特開 2024-154759 排ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024154759

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】排ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/30 20160101AFI20241024BHJP

   F02M 26/15 20160101ALI20241024BHJP

   F02M 26/29 20160101ALI20241024BHJP

   F02M 26/35 20160101ALI20241024BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20241024BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20241024BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20241024BHJP

   B01D 53/58 20060101ALI20241024BHJP

   B01D 53/78 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

F02M26/30

F02M26/15

F02M26/29

F02M26/35 Z

F01N3/08 Z

F01N3/20 B

B01D53/94 222

B01D53/58

B01D53/78

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023068785

(22)【出願日】2023-04-19

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100122770

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 和弘

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 昭宏

(72)【発明者】

【氏名】江本 元

(72)【発明者】

【氏名】福富 駿祐

(72)【発明者】

【氏名】丹 功

【テーマコード（参考）】

3G062

3G091

4D002

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G062BA04

3G062CA01

3G062CA08

3G062ED08

3G062ED09

3G062ED10

3G091AB09

3G091BA14

3G091BA20

3G091HB05

4D002AA13

4D002AC10

4D002BA02

4D002DA35

4D002EA05

4D148AA06

4D148AA13

4D148AB01

4D148AB02

4D148AB09

4D148CC32

4D148CD02

4D148DA01

4D148DA02

4D148DA20

4D148EA04

(57)【要約】

【課題】酸性の凝縮水による排ガス再循環装置の構成部品の腐食を防止でき、かつ、ＮＯｘ吸蔵触媒から発生するアンモニアの大気への放出を防止することが可能な排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】排ガス浄化装置１は、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２の下流側に配設され、排ガス中の水分から生成される凝縮水を捕集するとともに、該凝縮水にＮＯｘ吸蔵触媒２０２において発生するアンモニアを溶解させてアンモニア水を生成するアンモニア水生成部４５と、アンモニア水生成部４５とＥＧＲクーラ４３とを連通する第１配管４７１に介装され、生成されたアンモニア水をＥＧＲクーラ４３に供給する第１ポンプ４８１及び開閉バルブ４９とを備え、ＥＣＵ５０が、エンジン始動時に、第１ポンプ４８１を駆動するとともに開閉バルブ４９を開弁して、生成されたアンモニア水をＥＧＲクーラ４３に供給し、ＥＧＲクーラ４３の底部に貯留されている凝縮水に混入する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの排気系に配設され、リーン運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、所定の条件で空燃比が一時的にリッチ化されたときに、吸蔵しているＮＯｘをＮ_２に還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側において前記エンジンの排気系に接続され、前記エンジンの排気系と吸気系とを連通するＥＧＲ配管と、該ＥＧＲ配管に介装され、該ＥＧＲ配管を通して前記エンジンの吸気系に再循環される排ガスを冷媒との熱交換により冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラの下流側において前記ＥＧＲ配管に介装され、再循環される排ガスの量を調節するＥＧＲバルブと、を有し、前記エンジンから排出される排ガスの一部を前記エンジンの吸気系に再循環させる排ガス再循環装置と、
前記ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に配設され、排ガス中の水分から生成される凝縮水を捕集するとともに、該凝縮水に前記ＮＯｘ吸蔵触媒において発生するアンモニアを溶解させてアンモニア水を生成するアンモニア水生成部と、
前記アンモニア水生成部と前記ＥＧＲクーラとを連通する第１配管に介装され、前記アンモニア水生成部により生成されたアンモニア水を前記ＥＧＲクーラに供給する供給手段と、
前記エンジンの混合気の空燃比を制御するとともに、前記供給手段の駆動を制御するコントロールユニットと、を備え、
前記ＥＧＲクーラは、底部に凝縮水を貯留可能に構成されており、
前記コントロールユニットは、エンジン始動時に、前記供給手段を駆動して、前記アンモニア水生成部により生成されたアンモニア水を前記ＥＧＲクーラに供給し、前記ＥＧＲクーラの底部に貯留されている凝縮水に混入する
ことを特徴とする排ガス浄化装置。

【請求項2】

前記供給手段は、
前記第１配管に介装され、前記アンモニア水生成部により生成されたアンモニア水を昇圧して前記ＥＧＲクーラへ圧送する第１ポンプと、
前記第１ポンプの下流側において前記第１配管に介装され、前記第１配管を開閉する開閉バルブと、を有して構成されており、
前記コントロールユニットは、エンジン始動時に、前記第１ポンプを駆動するとともに、前記開閉バルブを開弁することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。

【請求項3】

前記アンモニア水生成部と、前記エンジンの排気系の前記アンモニア生成部との接続箇所よりも下流側とを連通する第２配管に介装され、前記アンモニア水生成部内を負圧にして排ガスを吸引する第２ポンプを備え、
前記コントロールユニットは、空燃比をリッチ化して前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する際に、前記第２ポンプを駆動して、前記ＮＯｘ吸蔵触媒において発生するアンモニアを、前記アンモニア水生成部内の凝縮水に通してアンモニア水を生成することを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化装置。

【請求項4】

前記コントロールユニットは、前記第１ポンプを駆動するとともに前記開閉バルブを開弁した後、アンモニア水を所定量供給した場合、又は、開弁後所定時間が経過した場合に、前記開閉バルブを閉弁するとともに、前記第１ポンプの駆動を停止することを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化装置。

【請求項5】

前記ＥＧＲクーラの内部には、再循環される排ガスを、アンモニア水が混入された凝縮水の中を通すように仕切り板が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の排ガス浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒と排ガス再循環装置とを備え、エンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、エンジンから排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減を図るために、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ（Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ）触媒）と、エンジンから排出された排ガスの一部を吸気通路（吸気系）に再循環させる排ガス再循環装置（ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置）とを備えたエンジンが開示されている。

【0003】

例えば、特許文献１の排ガス再循環装置は、エンジンの排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ配管と、該ＥＧＲ配管に設けられＥＧＲガスの供給量を制御するＥＧＲバルブと、ＥＧＲ配管の排気系とＥＧＲバルブとの間に設けられＥＧＲガスの圧力を検出するＥＧＲ圧力センサとを備え、吸気マニホールド内の圧力およびＥＧＲガスの圧力に基づいてＥＧＲバルブの前後の圧力差を算出し、該ＥＧＲバルブ前後の圧力差に基づき、目標とするＥＧＲガス量が流れるように、ＥＧＲバルブの開度を制御する。

【0004】

また、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ触媒）は、通常運転時（リーン運転時）にＮＯｘを吸蔵し、所定の条件が満足されたときに（所定のタイミングで）実行されるリッチパージ（すなわち、燃料噴射量の増大による空燃比の一時的なリッチ化）により、排ガス中の酸素（Ｏ_２）を減少させる一方、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等を増加させ、吸蔵したＮＯｘと反応させてＮ_２に還元する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２２－６７１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、エンジンの排ガス中には、ガソリン等の燃焼により生じた水分（水蒸気）が多く含まれており、排ガス中の水分（水蒸気）が凝縮して凝縮水が生成される。そして、その凝縮水に排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ２等）が溶解することで硝酸等の酸性の凝縮水が生成され、その酸性の凝縮水により、排ガス再循環装置の構成部品、例えば、ＥＧＲ圧力センサ（特に配線等の金属部分）やＥＧＲクーラ等が腐食することがある。

【0007】

また、ＮＯｘ吸蔵触媒では、リッチパージ時、すなわち、ＮＯｘをリッチガスで還元する際に、過還元により（副生成物として）アンモニアが生成される（発生する）。しかしながら、アンモニアは特有の刺激臭を持つ物質であることから、アンモニアの大気（外気）への放出（排出）は防止したいという要望がある。

【0008】

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、排ガス中の水分（水蒸気）が凝縮して生成される凝縮水に排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ２等）が溶解することで生成される硝酸等の酸性の凝縮水による排ガス再循環装置の構成部品（例えばＥＧＲ圧力センサやＥＧＲクーラ等）の腐食を防止でき、かつ、ＮＯｘ吸蔵触媒から発生するアンモニアの大気への放出を防止することが可能な排ガス浄化装置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】

【0009】

本発明の一態様に係る排ガス浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、リーン運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、所定の条件で空燃比が一時的にリッチ化されたときに、吸蔵しているＮＯｘをＮ_２に還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒の上流側においてエンジンの排気系に接続され、エンジンの排気系と吸気系とを連通するＥＧＲ配管、該ＥＧＲ配管に介装され、該ＥＧＲ配管を通してエンジンの吸気系に再循環される排ガスを冷媒との熱交換により冷却するＥＧＲクーラ、及び、ＥＧＲクーラの下流側においてＥＧＲ配管に介装され、再循環される排ガスの量を調節するＥＧＲバルブを有し、エンジンから排出される排ガスの一部をエンジンの吸気系に再循環させる排ガス再循環装置と、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に配設され、排ガス中の水分から生成される凝縮水を捕集するとともに、該凝縮水にＮＯｘ吸蔵触媒において発生するアンモニアを溶解させてアンモニア水を生成するアンモニア水生成部と、アンモニア水生成部とＥＧＲクーラとを連通する第１配管に介装され、アンモニア水生成部により生成されたアンモニア水をＥＧＲクーラに供給する供給手段と、エンジンの混合気の空燃比を制御するとともに、供給手段の駆動を制御するコントロールユニットとを備え、ＥＧＲクーラが、底部に凝縮水を貯留可能に構成されており、コントロールユニットが、エンジン始動時に、供給手段を駆動して、アンモニア水生成部により生成されたアンモニア水をＥＧＲクーラに供給し、ＥＧＲクーラの底部に貯留されている凝縮水に混入することを特徴とする。

【0010】

本発明の一態様に係る排ガス浄化装置によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に配設され、排ガス中の水分から生成される凝縮水を捕集するとともに、該凝縮水にＮＯｘ吸蔵触媒において発生するアンモニアを溶解させてアンモニア水を生成するアンモニア水生成部と、アンモニア水生成部とＥＧＲクーラとを連通する第１配管に介装され、アンモニア水生成部により生成されたアンモニア水をＥＧＲクーラに供給する供給手段とを備え、エンジン始動時に、供給手段が駆動されて、アンモニア水生成部により生成されたアンモニア水がＥＧＲクーラに供給され、ＥＧＲクーラの底部に貯留されている凝縮水に混入される。そのため、エンジン始動後、排ガスがＥＧＲクーラを通る際に、該排ガス中のＮＯｘが、アンモニア水が混入されたアルカリ性の凝縮水に溶解して中和されるため、ＥＧＲクーラから出て再循環される排ガスはＮＯｘが除去されている。よって、その下流に取り付けられたＥＧＲ圧力センサの腐食を防止できる。また、ＥＧＲクーラ内で凝縮水が硝酸等になることが防止されるので、ＥＧＲクーラの腐食も防止できる。また、ＮＯｘ吸蔵触媒で発生するアンモニアを凝縮水に溶解してアンモニア水として利用するため、外気に放出されるアンモニアを低減できる。

【発明の効果】

【0011】

その結果、本発明によれば、排ガス中の水分（水蒸気）が凝縮して生成される凝縮水に排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ２等）が溶解することで生成される硝酸等の酸性の凝縮水による排ガス再循環装置の構成部品（例えばＥＧＲ圧力センサやＥＧＲクーラ等）の腐食を防止でき、かつ、ＮＯｘ吸蔵触媒から発生するアンモニアの大気への放出を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係る排ガス浄化装置、及び、該排ガス浄化装置が適用されたエンジンの構成を示す図である。

【図2】実施形態に係る排ガス浄化装置の要部を模式的に示した図である。

【図3】実施形態に係る排ガス浄化装置を構成するＥＧＲクーラの内部を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、特に区別する必要がある場合を除いて、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0014】

まず、図１～図３を併せて用いて、実施形態に係る排ガス浄化装置１の構成について説明する。図１は、排ガス浄化装置１、及び、排ガス浄化装置１が適用されたエンジン１０の構成を示す図である。図２は、排ガス浄化装置１の要部を模式的に示した図である。また、図３は、排ガス浄化装置１を構成するＥＧＲクーラ４３の内部を模式的に示した図である。

【0015】

エンジン１０は、例えば水平対向型の４気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン１０は、シリンダ内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン１０では、エアクリーナ１６から吸入された空気が、吸気管１５に設けられた電子制御式スロットルバルブ（以下、単に「スロットルバルブ」ともいう）１３により絞られ、インテークマニホールド１１を通り、エンジン１０に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ１６から吸入された空気の量は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１３との間に配置されたエアフローメータ１４により検出される。また、インテークマニホールド１１を構成するコレクター部（サージタンク）の内部には、インテークマニホールド１１内の圧力（吸気マニホールド圧力）を検出するバキュームセンサ３０が配設されている。さらに、スロットルバルブ１３には、該スロットルバルブ１３の開度を検出するスロットル開度センサ３１が配設されている。

【0016】

シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート２２と排気ポート２３とが形成されている（図１では片バンクのみ示した）。各吸気ポート２２、排気ポート２３それぞれには、該吸気ポート２２、排気ポート２３を開閉する吸気バルブ２４、排気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２４を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、吸気バルブ２４のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２６が配設されている。この可変バルブタイミング機構２６により吸気バルブ２４の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

【0017】

同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランク軸１０ａに対する排気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更して、排気バルブ２５のバルブタイミング（開閉タイミング）を進遅角する可変バルブタイミング機構２７が配設されている。この可変バルブタイミング機構２７により排気バルブ２５の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。

【0018】

エンジン１０の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ１２が取り付けられている。インジェクタ１２は、高圧燃料ポンプ（図示省略）により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。

【0019】

また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ１７、及び該点火プラグ１７に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル２１が取り付けられている。エンジン１０の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ１２によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ１７により点火されて燃焼する。燃焼後の排ガスは排気管１８を通して排出される。

【0020】

排気管１８の集合部の下流かつ排気浄化触媒２０１の上流には、空燃比センサ１９が取り付けられている。空燃比センサ１９としては、排ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度に応じた信号（すなわち混合気の空燃比に応じた信号）を出力でき、空燃比をリニアに検出することができるリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）が用いられる。

【0021】

ＬＡＦセンサ１９の下流には排気浄化触媒２０１が配設されている。排気浄化触媒２０１は三元触媒であり、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行い、排ガス中のこれらのガス成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ_２）、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）及び窒素（Ｎ_２）に清浄化するものである。

【0022】

排気管１８の排気浄化触媒（三元触媒）２０１の下流側には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ触媒）２０２が配設されている。ＮＯｘ吸蔵触媒２０２は、リーン運転時に排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、所定の条件（所定のタイミング）で空燃比が一時的にリッチ化されたときに（すなわち、排ガス中の酸素（Ｏ_２）が減少する一方、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等が増加したときに）、吸蔵しているＮＯｘをＮ_２に還元する。

【0023】

排気管１８には、エンジン１０から排出された排ガスの一部を、エンジン１０のインテークマニホールド１１（吸気系）に再循環させる排ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ装置」という）４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、主として、ＥＧＲ配管４１と、ＥＧＲクーラ４３と、ＥＧＲバルブ４２とを備えて構成されている。

【0024】

ＥＧＲ配管４１は、排気浄化触媒（三元触媒）２０１及びＮＯｘ吸蔵触媒２０２の上流側において排気管１８に接続され、エンジン１０の排気管１８（排気系）とインテークマニホールド１１（吸気系）とを連通する。

【0025】

ＥＧＲクーラ４３は、ＥＧＲ配管４１に介装され、ＥＧＲ配管４１を通してエンジン１０の吸気系に再循環される排ガス（ＥＧＲガス）を冷媒との熱交換により冷却する。なお、ＥＧＲクーラ４３の冷媒には、例えばエンジン冷却水（クーラント）が用いられる。

【0026】

ＥＧＲクーラ４３は、例えば、略有底円筒状又は略有底角筒状に形成されており、その底部に、例えばエンジン停止中に生成される凝縮水を貯留可能に構成されている。また、ＥＧＲクーラ４３の内部には、再循環される排ガス（ＥＧＲガス）を、アンモニア水が混入された凝縮水の中を通す（バブリングする）ように仕切り板４３ａが設けられている。より具体的には、ＥＧＲクーラ４３の内部には、例えば、ＥＧＲクーラ４３の入口の上側から底面方向（下側）に向けて傾斜した仕切り板４３ａが設けられている。仕切り板４３ａは、その先端が、貯留される凝縮水の中に浸かるように（すなわち、凝縮水の液面よりも下になるように）設定される。なお、より少ない凝縮水（アンモニア水）でＥＧＲガスをバブリングできるようにするため、ＥＧＲクーラ４３の底部をすり鉢状とすることが好ましい。

【0027】

ＥＧＲバルブ４２は、ＥＧＲクーラ４３の下流側において、ＥＧＲ配管４１に介装され、再循環される排ガスの量（ＥＧＲガスの流量）を調節する。ＥＧＲバルブ４２は、後述する電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）５０によって開度（ＥＧＲＳＴＰ）が制御される。

【0028】

ＥＧＲクーラ４３の下流側には、ＥＧＲクーラ４３により冷却された後、ＥＧＲ配管４１を通してエンジン１０の吸気系に再循環される排ガス（ＥＧＲガス）の圧力を検出するＥＧＲ圧力センサ４４が取り付けられている。ＥＧＲ圧力センサ４４は、後述するＥＣＵ５０に接続されており、再循環される排ガス（ＥＧＲガス）の圧力に応じた電気信号（例えば電圧値）がＥＣＵ５０で読み込まれる。

【0029】

一方、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２の下流側には、アンモニア水生成部４５が配設されている。アンモニア水生成部４５は、排気管１８の鉛直下方（下側）に配設される。ここで、凝縮水を効率よく集めるため、排気管１８のアンモニア水生成部４５との接続箇所は、鉛直下方（下側）に凸状（すなわち谷状）に折曲又は湾曲していることが好ましい。

【0030】

アンモニア水生成部４５は、排ガス中の水分（水蒸気）から生成される凝縮水を捕集するとともに、該凝縮水にＮＯｘ吸蔵触媒２０２において発生する（すなわち、空燃比がリッチ化されているときに過還元により発生する）アンモニアを溶解させてアンモニア水を生成する。そのため、アンモニア水生成部４５は、一端が排気管１８と接続され、他端が鉛直下方に伸びるパイプ部４５ａと、該パイプ部４５ａを覆い、凝縮水を捕集する（一時的に貯留する）有底円筒状又は有底角筒状のタンク部４５ｂとを有して構成されている。なお、パイプ部４５ａは、その他端（先端）が、捕集された凝縮水の中に浸かるように設定される。

【0031】

アンモニア水生成部４５の下部と、アンモニア水を貯留するアンモニア水貯留タンク４６と、ＥＧＲクーラ４３の下部とは、第１配管４７１により連通されている。第１配管４７１（アンモニア水生成部４５とアンモニア水貯留タンク４６との間）には、アンモニア水生成部４５により生成されたアンモニア水を、アンモニア水貯留タンク４６を介してＥＧＲクーラ４３に供給する（送る）第１ポンプ４８１が介装されている。また、アンモニア水貯留タンク４６とＥＧＲクーラ４３（下部）との間には開閉バルブ４９が介装されている。なお、アンモニア水生成部４５でアンモニア水を貯留できる場合には、アンモニア水貯留タンク４６を省略してもよい。

【0032】

第１ポンプ４８１は、第１配管４７１に介装され、アンモニア水生成部４５により生成されたアンモニア水を昇圧してアンモニア水貯留タンク４６（ＥＧＲクーラ４３）へ圧送する。開閉バルブ４９は、第１ポンプ４８１の下流側（アンモニア水貯留タンク４６とＥＧＲクーラ４３との間）において第１配管４７１に介装され、第１配管４７１を開閉する。なお、第１ポンプ４８１としては、電動式のポンプが好適に用いられる。また、開閉バルブ４９には電磁式のオン、オフ弁が好適に用いられる。第１ポンプ４８１及び開閉バルブ４９は、ＥＣＵ５０によって駆動が制御される。

【0033】

一方、アンモニア水生成部４５の上部空間と、排気管１８（アンモニア水生成部４５との接続箇所よりも下流側）とは、第２配管４７２により連通されている。第２配管４７２には、アンモニア水生成部４５の上部空間内を負圧にして排ガスを吸引する第２ポンプ４８２が介装されている。なお、第２ポンプ４８２としては、電動式のポンプが好適に用いられる。第２ポンプ４８２はＥＣＵ５０によって駆動が制御される。

【0034】

上述したエアフローメータ１４、ＬＡＦセンサ１９、バキュームセンサ３０、スロットル開度センサ３１、ＥＧＲ圧力センサ４４に加え、エンジン１０のカム軸近傍には、エンジン１０の気筒判別を行うためのカム角センサ３２が取り付けられている。また、エンジン１０のクランク軸１０ａ近傍には、クランク軸１０ａの回転位置を検出するクランク角センサ３３が取り付けられている。ここで、クランク軸１０ａの端部には、例えば、２歯欠歯した３４歯の突起が１０°間隔で形成されたタイミングロータ３３ａが取り付けられており、クランク角センサ３３は、タイミングロータ３３ａの突起の有無を検出することにより、クランク軸１０ａの回転位置を検出する。カム角センサ３２及びクランク角センサ３３としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。

【0035】

これらのセンサは、ＥＣＵ５０に接続されている。さらに、ＥＣＵ５０には、エンジン１０の冷却水の温度を検出する水温センサ３４、潤滑油の温度を検出する油温センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ３６、及び、車両の速度を検出する車速センサ３７等の各種センサも接続されている。

【0036】

ＥＣＵ５０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＥＥＰＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、バッテリ等によってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び、入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。また、ＥＣＵ５０は、インジェクタ１２を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ１３を開閉する電動モータ１３ａを駆動するモータドライバ等を備えている。さらに、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲバルブ４２のステッピングモータを駆動するドライバ回路等も備えている。

【0037】

ＥＣＵ５０では、カム角センサ３２の出力から気筒が判別され、クランク角センサ３３の出力から回転角速度およびエンジン回転数が求められる。また、ＥＣＵ５０では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、混合気の空燃比、吸気管負圧、アクセルペダル開度、ＥＧＲガスの圧力、及び、エンジン１０の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ＥＣＵ５０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量（リッチパージを含む混合気の空燃比）や点火時期、及び、スロットルバルブ１３やＥＧＲバルブ４２等の各種デバイスを制御することによりエンジン１０を総合的に制御する。

【0038】

なお、ここで、ＥＣＵ５０は、所定の条件が成立したときに（所定のタイミングで）空燃比を一時的にリッチ化して（リッチパージを実行して）、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２に吸蔵されているＮＯｘをＮ_２に還元する。また、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ圧力センサ４４により検出されたＥＧＲガスの圧力に基づいて（より詳細にはＥＧＲガスの圧力と吸気マニホールド内の圧力との差圧に応じて）、ＥＧＲバルブ４２の開度を制御し、エンジン１０の吸気系に再循環させる排ガスの量を調節する。

【0039】

特に、ＥＣＵ５０を含む排ガス浄化装置１は、排ガス中の水分（水蒸気）が凝縮して生成される凝縮水に排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ２等）が溶解することで生成される硝酸等の酸性の凝縮水によるＥＧＲ装置４０の構成部品（例えばＥＧＲ圧力センサ４４やＥＧＲクーラ４３等）の腐食を防止するとともに、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２から発生するアンモニアの大気への放出を防止する機能を有している。ＥＣＵ５０では、ＥＥＰＲＯＭ等に記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、当該機能が実現される。ＥＣＵ５０は、特許請求の範囲に記載のコントロールユニットとして機能する。なお、ＥＧＲ配管４１が排気浄化触媒（三元触媒）２０１及びＮＯｘ吸蔵触媒２０２の上流側に接続されていると、再循環される排ガスに含まれるＮＯｘが多く、ＥＧＲ圧力センサ４４やＥＧＲクーラ４３等が腐食されやすい。

【0040】

上述した機能を実現するため、ＥＣＵ５０は、第１ポンプ４８１並びに開閉バルブ４９、及び、第２ポンプ４８２の駆動を制御する。

【0041】

より具体的には、ＥＣＵ５０は、空燃比をリッチ化してＮＯｘ吸蔵触媒２０２に吸蔵されているＮＯｘを還元する際（すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２でアンモニアが発生するリッチパージ時）に、第２ポンプ４８２を駆動して排ガスを一部バイパスし、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２において発生するアンモニアを、アンモニア水生成部４５内の凝縮水に通して（バブリングして）アンモニア水を生成する。すなわち、凝縮水をアルカリ性のアンモニア水に変える。なお、ＥＣＵ５０は、リッチパージ時以外（すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２からアンモニアが発生しないとき）には、第２ポンプ４８２の駆動を停止する。

【0042】

また、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時に、第１ポンプ４８１を駆動するとともに、開閉バルブ４９を開弁する。

【0043】

すなわち、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時に、第１ポンプ４８１を駆動するとともに開閉バルブ４９を開弁して、アンモニア水生成部４５により生成されたアンモニア水をＥＧＲクーラ４３に供給し、ＥＧＲクーラ４３の底部に貯留されている凝縮水に混入する。

【0044】

なお、ＥＣＵ５０は、第１ポンプ４８１を駆動するとともに開閉バルブ４９を開弁した後、アンモニア水を所定量供給し終えた場合、又は、開弁後所定時間が経過した場合に、開閉バルブ４９を閉弁するとともに、第１ポンプ４８１の駆動を停止する。

【0045】

次に、上述したように構成される排ガス浄化装置１の動作について説明する。
（１）まず、エンジン運転時又は停止時に、排気管１８の谷間部分に生じた（集まった）凝縮水が自重によって流れ、アンモニア水生成部４５で捕集（一時的に貯留）される。

【0046】

（２）次に、リッチパージ実行時に、第２ポンプ４８２が駆動されて、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２から発生したアンモニアを含む排ガスの一部が、アンモニア水生成部４５内に貯留されている凝縮水に通され（バブリングされ）、効率よくアンモニア水が生成される。

【0047】

（３）その後、第１ポンプ４８１が駆動され、アンモニア水生成部４５において生成されたアンモニア水が、アンモニア水貯留タンク４６に圧送される。

【0048】

（４）一方、例えばエンジン停止中に、ＥＧＲクーラ４３内で凝縮水が発生し、自重で滴下して、ＥＧＲクーラ４３の底部に貯留される。

【0049】

（５）次に、エンジン始動のタイミングで、第１ポンプ４８１が駆動され、アンモニア水貯留タンク４６内のアンモニア水が加圧状態にされる。

【0050】

（６）そして、エンジン始動時に、開閉バルブ４９が開弁され、アンモニア水貯留タンク４６内のアンモニア水がＥＧＲクーラ４３内に注入される。すなわち、ＥＧＲクーラ４３に貯留されている凝縮水にアンモニア水が混入される。なお、開閉バルブ４９は、アンモニア水が所定量注入された場合、又は、開弁後所定時間が経過した場合に閉じられる。

【0051】

（７）その後、ＥＧＲクーラ４３内を通って再循環される排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ_２）やＳＯｘ等が、アンモニア水が混入されたアルカリ性の凝縮水に溶け、排ガスが浄化される。すなわち、アンモニア水が混入されたアルカリ性の凝縮水にすることで、硝酸等が中和される。そのため、ＥＧＲクーラ４３内の腐食も抑制される。

【0052】

（８）さらに、その後、エンジン１０が高回転になり排ガスの温度が上昇すると、ＥＧＲクーラ４３内の凝縮水が気化し、再び上記（１）の状態へ戻る。

【0053】

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２の下流側に配設され、排ガス中の水分（水蒸気）から生成される凝縮水を捕集するとともに、該凝縮水にＮＯｘ吸蔵触媒２０２において発生するアンモニアを溶解させてアンモニア水を生成するアンモニア水生成部４５と、第１配管４７１に介装され、生成されたアンモニア水をＥＧＲクーラ４３に供給する第１ポンプ４８１及び開閉バルブ４９とを備え、エンジン始動時に、第１ポンプ４８１が駆動されるとともに開閉バルブ４９が開弁されて、アンモニア水生成部４５により生成されたアンモニア水がＥＧＲクーラ４３に供給され、ＥＧＲクーラ４３の底部に貯留されている凝縮水に混入される。そのため、エンジン始動後、排ガスがＥＧＲクーラ４３を通る際に、排ガス中のＮＯｘが、アンモニア水が混入されたアルカリ性の凝縮水に溶解して中和されるため、ＥＧＲクーラ４３から出て再循環される排ガスはＮＯｘが除去されている。よって、その下流に取り付けられているＥＧＲ圧力センサ４４の腐食を防止できる。また、ＥＧＲクーラ４３内で凝縮水が硝酸等になることが防止されるので、ＥＧＲクーラ４３の腐食も防止できる。また、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２で発生するアンモニアを凝縮水に溶解してアンモニア水として利用するため、外気に放出されるアンモニアを低減できる（アンモニアの放出を抑制できる）。

【0054】

その結果、本実施形態によれば、排ガス中の水分（水蒸気）が凝縮して生成される凝縮水に排ガス中のＮＯｘ（ＮＯ２等）が溶解することで生成される硝酸等の酸性の凝縮水によるＥＧＲ装置４０の構成部品（例えばＥＧＲ圧力センサ４４やＥＧＲクーラ４３等）の腐食を防止でき、かつ、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２から発生するアンモニアの大気への放出を防止することが可能となる。

【0055】

本実施形態によれば、第１配管４７１に介装され、アンモニア水生成部４５により生成されアンモニア水貯留タンク４６に貯留されているアンモニア水を昇圧してＥＧＲクーラ４３へ圧送する第１ポンプ４８１と、第１ポンプ４８１の下流側（ＥＧＲクーラ４３との間）において第１配管４７１に介装され、第１配管４７１を開閉する開閉バルブ４９とを有し、エンジン始動時に、第１ポンプ４８１が駆動されるとともに、開閉バルブ４９が開弁される。そのため、アンモニア水生成部４５において生成されアンモニア水貯留タンク４６に貯留されているアンモニア水を、エンジン始動時に、ＥＧＲクーラ４３に適確に供給することができる。よって、特に、エンジン始動時のＮＯｘを低減することができる。

【0056】

本実施形態によれば、アンモニア水生成部４５の上部空間と排気管１８（アンモニア水生成部４５との接続箇所よりも下流側）とを連通する第２配管４７２に介装され、アンモニア水生成部４５の上部空間内を負圧にして排ガスを吸引する第２ポンプ４８２を備え、空燃比がリッチ化されてＮＯｘ吸蔵触媒２０２に吸蔵されているＮＯｘが還元される際（ＮＯｘ吸蔵触媒２０２でアンモニアが発生するリッチパージ時）に、第２ポンプ４８２が駆動されて、排ガスの一部がバイパスされ、ＮＯｘ吸蔵触媒２０２において発生したアンモニアが、アンモニア水生成部４５内の凝縮水に通されて（バブリングされて）アンモニア水が生成される（すなわち、凝縮水がアンモニア水に変えられる）。よって、リッチパージ時に、排ガスの一部をアンモニア水生成部４５から第２配管４７２を通してバイパスさせること、すなわち、排ガスをアンモニア水生成部４５内の凝縮水の中を通すことができ、排ガス中のアンモニアを効率よく凝縮水に溶解させることができる。すなわち、効率よくアンモニア水を生成することができる。

【0057】

本実施形態によれば、第１ポンプ４８１が駆動されるとともに開閉バルブ４９が開弁された後、アンモニア水が所定量供給された場合、又は、開弁後所定時間が経過した場合に、開閉バルブ４９が閉弁されるとともに、第１ポンプ４８１の駆動が停止される。そのため、第１ポンプ４８１及び開閉バルブ４９の駆動を適切に停止することができる（すなわち、不必要な駆動を防止することができる）。

【0058】

本実施形態によれば、ＥＧＲクーラ４３の内部に、再循環される排ガス（ＥＧＲガス）を、アンモニア水が混入された凝縮水の中を通す（バブリングする）ように仕切り板４３ａが設けられている。そのため、再循環される排ガス（ＥＧＲガス）をアンモニア水（アルカリ性の凝縮水）の中へ導き、該アンモニア水の中を通すことで、効率よくＮＯｘを溶解させて中和することができる。

【0059】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、アンモニア水生成部４５やＥＧＲクーラ４３の内部構造（凝縮水にＥＧＲガスを通す構造）は、上記実施形態には限られない。

【0060】

また、上記実施形態では、本発明を、ガソリンエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、ＮＯｘ吸蔵触媒を備えているエンジンであれば、例えば、ディーゼルエンジンや水素エンジンにも適用することができる。さらに、ターボチャージャ等の過給機を備えるエンジンや、ＨＥＶ（ハイブリッド車）等のエンジンにも適用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１ 排ガス浄化装置
１０ エンジン
２０１ 排気浄化触媒（三元触媒）
２０２ ＮＯｘ吸蔵触媒（ＬＮＴ触媒）
４０ 排ガス再循環装置
４１ ＥＧＲ配管
４２ ＥＧＲバルブ
４３ ＥＧＲクーラ
４３ａ 仕切り板
４４ ＥＧＲ圧力センサ
４５ アンモニア水生成部
４５ａ パイプ部
４５ｂ タンク部
４６ アンモニア水貯留タンク
４７１ 第１配管
４７２ 第２配管
４８１ 第１ポンプ
４８２ 第２ポンプ
４９ 開閉バルブ
５０ ＥＣＵ

【図1】

【図2】

【図3】