JP2005291073A

JP2005291073A - エンジンシステム

Info

Publication number: JP2005291073A
Application number: JP2004106452A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Yasuhiro Tsutsui; 泰弘筒井; Nobuhiro Kondo; 暢宏近藤; 嘉則 ▲高▼橋; Yoshinori Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】Ｓパージ運転を行う際に、ＨＣ被毒による温度上昇不良を防止し、触媒に吸蔵された硫黄分の除去を適切に行うことができるエンジンシステムを提供すること。
【解決手段】排気通路４０に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵するとともに排ガスの空燃比が理論空燃比以下でＮＯｘを放出・還元し、排ガス中の還元成分が増加し、かつ、所定温度まで昇温され、空燃比が理論空燃比以下とされるＳパージ運転時に吸蔵した硫黄分が除去されるＮＯｘ吸蔵触媒４２と、排気通路４０内にＨＣを含む還元剤成分を供給するＨＣ供給部７０とを備え、ＨＣ供給部７０は、Ｓパージ運転時にＨＣを供給するとともに、所定のタイミングでＨＣ供給を所定時間だけ休止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気に含まれる有害成分や微粒子等を浄化する排気浄化装置に関し、特に、触媒のＳ被毒を回復させるＳパージ運転時の触媒昇温制御に関する。

従来、ディーゼルエンジンの排気管にＮＯｘ吸蔵触媒が設けられた排ガス浄化装置が知られている。このようなＮＯｘ触媒を用いた排ガス浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵触媒には燃料中の硫黄分により硫黄被毒が発生する。この硫黄の除去のため、定期的（例えば５０００ｋｍ走行に１回）に硫黄分放出のＳパージ運転を１分程度行う必要がある。Ｓパージ運転は、６００℃以上の触媒温度が必要である。このために排気配管中に軽油を添加したり、ポスト噴射等により還元成分であるＨＣの供給を行うことでＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上昇させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１６６４１５号公報

上述したエンジンシステムであると次のような問題があった。すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒が適温に達していない、触媒の劣化が進んでいる等の理由により、供給されたＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒で処理されずにＮＯｘ吸蔵触媒に吸着するＨＣ被毒が生じる。ＨＣ被毒が生じると、ＮＯｘ吸蔵触媒に酸素が供給されない状態が生じ、ＨＣを供給しつづけても触媒温度は上昇しないため、硫黄分が十分に除去されない虞があった。

図４のグラフＤ１〜Ｄ３は上述した現象を時間経過とともに示す説明図である。すなわち、グラフＤ１に示すように、Ｓパージ運転の開始に伴ってＨＣが一定割合ずつ供給され始める。グラフＤ３に示すように、当初は触媒温度は上昇するが、ＨＣ被毒により酸素が供給されず触媒温度が下降し始めると、グラフＤ２に示すようにＨＣスリップ現象が始まる。

そこで本発明は、ＨＣを供給して触媒の温度を上昇させるＳパージ運転を行う際に、ＨＣ被毒による温度上昇不良を防止し、触媒に付着した硫黄分の除去を適切に行うことができるエンジンシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のエンジンシステムは次のように構成されている。

（１）エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、前記排ガスの空燃比が理論空燃比以下で還元剤成分が増加したときに再生処理されるするとともに、前記排ガス中のＨＣ，ＣＯ成分が増加し、かつ、所定温度まで昇温され空燃比が理論空燃比とされるＳパージ運転時に吸着した硫黄分が除去される触媒と、前記排気通路内にＨＣを含む還元剤成分を供給する還元剤供給手段と、前記触媒の温度を検出する触媒温度センサとを備え、前記還元剤供給手段は、前記Ｓパージ運転時に還元剤を供給するとともに、所定のタイミングで還元剤供給を所定時間だけ休止することを特徴とする。

（２）上記（１）に記載されたエンジンシステムであって、前記所定のタイミングは、前記Ｓパージ運転開始後、Ｓパージ運転時間と前記触媒の上昇温度との関係に基づいて定められることを特徴とする。

（３）上記（１）に記載されたエンジンシステムであって、前記所定のタイミングは、前記還元剤供給量と前記触媒の温度との関係に基づいて定められることを特徴とする。

本発明によれば、ＨＣを供給して触媒の温度を上昇させるＳパージ運転を行う際に、ＨＣ被毒による温度上昇不良を防止し、触媒に付着した硫黄分の除去を適切に行うことが可能となる。

エンジンシステム１０は、ディーゼルエンジン２０を備えている。ディーゼルエンジン２０の入口側には吸気配管３０が接続され、出口側には排気配管４０が接続されている。さらにディーゼルエンジン２０の出口側と吸気配管３０とは、排ガス（ＥＧＲガス）を吸気配管３０に還流するＥＧＲ配管５０とで接続されている。なお、図１中６０は過給機、７０はＨＣ供給手段における制御部である。

吸気配管３０には、吸気側からエアフローセンサ３１、過給機６０のコンプレッサ６１と、インタークーラ３２と、吸気スロットル３３と、ＥＧＲ配管５０との接続部３４とが設けられている。

排気配管４０には、ディーゼルエンジン２０側から、過給機６０のタービン６２と、ＮＯｘ吸蔵触媒４２と、このＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度を検出する触媒温度センサ４３とが設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒４２の排気上流にはＨＣ供給手段としての排気軽油添加インジェクタ４１を備えている。

ＮＯｘ吸蔵触媒４２は排ガス中の酸素量が多いリーン状態の時に、排気配管４０に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、排ガス中の燃料成分を増加させたリッチ状態（空燃比が理論空燃比以下）のときに吸蔵したＮＯｘを再生処理する。

ＥＧＲ配管５０には、排気配管４０側から排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５１と、排ガスの流量を調節するＥＧＲバルブ５２とが設けられている。

ＨＣ供給制御部７０は、予め定められた制御条件にしたがってＨＣ供給のＯＮ／ＯＦＦを行う供給判定部７１と、一定時間をカウントするタイマ７２と、このタイマ７２の出力が接続され排気軽油添加インジェクタ４１への通電を行う通電部７３と、閾値マップＭ１，Ｍ２を記憶したメモリ７４とを備えている。供給判定部７１の制御入力には、触媒温度測定センサ４３の計測値と、メモリ７４が接続されている。制御出力には、タイマ７２を介して通電部７３が接続されている。

閾値マップＭ１は、昇温開始から最初にＳパージ目標温度に到達するまでの運転条件、ＨＣ供給量を元にした理想的な昇温速度のマップである。また、閾値マップＭ２は、一旦、Ｓパージ目標温度に到達した後の運転条件、ＨＣ供給量を元にした理想的な触媒温度のマップである。

このように構成されたエンジンシステム１０では、次のような動作でＳパージ運転を行う。図２はＳパージ運転のフローを示す説明図である。

すなわち、エンジン運転中に、Ｓパージの要求の有無が判断され（ＳＴ１０）、要求があればＳＴ１１に進む。触媒活性温度以上か否かが判断され（ＳＴ１１）、触媒活性温度以上であればＳＴ２０に進む。触媒活性温度未満であれば、ポスト噴射等のディーゼルエンジン２０側の制御により昇温させる（ＳＴ１２）。

ＳＴ２０では、閾値マップＭ１に基づいて触媒温度の上昇速度が判定される。上昇速度が所定値以上の場合にはＨＣ被毒（吸着）現象が発生していないと判断し、ＳＴ２１に進む。上昇速度が所定値以下の場合にはＳＴ２２に進む。

ＳＴ２１では、触媒温度が所定のＳパージ目標温度（例えば６００℃）に到達したか否かが判断され、Ｓパージ目標温度に到達した場合には、ＳＴ３０に進み、到達していなければＳＴ２０に戻る。ＳＴ２２では、ＨＣ被毒現象が生じていると判断されることから、通電部７３における排気軽油添加インジェクタ４１への通電を停止し、一定時間ＨＣ供給が中止される。タイマ７２によって一定時間経過が計測されると、通電部７３により通電ＨＣ供給が再開され（ＳＴ２３）、ＳＴ２０に戻る。

ＳＴ３０では、閾値マップＭ２に基づいて触媒温度が触媒温度下限値以上であるか否かが判定され、触媒温度下限値以上であればＳＴ３１に進む。触媒温度が下限値未満であればＳＴ３２に進む。

ＳＴ３１では、Ｓパージ運転時間がカウントされ、目標Ｓパージ時間以上であれば終了し、目標Ｓパージ時間未満であればＳＴ３０に戻る。ＳＴ３２では、一定時間ＨＣ供給が中止され、一定時間経過にＨＣ供給が再開され（ＳＴ３３）、ＳＴ３０に戻る。

図３のグラフＧ１〜Ｇ３は上述したようなフローでＳパージ運転を行った場合におけるＨＣ供給量、触媒出口ＨＣスリップ量、触媒温度の時間変化を示す図である。

Ｓパージ運転が開始された直後の区間Ａ（ＳＴ２０〜ＳＴ２３に相当）では、ＨＣ供給量に対する触媒温度が一定以上の割合で上昇しており、ＨＣ供給は停止せずに、所定の温度に到達する。

触媒温度に到達した後の区間Ｂ（ＳＴ３０〜ＳＴ３３に相当）では、触媒温度が目標温度よりも下がると、一定時間（区間Ｃ）、ＨＣ供給が停止される。この間に触媒に酸素が供給されＨＣが触媒により処理されることにより、触媒温度が再び上昇する。このような動作を繰り返しながら、Ｓパージの運転時間が予め設定された時間を超えた時点で、Ｓパージ運転が終了する。

上述したように、本実施の形態に係るエンジンシステム１０においては、ＨＣ供給をする際に所定のタイミングでＨＣ供給を一時停止するようにしているので、ＨＣ被毒に伴う温度上昇不良を防止することができ、触媒に付着した硫黄分除去のためのＳパージ運転を正常に行うことができる。また、Ｓパージ運転開始時には昇温開始から最初にＳパージ目標温度に到達するまでの運転条件、ＨＣ供給量を元にした理想的な昇温速度のマップに基づいているため、ＨＣ供給の可否を適切に判定できる。さらに、一旦、Ｓパージ目標温度に到達した後は、Ｓパージ運転を行うための触媒温度よりも低い温度の場合にはＨＣ供給を停止し、ＨＣスリップ現象に伴うＨＣ被毒の発生を防止することで、触媒温度の低下を防止することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では、触媒が劣化してＨＣの処理効率が低い場合であっても、同様にしてＨＣスリップ現象を回避し、触媒をＳパージ運転のための温度に維持することが可能となる。また、排気通路にディーゼルパティキュレートフィルタを備えた場合におけるフィルタの強制再生時の昇温にも適用可能である。

く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の一実施の形態に係るエンジンシステムの構成を示す説明図。同エンジンシステムにおけるＳパージ運転のフローを示す説明図。同エンジンシステムにおけるＳパージ運転の際のＨＣ供給量、ＨＣスリップ量、触媒温度の時間経過を示す説明図。従来のエンジンシステムにおけるＨＣ供給量、ＨＣスリップ量、触媒温度の時間経過を示す説明図。

符号の説明

１０…エンジンシステム、２０…ディーゼルエンジン、３０…吸気配管、４０…排気配管、４１…排気軽油添加インジェクタ、４２…ＮＯｘ吸蔵触媒、４３…触媒温度測定センサ、５０…ＥＧＲ配管、５２…ＥＧＲバルブ、６０…過給機、７０…制御部、７１…供給判定部、７２…タイマ、７３…通電部、７４…メモリ。

Claims

エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、前記排ガスの空燃比が理論空燃比以下で還元剤成分が増加したときに再生処理されるとともに、前記排ガス中の還元剤成分が増加し、かつ、所定温度まで昇温され空燃比が理論空燃比以下とされるＳパージ運転時に吸着した硫黄分が除去される触媒と、
前記排気通路内にＨＣを含む還元剤成分を供給する還元剤供給手段と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度センサとを備え、
前記還元剤供給手段は、前記Ｓパージ運転時に還元剤を供給するとともに、所定のタイミングで還元剤供給を所定時間だけ休止することを特徴とするエンジンシステム。
前記所定のタイミングは、前記Ｓパージ運転開始後、Ｓパージ運転時間と前記触媒の上昇温度との関係に基づいて定められることを特徴とする請求項１に記載のエンジンシステム。
前記所定のタイミングは、前記還元剤供給量と前記触媒の温度との関係に基づいて定められることを特徴とする請求項１に記載のエンジンシステム。