JP2014055566A - 排ガス処理装置、ディーゼルエンジン及び排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘを還元する複数の還元触媒を使用してディーゼルエンジンから排出される排ガスを処理する場合に、それぞれの触媒に適切な量の還元剤を精度よく供給すること。
【解決手段】排ガス処理装置２０は、ＮＯｘ検出センサ１５と、第１分岐管２２Ａに設けられる第１触媒２５Ａ及び第２分岐管２２Ｂに設けられる第２触媒２５Ｂと、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側に配置されて、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂ内の圧力を検出する第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂと、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出値に基づいて第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量を求め、得られた流量及び排ガスＥＸのＮＯｘの濃度から第１触媒２５Ａ及び第２分岐管２２Ｂに与える還元剤Ｒの量を求める制御装置５０と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤により排ガスを浄化するＮＯｘ還元触媒を複数備えた排ガス処理装置、ディーゼルエンジン及び排ガス処理方法に関する。

ディーゼルエンジンは、排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の量を低減するため、例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンからの排ガスを２台の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によって処理する技術が記載されている。

特開２００６−２３３８９３号公報

ディーゼルエンジンの排ガスを処理する技術として、選択触媒と還元剤とを用いて排ガス中に含まれるＮＯｘを還元する、いわゆる尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）と呼ばれる技術がある。ディーゼルエンジンの排気量が小さい場合、１個の選択触媒で排ガスを浄化できる。しかし、ディーゼルエンジンの排気量が大きくなると、１個のＮＯｘ還元触媒では排ガスを処理する能力が不足する。このため、排ガスの通路を複数に分岐させ、それぞれの通路に配置された選択触媒によって排ガスを処理する。このような処理においては、複数の選択触媒に供給する還元剤の量が適切でないと、ＮＯｘの浄化が不十分になったり、反応に使用されなかったアンモニアが排出されたりする。

特許文献１に記載された技術は、酸化触媒が併設されたパティキュレートフィルタ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒等の排気清浄器よりも下流における排気圧力を用いて各排気系を流れる排気流量を求める。この技術では、各フィルタ（排気清浄器に相当）の上流における排気圧力は、各フィルタのＰＭ捕集量等の相対差によって実排気流量（実吸入空気量）の演算精度が低下する可能性があるため、排気圧力の計測位置を各フィルタの下流に限定している（明細書の段落００９５）。しかし、排気清浄器の下流側は排気圧力（排ガスの圧力）及びその変化が低く、排気圧力を計測する際の精度を確保することが困難である。このため、排気清浄器よりも下流における排気圧力を用いて求められた各排気系を流れる排気流量の精度を確保することも難しい。その結果、特許文献１に記載された技術は、複数の触媒に対して適切な量の還元剤を供給することが難しい。

本発明は、ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘを還元する複数の触媒を使用してディーゼルエンジンから排出される排ガスを処理する場合に、それぞれの触媒に適切な量の還元剤を精度よく供給することを目的とする。

本発明によれば、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数に分岐させて通過させる複数の排ガス通路と、それぞれの前記排ガス通路に設けられて、還元剤によって排ガス中のＮＯｘを還元する還元触媒と、前記還元触媒よりも排ガスの流れ方向における上流側に配置されて、前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ検出センサと、それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側に配置されてそれぞれの前記排ガス通路内の圧力を検出する圧力センサと、少なくともそれぞれの前記圧力センサの検出値に基づいてそれぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求め、得られたそれぞれの前記排ガス通路における排ガスの流量及び前記ＮＯｘ検出センサが検出したＮＯｘの濃度からそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量を求め、得られたそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量からそれぞれの前記還元触媒に与える還元剤の量を求める制御装置と、を含む排ガス処理装置が提供される。

本発明において、前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスの総流量を求める排ガス総流量検出部を有し、前記制御装置は、それぞれの前記圧力センサの検出値に基づき、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量比を求め、得られた前記流量比及び排ガスの前記総流量に基づいてそれぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求めることが好ましい。

本発明において、前記制御装置は、前記ディーゼルエンジンの吸入空気量と前記ディーゼルエンジンに対する燃料噴射量とから排ガスの前記総流量を求めることが好ましい。

本発明において、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの温度を検出する温度センサを備え、前記制御装置は、前記温度センサが検出した排ガスの温度をさらに用いて、前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求めるが好ましい。

本発明において、それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側にそれぞれフィルタが設けられ、それぞれの前記圧力センサは、それぞれの前記フィルタと前記還元触媒との間に配置されることが好ましい。

本発明によれば、上記排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンが提供される。

本発明によれば、ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数の排ガス通路に分岐させて複数のＮＯｘを還元する還元触媒に導き、還元剤及び前記還元触媒によって前記排ガス中のＮＯｘを還元するにあたり、それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側における前記排ガス通路内の圧力に少なくとも基づいて、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める手順と、得られたそれぞれの前記排ガス通路における排ガスの流量及び前記還元触媒よりも前記排ガスの流れ方向における上流側の排ガスに含まれる前記ＮＯｘの濃度からそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量を求める手順と、得られたそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量からそれぞれの前記還元触媒に与える還元剤の量を求める手順と、を含む排ガス処理方法が提供される。

本発明において、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める手順において、それぞれの前記排ガス通路内の圧力に基づき、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量比を求め、得られた前記流量比及び排ガスの総流量に基づいてそれぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求めることが好ましい。

本発明において、前記ディーゼルエンジンの吸入空気量と前記ディーゼルエンジンに対する燃料噴射量とから排ガスの前記総流量を求めることが好ましい。

本発明において、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める手順において、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの温度をさらに用いて、前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求めることが好ましい。

本発明は、ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘを還元する複数の触媒を使用してディーゼルエンジンから排出される排ガスを処理する場合に、それぞれの触媒に適切な量の還元剤を精度よく供給することができる。

図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。 図２は、本実施形態の変形例に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。 図３は、第１還元触媒における流量と圧力パラメーターとの関係を示す図である。 図４は、本実施形態に係る排ガス処理方法の処理フロー図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態において、流体の流量、すなわち吸入空気量及び排ガスの流量等は、いずれも質量流量である。

＜ディーゼルエンジン＞
図１は、本実施形態に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。ディーゼルエンジン１０は、排ガス処理装置２０を備える。排ガス処理装置２０については後述する。ディーゼルエンジン１０及び排ガス処理装置２０は、制御装置５０によって制御される。ディーゼルエンジン１０は、燃料噴射装置１１と、吸気通路としての吸気管１２とを備える。また、排ガス処理装置２０が備える排ガス導入通路としての排気管２１がディーゼルエンジン１０の排気口１６に取り付けられる。

吸気管１２の入口１２Ｉには、空気中の塵を除去するためのエアクリーナ１３が取り付けられている。吸気管１２は、出口１２Ｅがディーゼルエンジン１０の吸気口１７に取り付けられている。吸気管１２には、吸入空気量センサ１４が取り付けられている。吸入空気量センサ１４は、吸気管１２を通過してディーゼルエンジン１０に吸入される空気ＡＩの流量（本実施形態では質量流量）を検出する。吸入空気量センサ１４は、制御装置５０と電気的に接続されている。このような構造により、吸入空気量センサ１４の計測値は、制御装置５０が取得する。制御装置５０は、吸入空気量センサ１４の計測値を、排ガス処理装置２０の制御を始めとしたディーゼルエンジン１０の制御に使用する。

燃料噴射装置１１は、ディーゼルエンジン１０に燃料を供給する。より具体的には、ディーゼルエンジン１０が有するそれぞれのシリンダ１０Ｃに対応した燃焼室に燃料を噴射する。本実施形態において、燃料噴射装置１１は、蓄圧室１１Ｒとインジェクタ１１Ｉとを含む、いわゆるコモンレール方式の装置である。燃料噴射装置１１は、制御装置５０によって制御される。具体的には、例えば、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の回転速度及び負荷等といった運転条件に応じて適切な量の燃料をインジェクタ１１Ｉから噴射させる。本実施形態において、燃料噴射装置１１は、コモンレール方式に限定されない。

＜排ガス処理装置＞
排ガス処理装置２０は、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸを浄化する装置であり、主として、排ガスＥＸに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させる。本実施形態において、排ガス処理装置２０は、複数の排ガス通路としての第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂと、ＮＯｘ検出センサ１５と、ＮＯｘを還元する還元触媒（以下、適宜ＮＯｘ還元触媒という）としての第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂと、圧力センサとしての第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂと、前述した制御装置５０と、を含む。本実施形態において、前述した排気管２１も排ガス処理装置２０に含まれるが、排気管２１は排ガス処理装置２０にとって必須ではない。

本実施形態において、排ガス処理装置２０は、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂと、ＮＯｘ検出センサ１５と、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂと、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂと、制御装置５０とが最小限の構成要素である。本実施形態において、排ガス処理装置２０は、さらに、フィルタとしての第１ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂと、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸの温度を検出する温度センサとしての第１温度センサ２８Ａと、第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの温度を検出する温度センサとしての第２温度センサ２８Ｂと、ＮＯｘ還元触媒の下流側に配置されてそれぞれの排ガス通路内の圧力を検出する圧力センサとしての第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂと、を備えている。

ＮＯｘ還元触媒は、ＮＯｘを還元する還元剤によってＮＯｘを窒素と水とに変換するものである。ＮＯｘ還元触媒は、例えば、バナジウム系触媒又はゼオライト系触媒等が用いられる。排ガス処理装置２０は、排ガスＥＸの流れ方向における第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側に、アンモニアを浄化するための酸化触媒（ＡＭＯＸ：Ammonia Oxidation Catalyst）を備えていてもよい。

排気管２１は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸを、排ガス処理装置２０の第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとに導く通路である。第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとは、排気管２１から分岐している。排気管２１を流れる排ガスＥＸは、排気管２１から第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとが分岐する分岐部２１Ｓで、第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとに分岐して流れる。このように、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂは、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸを複数に分岐させて通過させる。

ＮＯｘ検出センサ１５は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度を検出する。排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度は、ディーゼルエンジン１０の運転条件が同一であれば、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂを通過する前においては変化しない。このため、ＮＯｘ検出センサ１５が設けられる箇所は、排気管２１に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘ検出センサ１５は、分岐部２１Ｓに設けられてもよいし、第１分岐管２２Ａ又は第２分岐管２２Ｂに設けられてもよい。このため、ＮＯｘ検出センサ１５は、配置の自由度が比較的高い。

本実施形態において、ＮＯｘ検出センサ１５は、ディーゼルエンジン１０の排気口１６よりも排ガスＥＸの流れ方向下流側であって、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂよりも排ガスＥＸの流れ方向上流側に配置されていればよい。したがって、例えば、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂで処理された排ガスＥＸ中に含まれるＮＯｘを検出するために、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側（排ガスＥＸの流れ方向における下流側）に設けられたセンサは、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに流入する前の排ガスＥＸ中に含まれるＮＯｘの濃度を検出するためには用いられない。

第１触媒２５Ａは第１分岐管２２Ａに設けられ、第２触媒２５Ｂは第２分岐管２２Ｂに設けられる。第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂは、還元剤Ｒによって排ガスＥＸ中のＮＯｘを還元する。すなわち、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、それぞれの排ガス通路としての第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとに設けられて、排ガスＥＸ中のＮＯｘを還元する。本実施形態においては、特に断りのない限り、上流側とは、排ガス処理装置２０における排ガスＥＸの流れ方向における上流側であり、下流側とは、排ガス処理装置２０における排ガスＥＸの流れ方向における下流側である。

還元剤Ｒは、還元剤供給装置３０によって、第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ内と、第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂ内とに必要量が供給される。還元剤供給装置３０は、還元剤タンク３１と、第１ポンプ３２Ａと、第２ポンプ３２Ｂと、第１噴射装置３３Ａと、第２噴射装置３３Ｂとを備える。制御装置５０は、第１ポンプ３２Ａと、第２ポンプ３２Ｂと、第１噴射装置３３Ａと、第２噴射装置３３Ｂとを制御する。そして、第１噴射装置３３Ａは、第１ポンプ３２Ａが還元剤タンク３１から圧送した還元剤Ｒを、第１分岐管２２Ａの内部に噴射する。また、第２噴射装置３３Ｂは、第２ポンプ３２Ｂが還元剤タンク３１から圧送した還元剤Ｒを、第２分岐管２２Ｂの内部に噴射する。

本実施形態において、還元剤Ｒは尿素（より具体的には尿素水）である。第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂ内に供給された還元剤Ｒは、排ガスＥＸの熱によって分解され、アンモニアに変化する。第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂにおいて、ＮＯｘとアンモニアとが触媒反応を起こして、窒素と水とに変換される。このように、排ガス処理装置２０は、還元剤Ｒに尿素を用いた選択触媒還元、いわゆる尿素ＳＣＲを用いて、排ガスＥＸに含まれるＮＯｘを窒素と水とに変換している。

第１圧力センサ２７Ａは、第１触媒２５Ａの上流側に配置され、第２圧力センサ２７Ｂは、第２触媒２５Ｂの上流側に配置される。そして、第１圧力センサ２７Ａは、第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ内の圧力を検出する。第２圧力センサ２７Ｂは、第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂ内の圧力を検出する。

前述したＮＯｘ検出センサ１５、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂは、制御装置５０と電気的に接続されている。本実施形態に係る排ガス処理方法は、制御装置５０によって実現される。

制御装置５０は、例えば、マイクロコンピュータユニットが用いられる。制御装置５０は、処理部５１と、記憶部５２とを備えている。処理部５１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶部５２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）若しくはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等又はこれらの組合せ等である。処理部５１は、本実施形態に係る排ガス処理方法を始めとしたディーゼルエンジン１０に対する各種制御を実行する。記憶部５２は、前述した各種制御を実行するためのコンピュータプログラム及び各種制御に必要な情報を記憶している。処理部５１が前述した各種制御を実行する場合、処理部５１は、前述したコンピュータプログラムを記憶部５２から読み出し、これに記述してある命令を実行する。この場合、処理部５１は、必要に応じて記憶部５２から制御に必要な情報を読み出したり、ＮＯｘ検出センサ１５、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂ等の各種センサ類からディーゼルエンジン１０の状態に関する情報を取得したりする。

本実施形態に係る排ガス処理方法を実行するにあたり、制御装置５０は、ＮＯｘ検出センサ１５、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出値を取得し、その検出値に少なくとも基づいて第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに供給する還元剤Ｒの量を制御する。一例として、制御装置５０は、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出値に基づいて、第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量を求める。そして、制御装置５０は、得られた第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂにおける排ガスＥＸの流量及びＮＯｘ検出センサ１５が検出した排ガスＥＸのＮＯｘの濃度から、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２ＢにおけるＮＯｘの流量を求める。その後、制御装置５０は、得られた第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２ＢにおけるＮＯｘの流量から、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに与える還元剤Ｒの量を求める。

第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂにおける排ガスＥＸの流量を求める場合、制御装置５０は、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出値に基づき、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量比を求める。次に、制御装置５０は、得られた流量比及び排ガスＥＸの総流量に基づいて、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸの流量を求める。排ガスＥＸの総流量は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量であり、排気管２１を流れる排ガスＥＸの流量に相当する。

排ガスＥＸの総流量は、例えば、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量とディーゼルエンジン１０に対する燃料噴射量とから求めることができる。ディーゼルエンジン１０の吸入空気量は、吸入空気量センサ１４によって検出することができる。ディーゼルエンジン１０に対する燃料噴射量は、ディーゼルエンジン１０を制御する制御装置５０がディーゼルエンジン１０の運転条件から演算する。

第１ＤＰＦ２３Ａは第１触媒２５Ａの上流側に備えられ、第２ＤＰＦ２３Ｂは第２触媒２５Ｂの上流側に備えられる。また、第１温度センサ２８Ａは第１触媒２５Ａの上流側に備えられ、第２温度センサ２８Ｂは第２触媒２５Ｂの上流側に備えられる。ＮＯｘ還元触媒の下流側に備えられる圧力センサは、具体的には、第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂである。第３圧力センサ２９Ａは、第１触媒２５Ａの下流側に配置されて、この部分における第１分岐管２２Ａ内の圧力を検出する。第４圧力センサ２９Ｂは、第２触媒２５Ｂの下流側に配置されて、この部分における第２分岐管２２Ｂ内の圧力を検出する。

第１温度センサ２８Ａ、第２温度センサ２８Ｂ、第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂは、制御装置５０と電気的に接続される。本実施形態に係る排ガス処理方法を実行するにあたり、制御装置５０は、ＮＯｘ検出センサ１５、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出値に加え、第１温度センサ２８Ａ、第２温度センサ２８Ｂ、第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂの検出値を取得し、その検出値に基づいて第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに供給する還元剤Ｒの量を制御する。なお、第１温度センサ２８Ａは第１触媒２５Ａ内で排ガスＥＸの温度を検出し、第２温度センサ２８Ｂは第２触媒２５Ｂ内で排ガスＥＸの温度を検出してもよい。

第１圧力センサ２７Ａは第１ＤＰＦ２３Ａと第１触媒２５Ａとの間に設けられ、第２圧力センサ２７Ｂは第２ＤＰＦ２３Ｂと第２触媒２５Ｂとの間に設けられることが好ましい。第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂが排ガスＥＸを整流するので、前述した配置により、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂの検出精度が向上する。特に、ディーゼルエンジン１０がターボチャージャーを備える場合、タービンから排出された排ガスＥＸの流れの乱れは大きいので、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂによる排ガスＥＸの整流効果は大きい。排ガス処理装置２０が第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを備える場合、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂの上流側には、酸化触媒（例えば、ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）が備えられていてもよい。

排ガス処理装置２０は、排気量が大きいディーゼルエンジン１０から排出される排ガスＥＸを処理するため、排ガスＥＸの通路を複数系統（本実施形態では２系統）に分岐させ、それぞれの通路に配置されたＮＯｘ還元触媒によって排ガスＥＸを処理する。排ガス処理装置２０が有する第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給するためには、これらに流れる排ガスＥＸの流量を正確に求める必要がある。このため、排ガス処理装置２０は、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸを処理するにあたり、本実施形態に係る排ガス処理方法を実行して、複数のＮＯｘ還元触媒に流れる排ガスＥＸの流量を求める際の精度を向上させる。

本実施形態において、ディーゼルエンジン１０がターボチャージャーを備える場合、ターボチャージャーの圧縮機は、図１に示す吸入空気量センサ１４の下流側（空気ＡＩの流れ方向における下流側）に配置される。そして、圧縮機は、吸入空気量センサ１４で流量が計測された後の空気ＡＩを圧縮する。また、吸入空気量センサ１４で計測される空気ＡＩの流量は質量流量である。このため、ディーゼルエンジン１０がターボチャージャーを備えていても、ディーゼルエンジン１０に吸入される空気ＡＩの流量の計測に影響はない。したがって、前述した排ガスＥＸの総流量の計算にも影響はない。

本実施形態において、ディーゼルエンジン１０は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス再循環）装置を備えていてもよい。ＥＧＲ装置は、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの一部を吸気側、より具体的には吸気管１２に戻すための装置である。ＥＧＲは、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの一部が吸気側に戻るだけであり、ディーゼルエンジン１０全体としては排ガスＥＸの総流量に変化がある訳ではない。したがって、ディーゼルエンジン１０がＥＧＲを備えていても、前述した排ガスＥＸの総流量の計算に影響はない。

＜排ガス処理装置の変形例＞
図２は、本実施形態の変形例に係る排ガス処理装置を備えるディーゼルエンジンを示す概略図である。図２に示す排ガス処理装置２０Ａは、図１に示す排ガス処理装置２０が備える第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂを備えていない。このように、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂが省略されていてもよく、必要に応じて適宜用いることができる。また、第１温度センサ２８Ａ、第２温度センサ２８Ｂ、第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂは、必ずしも排ガス処理装置２０Ａに必要ではない。第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂ又は第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂは、必要に応じて、適宜排ガス処理装置２０Ａに備えられていればよい。

特許文献１に記載された技術は、排気清浄器（第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂ等に相当）の前後差圧を用いている。しかし、排気清浄器の前後差圧は排気清浄器の状態によって変化するので、圧力センサを用いる場合、１個の排気清浄器あたり１個の圧力センサでは計測が困難である。排ガス処理装置２０Ａは、図１に示す排ガス処理装置２０が備えていた第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂを備えないので、第１触媒２５Ａを流れる排ガスＥＸの流量は第１圧力センサ２８Ａ単独で、第２触媒２５Ｂを流れる排ガスＥＸの流量は第２圧力センサ２８Ｂ単独で求めることができる。すなわち、触媒１個あたりにつき１個の圧力センサを用いて触媒を流れる排ガスＥＸの流量を求めることができる。次に、本実施形態に係る排ガス処理方法について詳細に説明する。

＜排ガス処理方法の第１例＞
本実施形態に係る排ガス処理方法は、少なくとも、排ガス処理装置２０が備えるＮＯｘ検出センサ１５、第１圧力センサ２７Ａ及び第２圧力センサ２７Ｂを用いることによって実現できる。排ガス処理装置２０が備える第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、それぞれ第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの抵抗体と見なすことができる。

第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、例えば、流体が流れる通路を複数有する担体にＮＯｘ還元触媒が担持されたものである。このため、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、排ガスＥＸが流れる際の抵抗体となる。したがって、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、それぞれ第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの抵抗体と見なすことができる。このようにすると、第１触媒２５Ａを流れる排ガスＥＸの流量（適宜、第１流量という）Ｑ_ｍＡと第２触媒２５Ｂを流れる排ガスＥＸの流量（適宜、第２流量という）Ｑ_ｍＢとは、それぞれ式（１）、式（２）によって表すことができる。第１流量Ｑ_ｍＡ及び第２流量Ｑ_ｍＢは、いずれも質量流量である。なお、以下において、式（１）、式（２）の右辺の平方根部分である√（Ｐ_Ａｕ×（Ｐ_Ａｕ−Ｐ_Ａｄ）／Ｔ_Ａ）、√（Ｐ_Ｂｕ×（Ｐ_Ｂｕ−Ｐ_Ｂｄ）／Ｔ_Ｂ）を、適宜圧力パラメーターというものとする。

Ｐ_Ａｕは第１圧力センサ２７Ａの検出値であり、第１触媒２５Ａの上流側における第１分岐管２２Ａ内を流れる排ガスＥＸの圧力、Ｐ_Ｂｕは第２圧力センサ２７Ｂの検出値であり、第２触媒２５Ｂの上流側における第２分岐管２２Ｂ内を流れる排ガスＥＸの圧力である。これらは、いずれも絶対圧である。Ｐ_Ａｄは第１触媒２５Ａの下流側における第１分岐管２２Ａ内を流れる排ガスＥＸの圧力、Ｐ_Ｂｄは第２触媒２５Ｂの下流側における第２分岐管２２Ｂ内を流れる排ガスＥＸの圧力である。Ｐ_Ａｄ及びＰ_Ｂｄは大気圧と見なすことができる。この場合、両者は、例えば、ディーゼルエンジン１０の制御又はディーゼルエンジン１０が搭載される車両が備える大気圧センサによる計測値を用いてもよいし、平均的な大気圧を定数として用いてもよい。排ガス処理装置２０が前述した第３圧力センサ２９Ａ及び第４圧力センサ２９Ｂを備える場合、これらがＰ_Ａｄ及びＰ_Ｂｄを計測してもよい。この場合、第１流量Ｑ_ｍＡ及び第２流量Ｑ_ｍＢの計測精度が向上する。

ｋは定数であり、ａ×Ｃ×Ａ×√（Ｒ）である。ａは定数、Ｃは第１触媒２５Ａ又は第２触媒２５Ｂの流量係数、Ａは第１触媒２５Ａ又は第２触媒２５Ｂにおいて排ガスＥＸが流れる通路の総断面積（適宜、通路面積という）、Ｒは気体定数である。上記式（１）、式（２）では、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは同一であるとしてｋは同一であると見なしているが、それぞれの流量係数及び通路面積から個別に定数ｋを定めてもよい。また、ｋは、ａ、Ｃ、Ａ、Ｒから上記の式を用いて定められてもよいし、後述するような実測に基づいて定められてもよい。

Ｔ_Ａは、第１触媒２５Ａの上流側における排ガスＥＸの温度であり、第１触媒２５Ａに流入する直前における排ガスＥＸの温度である（適宜、第１温度という）。Ｔ_Ｂは、第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの温度であり、第２触媒２５Ｂに流入する直前における排ガスＥＸの温度である（適宜、第２温度という）。また、例えば、温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂは、ディーゼルエンジン１０が備える排ガス温度センサの検出値から推定してもよい。

前述した排ガス温度センサの検出値から温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを推定する場合、第１分岐管２２Ａ、第２分岐管２２Ｂ、第１ＤＰＦ２３Ａ及び第２ＤＰＦ２３Ｂの放熱量等に基づいて排ガス温度センサの検出値を補正して、温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを推定することができる。この場合、温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを同一と見なしてもよい。また、排ガス処理装置２０が前述した第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂを備える場合、これらの検出値を温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂとすることができる。

第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側は略大気圧なので、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側における排ガスＥＸの圧力を用いても、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとを通過した排ガスＥＸの有意な圧力変化を検出することは極めて困難である。このため、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとを流れる排ガスＥＸの流量を、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側における排ガスＥＸの圧力のみに基づいて求めると、流量の精度は極めて低くなる。

前述したように、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとは、それぞれ第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの抵抗体と見なすことができる。このため、排ガス処理装置２０は、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸと第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸとの圧力、より具体的には、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸと第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸとの圧力を、第１圧力センサ２７Ａと第２圧力センサ２７Ｂとによって確実に検出できる。すなわち、第１圧力センサ２７Ａの下流側に流体の抵抗体として第１触媒２５Ａが、第２圧力センサ２７Ｂの下流側に流体の抵抗体として第２触媒２５Ｂが設けられているため、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側は排ガスＥＸの圧力及び圧力変化を確保できる。このため、排ガス処理装置２０は、排ガスＥＸの圧力が比較的高い状態でこれを計測できるので、第１流量Ｑ_ｍＡ及び第２流量Ｑ_ｍＢを求める際に用いる排ガスＥＸの圧力、すなわち、第１分岐管２２Ａを流れる排ガスＥＸと第２分岐管２２Ｂを流れる排ガスＥＸとの圧力が計測される際における精度の低下を抑制できる。その結果、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力を少なくとも用いることにより、排ガス処理装置２０は、第１流量Ｑ_ｍＡ及び第２流量Ｑ_ｍＢを計測する際の精度を向上させることができる。また、排ガス処理装置２０は、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂに適切な量の還元剤を精度よく供給することができる。

図３は、第１還元触媒における流量と圧力パラメーターとの関係を示す図である。図３の一点鎖線の直線Ｌａは、式（１）で示す流量Ｑ_ｍＡ（Ｑ_ｍＢ）と、圧力パラメーター√（Ｐ_Ａｕ×（Ｐ_Ａｕ−Ｐ_Ａｄ）／Ｔ_Ａ）（√（Ｐ_Ｂｕ×（Ｐ_Ｂｕ−Ｐ_Ｂｄ）／Ｔ_Ｂ））との関係を示している。両者の関係は、理論上は直線Ｌａで示されるような、原点を通る傾きｋの一次関数となる。しかし、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂについて、実際に流量Ｑ_ｍＡと圧力パラメーターとを計測した結果から最小二乗法等を用いて近似式を求めると、図３の実線の直線Ｌｂで示されるような、原点を通らない一次関数となることがある。この場合、実測に基づいた近似式を用いた方が、第１流量Ｑ_ｍＡ及び第２流量Ｑ_ｍＢの精度が向上する。なお、本実施形態では、流量Ｑ_ｍＡと圧力パラメーターとの関係が一次関数となる例を示したが、両者の関係を表す関数は、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態において、両者の関係は、二次関数、三次関数、ｎ次関数（ｎは実数）又は指数関数等の様々な関数で表されてもよい。

式（３）、式（４）に、実測に基づいた、原点を通らない一次関数で表した場合における第１流量Ｑ_ｍＡ、第２流量Ｑ_ｍＢの式を示す。式（３）のＡ１、Ａ２及び式（４）のＢ１、Ｂ２は定数である。定数Ａ１は、例えば、図３の一点鎖線Ｌａで示されるような原点を通る一次関数又は実線の直線Ｌｂで示されるような原点を通らない一次関数の傾きである。定数Ａ２は、一点鎖線Ｌａで示されるような原点を通る一次関数又は実線の直線Ｌｂで示されるような原点を通らない一次関数の、Ｑ_ｍＡ軸における切片の値である。流量Ｑ_ｍＡと圧力パラメーターとの関係が、一点鎖線Ｌａで示されるような原点を通る一次関数である場合、切片は０なので、定数Ａ２は０になる。したがって、定数Ａ１、Ａ２は、図３に示すような直線Ｌａ又は直線Ｌｂを表す一次関数から定めることができる。定数Ｂ１、Ｂ２も、定数Ａ１、Ａ２と同様である。このように、定数Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２は、実測に基づいて定められてもよいし、シミュレーション又は理論計算等によって定められてもよい。

式（１）及び式（２）又は式（３）及び式（４）から第１流量Ｑ_ｍＡ、第２流量Ｑ_ｍＢが求められたら、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度に基づき、第１触媒２５Ａを流れるＮＯｘの流量（適宜、第１ＮＯｘ流量という）Ｑ_ｍＡＮ及び第２触媒２５Ｂを流れるＮＯｘの流量（適宜、第２ＮＯｘ流量という）Ｑ_ｍＢＮを式（５）、式（６）から求める。これらの式中、Ｃ_Ｎは、ディーゼルエンジン１０から排出された排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度、ｍ_Ｎは、ＮＯｘ１ｍｏｌあたりの質量、ｍ_Ｅは排ガスＥＸの１ｍｏｌあたりの質量である。Ｑ_ｍＡＮ及びＱ_ｍＢＮは、いずれも質量流量である。

式（５）、式（６）から、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂを流れるＮＯｘの量が分かる。したがって、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂを流れるＮＯｘを、すべて窒素と水とに転換するために必要な還元剤Ｒの量を求めることができる。前述した必要な還元剤Ｒの量は、式（７）、式（８）で表すことができる。これらの式中、Ｑ_ｍＡｕｒは、第１触媒２５Ａに必要な還元剤Ｒの量であり、Ｑ_ｍＢｕｒは、第２触媒２５Ｂに必要な還元剤Ｒの量である。βはＡＮＲ（Ammonia to NOx Ratio：アンモニアとＮＯｘとの比）、γはＡＮＲ＝１のときにおける還元剤Ｒ（本実施形態では尿素水）とＮＯｘとの質量比である。

本実施形態に係る排ガス処理方法の第１例は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの圧力を少なくとも用いることにより、第１流量Ｑ_ｍＡ及び第２流量Ｑ_ｍＢを計測する際の精度を向上させることができる。このため、第１例は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとを流れるＮＯｘの流量を精度よく求めることができるので、得られたＮＯｘの流量を用いることにより、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給することができる。

＜排ガス処理方法の第２例＞
本実施形態に係る排ガス処理方法の第２例は、前述した第１例と同様であるが、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの圧力に基づいて第１流量Ｑ_ｍＡと第２流量Ｑ_ｍＢとの比である流量比Ｑ_ｍＡ／Ｑ_ｍＢと、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量とを用いる点が異なる。

第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における第１分岐管２２Ａと第２分岐管２２Ｂとの圧力に基づいて求めた流量比αは、式（９）で表される。式（９）における第１流量Ｑ_ｍＡと第２流量Ｑ_ｍＢとは、それぞれ前述した式（１）と式（２）とから求められる。第１温度Ｔ_Ａと第２温度Ｔ_Ｂとを同一と見なしてよい場合、式（９）のＴ_Ｂ／Ｔ_Ａは１と見なすことができるので、式（９）は式（１０）のようになる。第１温度Ｔ_Ａと第２温度Ｔ_Ｂとを同一と見なせる場合は、例えば、一方が他方の±５％以内である場合である。式（１１）は、前述した式（３）から求められた第１流量Ｑ_ｍＡと式（４）から求められた第２流量Ｑ_ｍＢとの流量比αを示している。

排ガス処理装置２０が第１温度センサ２８Ａと第２温度センサ２８Ｂとを有する場合、式（９）又は式（１１）を用いて流量比αを求める。第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂを用いる場合、いずれか一方が正確な温度を検出できなくなったときには、第１触媒２５Ａ側の排ガスＥＸと第２触媒２５Ｂ側の排ガスＥＸとは同じ温度であるとして、正常に動作している方を用いて流量比αを求めてもよい。このようにすることで、信頼性が向上する。なお、両方の温度センサのうち一方が正確な温度を検出できなくなったときに、第１触媒２５Ａ側の排ガスＥＸと第２触媒２５Ｂ側の排ガスＥＸとが同じ温度であるとして取り扱うと、式（９）は式（１０）のようになる。

ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量は、ディーゼルエンジン１０の排気口１６から排出される排ガスＥＸの総流量（質量流量）である。前述した流量比αと、排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍとを用いると、第１触媒２５Ａを流れる排ガスＥＸの流量である第１流量Ｑ_ｍＡ’と第２触媒２５Ｂを流れる排ガスＥＸの流量である第２流量Ｑ_ｍＢ’とは、それぞれ、式（１２）、式（１３）のように表される。なお、流量比αを用いて求めた第１流量Ｑ_ｍＡ’及び第２流量Ｑ_ｍＢ’は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとの上流側における圧力Ｐ_Ａｕ、Ｐ_Ｂｕのみに基づいて求めた第１流量Ｑ_ｍＡ及び第２流量Ｑ_ｍＢと区別するため、「’」を付している。

排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍは、例えば、ディーゼルエンジン１０が備える吸入空気量センサ１４が検出するディーゼルエンジン１０の吸入空気量Ｍ_Ａｒと、燃料噴射装置１１がディーゼルエンジン１０に噴射した単位時間あたり（例えば、１秒あたり）における燃料の量（燃料噴射量）Ｍ_Ｆｌ（質量）との和で求めることができる。他にも、空燃比を利用して排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求めてもよい。例えば、吸入空気量センサ１４が検出するディーゼルエンジン１０の吸入空気量Ｍ_Ａｒと空燃比とから燃料噴射量Ｍ_Ｆｌを求め、吸入空気量Ｍ_Ａｒと空燃比から求めた燃料噴射量Ｍ_Ｆｌとから排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求めてもよい。また、燃料噴射量Ｍ_Ｆｌと空燃比とから、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量Ｍ_Ａｒを求め、燃料噴射量Ｍ_Ｆｌと空燃比から求めた吸入空気量Ｍ_Ａｒとから排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求めてもよい。これらの例において、空燃比は、ディーゼルエンジン１０の運転条件において代表的な値とすることができる。前述した例の他にも、さらに、ディーゼルエンジン１０の体積効率、吸入空気の温度、圧力及び流量等から吸入空気量Ｍ_Ａｒを求め、これと燃料噴射量Ｍ_Ｆｌとから排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求めてもよい。

このように、排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍは、複数の手法で求めることができる。いずれの手法においても、吸入空気量センサ１４等のセンサの検出値を制御装置５０が取得し、前述した検出値に対して何らかの演算を施して排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍが求められる。このため、本実施形態においては、制御装置５０と、吸入空気量センサ１４等のセンサとが、ディーゼルエンジン１０が排出した排ガスＥＸの総流量を求める排ガス総流量検出部に相当する。

式（１２）及び式（１３）から第１流量Ｑ_ｍＡ’及び第２流量Ｑ_ｍＢ’が求められたら、これらを前述した式（５）、式（６）のＱ_ｍＡ、Ｑ_ｍＢにそれぞれ与えることにより、第１ＮＯｘ流量Ｑ_ｍＡＮと第２ＮＯｘ流量Ｑ_ｍＢＮとを求めることができる。流量比αを用いない場合、第１圧力センサ２７Ａ又は第２圧力センサ２７Ｂの誤差等から、第１流量Ｑ_ｍＡと第２流量Ｑ_ｍＢとの和が排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍにならないことがある。式（１２）及び式（１３）から分かるように、流量比αを用いれば、第１流量Ｑ_ｍＡ’と第２流量Ｑ_ｍＢ’との和は排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍになる。したがって、流量比αに基づいて求められた第１流量Ｑ_ｍＡ’と第２流量Ｑ_ｍＢ’を用いることにより、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとを流れるＮＯｘの流量をさらに精度よく求めることができる。その結果、第２例は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに、さらに適切な量の還元剤Ｒを供給することができる。次に、第２例に係る排ガス処理方法の処理フローの一例を説明する。

＜排ガス処理方法の処理フロー＞
図４は、本実施形態に係る排ガス処理方法の処理フロー図である。次の説明において、流体の流量、すなわち吸入空気量及び排ガスＥＸの流量等は、いずれも質量流量である。本実施形態に係る排ガス処理方法を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、図１に示す制御装置５０は、吸入空気量センサ１４の検出値、すなわち、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量Ｍ_Ａｒと燃料噴射装置１１の燃料噴射量Ｍ_Ｆｌとを取得する。制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０を制御する際に、運転条件に応じた燃料噴射量Ｍ_Ｆｌを算出しているので、ステップＳ１０１において、制御装置５０は、この算出結果を取得する。吸入空気量Ｍ_Ａｒ及び燃料噴射量Ｍ_Ｆｌは、制御装置５０の処理部５１（図１参照）への入力となる。

次に、ステップＳ１０２に進み、制御装置５０は、ステップＳ１０１で取得した吸入空気量Ｍ_Ａｒ及び燃料噴射量Ｍ_Ｆｌから、排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求める。本例において、制御装置５０は、吸入空気量Ｍ_Ａｒと燃料噴射量Ｍ_Ｆｌとを加算することによって排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求める。排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍは、処理部５１の出力となる。

次に、ステップＳ１０３に進み、制御装置５０は、図１に示す排ガス処理装置２０の各排ガス通路を流れる排ガスＥＸの圧力を求めるために必要な、各排ガス通路の圧力を取得する。本例においては、図１に示す第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂの圧力が取得される。具体的には、図１に示す第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側と下流側とにおける排ガスＥＸの圧力Ｐ_Ａｕ、Ｐ_Ｂｕ、Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄである。制御装置５０は、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力Ｐ_Ａｕ、Ｐ_Ｂｕを、図１に示す第１圧力センサ２７Ａと第２圧力センサ２７Ｂとから取得する。また、制御装置５０は、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側における排ガスＥＸの圧力Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄを、図１に示す第３圧力センサ２９Ａと第２圧力センサ２９Ｂとから取得する。圧力Ｐ_Ａｕ、Ｐ_Ｂｕ、Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄは、処理部５１への入力となる。

次に、ステップＳ１０４に進み、制御装置５０は、排ガスＥＸの流量比αを求める。流量比αを求めるにあたり、制御装置５０は、圧力Ｐ_Ａｕ、Ｐ_Ｂｕ、Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄを式（９）、式（１０）又は式（１１）のいずれか１つに与えて流量比αを求める。式（９）、式（１０）又は式（１１）から分かるように、流量比αは、差圧ΔＰ_Ａ（Ｐ_Ａｕ−Ｐ_Ａｄ）及び差圧ΔＰ_Ｂ（Ｐ_Ｂｕ−Ｐ_Ｂｄ）が含まれている。本例では、差圧ΔＰ_Ａ、ΔＰ_Ｂを求める際に、圧力Ｐ_Ａｕ、Ｐ_Ｂｕ、Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄをすべて計測している。このため、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂの上流側における排ガスＥＸの圧力Ｐ_Ａｕ、Ｐ_Ｂｕが低い場合であっても、流量比αの精度低下を抑制できる。また、第１分岐管２２Ａ及び第２分岐管２２Ｂの下流側における排ガスＥＸの圧力Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄは大気圧とみなしてもよいが、本例のように、圧力Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄを実測することにより、流量比αに大気圧の変化を反映することができる。その結果、流量比αの精度を向上させることができる。流量比αは、処理部５１の出力となる。

なお、本例においては、第１触媒２５Ａ及び第２触媒２５Ｂの下流側における圧力Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄは大気圧としてもよい。この場合、大気圧を一定として取り扱ってもよいし、ディーゼルエンジン１０の制御等に用いる大気圧センサの検出値を用いてもよい。このようにすれば、圧力Ｐ_Ａｄ、Ｐ_Ｂｄを実測する場合と比較して、処理を簡単にすることができるという利点がある。

他に、式（９）、式（１１）を用いる場合、制御装置５０は、図１に示す第１温度センサ２８Ａ及び第２温度センサ２８Ｂの検出値に基づき、第１触媒２５Ａ、第２触媒２５Ｂの上流側における排ガスＥＸの温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂを求める。また、前述したように、制御装置５０は、ディーゼルエンジン１０の負荷及び回転速度等の運転条件から排ガスＥＸの温度を推定し、得られた推定値を温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂとしてもよい。

流量比αが求められたらステップＳ１０５に進み、制御装置５０は、ステップＳ１０４で求めた流量比αとステップＳ１０１で求めた排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍとを式（１２）、式（１３）に与えて、排ガス処理装置２０の各排ガス通路の流量としての第１流量Ｑ_ｍＡ’、第２流量Ｑ_ｍＢ’を求める。これらは、処理部５１の出力となる。なお、本例においては、ステップＳ１０２で排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求めたが、排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍは、ステップＳ１０５までに求められていればよい。

次に、ステップＳ１０６に進み、制御装置５０は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに供給する還元剤Ｒの量を求める。還元剤Ｒの量を求める場合、制御装置５０は、式（５）、式（６）に第１流量Ｑ_ｍＡ’、第２流量Ｑ_ｍＢ’を与え、第１ＮＯｘ流量Ｑ_ｍＡＮ及び第２ＮＯｘ流量Ｑ_ｍＢＮを求める。次に、制御装置５０は、得られた第１ＮＯｘ流量Ｑ_ｍＡＮ及び第２ＮＯｘ流量Ｑ_ｍＢＮを式（７）、式（８）に与えて、第１触媒２５Ａに供給する還元剤Ｒの量Ｑ_ｍＡｕｒと、第２触媒２５Ｂに供給する還元剤Ｒの量Ｑ_ｍＢｕｒとを求める。これらは、処理部５１の出力となる。

還元剤Ｒの量Ｑ_ｍＡｕｒ、Ｑ_ｍＢｕｒが求められたら、ステップＳ１０７に進み、制御装置５０は、第１触媒２５Ａと第２触媒２５Ｂとに、ステップＳ１０６で求めた量の還元剤Ｒを噴射する。具体的には、図１に示す第１噴射装置３３Ａが還元剤タンク３１から第１ポンプ３２Ａによって圧送された還元剤Ｒを第１分岐管２２Ａの内部に噴射し、第２噴射装置３３Ｂが還元剤タンク３１から第２ポンプ３２Ｂによって圧送された還元剤Ｒを第２分岐管２２Ｂの内部に噴射する。還元剤Ｒが噴射されたら、ディーゼルエンジン１０の運転中、ステップＳ１０１からステップＳ１０７が繰り返される。

本実施形態に係る排ガス処理方法を実行する際に必要な式（９）、式（１２）、式（１３）等は、制御装置５０の記憶部５２に保存されている。本実施形態に係る排ガス処理方法を実行するにあたり、制御装置５０の処理部５１は、これらを記憶部５２から読み出して、計算を実行する。

以上説明したように、本実施形態は、それぞれの排ガス通路内の圧力に基づいてそれぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量を求めるので、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量を高い精度で求めることができる。その結果、本実施形態は、それぞれの排ガス通路に設けられるＮＯｘ還元触媒に対して適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給できるので、排ガスＥＸ中のＮＯｘを確実に窒素と水とに転換し、かつＮＯｘの転換に使用されなかったアンモニアの発生を抑えることができる。

さらに、本実施形態は、それぞれの排ガス通路内の圧力に基づき、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量を求める。このため、それぞれの排ガス通路又はそれぞれのＮＯｘ還元触媒の寸法又は仕様等が異なっていたり、それぞれの排ガス通路の長さ、内径、経路又は曲がり方等が異なっていたりしても、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量を高い精度で求めることができる。その結果、本実施形態は、それぞれのＮＯｘ還元触媒に対して適切な量の還元剤Ｒを精度よく供給できるので、それぞれの排ガス通路の仕様が異なる等の状況であっても、排ガスＥＸ中のＮＯｘを確実に窒素と水とに転換し、かつアンモニアの発生を抑えることができる。

また、本実施形態は、それぞれのＮＯｘ還元触媒の上流側にそれぞれ１個の圧力センサを配置することで、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量を求めることができる。このため、排ガス処理装置２０の構造を簡単にでき、かつ製造コストも低減できる。本実施形態において、それぞれのＮＯｘ還元触媒の下流側に、さらにそれぞれ１個の圧力センサを配置してもよい。このようにすれば、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量をより精度よく求めることができる。

また、本実施形態は、それぞれの排ガス通路内の圧力に基づき、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量比αを求める。そして、得られた流量比αを用いることにより、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量をさらに高い精度で求めることができる。

また、本実施形態は、ディーゼルエンジン１０の吸入空気量Ｍ_Ａｒとディーゼルエンジン１０に対する燃料噴射量Ｍ_Ｆｌとから排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求める。これらは、ディーゼルエンジン１０の運転において、その制御に必ず用いる情報である。したがって、これらを用いることにより、排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを比較的容易に求めることができる。また、既存の情報を用いているので、様々なディーゼルエンジン１０及びその排ガス処理装置２０に対して容易に適用できるので、汎用性が高いという利点もある。

また、本実施形態は、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの温度を検出する温度センサを備え、この温度センサが検出した排ガスＥＸの温度をさらに用いて、排ガスＥＸの流量を求めてもよい。このようにすることで、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量をさらに高い精度で求めることができる。

また、本実施形態は、それぞれのＮＯｘ還元触媒の上流側にそれぞれフィルタを設け、それぞれの圧力センサを、それぞれのフィルタとそれぞれのＮＯｘ還元触媒との間に配置してもよい。このようにすることで、フィルタが排ガスＥＸの流れを整流するので、圧力センサによる排ガスＥＸの圧力の検出精度が向上する。その結果、それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量及びＮＯｘの流量をさらに高い精度で求めることができる。また、本実施形態において、ＮＯｘ検出センサ１５は、ＮＯｘ還元触媒よりも、排ガスＥＸの流れ方向における上流側に配置されていればよい。

本実施形態において、排ガス通路及びＮＯｘ還元触媒はそれぞれ２個としたが、これらの数は２個に限定されるものではなく、３以上であってもよい。排ガス通路及びＮＯｘ還元触媒が３以上である場合、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量Ｑ_ｍｉは、式（１４）、式（１５）のようになる。ｉは、複数の排ガス通路及びＮＯｘ還元触媒を識別するための添字であり、１以上の整数である。Ｐ_ｕｉはＮＯｘ還元触媒の上流側における排ガスＥＸの圧力であり、Ｐ_ｄｉはＮＯｘ還元触媒の下流側における排ガスＥＸの圧力であり、Ｔ_ｉはＮＯｘ還元触媒の上流側における排ガスＥＸの温度である。Ｄ１_ｉ、Ｄ２_ｉは定数である。

式（１４）は、流量Ｑ_ｍｉと圧力パラメーターとの関係が、図３に示す直線Ｌａのような原点を通る一次関数となるものであり、前述した式（１）、式（２）に対応する。式（１５）は、流量Ｑ_ｍｉと圧力パラメーターとの関係が、図３に示す直線Ｌｂのような原点を通らない一次関数となるものであり、前述した式（３）、式（４）に対応する。複数のＮＯｘ還元触媒間における流量比ε_ｉは、式（１６）のようになる。式（１６）中のｊは、排ガス処理装置２０が有するＮＯｘ還元触媒の総数であり、２以上の整数である。このとき、前述した添字ｉは、１からｊまで変化する。

それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量Ｑ_ｍｉ’は、式（１６）から求められた流量比ε_ｉと、排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍとを用いると、Ｑ_ｍｉ’＝ε_ｉ×Ｑ_ｍとなる。それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れる排ガスＥＸの流量Ｑ_ｍｉ’が求められると、排ガスＥＸに含まれるＮＯｘの濃度から、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れるＮＯｘの流量を求めることができる。そして、それぞれのＮＯｘ還元触媒を流れるＮＯｘの流量が求められると、それぞれのＮＯｘ還元触媒に必要な還元剤Ｒの量を求めることができる。

本実施形態において、還元剤Ｒは尿素に限定されるものではなく、例えば、軽油、エタノール、イソプロピルアルコール又はジメチルエーテルのような炭化水素であってもよい。還元剤Ｒに軽油を用いれば、ディーゼルエンジン１０の燃料を利用できるので、還元剤Ｒのタンクを別個に備える必要はない。その結果、排ガス処理装置２０の構造を簡単にすることができる。また、本実施形態において、ＮＯｘ還元触媒は、還元剤ＲによってＮＯｘを還元できればよく、選択触媒に限定されるものではない。

本実施形態においては、ディーゼルエンジン１０が１本の排気管２１に排ガスＥＸを排出し、これを複数の排ガス通路に分岐させてそれぞれの排ガス通路に設けられたＮＯｘ還元触媒で処理する例を説明した。しかし、本実施形態は、１本の排気管２１に排出されたディーゼルエンジン１０の排ガスＥＸを分岐させる例に限定されるものではない。例えば、いわゆるＶ型又は水平対向型等のシリンダ配置のように、複数のシリンダが直列に配列されたシリンダ列を複数有するディーゼルエンジンにおいて、それぞれのシリンダ列毎に排ガス通路とＮＯｘ還元触媒を有するものに対しても本実施形態は適用できる。この場合、排ガスＥＸの総流量Ｑ_ｍを求める際に用いる燃料噴射量Ｍ_Ｆｌは、それぞれのシリンダ列における燃料噴射量の総和を用いればよい。それぞれの排ガス通路を流れる排ガスＥＸの流量は、前述したように、それぞれの排ガス通路内の圧力に基づいて求める。このように、本実施形態は、排ガスＥＸを通過させる排ガス通路を複数有し、それぞれの排ガス通路にＮＯｘ還元触媒が設けられるディーゼルエンジンに対して適用することが可能である。

前述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、前述した実施形態の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。また、本実施形態に係るディーゼルエンジン及びその制御方法が適用される対象の装置又は機器等は特に限定されるものではない。

１０ ディーゼルエンジン
１０Ｃ シリンダ
１１ 燃料噴射装置
１１Ｉ インジェクタ
１１Ｒ 蓄圧室
１２ 吸気管
１３ エアクリーナ
１４ 吸入空気量センサ
１５ ＮＯｘ検出センサ
２０、２０ａ 排ガス処理装置
２１ 排気管
２１Ｓ 分岐部
２２Ａ 第１分岐管
２２Ｂ 第２分岐管
２３Ａ 第１ＤＰＦ
２３Ｂ 第２ＤＰＦ
２５Ａ 第１触媒
２５Ｂ 第２触媒
２７Ａ 第１圧力センサ
２７Ｂ 第２圧力センサ
２８Ａ 第１温度センサ
２８Ｂ 第２温度センサ
２９Ａ 第３圧力センサ
２９Ｂ 第４圧力センサ
３０ 還元剤供給装置
５０ 制御装置
５１ 処理部
５２ 記憶部
Ｒ 還元剤
α、ε_ｉ 流量比

Claims (10)

1. ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数に分岐させて通過させる複数の排ガス通路と、
   それぞれの前記排ガス通路に設けられて、還元剤によって排ガス中のＮＯｘを還元する還元触媒と、
   前記触媒よりも排ガスの流れ方向における上流側に配置されて、前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ検出センサと、
   それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側に配置されてそれぞれの前記排ガス通路内の圧力を検出する圧力センサと、
   少なくともそれぞれの前記圧力センサの検出値に基づいてそれぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求め、得られたそれぞれの前記排ガス通路における排ガスの流量及び前記ＮＯｘ検出センサが検出したＮＯｘの濃度からそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量を求め、得られたそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量からそれぞれの前記還元触媒に与える還元剤の量を求める制御装置と、
   を含む排ガス処理装置。
2. 前記ディーゼルエンジンが排出した排ガスの総流量を求める排ガス総流量検出部を有し、
   前記制御装置は、それぞれの前記圧力センサの検出値に基づき、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量比を求め、得られた前記流量比及び排ガスの前記総流量に基づいてそれぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 前記制御装置は、前記ディーゼルエンジンの吸入空気量と前記ディーゼルエンジンに対する燃料噴射量とから排ガスの前記総流量を求める、請求項２に記載の排ガス処理装置。
4. それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの温度を検出する温度センサを備え、
   前記制御装置は、前記温度センサが検出した排ガスの温度をさらに用いて、前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、請求項１から３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
5. それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側にそれぞれフィルタが設けられ、
   それぞれの前記圧力センサは、それぞれの前記フィルタと前記還元触媒との間に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の排ガス処理装置を備える、ディーゼルエンジン。
7. ディーゼルエンジンが排出した排ガスを複数の排ガス通路に分岐させて複数のＮＯｘを還元する還元触媒に導き、還元剤及び前記還元触媒によって前記排ガス中のＮＯｘを還元するにあたり、
   それぞれの前記還元触媒の、排ガスの流れ方向における上流側における前記排ガス通路内の圧力に少なくとも基づいて、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める手順と、
   得られたそれぞれの前記排ガス通路における排ガスの流量及び前記還元触媒よりも前記排ガスの流れ方向における上流側の排ガスに含まれる前記ＮＯｘの濃度からそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量を求める手順と、
   得られたそれぞれの前記排ガス通路におけるＮＯｘの流量からそれぞれの前記還元触媒に与える還元剤の量を求める手順と、
   を含む排ガス処理方法。
8. それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める手順において、
   それぞれの前記排ガス通路内の圧力に基づき、それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量比を求め、得られた前記流量比及び排ガスの総流量に基づいてそれぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、請求項７に記載の排ガス処理方法。
9. 前記ディーゼルエンジンの吸入空気量と前記ディーゼルエンジンに対する燃料噴射量とから排ガスの前記総流量を求める、請求項８に記載の排ガス処理方法。
10. それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める手順において、
    それぞれの前記排ガス通路を流れる排ガスの温度をさらに用いて、前記排ガス通路を流れる排ガスの流量を求める、請求項７から９のいずれか１項に記載の排ガス処理方法。

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