特許 7571838 浄化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】浄化システム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20241016BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 B

F01N3/28 301F

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023138211

(22)【出願日】2023-08-28

【審査請求日】2023-08-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(74)【代理人】

【識別番号】100167793

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 学

(72)【発明者】

【氏名】藤井 謙治

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２９２９６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１２７７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２４６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０９４４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００４－５１１７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２４６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２４６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２４５５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｆ０１Ｎ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの排気が通る排気管路と、
前記排気管路に設けられて、前記排気に含まれる粒子状物質を捕集する第１浄化装置と、
前記排気管路において前記第１浄化装置と前記エンジンとの間に設けられ前記排気に含まれる窒素酸化物を浄化する第２浄化装置と、
前記排気管路における前記第１浄化装置の下流に設けられ、前記排気に含まれる窒素酸化物を浄化する第３浄化装置と、
前記排気管路における前記第１浄化装置と前記第２浄化装置との間から、前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に前記排気を還流する還流管路と、
前記第２浄化装置を通過した前記排気を、前記還流管路を通して前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に還流するか否かを切り替える制御弁を制御する弁制御部と、
を有し、
前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態の場合に、前記第２浄化装置を通過した前記排気を前記第２浄化装置の上流に還流させるように前記制御弁を制御する浄化システム。

【請求項2】

前記第２浄化装置の下流から還流された排気及び前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給するか、前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給せずに前記還流管路に供給するかを切り替える切替弁と、を有し、
前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が活性状態の場合に、前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給せずに前記還流管路に供給するように前記切替弁を制御する、
請求項１に記載の浄化システム。

【請求項3】

前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態であり、かつ前記第２浄化装置に貯蔵されているアンモニアが前記第２浄化装置から排出されるリスクが所定値以上の場合、前記第２浄化装置を通過した排気の一部を前記第２浄化装置の上流に還流するように前記制御弁及び前記切替弁を制御する、
請求項２に記載の浄化システム。

【請求項4】

前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態であり、前記リスクが前記所定値未満の場合、前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給するように前記切替弁を制御し、前記第２浄化装置を通過した排気を前記還流管路に供給せずに前記第１浄化装置に供給するように前記制御弁を制御する、
請求項３に記載の浄化システム。

【請求項5】

前記還流管路に設けられて、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態の場合に動作して、前記第２浄化装置を通過した前記排気の一部を前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に還流するポンプを有する、
請求項２から４のいずれか一項に記載の浄化システム。

【請求項6】

前記還流管路を流れる排気が前記ポンプを迂回するように設けられた迂回管路と、
前記エンジンから排出されて前記第２浄化装置に至る前の排気を、前記迂回管路を通して前記第２浄化装置の下流に供給するか否かを切り替える迂回弁と、を有し、
前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が活性状態である場合、前記エンジンから排出されて前記第２浄化装置に至る前の排気を、前記ポンプを迂回する前記迂回管路を通過して前記第２浄化装置の下流に供給するように前記迂回弁を制御する、
請求項５に記載の浄化システム。

【請求項7】

前記ポンプは、
前記排気を送り出す向きを変更可能な回転容積型ポンプであり、
前記第３浄化装置の触媒が不活性状態の場合に前記第２浄化装置を通過した排気の一部を還流し、
前記第３浄化装置の触媒が活性状態の場合に前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置の下流に供給する、
請求項５に記載の浄化システム。

【請求項8】

前記還流管路に設けられて、前記第２浄化装置を通過した排気の一部を前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に還流するポンプと、
前記第２浄化装置に至る前の排気が前記第２浄化装置を迂回するように、前記排気管路に設けられたバイパス管路と、
前記エンジンから排出された排気を前記バイパス管路に供給するかを切り替える調節弁と、を有する、
請求項１に記載の浄化システム。

【請求項9】

前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が前不活性状態の場合に前記排気管路において前記第２浄化装置の下流から前記第２浄化装置の上流に排気が還流するように前記調節弁及び前記制御弁を制御し、前記第３浄化装置の触媒が活性状態の場合に前記エンジンから排出された排気が前記バイパス管路を流れることで前記第２浄化装置を迂回して前記第１浄化装置に供給されるように前記調節弁及び前記制御弁を制御する、
請求項８に記載の浄化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの排気を浄化する浄化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの排気を浄化する浄化装置が知られている。特許文献１には、アンモニアの前駆体である尿素を排気通路内に噴射供給し、尿素が加水分解することで生成されたアンモニアを還元剤として窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択的に還元する選択還元触媒（ＳＣＲ；Selective Catalytic Reduction）を有する浄化装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－２８６０９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、アンモニアは、浄化装置の触媒に吸着するので通常浄化装置から排出されない。しかし、アンモニアは、排気の温度が上昇すると触媒から脱離して浄化装置から排出されて大気へ放出されてしまうことがある。アンモニアは環境汚染物質であるため、アンモニアの大気への排出を抑制する技術が望まれていた。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、アンモニアの排出を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様においては、エンジンの排気が通る排気管路と、前記排気管路に設けられて、前記排気に含まれる粒子状物質を捕集する第１浄化装置と、前記排気管路において前記第１浄化装置と前記エンジンとの間に設けられ前記排気に含まれる窒素酸化物を浄化する第２浄化装置と、前記排気管路における前記第１浄化装置と前記第２浄化装置との間から、前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に前記排気を還流する還流管路と、を有する浄化システムを提供する。

【0007】

前記浄化システムは、前記排気管路における前記第１浄化装置の下流に設けられ、前記排気に含まれる窒素酸化物を浄化する前記第３浄化装置と、前記第２浄化装置を通過した前記排気を、前記還流管路を通して前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に還流するか否かを切り替える制御弁を制御する弁制御部と、を有し、前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態の場合に、前記第２浄化装置を通過した前記排気を前記第２浄化装置の上流に還流させるように前記制御弁を制御してもよい。

【0008】

前記浄化システムは、前記第２浄化装置の下流から還流された排気及び前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給するか、前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給せずに前記還流管路に供給するかを切り替える切替弁と、を有し、前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が活性状態の場合に、前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給せずに前記還流管路に供給するように前記切替弁を制御してもよい。

【0009】

前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態であり、かつ前記第２浄化装置に貯蔵されているアンモニアが前記第２浄化装置から排出されるリスクが所定値以上の場合、前記第２浄化装置を通過した排気の一部を前記第２浄化装置の上流に還流するように前記制御弁及び前記切替弁を制御してもよい。

【0010】

前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態であり、前記リスクが前記所定値未満の場合、前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置に供給するように前記切替弁を制御し、前記第２浄化装置を通過した排気を前記還流管路に供給せずに前記第１浄化装置に供給するように前記制御弁を制御してもよい。

【0011】

前記浄化システムは、前記還流管路に設けられて、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態の場合に動作して、前記第２浄化装置を通過した前記排気の一部を前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に還流するポンプを有してもよい。

【0012】

前記浄化システムは、前記還流管路を流れる排気が前記ポンプを迂回するように設けられた迂回管路と、前記エンジンから排出されて前記第２浄化装置に至る前の排気を、前記迂回管路を通して前記第２浄化装置の下流に供給するか否かを切り替える迂回弁と、を有し、前記弁制御部は、前記第３浄化装置の触媒が活性状態である場合、前記エンジンから排出されて前記第２浄化装置に至る前の排気を、前記ポンプを迂回する前記迂回管路を通過して前記第２浄化装置の下流に供給するように前記迂回弁を制御してもよい。

【0013】

前記ポンプは、前記排気を送り出す向きを変更可能な回転容積型ポンプであり、前記第３浄化装置の触媒が不活性状態の場合に前記第２浄化装置を通過した排気の一部を還流し、前記第３浄化装置の触媒が活性状態の場合に前記エンジンから排出された排気を前記第２浄化装置の下流に供給してもよい。

【0014】

前記浄化システムは、前記排気管路における前記第１浄化装置の下流に設けられ、前記排気に含まれる窒素酸化物を浄化する第３浄化装置と、前記還流管路に設けられて、前記第２浄化装置を通過した排気の一部を前記排気管路における前記第２浄化装置の上流に還流するポンプと、前記第２浄化装置に至る前の排気が前記第２浄化装置を迂回するように、前記排気管路に設けられたバイパス管路と、前記エンジンから排出された排気を前記バイパス管路に供給するかを切り替える調節弁と、を有してもよい。

【0015】

前記浄化システムは、前記第３浄化装置の触媒が前不活性状態の場合に前記排気管路において前記第２浄化装置の下流から前記第２浄化装置の上流に排気が還流するように前記調節弁及び前記制御弁を制御し、前記第３浄化装置の触媒が活性状態の場合に前記エンジンから排出された排気が前記バイパス管路を流れることで前記第２浄化装置を迂回して前記第１浄化装置に供給されるように前記調節弁及び前記制御弁を制御する弁制御部を有してもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、アンモニアの排出を抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】浄化システムの構成を説明するための図である。

【図2】スリップリスクを説明するための図である。

【図3】排気を還流させる場合の排気の流れを説明するための図である。

【図4】排気を通過させる場合の排気の流れを説明するための図である。

【図5】排気を迂回させる場合の排気の流れを説明するための図である。

【図6】排気の流れを制御する処理の一例を示すフローチャートである。

【図7】第２実施の形態に係る浄化システムを説明するための図である。

【図8】第３実施の形態に係る浄化システムを説明するための図である。

【図9】第４実施の形態に係る浄化システムを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［浄化システムＳの構成］
図１は、浄化システムＳの構成を説明するための図である。浄化システムＳは、エンジン１１と、排気管路１２と、第１浄化装置２１と、第２浄化装置２２と、還流管路３１と、制御弁４１と、切替弁４２とを有する。

【0019】

エンジン１１は、燃料と吸気（空気）との混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。エンジン１１は、例えば自動車や船舶に搭載されたディーゼルエンジンである。

【0020】

排気管路１２は、エンジン１１から排出された排気が通る排気管である。排気管路１２は、エンジン１１から排出された排気を外部に排出する。

【0021】

排気管路１２には、エンジン１１から近い順に、第２浄化装置２２、第１浄化装置２１及び第３浄化装置２３が設けられている。言い換えると、第２浄化装置２２は、排気管路１２において第１浄化装置２１とエンジン１１との間に設けられている。第３浄化装置２３は、排気管路１２における第１浄化装置２１の下流に設けられている。

【0022】

第１浄化装置２１は、排気に含まれる粒子状物質を捕集する。第１浄化装置２１は、粒子状物質を捕集するフィルター（ディーゼル微粒子捕集フィルター）を有する。第１浄化装置２１は、ディーゼル・パティキュレート・ディフューザー（Diesel Particulate Diffuser；ＤＰＤ）とも言う。

【0023】

第１噴射部２２１は、排気管路１２においてエンジン１１と第２浄化装置２２の間に設けられている。具体的には、第１噴射部２２１は、排気管路１２において第２浄化装置２２の直前に設けられている。第１噴射部２２１が尿素水を噴射することにより、排気管路１２において第２浄化装置２２に尿素水を供給する。具体的には、第１噴射部２２１は、排気管路１２おいて第２浄化装置２２の直前に尿素水を噴射する。

【0024】

第２浄化装置２２は、排気に含まれる窒素酸化物を浄化する触媒を有する。第２浄化装置２２の第２触媒２２２は、排気に含まれる窒素酸化物とアンモニアを反応させる選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction；ＳＣＲ）である。第２触媒２２２は、第１噴射部２２１から噴射された尿素水が排気の熱で加水分解することで生成されたアンモニアを触媒の表面に吸着させることで貯蔵している。第２触媒２２２は、活性温度以上の場合に貯蔵しているアンモニアと窒素酸化物を反応させて浄化する活性状態になり、活性温度未満の場合には窒素酸化物とアンモニアを反応させることができない不活性状態になる。

【0025】

第２噴射部２３１は、排気管路１２において第１浄化装置２１と第３浄化装置２３の間に設けられている。第２噴射部２３１は、排気管路１２において第１浄化装置２１と第３浄化装置２３の間に尿素水を噴射する。

【0026】

第３浄化装置２３は、第２浄化装置２２と同様に、排気に含まれる窒素酸化物を浄化する選択還元触媒（ＳＣＲ）を有する。第３浄化装置２３の第３触媒２３２は、第２触媒２２２と同様に、活性温度以上の場合に活性状態になり、活性温度未満の場合に不活性状態になる。第３浄化装置２３は、触媒が活性状態であるか、不活性状態であるかを示す状態情報を弁制御装置７に通知する。例えば、第３浄化装置２３は、第３触媒２３２の温度を検知する温度センサを有し、第３触媒２３２の温度が活性温度以上の場合に活性状態を示す状態情報を、触媒の温度が活性温度未満の場合に不活性状態を示す状態情報を弁制御装置７に通知する。活性温度は、アンモニアと窒素酸化物が触媒で反応する温度であり、例えば摂氏２００度であるが、これに限定するものではない。なお、第３浄化装置２３は、触媒の温度を状態情報として弁制御装置７に通知してもよい。

【0027】

上記のとおり、第１実施の形態の浄化システムＳの第３浄化装置２３は、第１浄化装置２１の下流に設けられている。第３浄化装置２３に至る排気の温度は、排気が第１浄化装置２１を通過する際に第１浄化装置２１と排気の間で熱交換が起こるために低下する。これにより、第３浄化装置２３には温度の低下した排気が到達するので、第３触媒２３２は昇温しにくい。例えば、エンジン１１が長期間停止した後に始動する場合（以下「冷間始動時」と言う。）、第１浄化装置２１が昇温しないと第３浄化装置２３に到達する排気の温度が高くならないので、第３触媒２３２の温度は上昇しない。そのため、第３触媒２３２は活性状態にならず、第３浄化装置２３は排気中の窒素酸化物を浄化できない。

【0028】

エンジン１１の冷間始動時であっても窒素酸化物を浄化するために、第１実施の形態の浄化システムＳは、エンジン１１と第１浄化装置２１の間に第２浄化装置２２を有している。第２浄化装置２２は、第１浄化装置２１よりもエンジン１１に近い位置に設けられているので、エンジン１１から排出された排気は、他の装置を通過する前に第２浄化装置２２を通過する。そのため、第２浄化装置２２には温度が低下していない排気が到達するので、第２触媒２２２は、第３触媒２３２が活性状態になるよりも短い時間で昇温し、活性状態になる。これにより、浄化システムＳは、冷間始動時でも窒素酸化物を浄化することが可能になる。

【0029】

ところで、第２触媒２２２に吸着して貯蔵されているアンモニアは、第２触媒２２２の温度が高いほど脱離しやすくなる。言い換えると、第２触媒２２２が貯蔵可能なアンモニアの最大貯蔵量は、触媒の温度が高くなるほど小さくなる。そのため、第２触媒２２２の温度が上昇することで小さくなった最大貯蔵量よりも、触媒に吸着しているアンモニアの量が大きくなると、最大貯蔵量を超えた分のアンモニアが脱離して第２浄化装置２２から排出されてしまう。そこで、浄化システムＳは、第２浄化装置２２から排出されたアンモニアが、排気管路１２から外部に排出されないように、第２浄化装置２２を通過した排気を第２浄化装置２２の上流に還流する還流管路３１を有する。

【0030】

還流管路３１は、第２浄化装置２２を通過した排気を第２浄化装置２２の上流に還流する。具体的には、還流管路３１は、排気管路１２における第１浄化装置２１と第２浄化装置２２の間から、排気管路１２におけるエンジン１１と第２浄化装置２２の間に、第２浄化装置２２を通過した排気を還流する。なお、還流管路３１は、第２浄化装置２２を通過した排気を第２浄化装置２２の上流に還流するだけでなく、エンジン１１から排出された排気に第２浄化装置２２を迂回させることができる。具体的には、還流管路３１は、第２浄化装置２２に至る前の排気に第２浄化装置２２を迂回させて、排気管路１２における第２浄化装置２２の下流に排気を供給する。

【0031】

制御弁４１は、還流管路３１が排気管路１２から分岐する分岐点４１１に設けられている。制御弁４１は、第２浄化装置２２を通過した排気を還流するか否かを切り替える。具体的には、制御弁４１は、還流管路３１を通して排気管路１２における第２浄化装置２２の上流に第２浄化装置２２を通過した排気の一部を還流するか、第２浄化装置２２を通過した排気の全部を第１浄化装置２１に供給するかを切り替える。

【0032】

切替弁４２は、制御弁４１が排気管路１２に接続する接続点４２１に設けられている。切替弁４２は、エンジン１１から排出された排気の供給先を切り替える。具体的には、切替弁４２は、エンジン１１から排出された排気を第２浄化装置２２に供給するか、エンジン１１から排出された排気を第２浄化装置２２に供給せずに還流管路３１に供給するかを切り替える。より具体的には、切替弁４２は、エンジン１１から排出された排気及び第２浄化装置２２の下流から還流された排気を第２浄化装置２２に供給するか、エンジン１１から排出された排気を還流管路３１に供給するかを切り替える。

【0033】

浄化システムＳの弁制御装置７は、制御弁４１及び切替弁４２を制御して、第２浄化装置２２を通過した排気の一部を還流管路３１に供給し、還流管路３１を通過して還流された排気を第２浄化装置２２に供給する。このようにすることで、弁制御装置７は、第２浄化装置２２からアンモニアを含む排気が排出されたとしても、アンモニアを含む排気を、再び第２浄化装置２２に供給することが可能になる。そして、第２浄化装置２２に供給されたアンモニアは、第２浄化装置２２を通過する排気に含まれる窒素酸化物と触媒で反応して消費される。その結果、弁制御装置７は、第２浄化装置２２から排出されたアンモニアが、排気管路１２から外部へ排出されることを抑制できる。以下、弁制御装置７の構成を説明する。

【0034】

弁制御装置７は、記憶部７１及び制御部７２を有する。記憶部７１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部７１は、制御部７２が実行するプログラムを記憶する。

【0035】

制御部７２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部７２は、記憶部７１に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部７２１及び弁制御部７２２としての機能を実現する。

【0036】

取得部７２１は、第３触媒２３２の活性状態を取得する。例えば、取得部７２１は、第３浄化装置２３から第３触媒２３２が活性状態であるか不活性状態であるかを示す状態情報を取得する。また、取得部７２１は、第３触媒２３２の温度を示す状態情報を取得し、状態情報で示される触媒の温度が活性温度以上の場合に活性状態を取得し、触媒の温度が活性温度未満の場合に不活性状態を取得してもよい。

【0037】

取得部７２１は、アンモニアのスリップリスクを取得する。スリップリスクは、第２浄化装置２２に貯蔵されているアンモニアが、第２触媒２２２から脱離して第２浄化装置２２から排出されるリスクである。例えば、取得部７２１は、排気温度により定まる第２触媒２２２が貯蔵可能なアンモニアの最大貯蔵量と、第２触媒２２２が貯蔵しているアンモニアの推定貯蔵量とに基づくスリップリスクを取得する。以下、スリップリスクについて説明する。

【0038】

図２は、スリップリスクを説明するための図である。図２の横軸は、排気温度を示し、縦軸は推定貯蔵量を示す。右下がりの直線Ａは、排気温度と最大貯蔵量の関係を表す。なお、本実施の形態では、説明を簡単にするため、排気温度と最大貯蔵量の関係を直線Ａで表すが、排気温度と最大貯蔵量の関係は、直線に限らない。図２に示すとおり最大貯蔵量は、排気温度が高いほど小さくなる。より具体的には、排気温度が高くなって第２触媒２２２の温度が上昇すると、触媒からアンモニアが脱離しやすくなり、触媒に貯蔵可能なアンモニアの最大貯蔵量が減少する。

【0039】

最大貯蔵量ＣＭは、所定の排気温度Ｂの場合に第２触媒２２２が貯蔵可能なアンモニアの最大貯蔵量である。推定貯蔵量ＣＳは、現時点で第２触媒２２２が貯蔵しているアンモニアの推定貯蔵量である。最大貯蔵量ＣＭと推定貯蔵量ＣＳの差Ｄが大きい場合、排気温度が上昇して最大貯蔵量ＣＭが減少しても、推定貯蔵量ＣＳが最大貯蔵量ＣＭを超えにくいので、スリップリスクは小さい。一方、最大貯蔵量ＣＭと推定貯蔵量ＣＳの差Ｄが小さい場合、排気温度が上昇して最大貯蔵量ＣＭが減少すると、推定貯蔵量ＣＳが最大貯蔵量ＣＭを超えてしまうおそれがあるので、スリップリスクは大きくなる。

【0040】

上記のとおり、スリップリスクは、最大貯蔵量ＣＭと推定貯蔵量ＣＳの差Ｄが大きいほど小さくなる。そこで、取得部７２１は、排気温度Ｂに対応する最大貯蔵量ＣＭと、推定貯蔵量ＣＳとの差Ｄの逆数をスリップリスクとして取得する。排気温度Ｂに対応する最大貯蔵量ＣＭは、記憶部７１に記憶されており、取得部７２１は、記憶部７１を参照して、排気温度Ｂに対応する最大貯蔵量ＣＭを取得する。推定貯蔵量ＣＳは、例えば第２触媒２２２に供給されたアンモニアの量と、第２触媒２２２で消費されたアンモニアの量の差である。

【0041】

弁制御部７２２は、制御弁４１及び切替弁４２を制御して、排気を還流するか否かを切り替える。例えば、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が活性状態か否かに応じて第２浄化装置２２を通過した排気を還流するか否かを切り替える。具体的には、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が不活性状態の場合に、第２浄化装置２２を通過した排気を第２浄化装置２２の上流に還流させるように制御弁４１及び切替弁４２を制御する。より具体的には、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が不活性状態の場合、第２浄化装置２２を通過した排気の一部を第２浄化装置２２の上流に還流するように制御弁４１を制御し、エンジン１１から排出された排気及び還流管路３１を通過して還流された排気を第２浄化装置２２に供給するように切替弁４２を制御する。

【0042】

弁制御部７２２は、排気の圧力の変化に合わせて制御弁４１及び切替弁４２を制御する。具体的には、弁制御部７２２は、還流管路３１内の還流ガスＲＧの圧力が排気管路１２を流れる排気ＥＧの圧よりも高くなるタイミングに合わせて還流管路３１内の還流ガスＲＧを排気管路１２に供給し、還流管路３１内の還流ガスＲＧの圧力が排気管路１２を流れる排気ＥＧの圧よりも低くなる場合に排気管路１２内の排気ＥＧを還流管路３１に供給するように、制御弁４１及び切替弁４２を制御する。このようにすることで、弁制御部７２２は、第２浄化装置２２を通過した排気を第２浄化装置２２の上流に還流することができる。

【0043】

図３は、排気を還流させる場合の排気の流れを説明するための図である。図３において排気の流れがわかりやすくなるように、制御弁４１及び切替弁４２は省略した。エンジン１１から排出された排気ＥＧは、接続点４２１を通過して第２浄化装置２２に供給される。第２浄化装置２２を通過した排気の一部は、分岐点４１１を通過して第１浄化装置２１に供給される。第２浄化装置２２を通過した排気の残りは、還流管路３１に供給される。還流管路３１に供給された排気は、還流ガスＲＧとなり、還流管路３１を通過して排気管路１２を介して第２浄化装置２２に供給される。

【0044】

このようにすることで、弁制御部７２２は、第２浄化装置２２からアンモニアが排出されたとしても、第２浄化装置２２を通過した排気を、再び第２浄化装置２２に供給することが可能になる。そして、第２浄化装置２２に再度供給されたアンモニアは、第２浄化装置２２を通過する排気に含まれる窒素酸化物と触媒で反応して消費される。その結果、弁制御部７２２は、第２浄化装置２２から排出されたアンモニアが、排気管路１２から外部へ排出されることを抑制できる。

【0045】

ところで、第３触媒２３２が不活性状態であっても、第２浄化装置２２からアンモニアが排出されないならば、第２浄化装置２２を通過した排気を還流する必要がない。そこで、弁制御部７２２は、スリップリスクが高い場合に排気を還流し、低い場合には排気を第２浄化装置２２に通過させる。具体的には、弁制御部７２２は、スリップリスクが所定値以上の場合に排気の一部を還流し、スリップリスクが所定値未満の場合、還流せずに排気の全部を第１浄化装置２１に供給する。具体的には、弁制御部７２２は、エンジン１１から排出された排気が第２浄化装置２２に供給されるように切替弁４２を制御し、第２浄化装置２２を通過した排気の全部が第１浄化装置２１に供給されるように制御弁４１を制御する。

【0046】

図４は、排気を通過させる場合の排気の流れを説明するための図である。図４において排気の流れがわかりやすくなるように、制御弁４１及び切替弁４２は省略した。エンジン１１から排出された排気ＥＧは、接続点４２１を通過して第２浄化装置２２に供給される。そして、第２浄化装置２２を通過した排気は、還流管路３１に供給されず、分岐点４１１を通過して第１浄化装置２１に供給される。このように、弁制御部７２２は、スリップリスクが小さい場合、第２浄化装置２２を通過した排気を還流しないので、制御弁４１及び切替弁４２を制御する処理の負荷を低減できる。

【0047】

ところで、第２触媒２２２の温度が高くなると、貯蔵しているアンモニアが脱離するだけでなく、アンモニアが酸化されて窒素酸化物が生成されることがある。例えば、エンジン１１が始動してから十分な時間が経過して第３触媒２３２が活性状態になる場合に、第２浄化装置２２にエンジン１１から排出された排気を供給すると、第２触媒２２２の温度が高くなりすぎてしまうおそれがある。そこで、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が活性状態の場合、第２浄化装置２２を通過した排気を還流せずに第２浄化装置２２を迂回させる。具体的には、弁制御部７２２は、第３浄化装置２３が活性状態の場合、エンジン１１から排出された排気を第２浄化装置２２に供給せずに還流管路３１に供給するように切替弁４２を制御し、還流管路３１を通過した排気が第１浄化装置２１に供給されるように制御弁４１を制御する。

【0048】

図５は、排気を迂回させる場合の排気の流れを説明するための図である。図５において排気の流れがわかりやすくなるように、制御弁４１及び切替弁４２は省略した。エンジン１１から排出された排気ＥＧの全部は、接続点４２１から還流管路３１に供給される。そして、還流管路３１を通過した排気ＥＧは、分岐点４１１から第１浄化装置２１に供給される。

【0049】

このように、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が活性状態の場合、エンジン１１から排出された排気に第２浄化装置２２を迂回させる。このようにすることで、弁制御部７２２は、第２触媒２２２の温度が高くなりすぎてしまうおそれがある際に、排気に第２浄化装置２２を迂回させられるので、第２浄化装置２２でアンモニアが酸化して窒素酸化物が生成されてしまうことを抑制できる。

【0050】

［排気の流れを制御する処理］
図６は、排気の流れを制御する処理の一例を示すフローチャートである。排気の流れを制御する処理は、エンジン１１が始動している間、所定間隔で実行される。所定間隔は例えば１００ミリ秒であるがこれに限定するものではない。

【0051】

取得部７２１は、第３触媒２３２の活性状態を取得する（ステップＳ１）。例えば、取得部７２１は、第３触媒２３２が活性状態であるか、不活性状態であるかを示す状態情報を第３浄化装置２３から取得する。

【0052】

弁制御部７２２は、第３触媒２３２の状態が不活性状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、弁制御部７２２は、取得された状態情報に示される第３触媒２３２の状態が不活性状態であるかを判定する。

【0053】

取得部７２１は、第３触媒２３２が不活性状態の場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、スリップリスクを取得する（ステップＳ３）。具体的には、まず、取得部７２１は、エンジン１１から排出される排気の排気温度Ｂと、第２浄化装置２２に貯蔵されているアンモニアの推定貯蔵量ＣＳを取得する。つぎに、取得部７２１は、記憶部７１を参照して取得した排気温度Ｂに対応する最大貯蔵量ＣＭを取得する。そして、取得部７２１は、最大貯蔵量ＣＭから推定貯蔵量ＣＳを減算した差Ｄの逆数をスリップリスクとして取得する。

【0054】

弁制御部７２２は、スリップリスクが所定値以上か否かを判定する（ステップＳ４）。弁制御部７２２は、スリップリスクが所定値以上の場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、第２浄化装置２２を通過した排気を還流させる（ステップＳ５）。具体的には、弁制御部７２２は、第２浄化装置２２を通過した排気の一部を第２浄化装置２２の上流に還流するように制御弁４１を制御し、エンジン１１から排出された排気及び還流管路３１を通過して還流された還流ガスＲＧを第２浄化装置２２に供給するように切替弁４２を制御する（図３参照）。

【0055】

弁制御部７２２は、スリップリスクが所定値未満の場合（ステップＳ４でＮｏ）、エンジン１１から排出された排気を通過させる（ステップＳ６）。具体的には、弁制御部７２２は、エンジン１１から排出された排気が第２浄化装置２２に供給されるように切替弁４２を制御し、第２浄化装置２２を通過した排気の全量が第１浄化装置２１に供給されるように制御弁４１を制御する（図４参照）。

【0056】

弁制御部７２２は、第３触媒２３２が活性状態の場合（ステップＳ２でＮｏ）、排気を迂回させる（ステップＳ７）。具体的には、弁制御部７２２は、エンジン１１から排出された排気を第２浄化装置２２に供給せずに還流管路３１に供給するように切替弁４２を制御し、還流管路３１を通過した排気が第１浄化装置２１に供給されるように制御弁４１を制御する（図５参照）。

【0057】

［第１実施の形態の浄化システムＳの効果］
以上説明したとおり、第１実施の形態の浄化システムＳは、エンジン１１の排気が通る排気管路１２に設けられて排気に含まれる粒子状物質を捕集する第１浄化装置２１と、排気管路１２において第１浄化装置２１とエンジン１１との間に設けられ排気に含まれる窒素酸化物を浄化する第２浄化装置２２と、排気管路１２における第１浄化装置２１と第２浄化装置２２との間から、排気管路１２における第２浄化装置２２の上流に排気を還流する還流管路３１と、を有する。

【0058】

上記の構成により、第１実施の形態の浄化システムＳは、第２浄化装置２２からアンモニアが排出されたとしても、第２浄化装置２２を通過した排気を再び第２浄化装置２２に供給することが可能になる。そして、第２浄化装置２２に供給されたアンモニアは、第２浄化装置２２を通過する排気に含まれる窒素酸化物と触媒で反応して消費される。その結果、第１実施の形態の浄化システムＳは、第２浄化装置２２から排出されたアンモニアが、排気管路１２から外部へ排出されることを抑制できる。

【0059】

［第２実施の形態に係る浄化システムＳ］
第１実施の形態の浄化システムＳは、排気の圧力の変化を利用して第２浄化装置２２を通過した排気を第２浄化装置２２の上流に還流した。しかし、排気の圧力の変化を利用する場合、排気を還流するタイミングが制限されるので任意のタイミングで排気を還流できない。この場合、第２浄化装置２２から排出されたアンモニアが排気管路１２から排出されるおそれがある。

【0060】

そこで、第２実施の形態に係る浄化システムＳは、排気を還流するためのポンプを有する。図７は、第２実施の形態に係る浄化システムＳを説明するための図である。第２実施の形態に係る浄化システムＳは、ポンプ５１及び迂回管路３２を有する。以下、第２実施の形態に係る浄化システムＳについて、第１実施の形態に係る浄化システムＳと異なる点について説明し、第１実施の形態に係る浄化システムＳと同様の点については割愛する。

【0061】

ポンプ５１は、還流管路３１に設けられている。ポンプ５１は、例えばタービンが回転することにより遠心力で排気を送り出すターボ型ポンプであるが、これに限定するものではなく、公知のポンプが利用可能である。また、ポンプ５１は、ポンプに限らず、排気を送り出すことが可能であれば、圧縮機、ブロワ、ファン及び送風機が利用できる。

【0062】

ポンプ５１は、第３浄化装置２３が不活性状態の場合に動作して、第２浄化装置２２を通過した排気の一部を排気管路１２における第２浄化装置２２の上流に還流する。具体的には、ポンプ５１は、エンジン１１から排出される排気よりも高い圧力で第２浄化装置２２を通過した排気を排気管路１２に還流する。これにより、第２実施の形態に係る浄化システムＳは、任意のタイミングで第２浄化装置２２を通過した排気を排気管路１２に還流することが可能になる。その結果、第２実施の形態に係る浄化システムＳは、第２浄化装置２２から排出されたアンモニアが排気管路１２から排出されることを抑制できる。

【0063】

ところで、ポンプ５１は、第２浄化装置２２を通過した排気の一部を排気管路１２における第２浄化装置２２の上流に還流するが、第２浄化装置２２に至る前の排気を第２浄化装置２２の下流に送り出すことができない。そのため、還流管路３１を通して排気に第２浄化装置２２を迂回させようとしても、ポンプ５１が抵抗になるので、排気がポンプ５１を迂回できなくなる。そこで、第２実施の形態に係る浄化システムＳは、排気にポンプ５１を迂回させる迂回管路３２を有する。

【0064】

迂回管路３２は、第２浄化装置２２に至る前の排気にポンプ５１を迂回させる管路である。迂回管路３２は、還流管路３１を流れる排気がポンプ５１を迂回するように還流管路３１に設けられている。具体的には、迂回管路３２は、接続点４２１とポンプ５１との間から、ポンプ５１と分岐点４１１の間を接続している。迂回管路３２は、エンジン１１から排出されて第２浄化装置２２に至る前の排気を通過させることで、ポンプ５１を迂回させて、エンジン１１を通過した排気がポンプ５１に至ることなく第２浄化装置２２の下流に供給する。

【0065】

第１迂回弁４３は、迂回管路３２が還流管路３１から分岐する分岐点に設けられている。第１迂回弁４３は、排気の供給先を切り替える。第１迂回弁４３は、エンジン１１から排出されて第２浄化装置２２に至る前の排気を、迂回管路３２を通して第２浄化装置２２の下流に供給するか否かを切り替える。具体的には、第１迂回弁４３は、エンジン１１から排出されて還流管路３１を流れる排気を迂回管路３２に供給するか、ポンプ５１から送り出された排気を排気管路１２に供給するかを切り替える。

【0066】

第２迂回弁４４は、迂回管路３２が還流管路３１に接続する接続点に設けられている。第１迂回弁４３は、排気の供給先を切り替える。具体的には、第２迂回弁４４は、迂回管路３２を通過した排気を排気管路１２に供給するか、排気管路１２から還流した排気をポンプ５１に供給するかを切り替える。

【0067】

弁制御部７２２は、第１迂回弁４３及び第２迂回弁４４を制御して、第２浄化装置２２を通過した排気を還流させるか、排気に第２浄化装置２２を迂回させるかを切り替える。例えば、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が活性状態である場合、エンジン１１から排出されて第２浄化装置２２に至る前の排気が第２浄化装置２２を迂回するように第１迂回弁４３及び第２迂回弁４４を制御する。具体的には、弁制御部７２２は、排気がポンプ５１を迂回して第２浄化装置２２の下流に供給されるように第１迂回弁４３及び第２迂回弁４４を制御する。より具体的には、弁制御部７２２は、排気が還流管路３１に供給されるように切替弁４２を制御し、還流管路３１を流れる排気が迂回管路３２に供給されるように第１迂回弁４３を制御し、迂回管路３２を通過した排気がポンプ５１に向かわずに排気管路１２に向かうように第２迂回弁４４を制御する。

【0068】

これにより、弁制御部７２２は、第２触媒２２２の温度が高くなりすぎてしまうおそれがある際に、排気に第２浄化装置２２を迂回させられる。その結果、弁制御部７２２は、第２浄化装置２２でアンモニアが酸化して窒素酸化物が生成されてしまうことを抑制できる。

【0069】

［第３実施の形態に係る浄化システムＳ］
第２実施の形態に係る浄化システムＳは、排気を送り出す向きが固定されているターボ型のポンプ５１を有していた。そのため、第２実施の形態に係る浄化システムＳは、第３触媒２３２が活性状態の場合に排気にポンプ５１を迂回させる迂回管路３２が必要になり、第２実施の形態に係る浄化システムＳの構成は複雑になっていた。そこで、第３実施の形態に係る浄化システムＳは、ターボ型のポンプ５１に替えて回転容積型のポンプを有する。

【0070】

図８は、第３実施の形態に係る浄化システムＳの構成を説明するための図である。第３実施の形態に係る浄化システムＳは、第２実施の形態に係る浄化システムＳのポンプ５１に替えて、ポンプ５２を有する。また、第３実施の形態に係る浄化システムＳは、第２実施の形態に係る浄化システムＳの迂回管路３２を有していない。

【0071】

ポンプ５２は、排気を送り出す向きを変更可能なポンプである。ポンプ５２は、回転容積型ポンプであるが、排気を送り出す向きを変更可能なポンプであればこれに限らない。ポンプ５２は、第３触媒２３２が不活性状態の場合に第２浄化装置２２を通過した排気の一部を還流する向きに排気を送り出す。ポンプ５２は、第３触媒２３２が活性状態の場合にエンジン１１から排出されて第２浄化装置２２に至る前の排気を第２浄化装置２２の下流に供給する向きに排気を送り出す。

【0072】

弁制御部７２２は、ポンプ５２を制御して排気を送り出す向きを反転させる。具体的には、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が不活性状態の場合、第２浄化装置２２を通過した排気が第２浄化装置２２の上流に還流する向きに排気を送り出すようにポンプ５２を動作させる。また、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が活性状態の場合、エンジン１１から排出されて第２浄化装置２２に至る前の排気を第２浄化装置２２の下流に供給する向きに排気を送り出すようにポンプ５２を動作させる。このように、第３実施の形態に係る浄化システムＳは、回転容積型のポンプ５２を用いることで、第２実施の形態に係る浄化システムＳに比べて構成が簡単になる。

【0073】

［第４実施の形態に係る浄化システムＳ］
第２実施の形態に係る浄化システムＳは、還流管路３１にポンプ５１を迂回する迂回管路３２を有していた。しかし、ポンプ５１を迂回させる管路は、還流管路３１に限らず、排気管路１２に設けてもよい。第４実施の形態に係る浄化システムＳは、第２実施の形態に係る浄化システムＳの迂回管路３２に替えてバイパス管路３３を有する。バイパス管路３３は、排気に第２浄化装置２２を迂回させるための管路である。バイパス管路３３は、第２浄化装置２２に至る前の排気が第２浄化装置２２を迂回するように、排気管路１２に設けられている。具体的には、バイパス管路３３は、接続点４２１から分岐して分岐点４１１に接続されている。

【0074】

第１四方弁４５は、排気の供給先を切り替えるための四方弁である。第１四方弁４５は、エンジン１１から排出された排気及び還流された排気を第２浄化装置２２に供給するか、エンジン１１から排出された排気をバイパス管路３３に供給するかを切り替える。第２四方弁４６は、排気の供給先を切り替えるための四方弁である。第２四方弁４６は、第２浄化装置２２を通過した排気の全部を第１浄化装置２１に供給するか、第２浄化装置２２を通過した排気の一部を還流管路３１に供給して残りを第１浄化装置２１に供給するか、バイパス管路３３を通過した排気を第１浄化装置２１に供給するかを切り替える。

【0075】

弁制御部７２２は、第３触媒２３２の活性状態と、第２浄化装置２２のスリップリスクとに応じて、第１四方弁４５及び第２四方弁４６を制御して、排気の供給先を制御する。具体的には、弁制御部７２２は、第３触媒２３２が活性状態の場合、排気がバイパス管路３３を流れるように第１四方弁４５及び第２四方弁４６を制御する。弁制御部７２２は、第３触媒２３２が不活性状態、かつ第２浄化装置２２のスリップリスクが所定値以上の場合、第２浄化装置２２を通過した排気の一部が還流するように第１四方弁４５及び第２四方弁４６を制御する。弁制御部７２２は、第３触媒２３２が不活性状態であり、かつ第２浄化装置２２のスリップリスクが所定値未満の場合、排気が第２浄化装置２２を通過して還流しないように第１四方弁４５及び第２四方弁４６を制御する。

【0076】

上記のとおり、第４実施の形態に係る浄化システムＳは、第１四方弁４５及び第２四方弁４６を制御するだけで、排気の供給先を切替可能である。そのため、第４実施の形態に係る浄化システムＳは、第２実施の形態に係る浄化システムＳに比べて弁を制御する処理が簡単になる。

【0077】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0078】

Ｓ 浄化システム
１１ エンジン
１２ 排気管路
２１ 第１浄化装置
２２ 第２浄化装置
２３ 第３浄化装置
２２１ 第１噴射部
２３１ 第２噴射部
３１ 還流管路
３２ 迂回管路
３３ バイパス管路
４１ 制御弁
４２ 切替弁
４３ 第１迂回弁
４４ 第２迂回弁
４５ 第１四方弁
４６ 第２四方弁
４１１ 分岐点
４２１ 接続点
５１ ポンプ
５２ ポンプ
７ 弁制御装置
７１ 記憶部
７２ 制御部
７２１ 取得部
７２２ 弁制御部

【要約】

【課題】アンモニアの排出を抑制する。
【解決手段】浄化システムＳは、エンジン１１の排気が通る排気管路１２と、排気管路１２に設けられて、排気に含まれる粒子状物質を捕集する第１浄化装置２１と、排気管路１２において第１浄化装置２１とエンジン１１との間に設けられ排気に含まれる窒素酸化物を浄化する第２浄化装置２２と、排気管路１２における第１浄化装置２１と第２浄化装置２２との間から、排気管路１２における第２浄化装置２２の上流に排気を還流する還流管路３１と、を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】