JP2020056339A - 排気ガス浄化システム及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率を向上する排気ガス浄化システムを提供する。【解決手段】第一配管13及び第二配管14と流路切替装置15と選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置(23、25)と制御装置24とを備え、エンジン1が始動して流路切替装置15に第一配管13に切り替えさせた後に、パラメータ取得装置が取得したパラメータ(運転時間tx)から選択的還元触媒装置12の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態の場合に、制御装置24により、流路切替装置15に第二配管14に切り替えさせる制御を行う構成にした。【選択図】図1
Description
本発明は、排気ガス浄化システム及びその制御方法に関し、より詳細には、排気ガスに含有される窒素酸化物の浄化率を向上する排気ガス浄化システム及びその制御方法に関する。
エンジンから排出される排気ガスに含有される窒素酸化物を浄化するシステムとして、吸蔵還元型の触媒と、その触媒の上流側に配置された複数の排気ガス通路及びそれらに流れる排気ガス量の比率を可変とする制御弁からなる排気ガス冷却量可変手段とを備えたシステムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、排気ガスに含有される窒素酸化物を浄化する装置としては、吸蔵還元型の触媒の他に、尿素水などの還元剤を用いて窒素酸化物を還元する選択的還元触媒装置も提案されている。
ところで、エンジンにおける窒素酸化物の浄化に関しては、エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率の向上が課題となっている。エンジンの始動時は、エンジンが外気温と同等かそれ以下の温度まで冷えている状態の場合があり、触媒の温度が窒素酸化物の浄化に適した温度に達するまで窒素酸化物の浄化率が低下するおそれがある。
特許文献1に記載のシステムは、排気ガス冷却量可変手段により吸蔵還元型の触媒の温度を所定温度域にする制御として、高速走行などの高負荷運転が継続されて排気ガスの温度が高い状態が続いたときに、排気ガスの温度を低下させている。つまり、特許文献1に記載のシステムは、エンジンの始動時における窒素酸化物の浄化率の低下が考慮されていない。それ故、特許文献1に記載の装置を単純に利用してもエンジンの始動時における窒素酸化物の浄化率の低下に対する有効な解決策とはならない。
本開示の目的は、エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率を向上する排気ガス浄化システムを提供することである。
上記の目的を達成する本発明の一態様の排気ガス浄化システムは、エンジンの排気通路に還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する選択的還元触媒装置と、を備える排気ガス浄化システムにおいて、前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管と、排気ガスの流路をそれらの複数の配管のうちの一つに切り替える流路切替装置と、前記選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記流路切替装置及び前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、前記複数の配管は、第一配管及び第二配管を少なくとも有し、前記第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差が、前記第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく、前記エンジンが始動して、前記流路切替装置に前記第一配管に切り替えさせた後に、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに基づいた前記選択的還元触媒装置における還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態の場合に、前記制御装置により、前記流路切替装置に前記第二配管に切り替えさせる制御を行う構成にしたことを特徴とする。
上記の目的を達成する本発明の一態様の排気ガス浄化システムの制御方法は、還元剤噴射装置によりエンジンの排気通路に還元剤を噴射し、選択的還元触媒装置により噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する排気ガス浄化システムの制御方法において、前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管のうちの第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差を、第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく設定し、前記エンジンが始動する場合に、流路切替装置により、前記第一配管に切り替え、前記第一配管に切り替えた後に、前記選択的還元触媒装置の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態になる場合に、前記流路切替装置により、前記第二配管に切り替えることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、エンジンの始動時の窒素酸化物の浄化率を向上することができる。
以下に、排気ガス浄化システム10の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、W1が冷却水を示し、G1が排気ガスを示す。
図1及び図2に例示するように、第一実施形態の排気ガス浄化システム10は、還元剤として尿素水を用いて、車両のエンジン1から排出される排気ガスG1に含有される窒素酸化物を噴射された尿素水の加水分解により生じたアンモニアによる還元反応によって還元するシステムである。
排気ガス浄化システム10は、還元剤噴射装置11、選択的還元触媒装置12、第一配管13、第二配管14、流路切替装置15、各センサ20〜23、及び、制御装置24を備える。排気ガス浄化システム10は、還元剤噴射装置11及び選択的還元触媒装置12が、エンジン1に対して近接配置されるものである。
還元剤噴射装置11及び選択的還元触媒装置12は、エンジン1が設置されるエンジンルーム2に配置されることが好ましく、エンジン1の本体表面に設置されることがより好ましい。還元剤噴射装置11及び選択的還元触媒装置12がエンジン1に対して近接配置されることで、エンジン1から排出された排気ガスG1が選択的還元触媒装置12に到達するまでの間に温度が過剰に低下することを抑制するには有利になる。
還元剤噴射装置11は、還元剤としてエンジンルーム2の外側に配置されたタンク16に貯留され、ポンプ17により圧送された尿素水を排気通路3に噴射する装置である。還元剤噴射装置11は、第一配管13及び第二配管14の分岐地点18及び合流地点19の間を除いて、排気ガスG1の流れに関して選択的還元触媒装置12の上流側の排気通路3に還元剤を噴射可能であればよい。還元剤噴射装置11は、第一配管13及び第二配管14の合流地点19と選択的還元触媒装置12の入口の間に還元剤を噴射可能に構成することが望ましい。
選択的還元触媒装置12は、還元剤噴射装置11から噴射された還元剤を用いて窒素酸化物を還元する触媒装置である。選択的還元触媒装置12は、セラミックスで構成された円柱状の多孔質構造体であり、多孔質の隔壁により複数の通気孔が形成され、その多孔質の隔壁に排気ガスG1に含有する窒素酸化物を還元する選択的還元触媒が担持される。この選択的還元触媒としては、バナジウムやゼオライトなどが例示される。選択的還元触媒装置12は、貴金属を使用する吸蔵還元型の触媒装置と比して、貴金属を使用しないことから低コストで製造可能な装置である。また、選択的還元触媒装置12は、排気ガスG1の温度がリーン運転時に窒素酸化物を貴金属上で酸化することで吸蔵する吸蔵還元型の触媒装置に比して、排気ガスG1の温度が低い状態の浄化効率が高い装置である。
選択的還元触媒装置12が還元剤を用いて窒素酸化物を還元可能な温度Txの領域は、選択的還元触媒が活性化する温度領域である。本開示で、Taをこの温度領域の活性下限値として、Tbをこの温度領域の活性上限値とする。
第一配管13及び第二配管14は、排気通路3におけるエンジン1及び選択的還元触媒装置12との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管である。第一配管13及び第二配管14は、通過前及び通過後の排気ガスG1の温度差が異なるものであり、第一配管13の温度差に比して第二配管14の温度差が大きくなる(第一配管13の温度差は第二配管の温度差に比して小さくなる)。換言すると、第二配管14の排気ガスG1に対する冷却性能は、第一配管13に比して高くなる。第一配管13及び第二配管14の分岐地点18及び合流地点19は、排気ガスG1の流れに関して選択的還元触媒装置12の上流側の排気通路3に配置されればよい。
第一配管13は、エンジン1が冷間始動した場合に流路切替装置15により切り替えられる配管である。第一配管13は、エンジン1が冷間始動した直後に第一配管13を通過後の排気ガスG1により選択的還元触媒装置12の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になる配管である。第一配管13は、エンジン1が冷間始動した直後に選択的還元触媒装置12の温度Txが活性下限値Ta以上、活性上限値Tb以下になる配管であることが望ましい。また、第一配管13は、エンジン1の運転状態がアイドリング状態の場合に選択的還元触媒装置12の温度Txが活性下限値Ta以上、活性上限値Tb以下になる配管であることが望ましい。
本開示で、冷間始動とは、選択的還元触媒装置12の温度Txが活性下限値Ta未満になった状態でエンジン1が始動することであり、エンジン1の冷却水W1の温度である水温Twが外気温Toと同等の状態、あるいは外気温To以下の状態で始動する状態も含む。エンジン1が冷間始動したか否かは、水温Twに基づいた判定の他に、エンジン1が停止してから始動するまでの時間(選択的還元触媒装置12が冷却される時間)で判定することもできる。また、本開示でエンジン1が冷間始動した直後とは、エンジン1のクランクシャフト4が回転した直後や図示しない燃料噴射装置から燃料が噴射されて気筒の内部で燃焼が発生した直後を示す。
第一配管13の配管長Laは、エンジン1が冷間始動した直後にあるいはエンジン1の運転状態がアイドリング状態の場合に第一配管13を通過後の排気ガスG1により選択的還元触媒装置12の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になるような長さに設定される。なお、第一配管13の管径は、排気抵抗が増減しないように排気通路3を構成する配管の管径と同等とするとよい。
第二配管14は、第一配管13を通過して選択的還元触媒装置12に到達した排気ガスG1により選択的還元触媒装置12の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態になる場合に、流路切替装置15により切り替えられる配管である。第二配管14は、切り替えられた後に第二配管14を通過して選択的還元触媒装置12に到達した排気ガスG1により選択的還元触媒装置12の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になる配管である。第二配管14は、第一配管13から切り替えられた直後に選択的還元触媒装置12の温度Txが活性下限値Ta以上、活性上限値Tb以下になる配管であることが望ましい。
第二配管14の配管長Lbは、第一配管13から第二配管14に切り替える直後に第二配管14を通過後の排気ガスG1により選択的還元触媒装置12の還元状態が窒素酸化物を還元可能な状態になるような長さに設定される。なお、第二配管14の管径も第一配管13と同様に、排気抵抗が増減しないように排気通路3を構成する配管の管径と同等とするとよい。
流路切替装置15は、エンジン1から選択的還元触媒装置12に至るまでの排気ガスG1の流路を第一配管13及び第二配管14のうちの一つに切り替える装置である。流路切替装置15は、第一配管13及び第二配管14の分岐地点18に配置される。流路切替装置15としては、電磁三方弁が例示される。本開示で流路切替装置15は、全開した場合に排気ガスG1の流路を第一配管13に切り替え、全閉した場合に排気ガスG1の流路を第二配管14に切り替えるものとする。
排気ガス用温度センサ20は、排気ガス用温度取得装置として機能し、合流地点19から選択的還元触媒装置12の入口までの間の排気ガスG1の温度Tyを所定の周期Δtxごとに取得するセンサである。排気ガス用温度センサ20は、選択的還元触媒装置12に流入する排気ガスG1の温度を取得するように、選択的還元触媒装置12の入口近傍に配置されることが好ましい。
外気温センサ21は、環境温度取得装置として機能し、エンジン1における環境温度の一つである外気温Toを取得するセンサである。水温センサ22は、環境温度取得装置として機能し、エンジン1における環境温度の一つである水温Tw(冷却システム5を流れる冷却水W1の温度)を取得するセンサである。水温センサ22は、冷却システム5においてエンジン1の内部に形成されるウォータジャケット6を通過後の冷却水W1の温度を取得することが望ましい。
回転速度センサ23は、パラメータ取得装置の一部としてエンジン1の始動及び停止を検知する装置として機能し、エンジン回転速度Neを取得するセンサである。エンジン1の始動を検知する装置としては、回転速度センサ23に限定されず、例えば、図示しない燃料噴射装置の噴射の有無を検知する装置を用いてもよい。
制御装置24は、各種情報処理を行うCPU、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置24は、還元剤噴射装置11、流路切替装置15、排気ガス用温度センサ20、外気温センサ21、水温センサ22、及び、回転速度センサ23と電気的に接続される。制御装置24は、排気ガス用温度センサ20が取得した排気ガスG1の温度Txに基づいて、還元剤噴射装置11から還元剤を噴射するタイミングを調節する制御を行う。このように制御装置24は、還元剤の噴射の制御を行う機能を有する装置を例示したが、それらの情報をもとに選択的還元触媒装置12の温度Txを推定し、流路切替装置15による流路の切り替えを制御してもよい。
制御装置24は、機能要素として、タイマー25、設定兼判定部26、制御部27、及び、診断兼警告部28を有する。各機能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、CPUにより実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ(PLC)や電気回路で構成されてもよい。
タイマー25は、パラメータ取得装置の一部として機能し、回転速度センサ23が取得したエンジン回転速度Neが入力されて、エンジン1が始動してからの運転時間txをカウントし、設定兼判定部26にカウントした運転時間txを出力する機能要素である。タイマー25は、エンジン回転速度Neがゼロよりも大きくなった時をエンジン1が始動した時と見做してエンジン1が始動してからの運転時間txをカウントする。また、タイマー25は、エンジン1が停止してから始動するまでの停止時間tyをカウントし、設定兼判定部26にカウントした停止時間tyを出力する機能要素でもある。
パラメータ取得装置は、選択的還元触媒装置12における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得する装置である。窒素酸化物の還元状態としては、窒素酸化物を還元可能な状態と、還元不可能な状態がある。還元可能な状態は選択的還元触媒装置12の温度Txが活性下限値Ta以上、活性上限値Tb以下の状態であり、還元不可能な状態は選択的還元触媒装置12の温度Txが活性下限値Ta未満、活性上限値Tb超の状態である。パラメータとしては、選択的還元触媒装置12の温度Tx、運転時間tx、停止時間ty、エンジン1の運転状況(外気温To、水温Tw、燃料噴射量)が例示される。パラメータ取得装置は、選択的還元触媒装置12における窒素酸化物の還元状態を推定可能なパラメータを取得する装置であればよい。
この実施形態のパラメータ取得装置は、パラメータとして運転時間tx及び停止時間tyを取得する装置であり、回転速度センサ23及びタイマー25で構成される。つまり、この実施形態のパラメータ取得装置は、エンジン1の運転時間tx及び停止時間tyの時間経過により選択的還元触媒装置12の還元状態を推定する。
設定兼判定部26は、外気温センサ21が取得した外気温To及び水温センサ22が取得した水温Twが入力されて、第一判定時間taを設定する機能要素である。また、設定兼判定部26は、タイマー25がカウントした運転時間txが入力されて、カウントした運転時間txが設定した第一判定時間ta以上に経過したか否かを判定し、判定した結果を制御部27に出力する機能要素である。また、設定兼判定部26は、タイマー25がカウントした停止時間tyが入力されて、カウントした停止時間tyが設定した第二判定時間tb以上に経過したか否かを判定し、判定した結果を制御部27に出力する機能要素でもある。
第一判定時間taは、第一配管13から第二配管14に切り替えるタイミングを判定可能な時間に設定される。第一判定時間taは、予め設定された基準時間t0に対して外気温To及び水温Twを含む環境温度に基づいたモデル推定、補正をして設定される時間である。基準時間t0は、エンジン1が冷間始動してから排気ガスG1の流路が第一配管13に切り替えられ、その後、第一配管13を通過して選択的還元触媒装置12に到達した排気ガスG1により選択的還元触媒装置12で窒素酸化物を還元不可能な状態になるまでの時間に設定される。基準時間t0としては、予め実験や試験により繰り返し測定された時間の平均値や中央値が例示される。
第二判定時間tbは、エンジン1が冷間始動するか否か、つまり、選択的還元触媒装置12の温度Txが活性下限値Ta未満になったか否かを判定可能な時間に設定される。第二判定時間tbも第一判定時間ta同様に環境温度に基づいたモデル推定、補正をしてもよい。第二判定時間tbとしては、予め実験や試験により繰り返し測定された時間の平均値や中央値が例示される。
制御部27は、設定兼判定部26の判定結果が入力されて、その判定結果に基づいて流路切替装置15に対して流路の切替指示を出す制御を行う機能要素である。また、制御部27は、流路を第一配管13に切り替える切替指示を出した場合に制御フラグを降ろし(flag=0)、第二配管14に切り替える切替指示を出した場合に制御フラグを立てる(flag=1)機能要素でもある。この制御フラグは、診断兼警告部28に出力される。
診断兼警告部28は、排気ガス用温度センサ20が所定の周期Δtxごとに取得した排気ガスG1の温度Tyが入力され、制御部27から流路切替装置15に対して流路の切替指示が出された前後の温度差ΔTyに基づいて、流路切替装置15の故障を診断する機能要素である。この温度差ΔTyは、絶対値とする。診断兼警告部28は、制御部27で制御フラグが立てられた時を基準として、その前後の周期(tn、t(n−1))の温度差ΔTyが、予め設定された判定温度Tc未満の場合に流路切替装置15が異常であると診断し、温度差ΔTyが判定温度Tc以上の場合に流路切替装置15が正常であると診断する機能要素である。なお、前後の周期(tn、t(n−1))の間は一周期分に限定されずに複周期分に跨ってもよい。
また、診断兼警告部28は、流路切替装置15が異常であると診断した場合に、警告装置29により運転者に流路切替装置15の異常を伝える警告を行わせる機能要素でもある。警告装置29としては、音や光で運転者に警告可能な装置が例示される。
判定温度Tcは、流路切替装置15が流路を切り替えたことを判定可能な温度に設定される。判定温度Tcは、流路の切り替えによる温度変化が判定可能な値であればよい。なお、判定温度Tcを第一配管13における入口側及び出口側の温度差と、第二配管14における入口側及び出口側の温度差との差分に設定すると、流路が完全に切り替わったか否かを判定することが可能になる。また、判定温度Tcは、外気温To及び水温Twを含むエンジン1の環境温度やエンジン回転速度Neを含むエンジン1の運転状態に基づいて設定、あるいは補正されてもよい。
図3に例示するように、排気ガス浄化システム10の制御方法は、エンジン1が停止したことを制御の開始のトリガーとする方法である。なお、この制御方法は、エンジン1の始動時における制御である。
回転速度センサ23が取得したエンジン回転速度Neがゼロになり、エンジン1が停止してスタートすると、タイマー25のカウントしていた停止時間tyがリセットされ(S110)、エンジン1が停止してから始動するまでの停止時間tyをカウントする(S112)。停止時間tyをカウントする間隔は単位時間に限定せずに、排気ガス用温度センサ20の周期Δtxに合わせてもよい。次いで、設定兼判定部26がカウントした停止時間tyが設定した第二判定時間tb以上経過したか否かを判定する(S114)。
カウントした停止時間tyが第二判定時間tb未満までしか経過していないと判定すると(S114:NO)、制御部27が流路切替装置15に排気ガスG1の流路を第二配管14に切り替えさせる切替指示を出す(S120:flag=1)。この切替指示により、流路切替装置15により排気ガスG1の流路が第二配管14に切り替えられて、この制御方法は完了する。
一方、カウントした停止時間tyが第二判定時間tb以上経過したと判定すると(S114:YES)、制御部27が流路切替装置15に排気ガスG1の流路を第一配管13に切り替えさせる切替指示を出す(S130:flag=0)。この切替指示により、流路切替装置15により排気ガスG1の流路が第一配管13に切り替えられる。
次いで、外気温センサ21が外気温Toを取得し、水温センサ22が水温Twを取得する(S140)。次いで、設定兼判定部26が、外気温To及び水温Twに基づいて基準時間t0を補正して第一判定時間taを設定する(S150)。このとき、水温Twが外気温Toと等しい、あるいは外気温To以下の場合に、第一判定時間taは基準時間t0に設定される。
次いで、タイマー25のカウントしていた運転時間txがリセットされ(S160)、エンジン1が始動してからの運転時間txをカウントする(S162)。運転時間txをカウントする間隔は単位時間に限定せずに、排気ガス用温度センサ20の周期Δtxに合わせてもよい。次いで、設定兼判定部26がカウントした運転時間txが設定した第一判定時間ta以上経過したか否かを判定する(S164)。
カウントした運転時間txが第一判定時間ta未満までしか経過していないと判定すると(S164:NO)、タイマー25がカウントを継続する(S162)。一方、カウントした運転時間txが第一判定時間ta以上経過したと判定すると(S164:YES)、制御部27が流路切替装置15に排気ガスG1の流路を第二配管14に切り替えさせる切替指示を出す(S170:flag=1)。この切替指示により、流路切替装置15により排気ガスG1の流路が第一配管13から第二配管14に切り替えられる。流路が第二配管14に切り替えられると、この制御方法は完了する。
図4に例示するように、排気ガス浄化システム10の診断方法は、排気ガスG1の流路が切り替えられたことを制御の開始のトリガーとする方法である。例えば、上記のステップS170で、第一配管13から第二配管14に切り替えられたタイミングをトリガーとする方法である。
スタートすると、診断兼警告部28が制御部27により切替指示が出された時、制御フラグが立てられた時を基準として、排気ガス用温度センサ20がその前後の周期(tn、t(n−1))で取得した温度差ΔTyを算出する(S210)。このとき、制御フラグが立てられた時と排気ガス用温度センサ20が温度Tyを取得するどちらか一方の周期とが重なった場合は、前後の周期の間を複周期分空けるとよい。
次いで、診断兼警告部28が算出した温度差ΔTyが予め設定された判定温度Tc未満か否かを判定する(S220)。温度差ΔTyが判定温度Tc以上と判定すると(S220:NO)、診断兼警告部28が、流路切替装置15が正常であると診断して(S230)、この診断方法は終了する。
温度差ΔTxが判定温度Tc未満と判定すると(S220:YES)、診断兼警告部28が、流路切替装置15が異常であると診断する(S240)。次いで、診断兼警告部28が、警告装置29により運転者に対して警告して(S250)、この診断方法は終了する。
図5に例示するように、エンジン1が冷間始動した場合の運転時間txに応じた選択的還元触媒装置12の温度Tx及び排気ガスG1の温度Tyの変化を説明する。なお、図5において、二点鎖線は、エンジン1から排気通路3に排出された直後の排気ガスG1の温度を示している。
エンジン1が冷間始動する前の選択的還元触媒装置12の温度Txは、活性下限値Taを下回る温度である。エンジン1が冷間始動した直後に、排気ガスG1の流路は第一配管13に切り替えられる。このとき、選択的還元触媒装置12の温度Txは、選択的還元触媒が活性化する温度領域の活性下限値Taを上回る温度となり、還元剤噴射装置11から還元剤が噴射されて選択的還元触媒装置12で排気ガスG1に含有される窒素酸化物が還元される。
次いで、運転時間txの経過とともにエンジン1から排気通路3に排出された直後の排気ガスG1の温度が上昇し、それに伴って選択的還元触媒装置12の温度Txも上昇し、活性上限値Tbに近づいていく。
次いで、運転時間txが第一判定時間taを経過すると、排気ガスG1の流路は第一配管13から第二配管14に切り替えられる。このとき、選択的還元触媒装置12の温度Txは、活性上限値Tbの付近から活性下限値Taに向かって低下し、温度領域内に維持されることになり、還元剤噴射装置11から還元剤が噴射されて選択的還元触媒装置12で排気ガスG1に含有される窒素酸化物が還元される。
また、運転時間txが第一判定時間taを経過した時に、制御フラグが立ち、その前後の周期(tn、t(n−1))の排気ガスG1の温度差ΔTyが判定温度Tc以上となり、流路切替装置15が正常であると診断される。
以上のように、排気ガス浄化システム10は、エンジン1の冷間始動時に排気ガスG1の流路を第一配管13に切り替え、一定時間が経過した後に第二配管14に切り替える。それ故、エンジン1が冷間始動した直後の選択的還元触媒装置12の温度Txを活性下限値Ta以上にして、窒素酸化物を還元可能な状態にすることができるとともに、一定時間が経過した後に活性上限値Tb以下にして、窒素酸化物を還元可能な状態を維持することができる。このように、排気ガス浄化システム10によれば、エンジン1の冷間始動時から長期的に選択的還元触媒装置12の温度Txを所定の温度領域に維持するには有利になり、選択的還元触媒装置12により窒素酸化物を還元可能な時間を拡大することができる。これに伴って、エンジン1におけるトータルの窒素酸化物の浄化率を向上することができる。
排気ガス浄化システム10は、エンジン1が始動してからの運転時間txの経過に基づいて、第一配管13及び第二配管14を切り替えることが望ましい。このように、排気ガスG1の流路の切り替えをシーケンス制御のうちの時限制御とすることで、目標値(温度領域)と制御値(温度Tx)との偏差に基づいたフィードバック制御に比して、流路切替装置15の切り替え作業の頻度を低減するには有利になり、システムの耐久性を向上することができる。
排気ガス浄化システム10は、外気温To及び水温Twを含む環境温度に基づいて、流路切替装置15による流路の切り替えのタイミングを変更することが望ましい。このように、エンジン1の環境温度に合わせて流路を切り替えることで、エンジン1の冷間始動時から長期的に選択的還元触媒装置12の温度Txを所定の温度領域に維持するには有利になる。例えば、エンジン1がアイドリングストップにより一時的に停止した状態から再始動する場合の第一配管13から第二配管14に切り替えるタイミングを、エンジン1が冷間始動する場合のタイミングよりも速くすることで、選択的還元触媒装置12の温度Txが活性上限値Tbを超える事態を回避するには有利になる。
排気ガス浄化システム10は、制御装置24から流路切替装置15に対して流路の切り替え指示が出された前後の温度差ΔTyに基づいて、流路切替装置15の故障を診断する。つまり、流路の切り替えにより排気ガスG1の温度Tyが変化することを前提とすることで、合流地点19の下流に配置された排気ガス用温度センサ20のみで流路切替装置15の故障を簡易的に診断することができる。これにより、流路切替装置15の故障を早期に解消するには有利になり、流路切替装置15の固着により窒素酸化物の浄化率が低下した状態での走行を回避することができる。
排気ガス浄化システム10は、流路切替装置15が全開時に第一配管13に切り替え、全閉時に第二配管14に切り替えるオンオフ制御である。それ故、故障の診断内容を流路切替装置15が固着によりオンオフできない事態に絞ることができ、簡易的に診断することができる。
排気ガス浄化システム10は、制御装置24から流路切替装置15に対して流路の切り替え指示が出された時間の前後の周期(tn、t(n−1))で取得される温度差ΔTyを用いて流路切替装置15の故障を診断することが望ましい。このように、瞬間的な温度差ΔTyに基づいて故障を診断することで、診断に外乱が介入する余地を無くすには有利になる。
排気ガス浄化システム10は、流路切替装置15の故障を診断する制御をエンジン1の冷間始動時にのみ行うようにすることが望ましい。このように、故障の診断をエンジン1の始動時に限定することで、始動時の第一配管13から第二配管14への切り替え時にのみ診断することで、診断を簡易的にするには有利になる。
排気ガス浄化システム10は、第一配管13及び第二配管14の二つの配管を備える構成に限定されずに、三つ以上の配管を備えてもよい。例えば、第二配管14よりも通過前後の温度差が大きく、冷却性能が高い配管を備えてもよい。これにより、第二配管14を通過して選択的還元触媒装置12に到達した排気ガスG1の温度Txが上限値Tbを超える場合にその配管に切り替えることで、長期的に排気ガスG1の温度Txを所定の温度領域に維持するには有利になる。
排気ガス浄化システム10は、第一配管13に通過する排気ガスG1の温度を上昇させるヒーターを設けてもよく、第二配管14に通過する排気ガスG1の温度を下降させるクーラーを設けてもよい。このように、複数の配管は、通過前後の温度差が異なればよく、エンジン1の排気ガスG1の温度帯に応じるようにすればよい。
図6に例示するように、第二実施形態の排気ガス浄化システム10は、第一実施形態に対して、パラメータ取得装置として、選択的還元触媒装置12の温度Txを直接的に取得する触媒用温度センサ30を有する点が異なる。このように、パラメータ取得装置は、直接的に選択的還元触媒装置12の温度Txを取得する装置としてもよい。また、パラメータ取得装置は、エンジン1の運転状況(外気温To、水温Tw、燃料噴射量)や排気ガスG1の温度Tyに基づいて、選択的還元触媒装置12の温度Txを推定する装置としてもよい。
パラメータ取得装置としては、選択的還元触媒装置12の温度Txを直接的に取得可能な装置と、間接的に取得可能な装置とを組み合わせてもよい。例えば、エンジン1の始動時は第一実施形態のようにタイマー25を用いる構成とし、エンジン1が始動して第二配管14に切り替えられた後に、触媒用温度センサ30を用いる構成としてもよい。
排気ガス浄化システム10は、エンジン1の始動時以外においても選択的還元触媒装置12の還元状態に基づいて、排気ガスG1の流路の切り替えることが望ましい。例えば、エンジン1の停止後、直ぐに、エンジン1が始動した場合に第二配管14に切り替えた状態で始動してから、坂道下り時の長時間エンジンブレーキ時には、第一配管13に切り替えることで、選択的還元触媒装置12の還元状態を窒素酸化物を還元可能な状態に維持することができる。
1 エンジン
3 排気通路
10 排気ガス浄化システム
11 還元剤噴射装置
12 選択的還元触媒装置
13 第一配管
14 第二配管
15 流路切替装置
20 排気ガス用温度センサ
24 制御装置
25 タイマー
3 排気通路
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11 還元剤噴射装置
12 選択的還元触媒装置
13 第一配管
14 第二配管
15 流路切替装置
20 排気ガス用温度センサ
24 制御装置
25 タイマー
Claims (7)
- エンジンの排気通路に還元剤を噴射する還元剤噴射装置と、噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する選択的還元触媒装置と、を備える排気ガス浄化システムにおいて、
前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管と、排気ガスの流路をそれらの複数の配管のうちの一つに切り替える流路切替装置と、前記選択的還元触媒装置における窒素酸化物の還元状態に関するパラメータを取得するパラメータ取得装置と、前記流路切替装置及び前記パラメータ取得装置に接続される制御装置と、を備え、
前記複数の配管は、第一配管及び第二配管を少なくとも有し、前記第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差が、前記第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく、
前記エンジンが始動して、前記流路切替装置に前記第一配管に切り替えさせた後に、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに基づいた前記選択的還元触媒装置における還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態の場合に、前記制御装置により、前記流路切替装置に前記第二配管に切り替えさせる制御を行う構成にしたことを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 前記パラメータ取得装置は、前記エンジンが始動してからの運転時間をカウントするタイマーであり、
前記エンジンが始動した場合は、前記制御装置により、前記タイマーがカウントした運転時間の経過に基づいて、前記流路切替装置に前記温度差が小さい配管からその温度差が大きい配管に切り替えさせる制御を行う構成にした請求項1に記載の排気ガス浄化システム。 - 前記エンジンが始動した場合は、前記制御装置により、前記パラメータ取得装置が取得したパラメータに基づいた前記選択的還元触媒装置における還元状態に応じて、前記エンジンが始動した直後に前記流路切替装置に切り替えさせる配管を選択する制御を行う構成にした請求項1又は2に記載の排気ガス浄化システム。
- 前記制御装置に接続されて、前記エンジンにおける環境温度を取得する環境温度取得装置を備え、
前記エンジンが始動した場合は、前記制御装置により、前記環境温度取得装置が取得した前記環境温度に基づいて、前記流路切替装置に切り替えさせるタイミングを変更する制御を行う構成にした請求項2又は3に記載の排気ガス浄化システム。 - 前記第一配管における前記温度差は、前記エンジンが始動した直後にその第一配管を通過して前記選択的還元触媒装置に到達した排気ガスによりその選択的還元触媒装置の温度が窒素酸化物を還元可能な温度になる値に設定される請求項1〜4のいずれか1項に記載の排気ガス浄化システム。
- 前記還元剤噴射装置及び前記選択的還元触媒装置は、前記エンジンが設置されるエンジンルームの内部に配置される請求項1〜5のいずれか1項に記載の排気ガス浄化システム。
- 還元剤噴射装置によりエンジンの排気通路に還元剤を噴射し、選択的還元触媒装置により噴射されたその還元剤を用いて前記排気通路を流れる排気ガスに含有される窒素酸化物を還元する排気ガス浄化システムの制御方法において、
前記排気通路における前記エンジン及び前記選択的還元触媒装置との間で分岐するとともに分岐後に合流する複数の配管のうちの第一配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差を、第二配管における通過前の排気ガスの温度と通過後の排気ガスの温度との差である温度差よりも小さく設定し、
前記エンジンが始動する場合に、流路切替装置により、前記第一配管に切り替え、
前記第一配管に切り替えた後に、前記選択的還元触媒装置の還元状態が窒素酸化物を還元不可能な状態になる場合に、前記流路切替装置により、前記第二配管に切り替えることを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018185972A JP2020056339A (ja) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 排気ガス浄化システム及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2020056339A true JP2020056339A (ja) | 2020-04-09 |
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Family Applications (1)
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JP2018185972A Pending JP2020056339A (ja) | 2018-09-28 | 2018-09-28 | 排気ガス浄化システム及びその制御方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2020056339A (ja) |
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2018
- 2018-09-28 JP JP2018185972A patent/JP2020056339A/ja active Pending
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