を適温に上昇させることができない場合には、前記排ガス加熱手段により前記排ガスを加熱する排ガス加熱制御を実行することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の脱硝触媒付き内燃機関の制御方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の脱硝触媒付き内燃機関の制御方法により制御されることを特徴とする脱硝触媒付き内燃機関。
【請求項７】
請求項６に記載の脱硝触媒付き内燃機関を主機として搭載していることを特徴とする船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にディーゼル機関に適用して好適な脱硝触媒付き内燃機関の制御方法、脱硝触媒付き内燃機関、およびこれを備えた船舶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境保全に対する関心の高まりに伴い、船舶における主機、例えば、２ストローク低速ディーゼル機関から排出される排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を大幅に削減する必要性が生じている。ＮＯｘ削減を図るためには、ディーゼル機関の排ガスを脱硝触媒に通す方法が一般的に知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。脱硝触媒としては、アンモニア等を還元剤として窒素に還元する選択的触媒還元法（ＳＣＲ脱硝法）に基づく触媒が一般的である。
【０００３】
脱硝触媒によるＮＯｘ削減効果を高く保つには、脱硝触媒の入口における排ガス温度を３００〜４５０℃程度に保ち、排ガス流量に見合った量の還元剤を供給する必要がある。排ガスの温度が３００℃を下回ると、例えば舶用重油を燃料にするディーゼル機関においては、脱硝触媒が舶用重油中に含まれる硫黄分により被毒して短時間で劣化したり、ＮＯｘ削減効果が低下するという問題がある。
【０００４】
特許文献１，２，３に開示されている脱硝触媒付き内燃機関では、いずれも脱硝触媒の付近に排ガス温度センサや排ガス流量センサ等の複数のセンサ類が設けられるとともに、脱硝触媒に流入する排ガスを加熱する排ガス加熱手段が設けられており、これらのセンサ類により検知された排ガスの温度および流量等のデータが制御装置に入力される。制御装置は、これらのデータを参照し、排ガス流量に見合った量の還元剤を脱硝触媒に供給してＮＯｘを削減させるとともに、脱硝触媒の入口における排ガスの温度が必要最低温度に満たない場合には、排ガス加熱手段により排ガスを加熱して脱硝触媒におけるＮＯｘ削減効果を高めるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平０７−００６３８０号公報
【特許文献２】特開平０５−２８８０４０号公報
【特許文献３】特表２０１０−５１３７６６号公報
【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、上記のように脱硝触媒の付近に排ガスの温度センサや流量センサ等のセンサ類を設けると、脱硝触媒付き内燃機関としての構成が複雑化し、コスト増となるとともに、故障の確率が高まり、信頼性に欠けるという問題がある。
【０００７】
また、脱硝触媒の位置において、排ガスの温度や流量をセンサにより実測して制御装置に入力した後、制御装置がこの入力された情報を基に排ガス加熱手段により排ガスを加熱するという、所謂フィードバック制御が行われていたため、制御の応答性が悪く、オーバーシュートやアンダーシュートが発生する可能性が高かった。
【０００８】
例えば、排ガス加熱手段により排ガスを加熱する制御時にオーバーシュートが起こると、排ガス温度が高くなり過ぎて脱硝触媒に弊害をもたらす虞があり、逆にアンダーシュートが起こると、脱硝触媒の温度が必要最低温度を下回ってしまい、脱硝触媒の寿命が短くなるとともに、ＮＯｘの削減効果が損なわれてしまう。そして、いずれにしても、目標とする触媒温度に達するまでに時間が掛ってしまう。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡素で低価格な構成により、脱硝触媒の温度制御における応答性を高め、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒の健全性を維持することのできる脱硝触媒付き内燃機関の制御方法、脱硝触媒付き内燃機関、およびこれを備えた船舶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係る脱硝触媒付き内燃機関の制御方法の第１の態様は、内燃機関と、前記内燃機関から排出された排ガスに駆動されて前記内燃機関の吸入空気の過給を行う過給機と、前記排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する脱硝触媒と、前記脱硝触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記内燃機関から排出された前記排ガスの一部を抽気して前記過給機をバイパスさせて前記脱硝触媒に送るバイパス部と、該バイパス部を流れる前記排ガスの流量を調節するバイパス弁と、前記脱硝触媒の温度が適温になるように前記バイパス弁の開度を制御する制御部と、を具備してなる脱硝触媒付き内燃機関の制御方法であって、前記制御部は、前記内燃機関の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて前記排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値から、前記バイパス弁の開度と、前記過給機の作動点の推定値と、前記脱硝触媒の入口温度の推定値とを、予めプログラムされたマップから演算し、前記脱硝触媒の入口温度の推定値が、前記脱硝触媒にとって好適な範囲内に収まるように前記バイパス弁の開度を設定する脱硝触媒温度推測制御を実行することを特徴とする。
【００１１】
上記制御方法によれば、脱硝触媒の付近に排ガス温度センサや排ガス流量センサ等のセンサ類を設けなくても、内燃機関の回転速度と燃料供給量と吸入空気流量とに基づいて制御部が排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値を基に、脱硝触媒の入口温度の推定値が脱硝触媒にとって好適な範囲となるようにバイパス弁の開度が設定される。
【００１２】
このため、脱硝触媒の付近に排ガスの温度センサや流量センサ等のセンサ類を設けて排ガスの実際の温度や流量を検出する必要がなく、これにより脱硝触媒付き内燃機関の構成を大幅に簡素化して低価格化を実現するとともに、故障の確率を低下させて信頼性を高めることができる。
【００１３】
しかも、排ガスの実際の温度や流量を検出し、そのデータを基に制御部がバイパス弁の開度や脱硝触媒における還元剤の噴射量を設定する従来のフィードバック制御に比べて、本発明では排ガスの温度や流量の推測値を演算してバイパス弁の開度を設定する脱硝触媒温度推測制御を行っているため、脱硝触媒の温度制御および脱硝触媒へのアンモニア等の還元剤の噴射制御における応答性を速めることができる。このため、オーバーシュートやアンダーシュートが発生しにくく、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒の健全性を維持することができる。
【００１４】
また、本発明に係る脱硝触媒付き内燃機関の制御方法の第２の態様は、前記第１の態様において、前記脱硝触媒温度推測制御は、前記内燃機関の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて前記排ガスの総流量の推定値を演算する排ガス総流量推定演算ステップと、前記排ガス総流量の推定値に応じて前記バイパス弁の開度を設定するバイパス弁開度設定ステップと、前記バイパス弁の開度から前記バイパス部を流れる前記排ガスの抽気率の推定値を演算する排ガス抽気率推定演算ステップと、前記排ガス抽気率の推定値から前記過給機に供給される前記排ガスの流量の推定値を演算する過給機供給排ガス流量推定演算ステップと、前記過給機に供給される前記排ガスの流量の推定値から前記過給機の作動点の推定値を演算する過給機作動点推定演算ステップと、前記過給機作動点の推定値から前記内燃機関が吸入する空気流量の推定値を演算する空気流量推定演算ステップと、燃料供給量に対する前記空気流量の推定値とエンジン回転速度とを関数として排ガス流量と排ガス温度の推定値を演算し、これを基に前記脱硝触媒の入口温度の推定値を演算する脱硝触媒入口温度推定演算ステップと、前記脱硝触媒の入口温度の推定値が前記脱硝触媒にとって好適な温度範囲に適合しているか否かを判定する脱硝触媒入口温度適合判定ステップと、前記脱硝触媒入口温度適合判定ステップの判定結果に基づいて前記バイパス弁の開度を調整するバイパス弁開度調整ステップと、を有することを特徴とする。
【００１５】
上記制御方法によれば、排ガスの総流量の推定値を演算され、この推定値に基づいてバイパス弁の基本開度が設定され、続いて排ガスの抽気率、過給機への排ガス供給流量、過給機の作動点、内燃機関の吸入空気流量、排ガス流量、排ガス温度、脱硝触媒の入口温度が推定され、さらにこの脱硝触媒の入口温度の推定値が脱硝触媒にとって好適な温度範囲に適合しているか否かが判定され、この判定結果に基づいてバイパス弁の開度が調整される。
【００１６】
即ち、脱硝触媒の入口温度の推定値が脱硝触媒にとって好適な温度範囲よりも低ければバイパス弁の開度が増大され、バイパス部から過給機を通らない高温な排ガスが脱硝触媒に供給されて脱硝触媒の温度が高められる。また、脱硝触媒の入口温度の推定値が脱硝触媒にとって好適な温度範囲よりも高ければバイパス弁の開度が減少され、脱硝触媒の温度が低められる。
【００１７】
このように、内燃機関の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて排ガスの総流量の推定値を演算する排ガス総流量推定演算ステップから始まり、その後、バイパス弁の開度の調整までを系統立てて制御することにより、脱硝触媒の温度制御における応答性を高め、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒の健全性を維持することができる。
【００１８】
また、本発明に係る脱硝触媒付き内燃機関の制御方法の第３の態様は、前記第１または第２の態様において、前記過給機の上流側に排気温度センサを設置し、該排気温度センサにより前記内燃機関から排出された直後の排ガスの実際の排気温度データを検出して前記制御部に入力するとともに、前記制御部には、前記排気温度データに対応する排ガス流量の推定式と排ガス温度の推定式とをフィードフォワードロジックとして予めプログラムしておき、これらの推定式より前記脱硝触媒の入口温度の推定値を演算し、その値を用いてフィードフォワード制御を併用することを特徴とする。
【００１９】
上記制御方法によれば、前述した脱硝触媒温度推測制御に加えて、実際の排ガスの温度のデータを参照して導き出された脱硝触媒の入口温度の推定値を用いたフィードフォワード制御が併用されるため、脱硝触媒の温度制御および脱硝触媒への還元剤の噴射制御における応答性を一段と速めることができ、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒の健全性を維持することができる。
【００２０】
また、本発明に係る脱硝触媒付き内燃機関の制御方法の第４の態様は、前記第１から第３のいずれかの態様において、前記内燃機関の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて前記排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値が所定量に満たない場合には、前記過給機の運転台数を減らす、もしくはノズルの面積を変える等によりタービン入口圧力を増大させるタービン入口圧力増大制御を実行することを特徴とする。
【００２１】
上記の制御方法において、過給機の稼働率を低下させる方法としては、過給機が複数基備えられている場合には、その運転台数を低減させることが挙げられる。また、過給機のタービンのノズル面積を適正化（縮小等）することによってタービン入口圧力を増大させてもよい。
【００２２】
これにより、排ガスの排出量が少なくなる低負荷運転時等においても過給機を効率の良い状態で稼働させることができ、排ガスの温度上昇を抑制して脱硝触媒の過熱を防止する、あるいはバイパス部により抽気される排ガスの量を多くして脱硝触媒の温度低下を防止し、結果的に排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒の健全性を維持することができる。
【００２３】
また、本発明に係る脱硝触媒付き内燃機関の制御方法の第５の態様は、前記第１から第４のいずれかの態様において、前記脱硝触媒の上流側に排ガス加熱手段を設置し、前記バイパス弁の開度の設定時に、前記バイパス弁を最大に開弁させても前記脱硝触媒の温度を適温に上昇させることができない場合には、前記排ガス加熱手段により前記排ガスを加熱する排ガス加熱制御を実行することを特徴とする。
【００２４】
排ガスの排出量が少なくなる低負荷運転時等においては、バイパス弁を全開にしても脱硝触媒に供給できる高温な排ガスの量が限られてしまい、脱硝触媒の温度を充分に高めることができない場合がある。このような場合には、上記の排ガス加熱制御を実行することにより、排ガスの温度を強制的に上昇させて脱硝触媒の温度を上昇させ、脱硝触媒の劣化を防止してその健全性を良好に維持することができる。
【００２５】
また、本発明に係る脱硝触媒付き内燃機関は、前記第１から第５のいずれかの態様の脱硝触媒付き内燃機関の制御方法により制御されることを特徴とする。
【００２６】
上記の脱硝触媒付き内燃機関によれば、簡素で低価格な構成により、脱硝触媒の温度制御における応答性を高め、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒の健全性を維持することができる。
【００２７】
また、本発明に係る船舶は、前記脱硝触媒付き内燃機関を主機として搭載していることを特徴とする。
【００２８】
上記の船舶によれば、海洋等におけるＮＯｘの排出量を大幅に削減するとともに、ＮＯｘの削減を行う脱硝触媒の健全性を維持して、環境保全に貢献することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明に係る脱硝触媒付き内燃機関の制御方法、脱硝触媒付き内燃機関、およびこれを備えた船舶によれば、簡素で低価格な構成により、脱硝触媒の温度制御における応答性を高め、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒の健全性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る脱硝触媒付きディーゼルエンジンの全体構成を説明する概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御の流れをフローチャートで示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る脱硝触媒付きディーゼルエンジンの全体構成を説明する概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る制御を説明するブロック線図である。
【図５】本発明の第２実施形態の作用・効果をグラフで示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る制御をグラフで説明する図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る制御の流れをフローチャートで示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る脱硝触媒付きディーゼルエンジンの全体構成を説明する概略図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る制御の流れをフローチャートで示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、本発明の複数の実施形態について、図１〜図９を参照しながら説明する。
【００３２】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る脱硝触媒付きディーゼルエンジン（内燃機関）の全体構成を説明する概略図である。このディーゼルエンジン１は、例えば図示しない船舶の主機として用いられる静圧過給方式の２ストローク大型低速ディーゼル機関である。
【００３３】
ディーゼルエンジン１のエンジンブロック２には複数のシリンダーボア３が形成され、その吸気側に吸気静圧管４が接続され、排気側に排気静圧管５が接続されている。排気静圧管５には例えば２基の過給機８の排気タービン８ａが接続され、これらの過給機８のコンプレッサ８ｂから延びる２本の過給管９がそれぞれエアクーラ１０を介して吸気静圧管４の両端部に接続されている。吸気静圧管４には掃気圧力センサ１２が設けられ、エンジンブロック２にはエンジン回転速度センサ１３が設けられている。
【００３４】
排気静圧管５からはバイパス管１５（バイパス部）が延出しており、このバイパス管１５と、２基の過給機８の排気タービン８ａから延びる排気管１６が、合流部１７にて１本の主排気管１８に合流し、この主排気管１８に脱硝触媒２０が設けられている。バイパス管１５にはバイパス弁２１が設けられていて、図示しないアクチュエータにより開度を調整されるようになっている。
【００３５】
脱硝触媒２０は、例えばチタン・バナジウム系の触媒に還元剤となるアンモニア（ＮＨ３）を供給することによって排ガスに含まれるＮＯｘと反応させ、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解する選択的触媒還元法（ＳＣＲ脱硝法）によるものであり、主排気管１８に付設されたアンモニア噴射装置２２（還元剤供給手段）から還元剤としてアンモニアが噴射供給されるようになっている。
【００３６】
また、ディーゼルエンジン１の運転を制御する制御部２４（ＣＰＵ）が設けられており、この制御部２４には、掃気圧力センサ１２により検出される吸気静圧管４内の掃気圧力データと、エンジン回転速度センサ１３により検出されるエンジン回転速度データとが、それぞれ入力される。バイパス弁２１とアンモニア噴射装置２２も制御部２４に接続されて制御されるようになっている。
【００３７】
ディーゼルエンジン１が作動すると、ディーゼルエンジン１から排出された排ガスが排気静圧管５に一旦集められてから２基の過給機８の排気タービン８ａに供給され、過給機８が駆動される。これにより、過給機８の排気タービン８ａと同軸上に設けられたコンプレッサ８ｂに外気が吸気されて圧縮され、この圧縮空気が過給管９を経てエアクーラ１０により冷却されてから吸気静圧管４に掃気され、ディーゼルエンジンの吸気側に過給される。その際、図示しない燃料噴射装置から舶用重油がシリンダーボア３内に噴射される。
【００３８】
排気静圧管５に集められた排ガスのうち、２基の過給機８の駆動に費やされる排ガスは、過給機８の排気タービン８ａを回転駆動することにより熱エネルギを失ってしまうため、脱硝触媒２０の入口の温度を高温に保つことが困難になる。そこで、排気静圧管５内の５００℃〜６００℃程度の高温な排ガスの一部をバイパス管１５から抽気し、過給機８をバイパスさせてそのまま主排気管１８に流すことにより、脱硝触媒２０の入口の温度を３００℃〜４５０℃程度に保ち、脱硝触媒２０におけるＮＯｘ削減効果を高めるとともに、舶用重油に含まれる硫黄分による被毒（劣化）に対して脱硝触媒２０の健全性を保つことができる。
【００３９】
バイパス管１５を流れる排ガスの流量はバイパス弁２１の開度により調整される。制御部２４は、後述する脱硝触媒温度推測制御Ａを実行し、脱硝触媒２０の入口の温度が脱硝触媒２０にとって好適な範囲内に収まるようにバイパス弁２１の開度を制御するとともに、アンモニア噴射装置２２にアンモニアを噴射させて脱硝触媒２０に供給する。脱硝触媒２０に流入した排ガスは、触媒およびアンモニアと接触することにより、そのＮＯｘ成分を還元されてから外部に排出される。
【００４０】
次に、脱硝触媒温度推測制御Ａについて説明する。
この脱硝触媒温度推測制御Ａにおいて、制御部２４は、エンジン回転速度センサ１３から入力されるディーゼルエンジンの回転速度のデータと、掃気圧力センサ１２により検出される吸気静圧管４内の掃気圧力データ、即ちディーゼルエンジン１の吸入空気流量と、ディーゼルエンジン１への燃料供給量とに基づいて排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値から、バイパス弁２１の開度と、過給機８の作動点の推定値と、脱硝触媒２０の入口温度の推定値とを、予めプログラムされたマップから演算し、脱硝触媒２０の入口温度の推定値が、脱硝触媒２０にとって好適な範囲内に収まるようにバイパス弁２１の開度を設定する。
【００４１】
この脱硝触媒温度推測制御Ａを、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
制御の開始後、まずステップＳ１において、ディーゼルエンジン１の運転状況、即ちエンジン回転速度、掃気圧力（吸入空気流量）、燃焼噴射量等から、排ガスの総流量の推定値が演算される（排ガス総流量推定演算ステップ）。
【００４２】
次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で演算された排ガスの総流量の推定値に応じてバイパス弁２１の開度が設定される（バイパス弁開度設定ステップ）。このバイパス弁２１の開度は、例えばディーゼルエンジン１の運転状況に対応して作成されたマップに基づいて自動的に設定される。
【００４３】
次に、ステップＳ３において、バイパス管１５を流れる排ガスの抽気率の推定値が演算される（排ガス抽気率推定演算ステップ）。この抽気率は、バイパス弁２１の開度と、バイパス弁２１の流量特性値から求めることができる。
【００４４】
次に、ステップＳ４において、過給機８に供給される排ガスの流量の推定値が演算される（過給機供給排ガス流量推定演算ステップ）。この排ガスの流量は、ステップＳ１において演算された排ガスの総流量の推定値に、ステップＳ３において演算された排ガスの抽気率を乗じることによって求めることができる。
【００４５】
次に、ステップＳ５に置いて、過給機８の動作点の推定値が演算される（過給機作動点推定演算ステップ）。この過給機８の動作点は、ステップＳ４で演算された過給機８に供給される排ガスの流量の推定値と、過給機８のノズル特性とから求めることができる。
【００４６】
次に、ステップＳ６において、ディーゼルエンジン１が吸入する空気流量の推定値が演算される（空気流量推定演算ステップ）。この空気流量は、ステップＳ５で演算された過給機８の作動点の推定値を基に、エンジン回転速度、掃気圧力、燃料噴射量を、予め制御部２４にプログラムされている吸気率のマップに当て嵌めて吸気率を演算し、この吸気率から求めることができる。
【００４７】
次に、ステップＳ７において、ステップＳ６で演算された燃料供給量に対する空気流量の推定値と、エンジン回転速度とを関数として排ガス流量と排ガス温度の推定値が演算され、これを基に脱硝触媒２０の入口温度Ｔの推定値が演算される（脱硝触媒入口温度推定演算ステップ）。
【００４８】
次に、ステップＳ８において、ステップＳ７で演算された脱硝触媒２０の入口温度Ｔの推定値が、脱硝触媒２０にとって好適な温度範囲Ｔ１〜Ｔ２に適合しているか否かが判定される（脱硝触媒入口温度適合判定ステップ）。このステップＳ８が否定判定であればステップＳ２に戻り、以後、ステップＳ２からＳ６までのルーティンが繰り返される。
【００４９】
即ち、ステップＳ７で演算された脱硝触媒２０の入口温度Ｔの推定値が、脱硝触媒２０にとって好適な温度範囲Ｔ１〜Ｔ２よりも低い場合には、バイパス弁２１の開度を大きくして高温な排ガスをより多く主排気管１８に流し、脱硝触媒２０の入口の温度を上昇させる。逆に、脱硝触媒２０の入口温度Ｔの推定値が好適な温度範囲Ｔ１〜Ｔ２よりも高い場合には、バイパス弁２１の開度を小さくして脱硝触媒２０の入口の温度を低下させる。
【００５０】
また、ステップＳ８が肯定判定であればステップＳ９に進み、バイパス弁２１の開度がステップＳ２で設定された開度に調整される（バイパス弁開度調整ステップ）。
【００５１】
このような脱硝触媒温度推測制御Ａを実行することにより、脱硝触媒２０の付近に排ガス温度センサや排ガス流量センサ等のセンサ類を設けなくても、ディーゼルエンジン１の回転速度と燃料供給量と吸入空気流量とに基づいて制御部２４が排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値を基に、脱硝触媒２０の入口温度の推定値が脱硝触媒２０にとって好適な温度範囲Ｔ１〜Ｔ２となるようにバイパス弁２１の開度が設定される。
【００５２】
このため、脱硝触媒２０の付近に排ガスの温度センサや流量センサ等のセンサ類を設けて排ガスの実際の温度や流量を検出する必要がなく、これによりディーゼルエンジン１の構成を大幅に簡素化して低価格化を実現するとともに、故障の確率を低下させて信頼性を高めることができる。
【００５３】
しかも、排ガスの実際の温度や流量をセンサ類によって検出し、そのデータを基に制御部２４がバイパス弁２１の開度や脱硝触媒２０におけるアンモニアの噴射量を設定する従来のフィードバック制御に比べて、本実施形態では排ガスの温度や流量の推測値を演算してバイパス弁２１の開度を設定しているため、脱硝触媒２０の温度制御および脱硝触媒２０へのアンモニアの噴射制御における応答性を速めることができる。このため、オーバーシュートやアンダーシュートが発生しにくく、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒２０の健全性を維持することができる。
【００５４】
なお、上記の脱硝触媒温度推測制御Ａにおける各ステップＳ２〜Ｓ６の演算の組み合わせは自由であり、必ずしも図２に示す順番でなくてもよい。
【００５５】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３から図５を参照しながら説明する。
図３は、本発明の第２実施形態に係る脱硝触媒付きディーゼルエンジン（内燃機関）の全体構成を説明する概略図である。このディーゼルエンジン３１において、図１に示す第１実施形態のディーゼルエンジン１と異なる点は、エンジンブロック２に排気温度センサ３３が設けられている点のみであり、他の部分は同一の構成であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
排気温度センサ３３は制御部２４に接続されており、ディーゼルエンジン３１から排出された直後の排ガスの実際の排気温度データを検出し、そのデータを制御部２４に入力する。一方、制御部２４には、排気温度センサ３３により検出された排気温度データに対応する排ガス流量の推定式と排ガス温度の推定式とがフィードフォワードロジックとして予めプログラムされており、これらの推定式より脱硝触媒２０の入口温度の推定値が演算され、その値が用いられて、第１実施形態で説明した脱硝触媒温度推測制御Ａに加えてフィードフォワード制御Ｂ（図４参照）が併用される。
【００５７】
図４に示すように、ディーゼルエンジン３１の運転中に負荷変動等の外乱が発生した場合には、排気温度センサ３３によってこの外乱が制御部２４に入力され、制御部２４にプログラムされたフィードフォワードロジックが参照されて、従来の制御機構（例えばＰＩＤ）よりも先行してバイパス弁２１の開度を設定する出力信号が発信される。このため、従来の制御機構によるフィードバック制御に比べて応答性の速い制御を行うことができる。
【００５８】
上記の制御方法によれば、第１実施形態で説明した脱硝触媒温度推測制御Ａに加えて、実際の排ガスの温度のデータを参照して導き出された脱硝触媒２０の入口温度の推定値を用いたフィードフォワード制御Ｂが併用されるため、脱硝触媒２０の温度制御および脱硝触媒２０への還元剤の噴射制御における応答性を一段と速めることができ、排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒２０の健全性を維持することができる。
【００５９】
図５に示すように、従来のフィードバック制御では、負荷変動等の外乱が発生した時に、バイパス弁２１の開度が目標値に対して大きくオーバーシュートおよびアンダーシュートしてしまう。これに対して、フィードフォワード制御では、オーバーシュートおよびアンダーシュートのピーク値を小さくし、従来のフィードバック制御よりも優れた外乱応答特性を実現することができる。これにより、例えば脱硝触媒２０の入口の温度が低過ぎる、もしくは高過ぎる時間を最短化し、脱硝触媒２０の劣化を回避してＮＯｘの削減作用を高いレベルで安定させておくことができる。
【００６０】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図６と図７を参照しながら説明する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る制御を説明するグラフである。なお、ここで参照するディーゼルエンジンの構成は、図１もしくは図３に示すものと同様である。
【００６１】
制御部２４は、ディーゼルエンジン１（３１）の回転速度と、燃料供給量と、吸入空気流量とに基づいて排ガスの総流量の推定値を演算し、この演算した推定値が所定量に満たない場合には、過給機８のタービン入口圧力を増大させて過給機効率を高めるタービン入口圧力増大制御Ｃを行う。具体的には、制御部２４の内部に、図６に示すような、エンジン負荷と、過給機８をバイパスさせる排ガスの流量との相関関係を定めたマップを記憶させておき、バイパスさせる排ガスの流量から排ガスの総流量の推定値を演算する。
【００６２】
例えば、過給機８をバイパスさせる排ガスの流量は、図６中の線Ｌで示すように、エンジン負荷が２０％から５０％程度に変化する間に、０％から１００％に変化する。そして、この線Ｌよりも左側の領域Ｅ、つまりエンジン負荷が低い領域において、過給機８のタービン入口圧力の増大が図られる。
【００６３】
過給機８のタービン入口圧力を増大させる方法としては、本実施形態のように過給機８が複数基備えられている場合には、その運転台数を低減させることが挙げられる。また、過給機８のタービンのノズル面積を適正化（縮小等）することによってタービン入口圧力を増大させてもよい。
【００６４】
このタービン入口圧力増大制御Ｃを、図７に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートは、図２に示すフローチャートの制御（脱硝触媒温度推測制御Ａ）に、タービン入口圧力増大制御Ｃを構成するステップＳ２１とステップＳ２２が追加された点以外は、図２に示すフローチャートと同様な制御フローであるため、ステップＳ２１とステップＳ２２以外の説明は省略もしくは簡略する。
【００６５】
この制御の開始後、ステップＳ１においてディーゼルエンジン１（３１）の運転状況（エンジン回転速度、吸入空気流量、燃焼噴射量等）から排ガスの総流量の推定値が演算された後、ステップＳ２１において、排ガスの総流量の推定値が過給機８のタービン効率を良好に保てる程度に充分であるか否かが判定される。このステップＳ２１が肯定判定であればステップＳ２２をスキップしてステップＳ２に進み、以後は第１実施形態と同様な制御が実行される。
【００６６】
また、ステップＳ２１が否定判定であればステップＳ２２に進み、過給機８のタービン入口圧力を増大させる措置が採られる。即ち、上述したように過給機８の稼働数を低減させる、もしくは過給機８のタービンのノズル面積が適正化（縮小化等）される。
【００６７】
これにより、排ガスの排出量が少なくなる低負荷運転時等においても過給機８を効率の良い状態で稼働させることができ、排ガスの温度上昇を抑制して脱硝触媒２０の過熱を防止する、あるいはバイパス管１５により抽気される排ガスの量を多くして脱硝触媒２０の温度低下を防止し、結果的に排ガスのＮＯｘ削減効果を向上させるとともに、脱硝触媒２０の健全性を維持することができる。
【００６８】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図８と図９を参照しながら説明する。
図８は、本発明の第４実施形態に係る脱硝触媒付きディーゼルエンジン（内燃機関）の全体構成を説明する概略図である。このディーゼルエンジン４１において、図１に示す第１実施形態のディーゼルエンジン１と異なる点は、排ガスを加熱するバーナー４３（排ガス加熱手段）が脱硝触媒２０の上流側に設けられている点のみである。バーナー４３は制御部２４に接続されて制御されるようになっている。
【００６９】
この例では２基のバーナー４３が排気静圧管５の両端部に設けられ、排気静圧管５の内部の排ガスを加熱するようになっているが、例えばバーナー４３を排気静圧管５と過給機８との間の排気管に設ける等してもよく、バーナー４３の位置や基数は特に限定されない。バーナー４３以外の構成は第１実施形態のディーゼルエンジンと同一であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
制御部２４は、バイパス弁２１の開度の設定時に、バイパス弁２１を上限一杯に開弁させても脱硝触媒２０の温度を適温の範囲まで上昇させることができない、もしくはそのように見込まれる場合には、バーナー４３により排ガスを加熱する排ガス加熱制御Ｄを実行する。
【００７１】
この排ガス加熱制御Ｄを、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートは、図２に示すフローチャートの制御（脱硝触媒温度推測制御Ａ）に、排ガス加熱制御Ｄを構成するステップＳ３１〜ステップＳ３３が追加された点以外は、図２に示すフローチャートと同様な制御フローであるため、ステップＳ３１〜ステップＳ３３以外の説明は省略もしくは簡略する。
【００７２】
この制御の開始後、ステップＳ１においてディーゼルエンジンの運転状況（エンジン回転速度、吸入空気流量、燃焼噴射量等）から排ガスの総流量の推定値が演算され、ステップＳ２においてバイパス弁２１の開度を設定された後、ステップＳ３１において、バイパス弁２１の開度が最大であるか否かが判定される。このステップＳ３１が肯定判定、即ちバイパス弁２１の開度が最大であればステップＳ３２に進み、バーナー４３で排ガスが過熱される。その際には、脱硝触媒２０に流入する排ガスの温度に基づいてバーナー４３に供給される燃料の流量を制御することにより、脱硝触媒２０の温度が所定の範囲内に調節される。
【００７３】
つまり、脱硝触媒２０に流入する排ガスの温度が低い場合には、バーナー４３に供給される燃料の流量を増やし、過給機８に流入する前の排ガスの温度をより高くする。これにより、過給機８の駆動後に脱硝触媒２０に流入する排ガスの温度が高くなり、脱硝触媒２０の温度も高くなる。
【００７４】
反対に、脱硝触媒２０に流入する排ガスの温度が高い場合には、バーナー４３に供給される燃料の流量を減らし、過給機８に流入する前の排ガスの温度を低くする。これにより、過給機８の駆動後に脱硝触媒２０に流入する排ガスの温度が低くなり、脱硝触媒２０の温度も低くなる。
【００７５】
ディーゼルエンジン４１の低負荷運転時等においては、排ガスの排出量が少なくなるため、バイパス弁２１を全開にしても脱硝触媒２０に供給できる高温な排ガスの量が限られてしまい、脱硝触媒２０の温度を充分に高めることができない場合がある。このような場合には、上記の排ガス加熱制御Ｄを行うことにより、排ガスの温度を強制的に上昇させて脱硝触媒２０の温度を上昇させ、脱硝触媒２０の劣化を防止してその健全性を良好に維持することができる。
【００７６】
なお、バーナー４３に供給される燃料は、ディーゼルエンジンに供給される燃料と同じものであるため、バーナー４３を多用することは燃料消費の増大を招来し、好ましくない。したがって、排ガス加熱制御Ｄを行うのは、排ガス温度が低過ぎて高価な脱硝触媒２０が劣化してしまう懸念がある時のみに留められるべきである。なお、バーナー４３により加熱された排ガスは、その分熱エネルギを増大されて過給機８を駆動するため、バーナー４３の熱エネルギの一部が過給機８の駆動に有効利用されることになる。
【００７７】
なお、本発明は上記第１〜第４実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。例えば、各実施形態の構成を適宜組み合わせても構わない。
また、ディーゼルエンジン１，３１，４１、排気静圧管５、過給機８、脱硝触媒２０等の位置関係は、図１、図３、図８に示すレイアウトに限定されることはなく、他のレイアウトであっても構わない。
【符号の説明】
【００７８】
１，３１，４１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
８  過給機
１５  バイパス管（バイパス部）
２０  脱硝触媒
２１  バイパス弁
２２  アンモニア噴射装置（還元剤供給手段）
２４  制御部
３３  排気温度センサ
４３  バーナー（排ガス加熱手段）
Ａ  脱硝触媒温度推測制御
Ｂ  フィードフォワード制御
Ｃ  タービン入口圧力増大制御
Ｄ  排ガス加熱制御
Ｓ１  排ガス総流量推定演算ステップ
Ｓ２  バイパス弁開度設定ステップ
Ｓ３  排ガス抽気率推定演算ステップ
Ｓ４  過給機供給排ガス流量推定演算ステップ
Ｓ５  過給機作動点推定演算ステップ
Ｓ６  空気流量推定演算ステップ
Ｓ７  脱硝触媒入口温度推定演算ステップ
Ｓ８  脱硝触媒入口温度適合判定ステップ
Ｓ９  バイパス弁開度調整ステップ
【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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