JP4148254B2 - 内燃機関の排気浄化システム及び、排気浄化装置の浄化能力の再生方法。 - Google Patents

内燃機関の排気浄化システム及び、排気浄化装置の浄化能力の再生方法。 Download PDF

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Description

本発明は内燃機関の排気浄化システム及び、排気浄化装置の浄化能力の再生方法に関する。
内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術において例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、吸蔵
されたＮＯxの量が増加すると浄化能力が低下するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯxを還元放出することが行われる（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。さらに、ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵され、浄化能力が低下するＳＯx被毒を解消するために、ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給する場合もある（以下、「ＳＯx再生処理」という。）。
そして、上記したＮＯx触媒などの排気浄化装置に還元剤を供給して、浄化能力を再生
する際には、供給された還元剤が排気浄化装置の内部に充分に拡散および反応できる時間を確保するため、排気浄化装置に導入される排気の流量を抑える方が望ましいことが知られている。
これに対し、排気浄化システム（以下、排気浄化装置及び、その制御系を含め、「排気浄化システム」という。）において複数の分岐通路及び各分岐通路に配置された排気浄化装置を備えるようにし、それらの排気浄化装置のうちの一つに導入される排気の流量を、流路断面積を変更可能な弁によって所定量まで抑えた上で、導入する排気の流量が抑えられた排気浄化装置に還元剤としての燃料を供給することにより、供給された燃料が効率よく排気浄化装置の浄化能力の再生に用いられるとともに、内燃機関の運転性能に及ぼす影響を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献１または特許文献２参照。)。
しかし、上記技術においても、排気浄化装置における排気の流量を例えば等速で減少させたような場合には、還元剤の添加タイミングとの関係において、還元剤が前記排気浄化装置に到達しなかったり、排気浄化装置を還元剤がすり抜けてしまったりするおそれがあった。その結果、還元剤を前記排気浄化装置の全体に確実に供給し、効率良く浄化能力の再生を行うことが困難になる場合があった。
特開２００３−１０６１４２号公報 特開２００３−７４３２８号公報 特開２００４−５２６０３号公報
本発明の目的とするところは、排気通路から分岐された複数個の分岐通路と、各分岐通路に設けられた排気浄化装置を組み合わせた排気浄化システムにおいて、より確実にまたはより効率良く、排気浄化装置の浄化能力を再生することができる技術を提供することである。
上記目的を達成するための本発明は、排気通路が複数の分岐通路に分岐するとともに、各分岐通路に、排気浄化装置と還元剤添加手段と排気流量制御弁と、を備えた排気浄化システムであって、
前記排気浄化装置の浄化能力の再生処理を行う際には、前記複数の分岐通路のうち、浄化能力を再生すべき排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気流量制御弁の開度を、前記再生処理を行う前の開度より閉じ側の所定の第１開度まで閉弁し、その開度を維持したうえで、前記還元剤添加手段から還元剤を添加することを最大の特徴とする。
より詳しくは、一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過するとともに、途中で複数の分岐通路に分岐する排気通路と、
前記複数の分岐通路の各々に設けられ、各分岐通路を通過する前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記複数の分岐通路の各々に設けられ、各分岐通路を通過する排気の流量を制御する排気流量制御弁と、
前記複数の分岐通路の各々における前記排気浄化装置の上流に設けられるとともに各分岐通路を通過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記複数の分岐通路の一つに設けられた前記排気浄化装置に還元剤を供給して該排気浄化装置の浄化能力の再生処理を行う際には、前記複数の分岐通路のうち、前記再生処理を行うべき前記排気浄化装置が設けられた分岐通路における前記排気流量制御弁の開度を、前記再生処理を行う前の開度と比較して閉じ側の所定の第１開度とし、前記排気流量制御弁の開度が前記第１開度に維持されている期間中に前記還元剤添加手段から還元剤を添加し、該還元剤の添加終了後に前記排気流量制御弁の開度を前記第１開度よりさらに閉じ側の所定の第２開度とする浄化能力再生制御手段と、
を備えることを特徴とする。
ここで、上記の分岐通路のいずれかに備えられた排気浄化装置の浄化能力を再生するために排気浄化装置に還元剤を供給する場合について考える。このような場合には、通常、排気流量制御弁を閉弁することによって、排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気の流れを遮断するとともに、排気浄化装置の上流側に設けられた還元剤添加手段によって、排気浄化装置に流入する排気に還元剤を添加する。
しかし、前述のように排気流量制御弁が例えば等速に閉弁し、あるいは排気の流量が等速で減少するように閉弁された場合（以下、これらをまとめて「排気流量制御弁を一意的に閉弁し」と表現する。）には、排気流量制御弁の開度と、還元剤添加手段からの還元剤の添加タイミングとの関係によっては、添加された還元剤の一部は、排気浄化装置まで到達しなかったり排気浄化装置をすり抜けてしまったりして、排気浄化装置の浄化能力の再生に用いられないおそれがあった。そうすると、排気浄化装置の浄化能力の再生処理を効率よく完了させることが困難な場合があった。
そこで、本発明においては、排気通路が複数の分岐通路に分岐するとともに、各分岐通路に、排気浄化装置と還元剤添加手段と排気流量制御弁とを備えた排気浄化システムについて、排気浄化装置の浄化能力の再生の際には、浄化能力を再生すべき排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気流量制御弁を、再生処理を行う前の開度と比較して閉じ側の所定の第１開度まで閉弁し、この第１開度を維持した上で還元剤添加手段から還元剤を添加し、該還元剤の添加の終了後に排気流量制御弁を前記第１開度よりさらに閉じ側の所定の第２開度とすることにした。
ここで、第１開度とは、再生処理時における排気流量制御弁の開度の変化範囲、すなわち再生処理を行う前の排気流量制御弁の開度と最終的に制御されるべき第２開度によって定められる開度の範囲の中間よりも閉じ側の開度とする。この第１開度は還元剤添加手段から添加された還元剤を確実に輸送可能な最低の開度としてもよい。また、第２開度とは、排気流量制御弁をこの開度にした場合には、排気浄化装置を通過する排気の流量が充分に少なく、還元剤添加手段から添加された還元剤が排気浄化装置の内部において拡散およ
び反応する時間を充分に確保できる開度である。この第２開度は例えば全閉状態における開度であってもよい。
これによれば、まず、排気流量制御弁を第１開度とすることにより、浄化能力を再生すべき排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気の流量を減少させる。そして、排気流量制御弁の開度が第１開度に維持されている期間中に、還元剤添加手段から還元剤が添加される。
従って、還元剤添加手段からの還元剤の添加タイミングが多少の誤差を伴っていたとしても、添加タイミングの誤差によって還元剤の排気浄化装置への拡散状態が変化することを抑制でき、排気流量制御弁の開度が一意的に変化する場合と比較して、より安定して還元剤を排気浄化装置の全体に拡散させることができる。また、その際に、排気の流量が減少しているので、還元剤の添加期間自体を長く設定することができ、還元剤の添加量の精度を向上させることができる。さらに、還元剤添加の終了後に排気流量制御弁を第２開度まで閉弁するタイミングにも高精度が要求されなくなる。
その結果、より確実にまたはより効率的に排気浄化装置の浄化能力の再生処理を完了させることができる。
また、本発明においては、前記排気流量制御弁の開度が第１開度に維持されている期間中における、還元剤が添加されている期間の前および／または後には、還元剤が添加されない所定の還元剤不添加期間が設けられるようにしてもよい。
すなわち、浄化能力を再生すべき排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気流量制御弁の開度が、第１開度に維持されている期間において、前段の還元剤不添加期間が経過してから還元剤添加手段より還元剤が添加されるようにし、還元剤の添加が終了してから後段の還元剤添加期間が経過するのを待ち、その後に排気流量制御弁を第２開度までさらに閉弁させるようにしてもよい。
そうすれば、前段の還元剤不添加期間を確保することにより、浄化能力を再生すべき排気浄化装置に導入される排気の流量が、排気流量制御弁の第１開度によって実現される流量、例えば還元剤を確実に輸送可能な最低の流量に充分に落ち着いてから該排気に還元剤を添加することができる。また、後段の還元剤不添加期間を確保することにより、排気に添加された還元剤が排気浄化装置に導入され、充分に排気浄化装置の全体に拡散する時間を確保することができる。その結果、より確実に還元剤を排気浄化装置の全体に過不足なく拡散させることができ、より効率的に排気浄化装置の浄化能力の再生処理を完了させることができる。
なお、上記の前段の還元剤不添加期間と後段の還元剤不添加期間とは同じ期間にする必要はない。前段の還元剤不添加期間としては、浄化能力を再生すべき排気浄化装置に導入される排気の流量が排気流量制御弁の第１開度によって実現される流量に落ち着く最適な期間を、後段の還元剤不添加期間としては、排気に添加された還元剤が排気浄化装置に導入され充分に排気浄化装置の全体に拡散できる最適な期間を予め実験的に求めるようにしてもよい。また、これらの期間の最適値を内燃機関の運転状態に応じて変更するようにしてもよい。さらに、前段の還元剤不添加期間と後段の還元剤不添加期間とのどちらか一方だけを設けるようにしてもよい。
また、本発明においては、浄化能力再生制御手段によって前記排気流量制御弁の開度を前記第１開度から前記第２開度まで閉弁させる際には、所定の第１速度以上の閉弁速度で閉弁するようにしてもよい。
ここで所定の第１速度とは、前記排気流量制御弁の閉弁動作を開始する時点における、排気浄化装置内での還元剤の拡散状態を充分に維持したまま前記排気流量制御弁を第２開度まで閉弁できる閾値としての閉弁速度とする。この第１速度は予め実験的に求められる。そうすれば、還元剤添加手段より添加された還元剤が排気浄化装置の全体に拡散した時点で、排気浄化装置を通過する排気の流量を速やかに還元剤添加手段から添加された還元剤が排気浄化装置の内部において拡散および反応する時間を確保するのに充分少ない流量とすることができ、より確実に、還元剤を排気浄化装置の全体に過不足なく拡散させることができる。
また、本発明においては、浄化能力再生制御手段によって前記排気流量制御弁の開度を前記第１開度まで閉弁させる際の閉弁速度は、前記還元剤の添加後、前記排気流量制御弁の開度を前記第１開度から前記第２開度まで閉弁させる際の閉弁速度より遅くしてもよい。
そうすれば、前記排気流量制御弁の開度を第１開度にする際の閉弁速度を遅く設定できるので、排気通路における急激な背圧の変化を抑制でき、急激な機関トルクの変動によるドライバビリティの悪化を抑制することができる。また、前記排気流量制御弁の開度をゆっくりと第１開度に変化させることとなるので、より精度のよい弁制御が可能となり、前記排気流量制御弁の開度をより正確に第１開度とすることができる。
また、本発明における排気浄化装置の浄化能力の再生方法は、内燃機関の排気通路が途中で分離して形成された複数の分岐通路の各々に設けられた排気浄化装置のいずれかに還元剤を供給してその排気浄化装置の浄化能力を再生させる、内燃機関における排気浄化装置の浄化能力の再生方法であって、
前記複数の分岐通路のうち、浄化能力を再生すべき前記排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気の流量を、再生開始前の流量より少ない所定の第１流量とする第１流量減少工程と、
前記第１流量減少工程の後に実施され、前記排気の流量を前記第１流量に維持するとともに前記排気に還元剤を添加する還元剤添加工程と、
前記還元剤添加工程の後に実施され、前記排気の流量を前記第１流量から、さらに少ない所定の第２流量とする第２流量減少工程と、
を有することを特徴とする。
ここで、第１流量とは、再生処理時における排気の流量の変化範囲、すなわち再生処理を行う前の排気の流量と最終的に制御されるべき第２流量によって定められる排気の流量の範囲の中間よりも少ない流量とする。この第１流量は還元剤を確実に排気浄化装置まで輸送可能な最低の排気の流量としてもよい。また、第２流量とは、供給された還元剤が排気浄化装置の内部において拡散および反応する時間を確保できる、充分に少ない排気の流量である。この第２流量は略零としてもよい。
これによれば、まず、第１流量減少工程によって、浄化能力を再生すべき前記排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気の流量を減少させ、還元剤添加工程においては、浄化能力を再生すべき前記排気浄化装置に導入される排気の流量を第１流量に維持するとともに前記排気に還元剤を添加することができる。
従って、排気に還元剤が添加されるタイミングが多少の誤差を伴っていたとしても、添加タイミングの誤差によって還元剤の排気浄化装置への拡散状態が変化することを抑制でき、排気の流量が例えば等速で変化する場合と比較して、より安定して還元剤を排気浄化装置の全体に拡散させることができる。また、その際に、排気の流量が減少しているので
、還元剤の添加期間自体を長く設定することができ、還元剤の添加量の精度を向上させることができる。さらに、第２流量減少工程において前記排気の流量を第２流量とするタイミングにも高精度が要求されなくなる。
その結果、より確実にまたはより効率的に排気浄化装置の浄化能力の再生処理を完了させることができる。
また、本発明における排気浄化装置の浄化能力の再生方法では、前記還元剤添加工程において、前記還元剤が添加されている期間の前および／または後に、前記排気の流量が前記第１流量に維持されるとともに前記還元剤が添加されない所定の還元剤不添加期間が設けられるようにしてもよい。
そうすれば、前段の還元剤不添加期間を確保することにより、浄化能力を再生すべき排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気の流量が、充分に第１流量に安定してから、排気に還元剤を添加することができる。また、後段の還元剤不添加期間を確保することにより、還元剤の添加が終了した後、添加された燃料が排気浄化装置の全体に充分に拡散する時間を確保することができる。その結果、より確実またはより効率的に排気浄化装置の浄化能力の再生処理を完了させることができる。
また、本発明における排気浄化装置の浄化能力の再生方法では、前記第２流量減少工程において前記排気の流量を前記第２流量まで減少させる際の、前記排気の流量の減少速度は、所定の第２速度であるようにしてもよい。
ここで、所定の第２速度とは、第２流量減少工程の開始時において第１流量の排気によって輸送されている還元剤が、その時点の拡散状態を維持したまま、換言すると排気浄化装置の長さに対して充分に小さい距離しか輸送されずに、排気流量を第２流量まで減少できる排気流量の変化速度のことである。そうすれば、より確実に、還元剤を排気浄化装置の全体に過不足なく拡散した状態を維持することができる。
また、本発明における排気浄化装置の浄化能力の再生方法では、前記第１流量減少工程において、前記排気の流量を前記第１流量にする際の前記排気の流量の減少速度は、前記第２速度より遅い所定の第３速度であるようにしてもよい。
ここで、所定の第３速度とは、第２速度より遅く、前記排気の流量を第１流量にする際に充分高い制御性をもって流量の制御が可能であり、または、急激な機関トルクの変動を充分に抑制できる流量の変化速度の値である。
そうすれば、第１流量減少工程における、分岐通路の背圧の急激な変化を抑制でき、急激な機関トルクの変動によるドライバビリティの悪化を抑制することができる。また、前記排気の流量をより正確に第１流量に制御することができる。
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
本発明にあっては、排気通路から分岐された複数個の分岐通路と、各分岐通路に設けられた排気浄化装置を組み合わせた排気浄化システムにおいて、より確実にまたはより効率良く、排気浄化装置の浄化能力を再生することができる。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
図１において、内燃機関１には、内燃機関１からの排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中の微粒子物質（例えば、煤）やＮＯxを浄化する排気浄化部１０が配置され
ている。以下、排気管５において、排気浄化部１０の上流を第１排気管５ａ、下流を第２排気管５ｂという。また、排気浄化部１０内では、第１排気管５ａは、第１分岐通路１０ａ、第２分岐通路１０ｂに分岐されており、この第１分岐通路１０ａ及び第２分岐通路１０ｂは下流において合流し、第２排気管５ｂを形成している。そして、第１分岐通路１０ａには、排気中の微粒子物質（例えば、煤）を捕集し、さらに排気中のＮＯxを吸蔵還元
する第１排気浄化装置１１ａが設けられており、第２分岐通路１０ｂには、同じく第２排気浄化装置１１ｂが設けられている。ここで、第１排気管５ａ及び、第２排気管５ｂは、本実施例における排気通路を構成する。第１分岐通路１０ａ及び、第２分岐通路１０ｂは本実施例における分岐通路を構成する。
本実施例における第１排気浄化装置１１ａの内部にはそれぞれ、吸蔵還元型ＮＯx触媒
が担持された第１ＮＳＲ１１０ａ、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタに吸蔵還元型ＮＯx触媒が担持された第１ＤＰＮＲ１１１ａが直列に配置されている。また、第２排気
浄化装置１１ｂには同じく第２ＮＳＲ１１０ｂ、第２ＤＰＮＲ１１１ｂが直列に配置されている。
また、第１分岐通路１０ａにおける、第１排気浄化装置１１ａの下流部分には、第１分岐通路１０ａを通過する排気の流量を制御する第１弁１２ａが備えられている。同様に、第２分岐通路１０ｂにおける、第２排気浄化装置１１ｂの下流部分には、第２弁１２ｂが備えられている。なお、上記の第１弁１２ａ及び第２弁１２ｂは、本実施例における排気流量制御弁である。
また、図１中、第１分岐通路１０ａにおける第１排気浄化装置１１ａの上流側には、第１排気浄化装置１１ａのＮＯx還元処理などの際に、還元剤としての燃料を排気に添加す
る第１燃料添加弁１４ａが備えられている。同様に、第２分岐通路１０ｂにおける第２排気浄化装置１１ｂの上流側には、第２燃料添加弁１４ｂが備えられている。なお、上記の第１燃料添加弁１４ａ及び第２燃料添加弁１４ｂは、本実施例における還元剤添加手段を構成する。
以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設さ
れている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する他、内燃機関１の排気浄化部１０に係る制御を行うユニットである。
ＥＣＵ３５には、図示しないクランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における第
１弁１２ａ、第２弁１２ｂ及び、第１燃料添加弁１４ａ、第２燃料添加弁１４ｂが電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。第１排気浄化装置１１ａ、第２排気浄化装置１１ｂに吸蔵されたＮＯxを還元放出
させるためのＮＯx還元処理ルーチンの他、第１排気浄化装置１１ａ、第２排気浄化装置
１１ｂに吸蔵されたＳＯxを還元放出させるためのＳＯx再生処理ルーチン（各々の説明は省略）なども、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。
次に、本実施例の排気浄化システムにおける、浄化性能の再生処理の制御の例として、第１排気浄化装置１１ａのＮＯx還元処理について説明する。図２にはまず従来の、第１
排気浄化装置１１ａに対するＮＯx還元処理時における、第１弁１２ａ及び第１燃料添加
弁１４ａの制御と、その際の排気流量及び第１排気浄化装置１１ａをすり抜ける燃料の量の変化についてのタイムチャートを示す。
ここで、第１排気浄化装置１１ａのＮＯx還元処理を行う際には、まず、時点ｔ１にお
いて第１弁１２ａに全閉指令が出される。そうすると、第１弁１２ａは閉弁動作を開始する。第１弁１２ａの閉弁動作に伴い、第１分岐通路１０ａを通過する排気流量が減少を開始する。そして時点ｔ２において第１分岐通路１０ａを通過する排気流量は、輸送可能最小流量となる。この輸送可能最小流量とは、第１燃料添加弁１４ａから添加された還元剤を下流側に確実に輸送できる最小の排気流量である。なお、この輸送可能最小流量は本実施例において第１流量に相当する。また、今後、この輸送可能最小流量を実現するための第１弁１２ａの開度を輸送可能最小開度と呼ぶ。また、この時点における第１弁１２ａの開度は本実施例において第１開度に相当する。そして、時点ｔ３において第１弁１２ａは全閉状態となり、第１分岐通路１０ａを通過する排気流量も略零となる。
この過程において第１燃料添加弁１４ａから還元剤としての燃料が添加され（詳細は後述）、その後第１排気浄化装置１１ａの全体に燃料が拡散する。そして、第１排気浄化装置１１ａにおけるＮＯx還元反応が終了すると考えられる時点ｔ４においてＥＣＵ３５か
ら第１弁１２ａに全開指令が出され、第１弁１２ａは開弁動作を開始するとともに、第１分岐通路１０ａを通過する排気流量も増加し始める。
上記の制御において、時点ｔ１から時点ｔ４までの間のいずれかのタイミングで、第１燃料添加弁１４ａから還元剤としての燃料の添加が行われる。この燃料添加のタイミングによって、添加された燃料の第１排気浄化装置１１ａへの拡散の仕方及び第１排気浄化装置１１ａをすり抜ける燃料の量が大きく異なる。例えば、図中Ａのタイミングで燃料添加を行った場合には、排気流量が比較的多い状態での添加になるので、燃料が第１排気浄化装置１１ａに導入された際の速度が速すぎ、多くの燃料が早い時点で第１排気浄化装置１１ａをすり抜けてしまう。
また、第１分岐通路１０ａを通過する排気流量が輸送可能最小流量となる時点ｔ２前後の図中Ｂのタイミングで燃料添加を行った場合には、上述の場合のように大量の燃料が第１排気浄化装置１１ａをすり抜けはしないものの、添加された燃料の一部は早い時点で第１排気浄化装置１１ａをすり抜け、一部は第１排気浄化装置１１ａに到達しないうちに排気流量が零になってしまう。従って、時点ｔ４において第１弁１２ａに全開指令が出された後に、第１排気浄化装置１１ａに到達しなかった燃料は、速い速度で第１排気浄化装置１１ａに流入してすり抜けてしまう。
また、第１分岐通路１０ａを通過する排気の排気流量が略零となる時点ｔ３前後の図中
Ｃのタイミングで燃料添加が行われた場合には、殆どの燃料が第１排気浄化装置１１ａに到達しないうちに排気流量が零となってしまう。その結果、第１弁１２ａに全開指令が出される時点ｔ４以降に、殆どの燃料が第１排気浄化装置１１ａをすり抜けてしまう。
そこで、本実施例においては、ＮＯx還元処理時においてはまず、第１弁１２ａをゆっ
くりと輸送可能最小開度まで閉弁し、この後、輸送可能最小開度を維持するとともに、輸送可能最小開度を維持している期間中に第１燃料添加弁１４ａから燃料添加を行い、さらに、その後所定の待ち時間の経過後に、第１弁１２ａを可及的に高速で全閉するようにした。
図３には本実施例における、第１排気浄化装置１１ａに対するＮＯx還元処理時の、第
１弁１２ａ及び第１燃料添加弁１４ａの制御と、その際の排気流量及び第１排気浄化装置１１ａをすり抜ける燃料の量の変化についてのタイムチャートを示す。
本実施例においては、まず、時点ｔ５において、第１弁１２ａに対して全閉命令ではなく、輸送可能最小開度まで閉弁すべき命令が出される。そうすると第１弁１２ａは、全開の状態から閉弁動作に入る。そして時点ｔ６において輸送可能最小開度に達する。ここで輸送可能最小開度の値は、機関回転数、機関負荷、吸入空気量、排気温度のうちの少なくとも一つのパラメータとの関係においてマップ化されており、当該マップから時点ｔ５における各パラメータに応じた値が読み出されることによって得られる。またここで、時点ｔ５から時点ｔ６までの時間は時点ｔ１から時点ｔ２までの時間より長く設定されている。すなわち、第１弁１２ａの動作速度は、図１で説明した制御と比較して低速になっている。ここで第１弁１２ａの動作速度によって実現される排気流量の減少速度は、本実施例における第３速度に相当する。
そして、時点ｔ６から時点ｔ９までの期間においては、第１弁１２ａの開度は輸送可能最小開度に維持される。その間の制御を詳細に説明すると、時点ｔ６の後、第１分岐通路１０ｂを通過する排気流量が輸送可能最小流量に落ち着くのを待って、時点ｔ７において第１燃料添加弁１４ａからの燃料添加が開始される。そして、第１排気浄化装置１１ａの全体に燃料を拡散できる量の燃料が添加された時点ｔ８で燃料添加が終了する（図中Ｄ）。さらに時点ｔ８から時点ｔ９までの間は第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度に維持される。ここで、時点ｔ８から時点ｔ９までの時間は、添加された燃料が確実に第１排気浄化装置１１ａに到達するのに必要な時間として予め導出された時間である。従って、時点ｔ９においては、添加された燃料が確実に第１排気浄化装置１１ａの全体に拡散していると考えられる。
そして時点ｔ９において第１弁１２ａに全閉命令が出され、第１弁１２ａにおいて実行可能な最高速の閉弁速度で速やかに全閉状態に移行される。そうすると、第１分岐通路１０ａを通過する排気流量も可及的に速やかに減少し、時点ｔ１０において略零となる。ここで、時点ｔ９において第１排気浄化装置１１ａの全体に拡散した燃料は、そのままの拡散状態を維持することになる。ここにおいて第１弁１２ａにおいて実行可能な最高速の閉弁速度は、先述の第１速度以上の速度であり、これにより実現される排気流量の減少速度は第２速度に相当する。また、本実施例においては第２開度は全閉状態における開度すなわち開度零を意味し、第２流量は全閉状態における流量すなわち略零を意味する。
その後、第１排気浄化装置１１ａの全体に拡散した燃料によって全体のＮＯxの還元反
応が終了するのを待ち、時点ｔ１１において第１弁１２ａに全開命令が出される。
以上のような制御を行った場合、まず第１に第１弁１２ａの開度がゆっくりと輸送可能最小開度まで移行するので、第１弁１２ａの制御性自体を向上させることができ、第１弁
１２ａの開度を精度よく輸送可能最小開度とすることができる。また、分岐通路１０ａにおける背圧の変化による急激な機関トルクの変化を抑制でき、ドライバビリティの悪化を抑制できる。次に、第１弁１２ａを輸送可能最小開度に維持した状態で燃料が添加されるので、添加された燃料の輸送速度自体を可及的に遅くすることができ、添加された燃料の第１排気浄化装置１１ａへの拡散に対する制御性を向上させることができる。
また上述のように、第１弁１２ａを輸送可能最小開度にしてから、実際に第１分岐通路１０ａを通過する排気流量が輸送可能最小流量に落ち着くのを待ってから、燃料が添加されるので、より正確に添加された燃料の第１排気浄化装置１１ａへの拡散を制御することができる。さらに、燃料の添加が終了したのち、添加された燃料が第１排気浄化装置１１ａに到達し、全体に拡散するのに必要な時間が経過するのを待ち、その後即座に全閉されるので、添加された燃料をより確実に、第１排気浄化装置１１ａの全体に拡散させることができる。
上記の結果として、図３の最下段のグラフに示すように第１排気浄化装置１１ａをすり抜ける燃料の量を低減することができ、より確実にまたは効率よく第１排気浄化装置１１ａのＮＯx還元処理を完了させることができる。
図４には、本実施例において上記の制御を行うためのＮＯx還元処理ルーチンのフロー
チャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ３５内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり内燃機関１の稼動中は所定期間毎に実行される。
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１においてＮＯx還元処理要求が出されている
かどうかが判定される。ここで、ＮＯx還元処理要求は、前回のＮＯx還元処理の終了時から所定期間が経過した時点で出されるようにしてもよいし、第１排気浄化装置１１ａの下流を流動する排気のＮＯxの濃度が許容値を超えた時点で出されるようにしてもよい。Ｓ
１０１においてＮＯx還元処理要求が出されていないと判定された場合には一旦本ルーチ
ンを終了する。一方、ＮＯx還元処理要求が出されていると判定された場合にはＳ１０２
に進む。
Ｓ１０２においては、第１弁１２ａに閉弁命令が出される。この場合の開度目標は輸送可能最小開度とされる。この閉弁動作における閉弁速度は、前述のように充分に高い第１弁１２ａの制御性とドライバビリティとを確保できる速度に設定されている。この閉弁速度によって実現される排気流量の減少速度は、前述した第３速度である。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。
Ｓ１０３においては、第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度に達したかどうかが判定される。具体的には第１弁１２ａの開度を検出する開度センサを設けておき、該開度センサの出力をＥＣＵ３５に取り込むことによって判定してもよい。ここで第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度に達していないと判定される場合にはＳ１０２の処理の前に戻り第１弁１２ａの閉弁動作を継続する。一方第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度に達したと判定された場合にはＳ１０４に進む。
Ｓ１０４においては、第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度となってから前段の還元剤不添加期間が経過したかどうかが判定される。ここで前段の還元剤不添加期間とは、第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度となってから、第１分岐通路１０ａを流動する排気の流量が輸送可能最小流量に安定するまでの期間であり、図３におけるｔ６からｔ７の期間に相当する。
このＳ１０４において、第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度となってから前段の還
元剤不添加期間が経過していないと判定された場合にはＳ１０４の処理の前に戻り、前段の還元剤不添加期間が経過するのを待つ。一方、第１弁１２ａの開度が輸送可能最小開度となってから前段の還元剤不添加期間が経過したと判定された場合には、第１分岐通路１０ａを流動する排気の流量が輸送可能最小流量に充分に安定したと判断されるので、Ｓ１０５に進む。
Ｓ１０５においては、第１燃料添加弁１４ａから還元剤としての燃料の添加が開始される。Ｓ１０５の処理が終了するとＳ１０６に進む。
Ｓ１０６においては、第１燃料添加弁１４ａからの燃料添加が終了したかどうかが判定される。具体的には、第１排気浄化装置１１ａの全体に拡散される量の燃料が第１燃料添加弁１４ａから添加されたかどうかが判定される。この燃料の量は第１排気浄化装置１１ａの容量などから予め定めされた量である。ここで、第１排気浄化装置１１ａの全体に拡散される量の燃料がまだ添加されていないと判定された場合には、Ｓ１０５の処理の前に戻り、第１燃料添加弁１４ａからの燃料の添加が継続される。一方、第１排気浄化装１１ａの全体に拡散される量の燃料が既に添加されたと判定された場合には燃料の添加を終了してＳ１０７に進む。
Ｓ１０７においては、第１燃料添加弁１４ａからの燃料の添加が終了されてから後段の還元剤不添加期間が経過したかどうかが判定される。ここで後段の還元剤不添加期間とは、第１分岐通路１０ａを通過する排気の排気流量が輸送可能最小開度である場合に、添加された燃料が第１排気浄化装置１１ａに到達し、全体に拡散されると考えられる時間であり、図３におけるｔ８からｔ９の期間に相当する。
Ｓ１０７において後段の還元剤不添加期間が経過していないと判定された場合には、Ｓ１０７の処理の前まで戻り、Ｓ１０７の処理が再度実行される。すなわち、Ｓ１０７において後段の還元剤不添加期間が経過したと判定されるまで、Ｓ１０７の処理が繰り返し実行される。そして、Ｓ１０７において後段の還元剤不添加期間が経過したと判定された場合には、添加された燃料が充分に第１排気浄化装置１１ａに拡散したと判断されるので、Ｓ１０８に進む。
Ｓ１０８においては、第１弁１２ａを速やかに全閉させる。この際の閉弁速度は、前述のように、少なくともＳ１０２の処理における閉弁動作における閉弁速度よりは早い速度であり、第１弁１２ａにおいて実行可能な最高速の閉弁速度である。この閉弁速度により実現される排気流量の減少速度は、前述のように本実施例における第２速度に相当する。そうすることにより、第１分岐通路１０ａを流動する排気の流量を可及的に速やかに略零にすることができ、燃料が第１排気浄化装置１１ａの全体に拡散した状態を維持することができる。Ｓ１０８の処理が終了するとＳ１０９に進む。
Ｓ１０９においては、Ｓ１０８において第１弁１２ａが全閉されてから、第１排気浄化装置１１ａにおけるＮＯx還元反応が終了したかどうかが判定される。具体的には、今回
のＮＯx還元処理の開始時において第１排気浄化装置１１ａに蓄積していたＮＯxの量と、Ｓ１０５からＳ１０６の処理において添加された燃料の量とから定まる反応時間が経過したかどうかを判定するようにしてもよい。ここでＮＯx還元反応が終了していないと判定
された場合にはＳ１０９の処理の前に戻り、ＮＯx還元反応が終了するまでＳ１０９の処
理を繰り返し実行する。Ｓ１０９においてＮＯx還元反応が終了したと判定された場合に
はＳ１１０に進む。
Ｓ１１０においては、第１弁１２ａに全開指令が出され、第１弁１２ａが全開状態となる。Ｓ１１０の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
なお、上記のフローにおいて、Ｓ１０２及びＳ１０３の処理は第１流量減少工程に相当する。また、Ｓ１０４からＳ１０７までの処理は還元剤添加工程に相当する。さらに、Ｓ１０８の処理は第２流量減少工程に相当する。また、上記のＮＯx還元処理ルーチンを実
行するＥＣＵ３５は、本実施例において浄化能力再生制御手段を構成する。
なお、上記の実施例においては、第１排気浄化装置１１ａのＮＯx還元処理を行う場合
について説明したが、第２排気浄化装置１１ｂのＮＯx還元処理を行う場合については、
第１分岐通路１０ａと第２分岐通路１０ｂ、第１排気浄化装置１１ａと第２排気浄化装置１１ｂ、第１弁１２ａと第２弁１２ｂ、第１燃料添加弁１４ａと第２燃料添加弁１４ｂとを入れ替えた制御を行えばよい。
また、上記実施例において第１弁１２ａを輸送可能最小開度まで閉弁させる際には、閉弁時における第１弁１２ａの閉弁速度をフィードバック制御によって望ましい速度に制御してもよい。すなわち、第１弁１２ａの開度の変化速度が、最も高い制御性が得られる速度となるようにまたは、第１弁１２ａの閉弁動作がドライバビリティに及ぼす影響が少ない速度となるようにフィードバック制御を行うようにしてもよい。
そうすれば、より確実に第１弁１２ａの輸送可能最小開度への制御性をより高めることができ、あるいは、より確実にトルクショックによるドライバビリティの悪化を抑制することができる。
また、上記実施例においては、本発明を第１排気浄化装置１１ａのＮＯx還元処理に適
用した例について説明したが、第１排気浄化装置１１ａに還元剤を添加することにより実現される他の浄化能力再生処理について適用してもよい。他の浄化能力再生処理の例としては、ＳＯx再生処理やＰＭ再生処理を挙げることができる。
ここで、例えば本発明をＳＯx再生処理に適用する場合には、図５におけるＳ１０８及
びＳ１０９の処理を省略し、Ｓ１０１からＳ１０７及びＳ１１０の処理を複数回繰り返すようなフローにしてもよい。そうすれば、第１弁１２ａが輸送可能最小開度となった状態において燃料を添加するという制御を連続的に複数回実行することができ、よりＳＯx再
生処理に適した制御とすることができる。
さらに、上記実施例においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤としての燃料を添加す
ることによりＮＯx還元処理などを実施する場合について説明したが、尿素水を還元剤と
して排気通路内に供給し、排気ガス中のＮＯxを還元する選択還元型ＮＯx触媒システムにも適用が可能である。
また、上記実施例においては、排気通路を２つの分岐通路に分岐する排気浄化システムにおいて、１方の分岐通路に備えられた排気浄化装置に対してＮＯx還元処理を行う場合
の制御について説明したが、３つ以上の分岐通路に分岐する排気浄化システムにおいて、その一部の分岐通路の排気浄化装置に対してＮＯx還元処理を行う場合に本発明を適用し
てもよい。
また、上記実施例においては第１開度を、第１燃料添加弁１４ａから添加された還元剤を下流側に確実に輸送できる最小の排気流量である輸送可能最小流量を実現するための輸送可能開度としたが、第１開度はこれに限定されない。第１開度をＮＯx還元処理が開始
される前の第１弁１２ａの開度より小さい開度とすれば、程度の差こそあれ本発明の効果を得ることができる。
また、上記実施例においては第２開度を、全閉状態における開度としたが、第２開度もこれに限られない。第１燃料添加弁１４ａから添加された燃料が第１排気浄化装置１１ａの内部において拡散および反応する時間を充分に確保できる開度であればよい。
本発明の実施例における内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 従来のＮＯx還元処理における、燃料添加のタイミングによるすり抜け燃料の量の変化を説明するための図である。 本発明の実施例１に係るＮＯx還元処理における、第１弁の開度、排気流量及びすり抜け燃料の量の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施例１におけるＮＯx還元処理ルーチンを示すフローチャートである。
符号の説明
１・・・内燃機関
５・・・排気管
５ａ・・・第１排気管
５ｂ・・・第２排気管
１０・・・排気浄化部
１０ａ・・・第１分岐通路
１０ｂ・・・第２分岐通路
１１ａ・・・第１排気浄化装置
１１ｂ・・・第２排気浄化装置
１２ａ・・・第１弁
１２ｂ・・・第２弁
１４ａ・・・第１燃料添加弁
１４ｂ・・・第２燃料添加弁
３５・・・ＥＣＵ
１１０ａ・・・第１ＮＳＲ
１１０ｂ・・・第２ＮＳＲ
１１１ａ・・・第１ＤＰＮＲ
１１１ｂ・・・第２ＤＰＮＲ

Claims (2)

  1. 一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過するとともに、途中で複数の分岐通路に分岐する排気通路と、
    前記複数の分岐通路の各々に設けられ、各分岐通路を通過する前記排気を浄化する排気浄化装置と、
    前記複数の分岐通路の各々に設けられ、各分岐通路を通過する排気の流量を制御する排気流量制御弁と、
    前記複数の分岐通路の各々における前記排気浄化装置の上流に設けられるとともに各分岐通路を通過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
    前記複数の分岐通路の一つに設けられた前記排気浄化装置に還元剤を供給して該排気浄化装置の浄化能力の再生処理を行う際には、前記複数の分岐通路のうち、前記再生処理を行うべき前記排気浄化装置が設けられた分岐通路における前記排気流量制御弁の開度を、前記再生処理を行う前の開度と比較して閉じ側の所定の第１開度とし、前記排気流量制御弁の開度が前記第１開度に維持されている期間中に前記還元剤添加手段から還元剤を添加し、該還元剤の添加終了後に前記排気流量制御弁の開度を前記第１開度よりさらに閉じ側の所定の第２開度とする浄化能力再生制御手段と、
    を備え、
    浄化能力再生制御手段によって前記排気流量制御弁の開度を前記第１開度まで閉弁させる際の閉弁速度は、前記還元剤の添加後、前記排気流量制御弁の開度を前記第１開度から前記第２開度まで閉弁させる際の閉弁速度より遅くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 内燃機関の排気通路が途中で分離して形成された複数の分岐通路の各々に設けられた排気浄化装置のいずれかに還元剤を供給してその排気浄化装置の浄化能力を再生させる、内燃機関における排気浄化装置の浄化能力の再生方法であって、
    前記複数の分岐通路のうち、浄化能力を再生すべき前記排気浄化装置が設けられた分岐通路における排気の流量を、再生開始前の流量より少ない所定の第１流量とする第１流量減少工程と、
    前記第１流量減少工程の後に実施され、前記排気の流量を前記第１流量に維持するとともに前記排気に還元剤を添加する還元剤添加工程と、
    前記還元剤添加工程の後に実施され、前記排気の流量を前記第１流量から、さらに少ない
    所定の第２流量とする第２流量減少工程と、
    を有し、
    前記第１流量減少工程において、前記排気の流量を前記第１流量にする際の前記排気の流量の減少速度は、前記第２流量減少工程において、前記排気の流量を前記第２流量まで減少させる際の前記排気の流量の減少速度より遅くすることを特徴とする排気浄化装置の浄化能力の再生方法。
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