JP2021116795A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】選択的還元触媒装置の温度を適切に保ち、窒素酸化物の浄化率を向上する排気浄化システムを提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路２に配置されたフィルタ装置１３と選択的還元触媒装置１５とを備えた排気浄化システム１０において、一端が選択的還元触媒装置１５の入口の近傍の排気通路３に連通するとともに他端が大気に開口する大気開口通路１７と、この大気開口通路１７に配置された送風機１８および加熱装置１９と、温度取得装置２１と、制御装置２０と、を備え、制御装置２０は、温度取得装置２１が取得した温度Ｔｘを予め設定された範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）に収めるように、送風機１８の送風および加熱装置１９の加熱を制御する構成にした。【選択図】図１

Description

本開示は排気浄化システムに関し、より詳細には粒子状物質を捕集するフィルタ装置と窒素酸化物を還元浄化する選択的還元触媒装置とを備える排気浄化システムに関する。

内燃機関始動前にヒータを通電し、ファンを駆動し、通路開閉弁を開弁して、ヒータで暖められた空気がファンにより強制的に触媒フィルタを通り触媒フィルタ下流側に排出され、更に、連通路を通って触媒フィルタ上流側へ戻り、ヒータで再び暖められ触媒フィルタ内に送られる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−６９３１５号公報

ところで、排気浄化システムにおいては、排気の流れに関して粒子状物質を捕集するフィルタ装置よりも下流側に窒素酸化物を還元浄化する選択的還元触媒装置が配置されるものがある。この種のシステムではフィルタ装置の再生中に選択的還元触媒装置が高温の排気に曝されることになる。また、内燃機関の運転が停止した状態の車両の減速中に選択的還元触媒装置が低温の排気に曝されることになる。

上記の特許文献１に記載の装置は内燃機関の始動時における触媒フィルタの温度を昇温する装置であって、フィルタ装置の再生中や車両の減速中の選択的還元触媒装置の温度を適切に保つことができない。

本開示の目的は、選択的還元触媒装置の温度を適切に保ち、窒素酸化物の浄化率を向上する排気浄化システムを提供することである。

上記の目的を達成する本発明の一態様の排気浄化システムは、内燃機関から排出された排気が流通する排気通路の中途位置に配置されて排気に含有する窒素酸化物を還元浄化する選択的還元触媒装置を備えた排気浄化システムにおいて、一端が前記選択的還元触媒装置の入口の近傍の前記排気通路に連通するとともに他端が大気に開口する大気開口通路と、この大気開口通路に配置された送風機と、前記大気開口通路の他端から前記選択的還元触媒装置までの間に配置された加熱装置と、前記選択的還元触媒装置の温度を直接的にまたは間接的に取得する温度取得装置と、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記温度取得装置が取得した前記選択的還元触媒装置の温度を予め設定された範囲に収めるように、前記送風機の送風および前記加熱装置の加熱を制御する構成にしたことを特徴とする。

本発明の一態様によれば、送風機の送風および加熱装置の加熱を組み合わせることで、選択的還元触媒装置に対する暖気、保温、温度上昇の抑制を行うことができる。これにより、選択的還元触媒装置の温度を適切に保つには有利になり、窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

実施形態の排気浄化システムを例示する構成図である。 目標ＥＧＲ率および実際のＥＧＲ率の差分と、送風量の増減量との相関を例示する関係図である。 実施形態の排気浄化システムの制御方法を例示する第一のフロー図である。 実施形態の排気浄化システムの制御方法を例示する第二のフロー図である。 実施形態の排気浄化システムの制御方法を例示する第三のフロー図である。 実施形態の排気浄化システムの制御方法を例示する第四のフロー図である。

以下に、本開示における排気浄化システムの実施形態について説明する。図中において、白抜き矢印は吸気または空気の流れを示し、塗り潰し矢印は排気の流れを示し、一点鎖線は信号線を示す。なお、本実施形態において、吸気は内燃機関１の気筒に吸入される気体であり、空気に排気が混合されたものを含むものとする。

図１に例示するように、本実施形態の排気浄化システム１１は車両の内燃機関１から燃料の燃焼により生じた排気が流通する排気通路２の中途位置に配置されて、排気を浄化するものである。なお、排気浄化システム１０は車両に搭載される内燃機関１に限定されない。

内燃機関１は排気通路２、吸気通路３、還流通路４、還流用バルブ５、ターボチャージャ６、排気バルブ７を備えて構成される。排気通路２は排気が流通する。吸気通路４は吸気が流通する。還流通路４は排気の流れに関して排気浄化システム１０より下流側の排気通路３から分岐して吸気通路３に合流する。還流用バルブ５は還流通路４の中途位置に配置される。ターボチャージャ６は排気により駆動するタービンおよび吸気を圧縮するコンプレッサを有する。排気バルブ７は排ガスの流れに関して排気通路２における還流通路４の分岐点よりも下流側に配置される。

排気浄化システム１０は、排気通路２の中途位置に配置されて、排気管燃料噴射装置１１、酸化触媒装置１２、フィルタ装置１３、還元剤噴射装置１４、選択的還元触媒装置１５、および、還元剤吸着触媒装置１６を備える。排気管燃料噴射装置１１は排気の流れに関して酸化触媒装置１２の上流側に配置されて、排気通路２に未然の燃料を噴射する。酸化触媒装置１２は排気の流れに関してフィルタ装置１３の上流側に配置されて、排気に含有する炭化水素、一酸化炭素、及び一酸化窒素を酸化する。フィルタ装置１３は排気に含有する粒子状物質を捕集する。還元剤噴射装置１４は排気の流れに関して選択的還元触媒装置１５の上流側に配置されて、尿素水を噴射して選択的還元触媒装置１５に還元剤であるアンモニアを供給する。選択的還元触媒装置１５は排気の流れに関して還元剤吸着触媒装置１６の上流側に配置されて、アンモニアを還元剤として排気に含有する窒素酸化物を還元浄化する。還元剤吸着触媒装置１６は、選択的還元触媒装置１５を通過後の排気に含まれる還元剤を吸着除去する。排気浄化システム１０は排気管燃料噴射装置１１を備えない代わりに、内燃機関１の図示しない燃料噴射装置のポスト噴射により酸化触媒装置１２に未然燃料を供給する構成にしてもよい。

排気浄化システム１０は上記の構成に加えて、大気開口通路１７、送風機１８、および、加熱装置１９を備える。また、排気浄化システム１０は制御装置２０と各種センサ類（２１〜）を備える。

大気開口通路１７は一端が選択的還元触媒装置１５の入口の近傍の排気通路２に連通するとともに他端が大気に開口してなる。本開示において、選択的還元触媒装置１５の入口の近傍はその位置から選択的還元触媒装置１５までの間に他の装置が存在しない位置を示す。但し、例外的に加熱装置１９に関してはその位置と選択的還元触媒装置１５との間に存在してもよいこととする。本実施形態において、その位置はフィルタ装置１３と選択的還元触媒装置１５の間の位置である。大気開口通路１７は大気に開口する開口部１７ａが車両の走行中に生じる走行風が吹き込まないように、車両の走行方向に対して反対側に向けられることが望ましい。大気開口通路１７の開口部１７ａにはエアクリーナを設けてもよい。

送風機１８は大気開口通路１７の中途位置に配置される。送風機１８は大気側から排気通路３の側に向かう方向を正方向とし、排気通路３の側から大気側に向かう方向を逆方向とし、正逆それぞれの方向に送風可能に構成される。送風機１８は送風量が調節可能な構成が望ましく、例えば、ブロアファンが例示される。送風機１８は正方向に送風することで大気から取り込んだ空気を排気通路３に供給し、逆方向に送風することで排気通路３から取り込んだ排気を大気に排出するように構成される。

加熱装置１９は大気開口通路１７の開口部１７ａから選択的還元触媒装置１５までの間の大気開口通路１７または排気通路３に配置される。加熱装置１９は大気開口通路１７に配置されることが望ましく、大気開口通路１７における排気通路３に合流する合流地点の近傍の大気開口通路１７に配置されることがより望ましい。加熱装置１９が大気開口通路１７に配置されることで、排気通路３に加熱装置１９が配置される場合に比して排圧抵抗を低くするには有利となる。また、加熱装置１９が合流地点の近傍の大気開口通路１７に配置されることで、加熱装置１９により加熱した空気が大気開口通路１７を流通することで冷却されることを回避するには有利となる。加熱装置１９としては自身を通過する空気を加熱する電気ヒータが例示される。

制御装置２０は排気浄化システム１０の制御を行う装置であり、フィルタ装置１３の再生制御や還元剤の噴射制御に加えて、選択的還元触媒装置１５の温度Ｔｘを予め設定された範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）に収めるように送風機１８の送風および加熱装置１９の加熱を制御する。制御装置２０は信号線により還流用バルブ５、排気バルブ７、内燃機関用制御装置８、排気管燃料噴射装置１１、還元剤噴射弁１３、送風機１８、加熱装置１９、および、各種センサに電気的に接続される。

制御装置２０および内燃機関用制御装置８のそれぞれは各種情報処理を行う中央演算装置（ＣＰＵ）、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。

内燃機関用制御装置８は図示しない各センサが取得した取得値に基づいて内燃機関１の図示しない燃料噴射装置、還流用バルブ５、および、排気バルブ７を制御する装置である。本実施形態において、内燃機関用制御装置８はアクセルペダルの開度、車速、内燃機関１の回転速度に基づいた減速信号Ｓ１を制御装置２０に送信する装置である。この減速信号Ｓ１は内燃機関１の運転が停止した状態、つまり、燃料噴射装置から駆動に寄与する燃料の噴射が停止した状態でその内燃機関１を搭載した車両が減速していることを示す信号である。また、内燃機関用制御装置８は排気ブレーキスイッチのオン、オフに基づいた排気ブレーキの作動信号Ｓ２を制御装置２０に送信する装置でもある。作動信号Ｓ２は排気バルブ７が閉じて排気ブレーキが作動したことを示す信号である。加えて、内燃機関用制御装置８は目標ＥＧＲ率Ｒ１から実際のＥＧＲ率Ｒｘを減算した差分ΔＲに基づいて還流用通路４を介して吸気通路３に供給される排気の還流量を還流用バルブ５の開度により調節する制御を行い、その差分ΔＲを制御装置２０に送信する装置でもある。なお、目標ＥＧＲ率Ｒ１は予め設定した固定値でもよく、車両の運転状態や内燃機関１の運転状態に応じて可変する可変値でもよい。また、実際のＥＧＲ率Ｒｘは排気通路２および吸気通路３のそれぞれに配置された図示しない二酸化炭素センサを用いて算出される値が例示されるが、ＥＧＲ率Ｒｘの算出方法は特に限定されるものではない。さらに、内燃機関用制御装置８はアクセサリ電源がオンになり、車両に搭載された電気的なシステムが駆動したこと示すアクセサリ信号Ｓ３を制御装置に送信する装置でもある。

制御装置２０は、機能要素として再生制御部２３、還元剤制御部２４、送風制御部２５、加熱制御部２６、バルブ制御部２７、および、始動制御部２８を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、中央演算装置により実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）や電気回路で構成されてもよい。

温度取得装置２１は選択的還元触媒装置１５の温度を間接的に取得するものであり、排気の流れに関して選択的還元触媒装置１５よりも下流側に配置され、選択的還元触媒装置１５を通過した排気の温度Ｔｘを選択的還元触媒装置１５の温度として取得する。温度取得装置１９は選択的還元触媒装置１５の温度を直に取得するものでもよい。また、温度取得装置２１は選択的還元触媒装置１５の前後のそれぞれに配置されて前後の温度差も用いて選択的還元触媒装置１５の温度を間接的に取得する構成にしてもよい。

差圧取得装置２２はフィルタ装置１３の前後の差圧を取得するものである。差圧取得装置２２はフィルタ装置１３が捕集した粒子状物質によりフィルタ装置１３が詰まった状態を取得することができればよく、内燃機関１から排出された排気の状態を監視してフィルタ装置１３が詰まった状態を予測する装置を代わりに用いてもよい。

再生制御部２３は差圧取得装置２２が取得したフィルタ装置１３の前後の差圧が入力されて、入力されたその差圧が予め設定された差圧閾値以上の場合にフィルタ装置１３の再生制御を行う機能要素である。フィルタ装置１３の再生制御は排気管燃料噴射装置１１により未然の燃料を噴射して酸化触媒装置１２で噴射されたその未然の燃料を酸化することで、排気の温度を上昇させて、フィルタ装置１３が捕集した粒子状物質を加熱除去する制御である。再生制御部２３はフィルタ装置１３の再生制御を行う場合に、再生制御を行っていることを示す再生信号Ｓ４を送風制御部２５に送信する。

還元剤制御部２４は温度取得装置２１が取得した温度Ｔｘが入力されて、その温度Ｔｘが予め設定された範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）に収まっている場合に還元剤噴射装置１４から還元剤を噴射させる制御を行う。また、還元剤制御部２４は図示しないＮＯｘセンサが検出した窒素酸化物の含有量に応じて還元剤の噴射量を調節する制御を行う。範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）は選択的還元触媒装置１５が活性化し、還元剤噴射装置１４から噴射された還元剤を用いて排気に含有される窒素酸化物を効果的に還元浄化可能な温度の範囲である。なお、温度Ｔｘが範囲に収まっている場合に比して浄化率が低下するが、温度Ｔｘが範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）から外れた場合でも選択的還元触媒装置１５は窒素酸化物を還元浄化できない状態ではない。

送風制御部２５は温度取得装置２１が取得した温度Ｔｘと再生制御部２３からの再生信号Ｓ４と内燃機関用制御装置８からの減速信号Ｓ１、作動信号Ｓ２が入力されて、それらに基づいて送風機１８の送風方向を決定する機能要素である。また、送風制御部２５は決定した送風方向が正方向の場合に内燃機関用制御装置８からの差分ΔＲに基づいて送風機１８の送風量Ｑｘを調節する機能要素である。

図２に例示するように、差分ΔＲと送風機１８が正方向に送風する場合の送風量Ｑｘの増減量ΔＱとの相関は負の相関となる。送風制御部２５は差分ΔＲと増減量ΔＱとの相関に基づいて送風量Ｑｘを算出する。送風機１８の送風量Ｑｘは予め設定された設定量Ｑ０に差分ΔＲに基づいて求まる増減量ΔＱを加算した値となる。設定料Ｑ０は差分ΔＲが正の最大値になり、増減量ΔＱが負の最大値となった場合にでも正の値となる。つまり、送風機１８が正方向に送風する場合の送風量Ｑｘは常に正の値となる。この差分ΔＲと増減量ΔＱとの相関と設定量Ｑ０は予め実験や試験、あるいは、シミュレーションにより求めるものとする。

加熱制御部２６は温度取得装置２１が取得した温度Ｔｘが入力されて、入力されたその温度Ｔｘに基づいて加熱装置１９による加熱を制御する機能要素である。

バルブ制御部２７は温度取得装置２１が取得した温度Ｔｘと減速信号Ｓ１が入力されて、入力されたその温度Ｔｘと減速信号Ｓ１とに基づいて、内燃機関用制御装置８が行う還流用バルブ５による排気の還流量の調節とは別に還流用バルブ５の開閉を制御し、内燃機関用制御装置８が行う排気バルブ７による排気ブレーキの作動とは別に、排気バルブ７の開閉を制御する機能要素である。

始動制御部２８はタイマ２９を有してなり、タイマ２９により設定された設定時刻ｔｘになると、あるいは、内燃機関用制御装置８からアクセサリ信号Ｓ３が入力されると、温度取得装置２１が取得した温度Ｔｘに基づいて送風制御部２５および加熱制御部２６に指示を出す機能要素である。タイマ２９の設定時刻ｔｘは運転手により任意の時刻に設定することが可能である。

図３〜図６に例示するように、本実施形態の排気浄化システム１０の制御方法を制御装置２０の機能として説明する。この制御方法は図３〜図５に示す制御フローが車両の運転中に行われ、図６に示す制御フローが車両の運転前に行われる。本実施形態において車両の運転中はイグニッションキーがオンの状態であり、車両の運転前は予め設定した時刻ｔｘになったとき、あるいは、イグニッションキーがオフの状態で、かつ、アクセサリ電源がオンの状態を示すものとする。なお、イグニッションキーがオンの状態は内燃機関１が始動する状態であり、アクセサリ電源がオンの状態は制御装置２０や内燃機関用制御装置８を含む電装品が通電した状態である。制御フローは所定の周期ごとに繰り返し行われ、リターンでスタートや前のステップに戻ると一周期が経過するものとする。

図３に例示するように、車両の運転中に、温度取得装置２１が温度Ｔｘを取得すると（Ｓ１１０）、送風制御部２５は取得した温度Ｔｘが予め設定した範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）に収まるか否かを判定する（Ｓ１２０）。

温度Ｔｘが範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）から外れると判定すると（Ｓ１２０：ＮＯ）、送風制御部２５は送風機１８の送風方向を正方向に決定し、差分ΔＲに基づいて送風量Ｑｘを算出する（Ｓ１６０）。このとき、差分ΔＲが正の値の場合に送風量Ｑｘは設定量Ｑ０よりも小さい量となり、差分ΔＲが負の値の場合に送風量Ｑｘは設定量Ｑ０よりも大きい値となる。次いで、送風制御部２５は算出された送風量Ｑｘに基づいて送風機１８に正方向の送風を行わせる（Ｓ１７０）。一方、温度Ｔｘが範囲（Ｔａ〜Ｔｂ）に収まると判定すると（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、送風制御部２５は再生制御部２３からの再生信号Ｓ４が入力されたか否かによりフィルタ装置１３の再生制御が行われているか否かを判定する（Ｓ１３０）。

フィルタ装置１３の再生制御が行われていると判定すると（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、送風制御部２５は送風機１８の送風方向を正方向に決定し、差分ΔＲに基づいて送風量Ｑｘを算出する（Ｓ１６０）。次いで、送風制御部２５は送風機１８に正方向の送風を行わせる（Ｓ１７０）。一方、フィルタ装置１３の再生制御が行われていないと判定すると（Ｓ１３０：ＮＯ）、内燃機関用制御装置８からの減速信号Ｓ１が入力されたか否かにより車両が内燃機関１における燃料の噴射が停止した状態で減速しているか否かを判定する（Ｓ１４０）。

減速信号Ｓ１が入力されていないと判定すると（Ｓ１４０：ＮＯ）、送風制御部２５は送風機１８の送風を停止する（Ｓ１９０）。一方、減速信号Ｓ１が入力されたと判定すると（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、送風制御部２５は内燃機関用制御装置８から作動信号Ｓ２が入力されたか否かにより排気バルブ７が閉じて排気ブレーキが作動したか否かを判定する（Ｓ１５０）。

作動信号Ｓ２が入力されたと判定すると（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、送風制御部２５は送風機１８の送風方向を正方向に決定し、差分ΔＲに基づいて送風量Ｑｘを算出する（Ｓ１６０）。次いで、送風制御部２５は送風機１８に正方向の送風を行わせる（Ｓ１７０）。一方、作動信号Ｓ２が入力されていないと判定すると（Ｓ１５０：ＮＯ）、送風制御部２５は送風機１８の送風方向を逆方向に決定し、送風量Ｑｘを最大にして、送風機１８に逆方向の送風を行わせる（Ｓ１８０）。

図４に例示するように、車両の運転中に、温度取得装置２１が温度Ｔｘを取得すると（Ｓ２１０）、加熱制御部２６は取得した温度Ｔｘが予め設定した範囲の下限値Ｔａよりも低いか否かを判定する（Ｓ２２０）。

温度Ｔｘが下限値Ｔａよりも低いと判定すると（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、加熱制御部２６は加熱装置１９への通電を開始して送風機１８により送風された大気を加熱させる（Ｓ２３０）。一方、温度Ｔｘが下限値Ｔａ以上と判定すると（Ｓ２２０：ＮＯ）、加熱制御部２６は加熱装置１９への通電を停止して加熱を停止させる（Ｓ２４０）。

図５に例示するように、車両の運転中に、バルブ制御部２７は送風機１８により正方向の送風が行われたか否かを判定する（Ｓ３１０）。正方向の送風が行われたと（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、バルブ制御部２７は排気バルブ７を全閉にする（Ｓ３２０）。一方、正方向の送風が行われていないと判定すると（Ｓ３１０：ＮＯ）、制御フローはスタートに戻り、このときの還流用バルブ５および排気バルブ７は内燃機関用制御装置８により制御される。

ついで、バルブ制御部２７は内燃機関用制御装置８からの減速信号Ｓ１が入力されたか否かにより車両が内燃機関１における燃料の噴射が停止した状態で減速しているか否かを判定する（Ｓ３３０）。減速信号Ｓ１が入力されていないと判定すると（Ｓ３３０：ＮＯ）、バルブ制御部２７は還流用バルブ５を全開にする（Ｓ３４０）。一方、減速信号Ｓ１が入力されたと判定すると（Ｓ３３０：ＹＥＳ）、制御フローはスタートに戻り、このときの還流用バルブ５および排気バルブ７は内燃機関用制御装置８により制御される。

図６に例示するように、始動制御部２８はタイマ２９に設定された時刻ｔｘになると（Ｓ４１０）、あるいは、内燃機関用制御装置８からアクセサリ信号Ｓ３が入力されると（Ｓ４２０）、温度取得装置２１により温度Ｔｘを取得する（Ｓ４３０）。

始動制御部２８は取得した温度Ｔｘが予め設定した範囲の下限値Ｔａよりも低いか否かを判定する（Ｓ４４０）。温度Ｔｘが下限値Ｔａよりも低いと判定すると（Ｓ４４０：ＹＥＳ）、始動制御部２８は加熱制御部２６に加熱装置１９への通電を開始させる指示を出す（Ｓ４５０）。次いで、始動制御部２８は送風制御部２５に送風機１８により正方向に送風させる指示を出す（Ｓ４６０）。

温度Ｔｘが下限値Ｔａ以上となったと判定すると（Ｓ４４０：ＮＯ）、始動制御部２８は加熱制御部２６に加熱装置１９への通電を停止させる指示を出す（Ｓ４７０）。次いで、始動制御部２８は送風制御部２５に送風機１８による送風を停止させる指示を出す（Ｓ４８０）。

以上のように、本開示の排気浄化システム１０によれば、送風機１８の送風および加熱装置１９の加熱を組み合わせることで、選択的還元触媒装置１５に対する暖気、保温、温度上昇の抑制を行うことができる。これにより、選択的還元触媒装置１５の温度を適切に保つには有利になり、選択的還元触媒装置１５が窒素酸化物を除去できない状態になる頻度を減らすことで窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

具体的に、排気浄化システム１０は、車両の運転中に温度Ｔｘが下限値Ｔａを下回ると、送風機１８の送風により大気開口通路１７を介して大気から排気通路３に空気を供給し、加熱装置１９によりその空気を加熱し、加熱した空気が排気に混合されることにより選択的還元触媒装置１５を通過する排気の温度Ｔｘを上昇させる。この結果、選択的還元触媒装置１５の温度を上昇させることができる。

また、排気浄化システム１０は、車両の運転中に温度Ｔｘが上限値Ｔｂを上回ると、送風機１８の送風により大気開口通路１７を介して大気から排気通路３に空気を供給し、その空気が排気に混合されることにより選択的還元触媒装置１５を通過する排気の温度Ｔｘを低下させる。この結果、選択的還元触媒装置１５の温度を低下させることができる。

また、排気浄化システム１０は、車両の運転中にフィルタ装置１３の再生制御が行われると、送風機１８の送風により大気開口通路１７を介して大気から排気通路３に空気を供給し、その空気が排気に混合されることにより選択的還元触媒装置１５を通過する排気の温度の上昇を抑制することができる。この結果、選択的還元触媒装置１５のフィルタ装置１３の再生中の熱害を回避することができる。

加えて、排気浄化システム１０は、選択的還元触媒装置１５の温度が窒素酸化物を効果的に還元除去できない状態からできる状態になるまでの間、排気バルブ７を全閉にし、還流用バルブ５を全開にする。これにより、選択的還元装置１５で還元浄化できない窒素酸化物を含んだ排気を吸気通路３に還流することで、大気への窒素酸化物の放出を回避することができる。

さらに、排気浄化システム１０は、送風機１８が正方向に送風する場合の送風機１８の送風量Ｑｘを排気の還流量に基づいて設定する、つまり、目標ＥＧＲ率Ｒ１と実際のＥＧＲ率Ｒｘとの差分ΔＲに基づいて設定する。これにより、排気バルブ７を全閉にし、かつ、還流用バルブ５を全開にした状態でも目標ＥＧＲ率Ｒ１を達成することができる。

また、排気浄化システム１０は、車両の運転中に内燃機関１の運転が停止した状態で車両が減速すると、送風機１８の送風により大気開口通路１７を介して排気通路３から大気に排気を排出する。これにより、車両の減速中の低温の排気の選択的還元触媒装置１５への到達量を減らすことができる。この結果、選択的還元触媒装置１５を保温することができる。送風機１８の送風方向を逆方向にして排気通路３から大気へ排気を排出する場合に、送風機１８の送風量Ｑｘを最大にすることで、選択的還元触媒装置１５の保温効果を高めるには有利になる。

また、排気浄化システム１０は、車両の運転中に排気バルブ７が全閉して排気ブレーキが作動すると、送風機１８の送風により大気開口通路１７を介して大気から排気通路３に空気を供給して、排気圧力を上昇することができる。この結果、排気ブレーキによる制動力を高めることができる。なお、排気ブレーキの作動中に温度Ｔｘが下限値Ｔａよりも低くなると、加熱装置１９による加熱を行うことで、排気ブレーキ中に選択的還元触媒装置１５の温度が下限値Ｔａよりも低くなることを回避することができる。

また、排気浄化システム１０は、車両の運転前であって、予め設定された時刻ｔｘになったときに、あるいは、アクセサリ電源がオンになったときに、送風機１８の送風により大気開口通路１７を介して大気から排気通路３に空気を供給し、加熱装置１９によりその空気を加熱し、加熱した空気により選択的還元触媒装置１５を通過する排気の温度を上昇させる。これにより、イグニッションキーがオンになる前に、予め選択的還元触媒装置１５の暖気を行うことで、内燃機関１の始動直後の窒素酸化物の不完全浄化を防止することができる。さらに、予め選択的還元触媒装置１５を暖気しておくことで、内燃機関１の燃料の噴射タイミングをリタードする必要がなくなり、リタードによる燃費の悪化を改善することができる。

実施形態の大気開口通路１７は他端が大気に開口するものを例示したが、本開示の大気開口通路１７はこれに限定されない。例えば、大気開口通路１７は一端がフ選択的還元触媒装置１５の入口の近傍の排気通路２に連通するとともに他端が吸気の流れに関して還流通路４の合流地点よりも上流側の吸気通路３に連通する構成にしてもよい。つまり、大気開口通路１７は直に大気に開口するものに限定されずに、吸気通路３を介して間接的に大気に開口する構成にしてもよい。

制御装置２０と内燃機関用制御装置８とは別々の装置として構成されるが、これらの装置は一つの制御装置として構成されてもよい。また、制御装置２０のバルブ制御部２７を内燃機関用制御装置８の機能要素としてもよい。

送付機１８が正方向に送風する場合のＥＧＲ率Ｒｘは送風機１８の送風量Ｑｘで調節されるが、ＥＧＲ率Ｒｘは送風機１８の送風量Ｑｘと還流用バルブ５の開度とを組み合わせて調節されてもよい。例えば、送風機１８の送風により大気から排気通路３に空気を供給する場合に、還流用バルブ５を全開としたが、送風機１８の送風量Ｑｘを調節しても所望のＥＧＲ率Ｒｘが得られない場合に還流用バルブ５の開度で調節してもよい。また、予め目標ＥＧＲ率Ｒ１とＥＧＲ率Ｒｘとの差分ΔＲに基づいた送風機１８の送風量Ｑｘの増減値ΔＱと還流用バルブ５の開度の増減量とが設定されたマップを用いてＥＧＲ率Ｒｘを調節してもよい。

加熱装置１９は出力が一定の電気ヒータを用いたが、出力が可変の電気ヒータを用いてもよい。出力が可変の加熱装置１９を用いる場合に、制御装置２０は目標ＥＧＲ率Ｒ１に基づいて送風機１９の送風量Ｑｘと還流用バルブ５の開度とを調節する際に、送風機１９の送風量Ｑｘが選択的還元触媒装置１５の昇温に影響する場合に加熱装置１９の出力を大きくするようにしてもよい。

上記の構成に加えて、排気浄化システム１０は大気の温度を取得する装置を備え、大気の温度に応じて、送風機１８の送風量Ｑｘや加熱装置１９の出力を調節するように構成されてもよい。

１ 内燃機関
２ 排気通路
１０ 排気浄化システム
１３ フィルタ装置
１５ 選択的還元触媒装置
１７ 大気開口通路
１８ 送風機
１９ 加熱装置
２０ 制御装置
２１ 温度取得装置

Claims (10)

1. 内燃機関から排出された排気が流通する排気通路の中途位置に配置されて排気に含有する窒素酸化物を還元浄化する選択的還元触媒装置を備えた排気浄化システムにおいて、
   一端が前記選択的還元触媒装置の入口の近傍の前記排気通路に連通するとともに他端が大気に開口する大気開口通路と、この大気開口通路に配置された送風機と、前記大気開口通路の他端から前記選択的還元触媒装置までの間に配置された加熱装置と、前記選択的還元触媒装置の温度を直接的にまたは間接的に取得する温度取得装置と、制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記温度取得装置が取得した前記選択的還元触媒装置の温度を予め設定された範囲に収めるように、前記送風機の送風および前記加熱装置の加熱を制御する構成にしたことを特徴とする排気浄化システム。
2. 前記制御装置は、前記内燃機関を搭載した車両の運転中に前記送風機の送風および前記加熱装置の加熱を制御する構成にした請求項１に記載の排気浄化システム。
3. 前記制御装置は、前記内燃機関を搭載した車両の運転前に前記送風機の送風および前記加熱装置の加熱を制御する構成にした請求項１または２に記載の排気浄化システム。
4. 前記制御装置は、前記温度取得装置が取得した前記選択的還元触媒装置の温度が前記範囲の下限値を下回る場合に前記加熱装置により加熱する制御を行い、それ以外の場合に前記加熱装置による加熱を停止する制御を行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化システム。
5. 前記制御装置は、前記温度取得装置が取得した前記選択的還元触媒装置の温度が前記範囲を外れる場合に前記送風機の送風により前記大気開口通路を介して大気から前記排気通路に空気を供給する制御を行う請求項４に記載の排気浄化システム。
6. 排気の流れに関して前記選択的還元触媒装置よりも上流側の前記排気通路に配置されて排気に含有される微粒子状物質を捕集するフィルタ装置を備え、
   前記制御装置は、前記フィルタ装置を再生する場合に前記送風機の送風により前記大気開口通路を介して大気から前記排気通路に空気を供給する制御を行う請求項４または５に記載の排気浄化システム。
7. 前記制御装置は、前記内燃機関が搭載された車両がその内燃機関の運転が停止した状態で減速中である場合に前記送風機の送風により前記大気開口通路を介して前記排気通路から大気に排気を排出する制御を行う請求項４〜６のいずれか１項に記載の排気浄化システム。
8. 前記制御装置は、排気の流れに関して前記選択的還元触媒装置よりも下流の前記排気通路に配置された排気バルブが閉じて排気ブレーキが作動している場合に前記送風機の送風により前記大気開口通路を介して大気から前記排気通路に空気を供給する制御を行う請求項４〜７のいずれか１項に記載の排気浄化システム。
9. 前記制御装置は、前記送風機の送風により前記大気開口通路を介して前記排気通路から大気に排気を排出する制御を行う場合に、排気の流れに関して前記選択的還元触媒装置よりも下流側の前記排気通路から分岐して吸気通路に合流する還流流路を介して前記吸気通路に還流する排気の還流量に基づいて前記送風機の送風量を調節する制御を行う請求項４〜８のいずれか１項に記載の排気浄化システム。
10. 前記加熱装置が前記大気開口通路に配置される請求項１〜９のいずれか１項に記載の排気浄化システム。

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