JP2007332945A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】硫黄被毒回復制御時の燃費悪化を抑制する。
【解決手段】硫黄被毒回復制御の前に“煤払い”としてＰＭ再生制御を行って、触媒内に堆積したＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御を実行するにあたり、硫黄被毒回復制御時に設定する目標スロットル開度ＴＡｓｏｘ（減速時吸入空気量の制御目標値）を、ＰＭ再生制御時の目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎ１よりも閉じ側の値として減速時吸入空気量を少なくすることで、触媒床温の温度低下を抑制して触媒床温を被毒回復に適した温度に維持する。このような減速時吸入空気量制御によって、硫黄被毒回復を効率良く行うことが可能となり、硫黄被毒回復制御時の燃費の悪化を抑制することができる。
【選択図】図３
【解決手段】硫黄被毒回復制御の前に“煤払い”としてＰＭ再生制御を行って、触媒内に堆積したＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御を実行するにあたり、硫黄被毒回復制御時に設定する目標スロットル開度ＴＡｓｏｘ（減速時吸入空気量の制御目標値）を、ＰＭ再生制御時の目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎ１よりも閉じ側の値として減速時吸入空気量を少なくすることで、触媒床温の温度低下を抑制して触媒床温を被毒回復に適した温度に維持する。このような減速時吸入空気量制御によって、硫黄被毒回復を効率良く行うことが可能となり、硫黄被毒回復制御時の燃費の悪化を抑制することができる。
【選択図】図３
Description
本発明は、内燃機関の排気ガスを触媒にて浄化する装置に関し、さらに詳しくは、排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンともいう）の排気ガスを浄化する排気浄化装置は、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中に含まれるパティキュレート（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）という）を捕集するパティキュレートフィルタとを備えている。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスに多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮ2に還元して浄化する触媒である。また、ＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）としては、例えば、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）や、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）触媒が用いられている。
以上のようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒やフィルタを排気通路に備えた排気浄化装置においては、フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去してフィルタを再生させるＰＭ再生制御、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を硫黄被毒から回復させる硫黄被毒再生制御、及び、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御などの制御（以下、これらの制御を総称して触媒制御という）が行われている。
これら触媒制御のうち、ＰＭ再生制御は、例えばエンジンの運転状態に基づいてフィルタに堆積したＰＭを推定し、そのＰＭ堆積推定量が所定値（限界堆積量）以上となったときに、燃料添加弁から排気通路（フィルタの上流側）に燃料を添加して、フィルタの床温を高温化することにより、フィルタ上に堆積したＰＭの酸化（燃焼）を促進する制御である。
硫黄被毒回復制御は、燃料添加弁から排気通路に燃料を添加することにより、触媒床温を高温化するとともに、排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチとし、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を硫黄被毒から回復させる制御である。また、ＮＯｘ還元制御は、排気通路への燃料添加により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に燃料を供給することにより、触媒に吸蔵されたＮＯｘと燃料成分（ＨＣ）等と反応させてＮＯｘを還元して放出する制御である。
ところで、エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化装置では、ＰＭ堆積量が所定量よりも多い状態（例えばＰＭ再生制御の直前やＰＭ再生制御中）のときに、エンジン減速時に吸入空気量が減少すると、堆積ＰＭの燃焼による発熱分の熱量を持ち去ることができず、触媒床温の過剰な温度上昇を招くことがある。このような点を考慮して、例えば特許文献１に記載の技術では、ＰＭ再生制御中であってエンジンの減速時に、吸気通路中のスロットルバルブを開いて排気中に含まれる空気量を多くし、排気中の空気が触媒を通過する過程で触媒から持ち去る熱量を多くして触媒床温の過剰な温度上昇を抑制している。
なお、特許文献１には、ＰＭ再生制御中、触媒床温が高くてＰＭ堆積量が多い状況でエンジンが減速したときに、空気量を増加すると、排気中の空気による熱量の持ち去りよりもＰＭ燃焼による発熱量が多くなって触媒床温が急激に上昇する可能性があることから、このような状況のときには空気量の増加を抑制することも記載されている。
特開２００５−１５５５００号公報（段落［０００３］）
エンジンの排気浄化装置においては、硫黄被毒回復制御の前に、いわゆる“煤払い”としてＰＭ再生制御を行ってフィルタ内に堆積しているＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御が行われている。このように、硫黄被毒回復制御の前にＰＭ再生制御が実行されると、硫黄被毒回復制御の実施時にはＰＭ堆積量が少なくなっており、ＰＭ燃焼による触媒床温の過剰な温度上昇は起こらない。こうした状況のときに、ＰＭ再生制御と同様な減速時吸入空気量の増加を行うと、フィルタを通過する空気量が過剰となり、触媒床温を高く保持することができずに触媒床温が低下する。このようにして触媒床温が低下すると、硫黄被毒回復制御の機会が減少して被毒回復に要する時間が長くなるため、燃料添加量が多くなる。また、触媒床温を高くするための燃料添加が余分に必要になることから燃費の悪化を招く。
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、硫黄被毒回復制御時の燃費悪化を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置の提供を目的とする。
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁とを備え、前記触媒のＰＭ再生制御及び硫黄被毒回復制御を含む触媒制御を実行する内燃機関の排気浄化装置において、前記硫黄被毒回復制御時に設定する減速時吸入空気量の制御目標値を、前記ＰＭ再生制御時よりも小さい値とすることを特徴としている。
本発明によれば、硫黄被毒回復制御の前に“煤払い”としてＰＭ再生制御を行って、触媒内に堆積したＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御を実行するにあたり、硫黄被毒回復制御時に設定する減速時吸入空気量の制御目標値を、ＰＭ再生制御時よりも小さい値に設定して減速時吸入空気量を少なくしているので、硫黄被毒回復制御時に触媒床温が冷め難くなり、触媒床温を被毒回復に適した温度に維持することが可能になる。これによって硫黄被毒回復を効率良く行うことができ、回復時間を短くすることができる。さらに、触媒床温を高い温度に維持することができるので、触媒床温を高くするための燃料添加を少なくすることができる。
本発明において、ＰＭ再生制御を実行する際に、ＰＭ堆積量が少ないときには、減速時吸入空気量の制御目標値を、当該ＰＭ堆積量が多いときよりも小さくするようにしてもよい。このような構成を採用すれば、触媒内のＰＭ堆積量に適した減速時吸入空気量を設定することができ、ＰＭ再生時に過剰な空気量の増加による触媒床温の低下を防止することができる。これによりＰＭ再生を効率良く行うことが可能になる。
本発明によれば、硫黄被毒回復制御の前に“煤払い”としてＰＭ再生制御を行って、触媒内に堆積したＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御を実行するにあたり、硫黄被毒回復制御時に設定する減速時吸入空気量の制御目標値を、ＰＭ再生制御時よりも小さい値として減速時吸入空気量を少なくしているので、触媒床温の低下を抑制することができ、触媒床温を被毒回復に適した温度に維持することができる。これによって、硫黄被毒回復を効率良く行うことが可能となり、硫黄被毒回復制御時の燃費の悪化を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
−エンジン−
本発明の燃料添加装置を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。
本発明の燃料添加装置を適用するディーゼルエンジンの概略構成を図１を参照して説明する。
この例のディーゼルエンジン１（以下、「エンジン１」という）は、例えばコモンレール式筒内直噴４気筒エンジンであって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、及び、排気系７などを主要部として構成されている。
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、燃料添加弁２５、機関燃料通路２６、及び、添加燃料通路２７などを備えている。
サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２６を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は所定電圧が印加されたときに開弁して、燃焼室３内に燃料を噴射供給する電磁駆動式の開閉弁である。
また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２７を介して燃料添加弁２５に供給する。燃料添加弁２５は、所定電圧が印加されたときに開弁して、排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に燃料を添加する電磁駆動式の開閉弁である。燃料添加弁２５の噴孔は排気系７内に露出している。
吸気系６は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ３２、スロットルバルブ６２が配設されている。エアフローメータ３２は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
排気系７は、シリンダヘッドに形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には触媒装置４が配設されている。
触媒装置４は、ＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒４ａとＤＰＮＲ触媒４ｂとを備えている。
ＮＳＲ触媒４ａは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であって、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
ＮＳＲ触媒４ａは、排気ガス中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低くかつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2もしくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気ガス中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。
ＤＰＮＲ触媒４ｂは、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒４ｂには、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
以上の触媒装置４、燃料添加弁２５、添加燃料通路２７、及び、燃料添加弁２５の開閉制御を実行するＥＣＵ（電子制御ユニット）１００等によって排気浄化装置が構成されている。
エンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５ａを介して連結されたタービンホイール５ｂ及びコンプレッサインペラ５ｃを備えている。コンプレッサインペラ５ｃは吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５ｂは排気管７３内部に臨んで配置されている。このようなターボチャージャ５は、タービンホイール５ｂが受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサインペラ５ｃを回転させることにより吸入空気を過給する。この例のターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５ｂ側に可変ノズルベーン機構５ｄが設けられており、この可変ノズルベーン機構５ｄの開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側にスロットルバルブ６２が設けられている。スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することが可能な電子制御式の開閉弁であり、所定条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ通路（排気還流通路）８が設けられている。ＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられており、ＥＧＲバルブ８１の開度を調整することにより、排気系７から吸気系６に導入されるＥＧＲ量（排気還流量）を調整することができる。
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
例えば、エアフローメータ３２は、吸気系６内のスロットルバルブ６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ３３は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ３４は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ３５は、排気系７の触媒装置４の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ３６は、同じく排気系７の触媒装置４の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ３７はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ３９はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
ＥＣＵ１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
以上のＲＯＭ１０２、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。
入力インターフェース１０５には、エアフローメータ３２、吸気温センサ３３、吸気圧センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、排気温センサ３６、レール圧センサ３７、スロットル開度センサ３９が接続されており、さらに、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ３１、アクセルペダルへの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４０、及び、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４１などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、インジェクタ２３、燃料添加弁２５、可変ノズルベーン機構５ｄ、スロットルバルブ６２、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、下記のＰＭ再生制御及び硫黄被毒回復制御、並びに、エンジン減速時の吸入空気量制御を実行する。
−ＰＭ再生制御−
まず、ＥＣＵ１００は、ＤＰＮＲ触媒４ｂへのＰＭの堆積量を推定している。ＰＭ堆積量を推定する方法としては、例えば、エンジン１の運転状態（例えば、排気温度、燃料噴射量、エンジン回転数等）に応じたＰＭ付着量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＰＭ付着量を積算してＰＭの堆積量とする方法や、車両走行距離もしくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定する方法、あるいは、触媒装置４にＤＰＮＲ触媒４ｂの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサを設け、そのセンサ出力に基づいてＤＰＮＲ触媒４ｂに捕集されたＰＭの堆積量を推定する方法などが挙げられる。
まず、ＥＣＵ１００は、ＤＰＮＲ触媒４ｂへのＰＭの堆積量を推定している。ＰＭ堆積量を推定する方法としては、例えば、エンジン１の運転状態（例えば、排気温度、燃料噴射量、エンジン回転数等）に応じたＰＭ付着量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＰＭ付着量を積算してＰＭの堆積量とする方法や、車両走行距離もしくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定する方法、あるいは、触媒装置４にＤＰＮＲ触媒４ｂの上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する差圧センサを設け、そのセンサ出力に基づいてＤＰＮＲ触媒４ｂに捕集されたＰＭの堆積量を推定する方法などが挙げられる。
そして、ＥＣＵ１００は、ＰＭ推定量が所定の基準値（限界堆積量）以上となったときにＤＰＮＲ触媒４ｂの再生時期であると判定してＰＭ再生制御を実行する。具体的には、クランクポジションセンサ４１の出力から読み込んだエンジン回転数Ｎｅに基づいて、予め実験等により作成されたマップを参照して燃料の要求添加量及び添加間隔を算出し、その算出結果に応じて燃料添加弁２５の開閉を制御して、排気系７に燃料添加を断続的に繰り返す。このような燃料添加により、ＤＰＮＲ触媒４ｂの触媒床温が上昇し、ＤＰＮＲ触媒４ｂに堆積しているＰＭが酸化され、Ｈ2ＯやＣＯ2となって排出する。
−硫黄被毒回復制御−
また、ＥＣＵ１００は硫黄被毒回復制御を実行する。硫黄被毒回復制御とは、燃料添加弁２５からの燃料添加を断続的に繰り返して触媒床温を高温化するとともに、排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチとし、ＮＳＲ触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄分を放出させる制御である。そして、この例では、硫黄被毒回復制御の前にＰＭ再生制御が実行される。
また、ＥＣＵ１００は硫黄被毒回復制御を実行する。硫黄被毒回復制御とは、燃料添加弁２５からの燃料添加を断続的に繰り返して触媒床温を高温化するとともに、排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチとし、ＮＳＲ触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒から硫黄分を放出させる制御である。そして、この例では、硫黄被毒回復制御の前にＰＭ再生制御が実行される。
なお、ＥＣＵ１００は、以上のＰＭ再生制御及び硫黄被毒回復制御のほか、ＮＯｘ還元制御などの触媒制御を実行する。ＮＯｘ還元制御は、燃料添加弁２５からの間欠的な燃料添加により、ＮＳＲ触媒４ａ及びＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2及びＨ2Ｏに還元して放出する制御である。
−エンジン減速時の吸入空気量制御−
まず、エンジン１の排気浄化装置においては、硫黄被毒回復制御の前に、いわゆる“煤払い”としてＰＭ再生制御を行って、ＤＰＮＲ触媒４ｂ内に堆積したＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御を実行している。このように硫黄被毒回復制御の前にＰＭ再生制御が実行されると、硫黄被毒回復制御の実施時にはＰＭ堆積量が少なくなっており、ＰＭ燃焼による過剰な触媒床温上昇は起こらない。こうした状況のときに、ＰＭ再生制御と同様な減速時吸入空気量の増加を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過する空気量が過剰となり、触媒床温を高く保持することができずに触媒床温が低下する。このようにして触媒床温が低下すると、硫黄被毒回復制御の機会が減少して、被毒回復に要す時間が長くなるため、燃料添加量が多くなる。また、触媒床温を高くするための燃料添加が必要になることから燃費の悪化を招く。
まず、エンジン１の排気浄化装置においては、硫黄被毒回復制御の前に、いわゆる“煤払い”としてＰＭ再生制御を行って、ＤＰＮＲ触媒４ｂ内に堆積したＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御を実行している。このように硫黄被毒回復制御の前にＰＭ再生制御が実行されると、硫黄被毒回復制御の実施時にはＰＭ堆積量が少なくなっており、ＰＭ燃焼による過剰な触媒床温上昇は起こらない。こうした状況のときに、ＰＭ再生制御と同様な減速時吸入空気量の増加を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を通過する空気量が過剰となり、触媒床温を高く保持することができずに触媒床温が低下する。このようにして触媒床温が低下すると、硫黄被毒回復制御の機会が減少して、被毒回復に要す時間が長くなるため、燃料添加量が多くなる。また、触媒床温を高くするための燃料添加が必要になることから燃費の悪化を招く。
このような問題を解消するために、この実施形態では、硫黄被毒回復制御時に設定する減速時吸入空気量の制御目標値（具体的には、減速時の目標スロットル開度）を、ＰＭ再生制御時よりも小さい値とすることで、硫黄被毒回復制御時の吸入空気量を適切な量に制御して触媒床温の低下を抑制する点に特徴がある。
その減速時スロットル開度の設定処理の具体的な例を図３のフローチャートを参照しながら説明する。この減速時スロットル開度の設定処理はＥＣＵ１００が実行する処理である。なお、この設定処理ルーチンは所定時間周期で繰り返し実行される。
まず、ステップＳＴ１において、エンジン１が減速時であるか否かを判定し、エンジン１が減速時でないときには、このルーチンを一旦終了する。エンジン１が減速時であるときにはステップＳＴ２に進む。エンジン１が減速時であるか否かの判定は、メイン燃料噴射の有無によって判定する。この例では、例えば噴射量指令値が「０」以下（例えば噴射量指令値＜−５ｍｍ3／ｓｔ）であるときにエンジン減速時であると判定する。
ステップＳＴ２では、エンジン１の減速時にＥＧＲが有るか否かを判定する。具体的には、ＥＧＲバルブ開度＞０％であるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ３に進み、否定判定である場合はステップＳＴ６に移行する。このようなステップＳＴ２の判定処理を行う理由を説明する。
まず、ＥＧＲバルブ８１は通常は開いた状態でエンジン制御が行われるが、制御環境条件や直前の運転条件の補正の度合等によって、ＥＧＲバルブ８１を閉じる制御状態になることがある。ＥＧＲバルブ８１が閉じているときに、ＥＧＲバルブ８１が開いていることを前提として、スロットル開度の制御を行うと、吸気管内圧が下がり過ぎるという不具合が発生する。そこで、ＥＧＲバルブ８１が閉じている場合（ステップＳＴ２の判定結果が否定判定である場合）、ステップＳＴ６において、ＥＧＲバルブ８１が閉時の目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｆを算出する。具体的には、クランクポジションセンサ４１の出力から読み込んだエンジン回転数Ｎｅ及び水温センサ３１の出力から読み込んだエンジン１の冷却水温に基づいて、ＥＧＲバルブ８１が閉時の専用マップ（２次元マップ）を参照して目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｆを算出する。
そして、ＥＣＵ１００は、このステップＳＴ６で算出した目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｆに、実スロットル開度（スロットル開度センサ３９にて検出される値）が一致するようにスロットルバルブ６２の駆動制御を行って、ＥＧＲバルブ８１が閉時の減速時吸入空気量を制御する。
ここで、目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｆを算出する２次元マップは、エンジン回転数Ｎｅと冷却水温とをパラメータとして、吸気管内圧を適切な状態に維持できるようなスロットル開度を、予め実験・計算等により求めてマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。なお、ＥＧＲバルブ８１が閉時の目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｆを算出する２次元マップは、後述するＥＧＲバルブ８１が開時の目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎを算出する通常のマップ（ステップＳＴ７で使用するマップ）に対し、目標スロットル開度を開き側つまり減速時吸入空気量の制御目標値を大きくする側に設定したマップである。
ステップＳＴ３では、排気温センサ３６の出力から読み込んだ排気温が高い状態（例えば５００〜７５０℃）であるか否かを判定し、排気温が高い状態ではないときには、ステップＳＴ７に移行して、通常の運転状態で適合した２次元マップを用いて目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎを算出する。具体的には、クランクポジションセンサ４１の出力から読み込んだエンジン回転数Ｎｅ及び水温センサ３１の出力から読み込んだエンジン１の冷却水温に基づいて、２次元マップを参照して目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎを算出する。
そして、ＥＣＵ１００は、ステップＳＴ７で算出した目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎに、実スロットル開度（スロットル開度センサ３９にて検出される値）が一致するようにスロットルバルブ６２の駆動制御を行って、ＥＧＲバルブ８１が開時で排気温が低い状態ときの減速時吸入空気量を制御する。
目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎを算出する２次元マップは、エンジン回転数Ｎｅと冷却水温とをパラメータとし、触媒床温を冷め難くするような減速時吸入空気量を考慮して、予め実験・計算等により求めたスロットル開度をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。
ここで、このステップＳＴ７及び前記ステップＳＴ６で用いる２次元マップのパラメータに冷却水温を含めている理由を説明する。まず、冷却水温が低いときには、エンジン暖機状態と比べてＥＧＲ量が少ない状態となり、暖機状態でのＥＧＲ量を前提として、スロットル開度の制御を行うと、吸気管内圧が下がり過ぎるという不具合が発生する。このような点を考慮して、目標スロットル開度マップのパラメータに冷却水温を含め、低い冷却水温の影響分を補正して吸気管内圧を適切な状態に維持できるようにしている。
一方、ステップＳＴ３の判定結果が肯定判定である場合、つまり排気温が高い状態である場合、ステップＳＴ４において、硫黄被毒回復制御時であるか否かを判定する。その判定結果が否定判定である場合は、ＰＭ再生制御時もしくは通常走行で排気温が高い運転状態（例えば長時間の高速走行運転時）であると判断してステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ８では、目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎ１を算出する。
具体的には、クランクポジションセンサ４１の出力から読み込んだエンジン回転数Ｎｅに基づいて、図４に示す１次元マップＭｐｍ１〜Ｍｐｍ３を参照して目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎ１を算出する。このとき、ＤＰＮＲ触媒４ｂのＰＭ堆積量（推定量）に応じて１次元マップＭｐｍ１，Ｍｐｍ２またはＭｐｍ３のいずれかのマップを選択して目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎ１を算出する。
そして、ＥＣＵ１００は、このステップＳＴ７で算出した目標スロットル開度ＴＡｅｇｒｏｎ１に、実スロットル開度（スロットル開度センサ３９にて検出される値）が一致するようにスロットルバルブ６２の駆動制御を行って、ＥＧＲバルブ８１が開時で排気温が高い状態のときの減速時吸入空気量を制御する。
ここで、図４の１次元マップＭｐｍ１〜Ｍｐｍ３は、エンジン回転数Ｎｅをパラメータとして、予め実験・計算等によって経験的に求めた目標スロットル開度をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。また、図４の１次元マップＭｐｍ１〜Ｍｐｍ３は、ＰＭ堆積量「０」〜ＰＭの限界堆積量までの範囲を３分割して、その３つの領域をそれぞれ「Ｍｐｍ１：ＰＭ堆積量大」、「Ｍｐｍ２：ＰＭ堆積量中」、「Ｍｐｍ３：ＰＭ堆積量小」としたものであり、Ｍｐｍ１→Ｍｐｍ２→Ｍｐｍ３の順でスロットル開度が閉じ側つまり減速時吸入空気量が少なくなるように設定されている。
次に、ステップＳＴ４の判定結果が肯定判定である場合、つまり、硫黄被毒回復制御時である場合は、ステップＳＴ５に進んで、硫黄被毒回復制御時の目標スロットル開度ＴＡｓｏｘを算出する。具体的には、クランクポジションセンサ４１の出力から読み込んだエンジン回転数Ｎｅに基づいて、図４に示す１次元マップＭｓｏｘを参照してＴＡｓｏｘを算出する。そして、ＥＣＵ１００は、このステップＳＴ５で算出した目標スロットル開度ＴＡｓｏｘに、実スロットル開度（スロットル開度センサ３９にて検出される値）が一致するようにスロットルバルブ６２の駆動制御を行って、硫黄被毒回復制御時の減速時吸入空気量を制御する。
ここで、硫黄被毒回復制御は、ＰＭ再生制御の後に実施され、ＤＰＮＲ触媒４ｂ内の堆積ＰＭは“煤払い”によって燃焼しているため、硫黄被毒回復制御時の減速時吸入空気量はＰＭ再生制御時よりも少なくてよい。この点を考慮して、硫黄被毒回復制御時に用いる１次元マップＭｓｏｘは、ＰＭ再生制御時に用いる１次元マップＭｐｍ３（ＰＭ堆積量小）に対し、目標スロットル開度が閉じ側つまり減速時吸入空気量の制御目標値を小さくする側に設定するマップとする。具体的には、ＰＭ再生制御時に用いる１次元マップＭｓｏｘは、エンジン回転数Ｎｅをパラメータとし、触媒床温を冷め難くするような減速時吸入空気量を考慮して、予め実験・計算等により経験的に求めたスロットル開度をマップ化したものであり、ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２内に記憶されている。
なお、硫黄被毒回復制御時に用いるマップＭｓｏｘに設定する目標スロットル開度は、通常の運転状態で適合した２次元マップ（ＥＧＲバルブ８１の開時で排気温が低いときに用いる２次元マップ（ステップＳＴ７で用いるマップ））に近い設定もしくは同じ設定のスロットル開度としてもよい。
以上のように、本実施形態では、硫黄被毒回復制御の前に“煤払い”としてＰＭ再生制御を行って、ＤＰＮＲ触媒４ｂ内に堆積したＰＭを燃焼させてから、硫黄被毒回復制御を実行する触媒制御において、硫黄被毒回復制御時には、目標スロットル開度を閉じ側に設定して、減速時吸入空気量を少なくしているので、硫黄被毒回復制御時に触媒床温が冷め難くなり、触媒床温を硫黄被毒回復に適した温度に維持することが可能になる。これにより硫黄被毒回復を効率良く行うことができ、回復時間を短くすることができる。さらに、触媒床温を高い温度（硫黄被毒回復に適した温度）に維持することが可能になるので、触媒床温を高くするための燃料添加を少なくすることができる。その結果として、硫黄被毒回復制御時の燃費の悪化を抑制することができる。
また、本実施形態では、排気温度が高い状態のときには、ＤＰＮＲ触媒４ｂ内に堆積したＰＭ量に応じて、ＰＭ堆積量大のマップＭｐｍ１、ＰＭ堆積量中のマップＭｐｍ２、または、ＰＭ堆積量小のマップＭｐｍ３のいずれかのマップを選択して目標スロットル開度を算出しているので、ＤＰＮＲ触媒４ｂ内のＰＭ堆積量に適した減速時吸入空気量を設定することができ、ＰＭ再生制御時に過剰な空気量の増加による触媒床温の低下を防止することができる。これによりＰＭ再生を効率良く行うことが可能になる。
−他の実施形態−
以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。
以上の例では、本発明の排気浄化装置を筒内直噴４気筒ディーゼルエンジンに適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒内直噴６気筒ディーゼルエンジンなど他の任意の気筒数のディーゼルエンジンにも適用できる。また、筒内直噴ディーゼルエンジンに限られることなく、他のタイプのディーゼルエンジンにも本発明を適用することは可能である。また、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。
以上の例では、触媒装置４として、ＮＳＲ（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）４ａとＤＰＮＲ触媒４ｂとを備えたものとしたが、ＮＳＲ４ａまたは酸化触媒とＤＰＦとを備えたものとしてもよい。
１ エンジン（内燃機関）
２ 燃料供給系
２１ サプライポンプ
２２ コモンレール
２３ インジェクタ
２５ 燃料添加弁
２７ 添加燃料通路
４ 触媒装置
４ａ ＮＳＲ
４ｂ ＤＰＮＲ触媒
６ 吸気系
７ 排気系
３１ 水温センサ
３３ 吸気温センサ
３６ 排気温センサ
３９ スロットル開度センサ
４１ クランクポジションセンサ
１００ ＥＣＵ
２ 燃料供給系
２１ サプライポンプ
２２ コモンレール
２３ インジェクタ
２５ 燃料添加弁
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４ 触媒装置
４ａ ＮＳＲ
４ｂ ＤＰＮＲ触媒
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３３ 吸気温センサ
３６ 排気温センサ
３９ スロットル開度センサ
４１ クランクポジションセンサ
１００ ＥＣＵ
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路に燃料を添加する燃料添加弁とを備え、前記触媒のＰＭ再生制御及び硫黄被毒回復制御を含む触媒制御を実行する内燃機関の排気浄化装置において、
前記硫黄被毒回復制御時に設定する減速時吸入空気量の制御目標値を、前記ＰＭ再生制御時よりも小さい値とすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記硫黄被毒回復制御の前に前記ＰＭ再生制御を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＰＭ再生制御において、ＰＭ堆積量が少ないときには、前記減速時吸入空気量の制御目標値を当該ＰＭ堆積量が多いときよりも小さくすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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