(57)【要約】【課題】排気ガスの浄化において、ＮＯｘ浄化率と、エンジンの性能向上およびＳＯｘ被毒の防止とを両立させる。【解決手段】排気通路の上流側および下流側にＮＯｘ触媒を直列に配置し、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａを迂回するバイパス通路１０８を設けたバイパス構造において、バイパス通路１０８の合流部１０１ｂに流路切替バルブ１０７を設けた。また、バイパス通路１０８に比べ、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａが配置されている排気通路を、より屈曲が大きくなるようにした。また、バイパス通路１０８の分岐部１０１ａを構成する排気通路の径ｂ２が、その前後の排気通路の径ｂ１よりも小さくなるようにした。つまり、分岐部１０１ａは細くなっている。【選択図】図２
2009221904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置される上流側ＮＯｘ触媒反応器と、
前記排気通路において、前記上流側ＮＯｘ触媒よりも下流側に配置される下流側ＮＯｘ触媒反応器と、
前記排気通路に対し、前記下流側ＮＯｘ触媒反応器を迂回して排気ガスを通過させるバイパス通路と、
前記下流側ＮＯｘ触媒反応器に排気ガスを通過させる流路および前記バイパス通路に排気ガスを通過させる流路を切り替える流路切替手段と、
を有する排気浄化装置における排気通路のバイパス構造において、
前記流路切替手段は、
前記下流側ＮＯｘ触媒反応器に排気ガスを通過させる流路と前記バイパス通路に排気ガスを通過させる流路との合流部に配置されたこと
を特徴とする排気通路のバイパス構造。
【請求項２】
前記下流側ＮＯｘ触媒反応器に排気ガスを通過させる流路の屈曲度は、前記バイパス通路に排気ガスを通過させる流路の屈曲度よりも大きいこと
を特徴とする請求項１に記載の排気通路のバイパス構造。
【請求項３】
前記下流側ＮＯｘ触媒反応器に排気ガスを通過させる流路と前記バイパス通路に排気ガスを通過させる流路との分岐部を構成する排気通路の径を、前記分岐部周辺の排気通路の径よりも小さくしたこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気通路のバイパス構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の内燃機関から排気される排気ガスが流れる排気通路のバイパス構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する技術は多数知られている。例えば、特許文献１には、２つのＮＯｘ触媒を直列に配置し、下流側ＮＯｘ触媒をバイパスする通路を設け、サルファパージ（強制ＳＯｘ（硫黄酸化物）放出）するときは、排気ガスをバイパスして下流側ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を防止する旨が開示されている。排気ガスの流れを切り替えるときは、バイパス管の始端部（分岐部）に設けられた排気切替弁（流路切替バルブ）を切り替える。
【特許文献１】特開２０００−２４０４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に示されたバイパス構造には、排気ガスの浄化において、まだ改善の余地が残されている。
【０００４】
まず、第１に、一般に、排気切替弁のヒートマス（熱容量）は大きいので、その下流側にある下流側ＮＯｘ触媒の温度変化は小さい。そのため、下流側ＮＯｘ触媒の触媒活性が所定値以上になる温度（活性温度）に到達するまでには時間がかかる。特に、エンジンの始動時は、排気ガスの温度は非常に低く、活性温度に到達するまでにかかる時間は、なおさら大きい。その結果、ＮＯｘの浄化率（以下、「ＮＯｘ浄化率」という。）の低減化を招いてしまう。また、一般に、排気切替弁のシャフト部等から排気ガスがある程度漏れてしまうのは止むを得ない。しかし、排気切替弁がバイパス管の始端部に設けられているため、下流側ＮＯｘ触媒によってＮＯｘが浄化されることなく、漏れてしまう排気ガスが存在する。その結果、ＮＯｘ浄化率の低減化を招いてしまう。
【０００５】
第２に、バイパス管が屈曲し、下流側ＮＯｘ触媒が配置されている排気通路は直線的であるため、排気ガスを全量バイパスして、下流側ＮＯｘ触媒が配置されている排気通路を塞いだ場合、動圧を受けやすくなってしまう。その結果、高負荷運転を行っているときは、バイパスしたいけれども、バイパスするとエンジンの駆動に影響を与え、エンジンの出力や燃費の悪化を招いてしまう。それに伴い、ある程度の排気ガスが下流側ＮＯｘ触媒の方へ漏れてしまい、サルファパージを行っているときは、その漏れた排気ガスによって、下流側ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を招いてしまう。
【０００６】
第３に、バイパス管を含めて排気通路の径は一定であり、かつ、バイパス管自体が屈曲しているので、その分バイパス管自体は長くなっており、排気ガスをバイパスしたときの、バイパス管の始端部と終端部（合流部）との圧損は大きい。そのため、バイパスしたときに排気ガスがバイパス管に及ぼす仕事は大きくなり、エンジンの駆動に影響を及ぼし、エンジンの出力や燃費の悪化を招いてしまう。それに伴い、ある程度の排気ガスが下流側ＮＯｘ触媒の方へ漏れてしまい、サルファパージを行っているときは、その漏れた排気ガスによって、下流側ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を招いてしまう。
【０００７】
そこで、前記事情を鑑みて、本発明では、排気ガスの浄化において、ＮＯｘの浄化と、エンジンの性能向上およびＳＯｘ被毒の防止とを両立させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、排気通路の上流側および下流側にＮＯｘ触媒反応器を直列に配置し、下流側ＮＯｘ触媒反応器を迂回するバイパス通路を設けたバイパス構造において、バイパス通路の合流部に流路切替バルブを設けた。また、バイパス通路に比べ、下流側ＮＯｘ触媒反応器が配置されている排気通路を、より屈曲が大きくなるようにした。また、バイパス通路の分岐部を構成する排気通路の径が、その前後の排気通路の径よりも小さくなるようにした。つまり、分岐部は細くなっている。詳細は、後記する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、排気ガスの浄化において、ＮＯｘの浄化と、エンジンの性能向上およびＳＯｘ被毒の防止とを両立させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するためのの最良の形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。説明の際には、添付した図面を適宜参照する。
【００１１】
≪構成≫
図１は、本実施形態の排気制御システムの構成を図示したものである。車両に搭載されているこの排気制御システムは、排気浄化装置１０およびＥＣＵ（Electric Control Unit：制御装置）２０とを有して構成されている。排気浄化装置１０は、エンジン４０の排気口と連結している排気通路１０１と、エンジン４０の吸気口と連結している吸気通路３０内に配置されたエアーフローセンサ１０２と、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）１０３と、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａを内蔵する上流側ＮＯｘ触媒反応器１０４と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０５と、温度センサ１０６と、流路切替バルブ（流路切替手段）１０７と、バイパス通路１０８と、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａを内蔵する下流側ＮＯｘ触媒反応器１０９とを有している。また、ＥＣＵ２０は、入力部２０１と、出力部２０２と、制御部２０３および記憶部２０４を有している。また、車両には、少なくとも、車両の走行速度を検出する車速センサ５０がＥＣＵ２０と接続されるように備えられている。
【００１２】
なお、エンジン４０は、本実施形態では、燃料噴射弁（不図示）が設けられた気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。この燃料噴射弁は、ＥＣＵ２０に電気的に接続し、その開弁時期および開弁時間は、ＥＣＵ２０によって制御される。また、この燃料噴射弁は、コモンレール（不図示）を介して高圧ポンプ（不図示）に接続されており、燃料タンク（不図示）内の燃料は、高圧ポンプで昇圧された後、コモンレールを介して燃料噴射弁に供給される。
【００１３】
〔排気浄化装置の詳細〕
エアーフローセンサ１０２は、エンジン４０に吸気される吸気ガスの流量（吸気量）を検出する。このエアーフローセンサ１０２は、ＥＣＵ２０と電気的に接続されており、検出した吸気ガスの流量を示す情報がＥＣＵ２０に送信される。なお、ＥＣＵ２０は、吸気ガスの流量等から排気通路１０１を通過する排気ガスの流量を求めることが可能である。一般的に、吸気ガスの流量が大きければ、排気ガスの流量も大きくなる。
【００１４】
ＤＯＣ１０３は、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘをＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２に変化させる化学反応を促進させる三元触媒を含む酸化触媒であり、排気通路１０１の最上流側に配置される。このＤＯＣ１０３は、通常の酸化性能に加え、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）成分の酸化性能も備えている。ＳＯＦとは、ＰＭ（Particulate Matter）に含まれる各種成分のうち、ベンゼン、トルエン等の有機溶剤に溶けるものであり、燃料やオイルの燃え残りが原因として生じる。ＳＯＦは、高温では蒸気であり、酸化触媒の表面上で充分に燃焼させることができるが、温度が下がると煤（soot）成分に付着して煤を太らせてしまう。なお、ＰＭとは、固体上の煤を核とし、その周囲に未燃の燃料や潤滑油に起因する液状の炭化水素、サルフェート（硫酸塩）等が付着したものである。
【００１５】
上流側ＮＯｘ触媒１０４ａは、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であり、排気通路１０１においてＤＯＣ１０３の下流側に配置される。排気ガスの空燃比がリーン（つまり、排気ガス中の酸素が多い）のときにＮＯｘを吸収し、リッチ（つまり、排気ガス中の酸素が少ない）のときに、還元剤（ＨＣやＣＯを含む未燃の燃料等）によって吸収したＮＯｘをＮ２に還元する。
【００１６】
この上流側ＮＯｘ触媒１０４ａは、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばＫ・Ｎａ・Ｌｉ・Ｃｓのようなアルカリ金属、Ｂａ・Ｃａのようなアルカリ土類金属、Ｌａ・Ｙのような希土類から選ばれた少なくとも１つと、Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。Ｂａの酸化物をいわゆるトラップ材として用いた場合、リーンでは、Ｐｔに吸着したＮＯｘが硝酸塩としてトラップ材に吸着される。その後、リッチにすれば、トラップ材に吸着された硝酸塩が分解してＮＯｘとしてＰｔに吸着し、還元剤によりＮ２に還元される。
【００１７】
ただし、排気ガスには、ＮＯｘと似通った性質を持つＳＯｘも含まれており、このＳＯｘは、硫酸塩としてトラップ材に吸着される。この硫酸塩は、硝酸塩よりも化学的に安定であるため、リッチにしても分解されにくく、ＮＯｘ触媒内に蓄積する。その結果、ＮＯｘ触媒のＮＯｘの吸着量が低減し、その浄化能力が低減する（ＳＯｘ被毒）。
【００１８】
上流側ＮＯｘ触媒１０４ａに蓄積したＳＯｘを除去するにあたり、排気ガスの温度を、ＮＯｘの浄化を行うときの温度よりも一時的に高温にしてＳＯｘをＳＯ２に還元して放出する（サルファパージ）。ＥＣＵ２０は、例えば、オドメータ（不図示）による車両の走行距離から上流側ＮＯｘ触媒１０４ａに蓄積した硫酸塩の量を推定し、その量が所定値以上に達したときサルファパージを行うように制御する。ただ、サルファパージを行うと、排気ガスの高温化に伴い、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａも高温化するため、熱劣化してしまうという側面がある。そのため、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａは、高温耐久性が備わるように設計されている。
【００１９】
ＤＰＦ１０５は、例えば、素材としてコーディライトまたは炭化珪素を用い、ハニカム構造の穴を交互に目詰めし、壁を濾過に使用するウォールスルー型の構造を備え、粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタである。このＤＰＦ１０５は、上流側ＮＯｘ触媒反応器１０４の下流側、かつ、流路切替バルブ１０７、下流側ＮＯｘ触媒反応器１０９の上流側に配置されている。ＤＯＣ１０３で酸化され、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａを通過してきた粒子状物質がＤＰＦ１０５で捕集される。
【００２０】
ＤＰＦ１０５に粒子状物質が蓄積すると、排気系の背圧が増加し、燃費の劣化を招くので、排気ガスを高温にして煤成分を燃焼し、粒子状物質を定期的に除去する（ＰＭ再生）。ＥＣＵ２０は、例えば、オドメータ（不図示）による車両の走行距離からＤＰＦ１０５に蓄積したＰＭの量を推定し、その量が所定値以上に達したときＰＭ再生を行うように制御する。ただ、ＰＭ再生を行うと、排気ガスの高温化に伴い、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａも高温化するため、熱劣化してしまうという側面がある。そのため、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａは、高温耐久性が備わるように設計されている。
【００２１】
温度センサ１０６は、ＤＰＦ１０５の下流側、かつ、排気通路１０１とバイパス通路１０８との分岐部１０１ａの上流側に配置され、配置された付近の排気ガスの温度を検出する。この温度センサ１０６は、ＥＣＵ２０と電気的に接続されており、検出した、排気ガスの温度を示す情報がＥＣＵ２０に送信される。
【００２２】
流路切替バルブ１０７は、排気通路１０１とバイパス通路１０８との合流部１０１ｂに配置され、下流側ＮＯｘ触媒反応器１０９に排気ガスを通過させる流路およびバイパス通路１０８に排気ガスを通過させる流路を切り替える。この流路切替バルブ１０７は、不図示のアクチュエータによって、バイパス通路１０８の出口部を閉鎖し、かつ、下流側ＮＯｘ触媒反応器１０９の出口部を全開にするバイパス閉位置と、下流側ＮＯｘ触媒反応器１０９の出口部を閉鎖し、かつ、バイパス通路１０８の出口部を全開にするバイパス開位置との間で作動する弁を備えている。ＥＣＵ２０は、流路切替バルブ１０７に制御信号を送信し、その弁のバルブ開度を連続的に調節する。
【００２３】
バイパス通路１０８は、排気通路１０１に対し、下流側ＮＯｘ触媒反応器１０９を迂回して排気ガスを通過させる通路である。詳細は、図２を用いて後記する。
【００２４】
下流側ＮＯｘ触媒１０９ａは、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａと同等の機能を有する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒である。この下流側ＮＯｘ触媒１０９ａは、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばＫ・Ｎａ・Ｌｉ・Ｃｓのようなアルカリ金属、Ｂａ・Ｃａのようなアルカリ土類金属、Ｌａ・Ｙのような希土類から選ばれた少なくとも１つと、Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００２５】
〔制御装置の詳細〕
次に、制御装置であるＥＣＵ２０の詳細について説明する。入力部２０１と、出力部２０２と、制御部２０３および記憶部２０４は互いに情報を送受信できるように接続されている。
【００２６】
入力部２０１は、例えば、入力ポートを構成する電気回路であり、エアーフローセンサ１０２で検出される吸気ガスの吸気量を示す情報、温度センサ１０６で検出される排気ガスの温度を示す情報および車速センサ５０で検出される車両の走行速度を示す情報を受信する。
【００２７】
出力部２０２は、例えば、出力ポートを構成する電気回路であり、エンジン４０に対する制御信号が送信され、エンジン４０の燃焼室に吸気される吸気ガスの空燃比が調節される。また、流路切替バルブ１０７に制御信号が送信され、その弁のバルブ開度が調節される。
【００２８】
制御部２０３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit：中央制御装置）で構成されたコンピュータであり、主に、リーンリッチ制御部２０３１、ＮＯｘ触媒温度推定部２０３２および流路切替制御部２０３３といった、ソフトウェアの構成を有している。なお、制御部２０３は、ＮＯｘ浄化率の制御を実行するにあたり、その制御に必要な情報処理を実行するためのプログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記録媒体から、そのプログラムを読み出す。
【００２９】
リーンリッチ制御部２０３１は、吸気ガスの空燃比、吸気ガスの流量、排気ガスの温度、排気ガスの流量等に基づいて排気ガスの空燃比を制御する機能を有する。例えば、記憶部２０４に、排気ガスの空燃比を求めるためのマップ（不図示）を記憶させておき、そのマップを用いて制御するようにすれば良い。
【００３０】
ＮＯｘ触媒温度推定部２０３２は、温度センサ１０６が検出した温度に基づいて、記憶部２０４に記憶されたＮＯｘ触媒温度推定用マップ２０４１を参照して、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度を推定する機能を有する。車速センサ５０が検出した車両の走行速度を用いて下流側ＮＯｘ触媒反応器１０９内のＮＯｘ触媒の温度を推定する場合もある。例えば、車両が減速中のときは、排気ガスが排気通路１０１を流れることは（ほとんど）ないので、排気ガスの温度は低くなっており、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度はかなり低いと推定する。なお、ＮＯｘ触媒温度推定部２０３２は、上流側ＮＯｘ触媒１０４ａの温度を推定しても良い。
【００３１】
流路切替制御部２０３３は、流路切替バルブ１０７を制御し、その弁のバルブ開度を調節する。例えば、エアーフローセンサ１０２が検出した吸気ガスの吸気量、ＮＯｘ触媒温度推定部２０３２の推定した温度、車速センサ５０の検出した走行速度等に基づいて調節する。
【００３２】
記憶部２０４は、例えば、読み書きされるデータを展開するための記憶領域を確保するＲＡＭ(Random Access Memory)または外部記憶装置であり、主に、ＮＯｘ触媒温度推定用マップ２０４１といったデータを記憶している。
【００３３】
ＮＯｘ触媒温度推定用マップ２０４１は、温度センサ１０６が検出した温度と、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度とを関連付けた情報を備えている。この情報は、例えば、種々の実験を繰り返した後、車両が出荷された時点で作成されており、ＮＯｘ触媒温度推定部２０３２が処理を行うときに読み出される。
【００３４】
〔バイパス構造の詳細〕
次に、排気浄化装置１０の下流側に配置された、排気通路のバイパス構造の詳細について説明する。図２は、図１で示した構成Ａの拡大図である。
【００３５】
［流路切替バルブの位置］
まず、流路切替バルブ１０７に着目する。流路切替バルブ１０７は、通常時、つまり、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａに排気ガスを流すときは、バイパス閉位置（図中破線表示）に弁を作動させる。また、バイパス時、つまり、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａに排気ガスを流さないときは、バイパス開位置（図中実線表示）に弁を作動させる。この流路切替バルブ１０７自体は、熱容量が大きいので、流路切替バルブ１０７の下流側を流れる排気ガスの温度変化はあまり大きくない。ということは、その上流側を流れる排気ガスの温度変化は大きいので、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａを通過する排気ガスの温度変化は大きいし、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａ自体の温度変化も大きい。
【００３６】
このことは、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度制御を、わりと容易に行えることを意味する。したがって、サルファパージ等によって温度が高くなりすぎたり、減速走行等により温度が低くなりすぎたりしていても、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度をその触媒の活性温度に素早く制御することができる。この制御は、ＮＯｘ触媒温度推定部２０３２によって下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度を推定して、流路切替制御部２０３３によって行われる。
【００３７】
特に、エンジン４０の始動時は、排気ガスの温度は非常に低く（約１００℃前後）、活性温度に到達するまでにかかる時間は、なおさら大きい。しかし、本実施形態のように、流路切替バルブ１０７を、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの下流側に配置すれば、その温度制御は素早く行われ、活性温度に到達するまでの時間は短縮される。結果的に、その間に排気される排気ガスに対するＮＯｘ浄化率は向上する。
【００３８】
また、流路切替バルブ１０７の構造上、排気切替弁のシャフト部（不図示）等から排気ガスがある程度漏れてしまうのは止むを得ない。しかし、流路切替バルブ１０７を通過する排気ガスは、バイパスしていなければ、既に、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａを通過しているため、ＮＯｘは（ほとんど）存在せず、当該排気ガスが漏れても、ＮＯｘを排出したということにはならない。
【００３９】
［排気通路の屈曲およびバイパス通路の直線化］
次に、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａ付近の排気通路１０１の形状およびバイパス通路１０８の形状に着目する。下流側ＮＯｘ触媒１０９ａ付近の排気通路１０１の形状は、分岐部１０１ａの上流側および合流部１０１ｂの下流側にある排気通路１０１に対し、分岐部１０１ａと合流部１０１ｂとの間で屈曲している。それとともに、バイパス通路１０８の形状は、分岐部１０１ａの上流側および合流部１０１ｂの下流側にある排気通路１０１に対し、分岐部１０１ａと合流部１０１ｂとの間で直線的である。
【００４０】
一般に、高負荷運転をしているときは、排気ガスの流量が多いので、圧損によるエンジンの出力低下や燃費の悪化が大きい。この悪化をなるべく避けるために、排気ガスは直線的に流したほうが良い。排気ガスが屈曲した通路を流れると、動圧が発生し、エンジンの駆動力を妨げる仕事をしてしまう等の弊害を引き起こすためである。また、高負荷運転しているときは、排気ガスの温度が高いので、その排気ガスを下流側ＮＯｘ触媒１０９ａには流したくない。下流側ＮＯｘ触媒１０９ａは上流側ＮＯｘ触媒１０４ａと比べて活性温度が低くなるように設計されており（換言すると、耐熱性が良くない）、このため、温度の高い排気ガスを流すことによる熱劣化を避けることが重要視されるためである。
【００４１】
そこで、高負荷運転をしているときは、排気ガスをバイパスするように流路切替バルブ１０７を制御する。そのとき、排気ガスは、直線的な形状をしているバイパス通路１０８を通過するため、動圧の発生は抑えられ、圧損によるエンジンの出力低下や燃費の悪化は低減される。また、このとき下流側ＮＯｘ触媒１０９ａには、排気ガスが流れないので、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの熱劣化は生じない。サルファパージを行っているときであっても、排気ガスをバイパスしておくことにより、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａのＳＯｘ被毒は回避される。流路切替バルブ１０７から下流側ＮＯｘ触媒１０９ａへ排気ガスが漏れてしまうことはまず無いためである（排気ガスが逆流することは無い。）。
【００４２】
一方、中低負荷運転をしているときは、排気ガスの流量は多くなく、その温度も高くないので、バイパスせずに、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａに排気ガスを流してＮＯｘを浄化させる。屈曲した通路に排気ガスを流すため、ある程度の動圧は発生するものの、流量が小さいため、排気ガスのする仕事はあまり大きくなく、エンジンの駆動力を妨げる仕事をしてしまう等の弊害はあまり生じない。よって、圧損によるエンジンの出力低下や燃費の悪化はあまり無い。
【００４３】
［分岐部の細径化］
次に、分岐部１０１ａ周辺の排気通路１０１の形状に着目する。図２に示すように、分岐部１０１ａの上流側にある排気通路１０１と、バイパス通路１０８と、合流部１０１ｂの下流側にある排気通路１０１とで構成される流路に関して、Ｘ１〜Ｘ６という位置を示す記号が付されている。Ｘ１まで、およびＸ５以降の通路の内径ｂ１に比べて、Ｘ２〜Ｘ４までの通路の内径ｂ２は小さくなっている。つまり、Ｘ２〜Ｘ４までの通路は細い。Ｘ１からＸ２までの径はｂ１からｂ２へと徐々に細くなっており、Ｘ４からＸ５までの径はｂ２からｂ１へと徐々に太くなっている。
【００４４】
このように、分岐部１０１ａ周辺の排気通路を細径化することで、分岐部１０１ａを通過する排気ガスの流速を上げることができ、分岐部１０１ａにかかる圧力を下げることができる。その結果、分岐部１０１ａと合流部１０１ｂとの間の圧損を小さくすることができる。
【００４５】
図３は、構成Ａにおける、排気ガスの流れる位置とその圧力との関係を示したグラフである。なお、横軸の位置は、分岐部１０１ａの上流側にある排気通路１０１と、バイパス通路１０８と、合流部１０１ｂの下流側にある排気通路１０１とで構成される流路について定めたものであり、図３中の位置Ｘ１〜Ｘ６は、図２の位置Ｘ１〜Ｘ６に対応している。
【００４６】
このグラフには、分岐部における細径化がされていない場合（つまり、Ｘ１〜Ｘ５までの内径がｂ１）の圧力の変化（（１）分岐部の径ダウン無し：破線）と、本実施形態のように、分岐部における細径化がされている場合の圧力の変化（（２）分岐部の径ダウン有り：実線）との２つが描かれている。ΔＰ１は、（１）の状態における、Ｘ３とＸ６との圧損であり、ΔＰ２は、（２）の状態におけるＸ３とＸ６との圧損である。分岐部１０１ａにおいて細径化しているため、Ｘ１〜Ｘ５までに亘って通過する排気ガスの流速は増加し、（２）の状態におけるＸ１〜Ｘ５までの圧力が（１）の状態と比べて、小さくなっていることがわかる。つまり、ΔＰ１に比べ、ΔＰ２は小さい。その結果、バイパスしたときに排気ガスがバイパス通路１０８に及ぼす仕事は小さく、エンジンの駆動に影響を及ぼすことは無く、エンジンの出力や燃費の悪化を低減できる。また、流路切替バルブ１０７から排気ガスが漏れる割合が小さくなるので、サルファパージを行っていても、その漏れた排気ガスによって、下流側ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒することは無い。
【００４７】
≪まとめ≫
本実施形態により、以下の効果を奏する。すなわち、排気ガスの浄化において、流路切替バルブ１０７を合流部１０１ｂに設け、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａが配置されている排気通路を屈曲するとともに、バイパス通路１０８を直線的にし、分岐部１０１ａの内径を細径化したので、ＮＯｘの浄化と、エンジンの性能向上およびＳＯｘ被毒の防止とを両立させることができる。
【００４８】
≪その他≫
なお、上述した形態は、本発明を実施するための最良のものであるが、その実施形式はこれに限定するものではない。したがって、本発明の要旨を変更しない範囲においてその実施形式を種々変形することは可能である。
【００４９】
例えば、本実施形態では、ディーゼルエンジンを用いたが、ガソリンエンジンであっても本発明を適用することは可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、流路切替制御部２０３３による流路切替バルブ１０７の切替制御は、ＮＯｘ触媒温度推定部２０３２によって下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度を推定した上で行うようにした。しかし、ヒートマスの大きな流路切替バルブ１０７を下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの下流側に配置したことにより、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度変化が容易になったため、流路切替制御部２０３３は、その温度変化を予測して、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度を活性温度に保つように、流路切替バルブ１０７を制御するようにしても良い。例えば、推定した温度が時間とともに減少していき、活性温度を下回る蓋然性が高いと、流路切替制御部２０３３が判断すれば、温度の高い排気ガスをバイパスしないようにしたり、温度の低い排気ガスをバイパスするように流路切替バルブ１０７のバルブ開度を調節しても良い。また、推定した温度が時間とともに上昇していき、活性温度を上回る蓋然性が高いと、流路切替制御部２０３３が判断すれば、温度の高い排気ガスをバイパスしたり、温度の低い排気ガスをバイパスしないようにするように流路切替バルブ１０７のバルブ開度を調節しても良い。
【００５１】
また、本実施形態では、流路切替バルブ１０７を合流部１０１ｂに配置するようにしたが、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの下流側であれば、配置箇所をこれに限定しない。例えば、流路切替バルブ１０７を、排気通路１０１における、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの下流側、かつ、合流部１０１ｂの上流側に配置しても良いし、バイパス通路１０８における、分岐部１０１ａの下流側、かつ、合流部１０１ｂの上流側に配置しても良い。本実施形態で重要なのは、ヒートマスの大きな流路切替バルブ１０７を下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの上流側に配置することで、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａの温度変化を妨げないようにすることである。
【００５２】
また、本実施形態では、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａが配置されている排気通路１０１の屈曲を大きくし、バイパス通路１０８を直線的、つまり、屈曲度をゼロにしたが、これらの屈曲の度合いは、車両に搭載する部品の配置設計等の都合によって、多少変更しても良い。例えば、バイパス通路１０８は、下流側ＮＯｘ触媒１０９ａが配置されている排気通路１０１の屈曲度よりは小さくなる範囲内で屈曲させても良い。本実施形態で重要なのは、バイパスしたほうが良い、高負荷運転時の排気ガスをバイパスすることにより生じる動圧の影響を小さくすることである。
【００５３】
また、本実施形態では、分岐部１０１ａを細径化したが、排気通路１０１およびバイパス通路１０８の径の大きさ、およびその径の大きさを調節する位置は、車両に搭載する部品の配置設計等の都合によって、多少変更しても良い。例えば、分岐部１０１ａではなく、合流部１０１ｂの径を太くすることにより、合流部１０１ｂにおける排気ガスの流速を下げ、その圧力を上げ、分岐部１０１ａと合流部１０１ｂとの圧損を小さくしても良い。本実施形態で重要なのは、分岐部１０１ａと合流部１０１ｂとの圧損を小さくすることにより、バイパスしたときに排気ガスがバイパス通路１０８に及ぼす仕事を小さくしたり、流路切替バルブ１０７からの排気ガスの漏れを低減することである。
【００５４】
その他、ハードウェア、ソフトウェア、各フローチャートなどの具体的な構成、材料の選択、その構造の設計等について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態の排気制御システムの構成を図示したものである。
【図２】図１で示した構成Ａの拡大図である。
【図３】構成Ａにおける、排気ガスの流れる位置とその圧力との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０      排気浄化装置
２０      ＥＣＵ
３０      吸気通路
４０      エンジン
５０      車速センサ
１０１    排気通路
１０２    エアーフローセンサ
１０３    ＤＯＣ
１０４    上流側ＮＯｘ触媒反応器
１０４ａ  上流側ＮＯｘ触媒
１０５    ＤＰＦ
１０６    温度センサ
１０７    流路切替バルブ
１０８    バイパス通路
１０９    下流側ＮＯｘ触媒反応器
１０９ａ  下流側ＮＯｘ触媒
２０１    入力部
２０２    出力部
２０３    制御部
２０４    記憶部
２０３１  リーンリッチ制御部
２０３２  ＮＯｘ触媒温度推定部
２０３３  流路切替制御部
２０４１  ＮＯｘ触媒温度推定用マップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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