JP5087836B2 - 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するために排気ガス浄化装置とその上流側で排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段を備えた排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムに関する。
ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関の排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされている。その中に、DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)や、NOx(窒素酸化物)を浄化するNOx浄化触媒を配置した排気ガス浄化装置が使用されている。このNOx浄化触媒としては、三元触媒、NOx吸蔵還元型触媒、尿素添加のSCR触媒(選択的接触触媒)、NOx直接還元型触媒などが使用されている。
そして、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置では、これらのDPFやNOx浄化触媒の上流側に酸化触媒を配置し、排気ガスの温度が低い場合に、ポスト噴射や排気管噴射でHC等の還元剤を排気ガス中に供給して、この還元剤を酸化触媒で酸化することにより、酸化触媒及び酸化触媒の下流側の排気ガスを昇温して、この酸化触媒を活性温度以上に保つと共に、下流側のDPFのPM燃焼を促進したり、下流側のNOx浄化触媒を活性温度以上に保つことが行われている。
また、SCR触媒の上流側に酸化触媒を配置した排気ガス浄化装置では、この酸化触媒で、NOからNO2 への反応を促進して、SCR触媒上におけるNH3 (アンモニア)との反応を促進することも行われている。
この酸化触媒は、排気ガスの昇温以外にもCO、HC、NOを酸化させる等の作用効果を発揮し、下流側のDPFのPMのNO2 による燃焼促進や、NOx浄化触媒の性能を確保するための役割も有しており、この酸化触媒はその用途ごとに適正な構成、成分及び担持量が選定されている。
また、上流側の酸化触媒を設けずに、DPFにNOx吸蔵還元型触媒を担持させて、排気ガスの温度が低い場合に、ポスト噴射や排気管噴射でHC等の還元剤を排気ガス中に供給して、この還元剤をNOx吸蔵還元型触媒で酸化することにより、触媒付きDPFを昇温して、DPFのPM燃焼を促進することも行われている(例えば、特許文献1参照。)。
そして、これらの装置における還元剤の供給時期は、排気ガス浄化装置に担持されている酸化触媒等の触媒の活性化温度を目安として制御され、この触媒に流入する排気ガスの温度又は触媒の温度が、活性化温度以下では還元剤の供給を停止し、活性化温度を超えた状態になった時に還元剤の供給を開始している。
しかしながら、従来技術においては、この還元剤の供給時期や供給量は、酸化触媒等の触媒の温度や排気ガスの温度のみの関数として把握されており、還元剤の酸化に大きな影響を及ぼす排気ガス中の酸素濃度、CO濃度、HC濃度とは無関係とされていた。そのため、適切な時期に適切な量の還元剤を供給することができず、触媒の昇温性能を十分に発揮させることができない上に、余分な量の還元剤供給による燃費の悪化や排気ガス成分の悪化が生じるという問題があった。
一方、還元剤の供給に際して、排気ガス中の酸素濃度を考慮する排気浄化装置も提案されている。例えば、後噴射によりHC等からなる還元剤を排気ガス中に供給してNOx浄化触媒装置でこの還元剤とNOxを反応させてNOxを浄化するエンジンの排気浄化装置において、NOx浄化触媒が活性状態にあるか否かを触媒温度などにより判定して、この判定結果によって後噴射の噴射量及び噴射時期を変更して、不活性状態時には排気ガス中へのNOx放出量を少なくし、活性状態時にはNOx浄化触媒に供給される還元剤量が十分に確保されるように後噴射の噴射量及び噴射時期を設定して、大気中へのNOxの放出を効果的に抑制して排気ガスを浄化することができるエンジンの排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
また、後噴射により排気ガス中にHCを供給する場合に、排気ガス中の酸素濃度に基づいて、実際に排気ガス中に供給されているHC供給量を推定し、目標の供給すべきHC供給量に実際のHC供給量を一致させるように後噴射を制御する内燃機関の排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。
しかし、これらの排気浄化装置では、酸素濃度と触媒の活性温度特性(ライトオフ特性)との関係については言及されておらず、単に実際に排気ガス中に供給されているHC供給量を推定するために酸素濃度を使用しているに過ぎない。
特開2004−44515号公報 特開2002−195074号公報 特開平10−252544号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の排気ガスを浄化するために排気ガス浄化装置とその上流側で排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、還元剤の供給時期及び供給量を適正化して、燃費の悪化の低減と、大気中に流出する排気ガスの成分の悪化の抑制を図ることができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、CO濃度、HC濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、前記所定の判定用温度を設定すると共に、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度と消費可能なHC量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を、前記消費可能なHC量から排気ガス中のHC量を差し引いた値で算出して設定し、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することを特徴とする。
この構成により、還元剤の供給量や供給時期を適正化して、酸化触媒の性能を十分に引き出すことができ、燃費の悪化を低減させると共に、還元剤噴射時における排気ガス成分の悪化の抑制を図ることができる。
なお、上流側の酸化触媒を有する排気ガス浄化装置としては、下記のような装置があり、それぞれの装置の再生時や脱硫時に排気ガス中に還元剤が供給される。
上流側の酸化触媒と下流側のDPFとを有する排気ガス浄化装置では、DPFに堆積したPMを燃焼除去する際に還元剤が供給される。また、上流側の酸化触媒と下流側のNOx吸蔵還元型触媒とを有する排気ガス浄化装置では、NOx吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵能力の回復のための再生制御の際に還元剤が供給される。また、上流側の酸化触媒に対して、下流側にDPFとNOx吸蔵還元型触媒を配置したり、更に、最下流側の酸化触媒を加えたりした排気ガス浄化装置もある。
また、還元剤もHC(炭化水素)等の未燃燃料を使用する場合もあり、また、SCR触媒では尿素水などアンモニア系水溶液を使用する場合もあり、触媒及び還元剤の供給目的によって適宜それに適した還元剤が使用される。また、その供給方法に関しても、排気管に還元剤を噴射する噴射弁を設けてこの噴射弁から排気ガス中に供給する場合や、シリンダ内燃料噴射においてポスト噴射(後噴射)により排気ガス中に未燃燃料を供給する場合もある。
また、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、前記所定の判定用温度を設定すると、言い換えれば、酸素濃度、CO濃度、HC濃度とライトオフとの関係を還元剤供給制御の制御用パラメータとして加えることにより、所定の判定用温度をより適切なものとすることができ、還元剤の供給開始時期の適正化を図ることができる。
また、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度と消費可能なHC量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を、前記消費可能なHC量から排気ガス中のHC量を差し引いた値で算出して設定し、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することにより、流出する排気ガス中の還元剤の量を低減でき、燃費の悪化の低減と排気ガス成分の悪化の抑制を図ることが容易にできる。
また、前記排気ガス浄化装置としては、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、NOx吸蔵還元型触媒、直接還元型NOx触媒、選択的接触触媒(SCR触媒)の内の一つ以上を備えて形成される排気ガス浄化装置がある。これらの装置に、上記の排気ガス浄化システムの制御方法を適用できる。
上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、CO濃度、HC濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、前記所定の判定用温度を設定すると共に、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度と消費可能なHC量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を、前記消費可能なHC量から排気ガス中のHC量を差し引いた値で算出して設定し、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給するように構成される。
また、この排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置としては、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、NOx吸蔵還元型触媒、直接還元型NOx触媒、選択的接触触媒の内の一つ以上を備えて形成される排気ガス浄化装置がある。
これらの排気ガス浄化システムによれば、上記の排気ガス浄化システムの制御方法を実施することができ、同様な作用効果を奏することができる。
本発明に係る排気ガス浄化方法の制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガス浄化装置の触媒の活性化温度と排気ガス中の酸素濃度、CO濃度、HC濃度との関係に注目して、還元剤の供給に際して、排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、排気ガス成分濃度検出手段で検出された排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、所定の判定用温度を設定すると共に、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度と消費可能なHC量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を、前記消費可能なHC量から排気ガス中のHC量を差し引いた値で算出して設定し、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することにより、還元剤の供給時期及び供給量を適正化して、触媒の性能を十分に引き出すことができ、燃費の悪化を低減させると共に、HC噴射時における排気ガス成分の悪化の抑制を図ることができる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムについて、上流側に酸化触媒、下流側に触媒付きフィルタ(DPF)を配置した場合を例にして、図面を参照しながら説明する。
なお、本発明は、この実施例に限定されず、排気ガス浄化システムの排気ガス浄化装置は、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、NOx吸蔵還元型触媒、直接還元型NOx触媒、選択的接触触媒、リーンバーンエンジン用三元触媒の内の一つ以上を備えて形成される排気ガス浄化装置にも適用可能である。
図1に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム1の構成を示す。この排気ガス浄化システム1では、ディーゼル内燃機関(エンジン)Eの排気通路4に、ターボチャージャヤ3のタービン3b、HC供給装置13、排気ガス浄化装置10が配置される。この排気ガス浄化装置10は、連続再生型DPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)装置の一つであり、上流側に酸化触媒12を、下流側に触媒付きフィルタ11を有して構成される。
この酸化触媒12は、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金を担持した酸化アルミニウム触媒を塗って形成され、触媒付きフィルタ11は、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成され、排気ガスG中のPM(粒子状物質)を多孔質のセラミックの壁で捕集(トラップ)する。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。
HC供給装置13は、還元剤供給手段であり、触媒付きフィルタ11のPM再生制御時において、排気ガス温度が低い場合に、排気ガス中に燃料などの未燃HCを供給し、酸化触媒12で酸化させて、この酸化熱により排気ガス温度を上昇させ、高温の排気ガスを触媒付きフィルタ11に流入させて捕集されたPMを燃焼除去するのに用いられる。なお、排気ガス中への未燃HCの供給をシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射により行う場合には、このHC供給装置13を設けなくてもよい。
吸気通路2には、マスエアフローセンサ(MAFセンサ)14、ターボチャージャ3のコンプレッサ3a、吸気絞り弁9等が設けられる。この吸気絞り弁9は、吸気マニホールド2aへ入る吸気Aの量を調整する。また、排気マニホールド4a側から吸気マニホールド2aへ排気ガスの一部であるEGRガスGeを再循環させるEGR通路5が設けられる。このEGR通路5には、EGRクーラ7とEGR弁6が設けられる。
そして、触媒付きフィルタ11のPMの堆積量を推定するために、排気ガス浄化装置10の前後に接続された導通管に差圧センサ21が設けられる。また、触媒付きフィルタ11の再生制御用に、酸化触媒12の上流側に酸化触媒入口排気温度センサ22が、酸化触媒12と触媒付きフィルタ11の間に触媒出口排気温度センサ23がそれぞれ設けられる。更に、触媒付きフィルタ11の下流側にフィルタ出口排気温度センサ24が設けられる。これらの温度センサ22、23、24で、排気ガス温度検出手段を構成する。
この酸化触媒入口排気温度センサ22は、酸化触媒12に流入する排気ガスの温度である第1測定排気ガス温度T1mを検出する。また、触媒出口排気温度センサ23は、酸化触媒12から流出する排気ガスの温度である第2測定排気ガス温度T2mを検出する。この第2判定用排気ガス温度T2mは、触媒付きフィルタ11に流入する排気ガスの温度となる。フィルタ出口排気温度センサ24は、万一PMの暴走燃焼が起こった場合に対処できるように、触媒付きフィルタ11におけるPMの燃焼状態を監視する。
また、酸化触媒12の上流側と、触媒付きフィルタ11の下流側にガス成分濃度センサ(酸素濃度、CO濃度、HC濃度を検出するセンサ)25、26を配置して、排気ガス成分濃度検出手段を構成する。この上流側のガス成分濃度センサ25は、排気ガス中にHC供給するときの制御用であり、下流側のガス成分濃度センサ26は、排気ガス浄化装置10の下流側に流出する排気ガスのガス成分を監視し、排気ガスの悪化を防止するためのものである。
これらのセンサの出力値は、エンジン10の運転の全般的な制御を行うと共に、排気ガス浄化装置10の再生制御も行う制御装置(ECU:エンジンコントロールユニット)20に入力され、この制御装置20から出力される制御信号により、吸気絞り弁9や、燃料噴射装置(噴射ノズル)8や、EGR弁6等が制御される。
この排気ガス浄化システム1においては、空気Aは、エアクリーナ(図示しない)、吸気通路2のマスエアフローセンサ14とターボチャジャー3のコンプレッサー3aを通過して、吸気絞り弁9によりその量を調整されて吸気マニホールド2aよりシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガスGは、排気マニホールド4aから排気通路4に出てターボチャジャー3のタービン3bを駆動し、排気ガス浄化装置10を通過して浄化された排気ガスGcとなって、図示しない消音器を通って大気中に排出される。また、排気ガスGの一部はEGRガスGeとして、EGR通路5のEGRクーラー7を通過し、EGR弁6でその量を調整されて吸気マニホールド2aに再循環される。
そして、排気ガス浄化システム1の制御装置が、エンジンEの制御装置20に組み込まれ、エンジンEの運転制御と並行して、排気ガス浄化システム1の制御を行う。この排気ガス浄化システム1の制御装置は、触媒付きフィルタ11のPM再生制御等を含む排気ガス浄化システムの制御を行う。
次に、本発明の排気ガス中への還元剤の供給制御について説明する。
この制御では、図3〜図5に示すような酸化触媒12のライトオフ用データを予め用意して制御装置20に記憶しておく。このライトオフ用データは、次のようにして求める。
劣化前、言い換えれば新品の触媒において、エンジンの運転状態や排気ガス温度を変えて、酸化触媒12に流入する排気ガスの温度Tgi、酸素濃度Co2 、CO濃度Cco、HC濃度Chcを変化させて、酸化触媒12における触媒活性化度合いを示すHC浄化率ηhcを測定する。
この測定結果から、図3〜図5に示すような、酸素濃度Co2 、CO濃度Cco、HC濃度Chcをパラメータとした時に、所定のHC浄化率ηhcとなる排気ガスの温度Tgiを求め、これを所定の判定用温度とし、マップデータ等のデータベースを作る。例えば、酸化触媒12の活性化の判定基準を80%浄化率とした場合は、この80%浄化率となる排気ガスの温度を所定の判定用温度T80としてマップデータ化し、予め制御装置20に記憶しておく。
図3〜図5に酸素濃度Co2 が5%、10%、15%の場合の所定の判定用温度T80をCO濃度CcoとHC濃度Chc(なお、図3〜図5では3 6 をHCの代表値として使用している)をパラメータとして示す。
なお、従来技術においては、この所定の判定用温度T80は、ディーゼルエンジンの代表的な排気ガス成分で排気ガスの温度Tgiのみを変化させて求められていて、HCの浄化率に対して単純に所定の判定用温度は1対1対応となっていた。そして、このデータから、酸化触媒12に還元剤の供給を開始するときの所定の判定用温度は一つのみ求められていた。
また、測定結果から、図3〜図5に類似した、排気ガスの温度Tgi、酸素濃度Co2 、CO濃度Cco、HC濃度Chcをパラメータとした時のHC浄化率ηhcを求め、データを整理し直して、排気ガスの温度Tgi、酸素濃度Co2 、CO濃度CcoでHCを所定の目標浄化率ηphcで消費可能なHC濃度Cthcの関係に対してマップデータ等のデータベースを作る。このデータベースを予め制御装置20に記憶しておく。
そして、この酸化触媒12への還元剤の供給は、図2に例示するような制御フローによって行うことができる。なお、この図2の制御フローは、エンジンEの運転に際して、エンジンEの他の制御フローと並行して実行される排気ガス浄化システム1の制御フローの一部で、この排気ガス浄化システム1のメインの制御フローから、還元剤の供給が必要とされる時に、呼ばれて実行されては戻り、繰り返し実行されるものとして示してある。
この図2の制御フローは、触媒付きフィルタ11においてPMの堆積量が増加して、差圧センサ21で検出された差圧値が再生開始判定用の所定の判定用差圧以上になった時に、PMを燃焼除去する再生制御が必要であるとして、触媒付きフィルタ11へ流入する排気ガスの温度を上昇させるために、エンジンEから排出される排気ガス温度を上昇したり、酸化触媒12に還元剤を供給して排気ガス温度を上昇させるので、この排気ガス昇温の一部の制御として呼ばれる。
この図2の制御フローでは、メインの制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップS11で、エンジン(内燃機関)Eから酸化触媒12に流入する排気ガスの温度Tgi、酸素濃度Co2 、CO濃度Cco、HC濃度Chcのそれぞれの検出値Tgim、Co2 m、Ccom、Chcmを読み込む。
ステップS12で、図3〜図5に相当するマップデータを参照し、必要に応じて補間を用いて、これらの検出値Co2 m、Ccom、Chcmに対応する所定の判定用温度T80を算出する。
ステップS13で、検出された排気ガスの温度Tgimをこの所定の判定用温度T80と比較し、排気ガスの温度Tgimがこの所定の判定用温度T80より低い場合は、還元剤の供給をしないとして、リターンする。また、排気ガスの温度Tgimがこの所定の判定用温度T80以上の場合は、還元剤の供給をするとして、ステップS14に行く。
ステップS14では、酸化触媒12に流入する排気ガスの温度Tgim、酸素濃度Co2 m、CO濃度Ccom、HC濃度Chcmを読み込む。
ステップS15では、還元剤を供給するが、酸化触媒12で消費可能なHC量Thcを算出し、排気ガス中のHC濃度Chcmを考慮して、供給すべきHC量Ahcを算出し、この算出されたHC量Ahcになるように、還元剤を供給する。
この供給すべきHC量Ahcの算出は、図3〜図5に類似する。この算出では、酸化触媒12に流入する排気ガスの温度Tgi、酸素濃度Co2 、CO濃度Cco、HC濃度Chcと、目標HC浄化率ηphcとの関係を示すデータに基づいて、酸化触媒12に流入する排気ガスが、温度Tgimで、酸素濃度Co2 m、CO濃度Ccomである場合に、目標HC浄化率ηphcに対応するHC濃度を算出する。このHC濃度は、酸化触媒12で消費可能なHC濃度Cthcである。
次に、この酸化触媒12で消費可能なHC濃度Cthcに排気ガス量Wgを乗じて、消費可能なHC供給量Thcを算出する。この排気ガス量Wgは、マスエアフローセンサ14で検出された吸気量WaにエンジンEのシリンダに供給する燃料量Wqを加算することで算出できる。また、排気ガスのHC濃度Chcmに排気ガス量Wgを乗じて、排気ガス中に含まれているHC量Ghcを算出する。
そして、HC供給装置13により供給すべきHC量Ahcを、消費可能なHC量Thcから排気ガス中のHC量Ghcを差し引いた値、即ち、Ahc=Thc−Ghcで算出する。この供給すべきHC量Ahcで、所定の時間の間、還元剤の供給を行い、リターンする。
そして、メインの制御フローで、還元剤の供給が必要であれば、再度図2の制御フローが呼ばれて、上記のステップS11〜S15が繰り返される。
一方、触媒付きフィルタ11におけるPMの燃焼除去による再生が進み、差圧センサ21で検出された差圧センサ21の差圧値が再生終了判定用の所定の判定用差圧以下になった時には、再生制御が終了するので、図2の制御フローが不要になる。また、触媒付きフィルタ11に流入する排気ガス温度が高くなっていて、還元剤を供給しなくても、PMの燃焼除去が可能な場合には、図2の制御フローが不要になる。
そして、図2の制御フローが不要となった場合は、メインの制御フローで図2の制御フローを呼ばなくなる。
この図2の制御フローによれば、ステップS12で、還元剤の供給に際して、酸化触媒12に流入する排気ガスの酸素濃度Co2 、CO濃度Cco、HC濃度Chcと所定の判定用温度T80との関係に基づいて、排気ガス成分濃度検出手段で検出された酸化触媒12に流入する排気ガスの酸素濃度Co2 m、CO濃度Ccom、HC濃度Chcmから、所定の判定用温度T80を算出して設定することができる。従って、所定の判定用温度をより適切なものとすることができ、還元剤の供給開始時期の適正化を図ることができる。
また、ステップS15で、還元剤の供給に際して、酸化触媒12に流入する排気ガスの
温度Tgi、酸素濃度Co2、CO濃度Cco、HC濃度Chcと目標HC浄化率ηphcとの関係に基づいて、酸化触媒12に流入する排気ガスの温度Tgim、排気ガス成分濃度検出手段で検出された、酸素濃度Co2m、CO濃度Ccom、HC濃度Chcmから、供給すべきHC量Ahcを算出して設定することができる。
つまり、還元剤供給手段が、酸化触媒12に流入する排気ガスの温度Tgi、酸素濃度Co2、CO濃度Ccoと目標のHC浄化率ηphcで消費可能なHC濃度Cthcとの関係に基づいて、酸化触媒12に流入する排気ガスの温度Tgim、排気ガス成分濃度検出手段で検出された、酸素濃度Co2m、CO濃度Ccom、HC濃度Chcmから、排気ガス中に供給する還元剤の供給量Ahcを算出及び設定し、この供給量Ahcで還元剤を排気ガス中に供給するので、これにより、供給する還元剤の量と排気ガス中の還元剤の量との和を、酸化触媒12が消費可能な還元剤の量にすることができる。従って、燃費の悪化の低減を図ることができると共に、排気ガスの成分の悪化を抑制できる。
なお、上記の説明では、上流側の酸化触媒12と下流側の触媒付きフィルタ(DPF)11を組み合わせた排気ガス浄化システム1を用いたが、本発明は、上流側の酸化触媒と下流側のNOx吸蔵還元型触媒を組み合わせた排気ガス浄化システム、上流側の酸化触媒と下流側のSCR触媒を組み合わせた排気ガス浄化システム、酸化触媒とNOx浄化触媒とDPFを組み合わせた排気ガス浄化システム等に適用できる。
また、排気ガス温度の判定用温度T80も、上記で例示したPM再生制御だけではなく、NOx吸蔵還元型触媒やNOx直接還元型触媒等のNOx浄化触媒のNOx再生制御や、酸化触媒、NOx吸蔵還元型触媒、NOx直接還元型触媒、SCR触媒等の各種触媒の硫黄被毒からの回復のための脱硫制御における排気ガス温度の判定用温度として用いることができる。
また、還元剤の供給量の算出も酸化触媒だけでなく、上流側の酸化触媒と下流側のNOx吸蔵還元型触媒等を組み合わせた排気ガス浄化システムに適用できるが、この場合により精度よく行うためには、酸化触媒に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、酸化触媒で消費可能な還元剤の第1還元剤量を算出し、更に、NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、NOx吸蔵還元型触媒で消費可能な還元剤の第2還元剤量を算出し、この第1還元量と第2還元量の和から排気ガス中のHC量を差し引いて供給すべきHC量を算出する。
実施例及び比較例の排気ガス浄化システムとして、白金を担持した酸化アルミニウム触媒をコージェライトハニカムの塗った担持体を酸化触媒としてコンバータ内に組み込み、ディーゼルエンジンの排気管に取り付けた。
この酸化触媒に流入する排気ガスの酸素濃度とCO濃度とHC濃度とライトオフ温度との関係を求めたところ、HCの80%浄化率の温度T80として、図3〜図5の結果を得た。実施例では、この図3〜図5の関係をHC噴射時の温度閾値およびHC、COの上限値として制御パラメータに組み込みHC噴射制御を行った。
次に、使用したディーゼルエンジンの代表的な排気ガス成分で、ライトオフ温度(活性化温度)を求めたところ、HCの80%浄化率の温度T80は190℃であった。比較例では、このライトオフ温度T80をHC噴射時の温度閾値として制御パラメータに組み込み、HC噴射制御を行った。
実施例と比較例のHC噴射時期と排気ガス温度の変化を図6に示す。図6の太線Aは酸化触媒入口の排気ガス温度を示し、細線Bは実施例のHC噴射制御(Fa)を行った時の触媒温度を示し、中線Cは比較例のHC噴射制御(Fb)を行った時の触媒温度を示す。細線Bは中線Cに比べて効率よく触媒温度が上昇していることが分かる。
更に、酸化触媒の下流側のHC濃度とCO濃度を、比較例を100とした場合の実施例の値で図7に示す。また、HC噴射量を、比較例を100とした場合の実施例の値で図8に示す。
これらの図6〜図8の結果から、実施例の適正なHC噴射制御により、効率的な排気ガス昇温、排気ガス成分の抑制、燃費悪化の低減ができることが分かる。
本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の制御フローの一例を示す図である。 酸素濃度5%における、CO濃度、HC濃度とHCの80%浄化率の温度との関係を示す図である。 酸素濃度10%における、CO濃度、HC濃度とHCの80%浄化率の温度との関係を示す図である。 酸素濃度15%における、CO濃度、HC濃度とHCの80%浄化率の温度との関係を示す図である。 実施例と比較例のHC噴射時期と排気ガス温度の変化を示す図である。 実施例と比較例の酸化触媒の下流側のHC濃度とCO濃度を、比較例を100として示す図である。 実施例と比較例のHC噴射量を、比較例を100として示す図である。
符号の説明
E エンジン
1 排気ガス浄化システム
2 吸気通路
4 排気通路
8 燃料噴射弁
10 排気ガス浄化装置
11 触媒付きフィルタ(DPF)
12 酸化触媒
13 HC供給装置
21 差圧センサ
22 触媒入口排気温度センサ
23 触媒出口排気温度センサ
24 フィルタ出口排気温度センサ
25 上流側のガス成分濃度センサ
26 下流側のガス成分濃度センサ

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、CO濃度、HC濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、
    還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、前記所定の判定用温度を設定すると共に、
    前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度と消費可能なHC量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を、前記消費可能なHC量から排気ガス中のHC量を差し引いた値で算出して設定し、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
  2. 前記排気ガス浄化装置が、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、NOx吸蔵還元型触媒、直接還元型NOx触媒、選択的接触触媒の内の一つ以上を備えたことを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
  3. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えると共に、還元剤の供給量及び供給時期を調整しながら、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、排気ガス中の酸素濃度、CO濃度、HC濃度を検出する排気ガス成分濃度検出手段とを備え、前記還元剤供給手段が、前記排気ガス温度検出手段で検出された排気ガスの温度が、所定の判定用温度以上のときに、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中に還元剤を供給する制御を行う制御装置を有する排気ガス浄化システムにおいて、
    前記制御装置が、還元剤の供給に際して、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度と所定の判定用温度との関係に基づいて、前記排気ガス成分濃度検出手段で検出された前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、前記所定の判定用温度を設定すると共に、
    前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度と消費可能なHC量との関係に基づいて、前記排気ガス浄化装置に流入する排気ガスの温度、酸素濃度、CO濃度、HC濃度から、排気ガス中に供給する還元剤の供給量を、前記消費可能なHC量から排気ガス中のHC量を差し引いた値で算出して設定し、該供給量で還元剤を排気ガス中に供給することを特徴とする排気ガス浄化システム。
  4. 前記排気ガス浄化装置が、酸化触媒、触媒付きディーゼルパテイキュレートフィルタ、NOx吸蔵還元型触媒、直接還元型NOx触媒、選択的接触触媒の内の一つ以上を備えたことを特徴とする請求項3記載の排気ガス浄化システム。
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