JP2005291095A

JP2005291095A - エンジンの排ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2005291095A
Application number: JP2004107534A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Susumu Koketsu; 晋纐纈; Shinji Nakayama; 真治中山; Yoshiki Tanabe; 圭樹田邊; Daisuke Haruhara; 大輔春原
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】リッチスパイク時の軽油添加量を最小限に抑えるとともに、触媒の過昇温を防止できるエンジンシステムを提供すること。
【解決手段】ディーゼルエンジン２０の排気通路４０に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒４３と、ＮＯｘ吸蔵触媒４３の上流側の空燃比を計測するλ計測センサ４１と、ＮＯｘ吸蔵触媒４３の上流側の排気通路４０に設けられた排気軽油添加インジェクタ４２と、ＮＯｘ吸蔵触媒４３の再生開始時期を判定する再生開始判定手段１０１と、再生開始判定手段１０１の判定結果に基づいて、排気軽油添加インジェクタ４２より排気上流側のエンジンλを１．３まで低下させるように制御する制御部１００とを備え、制御部１００は、エンジンλが１．３に達した時点で触媒前λを１以下まで低下させるように排気軽油添加インジェクタ４２において軽油を噴射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排ガスを浄化する触媒装置に関し、特に、触媒上流の排気通路に燃料（還元剤）を噴射して、触媒の再生を図る装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンの排気管にＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられた排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。このようなＮＯｘ触媒を用いた排ガス浄化装置は、吸蔵したＮＯｘを還元・放出するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒の排気上流側に軽油等の還元剤を供給することにより触媒に入るガスの空気過剰率（以下、「触媒前λ」と称する）を低下させるリッチスパイクと呼ばれる動作が必要となる。具体的には空気過剰率をおよそ１程度もしくは１以下まで下げる。

リッチスパイクは、触媒過昇温防止及び燃費悪化防止の観点からエンジン側の吸気量制御によりエンジンから出たガスの空気過剰率（以下、「エンジンλ」と称する）も合せて低下させて行うのが一般的である。図３のグラフα〜グラフδは触媒再生のタイミング及び各値の変化を示す説明図である。図３に示すように、触媒に再生動作が必要になったことが判定されると、再生動作開始信号が発生し、リッチ信号（エンジン燃焼制御信号）が発生する（グラフα）。これにより、ＥＧＲや吸気スロットルを絞る等の方法でエンジンλの低下が開始される。同時に軽油添加信号が発生し（グラフβ）、軽油が添加される。グラフγは軽油添加流量を示している。このような動作により、通常運転時には触媒前λが１．７〜１０であったものを１程度まで低下する（グラフδ）。なお、ＥＧＲや吸気スロットルを絞る等の吸気系のみの動作でエンジンλを低下させる場合に、トルクショックの回避や黒煙悪化を回避しようとするとグラフδ中点線で示すように、触媒前λは１．３程度までしか低下せず、十分なリッチスパイクができない。
特開平５−３０２５０９号公報特開２０００−３５６１２７号公報

上述した排ガス浄化装置であると次のような問題があった。すなわち、エンジンλの低下と、軽油添加とを同時に行った場合、吸気系の応答遅れのためにエンジンλが十分に低下しないうちに、軽油の添加が開始されることになり、軽油の添加量が増え、燃費が悪化するという問題があった。また、軽油の添加量が増大して触媒が過昇温するという問題もあった。

そこで本発明は、リッチスパイク時の軽油添加量を最小限に抑えるとともに、触媒の過昇温を防止できるエンジンの排ガス浄化装置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、本発明のエンジンの排ガス浄化装置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低下したときに再生処理される触媒と、前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内の空燃比を計測する空燃比センサと、前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内に軽油を噴射可能な軽油添加部と、前記触媒の再生開始時期を判定する再生開始時期判定手段と、この再生開始判定手段の判定結果に基づいて、前記排気通路内の空燃比を第１の値まで低下させるようにエンジンの燃焼を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記排気通路内の空燃比が前記第１の値に達した時点で前記排気通路内の空燃比をさらに第２の値まで低下させるように前記軽油添加部により軽油を噴射させることを特徴とする。

（２）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低下したときに再生処理される触媒と、前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内の空燃比を計測する空燃比センサと、前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内に軽油を噴射可能な軽油添加部と、前記触媒の再生開始時期を判定する再生開始判定手段と、この再生開始判定手段の判定結果に基づいて、前記排気通路内の空燃比を低下させるようにエンジンの燃焼を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記排気通路内の空燃比をエンジンの燃焼制御により低下させ始めてから所定時間経過後に前記排気通路内の空燃比を所定の値まで低下させるように前記軽油添加部における前記軽油の噴射させることを特徴とする。

本発明によれば、リッチスパイク時の軽油添加量を最小限に抑えるとともに、触媒の過昇温の防止が可能となる。

図１は本発明の一実施の形態に係るエンジンシステム１０の構成を示す説明図、図２のグラフα〜グラフδはエンジンシステム１０における触媒再生のタイミング及び各値の変化を示す説明図である。グラフαは再生動作を示すリッチ信号（エンジンの燃焼制御のリッチ信号）、グラフβは軽油添加信号、グラフγは軽油添加流量、グラフδは触媒前λを示している。

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の排気側と吸気配管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、１００は各部を連携制御する制御部を示している。

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、排気配管４０内の空燃比を計測するλセンサ４１と、排気軽油添加インジェクタ４２と、ＮＯｘ吸蔵触媒４３とが設けられている。

ＮＯｘ吸蔵触媒４３は排気配管４０に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、排ガスの空燃比を低下させたときに吸蔵した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。

制御部１００の制御入力部には、エンジン回転速度、アクセル開度信号、エアフローセンサ３１、λセンサ４１の出力等が入力され、制御出力部には、吸気スロットル３３、ＥＧＲバルブ５２、排気軽油添加インジェクタ４２が接続されている。なお、図１中１０１は再生開始判定手段であり、再生開始判定手段１０１は再生開始のタイミングを決めるタイマの機能を有している。

このように構成されたエンジンシステム１０では、次のような動作でリッチスパイクを行い、ＮＯｘ吸蔵触媒４３を再生させる。すなわち、通常のエンジン動作が行われている状況下で、再生開始タイミングが再生開始判定手段１０１により判定される。再生開始タイミングは、一定時間（例えば１分）の経過として設定されている。

再生開始判定手段１０１からの判定信号により、リッチスパイクが開始されると図２のグラフαに示すように、最初にエンジンλの低下が開始される。具体的にはエンジンの吸気スロットル３３の開度を絞ったり、ＥＧＲを増大させて燃料を制御することによりエンジンλの低下が行われる。この時間は例えば４秒間である。グラフδに示すように、低下開始から約２秒間で、触媒前λが１．７であったものが１．３まで低下してゆく。なお、ここでのλ＝１．３はエンジンの燃焼制御における目標値であり、排気エミッションの急激な悪化を伴うこと無く制御可能なλとして設定される。リッチスパイク開始から２秒経過後に排気軽油添加インジェクタ４２から軽油が噴射される（グラフβ）。この時間は例えば２秒間である。グラフγは軽油添加流量を示している。

すなわち、触媒前λが１．３に達した時点で排気軽油添加インジェクタ４２から軽油が噴射されることになるので短時間で目標の触媒前λが１に達することとなり、ＮＯｘ吸蔵触媒４３が再生される。なお、グラフδ中点線は排気軽油添加インジェクタ４２から軽油が噴射されなかった場合の触媒前λの変化を示している。

リッチスパイクの開始から４秒後に、ＥＧＲバルブ５２、吸気スロットル３３が定常時の位置に戻るとともに、排気軽油添加インジェクタ４２からの軽油の噴射が停止し、リッチスパイク動作が終了する。これにより、触媒前λが１．７に戻り、通常のエンジン動作が行われることとなる。

その結果、図２のグラフλにおいて、破線で示されたエンジンλの低下と軽油添加を同時に行った場合の軽油添加量に対して、斜線で示された領域分の添加量を低減することができるのである。

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、エンジンλが十分に低下した状態で、排気軽油添加インジェクタ４２からの軽油の噴射を開始するようにしているので、軽油の添加流量を減らすことができ、燃費の悪化を防止できるとともに、ＮＯｘ吸蔵触媒４３に過剰な軽油が添加されないため、ＮＯｘ吸蔵触媒４３の過昇温を防止することができる。

なお、上述した再生開始タイミングとして、一定時間の経過としたが、再生開始時期判定手段により排気ガスの積算流量やＮＯｘ吸蔵触媒４３の吸蔵量等を算出して、一定量に達した時点を再生開始タイミングとしてもよい。

さらに、再生開始タイミングから一定の遅延時間経過後に排気軽油添加インジェクタ４２からの軽油の噴射を開始するようにしているが、λセンサ４１による排気配管４０内の空燃比の実測値が例えば１．３に達した時点で排気軽油添加インジェクタ４２からの軽油の噴射を開始するようにしてもよい。また、λセンサ４１による排気配管４０内の空燃比の実測値ではなく、エアフローセンサ３１によって計測される吸入空気重量とディーゼルエンジン２０の噴射系ＥＣＵの噴射量指示値とによる計算値を用いるようにしても良い。

この他、エンジンλの低下方法としては、上記の吸気絞りやＥＧＲの増大に加えてディーゼルエンジン２０におけるポスト燃料噴射により調整する方法を用いても良い。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、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触媒再生のタイミング及び各値の変化を示す説明図。従来のエンジンシステムにおける触媒再生のタイミング及び各値の変化を示す説明図。

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、３３…吸気スロットル、４０…排気配管、４１…λセンサ、４２…排気軽油添加インジェクタ、５０…ＥＧＲ配管、６０…過給機、１００…制御部、１０１…再生開始時期判定手段。

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低下したときに再生処理される触媒と、
前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内の空燃比を計測する空燃比センサと、
前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内に軽油を噴射可能な軽油添加部と、
前記触媒の再生開始時期を判定する再生開始時期判定手段と、
この再生開始判定手段の判定結果に基づいて、前記排気通路内の空燃比を第１の値まで低下させるようにエンジンの燃焼を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記排気通路内の空燃比が前記第１の値に達した時点で前記排気通路内の空燃比をさらに第２の値まで低下させるように前記軽油添加部により軽油を噴射させることを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
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低下したときに再生処理される触媒と、
前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内の空燃比を計測する空燃比センサと、
前記触媒より排気上流側の排気通路に設けられ、通路内に軽油を噴射可能な軽油添加部と、
前記触媒の再生開始時期を判定する再生開始判定手段と、
この再生開始判定手段の判定結果に基づいて、前記排気通路内の空燃比を低下させるようにエンジンの燃焼を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記排気通路内の空燃比をエンジンの燃焼制御により低下させ始めてから所定時間経過後に前記排気通路内の空燃比を所定の値まで低下させるように前記軽油添加部における前記軽油の噴射させることを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。