JP2005256727A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、窒素酸化物を有効に除去することができるエンジンの排気浄化装置に関し、燃費悪化を最小限として排気温度を触媒活性化温度まで昇温することを目的とする。
【解決手段】 エンジンの排気系に設けられ、排気中の窒素酸化物を還元する還元触媒を備えた触媒装置と、前記触媒装置の上流側または前記触媒装置に装着され、前記還元触媒を加熱する加熱手段と、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させる排気流量低減手段と、前記加熱手段による前記還元触媒の加熱前または加熱と同時に前記排気流量低減手段を駆動する制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に係わり、特に、窒素酸化物を有効に除去することができるエンジンの排気浄化装置に関する。

従来、ディーゼルエンジン等のエンジンの排気系に配置される排気浄化装置として、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するため、尿素水を噴射して、排気熱によりアンモニアを発生させ、還元触媒上でアンモニアにより窒素酸化物を還元する排気浄化装置が知られている。
しかしながら、かかる排気浄化装置を採用したディーゼルエンジンでは、排気温度が充分に高い時には、窒素酸化物を低減することができるが、低温始動後や低回転，低負荷時のような排気温度が触媒活性化温度に達しない運転条件下では、窒素酸化物の浄化が不十分であり、また、排気刺激臭や青白煙が発生するという問題があった。

そのため、排気温度が触媒活性化温度に達しない運転条件下では、排気を適宜加熱して昇温することが必要であり、このような排気昇温手段を備えた排気浄化装置として、例えば、特開２００１−１２３８７０号公報に開示されるものが知られている。
特開２００１−１２３８７０号公報

しかしながら、従来の排気浄化装置では、エンジンからの排気温度が触媒活性化温度に達しない温度において、排気の全流を加熱しているため、排気温度を触媒活性化温度まで高めるのに多大な熱量が必要になり、燃費悪化を招くことになるという問題があった。
また、排気温度を高めるために排気シャッタ(バタフライバルブなど)を閉じると、エンジンのポンピング損失のために燃費が悪化するという問題があった。

本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、燃費悪化を最小限に抑えつつ排気温度を触媒活性化温度まで昇温することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

請求項１のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に設けられ、排気中の窒素酸化物を還元する還元触媒を備えた触媒装置と、前記触媒装置の上流側または前記触媒装置に装着され、前記還元触媒を加熱する加熱手段と、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させる排気流量低減手段と、前記加熱手段による前記還元触媒の加熱前または加熱と同時に前記排気流量低減手段を駆動する制御手段とを備えてなることを特徴とする。

請求項２のエンジンの排気浄化装置は、請求項１記載のエンジンの排気浄化装置において、前記還元触媒は、尿素水の噴射により発生したアンモニアにより前記窒素酸化物を還元する選択還元式触媒であることを特徴とする。
請求項３のエンジンの排気浄化装置は、請求項２記載のエンジンの排気浄化装置において、前記還元触媒の下流側に酸化触媒を配置してなることを特徴とする。

請求項４のエンジンの排気浄化装置は、請求項２記載のエンジンの排気浄化装置において、前記還元触媒の上流側に酸化触媒を配置してなることを特徴とする。
請求項５のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記加熱手段は、電気ヒータであることを特徴とする。

請求項６のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記加熱手段は、バーナであることを特徴とする。
請求項７のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記加熱手段は、燃料噴射装置からの噴射量および噴射タイミングの制御により、前記還元触媒を加熱することを特徴とする。

請求項８のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記排気流量低減手段は、前記触媒装置に並列に設けられた分流通路に介装された開閉弁を開くことにより、前記分流通路を開いて前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とする。
請求項９のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記排気流量低減手段は、エンジンの吸気絞り弁を絞ることにより、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とする。

請求項１０のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記排気流量低減手段は、エンジンのＥＧＲ装置における排気の還流率を高くすることにより、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とする。
請求項１１のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記排気流量低減手段は、エンジンの吸気バルブの開閉タイミングを変化させることにより、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とする。

請求項１２のエンジンの排気浄化装置は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、前記排気流量低減手段は、エンジンの一部気筒の燃料噴射装置と動弁装置の作動を休止させることによりエンジンからの排気流量を低減し、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とする。
（作用）
請求項１記載の発明では、加熱手段による還元触媒の加熱前または加熱と同時に、制御手段により排気流量低減手段が駆動され、排気流量が低減される。

従って、排気流量すなわち加熱すべき流体の熱容量が少なくなり、排気流を加熱するためのエネルギーが少なくて済む。
請求項２記載の発明では、排気中の窒素酸化物が、アンモニアにより還元される。
請求項３記載の発明では、選択還元式触媒（ＳＣＲ）を通過した余分のアンモニアが、下流の酸化触媒により酸化除去される。

請求項４記載の発明では、排気が、選択還元式触媒の上流に設けられた酸化触媒を通り抜ける間に、酸化作用で排気中の一酸化窒素（ＮＯ）が二酸化窒素（ＮＯ2）に変えられる。
そして、選択還元式触媒では、噴射された尿素水から発生したアンモニアが、二酸化窒素と酸化還元反応して無害化される。

請求項５記載の発明では、電気ヒータにより還元触媒が加熱される。
請求項６記載の発明では、バーナにより触媒装置が加熱される。
請求項７記載の発明では、噴射量を増量すると発熱量が増え、排気温度が上昇し、噴射タイミングを遅らせると、熱効率が低下して排気温度が上昇する。
請求項８記載の発明では、排気の一部が分流通路に分流し、触媒装置に流入する排気流量が低減される。

請求項９記載の発明では、吸気絞り弁を絞ることにより、給気量が減り、従って、エンジンから出る排気流量が低減される。
請求項１０記載の発明では、ＥＧＲ装置により排気の一部が吸気側に環流するので、環流した排気の分だけ給気が吸気側に入らなくなり、給気量が少なくなり、従って、エンジンから出る排気流量が低減される。

請求項１１記載の発明では、吸気バルブの閉弁タイミングを所定の閉弁タイミングより遅くするか早めることにより給気量を減らし、その結果、排気流量を少なくすることができる。
請求項１２の発明では、エンジンの一部気筒の燃料噴射装置と動弁装置の作動を休止させることによりエンジンからの排気流量が低減され、触媒装置に流入する排気流量が低減される。

請求項１記載の発明によれば、制御手段により、還元触媒の加熱以前に排気流量を低減するので、加熱すべき流体の熱容量が少なくなり、これにより燃費悪化を最小限にして排気温度を触媒活性化温度まで昇温することができる。
そして、ヒータ等で消費されるネルギーが最小限になり、その節約したエネルギー分をエンジンの本来の正味馬力として用いて燃費を改善することができる。

また、大容量のジェネレータ等が無くても還元触媒の加熱が可能となり、窒素酸化物に対する還元触媒による浄化（還元）が充分行なわれ、排気刺激臭や青白煙の悪化を防止することができる。
請求項２記載の発明によれば、還元触媒は尿素水の噴射により発生したアンモニアにより窒素酸化物を還元するので、酸化雰囲気中でも窒素酸化物を確実に還元でき、排気の浄化率を良くできる。

請求項３記載の発明によれば、選択還元式触媒の下流に酸化触媒を配置したので、余分のアンモニアの排出（アンモニア・スリップ）を防止することができる。
請求項４記載の発明によれば、選択還元式触媒の上流に酸化触媒を配置したので、二酸化窒素とアンモニアの反応による浄化を効率的に行うことができる。
請求項５記載の発明によれば、加熱手段は、電気ヒータであるので、還元触媒を均一に加熱することができる。

請求項６記載の発明によれば、加熱手段は、バーナであるので、加熱に要する時間を短縮することができる。
請求項７記載の発明によれば、加熱手段として、電気ヒータやバーナの装着が不要なので、取付スペースを節約し、重量を軽減することができる。
請求項８記載の発明によれば、エンジンの性能とは独立に触媒装置に流入する排気流量を低減させることができる。

請求項９記載の発明によれば、分流通路が不要となり、車両の取付スペースを節約することができる。
請求項１０記載の発明によれば、ＥＧＲ装置により排気中における窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるとともに、排気流量を低減させることができる。
請求項１１記載の発明によれば、既存の機構を利用することにより分流通路が不要となり、車両の取付スペースを節約することができる。

請求項１２の発明によれば、エンジンの一部気筒の燃料噴射装置と動弁装置の作動を休止させることによりエンジンからの排気流量を低減したので、触媒装置に流入する排気流量を低減させることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明のエンジンの排気浄化装置の第１の実施形態を示している。
図１において、符号１１は、車両に搭載されるディーゼルエンジンを示している。
ディーゼルエンジン１１は、電子式燃料噴射装置１３と、電子式燃料噴射装置１３を制御するコントローラ１５とを有している。電子式燃料噴射装置１３は、燃料噴射ポンプ（図示せず）と、燃料噴射ノズル（図示せず）とで構成されている。燃料噴射ノズルは、電磁弁(ソレノイドバルブ等)（図示せず）を有している。

そして、アクセル開度センサ１７からのアクセル開度信号，回転数センサ１９からの信号がコントローラ１５に入力され、コントローラ１５からの指令により、必要な時間とタイミングで電磁弁が作動して、燃料噴射ノズルにおける燃料噴射量が増減される。
ディーゼルエンジン１１は、エンジン本体２１を有している。エンジン本体２１に吸気マニホールド２３と排気マニホールド２５とが装着されている。

また、エンジン本体２１にジェネレータ２７が装着されている。ジェネレータ２７は公知の電気回路に組み込まれている。
吸気マニホールド２３に吸気系２９が接続されている。吸気系２９の途中に、エアーヒータ３１が装着されている。
排気マニホールド２５に排気系３３が接続されている。排気系３３は、排気マニホールド２５に一端が接続された排気管３５と、排気管３５の途中に介装された触媒装置３７と、触媒装置３７をバイパスする分流通路３９と、マフラ４１とを有している。

触媒装置３７は、ハウジング４３と、ハウジング４３内に装着された還元触媒４５とを備えている。この実施形態では、還元触媒４５は、尿素水の噴射により発生したアンモニアにより窒素酸化物を還元する選択還元式触媒（ＳＣＲ）とされている。そして、還元触媒４５の上流には、尿素水タンク４６からの尿素水を噴出する尿素水噴射装置４７が配置されている。

また、この実施形態では、ハウジング４３の尿素水噴射装置４７の上流、および、還元触媒４５の下流に酸化触媒４９，５１が配置されている。
還元触媒４５は、コージェライトを材料とした多孔性部材からなる略円筒形状であり、ハニカム状の隔壁（図示せず）により排気流と略平行なセルが多数形成されている。隔壁には触媒作用を有するＰｔ等の物質がコーティング（担持）されている。そして、排気がセルを通過するときに、排気に含まれる窒素酸化物がアンモニアと反応して浄化される。

還元触媒４５の上流側の酸化触媒４９は、排気流と略平行に多数形成されたハニカム状のセルの表面にＰｔ等の酸化触媒を担持しており、排気がこれを通り抜ける間に、排気が表面に接触して酸化作用により排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素に変換する。
そして、還元触媒４５の下流側の酸化触媒５１により、アンモニアが酸化され、アンモニアが外部に排出することが防止される。

ハウジング４３内に加熱手段が装着されている。加熱手段として、酸化触媒４９の上流側に配置された電気ヒータ５３が示されている。電気ヒータ５３は例えばカンタル線を素材とする電熱抵抗体からなる。電気ヒータ５３を通過した排気により還元触媒４５および酸化触媒４９，５１を均一に加熱することができる。なお、電気ヒータ５３を還元触媒４５の外周または内部に設けることもできる。

加熱手段として電気ヒータ５３に限定されることなく、電気ヒータ５３以外の手段でも良い。例えば、加熱手段として、バーナでも良い。
分流通路３９には、開閉弁５５が装着されている。この開閉弁５５に、アクチュエータ５７を介して電磁弁５９が接続されている。
また、ハウジング４３には、酸化触媒４９の上流側に第１温度センサ６１が装着されるとともに、酸化触媒５１の下流側に第２温度センサ６３が装着されている。第１温度センサ６１は、還元触媒４５の上流側の温度に応じて電気ヒータ５３に流れる電流をデューティ制御するためのものである。第２温度センサ６３は、還元触媒４５の下流側の温度に応じて制御の判断に用いられる。

なお、図中、符号６５はレギュレータ，符号６７はバッテリを示す。また、符号６９はターボチャージャを示している。
コントローラ１５の入力側には、回転数センサ１９と、アクセル開度センサ１７と、第１温度センサ６１と、第２温度センサ６３とが接続されている。コントローラ１５の出力側には、電磁弁５９と、電気ヒータ５３と、尿素水噴射装置４７と、電子式燃料噴射装置１３とが接続されている。

そして、コントローラ１５は、図２に示すように、演算部７１と、記憶部７３とを有している。
演算部７１は、第１温度判断手段７５と、第２温度判断手段７７と、制御手段７９とを有している（これらはソフトウェアとして構成されている）。
第１温度判断手段７５は、還元触媒４５の下流温度がしきい値（例えばＴ１＝１０℃〜５０℃）以上か否かを判断する。

第２温度判断手段７７は、還元触媒４５の下流温度がしきい値（例えば、触媒活性化温度Ｔ２＝３００℃）以上か否かを判断する。
制御手段７９は、還元触媒４５の加熱前に排気流量低減手段を駆動する。なお、制御手段７９は、還元触媒４５の加熱と同時に排気流量低減手段を駆動することも可能である。
記憶部７３には、しきい値（温度Ｔ１），しきい値（温度Ｔ２）が格納されている。

そして、開閉弁５５を開くことにより、分流通路３９を開いて触媒装置３７に流入する排気流量を低減させる排気流量低減手段が構成される。この排気流量低減手段によれば、ディーゼルエンジン１１の性能とは独立に触媒装置３７に流入する排気流量を低減させることができる。
次に、この実施形態の動作について説明する。

コントローラ１５により、図３ないし図６に示すフローチャートに従って以下の制御が行なわれる。図３は、コントローラ１５のプログラムの実行手順のフローチャートを示す。図４は、図３のプログラムにおけるセンサからの信号の読み込みのサブルーチンを示す。図５は、図３のプログラムにおける通常運転のサブルーチンを示す。図６は、図３のプログラムにおける触媒加熱運転のサブルーチンを示す。

図３のステップＳ１において、初期状態が設定される。初期状態では、コントローラ１５から電磁弁５９に開閉弁５５を閉じる指令が出力される。また、フラグは立っていない。
電磁弁５９から供給される圧縮エアでアクチュエータ５７が駆動され、開閉弁５５が閉じられる。これにより、排気管３５内の排気は、分流通路３９へは分流せず、すべて、触媒装置３７に流入する。

ステップＳ２において、各センサにより検出された信号が、コントローラ１５に送られ、演算部７１に読み込まれる。
ステップＳ２のサブルーチンは、図４に示される。
図４により、センサからの信号の読み込みのサブルーチンについて説明する。
図４のステップＳ２１において、回転数センサ１９により検出されたエンジン回転速度の信号は、コントローラ１５に送られ、演算部７１に読み込まれる。

ステップＳ２２において、アクセル開度センサ１７により検出されたエンジン負荷の信号は、コントローラ１５に送られ、演算部７１に読み込まれる。
ステップＳ２３において、第２温度センサ６３により検出された還元触媒４５の下流温度の信号は、コントローラ１５に送られ、演算部７１に読み込まれる。
ステップＳ２３が終了すると、プログラムは図３のステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、エラーがあるか否かが判断される。すなわち、各センサからの信号がコントローラ１５に到達しなかったり、各センサからコントローラ１５までの電気配線の断線やショートの有無について判断される。ＹＥＳの場合（エラーが発生している場合）、ステップＳ７に進む。ステップＳ３において、ＮＯ場合（エラーが発生していない場合）、ステップＳ４に進む。

ステップＳ７において、エラーが図示しないモニターに表示されるとともにドライバーに警告が発せられる。
ステップＳ４において、エンジンは回転中か否かが判断される。ステップＳ４のエンジンが回転中か否かの判断は、エンジン回転中にはバッテリ６７は蓄電されるが、電源が入っていてエンジン停止中にはバッテリ６７は蓄電されないので、エンジンが運転されない状態でバッテリ６７が上がることを防止するためである。ＹＥＳの場合（エンジン回転中が確認される場合）、ステップＳ５に進む。ステップＳ４において、ＮＯの場合（エンジンが回転中でない場合）、ステップＳ８に進み、電気ヒータ５３にＯＦＦの命令が伝達される。電気ヒータ５３は通電されず、還元触媒４５は加熱されない（この時、フラグは下ろす）。

ステップＳ８からステップＳ９に進む。ステップＳ９において、エラーが発生したという非常の場合、開閉弁５５は開かれ、分流通路３９へ排気を導いている。また、低温始動時やエンスト時にも開閉弁５５は開く（低温始動時は還元触媒４５で排気が冷やされ、白煙が出るのを防ぐ）。
一方、ステップＳ５において、エアーヒータ３１は通電中か否かが判断される。この判断は、エアーヒータ３１は２ＫＷ程度の電力を消費するので、電気ヒータ５３とエアーヒータ３１を同時に使用すると、バッテリ６７が上がる虞があり、そのため、エアーヒータ３１が通電していないことを確認する必要があるからである。

ステップＳ５において、ＹＥＳの場合（エアーヒータ３１が通電中の場合）、電気ヒータ５３にＯＦＦの命令が伝達される。電気ヒータ５３は通電されず、還元触媒４５は加熱されない。ステップＳ５において、ＮＯの場合（エアーヒータ３１は通電中でない場合）、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６において、「触媒加熱運転中」のフラグが立っているか否かが判断される。「触媒加熱運転」とは電気ヒータ５３を通電して還元触媒４５を加熱する運転である。

ステップＳ６において、ＹＥＳの場合（触媒加熱運転中）、ステップＳ１１のサブルーチン「触媒加熱運転」に進み、ＮＯの場合（触媒加熱運転中でない）、ステップＳ１０のサブルーチンである「通常運転」に進む。
ステップＳ１０のサブルーチンである「通常運転」について図５により説明する。
先ず、ステップＳ１０１において、第１温度判断手段７５により、還元触媒４５の下流温度がしきい値（例えばＴ１＝１０℃〜５０℃）以上か否かが判断される。ステップＳ１０１において、ＹＥＳの場合（還元触媒４５の温度がしきい値ΔＴ１以上の場合）（温度が高い場合）、ステップＳ１０２に進む。ＮＯの場合（還元触媒４５の温度がしきい値ΔＴ１未満の場合）（温度が低い場合）、ステップＳ１０４に進む。

ここで、還元触媒４５の下流温度が低温のしきい値（例えばＴ１＝１０℃〜５０℃）より低いか否かを判断する理由は、低温始動時等の排気温度がしきい値（例えばＴ１＝１０℃〜５０℃）より低い場合、排気刺激臭や青白煙が生じるため加熱した方が良いからである。
ステップＳ１０２において、電気ヒータ５３はＯＦＦに制御され、還元触媒４５は加熱されない。

ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進む。
ステップＳ１０３において、開閉弁５５に対して閉じ命令が出力される。これにより、分流通路３９が閉じられ、分流通路３９に一部流れていた排気は、すべて触媒装置３７に流入し、通常の排気流に回復する。
ステップＳ１０３が終了すると、一連のルーチンを終了し、図３の(１)に戻る。

一方、ステップＳ１０４において、開閉弁５５に開命令が出力される。開閉弁５５が開状態になると分流通路３９が開かれる。排気管３５内の排気は、触媒装置３７に流れるとともに、分流通路３９を流れる。従って、触媒装置３７に流入される排気流量が低減する。この排気流量の低減に伴って、排気温も上昇する。
ステップＳ１０５において、第２温度判断手段７７により、還元触媒４５の下流温度がしきい値２（例えば３００℃）以上か否かが判断される。

ＹＥＳの場合（還元触媒４５の下流温度がしきい値２（例えば触媒活性化温度３００℃）以上の場合）、ステップＳ１０２に進み、電気ヒータ５３はＯＦＦに制御される。
これは、触媒装置３７において電気ヒータ５３を通電しなくても排気熱により還元触媒４５が活性化されるからである。
ＮＯの場合（還元触媒４５の下流温度がしきい値２（例えば触媒活性化温度３００℃）未満の場合）、サブルーチンＳ１１「触媒加熱運転」に進む。

還元触媒４５を加熱する時、排気が分流通路３９を流れるので、触媒装置３７に流入する排気流量が低減する。
このようにして、制御手段７９により、図５のステップＳ１０４，Ｓ１０５が実行され、演算部７１が還元触媒４５を加熱する前に、排気流量低減手段が駆動される。
次に、サブルーチンであるステップＳ１１「触媒加熱運転」について図６により説明する。

ステップＳ１１１において、「触媒加熱運転中」というフラグが立てられる。
ステップＳ１１２において、電気ヒータ５３がＯＮになり、還元触媒４５の上流側温度に応じて、電気ヒータ５３に流れる電流をデューティ制御することにより、排気温度が昇温される。
ステップＳ１１３において、「触媒加熱運転中」の信号が出力される。

ステップＳ１１４において、第２温度判断手段７７により、還元触媒の下流温度はしきい値Ｔ２より大きいか否かが判断される。
ステップＳ１１４において、ＹＥＳの場合（還元触媒４５の下流温度がしきい値Ｔ２以上の場合）、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１４において、ＮＯの場合（還元触媒４５の下流温度がしきい値Ｔ２未満の場合）、ステップＳ１１５に進む。

還元触媒４５の下流温度がしきい値Ｔ２以上の状態では、還元触媒を電気ヒータ５３で加熱しなくても、排気中の窒素酸化物が触媒の作用で順次還元されながら運転される。
ステップＳ１１５において、設定時間が経過したか否かが判断される。
ステップＳ１１５において、ＹＥＳの場合（設定時間が経過した場合）、ステップＳ１１６に進み、ＮＯの場合（設定時間が経過していない場合）、図４のメインルーチンの(１)に戻る。

ステップＳ１１６において、電気ヒータ５３にＯＦＦの命令が伝達される。電気ヒータ５３は通電されず、還元触媒４５は加熱されない。
ステップＳ１１７において、開閉弁５５に対して閉じ命令が出力される。これにより、分流通路３９が閉じられ、分流通路３９に一部流れていた排気は、すべて触媒装置３７に流入し、通常の排気流に回復する。

ステップＳ１１８において、フラグは下され、図３のメインルーチンの(１)に戻る。
以上の如き構成によれば、制御手段７９により、還元触媒４５の加熱以前に排気流量を低減するので、加熱すべき流体の熱容量が少なくなり、これにより燃費悪化を少なくして排気温度を還元触媒４５の活性化温度まで昇温することができる。
そして、電気ヒータ５３で消費されるネルギーが最小限になり、その節約したエネルギー分をエンジンの本来の正味馬力として用いて燃費を改善することができる。

また、大容量のジェネレータ等が無くても還元触媒４５の加熱が可能となり、窒素酸化物に対する還元触媒４５による浄化（還元）が充分行なわれ、排気刺激臭や青白煙の悪化を防止することができる。
さらに、還元触媒４５は、尿素水の噴射により発生したアンモニアにより窒素酸化物を還元する選択還元式触媒であるので、窒素酸化物を確実に浄化できる。
（第２の実施形態）
図７は、本発明のエンジンの排気浄化装置の第２の実施形態を示している。

なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態では、触媒装置３７のハウジング４３の入口部に第２開閉弁８３が装着されている。この第２開閉弁８３にアクチュエータ８５を介して電磁弁８７が接続されている。電磁弁８７はコントローラ１５の出力側に接続されている。

コントローラ１５により、開閉弁５５、第２開閉弁８３は同時に制御される。
開閉弁５５が開の時、分流通路３９は開いている。この時、第２開閉弁８３は閉じられ、電気ヒータ５３はＯＮになる。
一方、開閉弁５５が閉の時、分流通路３９は閉じている。この時、第２開閉弁８３は開かれ、電気ヒータ５３はＯＦＦになる。

この実施形態では、第２開閉弁８３を閉じた状態で、電気ヒータ５３をＯＮにするようにしたので、還元触媒４５をより効率的に昇温することができる。
（第３の実施形態）
図８は、本発明のエンジンの排気浄化装置の第３の実施形態を示している。
なお、この実施形態において第１の実施形態または第２の実施形態と同一の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

この実施形態では、触媒装置３７Ａの還元触媒４５の上流側に配置される酸化触媒４９が、還元触媒４５が配置されるハウジング４３Ａと異なるハウジング８９に収容されている。
そして、この実施形態では、加熱手段としての電気ヒータ５３は配置されておらず、電子式燃料噴射装置１３による噴射量および噴射タイミングの制御により加熱手段が構成される。すなわち、電子式燃料噴射装置１３の噴射量を増量すると発熱量が増え、排気温度が上昇し、噴射タイミングを遅らすと、熱効率が低下して排気温が上昇する。この電子式燃料噴射装置１３を利用した加熱手段により排気を加熱することにより、取付スペースを節約し、重量を軽減することができる。

また、この実施形態では、排気流量低減手段が、例えば、以下の（イ），（ロ），（ハ），（ニ）に示すように構成されている。
（イ）図８において、吸気系２９に吸気絞り弁９１が設けられている。吸気絞り弁９１は、開度が比例的に変化する電磁弁であり、コントローラ１５の出力側に接続されている。

吸気絞り弁９１を絞ることにより、給気量が減り、触媒装置３７Ａに流入する排気流量を低減させる排気流量低減手段を構成することができる。この排気流量低減手段によれば、車両の取付スペースを節約することができる。
（ロ）図８において、ディーゼルエンジン１１にＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環 ）装置９３を設け、ＥＧＲ装置９３における排気の還流率を高くすることにより、触媒装置３７Ａに流入する排気流量を低減させる排気流量低減手段を構成することができる。ＥＧＲ装置９３により排気中における窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させるとともに、排気流量を低減させることができる。

ここで、ＥＧＲ装置９３は、吸気マニホールド２３と排気マニホールド２５との間を接続するＥＧＲ通路９５と、このＥＧＲ通路９５に設けられたＥＧＲ弁９７とを備えており、ＥＧＲ弁９７は開度が比例的に変化する電磁弁であり、コントローラ１５の入力側に接続されている。
コントローラ１５はＥＧＲ弁９７の開度をエンジンの運転状態に応じて適宜に制御することにより、排ガスの一部を吸気側に戻す割合を調整し、排気系からの排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室に吸入される吸気に再循環させる。この排気流量低減手段によれば、ＥＧＲ装置９３により、排気中における窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減させることができ、車両の取付スペースを節約することができる。

（ハ）ディーゼルエンジン１１の吸気バルブ（図示せず）の開閉タイミングを変化させることにより、触媒装置３７Ａに流入する排気流量を低減させる排気流量低減手段を構成することができる。
吸気バルブの閉弁タイミングを所定のタイミングより遅くするか早めることにより給気量を減らし、その結果、排気流量を少なくすることができる。この排気流量低減手段によれば、公知の可変バルブタイミング機構を利用することにより分流通路３９が不要となり、車両の取付スペースを節約することができる。

（ニ）図８に示すように、エンジンの一部気筒の電子式燃料噴射装置１３と可変動弁装置９９の作動を休止させることによりエンジンからの排気流量を低減することにより、触媒装置に流入する排気流量を低減させることができる。
なお、上述した実施形態では、エンジンとしてディーゼルエンジンを例に挙げて説明したが、これに限定されず、ガソリンエンジンや圧縮天然ガスエンジン等のディーゼルエンジン以外のエンジンにも適用することができる。

本発明のエンジンの排気浄化装置の第１の実施形態を示す構成図である。 図１のコントローラを示すブロック図である。 第１の実施形態におけるコントローラのプログラムの実行手順を示すフローチャートである。 図３のプログラムにおけるセンサからの信号の読み込みを示すサブルーチンである。 図３のプログラムにおける通常運転を示すサブルーチンである。 図３のプログラムにおける触媒加熱運転を示すサブルーチンである。 本発明のエンジンの排気浄化装置の第２の実施形態を示す構成図である。 本発明のエンジンの排気浄化装置の第３の実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１１ ディーゼルエンジン
１３ 電子式燃料噴射装置
１５ コントローラ
３３ 排気系
３７ 触媒装置
３９ 分流通路
４５ 還元触媒
４７ 尿素水噴射装置
４９，５１ 酸化触媒
５３ 電気ヒータ
５５ 開閉弁

Claims (12)

1. エンジンの排気系に設けられ、排気中の窒素酸化物を還元する還元触媒を備えた触媒装置と、
   前記触媒装置の上流側または前記触媒装置に装着され、前記還元触媒を加熱する加熱手段と、
   前記触媒装置に流入する排気流量を低減させる排気流量低減手段と、
   前記加熱手段による前記還元触媒の加熱前または加熱と同時に前記排気流量低減手段を駆動する制御手段と、
   を備えてなることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記還元触媒は、尿素水の噴射により発生したアンモニアにより前記窒素酸化物を還元する選択還元式触媒であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項２記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記還元触媒の下流側に酸化触媒を配置してなることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項２記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記還元触媒の上流側に酸化触媒を配置してなることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記加熱手段は、電気ヒータであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記加熱手段は、バーナであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
7. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記加熱手段は、燃料噴射装置からの噴射量および噴射タイミングの制御により、前記還元触媒を加熱することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記排気流量低減手段は、前記触媒装置に並列に設けられた分流通路に介装された開閉弁を開くことにより、前記分流通路を開いて前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記排気流量低減手段は、エンジンの吸気絞り弁を絞ることにより、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
10. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
    前記排気流量低減手段は、エンジンのＥＧＲ装置における排気の還流率を高くすることにより、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
11. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
    前記排気流量低減手段は、エンジンの吸気バルブの開閉タイミングを変化させることにより、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
12. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載のエンジンの排気浄化装置において、
    前記排気流量低減手段は、エンジンの一部気筒の燃料噴射装置と動弁装置の作動を休止させることによりエンジンからの排気流量を低減し、前記触媒装置に流入する排気流量を低減させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。

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