JP2005105949A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの再生やＳＯx被毒回復を白煙が発
生しない範囲で可及的に継続させることができる技術を提供する。
【解決手段】排気浄化手段へ還元剤を供給して排気浄化手段の機能を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、車両の現在位置を検知するナビゲーションシステムと、該ナビゲーションシステムにより得られる車両の現在位置に基づいて内燃機関が停止されるか否か予測する内燃機関停止予測手段と、をさらに備え、排気浄化手段の機能を回復している最中に、内燃機関が停止されると予測された場合には、排気浄化手段への還元剤の供給を停止（Ｓ１０６）する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという。）を備えることにより、該フィルタで排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕集することができる。そして、該フィルタに捕集されたＰＭを該フィルタに燃料を供給することにより酸化除去する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このようにフィルタに捕集されたＰＭを除去することをフィルタの再生という。

また、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を配置し、排気中のＮＯxを該ＮＯx触媒に貯蔵する技術が提案されている。

ところで、ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（Ｓ
Ｏx）もＮＯxと同じメカニズムで貯蔵される。このように貯蔵されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にし
つつ酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒に流通させて行われている。

そして、燃料添加ノズルによって噴射供給される燃料で排気通路内に滞留する成分の量が過剰のときに燃料の添加を見合わせる技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平４−２２７０５号公報 特開２００２−３８９３９号公報 特開平５−１８７２２１号公報 国際公開第９７／１６６３２号パンフレット

ところで、前記したフィルタの再生やＳＯx被毒回復を行っている最中に内燃機関が停
止されると、排気通路に多量の還元剤が残留し、その後排気通路の温度が低下するとこの還元剤が排気通路の壁面に付着してしまう。そして、次回内燃機関の始動時にこの還元剤が白煙となって大気中へ放出される虞がある。

本発明は以上の問題を解決するためになされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置の機能回復を、白煙が発生しない範囲で可及的に継続させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の触媒温度維持方法は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段と、
前記排気浄化手段の排気の流れに対する上流側から還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備え、
前記排気浄化手段へ還元剤を供給して該排気浄化手段の機能を回復させる内燃機関の排
気浄化装置において、
車両の現在位置を検知するナビゲーションシステムと、
前記ナビゲーションシステムにより検知された車両の現在位置に基づいて、内燃機関が停止されるか否か予測する内燃機関停止予測手段と、
をさらに備え、
前記排気浄化手段へ還元剤を供給して該排気浄化手段の機能を回復している最中に、前記内燃機関停止予測手段により内燃機関が停止されると予測された場合には、排気浄化手段への還元剤の供給を停止することを特徴とする。

本発明の最大の特徴は、ナビゲーションシステムにより得られる情報から内燃機関の停止が予測された場合には還元剤の供給を停止して、排気通路に多量の還元剤が残留することを抑制することにある。

ここで、現在では多くの車両にナビゲーションシステムが搭載され、自車の位置や進行方向を知ることが可能である。例えば、高速道路走行中では、車両位置を検知することにより、車両がサービスエリアに位置していれば、その後サービスエリア内で車両が停止され、更には内燃機関が停止されると推定される。このときに、排気通路内に還元剤が残留していなければ、次回内燃機関が始動時に白煙が発生することもない。従って、車両がサービスエリア内に位置している場合に、排気浄化手段の機能を回復する処理を停止すれば、白煙の発生を抑制することが可能となる。

また、信号待ちにより車両が停止した場合には、内燃機関は停止されず、直ぐに車両が走行状態になると予想される。従って、車両が停止した位置が交差点である場合には、還元剤の供給を継続して行い排気浄化手段の機能回復を完了するまでの時間を短くすることができる。

ここで、還元剤とは、元素または化合物に電子を付加する物質をいい、ＮＯx触媒のＮ
Ｏx還元時やＳＯx被毒回復時に添加されるものはもちろん、フィルタに捕集されたＰＭを酸化除去するときに添加されるものも含む。つまり、ＰＭは酸化されるが、これは高温に晒されたＰＭが酸素により酸化させるのであり、還元剤は酸化ではなく還元を行っていることによる。

なお、本発明においては、還元剤の供給を開始した後に、内燃機関停止予測手段による予測を開始することが望ましい。また、前記内燃機関停止予測手段による予測は、還元剤の供給を停止する前の内燃機関の停止であることが望ましい。

本発明においては、排気通路に付着する還元剤の量を推定する還元剤付着量推定手段を更に備え、前記排気浄化手段の機能を回復している最中に、前記還元剤付着量推定手段により推定された還元剤の量が、第１の規定の量よりも多いときで、且つ前記内燃機関停止予測手段により内燃機関が停止することが予測されるときは排気浄化手段への還元剤の供給を停止することができる。

ここで、第１の規定の量とは、内燃機関の運転時に排気通路の壁面に付着している還元剤の量であって、内燃機関が停止された後、排気中に残留した還元剤がさらに排気通路の壁面に付着したとしても、内燃機関の再始動後に白煙が発生する虞のない、若しくは、許容し得る範囲の白煙しか発生しない場合の還元剤の付着量である。還元剤付着量推定手段により推定される還元剤量が、この第１の規定の量よりも少ない場合には、たとえ排気浄化手段の機能を回復している最中に内燃機関が停止されたとしても白煙の発生が問題となることはない。そのため、排気通路に付着した還元剤の量が第１の規定の量よりも少なければ排気浄化手段の機能の回復を継続して行うことが可能となり、速やかに回復を完了さ
せることができる。

本発明においては、前記排気浄化手段の機能を回復している最中に、前記還元剤付着量推定手段により推定された還元剤の量が、第１の規定の量よりも多い量である第２の規定の量よりも多いときは排気浄化手段への還元剤の供給を停止することができる。

ここで、第２の規定の量とは、内燃機関が停止されなくても、すなわち内燃機関の運転中であっても、許容し得ない量の白煙が発生する虞のある還元剤の付着量である。ここで、内燃機関の運転中であっても、排気中に継続して還元剤が添加されると、排気通路の壁面や排気浄化手段に還元剤が付着していく。この状態から内燃機関の回転数が高められる等により排気の流量が急激に増加すると、排気通路の壁面等に付着していた還元剤が脱離し、白煙となって排出されてしまう。従って、第２の規定の量よりも多い量の還元剤が排気通路の壁面に付着したと推定された場合には、還元剤の供給を停止することにより、白煙の発生を抑制することが可能となる。この場合、内燃機関停止予測手段による内燃機関の停止予測の有無に関わらず還元剤の供給を停止する。

尚、排気通路の壁面等に多くの還元剤が付着している状態で、内燃機関が停止されると、排気中の還元剤により壁面等に付着する還元剤がさらに増加するため、白煙の発生が起こりやすくなる。そこで、第２の規定の量は、第１の規定の量よりも多い量として、白煙の発生を抑制している。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、白煙の発生しない範囲で排気浄化装置の機能を回復させる時間を可及的に短縮することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、燃焼室と連通する排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて大気へと通じている。

前記排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持したパティキュレートフィルタ３（以下、フィルタ３という。）が備えられている。

ＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを貯蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは貯蔵していたＮＯxを還元する機能
を有する。

ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx貯蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に貯蔵されたＮＯxを還元させる必要がある。

そこで、本実施例では、ＮＯx触媒より上流の排気通路２を流通する排気中に還元剤た
る燃料（ＨＣ）を添加する燃料添加弁４を備えている。ここで、燃料添加弁４は、後述す
るＥＣＵ５からの信号により開弁して燃料を噴射する。燃料添加弁４から排気通路２内へ噴射された燃料は、排気通路２の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯx触媒にＨＣを供給し、該ＮＯx触媒に貯蔵されていたＮＯxを還元する。

また、燃料は、ＮＯx触媒に貯蔵されたＳＯxを放出させるＳＯx被毒回復時において、
該ＮＯx触媒の温度を上昇させることにも利用される。すなわち、ＮＯx触媒にてＨＣが反応し、このときに熱が発生する。この熱により、ＮＯx触媒の温度が上昇される。このよ
うに、ＮＯx触媒の温度を上昇させ、その後に該ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を間欠的に低下させると、還元剤（ＨＣ）の存在下でＮＯx触媒のＳＯx被毒が回復される。

さらに、燃料の添加によりフィルタ３の温度を上昇させ、その後排気の空燃比をリーンとすることにより、該フィルタ３に捕集され堆積しているＰＭを酸化除去することができる。

このように排気中の酸素濃度を低下させ、ＮＯx触媒へ還元剤を供給する方法としては
、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼、気筒内への燃料噴射時期や回数の変更等の方法があり、燃料添加弁４からの燃料添加に代えてこれらを行うようにしても良い。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ５が併設されている。このＥＣＵ５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ５には、各種センサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ５には、燃料添加弁４等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ５により制御することが可能になっている。

また、ＥＣＵ５には、車両の位置を検知するナビゲーションシステム６が接続されている。

ここで、本実施の形態で使用するナビゲーションシステム６は、高度約２万キロメートルの宇宙空間に配置された複数の人工衛星からの信号を受信して現在位置を算出するシステムである。このナビゲーションシステム６には車速信号を出力するスピードセンサ７、車両の角速度を検出するジャイロセンサ８が接続されている。

ナビゲーションシステム６は、人工衛星からの信号により自車位置を算出し、更に、スピードセンサ７、ジャイロセンサ８等の信号に基づいて移動距離及び進行方向を検出する自立航法を組み合わせて自車位置を測位している。

このように、ナビゲーションシステム６によれば自車位置を得ることが可能となる。

ここで、フィルタ３に捕集されたＰＭを除去するフィルタ３の再生や、ＮＯx触媒での
ＮＯx還元、ＳＯx被毒回復等（以下、これらをまとめて「排気浄化装置の機能回復」という。）を行う場合には、前記したように排気中のＨＣ濃度が高められる。この際、アイドル等の低負荷状態が続くと、ＨＣが排気通路２の壁面等に付着することがある。そして、加速等により排気の流量が急激に増加すると、排気通路２に付着しているＨＣが脱離するとともに、白煙となって排出されることがある。ただし、排気浄化装置の機能回復時には排気の温度が高められている場合が多いので、後述する内燃機関１が停止する場合と比較
すると、排気通路２にＨＣが付着しにくい。

また、排気中のＨＣ濃度が高い状態で、内燃機関１が停止され、さらに、排気通路２や排気の温度が低下すると、該排気通路２に残留した排気中のＨＣが排気通路２の壁面に付着する。この付着量は、排気中のＨＣ濃度が高いほど多くなる。このように排気通路２の壁面にＨＣが付着した状態で内燃機関１が始動されると、該壁面に付着しているＨＣが脱離し白煙が発生することがある。そして、内燃機関１の停止中には排気通路２や排気の温度が低下するため、アイドル時と比較すると排気通路２にＨＣが付着しやすくなり、多くのＨＣが付着する。

その点、本実施例においては、ナビゲーションシステム６により内燃機関１が停止されると予測されるときには、前記排気浄化装置の機能回復を停止する。言い換えると、車両が停止され内燃機関１がアイドル状態となっても、その後内燃機関１が停止されずに車両が再度走行すると予測され、且つ排気通路２へのＨＣの付着量が少ない場合には、排気浄化装置の機能回復を継続する。これにより、アイドル状態での排気浄化装置の機能回復継続時間を長く取れるようになり、白煙の発生を抑制しつつ、排気浄化装置の機能回復を完了するまでの時間を短縮することができる。

ここで、内燃機関１が停止されると予測することができる条件を以下に説明する。

（１）車両が停止したときに、その位置が交差点であるか否かにより予測する。すなわち、車両が停止していても、その場所が交差点である場合には、単なる信号待ちや、渋滞によるものである蓋然性が高い。そこで、本実施例においては、車両が停止しても、その場所が交差点である場合には、内燃機関１が停止されず再度車両が走行すると予測する。

（２）高速道路を走行中には、車両の位置が本線上にあるか否かにより予測する。すなわち、車両が停止していてもそれが高速道路の本線上であれば、渋滞による停止や検札による一時停止である蓋然性が高い。このような場合には通常内燃機関１は停止されない。従って、車両の位置が高速道路の本線上である場合には、内燃機関１は停止されず再度車両が走行すると予測する。一方、高速道路の本線上ではなく、パーキングエリアやサービスエリア上で車両が停止されれば、内燃機関１が停止される蓋然性が高い。従って、これらの場所に車両が位置している場合には、内燃機関１が停止されると予測する。

（３）ナビゲーションシステム６に入力された目的地の近くか否かにより予測する。すなわち、ナビゲーションシステム６に目的地を入力し、該ナビゲーションシステム６により走行ルートが指示される。そして、その走行ルートに従って目的地に到達すると、その場所で車両が駐車される蓋然性が高い。従って、目的地付近で車両が停止した場合には内燃機関１が停止されると予測する。

以上より、車両が停止し、内燃機関１がアイドル状態となった後に、該内燃機関１が停止されるか否かを判定することが可能となる。

次に、本実施の形態に係る排気浄化装置の機能回復フローについて説明する。

図２は、本実施の形態に係る排気浄化装置の機能回復フローを示すフローチャート図である。本フローは、排気浄化装置の機能回復処理時に実行される。

ステップＳ１０１では、排気温度と燃料添加量とから排気通路２に付着するＨＣの量を算出する。排気温度が高いほどＨＣの付着量は少なくなり、燃料添加量が多いほどＨＣの付着量は多くなる。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で算出したＨＣの量が、第１の規定量（内燃機関停止時排気管付着基準量）よりも多いか否か判定する。

ここで、内燃機関停止時排気管付着基準量とは、内燃機関１の運転時に排気通路２の壁面に付着しているＨＣの量であって、内燃機関１が停止された後、排気中に残留したＨＣがさらに排気通路２の壁面に付着したとしても、内燃機関１の再始動後に白煙が発生する虞のない、若しくは、許容し得る範囲の白煙しか発生しない場合のＨＣの付着量である。ステップＳ１０１で算出されたＨＣの付着量がこの内燃機関停止時排気管付着基準量以下の場合には、内燃機関１が直ぐに停止されたとしても白煙が発生する虞がないため、ステップＳ１０５へ進み排気浄化装置の機能回復を継続する。しかし、テップＳ１０１で算出したＨＣの量が、内燃機関停止時排気管付着基準量よりも多い場合には、内燃機関１が停止されると白煙が発生する虞がある。

ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０３では、ナビゲーションシステム６からの情報により、車両の走行が継続されるか否か判定する。すなわち、内燃機関１が停止されないか否か判定する。

ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０１で算出したＨＣの量が、第２の規定量（内燃機関運転時排気管付着基準量）よりも多いか否か判定する。

ここで、内燃機関運転時排気管付着基準量とは、内燃機関１が停止されなくても、すなわち内燃機関１の運転中であっても、許容し得ない量の白煙が発生する虞のあるＨＣの付着量である。テップＳ１０１で算出されたＨＣの付着量がこの内燃機関運転時排気管付着基準量以下の場合には、内燃機関１のアイドル状態が継続されたとしても白煙が発生する虞がないため、ステップＳ１０５へ進み排気浄化装置の機能回復を継続する。しかし、テップＳ１０１で算出したＨＣの量が、内燃機関運転時排気管付着基準量よりも多い場合には、内燃機関１が停止されなくても排気通路２に付着するＨＣ量が多いため、白煙が発生する虞がある。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０５では、排気浄化装置の機能回復が継続して行われる。この場合、白煙が発生することなく排気浄化装置の機能回復を継続することが可能である。

ステップＳ１０６では、白煙が発生する虞があるため、排気浄化触媒の機能回復を停止させる。

ステップＳ１０７では、排気浄化装置の機能回復が完了したか否か判定する。ここでは、排気浄化装置の機能回復処理が実施された時間が規定の時間以上となった場合に、該排気浄化装置の機能回復が完了したと判定する。

ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合には排気浄化装置の機能回復を終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ戻る。

このようにして、白煙の発生を抑制しつつ、排気浄化装置の機能回復を可及的に継続することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、排気浄化装置の機能回復を行っている最中に排気通路２にＨＣが付着し得るアイドル状態に移行したとしても、白煙の発生を抑制しつつ、排気浄化装置の機能回復を可及的に継続することができる。これにより、排気浄化装置の機能回復を短時間で完了させることが可能となる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る排気浄化装置の機能回復フローを示すフローチャート図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ パティキュレートフィルタ
４ 燃料添加弁
５ ＥＣＵ
６ ナビゲーションシステム
７ スピードセンサ
８ ジャイロセンサ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段と、
   前記排気浄化手段の排気の流れに対する上流側から還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   を備え、
   前記排気浄化手段へ還元剤を供給して該排気浄化手段の機能を回復させる内燃機関の排気浄化装置において、
   車両の現在位置を検知するナビゲーションシステムと、
   前記ナビゲーションシステムにより検知された車両の現在位置に基づいて、内燃機関が停止されるか否か予測する内燃機関停止予測手段と、
   をさらに備え、
   前記排気浄化手段へ還元剤を供給して該排気浄化手段の機能を回復している最中に、前記内燃機関停止予測手段により内燃機関が停止されると予測された場合には、排気浄化手段への還元剤の供給を停止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気通路に付着する還元剤の量を推定する還元剤付着量推定手段を更に備え、前記排気浄化手段の機能を回復している最中に、前記還元剤付着量推定手段により推定された還元剤の量が、第１の規定の量よりも多いときで、且つ前記内燃機関停止予測手段により内燃機関が停止することが予測されるときは排気浄化手段への還元剤の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気浄化手段の機能を回復している最中に、前記還元剤付着量推定手段により推定された還元剤の量が、第１の規定の量よりも多い量である第２の規定の量よりも多いときは排気浄化手段への還元剤の供給を停止することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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