図面 (/)

技術 排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置

出願人 ボッシュ株式会社
発明者 藤井浩人小久保光章阿部誠
出願日 2008年10月10日 (11年5ヶ月経過) 出願番号 2008-263455
公開日 2010年4月22日 (9年11ヶ月経過) 公開番号 2010-090852
状態 未査定
技術分野 排気の後処理 触媒による排ガス処理 ガス中の分散粒子の濾過
主要キーワード 流量増加制御 増加指示 長時間待機 待機指示 アンモニア由来 堆積率 高圧エア エアアシスト
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年4月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

パティキュレートフィルタ強制再生実行時に還元触媒吸着されたアンモニアの量を減らすための待機時間が短縮され、待機時間中におけるパティキュレートフィルタの目詰まりの発生を防ぐことができる排気浄化装置制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置を提供する

解決手段

制御装置は、強制再生実行判定部と、強制再生実行制御部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定するアンモニアスリップ推定部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、還元剤の供給を停止させる還元剤供給停止指示部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、強制再生の実行を所定期間待機させる再生待機指示部と、所定期間内に還元触媒に流入するNOX流量を増加させるNOX流量増加制御部と、を備える。

概要

背景

ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には排気微粒子窒素酸化物(以下「NOX」と称する。)が含まれているために、従来、内燃機関の排気系には、排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタや、還元剤を用いてNOXを選択的に還元する還元触媒等が備えられている。近年、排気ガス規制値が高まっていることもあり、パティキュレートフィルタ及び還元触媒をともに備えた排気浄化装置が実用化され始めている。

このうち、パティキュレートフィルタは、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過する際に排気微粒子を捕集するが、排気微粒子の堆積量が増加するにつれて次第に排気ガスの圧力損失が増大し、内燃機関等が不具合を生じるおそれがある。そのため、内燃機関の排気系にパティキュレートフィルタを備えた場合には、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させるパティキュレートフィルタの強制再生が適時に行われる。

この強制再生は、例えば、パティキュレートフィルタの排気上流側酸化触媒を設け、内燃機関の運転条件を制御する等の方法により排気ガス中の未燃燃料(HC)を増加し、この未燃燃料が酸化触媒で酸化される際に生じる排気熱を利用して、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を燃焼させることで行われる。あるいは、パティキュレートフィルタの排気上流側に設けられたバーナ等の加熱手段を用いて直接的に又は間接的にパティキュレートフィルタを加熱して強制再生を行うことも提案されている。

また、還元触媒は、例えば、還元剤としてのアンモニア吸着するとともにこのアンモニアを用いて流入する排気ガス中のNOXを選択的に還元する還元触媒が用いられる。より具体的には、還元触媒の上流側でアンモニア由来液体の還元剤を噴射供給し、還元剤が分解して生成されるアンモニアを還元触媒に吸着させておくことで、排気ガス中のNOXとアンモニアとの脱硝反応が還元触媒によって促進され、NOXが窒素や水等に効率的に分解させられる。

ここで、還元触媒は、現実に吸着しているアンモニアの量(以下「実吸着量」と称する。)が多いほどNOXの還元効率が向上するという性質を有している。そのため、良好なNOXの還元効率を実現するには、できる限り多くのアンモニアを還元触媒に吸着させておくことが望ましい。一方、還元触媒は、吸着可能なアンモニアの量(以下「飽和吸着量」と称する。)が触媒温度に依存し、還元触媒の温度が高いほど飽和吸着量が減少するという性質を有している。したがって、還元触媒の温度が比較的低い状態から急激に上昇すると、還元触媒の飽和吸着量が急激に低下し、それまでに還元触媒に吸着されていたアンモニアの一部が還元触媒の下流側へ放出される、いわゆるアンモニアスリップを生じるおそれがある。

パティキュレートフィルタと還元触媒とをともに備えた排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの強制再生の実行時において、高温の排気ガスによって還元触媒が急激に昇温し、還元触媒におけるアンモニアの飽和吸着量が急激に低下するため、アンモニアスリップが発生しやすい状況にある。

そこで、パティキュレートフィルタの強制再生時における還元触媒のアンモニアスリップを防止することができる排気浄化装置が提案されている。より具体的には、パティキュレートフィルタと、アンモニアを還元剤として排気中のNOXを選択還元する還元触媒とを備え、アンモニア供給手段により還元触媒にアンモニアの供給を行っているときに、パティキュレートフィルタの強制再生を開始する場合には、アンモニアの供給を中止し、還元触媒に吸着しているアンモニアの量が所定値以下になったときに強制再生を開始する排気浄化装置が開示されている(特許文献1参照)。

特開2006−342734号公報 (全文、全図)

概要

パティキュレートフィルタの強制再生実行時に還元触媒に吸着されたアンモニアの量を減らすための待機時間が短縮され、待機時間中におけるパティキュレートフィルタの目詰まりの発生を防ぐことができる排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置を提供する制御装置は、強制再生実行判定部と、強制再生実行制御部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定するアンモニアスリップ推定部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、還元剤の供給を停止させる還元剤供給停止指示部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、強制再生の実行を所定期間待機させる再生待機指示部と、所定期間内に還元触媒に流入するNOX流量を増加させるNOX流量増加制御部と、を備える。

目的

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、パティキュレートフィルタの強制再生の実行に伴うアンモニアスリップのおそれがある場合に、還元剤の供給を停止するとともに強制再生の実行を所定期間待機させ、所定期間中に、還元触媒に流入するNOX流量を増加させることによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、パティキュレートフィルタの強制再生実行前に還元触媒に吸着されたアンモニアの量を減らすための待機時間を短縮し、待機時間中におけるパティキュレートフィルタの目詰まりの発生を防ぐことができる排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

内燃機関から排出された排気ガス中の排気微粒子捕集するパティキュレートフィルタと、還元剤を用いて前記排気ガス中のNOXを選択的に浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置を制御するための排気浄化装置の制御装置において、前記パティキュレートフィルタの強制再生の要否を判定する強制再生実行判定部と、前記強制再生を実行する強制再生実行制御部と、前記強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定するアンモニアスリップ推定部と、前記強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、前記還元剤の供給を停止させる還元剤供給停止指示部と、前記強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、前記強制再生の実行を所定期間待機させる再生待機指示部と、前記所定期間内に前記内燃機関の運転条件を制御して、前記還元触媒に流入するNOX流量を増加させるNOX流量増加制御部と、を備えることを特徴とする排気浄化装置の制御装置。

請求項2

前記再生待機指示部は、前記パティキュレートフィルタに捕集される前記排気微粒子の堆積量が前記パティキュレートフィルタの限界堆積量に達すると推定される時期を限度として前記所定期間を設定することを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置の制御装置。

請求項3

前記再生待機指示部は、前記パティキュレートフィルタに堆積する前記排気微粒子の堆積率又は堆積速度に基づいて前記所定期間を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の排気浄化装置の制御装置。

請求項4

前記NOX流量増加制御部は、前記アンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、前記還元触媒に流入させる目標NOX量を算出し、前記目標NOX量に応じて前記NOX流量を増加させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置の制御装置。

請求項5

前記NOX流量増加制御部は、前記アンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、前記還元触媒に流入する前記NOXの積算量が前記所定期間をかけて徐々に前記目標NOX量に達するように前記NOX流量を増加させることを特徴とする請求項4に記載の排気浄化装置の制御装置。

請求項6

内燃機関から排出された排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、還元剤を用いて前記排気ガス中のNOXを選択的に浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置の制御方法において、前記パティキュレートフィルタの強制再生を実行する前に前記強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定し、前記アンモニアスリップが生じ得ると判定される場合には、前記還元剤の供給を停止するとともに前記強制再生の実行を所定期間待機させ、前記内燃機関の運転条件を制御して前記還元触媒に流入するNOX流量を増加することにより、前記還元触媒における前記アンモニア吸着量を減少させた後、前記強制再生を実行することを特徴とする排気浄化装置の制御方法。

請求項7

前記NOX流量を増加し、前記還元触媒における前記アンモニアの吸着量を減少させた後、前記強制再生を実行する制御を、前記内燃機関の回転数所定値以下のときに行うことを特徴とする請求項6に記載の排気浄化装置の制御方法。

請求項8

内燃機関から排出された排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、前記パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として前記排気ガス中のNOXを還元浄化する還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタを昇温して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う強制再生手段、及び前記還元触媒に流入するNOX流量を増加させるためのNOX流量増加手段を備えるとともに、前記パティキュレートフィルタの強制再生の要否を判定する強制再生実行判定部と、前記強制再生を実行する強制再生実行制御部と、前記強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定するアンモニアスリップ推定部と、前記強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、前記還元剤の供給を停止させる還元剤供給停止指示部と、前記強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、前記強制再生の実行を所定期間待機させる再生待機指示部と、前記所定期間内に前記内燃機関の運転条件を制御して、前記還元触媒に流入するNOX流量を増加させるNOX流量増加制御部と、を含む制御装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

技術分野

0001

本発明は、排気浄化装置制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関する。特に、排気微粒子捕集するパティキュレートフィルタと、還元剤を用いてNOXを還元する還元触媒とを備えた排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関する。

背景技術

0002

ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には排気微粒子や窒素酸化物(以下「NOX」と称する。)が含まれているために、従来、内燃機関の排気系には、排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタや、還元剤を用いてNOXを選択的に還元する還元触媒等が備えられている。近年、排気ガス規制値が高まっていることもあり、パティキュレートフィルタ及び還元触媒をともに備えた排気浄化装置が実用化され始めている。

0003

このうち、パティキュレートフィルタは、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過する際に排気微粒子を捕集するが、排気微粒子の堆積量が増加するにつれて次第に排気ガスの圧力損失が増大し、内燃機関等が不具合を生じるおそれがある。そのため、内燃機関の排気系にパティキュレートフィルタを備えた場合には、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を強制的に燃焼させるパティキュレートフィルタの強制再生が適時に行われる。

0004

この強制再生は、例えば、パティキュレートフィルタの排気上流側酸化触媒を設け、内燃機関の運転条件を制御する等の方法により排気ガス中の未燃燃料(HC)を増加し、この未燃燃料が酸化触媒で酸化される際に生じる排気熱を利用して、パティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を燃焼させることで行われる。あるいは、パティキュレートフィルタの排気上流側に設けられたバーナ等の加熱手段を用いて直接的に又は間接的にパティキュレートフィルタを加熱して強制再生を行うことも提案されている。

0005

また、還元触媒は、例えば、還元剤としてのアンモニア吸着するとともにこのアンモニアを用いて流入する排気ガス中のNOXを選択的に還元する還元触媒が用いられる。より具体的には、還元触媒の上流側でアンモニア由来液体の還元剤を噴射供給し、還元剤が分解して生成されるアンモニアを還元触媒に吸着させておくことで、排気ガス中のNOXとアンモニアとの脱硝反応が還元触媒によって促進され、NOXが窒素や水等に効率的に分解させられる。

0006

ここで、還元触媒は、現実に吸着しているアンモニアの量(以下「実吸着量」と称する。)が多いほどNOXの還元効率が向上するという性質を有している。そのため、良好なNOXの還元効率を実現するには、できる限り多くのアンモニアを還元触媒に吸着させておくことが望ましい。一方、還元触媒は、吸着可能なアンモニアの量(以下「飽和吸着量」と称する。)が触媒温度に依存し、還元触媒の温度が高いほど飽和吸着量が減少するという性質を有している。したがって、還元触媒の温度が比較的低い状態から急激に上昇すると、還元触媒の飽和吸着量が急激に低下し、それまでに還元触媒に吸着されていたアンモニアの一部が還元触媒の下流側へ放出される、いわゆるアンモニアスリップを生じるおそれがある。

0007

パティキュレートフィルタと還元触媒とをともに備えた排気浄化装置では、パティキュレートフィルタの強制再生の実行時において、高温の排気ガスによって還元触媒が急激に昇温し、還元触媒におけるアンモニアの飽和吸着量が急激に低下するため、アンモニアスリップが発生しやすい状況にある。

0008

そこで、パティキュレートフィルタの強制再生時における還元触媒のアンモニアスリップを防止することができる排気浄化装置が提案されている。より具体的には、パティキュレートフィルタと、アンモニアを還元剤として排気中のNOXを選択還元する還元触媒とを備え、アンモニア供給手段により還元触媒にアンモニアの供給を行っているときに、パティキュレートフィルタの強制再生を開始する場合には、アンモニアの供給を中止し、還元触媒に吸着しているアンモニアの量が所定値以下になったときに強制再生を開始する排気浄化装置が開示されている(特許文献1参照)。

0009

特開2006−342734号公報 (全文、全図)

発明が解決しようとする課題

0010

しかしながら、特許文献1に記載の排気浄化装置において、還元触媒に吸着しているアンモニアの減少速度は、還元触媒に流入するNOX流量に依存するため、パティキュレートフィルタの強制再生時においてもアンモニアスリップが生じない程度にアンモニアの実吸着量が減少するまでには、比較的長時間を要する場合がある。例えば、内燃機関の回転数が極めて低い場合、排気ガス中のNOX濃度は比較的低く、還元触媒に流入するNOX流量が比較的少なくなる。このため、内燃機関のアイドリング時や渋滞時等にパティキュレートフィルタの強制再生が必要になった場合には、アンモニアの実吸着量が所定値以下に減少するまでに長時間を要するおそれがあり、パティキュレートフィルタの強制再生の実行が長時間待機させられるおそれがある。

0011

パティキュレートフィルタの強制再生の実行が長時間待機させられると、その期間に排気微粒子がさらにパティキュレートフィルタに堆積してパティキュレートフィルタが完全に詰まってしまい、内燃機関の不具合を生じたり、フィルタ劣化したりするおそれがある。

0012

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、パティキュレートフィルタの強制再生の実行に伴うアンモニアスリップのおそれがある場合に、還元剤の供給を停止するとともに強制再生の実行を所定期間待機させ、所定期間中に、還元触媒に流入するNOX流量を増加させることによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、パティキュレートフィルタの強制再生実行前に還元触媒に吸着されたアンモニアの量を減らすための待機時間を短縮し、待機時間中におけるパティキュレートフィルタの目詰まりの発生を防ぐことができる排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気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

0013

本発明によれば、内燃機関から排出された排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、還元剤を用いて排気ガス中のNOXを選択的に浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置を制御するための排気浄化装置の制御装置において、パティキュレートフィルタの強制再生の要否を判定する強制再生実行判定部と、強制再生を実行する強制再生実行制御部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定するアンモニアスリップ推定部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、還元剤の供給を停止させる還元剤供給停止指示部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、強制再生の実行を所定期間待機させる再生待機指示部と、所定期間内に内燃機関の運転条件を制御して、還元触媒に流入するNOX流量を増加させるNOX流量増加制御部と、を備えることを特徴とする排気浄化装置の制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

0014

また、本発明の排気浄化装置の制御装置を構成するにあたり、再生待機指示部は、パティキュレートフィルタに捕集される排気微粒子の堆積量がパティキュレートフィルタの限界堆積量に達すると推定される時期を限度として所定期間を設定することが好ましい。

0015

また、本発明の排気浄化装置の制御装置を構成するにあたり、再生待機指示部は、パティキュレートフィルタに堆積する排気微粒子の堆積率又は堆積速度に基づいて所定期間を設定することが好ましい。

0016

また、本発明の排気浄化装置の制御装置を構成するにあたり、NOX流量増加制御部は、アンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、還元触媒に流入させる目標NOX量を算出し、目標NOX量に応じてNOX流量を増加させることが好ましい。

0017

また、本発明の排気浄化装置の制御装置を構成するにあたり、NOX流量増加制御部は、アンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、還元触媒に流入するNOXの積算量が所定期間をかけて徐々に目標NOX量に達するようにNOX流量を増加させることが好ましい。

0018

また、本発明の別の態様は、内燃機関から排出された排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、還元剤を用いて排気ガス中のNOXを選択的に浄化する還元触媒と、を備えた排気浄化装置の制御方法において、パティキュレートフィルタの強制再生を実行する前に強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定し、アンモニアスリップが生じ得ると判定される場合には、還元剤の供給を停止するとともに強制再生の実行を所定期間待機させ、内燃機関の運転条件を制御して還元触媒に流入するNOX流量を増加することにより、還元触媒におけるアンモニアの実吸着量を減少させた後、強制再生を実行することを特徴とする排気浄化装置の制御方法である。

0019

また、本発明の排気浄化装置の制御方法を実施するにあたり、NOX流量を増加し、還元触媒におけるアンモニアの実吸着量を減少させた後、強制再生を実行する制御を、内燃機関の回転数が所定値以下のときに行うことが好ましい。

0020

また、本発明のさらに別の態様は、内燃機関から排出された排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタの排気下流側に設けられ、アンモニアを還元剤として排気ガス中のNOXを還元浄化する還元触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタを昇温してパティキュレートフィルタの強制再生を行う強制再生手段、及び還元触媒に流入するNOX流量を増加させるためのNOX流量増加手段を備えるとともに、パティキュレートフィルタの強制再生の要否を判定する強制再生実行判定部と、強制再生を実行する強制再生実行制御部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定するアンモニアスリップ推定部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、還元剤の供給を停止させる還元剤供給停止指示部と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、強制再生の実行を所定期間待機させる再生待機指示部と、所定期間内に内燃機関の運転条件を制御して、還元触媒に流入するNOX流量を増加させるNOX流量増加制御部と、を含む制御装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

発明の効果

0021

本発明の排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法によれば、パティキュレートフィルタの強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、還元剤の供給を停止させるとともに強制再生の実行を所定期間待機させ、その所定期間内に、還元触媒に流入するNOX流量を増加させる制御が行われる。そのため、本発明の排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法は、還元触媒に吸着しているアンモニアの減少速度が速められ、パティキュレートフィルタの強制再生実行までの待機時間を短縮することができる。したがって、強制再生実行までの待機時間中におけるパティキュレートフィルタの目詰まりが防止され、フィルタの劣化や内燃機関の不具合の発生が防止される。

0022

また、本発明の排気浄化装置の制御装置において、強制再生を待機する所定期間が、排気微粒子の堆積量がパティキュレートフィルタの限界堆積量に達する時期を限度として設定されることにより、パティキュレートフィルタが目詰まりを生じる以前に強制再生が確実に実行される。

0023

また、本発明の排気浄化装置の制御装置において、強制再生を待機する所定期間が、パティキュレートフィルタへの排気微粒子の堆積率又は堆積速度に基づいて設定されることにより、排気微粒子の堆積量がパティキュレートフィルタの限界堆積量に達する時期がより正確に推定される。

0024

また、本発明の排気浄化装置の制御装置において、還元触媒に流入させる目標NOX量に応じてNOX流量が増加させられることにより、強制再生実行に伴ってアンモニアスリップが生じない程度に減少されるべきアンモニア量に対応するNOXが、過不足なく還元触媒に流入する。その結果、還元触媒に吸着しているアンモニアが必要以上に減少したり、アンモニアが十分に減少されなかったりすることが防止される。したがって、パティキュレートフィルタの強制再生に伴うアンモニアスリップが確実に防止されるとともに、強制再生中にアンモニアの実吸着量が著しく減少してしまうことが防止される。

0025

また、本発明の排気浄化装置の制御装置において、還元触媒に流入するNOXの積算量が所定時間をかけて徐々に目標NOX量に達するようにNOX流量を増加させることにより、NOX流量の増加量が過度に大きくなることがない。したがって、NOX流量を増加させることに伴って発生し得る騒音ピーク値が抑えられる。

0026

また、本発明の排気浄化装置の制御方法において、内燃機関の回転数が所定値以下のときに上記制御を行うことにより、内燃機関のアイドリング時や渋滞時等、内燃機関から排出される排気微粒子が比較的増加しやすい運転状況でパティキュレートフィルタの強制再生が必要になった場合においても、排気微粒子の堆積量が限界に達する前に還元触媒におけるアンモニアの実吸着量が速やかに減少し、速やかにパティキュレートフィルタの強制再生を実行することができる。

0027

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、上述した構成の制御装置を備えることにより、排気微粒子の堆積量が限界に達する前に還元触媒におけるアンモニアの実吸着量を減少させて、パティキュレートフィルタの強制再生が実行され、パティキュレートフィルタの強制再生に伴うアンモニアの放出が少なく、また、パティキュレートフィルタの目詰まりを確実に防止できる排気浄化装置が提供される。

発明を実施するための最良の形態

0028

以下、本発明の排気浄化装置の制御装置及び排気浄化装置の制御方法並びに内燃機関の排気浄化装置に関する実施の形態について、適宜図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、この実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

0029

1.内燃機関の排気浄化装置
(1)基本的構成
図1は、本実施形態の排気浄化装置10の全体構成を示している。この排気浄化装置10は、内燃機関5の排気通路11に配設されたパティキュレートフィルタ20と還元触媒21とを備えている。また、パティキュレートフィルタ20の上流側には酸化触媒19が配設され、還元触媒21の上流側には排気通路11内に還元剤としての尿素水溶液を供給するための還元剤噴射弁43を含む還元剤供給装置40が接続されている。さらに、排気浄化装置10は、パティキュレートフィルタ20の強制再生や還元剤供給装置40の動作制御を行うための制御装置60を備えている。

0030

このうちパティキュレートフィルタ20は、排気ガス中の排気微粒子を捕集するためのフィルタである。パティキュレートフィルタ20は、公知のもの、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタが用いられる。本実施形態の排気浄化装置10では、パティキュレートフィルタ20が還元触媒21よりも上流側に配設されており、排気微粒子が還元触媒21に付着するおそれがない。

0031

パティキュレートフィルタ20の上流側に配設された酸化触媒19は、パティキュレートフィルタ20の強制再生を行う際に、内燃機関5でのポスト噴射等によって排気通路11内に供給された未燃燃料を酸化し、パティキュレートフィルタ20を通過する排気ガスを昇温してパティキュレートフィルタ20を加熱するために用いられる。酸化触媒19は、公知のもの、例えば、アルミナ白金担持させたものに所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものが用いられる。

0032

還元触媒21は、還元剤噴射弁43によって排気ガス中に噴射される尿素水溶液が加水分解を生じて生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のNOXを還元する。この還元触媒21は、例えば、アンモニアの吸着機能を有し、かつ、NOXを選択的に還元可能なゼオライト系の還元触媒が用いられる。
アンモニアの吸着機能を有する還元触媒21は、アンモニアの飽和吸着量(吸着可能な量)が触媒温度に依存する。図2は、還元触媒21温度とアンモニアの飽和吸着量との関係を示しており、還元触媒21は、実際にNOXの還元浄化を行う温度範囲において、触媒温度が高くなるにつれてアンモニアの飽和吸着量が低下する特性を有している。

0033

また、還元触媒21の上流側及び下流側には、それぞれ温度センサ26、27が設けられている。温度センサ26、27のセンサ値は制御装置60に送られ、制御装置60においてそれぞれの位置での排気ガス温度が検出される。また、各温度センサ26、27のセンサ値は、還元触媒21の温度の推定にも用いられる。

0034

また、酸化触媒19とパティキュレートフィルタ20との間には第1の圧力センサ28が備えられ、パティキュレートフィルタ20と還元触媒21との間には第2の圧力センサ29が備えられている。第1の圧力センサ28及び第2の圧力センサ29のセンサ値も制御装置60に送られ、それぞれの位置での排気通路11内の圧力が検出される。第1の圧力センサ28及び第2の圧力センサ29のセンサ値は、パティキュレートフィルタ20における排気微粒子の堆積量の推定に用いられる。

0035

また、本実施形態の排気浄化装置10に備えられた還元剤供給装置40は、還元触媒21の上流側で排気通路11に固定された還元剤噴射弁43と、液体の還元剤としての尿素水溶液が貯蔵された貯蔵タンク41と、貯蔵タンク41内の尿素水溶液を還元剤噴射弁43に向けて圧送する還元剤圧送手段42とによって構成されている。還元剤圧送手段42と貯蔵タンク41との間には第1の供給通路44が接続され、還元剤圧送手段42と還元剤噴射弁43との間には第2の供給通路45が接続されている。第2の供給通路45には、還元剤圧送手段42の駆動制御に用いられる還元剤圧力センサ30が設けられている。

0036

本実施形態の排気浄化装置10では液体の還元剤として尿素水溶液が用いられる。尿素水溶液は、還元触媒21よりも上流側で排気ガスに混合され、分解することによってアンモニアを生成する。このアンモニアが還元触媒21に吸着する。ただし、使用できる還元剤は尿素水溶液に限られず、その他、還元触媒21にアンモニアを供給できるものであればよい。

0037

還元剤供給装置40の還元剤噴射弁43は、例えば、通電制御により開閉制御が行われる還元剤噴射弁が用いられる。還元剤圧送手段42から還元剤噴射弁43に圧送される尿素水溶液は所定の圧力に維持され、制御装置60から出力される制御信号によって還元剤噴射弁43が開かれたときに、尿素水溶液が排気通路11中に噴射される。
また、還元剤圧送手段42は代表的には電動ポンプが用いられ、貯蔵タンク41内の尿素水溶液を汲み上げて還元剤噴射弁43に圧送する。このポンプは、例えば電動式ダイヤフラムポンプギアポンプが用いられ、制御装置60によって駆動制御が行われる。

0038

なお、還元剤供給装置40の構成は、上述のような還元剤噴射弁43から直接排気通路11内に尿素水溶液を噴射する構成以外にも、例えば、高圧エアを用いて尿素水溶液を霧状にした上で排気通路11内に供給するエアアシスト式の構成であってもよい。

0039

(2)強制再生手段
排気浄化装置10は、パティキュレートフィルタ20に堆積した排気微粒子を燃焼させるための強制再生手段を備えている。本実施形態の排気浄化装置10では、内燃機関5でポスト噴射を行うことによってパティキュレートフィルタ20の強制再生が行われる。具体的には、ポスト噴射によって排気ガスに含まれる未燃燃料が増加し、この未燃燃料が酸化触媒19で酸化されることで発生する酸化熱を利用してパティキュレートフィルタ20が加熱されて、パティキュレートフィルタ20に堆積した排気微粒子が燃焼する。したがって、本実施形態の排気浄化装置10では、内燃機関5に備えられる燃料噴射弁及び燃料噴射弁の制御を行う制御装置60が強制再生手段に相当する。

0040

ただし、強制再生手段は上述した例に限られず、排気ガスの温度をおよそ500〜600℃程度に昇温させることができるものであれば、特に制限されない。例えば、ポスト噴射に拠らずに酸化触媒19の上流側に未燃燃料を供給する装置を利用して強制再生手段が構成されてもよい。また、バーナや電熱線等の加熱手段を強制再生手段として用いて、直接パティキュレートフィルタ20を加熱したり、あるいは排気ガスを介して間接的にパティキュレートフィルタ20を加熱したりして、パティキュレートフィルタ20に堆積した排気微粒子を燃焼させることもできる。

0041

(3)NOX流量増加手段
また、排気浄化装置10は、還元触媒21に流入するNOX流量を増加させるためのNOX流量増加手段を備えている。還元触媒21に流入するNOX流量を増加させるためには、内燃機関5から排出される排気ガス中のNOX濃度を増加させることが有効であるため、NOX流量増加手段は、代表的には、内燃機関5で希薄燃焼を生じやすくすることができる装置や制御手段によって構成される。

0042

本実施形態の排気浄化装置10は、NOX流量増加手段としてEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置が用いられる。EGR装置は、内燃機関5のインテークマニホールドに接続された吸気通路12及び内燃機関5のエキゾート・マニホールドに接続された排気通路11の間を接続する排気ガス再循環通路17と、この排気ガス再循環通路17に備えられ排気ガス再循環通路17を流れる排気ガスの流量を調節するためのEGRバルブ18とによって構成される。このEGRバルブ18は制御装置60によって開閉制御が行われる。

0043

このEGR装置は、EGRバルブ18が閉じられた状態において、内燃機関5から排出された排気ガスの全量が排気通路11を流れ下流側に進行する一方、EGRバルブ18が開かれた状態においては、内燃機関5から排出された排気ガスの一部が排気通路11から吸気通路12に還流する。EGRバルブ18が閉じられることで、内燃機関5の吸入空気量に対する還流した排気ガス量の割合(EGR率)が低減される。このとき、不活性な排気ガスの還流が中止されることで燃焼状態が改善される結果、排気ガス中のNOX濃度が増加する。すなわち、本実施形態の排気浄化装置10は、EGRバルブ18を閉じることにより、還元触媒21に流入するNOX流量を増加させる。

0044

還元触媒21に流入するNOX流量を増加させる方法はこの他にも種々考えられる。例えば、内燃機関の燃料噴射装置に備えられたコモンレール内の圧力を上昇させて燃料噴射弁からの燃料噴射特性を向上させたり、噴射時期進角させたりすることによっても排気ガス中のNOX率を増加させることができる。また、これらの内燃機関5における燃料噴射系適合を変化させる方法以外にも、内燃機関5の駆動条件を変化させたり、内燃機関5の吸気系又は排気系に備えられた補機設定条件を変化させたりすることによっても、排気ガス中のNOX濃度を増加させることができる。

0045

なお、本実施形態の排気浄化装置10のように、何らかのNOX流量増加手段によりNOX流量を増加させることは、供給された燃料が有する熱量を内燃機関において十分に発生させることと同義であり、すなわち内燃機関の燃費が向上するという効果を得ることもできる。

0046

(4)制御装置
図3は、排気浄化装置10に備えられた制御装置60を機能的なブロックごとに表した構成例を示している。この制御装置60は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、還元剤供給装置制御部(図3では「DeNOX制御」と表記。)と、内燃機関の運転条件制御部(図3では「エンジン制御」と表記。)と、強制再生制御部(図3では「強制再生制御」と表記。)と、アンモニアスリップ防止制御部(図3では「NH3slip防止制御」と表記。)等を主要な要素として備えている。制御装置60の各部は、具体的にはマイクロコンピュータ(図示せず)によるプラグラムの実行によって実現される。

0047

(4)−1還元剤供給装置制御部
還元剤供給装置制御部は、還元剤圧送手段42の駆動制御を行う還元剤圧送手段制御部(図3では「pump制御」と表記。)と、還元剤噴射弁43の駆動制御を行う還元剤噴射弁制御部(図3では「inj制御」と表記)と、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactを算出する実吸着量演算部(図3では「Nact演算」と表記。)と、尿素水溶液の要求噴射量を算出する噴射量演算部(図3では「Qud演算」と表記。)とを備えている。

0048

還元剤圧送手段制御部は、還元剤圧力センサ30を用いて検出される第2の供給経路45内の圧力Pudに基づき還元剤圧送手段42のフィードバック制御を行い、第2の供給経路45内の圧力を所定の値に維持する。
また、実吸着量演算部は、例えば、前回噴射された尿素水溶液によって生成されたアンモニアの量から、排気ガスに含まれるNOXの還元反応に用いられたアンモニアの量を差し引いた値を積算することによって、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactを算出する。

0049

噴射量演算部は、内燃機関5から排出されるNOXの流量Fnox、還元触媒21の上流側及び下流側に備えられた温度センサ26、27のセンサ値から推定される還元触媒21の温度Tcat、及び還元触媒21におけるNOXの還元効率ηに、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactを加味して尿素水溶液の要求噴射量Qudを算出する。
また、還元剤噴射弁制御部は、算出された尿素水溶液の要求噴射量Qudに基づいて、還元剤噴射弁43の開閉制御を行う。

0050

(4)−2内燃機関の運転条件制御部
内燃機関の運転条件制御部は、少なくとも燃料噴射制御部(図3では「燃料噴射制御」と表記。)とEGR制御部(図3では「EGR制御」と表記。)とを備えている。燃料噴射制御部は、内燃機関5の回転数や、アクセル操作量、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力、内燃機関5の負荷等に応じて要求噴射量を算出し、所定の噴射パターンで内燃機関5の気筒に燃料が噴射されるように燃料噴射弁の開閉制御を行う。
また、EGR制御部は、EGRバルブ18の操作制御を行い、内燃機関5の排気通路11から吸気通路12に還流させる排気ガスの流量を調節する。

0051

(4)−3強制再生制御部
強制再生制御部は、パティキュレートフィルタ20に捕集された排気微粒子の堆積量SLを推定する堆積量演算部(図3では「Vpm演算」と表記。)と、パティキュレートフィルタの強制再生が必要か否かを判定する強制再生実行判定部(図3では「強制再生判定」と表記。)と、強制再生を実行する強制再生実行制御部(図3では「強制再生実行」と表記。)とを備えている。

0052

このうち、本実施形態の排気浄化装置10に備えられた制御装置60では、堆積量演算部は、パティキュレートフィルタ20の前後に設けた第1の圧力センサ28のセンサ値、及び第2の圧力センサ29のセンサ値から求められる差圧に基づいて、排気微粒子の堆積量Vpmの推定を行う。
ただし、排気微粒子の堆積量Vpmの推定方法は他にも種々の方法を採用することができる。例えば、内燃機関5の回転数や燃料噴射量、噴射タイミング等の運転条件に関するパラメータや、内燃機関5から排出される排気ガスの流量、排気圧排気温度等の排気ガスに関するパラメータ等に基づいて、排気ガス中の排気微粒子の流量を算出して積算することにより、排気微粒子の堆積量Vpmを推定することもできる。

0053

強制再生判定部は、堆積量演算部で推定される排気微粒子の堆積量Vpmが所定の強制再生閾値Vpm1を超えたときにパティキュレートフィルタ20の強制再生が必要であると判定する。強制再生閾値Vpm1は、パティキュレートフィルタ20に排気微粒子が堆積することによって排気ガスの圧力損失が増加し、内燃機関5やパティキュレートフィルタ20の不具合が引き起こされ得る排気微粒子の堆積量(限界堆積量)Vpm0よりも小さい値に設定されている。強制再生閾値Vpm1が限界堆積量Vpm0よりも小さいことにより、パティキュレートフィルタ20に捕集された排気微粒子が限界堆積量Vpm0に達する前に強制再生が行われる。

0054

強制再生実行部は、強制再生判定部でパティキュレートフィルタ20の強制再生が必要であると判定された場合に、強制再生の実行指示信号を出力する。本実施形態の排気浄化装置10に備えられた制御装置60では、強制再生実行部は、内燃機関5の運転条件制御部の燃料噴射制御部に対してポスト噴射を行うように指示する。
また、強制再生実行部は、強制再生判定部で推定されるパティキュレートフィルタ20における排気微粒子の堆積量Vpmが所定量まで低下したことをきっかけとして、ポスト噴射を停止する指示信号を出力する。この強制再生を終了するタイミングについては、強制再生の実行開始時からの時間を計測して、所定時間が経過したときに強制再生を終了するようにしてもよい。

0055

(4)−4アンモニアスリップ防止制御部
アンモニアスリップ防止制御部は、強制再生に伴ってアンモニアスリップが生じ得るか否かを判定するアンモニアスリップ判定部(図3では「slip判定」と表記。)と、強制再生に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、尿素水溶液の供給を停止させる還元剤供給停止指示部(図3では「Ud供給停止」と表記。)と、強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合に、強制再生の実行を所定期間待機させる再生待機指示部(図3では「再生待機指示」と表記。)と、強制再生を待機させる所定期間内に還元触媒21に流入するNOX流量を増加させるNOX流量増加制御部(図3では「NOX増加制御」と表記。)とを備えている。

0056

アンモニアスリップ判定部は、還元剤供給装置制御部の実吸着量演算部で算出されたアンモニアの実吸着量Nactを受け取るとともに、アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上であるか否かを判定する。強制再生時飽和吸着量N1は、パティキュレートフィルタ20の強制再生が行われる場合の還元触媒21の温度に対応する飽和吸着量であり、一例として、還元触媒21の温度が500℃の場合における飽和吸着量が強制再生時飽和吸着量N1として設定される。ただし、外気温度車速等の、排気管あるいは還元触媒21からの放熱量に影響する条件を考慮して、強制再生時飽和吸着量N1を可変値とすることもできる。

0057

また、アンモニアスリップ判定部は、内燃機関5の回転数を検出し、当該回転数が所定値以下のときにのみアンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上であるか否かを判定するようにしてもよい。内燃機関5の回転数が低いアイドリング時や渋滞時には内燃機関5から排出される排気微粒子の流量が比較的増加するため、パティキュレートフィルタ20における排気微粒子の堆積量Vpmが強制再生閾値Vpm1に到達してから短時間で限界堆積量Vpm0に達するおそれがある一方、その他の運転状態では内燃機関5から排出される排気微粒子の流量が比較的少なく、パティキュレートフィルタ20における排気微粒子の堆積量Vpmが強制再生閾値Vpm1に到達してから限界堆積量Vpm0に達するまでに時間的余裕を得やすい。そのため、内燃機関5の回転数が低いときにのみNOX流量を増加させる制御を行い、強制再生実行までの待機時間を短縮させるようにする一方、内燃機関5の回転数が所定値以上のときには尿素水溶液の供給を停止して還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactの減少を待つようにすることで、内燃機関5の運転条件が変えられる回数を減らすことができる。

0058

還元剤供給停止指示部は、アンモニアスリップ判定部でアンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上であると判定されたときに、還元剤供給装置制御部の還元剤噴射弁制御部に対して、尿素水溶液の噴射を一旦停止する指示信号を出力する。その結果、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactが増加することがなくなる。

0059

強制再生待機指示部は、還元剤供給停止指示部と同様に、アンモニアスリップ判定部でアンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上であると判定されたときに、強制再生実行部に対して、パティキュレートフィルタ20の強制再生の実行を待機させる指示信号を出力する。この待機期間中に、後述するNOX流量増加指示部によって、還元触媒21に流入するNOX流量が増加され、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactを減少させる制御が行われる。すなわち、本実施形態の排気浄化装置10では、還元剤供給装置制御部の実吸着量演算部において算出されたアンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上か否かによって、パティキュレートフィルタ20の強制再生の実行時期が異なってくる。

0060

この強制再生待機指示部は待機時間演算部(図3では「twait演算」と表記。)を備えており、内燃機関5の運転状態に基づいてパティキュレートフィルタ20における排気微粒子の堆積量Vpmが限界堆積量Vpm0に到達するまでに要する時間である待機可能時間tmaxを推定する。換言すれば、パティキュレートフィルタ20の強制再生を実行せずに、最大どれくらいの時間待機させることができるかを算出する。そして、強制再生待機指示部は、待機可能時間tmaxに基づき実際に強制再生を待機させる待機時間twaitを設定し、タイマで時間の計測を行い、待機時間twaitが経過したときに、強制再生の待機を解除する信号を出力する。

0061

還元触媒21からのアンモニアスリップを防止するために強制再生を待機させる時間があらかじめ設定されれば、待機中に、パティキュレートフィルタ20における排気微粒子の堆積量Vpmが限界堆積量Vpm0を超えるおそれが低減し、パティキュレートフィルタ20の目詰まりによるパティキュレートフィルタ20の劣化や内燃機関5への不具合が防止される。
すなわち、パティキュレートフィルタ20の強制再生の実行を待機時間twaitの間待機させると、パティキュレートフィルタ20には強制再生閾値Vpm1以上の排気微粒子が堆積することになるが、排気微粒子の堆積量Vpmが限界堆積量Vpm0に達する前に待機時間twaitが終了するように設定されるために、パティキュレートフィルタ20が目詰まりを生じることがない。

0062

本実施形態の制御装置60の強制再生待機指示部は、パティキュレートフィルタ20の限界堆積量Vpm0に対する現在の排気微粒子の堆積量Vpmの割合Rpm(%:堆積率)と、内燃機関5から排出されるNOX流量に基づいて算出されるパティキュレートフィルタ20への排気微粒子の堆積速度Spm(%/秒)とに基づいて、待機可能期間tmaxを算出する。そして、実際にパティキュレートフィルタ20の強制再生の実行を待機させる待機時間twaitは、できる限り長い時間に設定される。待機時間twaitが長いほど、後述するNOX流量増加手段によって増加させた排気ガス中のNOX濃度を低くすることができ、希薄燃焼に起因して発生する騒音を抑えることができる。

0063

NOX流量増加制御部は、パティキュレートフィルタ20の強制再生が必要であると判定された場合に、還元触媒21に流入するNOX流量を増加させるための信号を出力する。本実施形態の制御装置60のNOX流量増加制御部は、内燃機関5の運転条件制御部のEGR制御部に対して、EGRバルブ18の開度を小さくするように指示信号を出力する。

0064

このNOX流量増加制御部は目標NOX流量演算部(図3では「tgtnox演算」と表記。)を備えており、目標NOX流量演算部は、アンモニアスリップ判定部からアンモニアの実吸着量Nactと強制再生時飽和吸着量N1との差分の値を受け取り、当該差分の量のアンモニアを消費させるために必要なNOX量Mnoxを算出する。さらに、目標NOX流量演算部は、アンモニアを消費させるために必要なNOX量Mnoxを、強制再生の実行を待機させる待機時間twaitで割った値を目標NOX流量tgtnoxとして設定する。そして、NOX流量増加制御部は、設定された目標NOX流量tgtnoxが実現されるように、EGR制御部に対して指示信号を出力する。

0065

すなわち、NOX流量増加制御部は、強制再生待機指示部によって、強制再生の実行を待機させている期間を利用して、還元触媒21に流入するNOX流量を増加させ、還元触媒21に吸着したアンモニアを減少させる。そのため、強制再生の実行時に還元触媒21の温度が上昇し、還元触媒21における飽和吸着量Nが減少した場合であっても、還元触媒21に吸着されていたアンモニアの下流側への放出が防止される。

0066

また、本実施形態の制御装置60のNOX流量増加制御部は、所定量のアンモニアを消費させるために必要なNOX量Mnoxを待機時間twaitで割って目標NOX流量tgtnoxを算出するため、内燃機関5から排出されるNOX流量が急激に増大することがなく、希薄燃焼に起因する騒音レベルが抑えられる。

0067

2.排気浄化装置の制御方法
次に、図1及び図3に示す本実施形態の排気浄化装置10の制御装置60によって行われる排気浄化装置10の制御方法の一例について、図4及び図5タイムチャート図を適宜参照しながら図6及び図7フロー図に基づいて詳細に説明する。図4及び図5のタイムチャート図のうち、図4は、アンモニアスリップ判定部において、パティキュレートフィルタ20の強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ないと判定された場合のタイムチャート図を示している。また、図5は、アンモニアスリップ判定部において、パティキュレートフィルタ20の強制再生の実行に伴ってアンモニアスリップが生じ得ると判定された場合のタイムチャート図を示している。

0068

図6のフローに示すように、まず、内燃機関の運転中に、ステップS11でパティキュレートフィルタ20の上流側に備えられた圧力センサ28のセンサ値Pu、及び下流側に備えられた圧力センサ29のセンサ値Plが読み込まれた後、ステップS12でパティキュレートフィルタ20における排気微粒子の堆積量Vpmが算出される。次いで、ステップS13では、ステップS12で算出された排気微粒子の堆積量Vpmを強制再生閾値Vpm1と比較し、排気微粒子の堆積量Vpmが強制再生閾値Vpm1以上になっているか否かが判別される。

0069

排気微粒子の堆積量Vpmが強制再生閾値Vpm1以上になっている場合にはステップS14に進む一方、排気微粒子の堆積量Vpmが強制再生閾値Vpm1未満の場合には、ステップS11に戻り、排気微粒子の堆積量Vpmが強制再生閾値Vpm1以上になるまで排気微粒子の堆積量Vpmと強制再生閾値Vpm1との比較が繰り返される(図4及び図5のt0〜t1までの期間)。

0070

排気微粒子の堆積量Vpmが強制再生閾値Vpm1以上になった図4及び図5のt1の時点で、まず、ステップS14において、現時点での還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactが算出される。次いで、ステップS15では、ステップS14で算出されたアンモニアの実吸着量Nactと強制再生時飽和吸着量N1とが比較され、アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上になっているか否かが判別される。

0071

アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上になっている場合には、強制再生の実行に伴うアンモニアスリップのおそれがある図5のタイムチャート図のケースに該当する。このケースでは、ステップS16に進み、パティキュレートフィルタ20の強制再生の実行を待機させておくことが可能な時間内に、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1未満となるように制御が行われる(図5のt1〜t2の期間)。

0072

図7は、ステップS16の制御の詳細を示すフロー図を示している。まず、ステップS31において、還元剤噴射弁43の駆動停止信号が出力され、還元剤供給装置40による還元剤の供給制御が停止される。次いで、ステップS32では、パティキュレートフィルタ20における排気微粒子の限界堆積量Vpm0に対する現在の排気微粒子の堆積量Vpmの割合Rpm(%)が求められるとともに、内燃機関5から排出される排気ガスに含まれるNOX濃度に基づいてパティキュレートフィルタ20への排気微粒子の堆積速度Spm(%/秒)が算出される。さらに、ステップS33において、排気微粒子の限界堆積量Vpm0に対する現在の排気微粒子の堆積量Vpmの割合Rpm(%)と排気微粒子の堆積速度Spm(%/秒)とに基づいて、パティキュレートフィルタ20の強制再生の待機可能時間tmaxが算出され、待機時間twaitの設定が行われる。

0073

次いで、ステップS34では、消費させるべきアンモニア量である、アンモニアの実吸着量Nactと強制再生時飽和吸着量N1との差分に基づいて、当該アンモニア量を消費させるために必要なNOX量Mnoxが算出された後、ステップS35で、さらに、NOX量Mnoxを、ステップS33で設定した待機時間twaitで割ることで、内燃機関5から排出する目標NOX流量tgtnoxが算出される。次いで、ステップS36でタイマが作動し、ステップS37では、EGR制御部に対してEGRバルブ18を絞るように指示信号が出力され、内燃機関5から排出されるNOX流量が増加する。ここまでのステップS31〜ステップS37が図5のt1の時点で行われる。

0074

その後、タイマが待機時間twaitを経過するまで、ステップS38でタイマが待機時間twaitを経過したか否かの判別が行われる。タイマが待機時間twaitを経過するまでは強制再生の実行は待機状態のままで維持され、この期間中(図5のt1〜t2の期間)、尿素水溶液の供給制御は停止されているとともに、内燃機関5から排出されるNOX流量は増加させられる。
なお、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1まで減少したことを判別する基準は、タイマによる待機時間twaitの経過のカウント以外にも、内燃機関5から排出されるNOX流量に基づいて、アンモニアの消費量を推定することで判別することもできる。

0075

ステップS38でタイマが待機時間を経過したと判定されると(図5のt2の時点)、ステップS39に進み、EGR制御部に対してEGRバルブ18を開くよう指示信号が出力され、内燃機関5から排出されるNOX流量の増加制御が終了する。NOX流量の増加制御が終了したときには、図6のステップS17に進む。

0076

一方、上述のステップS15において、アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1未満と判定された場合には、図4のタイムチャート図のケースに該当する。このケースでは、強制再生の実行に伴うアンモニアスリップのおそれがないため、そのままステップS17に進み、図4のt1の時点で速やかにパティキュレートフィルタ20の強制再生が実行される。

0077

ステップS17では、燃料噴射制御部に対してポスト噴射を行う指示信号が出力され、パティキュレートフィルタ20の強制再生が実行される。このように、本実施形態の排気浄化装置10の制御装置60では、アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1以上と判定された場合には還元触媒21に吸着されていたアンモニアの一部を、強制再生の待機可能時間tmax中に消費してから、また、アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1未満と判定された場合には速やかに、パティキュレートフィルタ20の強制再生が実行される。
ステップS17でパティキュレートフィルタ20の強制再生が実行されたときには、次いで、ステップS18で、尿素水溶液の供給制御が停止中であるか否かが判別される。図4のケースでは尿素水溶液の供給制御が停止中でないためそのままステップS20に進む一方、図5のケースでは尿素水溶液の供給制御が停止中であるため、ステップS19で、還元剤噴射弁制御部に対して尿素水溶液の供給制御の再開許可信号が出力され、尿素水溶液の供給が再開された後、ステップS20に進む。

0078

その後、パティキュレートフィルタ20の強制再生が完了するまでの間(図4のt1〜t4までの期間、及び図5のt2〜t3までの期間)、ステップS20では、パティキュレートフィルタ20の強制再生が完了したか否かが判別される。強制再生の完了は、所定時間の経過によって判別することもできるし、パティキュレートフィルタ20における排気微粒子の減少量を推定することによって判別することもできる。そして、強制再生が完了した図4のt4及び図5のt3の時点で、ステップS21に進み、燃料噴射制御部に対してポスト噴射の終了指示信号が出力されて強制再生制御が停止し、本ルーチンが終了する。

0079

なお、内燃機関5の回転数が低いアイドリング時や渋滞時等にのみ、内燃機関5から排出するNOX流量を増加させる制御を行うには、例えば、図8に示すように、ステップS15の後に、内燃機関5の回転数Neを所定の閾値Ne0と比較するステップS25が設けられる。内燃機関5の回転数Neが閾値Ne0以下のときにはステップS16に進んでNOX流量の増加制御が行われる。一方、内燃機関5の回転数Neが閾値Ne0を超えるときにはステップS26に進み、尿素水溶液の供給が停止させられた後、ステップS27で、内燃機関5から排出されるNOX流量に基づいて還元触媒21に吸着していたアンモニアの消費量を推定するとともに、アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1未満に減少したか否かが判別される。そして、アンモニアの実吸着量Nactが強制再生時飽和吸着量N1未満になったときに、ステップS17に進んで、パティキュレートフィルタ20の強制再生が実行される。

0080

以上説明した本実施形態の排気浄化装置の制御方法を実施することによって、パティキュレートフィルタ20の強制再生に伴うアンモニアスリップのおそれがある場合に、還元触媒21におけるアンモニアの実吸着量Nactを減少させるための時間が短縮され、パティキュレートフィルタ20の目詰まりによる故障や、内燃機関5への不具合が防止される。また、NOX流量を増加させるために内燃機関5を希薄燃焼させることによって、燃費が向上するという効果を得ることもできる。

図面の簡単な説明

0081

本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置の全体構成を示す図である。
アンモニアの飽和吸着量と還元触媒の温度との関係を説明するための図である。
本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。
本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の制御方法の一例を示すタイムチャート図である。
本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の制御方法の一例を示すタイムチャート図である。
本発明の実施の形態にかかる排気浄化装置の制御方法の一例を示すフロー図である。
NOX流量の増加制御の一例を示すフロー図である。
排気浄化装置の制御方法の別の例を示すフロー図である。

符号の説明

0082

5:内燃機関、10:排気浄化装置、11:排気通路、12:吸気通路、17:排気ガス再循環通路、18:EGRバルブ、19:酸化触媒、20:パティキュレートフィルタ、21:還元触媒、26・27:温度センサ、28:第1の圧力センサ、29:第2の圧力センサ、30:還元剤圧力センサ、40:還元剤供給装置、41:貯蔵タンク、42:還元剤圧送手段、43:還元剤噴射弁、44:第1の供給通路、45:第2の供給通路、60:制御装置

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 日本碍子株式会社の「 ハニカム構造体」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】排気ガス浄化用の触媒を担持した際に、隔壁の細孔内への触媒の充填率を高くすることが可能なハニカム構造体を提供する。【解決手段】多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部4を備え、隔壁1の気孔率が... 詳細

  • マツダ株式会社の「 エンジンの制御方法及び制御装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】バッテリを大容量化することなく、エンジンの冷間始動時おける、消費電力の増加及びエミッション性能の悪化を抑制する。【解決手段】エンジン冷間時における始動制御において、循環通路(吸気バイパス通路5... 詳細

  • マツダ株式会社の「 エンジンの制御装置」が 公開されました。( 2019/09/12)

    【課題】エンジン冷間時におけるエミッション性能の悪化を抑制する。【解決手段】電動過給機53と、排気浄化触媒61と、排気浄化触媒61の活性状態を検出又は推定する手段と、エンジン本体10の有効圧縮比を変化... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ