JP2005291100A - エンジンの排ガス浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リッチスパイク制御とＳパージ運転とを効率よく実施するときに、リッチスパイク動作に伴う触媒の過昇温を防止すること。
【解決手段】エンジン２０の排気通路４０に設けられたＮＯｘ吸蔵触媒４２と、排気通路４０内にリッチスパイク動作又はＳパージ運転時にＨＣを含む還元剤成分を供給する排気軽油添加インジェクタ４１と、空燃比をリッチ側に制御するリッチスパイク動作を所定時間毎に行い、ＮＯｘ吸蔵触媒４２にＨＣ成分を加えるとともに、Ｓパージ温度Ｔ以上に加熱することでＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸蔵した硫黄分を除去するＳパージ運転を行う制御部１００と、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の温度を計測する触媒温度計測センサ１０１とを備え、制御部１００は、触媒温度計測センサ１０１により計測された温度に対するＳパージ温度Ｔとの偏差に基づいて、リッチスパイク動作の動作周期を制御する。
【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を浄化する排気浄化機能を備えたエンジンの排ガス浄化装置に関し、特にＳパージ運転時の触媒昇温制御に関する。
従来、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、吸蔵したＮＯｘを放出・還元するためにＮＯｘ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１以下に低下させるリッチスパイクを定期的（例えば１分に１回）に行う必要がある。具体的には、エンジンの吸気系の制御やポスト噴射等によりλを低下させると共に触媒上流の排気管に燃料を噴射してリッチスパイクが行われる。
また、リッチスパイクを実施する場合に触媒温度に応じてリーン燃焼の度合いとリッチ燃焼の度合いを変更する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、ＮＯｘ吸蔵触媒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）に硫黄分を除去するための放出の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、例えば６００℃（Ｓパージ温度）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）。
特開平１１−２７０３８２号公報
上述したエンジンの排ガス浄化装置であると次のような問題があった。図６のグラフＨ１〜グラフＨ４は、排ガス浄化装置におけるリッチスパイク動作を行うためのリッチスパイク信号のタイミング、Ｓパージ運転を行うためのＳパージ信号のタイミングと、排気配管中に供給されるＣＯ，ＨＣ供給量と、触媒温度（触媒出口ガス温度）の時間変化を示すグラフである。
グラフＨ１，Ｈ２からわかるように、リッチスパイク制御とＳパージ制御とは独立して行われているため、リッチスパイク動作とＳパージ運転とが同時に行われることがあった。リッチスパイク動作とＳパージ運転はいずれも、排気軽油添加やポスト噴射によるＨＣ供給によるものであるため、タイミングによっては触媒に供給されるＨＣ供給が過剰となり、触媒の過昇温が生じる虞があった。
このため、Ｓパージ運転時のＣＯ，ＨＣ供給量を減らすことで、ＨＣ供給が過剰にならないようにすることが考えられるが、逆にＳパージ温度に達する時間が長くなったり、Ｓパージ温度に達しないという問題があった。
そこで本発明は、リッチスパイク制御とＳパージ運転とを効率良く行うと共に、リッチスパイク動作に伴う触媒の過昇温を防止することが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。
前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リッチになったときにＮＯｘが還元処理される触媒と、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部と、前記還元剤供給部を作動させて空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク動作を所定時間毎に行うリッチスパイク制御部と、前記触媒にＨＣ成分を加えるとともに、所定の温度以上に加熱することで触媒に吸蔵した硫黄分を除去するＳパージ運転の要否を判定するＳパージ制御部と、前記触媒の温度を計測する触媒温度計測センサとを備え、前記Ｓパージ制御部によりＳパージが必要であると判定された場合に前記リッチスパイク制御部は、前記触媒温度計測センサにより計測された温度に対する前記所定温度との偏差に基づいて、前記リッチスパイク動作の動作周期を制御することを特徴とする。
（２）前記（１）に記載されたエンジンの排ガス浄化装置であって、前記偏差が大きい程、前記周期を短くするものであることを特徴とする。
（３）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リッチになったときにＮＯｘが還元処理される触媒と、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部と、前記還元剤供給部を作動させて空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク動作を所定時間毎に行うリッチスパイク制御部と、前記触媒にＨＣ成分を加えるとともに、所定の温度以上に加熱することで触媒に吸蔵した硫黄分を除去するＳパージ運転の要否を判定するＳパージ制御部と、前記触媒の温度を計測する触媒温度計測センサとを備え、前記Ｓパージ制御部によりＳパージが必要であると判定された場合に前記リッチスパイク制御部は、前記触媒温度計測センサにより計測された温度に対する前記所定温度との偏差に基づいて、前記リッチスパイク動作の動作期間を制御することを特徴とする。
（４）前記（３）に記載されたエンジンの排ガス浄化装置であって、前記偏差が大きい程、前記周期を長くするものであることを特徴とする。
本発明によれば、リッチスパイク制御とＳパージ運転とを効率よく実施できると共にリッチスパイク動作に伴う触媒の過昇温を防止することが可能となる。
図１は本発明の一実施の形態に係るエンジンの排ガス浄化装置１０の構成を示す図、図２は単位時間当りのＣＯ，ＨＣ供給量と触媒温度との関係を示す図、図３はリッチスパイク周期及びリッチスパイク期間と単位時間当りのＣＯ，ＨＣ供給量との関係を示す図、図４のグラフＧ１〜グラフＧ４は、排ガス浄化装置におけるリッチスパイク動作を行うためのリッチスパイク信号のタイミング、Ｓパージ運転を行うためのＳパージ信号のタイミングと、排気配管中に供給されるＣＯ，ＨＣ供給量と、触媒温度（触媒出口ガス温度）の時間変化を示すグラフである。
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の吸気側には吸気配管３０が接続され、排気側には排気配管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３中６０は過給機、１００は制御装置を示している。
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内に軽油を供給する排気軽油添加インジェクタ４１と、ＮＯｘ吸蔵触媒４２とが設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒４２は排気配管４０に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、排ガスがリッチになったときに吸蔵したＮＯｘを還元処理する。
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には、排気配管４０のＮＯｘ吸蔵触媒４２の出口側に配置された触媒温度計測センサ１０１の出力が接続され、ＮＯｘ吸蔵触媒４２の触媒温度が常にフィードバックされている。
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Ｓパージ運転を行う。すなわち、通常のエンジン運転中は、所定の間隔でリッチスパイク動作が行われており、エンジンの燃焼制御及び排気軽油添加インジェクタ４１から排気配管４０内部にＨＣを含む軽油添加により実施される。このとき、Ｓパージ運転の要求があると、排気配管４０内に排気軽油添加インジェクタ４１からＨＣ供給を行うことでＮＯｘ吸蔵触媒４２の昇温を行う。このとき、触媒温度がＳパージ温度Ｔに達していない場合には、昇温速度が増す方向、すなわちリッチスパイク動作の周期（図４中Ｍ）が短くなるようにリッチスパイク動作が制御される。
触媒温度がＳパージ温度Ｔに達すると、リッチスパイク動作を元の間隔に戻す。このため、触媒温度がＳパージ温度Ｔ前後を推移し、過昇温とはならない。なお、触媒温度がＳパージ温度Ｔより高い場合には、リッチスパイク周期を長くするように制御してもよい。なお、Ｓパージ運転が終了し通常のエンジン運転に戻ると、リッチスパイク動作は通常の周期に戻される。
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、Ｓパージ運転が開始されると、Ｓパージ温度Ｔに対する触媒温度の偏差が大きい程、リッチスパイク周期を短くすることで、ＨＣ供給を増やし、短時間で触媒温度がＳパージ温度Ｔに達するように制御することができる。これは図２及び図３から分かる様に、リッチスパイク周期を短くする程、単位時間当たりのＣＯ，ＨＣの供給量が増大し、結果的に触媒の温度上昇量を大きくできることを意味する。このため、リッチスパイクを実施しつつＳパージ運転によるＮＯｘ吸蔵触媒４２に吸蔵した硫黄分除去を円滑に行うことができるとともに、過昇温を防止することができる。
図５のグラフＬ１〜Ｌ４はエンジンシステム１０の変形例に係る排ガス浄化装置におけるリッチスパイク動作を行うためのリッチスパイク信号のタイミング、Ｓパージ運転を行うためのＳパージ信号のタイミングと、排気配管中に供給されるＣＯ，ＨＣ供給量と、触媒温度（触媒出口ガス温度）の時間変化を示すグラフである。
上述した例ではリッチスパイク動作の周期を調整するようにしているが、本変形例では、リッチスパイク期間（１回当りのリッチスパイクを行っている時間）を調整するものである。すなわち、通常のエンジン運転中は、所定の間隔で、かつ、一定の期間のリッチスパイク動作が行われている。このとき、Ｓパージ運転の要求があると、排気配管４０内にＨＣ供給を行うことでＮＯｘ吸蔵触媒４２の昇温を行う。このとき、触媒温度がＳパージ温度Ｔに達していない場合には、昇温速度が増す方向、すなわちリッチスパイク動作の期間（図５中Ｎ）が長くなるようにリッチスパイク動作が制御される。
触媒温度がＳパージ温度Ｔに達すると、リッチスパイク期間が元の長さに戻る。このため、触媒温度がＳパージ温度Ｔ前後を推移し、過昇温とはならない。なお、触媒温度がＳパージ温度Ｔより高い場合には、リッチスパイク期間を短くするように制御してもよい。なお、Ｓパージ運転が終了し通常のエンジン運転に戻ると、リッチスパイク期間は通常の長さに戻される。本変形例においても、上述したリッチスパイク周期を制御する場合と同様の効果を得ることができる。
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。例えば、上述した例では、リッチスパイク周期、リッチスパイク期間のいずれかを制御しているが、両者を同時に制御するようにしてもよい。この他、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の排ガス浄化装置の構成を示すブロック図。 単位時間当りのＣＯ，ＨＣ供給量と触媒温度との関係を示す図。 リッチスパイク周期及びリッチスパイク期間と単位時間当りのＣＯ，ＨＣ供給量との関係を示す図。 同エンジンの排ガス浄化装置におけるリッチスパイク信号のタイミング、Ｓパージ運転を行うためのＳパージ信号のタイミングと、排気配管中に供給されるＣＯ，ＨＣ供給量と、触媒温度（触媒出口ガス温度）の時間変化を示す説明図。 同エンジンの排ガス浄化装置におけるリッチスパイク信号のタイミング、Ｓパージ運転を行うためのＳパージ信号のタイミングと、排気配管中に供給されるＣＯ，ＨＣ供給量と、触媒温度（触媒出口ガス温度）の時間変化を示す説明図。 従来の排ガス浄化装置におけるリッチスパイク信号のタイミング、Ｓパージ運転を行うためのＳパージ信号のタイミングと、排気配管中に供給されるＣＯ，ＨＣ供給量と、触媒温度（触媒出口ガス温度）の時間変化を示す説明図。
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、４０…排気配管、４１…排気軽油添加インジェクタ、４２…ＮＯｘ吸蔵触媒、５０…ＥＧＲ配管、５２…ＥＧＲバルブ、６０…過給機、１００…制御部、１０１…触媒温度測定センサ。

Claims (4)

  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リッチになったときにＮＯｘが還元処理される触媒と、
    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部と、
    前記還元剤供給部を作動させて空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク動作を所定時間毎に行うリッチスパイク制御部と、
    前記触媒にＨＣ成分を加えるとともに、所定の温度以上に加熱することで触媒に吸蔵した硫黄分を除去するＳパージ運転の要否を判定するＳパージ制御部と、
    前記触媒の温度を計測する触媒温度計測センサとを備え、
    前記Ｓパージ制御部によりＳパージが必要であると判定された場合に前記リッチスパイク制御部は、前記触媒温度計測センサにより計測された温度に対する前記所定温度との偏差に基づいて、前記リッチスパイク動作の動作周期を制御することを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
  2. 前記偏差が大きい程、前記周期を短くするものであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排ガス浄化装置。
  3. 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リッチになったときにＮＯｘが還元処理される触媒と、
    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部と、
    前記還元剤供給部を作動させて空燃比を一時的にリッチ側に制御するリッチスパイク動作を所定時間毎に行うリッチスパイク制御部と、
    前記触媒にＨＣ成分を加えるとともに、所定の温度以上に加熱することで触媒に吸蔵した硫黄分を除去するＳパージ運転の要否を判定するＳパージ制御部と、
    前記触媒の温度を計測する触媒温度計測センサとを備え、
    前記Ｓパージ制御部によりＳパージが必要であると判定された場合に前記リッチスパイク制御部は、前記触媒温度計測センサにより計測された温度に対する前記所定温度との偏差に基づいて、前記リッチスパイク動作の動作期間を制御することを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
  4. 前記偏差が大きい程、前記周期を長くするものであることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排ガス浄化装置。
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