JP4780002B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の吸入空気量を測定するエアフローメータと、排気中へ燃料を噴射する燃料添加弁とを備え、触媒の温度を目標温度にするために必要となる燃料添加量を算出し、この算出される量に従って燃料添加を行なうことで触媒の温度制御を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−８３３５０号公報 特開平０７−２２９４４２号公報

ところで、エアフローメータは温度センサ等と比較すると経年劣化が起こり易い。そのため、吸入空気量を正しく測定することができない虞がある。測定された吸入空気量が実際の吸入空気量と異なる場合には、該測定された吸入空気量に基づいて触媒への燃料添加量を算出すると、触媒の温度を目標値に合わせることが困難となる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、吸入空気量をより正確に測定することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の吸入空気量を測定する吸入空気量測定手段と、
少なくとも酸化能を有する触媒を含んだ排気浄化装置と、
前記排気浄化装置へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化装置の少なくとも一部の温度を検出する装置温度検出手段と、
前記排気浄化装置に流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤を供給した後の前記排気浄化装置の少なくとも一部の目標温度を決定する目標温度決定手段と、
前記吸入空気量測定手段により測定される吸入空気量と、前記目標温度決定手段により決定される目標温度と、前記排気温度検出手段により検出される排気の温度と、に基づいて、前記排気浄化装置の少なくとも一部の温度を前記目標温度まで上昇させるときに前記還元剤供給手段により供給する還元剤量を算出する還元剤量算出手段と、
前記目標温度決定手段により算出される目標温度と、前記還元剤量算出手段により算出された量の還元剤を供給したときに前記装置温度検出手段により検出される温度と、の差が吸入空気量の測定誤差によるものとして前記吸入空気量測定手段による測定値を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とする。

酸化能を有する触媒に還元剤が供給されたときの発熱により、該触媒若しくはその周辺箇所、または該触媒よりも下流の箇所の温度が上昇される。これにより排気浄化触媒の浄化能力が回復される。つまり、排気浄化装置の少なくとも一部とは、還元剤の発熱による温度上昇で浄化能力が回復される箇所としてもよい。

還元剤が供給されたときの発熱量は還元剤の供給量に比例する。そして、この発熱により排気の温度及び排気浄化装置の温度が上昇する。このときの排気温度または排気浄化装置の温度上昇値は、該排気浄化装置を通過する排気の量に応じて変わる。この内燃機関の排気の量は、吸入空気量に応じて変わる。つまり吸入空気量及び還元剤量に応じて排気の温度または排気浄化装置の温度の上昇値が変わる。

逆に、排気浄化装置の温度の上昇値と、吸入空気量と、に応じて、供給すべき還元剤量を算出することができる。このようにして得られた還元剤量に従って還元剤の供給を行なうことにより、排気の温度を目標温度まで上昇させ且つその温度を維持することができる。そして、目標温度の排気を排気浄化装置に流し続けることにより、排気浄化装置の温度を目標温度まで上昇させることができる。

ここで、排気浄化触媒の目標温度は、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒における硫黄被毒回
復に必要となる温度、またはパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を酸化させるために必要となる温度とすることができる。また、これら必要となる温度まで段階的に昇温させるときの途中の温度である所定の温度を目標温度としても良い。

また、排気の温度は排気温度検出手段により検出される。排気温度検出手段は、排気の温度をセンサにより直接測定してもよく、また内燃機関の運転状態から推定してもよい。

さらに、内燃機関の吸入空気量は吸入空気量測定手段により測定される。吸入空気量測定手段は例えば内燃機関に吸入される新気の量をセンサ等により測定する。

そして、還元剤量算出手段は、該排気浄化触媒に流入する排気の温度を目標温度まで上昇させるために必要となる還元剤量を算出する。

還元剤量算出手段により算出された還元剤量が正しければ、排気浄化触媒の温度が目標温度となる。しかし、排気浄化触媒の温度が目標温度とならなければ、経年劣化の起こり易い吸入空気量測定手段による測定値が実際とは異なっていたと判断される。

そして、排気浄化触媒の目標温度と実際の温度との差から吸入空気量の補正値を算出することができる。つまり、この温度差は吸入空気量の誤差により生じているものとして吸入空気量の補正値を算出することができる。

なお、排気浄化装置の温度は、該排気浄化装置にセンサを取り付けて測定してもよく、また該排気浄化装置よりも下流の排気の温度を測定し該温度から推定してもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、吸入空気量をより正確に測定することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。この吸気通路２の途中には、該吸気通路２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。また、この吸入空気量に基づいて排気の量を求めることもできる。なお、本実施例においてはエアフローメータ４が、本発明における吸入空気量測定手段に相当する。

一方、排気通路３の途中には、排気浄化装置５が設けられている。この排気浄化装置５には、酸化触媒５１とパティキュレートフィルタ５２（以下、フィルタ５２という。）が上流側から順に備えられている。なお、酸化触媒５１はフィルタ５２と一体となっていてもよい。また、酸化触媒５１の代わりに吸蔵還元型ＮＯx触媒又は三元触媒等の酸化能力
を有する他の触媒を用いても良い。

さらに、酸化触媒５１よりも上流の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を噴射する燃料添加弁７を備えている。燃料添加弁７は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。なお、本実施例においては燃料添加弁７から燃料を添加することにより、酸化触媒５１で燃料を反応させ、この反応熱によりフィルタ５２の温度を上昇させる。そして、フィルタ５２に堆積している粒子状物質（ＰＭ）が酸化可能な温度（以下、ＰＭ酸化可能温度という。）となったときに燃料添加弁７からの燃料添加を停止させる。そうすると、フィルタ５２に多くの酸素が流入してＰＭが酸化されることにより該ＰＭが除去される。このようにＰＭを除去することをフィルタ５２の再生という。フィルタ５２の再生中にはフィルタ５２の温度をＰＭ酸化可能温度以上に維持するように、燃料の添加が行なわれる。

なお、本実施例においては燃料添加弁７が、本発明における還元剤供給手段に相当する。また還元剤供給手段は、内燃機関１における主噴射の後に副噴射を行ってもよい。

また、燃料添加弁７よりも下流で且つ酸化触媒５１よりも上流の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気の温度を検出する上流側温度センサ８が取り付けられている。一方、フィルタ５２よりも下流の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気の温度を検出する下流側温度センサ９が取り付けられている。なお、上流側温度センサ８から得られる温度を以下、「上流側温度」という。また、下流側温度センサ９から得られる温度を以下、「下流側温度」という。そして本実施例では、下流側温度に基づいてフィルタ５２の温度が推定される。また、下流側温度をフィルタ５２の温度としてもよい。なお、本実施例においては上流側温度センサ８が、本発明における排気温度出手段に相当する。また、本実施例においては下流側温度センサ９が、本発明における装置温度検出手段に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０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の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１０には、各種センサ等が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁７が電気配線を介して接続され、該ＥＣＵ１０により燃料添加弁７が制御される。

そして本実施例では、エアフローメータ４により得られる吸入空気量からフィルタ５２の再生時における燃料添加量を算出する。この燃料添加量はフィルタ５２の温度が目標温度となるように決定される。目標温度は、ＰＭが一気に酸化することによりフィルタ５２が過熱しないように決定される。そして、目標温度はフィルタ５２の再生が完了するまで段階的に上げられる。なお、本実施例では目標温度を決定するＥＣＵ１０が、本発明にお
ける目標温度決定手段に相当する。

また、本実施例ではフィルタ５２の再生時に吸入空気量の補正値を求めているが、目標温度が設定され、この値と吸入空気量から燃料添加量を算出するような制御であれば同様に適用することができる。例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復時であっても適用
することができる。

このようにして決定された燃料添加量に従って、燃料添加弁７からの燃料添加を行なったときのフィルタ５２の実際の温度と目標温度との差に基づいて吸入空気量の補正を行う。ここで、フィルタ５２の目標温度と上流側温度との差を以下目標昇温量ΔＴと称する。なお、燃料添加を行なわなければフィルタ５２の温度は上流側温度と等しくなる。

本実施例では、目標昇温量ΔＴに吸入空気量ＧＡと排気の比熱Ｃとを乗じてフィルタ５２の再生に必要な熱量を算出し、該熱量を燃料の発熱量Ｑで除して燃料添加量を求める。この燃料添加量に従って燃料添加を行なうことで、フィルタ５２に流入する排気の温度がフィルタ５２の目標温度となる。そして、この排気をフィルタ５２に流し続けることによりフィルタ５２の温度を目標温度まで上昇させることができる。なお、燃料添加量は、単位時間あたりの燃料添加量として求めてもよく、また所定の期間における燃料添加量の総量として求めてもよい。

次に図２は、本実施例による吸入空気量の補正を行うためのフローを示したフローチャートである。本ルーチンは例えばフィルタ５２の再生時に実行される。

ステップＳ１０１では、エアフローメータ４により得られる吸入空気量が読み込まれる。

ステップＳ１０２では、上流側温度が読み込まれる。つまり、上流側温度センサ８により排気の温度を得る。

ステップＳ１０３では、燃料添加弁７からの燃料添加量が算出される。前述のように、フィルタ５２の温度を目標温度とするために必要となる燃料添加量が（ΔＴ×ＧＡ×Ｃ／Ｑ）の式を用いて算出される。なお、本実施例ではステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における還元剤量算出手段に相当する。

ステップＳ１０４では、燃料添加弁７からの燃料添加が開始される。つまり、ステップＳ１０３で算出された燃料添加量となるように、燃料添加弁７からの燃料添加が行なわれる。

ステップＳ１０５では、フィルタ５２の温度が推定される。フィルタ５２の温度は下流側温度に基づいて推定される。フィルタ５２から流れ出た排気の温度は下流側温度センサ９に到達するまでに温度が低下する。そのため、下流側温度はフィルタ５２の温度よりも低くなる。この温度低下分を予め実験等により求めておけば、下流側温度に基づいてフィルタ５２の温度を推定することができる。

ステップＳ１０６では、フィルタ５２の目標温度とステップＳ１０５で得られた温度とが等しいか否か判定される。全く同じでなくても許容できる所定の範囲内であれば温度が等しいとしてもよい。

ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０７では、フィルタ５２の目標温度とステップＳ１０５で得られた温度との差に基づいて、エアフローメータ４から得られる吸入空気量を補正する。目標温度とステップＳ１０５で推定された温度との実際の差ΔＴ２が、吸入空気量ＧＡの過不足のみにより生じたとすると、実際の吸入空気量との差は（ΔＴ２／ΔＴ）×ＧＡで表される。なお、本実施例ではステップＳ１０７を処理するＥＣＵ１０が、本発明における補正手段に相当する。

このようにして吸入空気量の補正を行うことができるため、吸入空気量をより正確に求めることができる。そのため、フィルタ５２の再生以外に吸入空気量を用いて空燃比制御を行うときにおいても、精度の高い空燃比制御を行うことができる。

実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例による吸入空気量の補正を行うためのフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ エアフローメータ
５ 排気浄化装置
７ 燃料添加弁
８ 上流側温度センサ
９ 下流側温度センサ
１０ ＥＣＵ
５１ 酸化触媒
５２ パティキュレートフィルタ

Claims (1)

1. 内燃機関の吸入空気量を測定する吸入空気量測定手段と、
   少なくとも酸化能を有する触媒を含んだ排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記排気浄化装置の少なくとも一部の温度を検出する装置温度検出手段と、
   前記排気浄化装置に流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
   前記還元剤供給手段により還元剤を供給した後の前記排気浄化装置の少なくとも一部の目標温度を決定する目標温度決定手段と、
   前記吸入空気量測定手段により測定される吸入空気量と、前記目標温度決定手段により決定される目標温度と、前記排気温度検出手段により検出される排気の温度と、に基づいて、前記排気浄化装置の少なくとも一部の温度を前記目標温度まで上昇させるときに前記還元剤供給手段により供給する還元剤量を算出する還元剤量算出手段と、
   前記目標温度決定手段により算出される目標温度と、前記還元剤量算出手段により算出された量の還元剤を供給したときに前記装置温度検出手段により検出される温度と、の差が吸入空気量の測定誤差によるものとして前記吸入空気量測定手段による測定値を補正する補正手段と、
   を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。

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