JP2007162578A - 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム Download PDF

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Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、この排気ガス浄化装置の上流側に還元剤を供給する還元剤供給手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、還元剤の供給時期及び供給量を適正化して、燃費の悪化の低減と、大気中に流出する排気ガスの成分の悪化の抑制を図ることができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する際に、排気ガス成分濃度検出手段で検出された排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度の２以上を還元剤供給制御の際の制御パラメータとして使用する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するために排気ガス浄化装置とその上流側で排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段を備えた排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムに関する。
ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関の排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされている。その中に、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）や、ＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を配置した排気ガス浄化装置が使用されている。このＮＯｘ浄化触媒としては、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、尿素添加のＳＣＲ触媒（選択的接触触媒）、ＮＯｘ直接還元型触媒などが使用されている。
そして、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、これらのＤＰＦやＮＯｘ浄化触媒の上流側に酸化触媒を配置し、排気ガスの温度が低い場合に、ポスト噴射や排気管噴射でＨＣ等の還元剤を排気ガス中に供給して、この還元剤を酸化触媒で酸化することにより、酸化触媒及び酸化触媒の下流側の排気ガスを昇温して、この酸化触媒を活性温度以上にを保つと共に、下流側のＤＰＦのＰＭ燃焼を促進したり、下流側のＮＯｘ浄化触媒を活性温度以上に保つことが行われている。
また、ＳＣＲ触媒の上流側に酸化触媒を配置した排気ガス浄化装置では、この酸化触媒で、ＮＯからＮＯ2 への反応を促進して、ＳＣＲ触媒上におけるＮＨ3 （アンモニア）との反応を促進することも行われている。
この酸化触媒は、排気ガスの昇温以外にもＣＯ、ＨＣ、ＮＯを酸化させる等の作用効果を発揮し、下流側のＤＰＦのＰＭのＮＯ2 による燃焼促進や、ＮＯｘ浄化触媒の性能を確保するための役割も有しており、この酸化触媒はその用途ごとに適正な構成、成分及び担持量が選定されている。
また、上流側の酸化触媒を設けずに、ＤＰＦにＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させて、排気ガスの温度が低い場合に、ポスト噴射や排気管噴射でＨＣ等の還元剤を排気ガス中に供給して、この還元剤をＮＯｘ吸蔵還元型触媒で酸化することにより、触媒付きＤＰＦを昇温して、ＤＰＦのＰＭ燃焼を促進することも行われている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、これらの装置における還元剤の供給時期は、排気ガス浄化装置に担持されている酸化触媒等の触媒の活性化温度を目安として制御され、この触媒に流入する排気ガスの温度又は触媒の温度が、活性化温度以下では還元剤の供給を停止し、活性化温度を超えた状態になった時に還元剤の供給を開始している。
しかしながら、従来技術においては、この還元剤の供給時期や供給量は、酸化触媒等の触媒の温度や排気ガスの温度のみの関数として把握されており、還元剤の酸化に大きな影響を及ぼす排気ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度とは無関係とされていた。そのため、適切な時期に適切な量の還元剤を供給することができず、触媒の昇温性能を十分に発揮させることができない上に、余分な量の還元剤供給による燃費の悪化や排気ガス成分の悪化が生じるという問題があった。
一方、還元剤の供給に際して、排気ガス中の酸素濃度を考慮する排気浄化装置も提案されている。例えば、後噴射によりＨＣ等からなる還元剤を排気ガス中に供給してＮＯｘ浄化触媒装置でこの還元剤とＮＯｘを反応させてＮＯｘを浄化するエンジンの排気浄化装置において、ＮＯｘ浄化触媒が活性状態にあるか否かを触媒温度などにより判定して、この判定結果によって後噴射の噴射量及び噴射時期を変更して、不活性状態時には排気ガス中へのＮＯｘ放出量を少なくし、活性状態時にはＮＯｘ浄化触媒に供給される還元剤量が十分に確保されるように後噴射の噴射量及び噴射時期を設定して、大気中へのＮＯｘの放出を効果的に抑制して排気ガスを浄化することができるエンジンの排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
また、後噴射により排気ガス中にＨＣを供給する場合に、排気ガス中の酸素濃度に基づいて、実際に排気ガス中に供給されているＨＣ供給量を推定し、目標の供給すべきＨＣ供給量に実際のＨＣ供給量を一致させるように後噴射を制御する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
しかし、これらの排気浄化装置では、酸素濃度と触媒の活性温度特性（ライトオフ特性）との関係については言及されておらず、単に実際に排気ガス中に供給されているＨＣ供給量を推定するために酸素濃度を使用しているに過ぎない。
特開２００４−４４５１５号公報 特開２００２−１９５０７４号公報 特開平１０−２５２５４４号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の排気ガスを浄化するために排気ガス浄化装置とその上流側で排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、還元剤の供給時期及び供給量を適正化して、燃費の悪化の低減と、大気中に流出する排気ガスの成分の悪化の抑制を図ることができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、還元剤の供給に際して、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度の２以上を還元剤供給制御の際の制御パラメータとして使用することを特徴とする。
この構成により、還元剤の供給量や供給時期を適正化して、酸化触媒の性能を十分に引き出すことができ、燃費の悪化を低減させると共に、還元剤噴射時における排気ガス成分の悪化の抑制を図ることができる。
なお、上流側の酸化触媒を有する排気ガス浄化装置としては、下記のような装置があり、それぞれの装置の再生時や脱硫時に排気ガス中に還元剤が供給される。
上流側の酸化触媒と下流側のＤＰＦとを有する排気ガス浄化装置では、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去する際に還元剤が供給される。また、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを有する排気ガス浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力の回復のための再生制御の際に還元剤が供給される。また、上流側の酸化触媒に対して、下流側にＤＰＦとＮＯｘ吸蔵還元型触媒を配置したり、更に、最下流側の酸化触媒を加えたりした排気ガス浄化装置もある。
また、還元剤もＨＣ（炭化水素）等の未燃燃料を使用する場合もあり、また、ＳＣＲ触媒では尿素水などアンモニア系水溶液を使用する場合もあり、触媒及び還元剤の供給目的によって適宜それに適した還元剤が使用される。また、その供給方法に関しても、排気管に還元剤を噴射する噴射弁を設けてこの噴射弁から排気ガス中に供給する場合や、シリンダ内燃料噴射においてポスト噴射（後噴射）により排気ガス中に未燃燃料を供給する場合もある。
また、上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、前記所定の判定用温度を設定すると、言い換えれば、酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度とライトオフとの関係を還元剤供給制御の制御用パラメータとして加えることにより、所定の判定用温度をより適切なものとすることができ、還元剤の供給開始時期の適正化を図ることができる。
また、上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度と消費可能なＨＣ量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を算出及び設定して、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することにより、流出する排気ガス中の還元剤の量を低減でき、燃費の悪化の低減と排気ガス成分の悪化の抑制を図ることが容易にできる。
また、前記排気ガス浄化装置としては、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、触接還元型ＮＯｘ触媒、選択的接触触媒（ＳＣＲ触媒）の内の一つ以上を備えて形成される排気ガス浄化装置があり、これらの装置に、上記の排気ガス浄化システムの制御方法を適用できる。
そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度の２以上を還元剤供給制御の際の制御パラメータとして使用するように構成される。
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記酸化触媒に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、前記所定の判定用温度を設定するように構成される。
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度と消費可能なＨＣ量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を算出及び設定して、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給するように構成される。
また、この排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置としては、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、触接還元型ＮＯｘ触媒、選択的接触触媒の内の一つ以上を備えて形成される排気ガス浄化装置がある。
これらの排気ガス浄化システムによれば、上記の排気ガス浄化システムの制御方法を実施することができ、同様な作用効果を奏することができる。
本発明に係る排気ガス浄化方法の制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガス浄化装置の触媒の活性化温度と排気ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度との関係に注目して、これらの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度の２つ以上を還元剤供給制御の際の制御用パラメータとして使用することにより、還元剤の供給時期及び供給量を適正化して、触媒の性能を十分に引き出すことができ、燃費の悪化を低減させると共に、ＨＣ噴射時における排気ガス成分の悪化の抑制を図ることができる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムについて、上流側に酸化触媒、下流側に触媒付きフィルタ（ＤＰＦ）を配置した場合を例にして、図面を参照しながら説明する。
なお、本発明は、この実施例に限定されず、排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置は、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、触接還元型ＮＯｘ触媒、選択的接触触媒、直接還元型ＮＯｘ触媒、リーンバーンエンジン用三元触媒の内の一つ以上を備えて形成される排気ガス浄化装置にも適用可能である。
図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、ディーゼル内燃機関（エンジン）Ｅの排気通路４に、ターボチャージャヤ３のタービン３ｂ、ＨＣ供給装置１３、排気ガス浄化装置１０が配置される。この排気ガス浄化装置１０は、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置の一つであり、上流側に酸化触媒１２を、下流側に触媒付きフィルタ１１を有して構成される。
この酸化触媒１２は、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金を担持した酸化アルミニウム触媒を塗って形成され、触媒付きフィルタ１１は、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成され、排気ガスＧ中のＰＭ（粒子状物質）を多孔質のセラミックの壁で捕集（トラップ）される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。
ＨＣ供給装置１３は、還元剤供給手段であり、触媒付きフィルタ１１のＰＭ再生制御時において、排気ガス温度が低い場合に、排気ガス中に燃料などの未燃ＨＣを供給し、酸化触媒１２で酸化させて、この酸化熱により排気ガス温度を上昇させ、高温の排気ガスを触媒付きフィルタ１１に流入させて捕集されたＰＭを燃焼除去するのに用いられる。なお、排気ガス中への未燃ＨＣの供給をシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射により行う場合には、このＨＣ供給装置１３を設けなくてもよい。
吸気通路２には、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１４、ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａ、吸気絞り弁９等が設けられる。この吸気絞り弁９は、吸気マニホールド２ａへ入る吸気Ａの量を調整する。また、排気マニホールド４ａ側から吸気マニホールド２ａへ排気ガスの一部であるＥＧＲガスＧｅを再循環させるＲＧＲ通路５が設けられ、このＥＧＲ通路５には、ＥＧＲクーラ７とＥＧＲ弁６が設けられる。
そして、触媒付きフィルタ１１のＰＭの堆積量を推定するために、排気ガス浄化装置１０の前後に接続された導通管に差圧センサ２１が設けられる。また、触媒付きフィルタ１１の再生制御用に、酸化触媒１２の上流側に酸化触媒入口排気温度センサ２２が、酸化触媒１２と触媒付きフィルタ１１の間に触媒出口排気温度センサ２３がそれぞれ設けられる。更に、触媒付きフィルタ１１の下流側にフィルタ出口排気温度センサ２４が設けられる。これらの温度センサ２２、２３、２４で、排気ガス温度検出手段を構成する。
この酸化触媒入口排気温度センサ２２は、酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度である第１測定排気ガス温度Ｔ１ｍを検出する。また、触媒出口排気温度センサ２３は、酸化触媒１２から流出する排気ガスの温度である第２測定排気ガス温度Ｔ２ｍを検出する。この第２判定用排気ガス温度Ｔ２ｍは、触媒付きフィルタ１１に流入する排気ガスの温度となる。フィルタ出口排気温度センサ２４は、万一ＰＭの暴走燃焼が起こった場合に対処できるように、触媒付きフィルタ１１におけるＰＭの燃焼状態を監視する。
また、酸化触媒１２の上流側と、触媒付きフィルタ１１の下流側にガス成分濃度センサ（酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度を検出するセンサ）２５、２６を配置して、排気ガス成分濃度検出手段を構成する。この上流側のガス成分濃度センサ２５は、排気ガス中にＨＣ供給するときの制御用であり、下流側のガス成分濃度センサ２６は、排気ガス浄化装置１０の下流側に流出する排気ガスのガス成分を監視し、排気ガスの悪化を防止するためのものである。
これらのセンサの出力値は、エンジン１０の運転の全般的な制御を行うと共に、排気ガス浄化装置１０の再生制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）２０に入力され、この制御装置２０から出力される制御信号により、吸気絞り弁９や、燃料噴射装置（噴射ノズル）８や、ＥＧＲ弁６等が制御される。
この排気ガス浄化システム１においては、空気Ａは、エアクリーナ（図示しない）、吸気通路２のマスエアフローセンサ１４とターボチャジャー３のコンプレッサー３ａを通過して、吸気絞り弁９によりその量を調整されて吸気マニホールド２ａよりシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガスＧは、排気マニホールド４ａから排気通路４に出てターボチャジャー３のタービン３ｂを駆動し、排気ガス浄化装置１０を通過して浄化された排気ガスＧｃとなって、図示しない消音器を通って大気中に排出される。また、排気ガスＧの一部はＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路５のＥＧＲクーラー７を通過し、ＥＧＲ弁６でその量を調整されて吸気マニホールド２ａに再循環される。
そして、排気ガス浄化システム１の制御装置が、エンジンＥの制御装置２０に組み込まれ、エンジンＥの運転制御と並行して、排気ガス浄化システム１の制御を行う。この排気ガス浄化システム１の制御装置は、触媒付きフィルタ１１のＰＭ再生制御等を含む排気ガス浄化システムの制御を行う。
次に、本発明の排気ガス中への還元剤の供給制御について説明する。
この制御では、図３〜図５に示すような酸化触媒１２のライトオフ用データを予め用意して制御装置２０に記憶しておく。このライトオフ用データは、次のようにして求める。
劣化前、言い換えれば新品の触媒において、エンジンの運転状態や排気ガス温度を変えて、酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉ、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏ、ＨＣ濃度Ｃｈｃを変化させて、酸化触媒１２における触媒活性化度合いを示すＨＣ浄化率ηｈｃを測定する。
この測定結果から、図３〜図５に示すような、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏ、ＨＣ濃度Ｃｈｃをパラメータとした時に、所定のＨＣ浄化率ηｈｃとなる排気ガスの温度Ｔｇｉを求め、これを所定の判定用温度とし、マップデータ等のデータベースを作る。例えば、酸化触媒１２の活性化の判定基準を８０％浄化率とした場合は、この８０％浄化率となる排気ガスの温度を所定の判定用温度Ｔ８０としてマップデータ化し、予め制御装置２０に記憶しておく。
図３〜図５に酸素濃度Ｃｏ2 が５％、１０％、１５％の場合の所定の判定用温度Ｔ８０をＣＯ濃度ＣｃｏとＨＣ濃度Ｃｈｃ（なお、図２〜図４ではＣ3 Ｈ6 をＨＣの代表値として使用している）をパラメータとして示す。
なお、従来技術においては、この所定の判定用温度Ｔ８０は、ディーゼルエンジンの代表的な排気ガス成分で排気ガスの温度Ｔｇｉのみを変化させて求められていて、ＨＣの浄化率に対して単純に所定の判定用温度は１対１対応となっていた。そして、このデータから、酸化触媒１２に還元剤の供給を開始するときの所定の判定用温度は一つのみ求められていた。
また、測定結果から、図３〜図５に類似した、排気ガスの温度Ｔｇｉ、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏ、ＨＣ濃度Ｃｈｃをパラメータとした時のＨＣ浄化率ηｈｃを求め、データを整理し直して、排気ガスの温度Ｔｇｉ、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度ＣｃｏでＨＣを所定の目標浄化率ηｐｈｃで消費可能なＨＣ濃度Ｃｔｈｃの関係に対してマップデータ等のデータベースを作る。このデータベースを予め制御装置２０に記憶しておく。
そして、この酸化触媒１２への還元剤の供給は、図２に例示するような制御フローによって行うことができる。なお、この図２の制御フローは、エンジンＥの運転に際して、エンジンＥの他の制御フローと並行して実行される排気ガス浄化システム１の制御フローの一部で、この排気ガス浄化システム１のメインの制御フローから、還元剤の供給が必要とされる時に、呼ばれて実行されては戻り、繰り返し実行されるものとして示してある。
この図２の制御フローは、触媒付きフィルタ１１においてＰＭの堆積量が増加して、差圧センサ２１で検出された差圧値が再生開始判定用の所定の判定用差圧以上になった時に、ＰＭを燃焼除去する再生制御が必要であるとして、触媒付きフィルタ１１へ流入する排気ガスの温度を上昇させるために、エンジンＥから排出される排気ガス温度を上昇したり、酸化触媒１２に還元剤を供給して排気ガス温度を上昇させるので、この排気ガス昇温の一部の制御として呼ばれる。
この図２の制御フローでは、メインの制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、エンジン（内燃機関）Ｅから酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉ、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏ、ＨＣ濃度Ｃｈｃのそれぞれの検出値Ｔｇｉｍ、Ｃｏ2 ｍ、Ｃｃｏｍ、Ｃｈｃｍを読み込む。
ステップＳ１２で、図３〜図５に相当するマップデータを参照し、必要に応じて補間を用いて、これらの検出値Ｃｏ2 ｍ、Ｃｃｏｍ、Ｃｈｃｍに対応する所定の判定用温度Ｔ８０を算出する。
ステップＳ１３で、検出された排気ガスの温度Ｔｇｉｍをこの所定の判定用温度Ｔ８０と比較し、排気ガスの温度Ｔｇｉｍがこの所定の判定用温度Ｔ８０より低い場合は、還元剤の供給をしないとして、リターンする。また、排気ガスの温度Ｔｇｉｍがこの所定の判定用温度Ｔ８０以上の場合は、還元剤の供給をするとして、ステップＳ１４に行く。
ステップＳ１４では、酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉｍ、酸素濃度Ｃｏ2 ｍ、ＣＯ濃度Ｃｃｏｍ、ＨＣ濃度Ｃｈｃｍを読み込む。
ステップＳ１５では、還元剤を供給するが、酸化触媒１２で消費可能なＨＣ量Ｔｈｃを算出し、排気ガス中のＨＣ濃度Ｃｈｃｎを考慮して、供給すべきＨＣ量Ａｈｃを算出し、この算出されたＨＣ量Ａｈｃになるように、還元剤を供給する。
この供給すべきＨＣ量Ａｈｃを算出では、図３〜図５に類似するが、酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉ、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏ、ＨＣ濃度Ｃｈｃと、目標ＨＣ浄化率ηｐｈｃとの関係を示すデータに基づいて、酸化触媒１２に流入する排気ガスが、温度Ｔｇｉｍで、酸素濃度Ｃｏ2 ｍ、ＣＯ濃度Ｃｃｏｍである場合に、目標ＨＣ浄化率ηｐｈｃに対応するＨＣ濃度、即ち、酸化触媒１２で消費可能なＨＣ濃度Ｃｔｈｃを算出する。
次に、この酸化触媒１２で消費可能なＨＣ濃度Ｃｔｈｃに排気ガス量Ｗｇを乗じて、消費可能なＨＣ供給量Ｔｈｃを算出する。この排気ガス量Ｗｇは、マスエアフローセンサ１４で検出された吸気量ＷａにエンジンＥのシリンダに供給する燃料量Ｗｑを加算することで算出できる。また、排気ガスのＨＣ濃度Ｃｈｃｍに排気ガス量Ｗｇを乗じて、排気ガス中に含まれているＨＣ量Ｇｈｃを算出する。
そして、ＨＣ供給装置１３により供給すべきＨＣ量Ａｈｃを、消費可能なＨＣ量Ｔｈｃから排気ガス中のＨＣ量Ｇｈｃを差し引いた値、即ち、Ａｈｃ＝Ｔｈｃ−Ｇｈｃで算出する。この供給すべきＨＣ量Ａｈｃで、所定の時間の間、還元剤の供給を行い、リターンする。
そして、メインの制御フローで、還元剤の供給が必要であれば、再度図２の制御フローが呼ばれて、上記のステップＳ１１〜Ｓ１５が繰り返される。
一方、触媒付きフィルタ１１におけるＰＭの燃焼除去による再生が進み、差圧センサ２１で検出された差圧センサ２１の差圧値が再生終了判定用の所定の判定用差圧以下になった時には、再生制御が終了するので、図２の制御フローが不要になる。また、触媒付きフィルタ１１に流入する排気ガス温度が高くなっていて、還元剤を供給しなくても、ＰＭの燃焼除去が可能な場合には、図２の制御フローが不要になる。
そして、図２の制御フローが不要となった場合は、メインの制御フローで図２の制御フローを呼ばなくなる。
この図２の制御フローによれば、ステップＳ１２で、還元剤の供給に際して、酸化触媒１２に流入する排気ガスの酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏ、ＨＣ濃度Ｃｈｃと所定の判定用温度Ｔ８０との関係に基づいて、排気ガス成分濃度検出手段で検出された酸化触媒１２に流入する排気ガスの酸素濃度Ｃｏ2 ｍ、ＣＯ濃度Ｃｃｏｍ、ＨＣ濃度Ｃｈｃｍから、所定の判定用温度Ｔ８０を算出して設定することができる。従って、所定の判定用温度をより適切なものとすることができ、還元剤の供給開始時期の適正化を図ることができる。
また、ステップＳ１５で、還元剤の供給に際して、酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉ、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏ、ＨＣ濃度Ｃｈｃと目標ＨＣ浄化率ηｐｈｃとの関係に基づいて、排気ガス成分濃度検出手段で検出された酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉｍ、酸素濃度Ｃｏ2 ｍ、ＣＯ濃度Ｃｃｏｍ、ＨＣ濃度Ｃｈｃｍから、供給すべきＨＣ量Ａｈｃを算出して設定することができる。
つまり、還元剤供給手段が、酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉ、酸素濃度Ｃｏ2 、ＣＯ濃度Ｃｃｏと目標のＨＣ浄化率ηｐｈｃで消費可能なＨＣ濃度Ｃｔｈｃとの関係に基づいて、排気ガス成分濃度検出手段で検出された酸化触媒１２に流入する排気ガスの温度Ｔｇｉｍ、酸素濃度Ｃｏ2 ｍ、ＣＯ濃度Ｃｃｏｍ、ＨＣ濃度Ｃｈｃｍから、排気ガス中に供給する還元剤の供給量Ａｈｃを算出及び設定し、この供給量Ａｈｃで還元剤を排気ガス中に供給するので、これにより、供給する還元剤の量と排気ガス中の還元剤の量との和を、酸化触媒１２が消費可能な還元剤の量にすることができる。従って、燃費の悪化を図ることができると共に、排気ガスの成分の悪化を抑制できる。
なお、上記の説明では、上流側の酸化触媒１２と下流側の触媒付きフィルタ（ＤＰＦ）１１を組み合わせた排気ガス浄化システム１を用いたが、本発明は、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒を組み合わせた排気ガス浄化システム、上流側の酸化触媒と下流側のＳＣＲ触媒を組み合わせた排気ガス浄化システム、酸化触媒とＮＯｘ浄化触媒とＤＰＦを組み合わせた排気ガス浄化システム等に適用できる。
また、排気ガス温度の判定用温度Ｔ８０も、上記で例示したＰＭ再生制御だけではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等のＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ再生制御や、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、ＮＯｘ直接還元型触媒、ＳＣＲ触媒等の各種触媒の硫黄被毒からの回復のための脱硫制御における排気ガス温度の判定用温度として用いることができる。
また、還元剤の供給量の算出も酸化触媒だけでなく、上流側の酸化触媒と下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を組み合わせた排気ガス浄化システムに適用できるが、この場合により精度よく行うためには、酸化触媒に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、酸化触媒で消費可能な還元剤の第１還元剤量を算出し、更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で消費可能な還元剤の第２還元剤量を算出し、この第１還元量と第２還元量の和から排気ガス中のＨＣ量を差し引いて供給すべきＨＣ量を算出する。
実施例及び比較例の排気ガス浄化システムとして、白金を担持した酸化アルミニウム触媒をコージェライトハニカムの塗った担持体を酸化触媒としてコンバータ内に組み込み、ディーゼルエンジンの排気管に取り付けた。
この酸化触媒に流入する排気ガスの酸素濃度とＣＯ濃度とＨＣ濃度とライトオフ温度との関係を求めたところ、ＨＣの８０％浄化率の温度Ｔ８０として、図３〜図５の結果を得た。実施例では、この図３〜図５の関係をＨＣ噴射時の温度閾値およびＨＣ、ＣＯの上限値として制御パラメータに組み込みＨＣ噴射制御を行った。
次に、使用したディーゼルエンジンの代表的な排気ガス成分で、ライトオフ温度（活性化温度）を求めたところ、ＨＣの８０％浄化率の温度Ｔ８０は１９０℃であった。比較例では、このライトオフ温度Ｔ８０をＨＣ噴射時の温度閾値として制御パラメータに組み込み、ＨＣ噴射制御を行った。
実施例と比較例のＨＣ噴射時期と排気ガス温度の変化を図６に示す。図６の太線Ａは酸化触媒入口の排気ガス温度を示し、細線Ｂは実施例のＨＣ噴射制御（Ｆａ）を行った時の触媒温度を示し、中線Ｃは比較例のＨＣ噴射制御（Ｆｂ）を行った時の触媒温度を示す。細線Ｂは中線Ｃに比べて効率よく触媒温度が上昇していることが分かる。
更に、酸化触媒の下流側のＨＣ濃度とＣＯ濃度を、比較例を１００とした場合の実施例の値で図７に示す。また、ＨＣ噴射量を、比較例を１００とした場合の実施例の値で図８に示す。
これらの図６〜図８の結果から、実施例の適正なＨＣ噴射制御により、効率的な排気ガス昇温、排気ガス成分の抑制、燃費悪化の低減ができることが分かる。
本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の制御フローの一例を示す図である。 酸素濃度５％における、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度とＨＣの８０％浄化率の温度との関係を示す図である。 酸素濃度１０％における、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度とＨＣの８０％浄化率の温度との関係を示す図である。 酸素濃度１５％における、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度とＨＣの８０％浄化率の温度との関係を示す図である。 実施例と比較例のＨＣ噴射時期と排気ガス温度の変化を示す図である。 実施例と比較例の酸化触媒の下流側のＨＣ濃度とＣＯ濃度を、比較例を１００として示す図である。 実施例と比較例のＨＣ噴射量を、比較例を１００として示す図である。
符号の説明
Ｅ エンジン
１ 排気ガス浄化システム
２ 吸気通路
４ 排気通路
８ 燃料噴射弁
１０ 排気ガス浄化装置
１１ 触媒付きフィルタ（ＤＰＦ）
１２ 酸化触媒
１３ ＨＣ供給装置
２１ 差圧センサ
２２ 触媒入口排気温度センサ
２３ 触媒出口排気温度センサ
２４ フィルタ出口排気温度センサ
２５ 上流側のガス成分濃度センサ
２６ 下流側のガス成分濃度センサ

Claims (8)

  1. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、
    還元剤の供給に際して、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度の２以上を還元剤供給制御の際の制御パラメータとして使用することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
  2. 還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、前記所定の判定用温度を設定することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
  3. 還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度と消費可能なＨＣ量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を算出及び設定して、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することを特徴とする請求項１又は２記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
  4. 前記排気ガス浄化装置が、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、触接還元型ＮＯｘ触媒、選択的接触触媒の内の一つ以上を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
  5. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムにおいて、
    前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度の２以上を還元剤供給制御の際の制御パラメータとして使用することを特徴とする排気ガス浄化システム。
  6. 前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記酸化触媒に流入する排気ガスの酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、前記所定の判定用温度を設定することを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化システム。
  7. 前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度と消費可能なＨＣ量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を算出及び設定して、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することを特徴とする請求項５又は６記載の排気ガス浄化システム。
  8. 前記排気ガス浄化装置が、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、触接還元型ＮＯｘ触媒、選択的接触触媒の内の一つ以上を備えたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
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