JP2016200112A - 触媒活性化方法及び触媒活性化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒を効率よく確実に活性化できる触媒活性化方法及び触媒活性化装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３に複数の補機を接続すると共に、補機４の駆動により内燃機関３に加わる負荷を調節する調節機構５を補機４毎に設け、ＮＯｘ触媒１の温度を取得し、取得したＮＯｘ触媒１の温度が触媒活性温度より低いとき、その温度差に応じた台数の補機４を付加的に駆動させるべく、その駆動させる補機４に対応した調節機構５を補機駆動側に制御して内燃機関３の負荷を増加させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関からの排出ガスを浄化する選択触媒還元型ＮＯｘ触媒を活性化する触媒活性化方法及び触媒活性化装置に関するものである。
排出ガスを昇温する制御としては、インテークスロットルを絞る方法が知られている。
かかる方法によれば、筒内の過剰の空気を減らすことができ、燃焼温度を高めることができると共に、排出ガスを昇温することができる。
特開２０１０−１６８９７２号公報 特開２０１５−００７４２２号公報 特開２００５−２９９５１３号公報 特開２００２−２７６４０１号公報
ところで、選択触媒還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒）は、所定の触媒活性温度以上にすることで活性化する。上述の方法で排出ガスを昇温してもＮＯｘ触媒を活性化させることはできるが、ＮＯｘ触媒をより効率よく確実に活性化できる装置が望まれる。
そこで本発明の目的は、ＮＯｘ触媒を効率よく確実に活性化できる触媒活性化方法及び触媒活性化装置を提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明は、内燃機関からの排出ガスを浄化する選択触媒還元型ＮＯｘ触媒を活性化する触媒活性化方法において、前記内燃機関に複数の補機を接続すると共に、前記補機の駆動により前記内燃機関に加わる負荷を調節する調節機構を前記補機毎に設け、前記ＮＯｘ触媒の温度を取得し、取得した前記ＮＯｘ触媒の温度が触媒活性温度より低いとき、その温度差に応じた台数の前記補機を付加的に駆動させるべく、その駆動させる補機に対応した前記調節機構を補機駆動側に制御して前記内燃機関の負荷を増加させるものである。
本発明に係る触媒活性化方法及び触媒活性化装置によれば、ＮＯｘ触媒を効率よく確実に活性化できる。
本発明の一実施の形態に係る触媒活性化装置の概略説明図である。 触媒活性化方法を説明する流れ図である。 図２の触媒活性化方法で用いるマップの図である。 他の実施の形態を示すマップの図である。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１に示すように、選択触媒還元型ＮＯｘ触媒１を活性化する触媒活性化装置２は、内燃機関３に接続された複数の補機４と、補機４毎に設けられ補機４の駆動により内燃機関３に加わる負荷を調節する調節機構５と、ＮＯｘ触媒の温度を取得し、取得したＮＯｘ触媒の温度が触媒活性温度より低いとき、その温度差に応じた台数の補機４を付加的に駆動させるべく、その駆動させる補機４に対応した調節機構５を補機駆動側に制御して内燃機関３の負荷を増加させる制御装置６とを備える。
内燃機関３はディーゼルエンジンからなり、車両に搭載される。内燃機関３は、複数の気筒７を有し、それぞれの気筒７には軽油等のディーゼル燃料を噴射するインジェクタ８が設けられている。インジェクタ８にはコモンレール９が接続されている。コモンレール９は、インジェクタ８にディーゼル燃料を供給する。また、インジェクタ８は制御装置６に電気的に接続されており、制御装置６から命令を受けることで所定のタイミングで燃料を噴射する。
また、内燃機関３は吸気マニホールド１０及び排気マニホールド１１を有し、吸気マニホールド１０には吸気系１２が接続され、排気マニホールド１１には排気系１３が接続される。
吸気系１２には、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５が設けられている。コンプレッサ１５は、後述するターボチャージャ１４のタービン１６からの回転力で駆動されるようになっている。
排気系１３には、ターボチャージャ１４のタービン１６が設けられると共に、排気浄化装置１７が設けられている。タービン１６は、排出ガスにより回転駆動される。
排気浄化装置１７は、タービン１６より下流の排気系１３に設けられている。排気浄化装置１７は、酸化触媒１８と、酸化触媒１８の下流側に配置されたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）１９と、ＤＰＦ１９の下流側に配置されたＮＯｘ触媒１とを備える。
酸化触媒１８は、例えばセラミックからなる担体表面に触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒１８は、排出ガス中のＨＣを酸化して排気温度を上昇させる。
ＤＰＦ１９は、多孔質性の隔壁（図示せず）を有し、排出ガス中のＰＭ（パティキュレートマター）を隔壁の細孔や表面に捕集する。
ＮＯｘ触媒１は、還元剤として供給される尿素水から生成されるＮＨ3（アンモニア）により排気中のＮＯｘを還元浄化する。ＮＯｘ触媒１は、触媒活性温度（例えば２００℃）以上となったときに活性化される。
また、ＤＰＦ１９とＮＯｘ触媒１との間の排気系１３には、尿素水噴射装置２０が設けられると共に温度センサ２１が設けられている。
尿素水噴射装置２０は、図示しない尿素水タンクに接続されており、後述する制御装置６から信号を受けることで尿素水タンクからの尿素水を噴射するようになっている。尿素水噴射装置２０は、排気系１３内に尿素水を噴射することで高温下で尿素水を加水分解させ、ＮＨ3を発生させる。
温度センサ２１は制御装置６に電気的に接続されており、所定の周期でＮＯｘ触媒１入口の温度を検出する。温度センサ２１で検出された温度は、電気信号として制御装置６に入力される。
複数の補機４は、冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ、オルタネータ４ｃ、エアコン用コンプレッサ４ｄ及びオイルポンプ４ｅからなる。
冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ、オルタネータ４ｃ及びエアコン用コンプレッサ４ｄは、それぞれ内燃機関３のクランクシャフト２２とプーリ２３、ベルト２４及び調節機構５たるクラッチ２５を介して接続されている。クラッチ２５は、冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ、オルタネータ４ｃ及びエアコン用コンプレッサ４ｄの各補機４毎に設けられ、各補機４はそれぞれ独立して駆動されるようになっている。クラッチ２５は、それぞれ半クラッチ状態での動力伝達が可能に形成されている。ここで半クラッチ状態とは、動力伝達の度合い、すなわち接続率が０％より大きく、かつ、１００％未満の範囲である状態をいう。また、各クラッチ２５は、それぞれ制御装置６に電気的に接続されており、制御装置６から信号を受けることで内燃機関３からの動力を任意の接続率で補機４に伝達できるようになっている。冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ、オルタネータ４ｃ及びエアコン用コンプレッサ４ｄは、対応するクラッチ２５の接続率が上がることで、内燃機関３からより高い駆動力で駆動されると共に、その反力により内燃機関３の負荷が増加する。また、冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ、オルタネータ４ｃ及びエアコン用コンプレッサ４ｄは、対応するクラッチ２５の接続率が下がることで、より低い駆動力で駆動されると共に、その反力により内燃機関３の負荷が減少する。なお、クラッチ２５は完断及び完接のみを選択できるものであってもよい。
オイルポンプ４ｅは、例えば可変容量ベーンポンプからなる。可変容量ベーンポンプには、調節機構５たるアクチュエータ２６が設けられている。アクチュエータ２６は、ポンプ容量を増減するためのものであり、制御装置６に電気的に接続されている。アクチュエータ２６は、制御装置６からの信号により、ポンプ容量を任意の調節率で増減できるようになっている。ここで調節率とは、オイルポンプ４ｅのポンプ容量が最大（内燃機関の負荷が最大）のときを１００％とし、オイルポンプ４ｅが停止したとき（内燃機関の負荷が０）を０％としたときの百分率である。可変容量ベーンポンプは、アクチュエータ２６の調節率が上がることで内燃機関３からより高い駆動力で駆動されると共に、その反力により内燃機関３の負荷が増加する。また、可変容量ベーンポンプは、アクチュエータ２６の調節率が下がることで、より低い駆動力で駆動されると共に、その反力により内燃機関３の負荷が減少する。
なお、アクチュエータが対応できる調節率は、１００％からポンプ容量最小に対応する調節率までの範囲に限られる。制御装置６は、この調節率の範囲内でアクチュエータを制御するとよい。
また、補機４及び調節機構５はこれらに限るものではない。
制御装置６は、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）からなる。制御装置６には、予め内燃機関３のアイドル回転数と、ＮＯｘ触媒１の触媒活性温度と、図３に示すマップ２７とが記憶されている。図３に示すように、マップ２７は、触媒活性温度と触媒温度との差（温度差）と、付加的に駆動させるべき補機の台数（増加台数）との関係を表す。言い換えればマップ２７は、補機４による内燃機関３の負荷を調節する場合の前記温度差とクラッチ接続率（アクチュエータ２６の調節率）との関係を表す。
図２に示すように、制御装置６は、ステップＳ１での判定がＹｅｓである間、ステップＳ１からステップＳ４までを繰り返す。ステップＳ１にて、触媒温度Ｔｃと触媒活性温度Ｔｓｃを比較し、触媒温度Ｔｃが触媒活性温度Ｔｓｃ以下であるとき（Ｙｅｓ）には、ステップＳ２に進み、それ以外のときには終了する。ステップＳ１で用いる触媒温度Ｔｃは、制御装置６が温度センサ２１からの検出値に基づいて推定することで取得される。
ステップＳ２にて、制御装置６は、触媒活性温度Ｔｓｃと触媒温度Ｔｃとの温度差ΔＴを式ΔＴ＝Ｔｓｃ−Ｔｃにより算出し、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３にて制御装置６は、温度差ΔＴとマップ２７（図３参照）とに基づいて作動させる補機４の増加台数を取得し、その増加台数分の補機４を具体的に選択する。具体的には、制御装置６は、温度差ΔＴ＝０であるとき増加台数を０台とし、０＜ΔＴ≦ΔＴ１であるとき増加台数を０台より大きく１台以下（例えば図３における横軸の値ΔＴに対する縦軸の値が０．５である場合、０．５台）とし、ΔＴ１＜ΔＴ≦ΔＴ２であるとき増加台数を２台とし、ΔＴ２＜ΔＴ≦ΔＴ３であるとき増加台数を３台とし、ΔＴ３＜ΔＴ≦ΔＴ４であるとき増加台数を４台とし、ΔＴ４＜ΔＴであるとき増加台数を５台とする。
ステップＳ３で作動させる補機４の選択は、他の制御等によって既に作動されていないものを選択する。例えばユーザの操作によってエアコンが使用されている場合、そのエアコンのエアコン用コンプレッサ４ｄは選択しない。
なお、制御装置６に予め選択する補機４の優先順位を設定しておき、その優先順位で補機４を選択するようにしてもよい。また、選択する補機４に優先順位を定めずランダムに選択するものとしてもよい。
この後、制御装置６は、ステップＳ４に進み、選択した補機４を全て作動させる。例えば、制御装置６が、ステップＳ３にて増加させる補機４の台数を２台に決定し、作動させる補機４として冷却ファン４ａとパワーステアリング用ポンプ４ｂとを選択した場合、冷却ファン４ａに対応するクラッチ２５を接続率１００％で接にすると共に、パワーステアリング用ポンプ４ｂに対応するクラッチ２５を接続率１００％で接にする。また、制御装置６が、ステップＳ３にて増加させる補機４の台数を０．３台に決定し、作動させる補機４として冷却ファン４ａを選択した場合、冷却ファン４ａに対するクラッチ２５を接続率３０％で接にする。
また、制御装置６は、図示しないアクセルペダルが踏まれていないとき、エンジン回転数を常に前記アイドル回転数に維持するようにインジェクタ８からの燃料噴射量を増減するアイドルスピードコントロール機能を有する。アイドルスピードコントロール機能は、上述の触媒活性化の機能と並行して実行される。
次に本実施の形態の作用を述べる。
制御装置６は、内燃機関３が冷間始動されると、アクセルペダルが踏まれるまでアイドル運転を行う。アイドル運転は、エンジン回転数がアイドル回転数となるように燃料噴射量を制御することで行う。
また、図２に示すように、制御装置６は、アイドル運転と並行してステップＳ１を実行する。このとき、制御装置６は、触媒温度Ｔｃの推定値を取得し、触媒温度Ｔｃと触媒活性温度Ｔｓｃとを比較する。内燃機関３が始動された直後の触媒温度Ｔｃは常温であるため、触媒温度Ｔｃは触媒活性温度Ｔｓｃよりも低い。このため、ステップＳ１でＹｅｓとなり、制御装置６はステップＳ２を実行する。制御装置６は、ステップＳ２で触媒温度Ｔｃと触媒活性温度Ｔｓｃとの温度差ΔＴを算出する。この後、制御装置６はステップＳ３を実行する。制御装置６は、ステップＳ３で温度差ΔＴとマップ２７（図３参照）とに基づいて増加駆動する補機４の台数を取得する。
ここで例えば温度差ΔＴがΔＴ３より大きくΔＴ４以下であった場合、制御装置６はマップ２７から増加台数＝４を取得する。この後、制御装置６は、まだ作動されていない補機４を検索し、それら補機４の中から４台の補機４を具体的に選択し、これら補機４に対応するクラッチ２５の接続率を１００％にする。
この後、制御装置６はステップＳ４を実行する。例えば制御装置６は、ステップＳ３にて冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ、オルタネータ４ｃ及びエアコン用コンプレッサ４ｄを、作動させる４台の補機４として選択している場合、これら補機４に対応するクラッチ２５をそれぞれ１００％接とする。これにより、冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ、オルタネータ４ｃ及びエアコン用コンプレッサ４ｄが作動され、内燃機関３の負荷が増加する。またこれと同時に制御装置６はエンジン回転数をアイドル回転数に維持するように燃料噴射量を増加させる。これにより、内燃機関３からの排出ガス温度が上昇し、ＮＯｘ触媒１の温度も上昇する。
制御装置６は、触媒温度Ｔｃが触媒活性温度Ｔｓｃより高くなるまでステップＳ１〜Ｓ４を繰り返す。また、温度差ΔＴが前回ステップＳ４を実行したときと同じ範囲内にあるときは、同一の補機４の作動を維持する。
時間の経過に伴って触媒温度Ｔｃが上昇し、温度差ΔＴがΔＴ２より大きくΔＴ３以下となったとき、制御装置６はマップ２７から増加台数＝３を取得する。この後、制御装置６は、既に作動させた４台の補機４の中から作動を維持する３台の補機４を具体的に選択する。例えば制御装置６は、ステップ３にて冷却ファン４ａ、パワーステアリング用ポンプ４ｂ及びオルタネータ４ｃを選択した場合、選択しなかったエアコン用コンプレッサ４ｄに対応するクラッチ２５の接続率を０％にする。
制御装置６は、同様の処理を繰り返し、触媒温度Ｔｃの上昇に伴って補機４を１台ずつ停止させる。そして、制御装置６は、例えば作動を維持している補機４が１台となり、マップ２７から増加台数＝０．３を取得すると、その１台の補機４に対応するクラッチ２５を、接続率３０％で接続して半クラッチ状態とする。
この後、触媒温度Ｔｃが触媒活性温度Ｔｓｃと等しくなると、制御装置６はステップＳ３にてマップ２７から増加台数＝０を取得し、作動を維持している補機４に対応するクラッチ２５の接続率を０％とし、その補機４を停止させる。
なお、上記の説明では触媒活性化の制御がアイドル運転中に行われる場合について述べたが、アクセルペダルが踏まれている場合であっても同様の触媒活性化の制御が行われる。
このように、触媒温度Ｔｃが触媒活性温度Ｔｓｃより低いとき、その温度差ΔＴに応じた台数の補機４を付加的に駆動させるべく、その駆動させる補機４に対応した調節機構５を補機駆動側に制御して内燃機関３の負荷を増加させるものとしたため、温度差ΔＴが大きいときには内燃機関３に大きな負荷をかけて触媒温度Ｔｃを迅速に上昇させることができると共に、温度差ΔＴが小さくなるにしたがって作動を維持する補機４の台数を減らすことができ、ＮＯｘ触媒１を効率よく確実に活性化できる。また、ユーザが仮眠する等アクセル操作がなされない状態でも内燃機関３の負荷を増加でき、ＮＯｘ触媒１の温度を触媒活性温度に迅速に上昇させることができる。
また、複数の調節機構５のうち少なくとも１つはクラッチ２５からなり、クラッチ２５を補機駆動側に制御する際、クラッチ２５を半クラッチ状態とするため、内燃機関３の負荷をより精密に制御できると共に、負荷のかけ過ぎによる燃費の悪化を抑制できる。
なお、マップは上述のものに限るものではない。例えば図４に示すように、増加台数が１台より大きいときでも温度差ΔＴに対する増加台数が小数を含むマップ２８であってもよい。この場合、増加台数と、接続する全てのクラッチ２５の接続率（またはアクチュエータ２６の調節率）の合計とが等しくなるように接続率等を分け、各クラッチ２５等を制御するとよい。例えば１台の補機４に対応するクラッチ２５を１００％未満の接続率として半クラッチ状態とし、他の補機４に対応するクラッチ２５またはアクチュエータ２６を１００％の接続率または調節率にするとよい。また、複数の補機４に対応するクラッチ２５またはアクチュエータ２６を１００％未満の接続率または調節率としてもよい。
１ ＮＯｘ触媒
２ 触媒活性化装置
３ 内燃機関
４ 補機
５ 調節機構

Claims (6)

  1. 内燃機関からの排出ガスを浄化する選択触媒還元型ＮＯｘ触媒を活性化する触媒活性化方法において、
    前記内燃機関に複数の補機を接続すると共に、前記補機の駆動により前記内燃機関に加わる負荷を調節する調節機構を前記補機毎に設け、前記ＮＯｘ触媒の温度を取得し、取得した前記ＮＯｘ触媒の温度が触媒活性温度より低いとき、その温度差に応じた台数の前記補機を付加的に駆動させるべく、その駆動させる補機に対応した前記調節機構を補機駆動側に制御して前記内燃機関の負荷を増加させることを特徴とする触媒活性化方法。
  2. 前記複数の調節機構のうち少なくとも１つはクラッチからなり、前記クラッチを補機駆動側に制御する際、前記クラッチを半クラッチ状態とする請求項１に記載の触媒活性化方法。
  3. 前記複数の補機が、冷却ファン、パワーステアリング用ポンプ、オルタネータ、エアコン用コンプレッサ及びオイルポンプのうち少なくとも２つを備える請求項１又は２に記載の触媒活性化方法。
  4. 内燃機関からの排出ガスを浄化する選択触媒還元型ＮＯｘ触媒を活性化する触媒活性化装置において、
    前記内燃機関に接続された複数の補機と、前記補機毎に設けられ前記補機の駆動により前記内燃機関に加わる負荷を調節する調節機構と、前記ＮＯｘ触媒の温度を取得し、取得した前記ＮＯｘ触媒の温度が触媒活性温度より低いとき、その温度差に応じた台数の前記補機を付加的に駆動させるべく、その駆動させる補機に対応した前記調節機構を補機駆動側に制御して前記内燃機関の負荷を増加させる制御装置とを備えたことを特徴とする触媒活性化装置。
  5. 前記複数の調節機構のうち少なくとも１つはクラッチからなり、前記制御装置は、前記クラッチを補機駆動側に制御する際、前記クラッチを半クラッチ状態とする請求項４に記載の触媒活性化装置。
  6. 前記複数の補機が、冷却ファン、パワーステアリング用ポンプ、オルタネータ、エアコン用コンプレッサ及びオイルポンプのうち少なくとも２つを備える請求項４又は５に記載の触媒活性化装置。
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