JP4114405B2 - 内燃機関のNOx浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中のNOxを浄化するNOx浄化装置、特に、排気系に設けた還元触媒の上流側にエアアシストにより排気ガス還元剤を添加する装置を配した内燃機関のNOx浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関が排出する排気ガス中のNOxはNOx浄化装置により浄化されている。例えば、ディーゼルエンジンで用いられるNOx浄化装置は排気系に選択還元型のSCR触媒(NOx触媒〉を有した触媒コンバータと、その上流側の尿素水供給装置とを順次配備して形成される。
このSCR触媒は尿素水を還元剤として供給し、酸素過剰雰囲気下においてNOxを浄化できるようにしている。
ここで、ユリア水(尿素水)は式(1)のように加水分解及び熱分解して、NH3を放出する。
【0003】
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2・・・・(1)
また、SCR触媒上でのNH3と窒素酸化物との間の脱硝反応は次の(2)、(3)式の反応がそれぞれ行われることが知られている。
4NH3+4NO+O2→4N2+6H20・・・・(2)
2NH3+NO+NO2→2N2+3H20・・・・(3)
ところで、アンモニア(又は尿素水)添加式のNOx浄化装置では内燃機関の運転域に応じて尿素水の添加を断続制御している。即ち、通常運転域では内燃機関の運転条件に応じてエアアシストで尿素水を供給する。
【0004】
尿素水搬送用の圧縮エアは内燃機関その他の動力源により駆動されるエアコンプレッサより供給される。
一方、燃料無噴射となる無負荷運転時など、尿素水の供給が不要な場合は尿素水の供給を停止する。
この際、尿素水搬送用の圧縮エアを流し続けると無駄にエアコンプレッサを作動させることになり、エアコンプレッサの劣化やエアコンプレッサ負荷による燃費悪化を招く恐れがある。
【0005】
一方、尿素水搬送用の圧縮エア供給を停止するとエアコンプレッサの耐久性確保や燃費悪化の抑制の上では有効であるが、エアに混入する混入物、例えば尿素が固化し易くなり、供給通路を狭め、閉鎖する恐れがある。
特に、供給通路の下流端に配備され、排気路に対設される添加ノズルは高温の排気ガスに触れて高温化し易い傾向にあり、同部が過度に昇温すると、同部に残留する尿素はもとより、新たに尿素水が流動してきた場合も固化が進み易い。
【0006】
このようにして供給通路及び添加ノズルが狭まると、尿素水の供給時の流動抵抗が高まり、尿素水供給応答性が低下し、更に、閉鎖すると尿素水の供給不能に陥る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように尿素供給停止時もエアコンプレッサを作動させるとエアコンプレッサの劣化やエアコンプレッサ負荷による燃費悪化を招く恐れがある一方、尿素水搬送用の圧縮エア供給を停止すると尿素水の供給通路の閉塞を招く恐れがあった。
本発明は、以上のような課題に基づき、エアコンプレッサの耐久性低下やエアコンプレッサ駆動による燃費の悪化を防止できる内燃機関のNOx浄化装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のNOxを選択還元するNOx触媒、前記NOx触媒上流の前記排気系に連通する供給通路を介して還元剤を供給する還元剤供給手段、前記内燃機関又は電動機により駆動され、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の供給部位より上流の前記供給通路に加圧空気を供給する加圧空気供給手段、前記排気系の前記NOx触媒の上流に設けられ前記内燃機関に導入される給気を過給すると共に前記吸気系の前記過給機下流の過給圧を調整する過給圧調整部を備えた過給機、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態判定手段、前記内燃機関が前記過給機下流の前記吸気系の過給圧を検出する圧力センサ、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記供給通路に前記過給機下流の前記吸気系からの過給空気及び前記加圧空気供給手段からの加圧空気の何れか一方を供給し、更に、前記内燃機関の運転状態に応じた還元剤供給量がゼロを越え、且つ前記圧力センサにより検出された圧力が所定値未満で且つ前記運転状態判定手段より前記内燃機関が無負荷運転領域にあると判定されたとき、過給圧が増大するよう前記過給圧調整部を制御すると共に前記供給通路に前記過給機下流の吸気系からの過給空気を供給するように制御する制御手段、を備えたことを特徴とする。
このように、還元剤供給停止時に加圧空気供給手段からの不要な加圧空気の供給を停止して、過給機下流の吸気系から過給空気を供給することにより、内燃機関の駆動力損失或いは電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止できる。しかも、排気中に還元剤添加が行われ且つ過給圧が所定値未満で、内燃機関が無負荷運転領域にあるときには、過給圧調整部を過給圧増大側に制御すると共に供給通路に過給機下流の吸気系からの過給空気を供給することによって、内燃機関又は電動機で駆動される加圧空気供給手段を作動させる運転域を狭くし駆動力損失を低減して燃費悪化を防止できる。なお、還元剤が尿素水の場合には、供給通路内への尿素水の還元剤の水分蒸発による尿素の固化を未然に防止できる。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1に記載の内燃機関のNOx浄化装置において、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が還元剤を供給すべき運転状態或いは還元剤の供給中に前記圧力センサにより検出された過給圧が所定値以上のとき、前記供給通路に過給機下流の前記吸気系からの過給空気を供給することを特徴とする。
このように、排気中に還元剤添加が行われ且つ過給圧が所定値以上のときには、供給通路に過給機下流の吸気系からの過給空気を供給することによって、加圧空気供給手段の負荷を必要最小限に抑制でき、その耐久性を確保でき、内燃機関の駆動力損失或いは電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止できる。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1に記載の内燃機関のNOx浄化装置において、少なくとも前記過給圧調整部の調整有無に応じた内燃機関の燃料消費量を求める燃費算出手段を備え、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じた還元剤供給量がゼロを越え、且つ前記圧力センサにより検出された圧力が所定値未満で且つ前記運転状態判定手段により前記内燃機関が無負荷運転領域以外にあると判定されたとき、更に、前記燃費算出手段によって前記加圧空気供給手段の作動による燃費よりも前記加圧空気供給手段の作動停止且つ前記過給圧調整手段を過給圧増大側への制御による燃費が向上する際に、過給圧が増大するよう前記過給圧調整部を制御すると共に前記供給通路に前記過給機下流の前記吸気系からの過給空気を供給するよう制御することを特徴とする。
このように、排気中に還元剤添加が行われ且つ過給圧が所定値未満で、内燃機関が無負荷運転領域以外にあるときに、更に、燃費算出手段によって加圧空気供給手段の作動による燃費よりも加圧空気供給手段の作動停止且つ過給圧調整手段を過給圧増大側への制御による燃費が向上する際に、過給圧調整部を過給圧増大側に制御すると共に供給通路に過給機のコンプレッサ下流の吸気系からの過給空気を供給することによって、内燃機関又は電動機で駆動される加圧空気供給手段を作動させる運転域を狭くし駆動力損失を低減して燃費悪化を防止できる。
【0012】
請求項4の発明は、内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のNOxを選択還元するNOx触媒、前記NOx触媒上流の前記排気系に連通する供給通路を介して還元剤を供給する還元剤供給手段、前記内燃機関又は電動機により駆動され、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の供給部位より上流の前記供給通路に加圧空気を供給する加圧空気供給手段、前記排気系の前記NOx触媒の上流に設けられ前記内燃機関に導入される給気を過給する過給機、還元剤の供給有無を検出する還元剤供給検出手段、前記還元剤供給検出手段により検出された還元剤の供給量に応じて、前記供給通路に前記過給機下流の前記吸気系からの過給空気及び前記加圧空気供給手段からの加圧空気の何れか一方を供給する制御手段、を備えたことを特徴とする。
このように、還元剤供給停止時に加圧空気供給手段からの不要な加圧空気の供給を停止して、過給機下流の吸気系から過給空気を供給することにより、内燃機関の駆動力損失或いは電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止する。なお、還元剤が尿素水の場合には、供給通路内への尿素水の還元剤の水分蒸発による尿素の固化を未然に防止できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態としての内燃機関のNOx浄化装置(以後単にNOx浄化装置)を図1を参照して説明する。ここでのNOx浄化装置M1は、図示しない車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジン(以後単にエンジンと記す)1の排気系2に装着される。
エンジン1はエンジン制御装置(以後、単にエンジンECUと記す)3により制御され、NOx浄化装置M1は排気ガス制御装置(以後単に排気系ECUと記す)4に制御され、エンジンECU3と排気系ECU4は制御系通信回線5によって相互通信可能に連結される。
【0014】
図1において、NOx浄化装置M1を装備したエンジン1は図示しない燃焼室に吸気を導く吸気系と、燃料噴射量、噴射圧、噴射時期などを調整する燃料制御系とを備える。
吸気路Iには過給機であるVG(Variable Geometry:可変静翼)ターボチャージャー6(以後単にターボチャージャー6と記す)のコンプレッサ13が介装され、その回転軸10は排気路Eに介装されるターボチャージャー6のタービン7に連結されている。
【0015】
ここでVGターボチャージャー6は過給機下流の過給圧を調整する過給圧調整部を有する。過給圧調整部はタービン7の外周部に複数配備される整流片(図示せず)と、同整流片の傾きを切換えてタービン7に流入する排気の流速を可変することでタービン7の過給仕事を可変させる整流片アクチュエータである過給圧調整手段(以下、過給圧調整部8と記す)とを備え、この過給圧調整部8は駆動回路9を介してエンジンECU3に接続されている。
吸気路Iのコンプレッサ13の下流にはインタクーラ11が設けられ、吸気冷却を行うことで、エンジン1の吸気の体積効率を向上させ、出力アップを図っている。なお、コンプレッサ13とインタクーラ11の間の吸気路Iにはブースト圧Pbを排気系ECU4に出力する圧力センサとしてのブースト圧センサ12が配備される。
【0016】
エンジンECU3は要求出力が得られるような燃料量及び噴射時期を設定する燃料噴射量設定部Aa、燃料噴射時期設定部Ab及びターボ制御手段Acを有する。
エンジンECU3の入力側には、アクセルペダル踏込量(アクセル踏込量)θaを検出するアクセル踏込量センサ14、エンジン回転数Neを演算するためのクランク角センサ15等の各種センサ類が接続され、出力側には図示しない高圧燃料ポンプにより供給される高圧燃料を貯留するコモンレール16と各気筒毎に設けられた燃料噴射ノズル17との間を接続する燃料通路を開閉する開閉弁18を駆動する燃料噴射用ドライバ19、図示しない高圧ポンプの燃料供給量を制御する調量部等の各種デバイス類が接続されている。
【0017】
これにより、例えば、クランク角センサ15により検出されたクランク信号θcに基き演算されたエンジン回転数Neとアクセル踏込量センサ14により検出されたアクセルペダル踏込量(アクセル踏込量)θaとに応じて演算された要求燃料噴射Qに基き、開閉弁の開弁時期、開弁期間が燃料噴射用ドライバによって可変調整され、さらに、高圧燃料ポンプの調量部がコモンレール16内の燃料圧力に応じてフィードバック制御される。
更に、エンジンECU3のターボ制御手段Acは、過給圧調整部8を用いてブースト圧(過給圧)Pbを調整する機能を有する。このターボ制御手段Acはアクセル踏込量θa及びエンジン回転数Neに応じてターボ切換え信号VGαを図示しないマップを用いて設定する。ここでのマップは整流片の傾きを順次切換えるべく、アクセル踏込量θa及びエンジン回転数Neに応じて各段相当のターボ切換え信号VGαを設定する。
【0018】
なお、エンジンECU3に後述のブースト圧増大指令S1が排気系ECU4より入力されると、エンジンECU3のターボ制御手段Acはターボ切換え信号VGαを駆動回路に出力し、ブースト圧増大処理を実行できる。
図1のNOx浄化装置M1は排気管21の途中に装着されたNOx触媒であるSCR触媒23とその上流の排気路Eにエアアシストで尿素水を供給する還元剤供給手段としての尿素水供給装置22と、制御手段を成す排気系ECU4とを備える。
【0019】
SCR触媒23は排気路Eを成す排気管21の途中のNOx触媒コンバータ24に収容される。NOx触媒コンバータ24はケーシング241を備え、ケーシング内にハニカム構造のセラミック製の触媒担体(SCR触媒23のブロック表示と重なる)を備え、同触媒担体をシール材242を介してずれなく支持しており、同担体にSCR触媒23として機能するための触媒金属として、例えば酸化バナジウム(V2O5)が担持される。
SCR触媒23はアンモニア(NH3)を還元剤として排気ガス中のNOxを選択還元可能である。即ち、上述の式(1)のように尿素水は加水分解してアンモニアを生成し、これがSCR触媒23において、窒素酸化物との間で脱硝反応を起こす。なお、SCR触媒23には同触媒の温度Tcaを排気系ECU4に出力する触媒温度センサ25が取付けられている。
【0020】
排気管21の途中に装着された尿素水供給装置22はNOx触媒コンバータ24の上流開口側に向けて尿素水を噴霧する添加ノズル26と、添加ノズル26に接続され供給通路r1を形成する噴射管27と、噴射管27の上流端の圧縮エアタンク28と、噴射管27の途中の三方切換弁29と、三方切換弁29とコンプレッサ13下流の吸気路Iを介し供給通路r1に連通可能なブースト圧エア管31と、三方切換弁29より下流側の供給通路r1で開口する尿素水パイプ32と、尿素水パイプ32に尿素水を供給する尿素水タンク33と、尿素水パイプ32の尿素水の流量を調整する流量調整弁34と、これらの制御手段を成す排気系ECU4とを備える。
【0021】
圧縮エアタンク28は図示しない電動機で駆動するエアポンプ35より適時に圧縮エアの供給を受け、常時一定圧のエアを保持している。ここで圧縮エアタンク28及びエアポンプ35が供給通路r1に加圧空気を供給する加圧空気供給手段を成している。加圧空気供給手段であるエアポンプ35は駆動回路36に接続され、駆動回路36は排気系ECU4からの駆動指令Pdを受けた際に駆動出力Dpでエアポンプ35を駆動する。
ブースト圧エア管31は金属パイプで形成され、その一端がコンプレッサ13の下流側の吸気路Iに、他端が三方切換弁29の流入ポートp1に連結されている。
【0022】
ここで三方切換弁29は供給通路r1における還元剤の供給部位より上流で且つ圧縮エアタンク28(加圧空気供給手段)の下流に設けられる。しかも、三方切換弁29はコンプレッサ下流の吸気路I(吸気系)及び圧縮エアタンク28の何れか一方と供給通路r1とを連通可能な切り替え手段を成している。
この三方切換弁29は電磁弁であり、排気系ECU4に接続される。この三方切換弁29の一方の流入ポートp2は圧縮エアタンク28側に供給通路r1を介して連通され、他方の流入ポートp1はコンプレッサ下流の吸気路Iにブースト圧エア管31を介し連通され、流出ポートp3は添加ノズル26に連通する。
【0023】
三方切換弁29は切換え出力Dvがオフ時に供給通路r1を介して圧縮エアタンク28と添加ノズル26を連通し、オン時に供給通路r1及びブースト圧エア管31を介してコンプレッサ下流の吸気路Iと添加ノズル26を連通するよう切換え作動できる。
【0024】
添加ノズル26にはそのノズル自体の温度Tn信号を出力するノズル温度センサ37が装着され、その検出信号Tnは排気系ECU4に出力される。なお、添加ノズル26に対しては、その過熱時に後述のように冷却用のエアを流動させる処理が排気系ECU4により成される。
尿素水タンク33は尿素を水に溶解し、一定濃度の水溶液としたものが貯蔵されており、適時に補給されるようになっている。
【0025】
排気系ECU4はその入出力回路に多数のポートを有し、ノズル温度センサ37より添加ノズル26の温度Tn信号を、ブースト圧センサ12よりブースト圧Pb信号を、触媒温度センサ25より触媒温度Tcaを入力でき、しかも、添加制御手段B0、アシストエア切換え制御手段B1、燃費算出手段B2、尿素水供給検出手段B3として機能し、エアポンプ35、三方切換弁29、流量調整弁34、エンジンECU3に制御信号を出力する。
【0026】
添加制御手段(制御手段)B0は触媒温度Tca、或いは触媒温度に相関するパラメータ(例えば排気温度)に基いて尿素水の供給量を図示しないマップを用いて設定し、設定された尿素水供給量quとなるように流量調整弁34の開度を制御する。
アシストエア切換え制御手段(制御手段)B1は尿素水供給量quに応じて、供給通路r1にコンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エア(過給空気)及びエアポンプ35からの加圧空気の何れか一方を添加アシスト用のエアとして供給するように三方切換弁29を制御する。
【0027】
なお、三方切換弁29に代えて、これを排除し、圧縮エアタンク28の直下に開閉弁b1(図1に2点鎖線で示す)をブースト圧エア管31の途中に逆止弁b2(図1に2点鎖線で示す)を設けてブースト圧エア(過給空気)及びエアポンプ35からの加圧空気の何れか一方を添加アシスト用エアとして供給するように構成しても良く、更に、逆止弁b2を図示しない開閉弁に代えても良く、これらの場合も三方切換弁29と同様の機能を得られる。
燃費算出手段B2は、少なくとも過給圧調整部8の調整有無に応じたエンジン1の燃料消費量δを求める。即ち、燃費算出手段B2は、エアポンプ35の作動時のエンジン回転数Ne相当の燃料消費量δと、エアポンプ35の作動停止且つ過給圧調整部8をブースト圧増大のためターボ切換え信号VGαの出力時(過給圧増大側)のエンジン回転数Ne相当の燃料消費量δを導出する図示しないマップを備える。
【0028】
尿素水供給検出手段B3は尿素水の供給有無を検出する、即ち、流量制御弁34の開度(尿素水供給量qu相当)信号に応じて供給有無を判定する。
次に、図1のエンジンECU3及び排気系ECU4の各制御処理を、図2、図3の制御ルーチンに沿って説明する。
【0029】
ここで、NOx浄化装置を搭載したエンジン1のエンジンキーがオンすると、これと同時にエンジンECU3は駆動し、エンジン制御ルーチンのステップa1に達する。ここでは複数の制御系、例えば、燃料制御系で適宜実行されている関連機器、センサ類が正常か否かの自己チェック結果が正常であったか否かを確認し、正常(OK)ではアクセル踏込量θa、エンジン回転数Ne等の関連センサのデータ採り込みを行う。次いで、ステップa2では上述の燃料噴射量設定部Aa及び燃料噴射時期設定部Abが関連センサの各入力値に応じて運転情報(アクセル踏込量θa、エンジン回転数Ne、空燃比A/F、水温Tw)相当の燃料噴射量、燃料噴射時期を導出し、それら相当の出力D(Gf)が燃料噴射用ドライバ19、調量部等に出力される。これにより、燃料噴射量、燃料噴射時期相当の出力が各開閉弁18に送出され、各燃料噴射ノズル17が噴射作動を実行する。
【0030】
ステップa3ではブースト圧増大指令S1の入力を判定し、非入力時にはステップa4に、入力時にはステップa5に進む。
排気系ECU4よりブースト圧増大指令S1が入力されステップa5に達すると、ここでは相当するターボ切換え信号VGαを過給圧調整部8側の駆動手段9に出力し、ステップa4に進む。これにより過給圧調整部8がブースト圧増大処理を行うことができ、供給通路r1及び添加ノズル26にコンプレッサ13の下流の吸気路Iからのブースト圧エアを供給する。
ステップa4ではその他のエンジン制御を実行し、ステップa2にリターンする。
【0031】
一方、排気系ECU4は図示しない排気系メインルーチンのNOx浄化処理制御を所定制御サイクル毎に繰り返し、尿素水をエンジン運転条件や触媒温度Tcaに応じた尿素水供給量quだけ添加すべく流量制御弁34を駆動し、その途中で図3のアシストエアの切換え制御ルーチンを実行する。
アシストエアの切換え制御ルーチンのステップs1に達すると、ここで、ブースト圧Pb、添加ノズル26温度Tn等の関連センサ出力を採り込む。ステップs2では流量制御弁34が全閉か否か判断し、無添加時にはステップs3に添加時にはステップs4に進む。
【0032】
無添加時、例えばエンジンブレーキ時でありステップs3に達すると、ここでは添加ノズル26温度Tnが過熱判定値Tn1以上か否か判定し、過熱時にはステップs6に、そうでないとステップs5に進む。ステップs5では負荷の圧縮エアの供給が必要か否か、即ち、ステップs5では流量制御弁34が全閉してからの経過時間tnが所定の時間tpに達していないか否か判断し、達していない時点ではステップs6に進み、経過しているとステップs7に進む。
【0033】
ステップs7では、無添加で、添加ノズル26温度Tnが低く、尿素水供給停止後の時間tpを経過している場合であり、三方切換弁29をオンし、コンプレッサ13下流の吸気路Iと添加ノズル26を連通するよう切換え、圧縮エアタンク28の加圧空気に代えてブースト圧エアを供給通路r1や添加ノズル26に流し、この回の制御を終了する。
ステップs6では添加ノズル26温度Tnが高く、もしくは時間tp経過前の場合であり、三方切換弁29をオフし、圧縮エアタンク28と添加ノズル26を連通するよう切換え、圧縮エアタンク28の加圧空気を供給通路r1や添加ノズル26に流し、尿素水供給通路内の残留尿素のパージを継続し、この回の制御を終了する。
【0034】
ステップs2で添加時と判断されステップs4に進むと、ここでは、ブースト圧Pbが判定値圧Pbβ以上か否か判定し、ブースト圧Pbが判定値圧Pbβ以上ではブースト圧エアを尿素水供給アシストに使用して、圧縮エアタンク28側の加圧空気の使用を抑え、燃費向上を図るべくステップs3側に進む。ブースト圧Pbが判定値圧Pbβに達しないとステップs8に進む。
ステップs8では、無負荷運転域か否か判定し、無負荷でステップs9に負荷時にステップs10に進む。
【0035】
ステップs9ではブースト圧Pbが低い運転域であることより、ブースト圧増大指令をエンジンECU3のターボ制御手段Acが受けると、相当するターボ切換え信号VGαを過給圧調整部8に出力し、ステップs3以下の制御に進む。
【0036】
これにより、ターボ制御手段Acがターボ切換え信号VGαを過給圧調整部8に出力し、ブースト圧増大処理を行うことができ、供給通路r1及び添加ノズル26にコンプレッサ13下流の吸気路Iからのブースト圧エアを供給することができる。
【0037】
ステップs8で負荷時としてステップs10に達すると、ここでは燃費算出手段B2として、圧縮エアタンク28に加圧空気を充填するエアポンプ35の作動に基く燃費と、エアポンプ35の作動停止且つ過給圧調整部8を過給圧増大側へ制御、即ち、相当するターボ切換え信号VGαを出力し、ブースト圧増大処理をした場合の燃費をエンジン回転数Ne、アクセル踏込量θaより予め設定されている図示しないマップにより演算する。
【0038】
その上で、エアポンプ35の作動に基く燃費よりも、エアポンプ35の作動停止且つターボ切換え信号VGαの出力によりブースト圧増大処理をした場合の燃費が向上すると判定されるとステップs9のブースト圧増大処理に、そうでないとステップs6に進み、圧縮エアタンク28の加圧空気を供給通路や添加ノズル26に流し、この回の制御を終了する。
【0039】
このように、図1のNOx浄化装置M1は、尿素水供給装置22の停止時にエアポンプ35からの不要な加圧空気の供給を停止して、コンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エアを供給することにより、エンジン1の駆動力損失、或いはエアポンプ35の電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止できる。しかも、供給通路r1、添加ノズル26内の尿素水の水分蒸発による尿素の固化を未然に防止できる。
【0040】
更に、図1のNOx浄化装置M1はエンジン1の運転状態相当の尿素水を供給中で且つブースト圧センサ12より検出されたブースト圧Pbが所定値Pbβ以上のとき(ステップs4のYes側参照)、供給通路r1にコンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エアを供給する(ステップs7参照)。
この場合、エアポンプ35の負荷を必要最小限に抑制でき、その耐久性を確保でき、エンジン1の駆動力損失或いはエアポンプ35の電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止できる。
【0041】
更に、図1のNOx浄化装置M1は、運転状態判定手段で無負荷判定時と判定した時(ステップs8参照)、エンジン1の運転状態相当の還元剤供給量がゼロを越え、且つブースト圧Pbが所定値Pbβ未満(ステップs4参照)で且つアクセルペダル踏込み量θaがゼロであると判定されたとき、ブースト圧が増大するよう(ステップs9参照)、即ち、相当するターボ切換え信号VGαで過給圧調整部8を駆動すると共に供給通路r1にコンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エア(過給空気)を供給するように三方切換弁29を制御する。なお、この場合、図示しないアイドルスイッチがオンで無負荷判定時と判定してもよい。
この場合、エンジン1又は電動機で駆動される圧縮エアポンプ35を作動させる運転域を狭くし駆動力損失を低減して燃費悪化を防止できる。
【0042】
更に、図1のNOx浄化装置M1は、尿素水供給量がゼロを越え、且つブースト圧センサ12より検出されたブースト圧Pbが所定値Pbβ未満で、アクセルペダル踏込み量θaがゼロ以外の時更に、燃費算出手段B2によってブースト圧増大のための制御後の燃費がエアコンプレッサ作動を継続する場合の燃費より向上すると判定された際に(ステップs2、s4、s9参照)、ターボ切換え信号VGαを過給圧調整部8に出力すると共に供給通路r1にコンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エアを供給するように三方切換弁29を制御する。
【0043】
この場合、過給圧調整部8を過給圧増大側に制御すると共に供給通路r1にコンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エアを供給することによって、エンジン1又は電動機で駆動されるエアポンプ35を作動させる運転域を狭くし駆動力損失を低減して燃費悪化を防止できる。
更に、図1のNOx浄化装置M1は、還元剤供給検出手段B3により検出された尿素水の供給量(流量制御弁34の開度)に応じて、供給通路r1にコンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エア及び加圧空気の何れか一方を供給する。
【0044】
このように、尿素水供給停止時にエアポンプ35側からの不要な加圧空気の供給を停止して、コンプレッサ下流の吸気路Iからのブースト圧エアを供給することにより、エンジン1又はエアポンプ35を作動させる電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止する。なお、供給通路r1内の尿素水の水分蒸発による尿素の固化を未然に防止できる。
【0045】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、還元剤供給停止時に加圧空気供給手段からの不要な加圧空気の供給を停止して、過給機下流の吸気系から過給空気を供給することにより、内燃機関の駆動力損失或いは電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止できる。しかも、排気中に還元剤添加が行われ且つ過給圧が所定値未満で、内燃機関が無負荷運転領域にあるときには、過給圧調整部を過給圧増大側に制御すると共に供給通路に過給機下流の吸気系からの過給空気を供給することによって、内燃機関又は電動機で駆動される加圧空気供給手段を作動させる運転域を狭くし駆動力損失を低減して燃費悪化を防止できる。なお、還元剤が尿素水の場合には、供給通路内への尿素水の還元剤の水分蒸発による尿素の固化を未然に防止できる。
【0046】
請求項2の発明は、排気中に還元剤添加が行われ且つ過給圧が所定値以上のときには、供給通路に過給機下流の吸気系からの過給空気を供給することによって、加圧空気供給手段の負荷を必要最小限に抑制でき、その耐久性を確保でき、内燃機関の駆動力損失或いは電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止できる。
【0048】
請求項3の発明は、排気中に還元剤添加が行われ且つ過給圧が所定値未満で、内燃機関が無負荷運転領域以外にあるときに、更に、燃費算出手段によって加圧空気供給手段の作動による燃費よりも加圧空気供給手段の作動停止且つ過給圧調整手段を過給圧増大側への制御による燃費が向上する際に、過給圧調整部を過給圧増大側に制御すると共に供給通路に過給機のコンプレッサ下流の吸気系からの過給空気を供給することによって、内燃機関又は電動機で駆動される加圧空気供給手段を作動させる運転域を狭くし駆動力損失を低減して燃費悪化を防止できる。
【0049】
請求項4の発明は、還元剤供給停止時に加圧空気供給手段からの不要な加圧空気の供給を停止して、過給機下流の吸気系から過給空気を供給することにより、内燃機関の駆動力損失或いは電動機の電力消費を低減して燃費悪化を防止する。なお、還元剤が尿素水の場合には、供給通路内への尿素水の還元剤の水分蒸発による尿素の固化を未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての内燃機関のNOx浄化装置とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図2】図1のNOx浄化装置のエンジン制御ルーチンのフローチャートである。
【図3】図1のNOx浄化装置のアシストエアの切換え制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
2 排気系
3 エンジンECU
4 排気系ECU
6 ターボチャージャー
23 SCR触媒
22 尿素水供給装置
29 三方切換弁
31 ブースト圧エア管
34 流量調整弁
35 エアコンプレッサ
r1 供給通路
qu 運転状態相当の尿素水供給量
Ac ターボ制御手段
B0 添加制御手段
B1 アシストエア切換え制御手段
B2 燃費算出手段
B3 尿素水供給検出手段
I 吸気路
Tca 触媒温度
VGα ターボ切換え信号
Claims (4)
- 内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のNOxを選択還元するNOx触媒、
前記NOx触媒上流の前記排気系に連通する供給通路を介して還元剤を供給する還元剤供給手段、
前記内燃機関又は電動機により駆動され、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の供給部位より上流の前記供給通路に加圧空気を供給する加圧空気供給手段、
前記排気系の前記NOx触媒の上流に設けられ前記内燃機関に導入される給気を過給すると共に前記吸気系の前記過給機下流の過給圧を調整する過給圧調整部を備えた過給機と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態判定手段、
前記内燃機関が前記過給機下流の前記吸気系の過給圧を検出する圧力センサ、
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記供給通路に前記過給機下流の前記吸気系からの過給空気及び前記加圧空気供給手段からの加圧空気の何れか一方を供給し、更に、前記内燃機関の運転状態に応じた還元剤供給量がゼロを越え、且つ前記圧力センサにより検出された圧力が所定値未満で且つ前記運転状態判定手段より前記内燃機関が無負荷運転領域にあると判定されたとき、過給圧が増大するよう前記過給圧調整部を制御すると共に前記供給通路に前記過給機下流の吸気系からの過給空気を供給するように制御する制御手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関のNOx浄化装置。 - 請求項1に記載の内燃機関のNOx浄化装置において、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が還元剤を供給すべき運転状態或いは還元剤の供給中に前記圧力センサにより検出された過給圧が所定値以上のとき、前記供給通路に過給機下流の前記吸気系からの過給空気を供給することを特徴とする内燃機関のNOx浄化装置。 - 請求項1に記載の内燃機関のNOx浄化装置において、
少なくとも前記過給圧調整部の調整有無に応じた内燃機関の燃料消費量を求める燃費算出手段を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じた還元剤供給量がゼロを越え、且つ前記圧力センサにより検出された圧力が所定値未満で且つ前記運転状態判定手段により前記内燃機関が無負荷運転領域以外にあると判定されたとき、更に、前記燃費算出手段によって前記加圧空気供給手段の作動による燃費よりも前記加圧空気供給手段の作動停止且つ前記過給圧調整手段を過給圧増大側への制御による燃費が向上する際に、過給圧が増大するよう前記過給圧調整部を制御すると共に前記供給通路に前記過給機下流の前記吸気系からの過給空気を供給するよう制御することを特徴とする内燃機関のNOx浄化装置。 - 内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中のNOxを選択還元するNOx触媒、
前記NOx触媒上流の前記排気系に連通する供給通路を介して還元剤を供給する還元剤供給手段、
前記内燃機関又は電動機により駆動され、前記還元剤供給手段から供給される還元剤の供給部位より上流の前記供給通路に加圧空気を供給する加圧空気供給手段、
前記排気系の前記NOx触媒の上流に設けられ前記内燃機関に導入される給気を過給する過給機、
還元剤の供給有無を検出する還元剤供給検出手段、
前記還元剤供給検出手段により検出された還元剤の供給量に応じて、前記供給通路に前記過給機下流の前記吸気系からの過給空気及び前記加圧空気供給手段からの加圧空気の何れか一方を供給する制御手段、
を備えたことを特徴とする内燃機関のNOx浄化装置。
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