JP4781151B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Description
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。)。
り確実に還元放出させることができる技術を提供することである。
前記排気通路における前記吸蔵還元型NOx触媒の上流に設けられ、前記排気通路を通
過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段によって前記排気に還元剤を添加させ前記吸蔵還元型NOx触媒に
前記還元剤を供給することにより、前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOxを還元放出させるNOx還元処理を行うNOx還元制御手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことを検出する活性化検出手段と、を備え、
前記活性化検出手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことが検出された
場合に、前記NOx還元制御手段によって前記NOx還元処理が実施され、
前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量を推定するNOx量推定手段をさらに備え、
前記活性化検出手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことが検出された
時点において、前記NOx量推定手段により推定された前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量が所定値以上の場合に、前記NOx還元制御手段によってNOx還元処理が行なわ
れ、
前記NOx量推定手段が前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量を推定する際には、
NOx量の推定値に対して想定されるバラツキ範囲におけるバラツキ中心より多い側の値
を推定値とする内燃機関の排気浄化システムであって、
前記NOx量推定手段は、実際の前記吸蔵還元型NOx触媒の温度がバラツキの中で最も高かったとした場合に前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化する時点と前記活性化検出手段
が前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことを検出した時点との時間差と、その間の吸入空気量の積算値と、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度がバラツキの中で最も高かったと
した場合の前記吸蔵還元型NOx触媒の活性化が検出された時点における前記吸蔵還元型NOx触媒の温度と、前記吸蔵還元型NOx触媒に既に吸蔵されているNOxの量と、から、前記推定値を取得することを特徴とする。
触媒」という。)が活性化したと判定された時点で既に吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵され
ているNOxについて考慮はされていない。しかし、実際には、NOx触媒の活性化の判定には誤差が伴っており、NOx触媒が活性化したと判定された時点で既にNOxがNOx触
媒内に吸蔵または吸着(以下、単に「吸蔵」と表現する。)されている場合がある。
とが困難な場合があった。そうすると、NOx触媒によるNOx浄化率が低下する場合があった。また、NOx触媒の劣化が進んだ状態では、NOx触媒の温度の上昇中において、吸蔵されているNOxが還元されずに放出されてエミッションが悪化するおそれもあった。
Ox触媒が活性化したことが検出された際には、NOx還元処理を実施することとした。そうすれば、NOx触媒の活性化時において既に吸蔵されているNOxを還元放出させることができ、以降のNOx還元処理においては可及的にNOx吸蔵量が少ない状態でNOx還元
することができる。その結果NOx還元効率を向上させることができ、NOx触媒のNOx
浄化率を向上させることができる。また、NOx触媒の劣化が進んだ状態においても、N
Ox触媒の温度の上昇中に、既に吸蔵されているNOxが還元されずに放出されることを抑制できる。その結果、エミッションの悪化を抑制することができる。
量推定手段をさらに備え、
前記活性化検出手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことが検出された
時点において、前記NOx量推定手段により推定された前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量が所定値以上の場合に、前記NOx還元制御手段によってNOx還元処理が行なわ
れ、
前記NOx量推定手段が前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量を推定する際には、
NOx量の推定値に対して想定されるバラツキ範囲におけるバラツキ中心より多い側の値
を推定値としてもよい。
り吸蔵していない場合には、その時点においてNOx還元処理を実施せず、従来のNOx還元処理のフローに従って、例えばNOx触媒へのNOx吸蔵量が許容値を超えた時点でNOx還元処理を行うこととした。そうすれば、前記NOx触媒が活性化した時点で無駄にNOx還元処理が行われることを抑制でき、燃費の悪化を抑制することができる。
いるという事態の発生を抑制でき、以降のNOx還元処理において、NOx触媒に吸蔵されたNOxをより確実に還元放出させることができる。
の還元放出が充分に完了しなくなる閾値としてのNOx吸蔵量であり、予め実験的に求め
られる。
性化したことが検出された場合に、前記NOx還元処理を行うとともに、該NOx還元処理
において供給された還元剤によって前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を、充分に高い浄化
率が得られる温度領域である所定の高浄化率ウィンドウに属するまで上昇させるようにしてもよい。
性化後、一気に前記NOx触媒の温度を高浄化率ウィンドウに属するまで上昇させること
ができ、例えば排気温度の低い大型ディーゼル機関においても前記NOx触媒の活性化直
後から高浄化率を得ることが可能となり、冷間始動時におけるエミッションの悪化を抑制することができる。
還元すべきNOxの量に基づいて求められるNOx還元対応還元剤量と、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を前記高浄化率ウィンドウに属するまで昇温させるために必要なエネル
ギーに基づいて求められる温度上昇対応還元剤量とから決定され、
前記温度上昇対応還元剤量に相当する還元剤は、該温度上昇対応還元剤量に相当する還元剤が添加された場合の前記排気の空燃比がストイキまたはそれよりリーン側となるように添加されるようにしてもよい。
ついて考える。この場合、NOx触媒に供給する還元剤の量を過度に増加させたとしても
、前記NOx触媒に流入する排気の空燃比がストイキを超えた分に相当する還元剤は、N
Ox触媒の昇温に用いられない。
のため、本発明においては、前記温度上昇対応還元剤量に相当する還元剤は、該温度上昇対応還元剤量に相当する還元剤が添加された場合の前記排気の空燃比がストイキまたはそれよりリーン側となるように添加されるようにした。具体的には、前記温度上昇対応還元剤量に相当する還元剤の添加時間は、該還元剤を添加した排気の空燃比がストイキよりリーン側となる範囲で決定されるようにした。
元放出させることができる。
ンサ13が備えられている。さらに、排気通路5におけるNOx触媒11の下流部分には
、NOx触媒11を通過した後の排気の温度を取得してNOx触媒11の温度を検出する温度センサ15が備えられている。なお、ここで燃料添加弁は本実施例における還元剤添加手段に相当する。
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NOx触媒11に係る制御を行うユニットであ
る。
を還元放出させるためのNOx還元処理ルーチン(説明は省略)も、ECU35のROM
に記憶されているプログラムの一つであり、ECU35によって実行される。なお、ここでNOx還元処理ルーチンを実行するECU35は本実施例におけるNOx還元制御手段を構成する。
どNOx触媒11が活性化していない場合に燃料を供給してしまうと、供給された燃料が
NOx触媒11において還元反応を起こしづらく、NOx還元処理が良好に行われないおそれがある。
触媒11の温度がライトオフ温度以上となり活性化したことを検出してから、燃料添加弁12によって燃料を添加することとしていた。
ンサ15がNOx触媒11の温度がライトオフ温度以上となったことを検出した際には、
実際にはNOx触媒11のライトオフが完了しNOx吸蔵が開始されており、既にNOxが
吸蔵されているおそれがある。
ることなどにより、排気温度がなかなか上昇せず、NOx触媒11の温度を高浄化率が得
られる温度まで早期に昇温させることが困難な場合があった。
出させることが困難となる場合があった。その結果、NOx触媒11のNOx浄化率が低下するおそれがあった。
検出された場合には、燃料添加弁12から燃料を添加することによりNOx還元処理を行
い、NOx触媒11のライトオフ時点で既にNOx触媒11に吸蔵されているNOxを還元
放出することとした。
はECU35のROMに記憶されたプログラムであり、内燃機関1の稼動中は所定時間毎に実行されるルーチンである。
どうかが判定される。具体的には温度センサ15の出力値をECU35に取り込み、NOx触媒11の温度がライトオフ温度以上となっているかどうかが判定される。ここで、N
Ox触媒11がライトオフしていないと判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。
一方、NOx触媒11がライトオフしていると判定された場合には、S102に進む。な
お、ここで温度センサ15及びECU35は、本実施例における活性化検出手段を構成する。
いたかどうかが判定される。具体的には、S101においてNOx触媒11がライトオフ
していると判定された場合には、本ルーチンの終了時にライトオフフラグをオンしておき、S102においてライトオフフラグを読み込むことにより判定してもよい。ここで前回の本ルーチンの実行時にはNOx触媒11が既にライトオフしていたと判定された場合に
は本ル−チンを一旦終了する。前回の本ルーチンの実行時にはNOx触媒11が既にライ
トオフしていなかったと判定された場合にはS103に進む。
NOxの量は、温度センサ15の出力のバラツキを考慮し、実際のNOx触媒11の温度がバラツキの範囲の中で最も高かったとした場合に、S101でライトオフしたと判定された時点にNOx触媒11に吸蔵されているNOxの量として推定される。
NOx触媒11のライトオフ時間とS101でNOx触媒11がライトオフしたと判定さ
れた時点との時間差と、その間の吸入空気量の積算値と、実際のNOx触媒11の温度が
バラツキの中で最も高かったとした場合のS101でNOx触媒11がライトオフしたと判定された時点おけるNOx触媒11の温度と、NOx触媒11に既に吸蔵されているN
Oxの量との関係を予めマップ化しておき、当該マップからこの時点に得られた上記パラ
メータに対応するNOx吸蔵量を読み出すことによって推定してもよい。
Oxが吸蔵されている場合には、以降のNOx還元処理において吸蔵されたNOxを完全に
還元放出できなくなり、その結果NOx浄化率が低下すると考えられる閾値としてのNOx吸蔵量である。なお、ここでNOx触媒11に吸蔵されているNOxの量を推定するECU
35は、本実施例におけるNOx量推定手段を構成する。
ると判定された場合にはS104に進む。
を行う。S104の処理が終了すると本ルーチンを終了する。
された時点でNOx触媒11に既にNOxが吸蔵されており、以降のNOx還元処理によっ
て充分にNOxを還元放出できないおそれがある場合には、NOx触媒11がライトオフしたと判定された時点でNOx還元処理を行うこととしている。従って、温度センサ15の
出力などにバラツキがあっても、NOx触媒11のライトオフ後のNOx還元処理において、より確実にNOx触媒11に吸蔵されたNOxを還元放出することができる。その結果、NOx触媒11におけるNOx浄化率の低下を抑制することができる。
て既にNOx触媒11に吸蔵されている可能性があるNOxの量が、後のNOx還元処理ま
たはNOx触媒11のNOx浄化率に影響を及ぼさない程度である場合には、NOx触媒1
1がライトオフした時点ではNOx還元処理を行わない。従って無駄にNOx還元処理を行うことが抑制され、燃費の悪化を抑制することができる。
媒11に吸蔵されているNOxの量は、実際のNOx触媒11の温度がバラツキの範囲の中で最も高かったとした場合に、S101でライトオフしたと判定された時点にNOx触媒
11に吸蔵されているNOxの量として推定された。これは、ライトオフの時点で既にN
Ox触媒11に吸蔵されているNOxの量の推定値として、推定値のバラツキ範囲の中で最大の値を採用することに実質的に相当する。
NOx還元処理において、さらに確実にNOx触媒11に吸蔵されたNOxを還元放出する
ことができる。しかし、ライトオフの時点で既にNOx触媒11に吸蔵されているNOxの量の推定値としては、必ずしもバラツキ範囲の中で最大の値を採用する必要はない。バラツキ範囲の中心の値よりも多い側の値をNOxの量の推定値として採用すれば、充分に上
記制御の効果を得ることができる。
1のライトオフ時に、NOx還元処理を行うとともに、NOx還元処理において供給された燃料によってNOx触媒11の温度を高浄化率が得られる温度領域まで上昇させる制御に
ついて説明する。
ンにおいては、実施例1に示したライトオフ時NOx還元処理ルーチンに対して、S10
3の代りにS201からS206の処理が設けられている点が相違する。ここではS201からS206の処理についてのみ説明し、S101からS103の処理の説明は省略する。
はS201に進む。S201においては、NOx触媒11の温度がこの時点で、充分に高
い浄化率を得ることができる温度領域(高浄化率ウィンドウ)より低い温度かどうかが判定される。この高浄化ウィンドウの温度範囲については予め実験的に決定される。
た場合には、本ルーチンによってNOx触媒11を昇温させる必要はないと判断されるの
で、後述する温度上昇のための処理をスキップしてS204に進む。この場合、NOx触
媒11を温度上昇させるために必要な燃料の単位時間あたりの添加量dQinj及び、燃料添加時間tinj(ともに後述)はともに零に設定される。一方、NOx触媒11の温
度が高浄化ウィンドウより低い温度と判定された場合には、S202に進む。
昇させるために必要な燃料量が導出される。ここで高浄化率温度とは、前述の高浄化率ウィンドウに属する温度であり、予め定められる。
まず、現在のNOx触媒11の温度と高浄化率温度との差分ΔTが以下のように求めら
れる。
ΔT=高浄化率温度―現在の排気温度 (1)
ここで、現在の排気温度は、S101で取得した温度センサ15の出力から求めても良い。
次に、温度上昇のために、NOx触媒11に単位時間あたりに供給すべき熱エネルギー
dEinjが以下のように求められる。
dEinj(j/s)=ΔT×吸入空気量(g/s)×ガス比熱×α (2)
ここでαは実験的に求められた係数である。
そして、供給すべき熱エネルギーEinjは以下のように求められる。
Einj(j)=dEinj(j/s)×Δt(s) (3)
ここで、ΔtはNOx触媒11がライトオフした後、NOx触媒11が高浄化率を得ることが必要とされるまでの時間であり、予め定められた値である。
下のように求められる。
Qinj(g)=Einj(j)/燃料発熱量(j/g) (4)
ここで燃料発熱量は1gの燃料によって発生する熱エネルギー量であり予め取得可能な値である。S202の処理が終了するとS203に進む。
tinj(t)=Qinj(g)/dQinj(g/t) (5)
ここで単位時間あたりの燃料添加量dQinjは、この時点における吸入空気量と空燃比センサ13によって取得される現時点における空燃比から求めることができる。S203の処理が終了するとS204に進む。
必要な燃料量Qrichが以下のように導出される。
Qrich(g)=推定吸蔵NOx量(g)×β (6)
ここで推定吸蔵NOx量はS103で取得された値であり、βは実験的に求められた係
数である。S204の処理が終了するとS205に進む。
元処理ルーチンのS104で採用された燃料の添加時間と同一としてもよい。そして、単位時間あたりの燃料添加量dQrichは以下のように求められる。
dQrich(g/s)=Qrich(g)/trich(s) (7)
S205の処理が終了するとS206に進む。
dQrichに相当する燃料添加が停止される。
加開始から時間tinjが経過した時点でNOx触媒11の温度が高浄化率温度に達する
ので燃料添加弁12からのdQinjに相当する燃料添加が停止される。なお、上記においてQinjの値は本実施例における温度上昇対応還元剤量に相当し、Qrichの値は本実施例におけるNOx還元対応還元剤量に相当する。
に、NOx触媒11を高浄化率温度まで上昇させるのに必要な単位時間あたりの燃料添加
量及び燃料噴射時間と、NOx触媒11に既に吸蔵されたNOxを還元するために必要な単位時間あたりの燃料添加量及び燃料噴射時間とを独立に決定し、それらの合計量を添加することとした。また、特にNOx触媒11の温度を高浄化率温度まで上昇させるための燃
料を添加する場合に、NOx触媒11に流入する排気の空燃比がストイキとなるようにし
た。
のNOx触媒11の温度の変化についてのタイムチャートを示す。このタイムチャートを
見て分かるように、本実施例によれば、より早くNOx触媒11の温度を高浄化率ウィン
ドウに属するまで昇温させることができる。そして、NOx触媒11がライトオフしたと
判定された時点で、既にNOx触媒11に吸蔵されているNOxを還元放出させることができる。これらの作用により、NOx触媒11を早急に高浄化率を得ることが可能な状態と
することができ、加えてNOx触媒11のライトオフ以降のNOx還元処理において、より確実にNOx触媒11に吸蔵されたNOxを還元放出させることができる。その結果、NOx触媒11におけるNOx浄化率及びエミッションの悪化を抑制することができる。
の燃料を添加する場合に、NOx触媒11に流入する排気の空燃比がストイキとなるよう
にしている。これにより、NOx触媒11の温度上昇に寄与せずに消費される燃料を低減
することができ、NOx触媒11の温度を上昇させる際の燃費を向上させることができる
。
合に、NOx触媒11に流入する排気の空燃比を必ずしもストイキとなるように制御する
必要はない。ストイキよりリーン側の空燃比となるように制御すれば、NOx触媒11の
温度上昇に寄与せずに消費される燃料を低減することができ、NOx触媒11の温度を上
昇させる際の燃費を向上させることができる。
5・・・排気管
11・・・NOx触媒
12・・・燃料添加弁
13・・・空燃比センサ
15・・・温度センサ
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒と、
前記排気通路における前記吸蔵還元型NOx触媒の上流に設けられ、前記排気通路を通
過する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段によって前記排気に還元剤を添加させ前記吸蔵還元型NOx触媒に
前記還元剤を供給することにより、前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOxを還元放出させるNOx還元処理を行うNOx還元制御手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことを検出する活性化検出手段と、を備え、
前記活性化検出手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことが検出された
場合に、前記NOx還元制御手段によって前記NOx還元処理が実施され、
前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量を推定するNOx量推定手段をさらに備え、
前記活性化検出手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことが検出された
時点において、前記NOx量推定手段により推定された前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量が所定値以上の場合に、前記NOx還元制御手段によってNOx還元処理が行なわ
れ、
前記NOx量推定手段が前記吸蔵還元型NOx触媒におけるNOx量を推定する際には、
NOx量の推定値に対して想定されるバラツキ範囲におけるバラツキ中心より多い側の値
を推定値とする内燃機関の排気浄化システムであって、
前記NOx量推定手段は、
実際の前記吸蔵還元型NOx触媒の温度がバラツキの中で最も高かったとした場合に前
記吸蔵還元型NOx触媒が活性化する時点と前記活性化検出手段が前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことを検出した時点との時間差と、その間の吸入空気量の積算値と、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度がバラツキの中で最も高かったとした場合の前記吸蔵還元型
NOx触媒の活性化が検出された時点における前記吸蔵還元型NOx触媒の温度と、前記活性化検出手段が前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことを検出した時点までに前記吸蔵還元型NOx触媒に既に吸蔵されているNOxの量との関係から、前記推定値を取得することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記活性化検出手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒が活性化したことが検出された
場合に、前記NOx還元処理を行うとともに、該NOx還元処理において供給された還元剤によって前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を、充分に高い浄化率が得られる温度領域であ
る所定の高浄化率ウィンドウに属するまで上昇させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記NOx還元処理において供給される還元剤の量は、
還元すべきNOxの量に基づいて求められるNOx還元対応還元剤量と、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を前記高浄化率ウィンドウに属するまで昇温させるために必要なエネル
ギーに基づいて求められる温度上昇対応還元剤量とから決定され、
前記温度上昇対応還元剤量に相当する還元剤は、該温度上昇対応還元剤量に相当する還元剤が添加された場合の前記排気の空燃比がストイキまたはそれよりリーン側となるように添加されることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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