JP2019199828A - 窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵効率改善制御方法及び排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特に、欧州においては、以前は、法規により定義された、ある特定の運転パターンでのNOx排出量規制値を満足することが求められていたが、現在は、Real Driving Emissionと称される実路下でのNOx排出量規制が施行され、幅広い運転領域・環境条件でNOxを低減することが求められている。
これは、ディーゼルエンジンが高負荷で運転されている状態にあっては、排気温度が高くなるが、NOx吸蔵還元触媒は、その温度が高くなるとNOxの吸蔵効率が低下する傾向にあることによるものである。
また、専用の冷却装置を設ける後者の方法の場合、車両全体としての価格上昇を招くだけではなく、配設スペースの確保が難しいという問題がある。
車両に搭載された内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒を有してなる排気浄化装置における前記窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵効率改善制御方法であって、
前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の温度が所定基準温度を上回る場合に、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度を目標温度に低下せしめるために必要とされる量の前記内燃機関に接続された吸気管を流通する空気を、前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側に分流させるよう構成されてなるものである。
また、上記発明の目的を達成するため、本発明に係る排気浄化装置は、
車両に搭載された内燃機関に接続された排気管に設けられて前記内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒と、前記内燃機関に接続された吸気管を流通する空気を前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側で前記排気管に分流するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉成するバイパスバルブとを有し、電子制御ユニットにより前記バイパスバルブの開閉成動作が制御可能に構成されてなる排気浄化装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の温度が所定基準温度を上回る場合に、前記バイパスバルブを開成し、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度を目標温度に低下せしめるために必要とされる量の空気を、前記吸気管から前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側へ分流可能に構成されてなるものである。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における排気浄化装置が適用される車両の配管系統の構成例について、図1を参照しつつ説明する。
そして、このインタークーラ19と連通路14との間には、吸入空気の量を調整するためのインテークスロットルバルブ20が設けられている。
さらに、吸気管12において、インテークスロットルバルブ20の下流側には、過給圧を検出する過給圧センサ23が設けられている。
さらに、可変タービン17の下流側においては、下流方向に向かって排気浄化のための窒素酸化物吸蔵還元触媒(NOx Storage Catalyst)24、ディーゼル微粒子捕集フィルタ(Diesel Particulate Filter)25が設けられている。
ここで、窒素酸化物吸蔵還元触媒(以下「NSC」と称する)24は、車両が通常の運転状態にある場合に窒素酸化物(NOx)を吸蔵する。そして、エンジン1における燃料燃焼の状態が、排気中の酸素濃度を減少させる燃料過多の燃焼状態とされた場合に、吸蔵された窒素酸化物を無害な窒素と酸素に還元可能に構成されており、かかる構成は、従来のものと基本的に同一である。
また、NSC24とDPF25の間には、第2排気温度センサ27、第2ラムダセンサ29が設けられると共に、DPF25には、差圧センサ30が設けられている。
かかるバイパス通路41は、インタークーラ19の下流側とNSC24の上流側とを連通しており、その通路途中の適宜な位置には、管内を流れる空気の量を調整するためのバイパスバルブ42が設けられている。これによって、吸気管12のインタークーラ19の下流側を流通する空気を、排気管13のNSC24の上流側へ分流可能となっている。
かかる電子制御ユニット2は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータを中心に、RAMやROM等の記憶素子(図示せず)を備えると共に、入出力インターフェイス回路(図示せず)を主たる構成要素として構成されてなるものである。
上述のように電子制御ユニット2に入力された各種の検出信号は、燃料噴射弁(図示せず)の燃料噴射制御処理や、後述する本発明の実施の形態における酸化触媒再生処理等に供されるようになっている。
まず、本発明の実施の形態における電子制御ユニット2は、従来同様、エンジン1の動作制御や燃料噴射弁(図示せず)の燃料噴射制御、さらに、排気再循環制御等など実行可能に構成されたものであることを前提とする。
NSC24の上流側の温度としては、第1排気温度センサ26で検出された温度が用いられる。
まず、NSC24は、一般に、その周囲の温度が、高温域のある温度を超えるとNOxの吸蔵効率が極端に低下する傾向にある。この吸蔵効率の低下が生ずる温度は、NSC24の具体的な大きさ等によって異なる。
同図において、二点鎖線の特性線は、NOxの蓄積量が零の場合におけるNSC24の温度変化に対する吸蔵効率の変化を、実線の特性線は、NOxの蓄積量が1gの場合におけるNSC24の温度変化に対する吸蔵効率の変化を、それぞれ表している。
また、NOxの蓄積量が1gの場合は、NSC24の温度が大凡330℃を超えると吸蔵効率が急激に低下していることが確認できる。
このように、NSC24のNOx吸蔵効率は、ある温度を超えると急激に低下するが、その温度は、既に吸蔵されているNOxの量によっても変化するものである。
しかして、ステップS110において、NSC24の上流側温度が所定基準温度TNSCを上回っていると判定された場合(YESの場合)には、ステップS120の処理へ進むこととなる。一方、NSC24の上流側温度が所定基準温度TNSCを上回っていないと判定された場合(NOの場合)には、このステップ以降の一連の処理を実行する必要は無いとして、処理は終了されることとなる。
すなわち、エンジン1の運転状態が、バイパスバルブ42を開成してインタークーラ19の下流側に流れる空気の一部をNSC24の上流側にバイパスさせるのに十分余裕のある状態か否かが判定される。
バイパスバルブ42を開成してインタークーラ19の下流側に流れる空気の一部をNSC24の上流側にバイパスさせることは、もともとのエンジン吸気量に加えてバイパスバルブ42の流路分の流量もコンプレッサ18で供給する必要があり、必要仕事が増大する。
ところが、排気エンタルピーが低い低回転・低負荷においては、そのようなコンプレッサ仕事の増大を達成できない可能性がある。
なお、図4においては、二点鎖線により最大トルク出力状態となる箇所が示されている。
エンジン1の運転状態が所定のバイパス開成領域(以下、説明の便宜上「所定バイパス許容範囲」と称する)にあると判定する場合の具体的な判断指標としては、図4に基づいてエンジン回転数、目標トルクを用いるのが好適である。なお、この判断指標は、これらエンジン回転数、目標トルクに限定される必要はなく、運転状態を判断するに適した他の物理量を加えて、より厳密に判定できるようにしても良い。例えば、過給圧やアクセル開度と、上述のエンジン回転数、目標トルクの4つをバイパス開成領域にあるか否かの判断指標としても好適である。
すなわち、NSC24の温度を低下させるために、インタークーラ19の下流側からがNSC24の上流側に流入させるべき空気量の算出が行われる。
この必要バイパス流量は、下記する式1を前提として算出される。
この式1は、エネルギー保存の法則に基づくもので、バイパス前の熱量とバイパス後の熱量とが等しいことを意味するものである。
なお、エンジン1の単位時間当たりの排気流量”mEng”は、エンジン1の具体的な仕様に応じて定まる値である。
また、”CpEG”は排気の比熱は、使用する燃料の特性に基づいて定まる値である。
またさらに、雰囲気温度”TCAC”は、大気温度センサ(図示せず)の検出値が用いられる。
すなわち、バイパス通路41の空気の流量を、上述のようにして求められた必要バイパス流量とすべくバイパスバルブ42が所要の開度に設定される。
一般に、フィードフォワード制御でバイパスバルブ42の駆動を行った場合には、バイパスバルブ42の開度は、図5(A)において点線の特性線で示されたように、駆動開始からの時間経過と共にほぼ直線的に増大するものとなる。
排気圧は、排気圧センサ31によって検出された値が用いられる。
一方、高い排気圧に晒される各種の部品には、おのずと耐圧の限界があるため、排気圧を無制限とすることはできない。したがって、通常、排気圧は、装置の安全性を考慮して、部品の耐圧特性等から定まる限界圧(ハードウェアリミット)よりも、低めに設定された閾値を超えないように制限される(図6(B)参照)。
なお、所定基準圧Psは、エンジン1の具体的な仕様や排気系統の具体的な構成、規模等によって、その適切な値は異なるものであるので、その具体的な仕様等を考慮して試験結果やシミュレーション結果等に基づいて定めるのが好適である。
なお、排気圧は、可変タービン17の開口面積の変化に伴って増減することは従来から知られている通りである。
急加速が発生した場合、エンジントルクを運転者の要求トルクに応じた大きさに増やす必要がある。そのためには、バイパスバルブ42を閉じて過給圧を大きくしなければならず、急加速の発生の有無の判定が必要とされる。
図8には、トルク変化率を用いた場合の要求トルクとバイパスバルブ42の開度変化を模式的に示した模式図が示されており、以下、同図について説明する。
トルク変化率による急加速の発生の有無の判断においては、トルク変化率が予め定められた閾値を超えたか否かが判定される。すなわち、運転者の要求トルクが急に増大し(図8(A)参照)、トルク変化率が所定の閾値を超えたと判定されると(図8(B)参照)、バイパスバルブ42が閉成されることとなる(図8(C)参照)。
一方、ステップS160において、急加速は発生していないと判定された場合(NOの場合)には、次述するステップS170の処理へ進むこととなる。
バイパスバルブ42の開度が目標バルブ開度に達したと判定された場合(YESの場合)には、次述するステップS180の処理へ進むこととなる。一方、バイパスバルブ42の開度は目標バルブ開度に達していないと判定された場合(NOの場合)には、先のステップS140の処理へ戻り、バルブ駆動以降の一連の処理が繰り返されることとなる。
バイパスバルブ42の開度が目標開度に達した後に、バイパスバルブ42の駆動を終了する条件は、特定の条件に限定される必要な無く任意である。
例えば、バイパスバルブ42の開度が目標開度に達した後、一定時間経過後に駆動終了とする等の終了条件を採り得る。
一方、ステップS180においてバイパスバルブ駆動の終了条件は未だ充足されていないと判定された場合(YESの場合)には、先のステップS140の処理へ戻り、同ステップ以降の処理が繰り返されることとなる。
2…電子制御ユニット
24…窒素酸化物吸蔵還元触媒
41…バイパス通路
42…バイパスバルブ
Claims (8)
- 車両に搭載された内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒を有してなる排気浄化装置における前記窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵効率改善制御方法であって、
前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の温度が所定基準温度を上回る場合に、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度を目標温度に低下せしめるために必要とされる量の前記内燃機関に接続された吸気管を流通する空気を、前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側に分流させることを特徴とする窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵効率改善制御方法。 - 前記分流は、所定のバイパス条件が充足される場合に開始され、
前記所定のバイパス条件は、少なくともエンジン回転数とエンジントルクが所定バイパス許容範囲にあることを特徴とする請求項1記載の窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵効率改善制御方法。 - 前記内燃機関の排気圧が所定基準圧を下回る場合には、前記分流を停止することを特徴とする請求項2記載の窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵効率改善制御方法。
- 前記内燃機関の急加速が生じた場合には、前記分流を停止することを特徴とする請求項3記載の窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵効率改善制御方法。
- 車両に搭載された内燃機関に接続された排気管に設けられて前記内燃機関が排出する窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒と、前記内燃機関に接続された吸気管を流通する空気を前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側で前記排気管に分流するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉成するバイパスバルブとを有し、電子制御ユニットにより前記バイパスバルブの開閉成動作が制御可能に構成されてなる排気浄化装置であって、
前記電子制御ユニットは、
前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の温度が所定基準温度を上回る場合に、前記バイパスバルブを開成し、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度を目標温度に低下せしめるために必要とされる量の空気を、前記吸気管から前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側へ分流可能に構成されてなることを特徴とする排気浄化装置。 - 前記電子制御ユニットは、
所定のバイパス条件が充足される場合に前記バイパスバルブの開成を開始し、
前記所定のバイパス条件は、少なくともエンジン回転数とエンジントルクが所定バイパス許容範囲にあることを特徴とする請求項5記載の排気浄化装置。 - 前記電子制御ユニットは、
前記内燃機関の排気圧が所定基準圧を下回る場合には、前記バイパスバルブの開成を停止することを特徴とする請求項6記載の排気浄化装置。 - 前記電子制御ユニットは、
前記内燃機関の急加速が生じた場合には、前記前記バイパスバルブの開成を停止することを特徴とする請求項7記載の排気浄化装置。
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