JP5401993B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気ガスを浄化するエンジンの排気浄化装置に関する。

例えば特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化するために、排気通路において、排気ガス中の微粒子（パティキュレート）を捕集するフィルタと、該フィルタの下流側において排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して排気ガスを浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒とを設ける技術が開示されている。

かかる構成からなる排気浄化装置では、背圧の増大を抑制するために、フィルタに所定捕集量以上の微粒子が捕集されると、フィルタの再生が行われる。フィルタの再生には、例えば、排気ガス中の未燃燃料と酸化反応を起こす酸化触媒が用いられる。酸化触媒は、排気通路においてフィルタよりも上流側に設けられ、未燃燃料と酸化触媒が酸化反応を起こすと、その酸化反応で生じる反応熱により、酸化触媒の下流側にあるフィルタが加熱される。このようにしてフィルタが加熱されると、フィルタに捕集された微粒子が燃焼し、フィルタが再生される。

一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、酸化雰囲気において排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒に所定吸蔵量以上のＮＯｘが吸蔵されると、所定の制御（例えば還元剤の供給、ＥＧＲの流量増大、ポスト噴射等）により酸化雰囲気から還元雰囲気に切り替えられる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元されて放出され、排気ガスが浄化される。

以上のように、上述の排気浄化装置は、フィルタの再生とＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ還元制御とを適宜行うことで、良好な浄化性能を継続的に発揮することができる。

特開平９−５３４４２号公報

ところで、上述の排気浄化装置では、フィルタ再生中にＮＯｘ還元制御が要求されることがある。なお、フィルタ再生中はＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が上昇し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が著しく高いときは一般にＮＯｘ還元制御の要求がなされないが、フィルタ再生の開始直後はＮＯｘ吸蔵還元触媒が著しく高温にならないため、ＮＯｘ還元制御が要求され得る。

しかし、フィルタ再生時は上記の酸化反応が生じるため酸化雰囲気になる傾向があるのに対して、ＮＯｘ還元制御は還元雰囲気で実行する必要があるため、フィルタの再生とＮＯｘ還元制御を同時に実行することはできない。

また、フィルタの再生を中断してＮＯｘ還元制御を実行することも考えられるが、フィルタの再生を中断すると、一旦加熱したフィルタの温度が低下してしまう。よって、フィルタ再生を再開する際、フィルタを加熱し直さなければならず、未燃燃料の供給量の増大を招いてしまう。

そこで、本発明は、排気通路において微粒子捕獲用のフィルタの下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒が配置されたエンジンの排気浄化装置において、フィルタ再生の効率化を図ることを、基本的な目的とする。

上記課題を解決するため、本願の第１の発明に係るエンジンの排気浄化装置は、
エンジンの排気ガス中の微粒子を捕集するために前記エンジンの排気通路に設けられたフィルタと、
該フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて前記フィルタを再生させるためのフィルタ再生制御を行うフィルタ再生手段と、
前記フィルタ再生制御が実行されているか否かを判定する判定手段と、
前記排気通路において前記フィルタよりも下流側に設けられ、酸化雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し且つ該吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元して放出する特性を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの量を検出するＮＯｘ吸蔵量検出手段と、
該ＮＯｘ吸蔵量検出手段による検出量が所定吸蔵量以上になると、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するためのＮＯｘ還元制御を行う還元制御手段と、
前記エンジンが停止しているか否かを検出する停止検出手段と、
前記フィルタ再生制御および／または前記ＮＯｘ還元制御を実行するか否かを決定する決定手段と、を備え、
該決定手段は、
前記ＮＯｘ吸蔵量検出手段による検出量が前記所定吸蔵量以上であり、且つ、前記判定手段により前記フィルタ再生制御が実行されていると判定されたとき、前記フィルタ再生制御の実行を継続しつつ前記ＮＯｘ還元制御の実行を禁止することを決定し、
該決定に従い前記フィルタ再生制御の実行が継続されつつ前記ＮＯｘ還元制御の実行が禁止されているときに前記停止検出手段により前記エンジンの停止が検出された後、該停止検出手段により前記エンジンの再始動が検出されたとき、前記フィルタ再生制御の実行を禁止しつつ前記ＮＯｘ還元制御を実行することを決定することを特徴とする。

本願の第２の発明に係るエンジンの排気浄化制御装置は、第１の発明において、
前記決定手段は、該決定手段の決定に従い前記フィルタ再生制御の実行が禁止されつつ前記ＮＯｘ還元制御が実行されている場合、前記ＮＯｘ還元制御の実行終了後に前記フィルタ再生制御を実行することを決定することを特徴とする。

本願の第１の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量以上であっても、フィルタ再生制御が実行されているときは、フィルタ再生制御の実行が継続されつつＮＯｘ還元制御の実行が禁止される。このようにフィルタ再生制御の中断が回避されるため、フィルタ再生制御により一旦上昇させた排気温度が低下してしまうことを防止できる。よって、排気温度を再度上昇させる必要がなく、フィルタの再生を効率的に行うことができる。

また、本願の第１の発明によれば、フィルタ再生制御の実行が継続されつつＮＯｘ還元制御の実行が禁止されているときにエンジンが停止された場合、エンジンが再始動されると、フィルタ再生制御の実行が禁止されつつＮＯｘ還元制御が実行される。すなわち、排気温度が低下したエンジンの再始動時は、ＮＯｘ還元制御が優先的に実行されることで、ＮＯｘの排出を確実に抑制することができる。

本願の第２の発明によれば、第１の発明により優先的に実行されたＮＯｘ還元制御が終了した後、フィルタ再生制御が実行されるため、フィルタの目詰まりを防止できる。また、ＮＯｘ還元制御は短時間で終了するため、フィルタ再生制御の実行開始前にフィルタの目詰まりが生じることを防止できる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの排気浄化装置を示す概略図である。 フィルタ再生制御とＮＯｘ還元制御に関する各処理の流れを示すフローチャートである。 ＮＯｘ吸蔵還元触媒とＮＯｘの最大吸蔵量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動車のエンジンの排気浄化装置２を示す概略図である。排気浄化装置２は、例えば、図示しないディーゼルエンジンに接続されており、そのエンジンから排出される排気ガスが排気浄化装置２に導かれるようにしてある。

排気浄化装置２は、エンジンの排気通路４と、エンジンの排気ガス中の微粒子（パティキュレート）を捕獲するために排気通路４に設けられたフィルタ６と、排気通路４においてフィルタ６よりも上流側に設けられた酸化触媒１０と、排気通路４においてフィルタ６よりも下流側に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒８と、を備えている。また、排気浄化装置２は、フィルタ６の温度Ｔｆを検知するフィルタ用温度センサ２８と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８の温度Ｔｎを検知する触媒用温度センサ３０と、を備えている。

フィルタ６に多量の微粒子が捕獲されると、背圧が上昇してエンジンに不具合が生じる懸念がある。そのため、所定量Ｘｓ以上の微粒子がフィルタ６に捕獲されるとフィルタ６の再生が行われる。フィルタ６の再生については後に具体的に説明する。

フィルタ６に捕獲された微粒子の量Ｍｆは、微粒子捕獲量検出手段としての差圧センサ２６により検出される。差圧センサ２６は、排気通路４においてフィルタ６の上流側部分とフィルタ６の下流側部分との差圧ΔＰを検知可能に設けられている。フィルタ６による微粒子捕獲量Ｍｆが多いほど差圧ΔＰが大きくなることから、差圧センサ２６により検知される差圧ΔＰに基づき、フィルタ６による微粒子捕獲量Ｍｆを検出することができる。

ただし、微粒子捕獲量検出手段としては、差圧センサ２６以外の種々のセンサを使用することができ、例えば、差圧センサ２６に代えて、排気通路４においてフィルタ６の上流側部分の排気圧を検知する上流側の圧力センサと、フィルタ６の下流側部分の排気圧を検知する下流側の圧力センサとを設けるようにしてもよい。

酸化触媒１０は、フィルタ６の再生に使用される。フィルタ６の再生は、フィルタ６に導かれる排気ガスの温度を著しく上昇させ、フィルタ６に捕獲された微粒子を燃焼させることにより行われる。本実施形態では、フィルタ６に導かれる排気ガスの温度を上昇させるために、エンジンから酸化触媒１０へ未燃燃料を供給し、これを酸化触媒１０で酸化させている。酸化触媒１０に未燃燃料を供給するためには、例えば、エンジンにおいて、圧縮行程で行われる通常の燃料噴射とは別に、膨張行程で追加的な燃料噴射を行うことで、燃料を燃焼させないまま酸化触媒１０に供給することができる。

ただし、本発明において、フィルタ６を再生させる構成は特に限定されるものではなく、例えば、フィルタ６に捕獲された微粒子を電気的な加熱手段により加熱させて燃焼させることで、フィルタ６を再生させるようにしてもよい。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒８は、酸化雰囲気で排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元して放出する特性を有する。かかる特性により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８は排気ガスを浄化することができる。具体的に説明すると、通常は酸化雰囲気にあるＮＯｘ吸蔵還元触媒８が排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、触媒８のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが所定吸蔵量Ｙｓ以上になると、触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元するための制御（以下、「ＮＯｘ還元制御」という。）が行われる。これにより、排気ガス中のＮＯｘは触媒８により還元されてから放出される。ＮＯｘ還元制御の具体的な構成については後述する。

触媒８に吸蔵されたＮＯｘの量Ｍｎは、ＮＯｘ吸蔵量検出手段として機能するエンジン回転速度センサ２２とアクセル開度センサ２４と触媒用温度センサ３０とにより検出される。具体的には、エンジン回転速度センサ２２により検知されるエンジンの回転速度Ｎｅと、アクセル開度センサ２４により検知されるアクセル開度θと、触媒用温度センサ３０により検知される触媒８の温度Ｔｎとにより、触媒８のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが算出される。また、ＮＯｘ還元制御の実行時に還元剤を供給する場合、ＮＯｘ還元制御の実行中の触媒８のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎは、エンジンの回転速度Ｎｅ、アクセル開度θ及び触媒８の温度Ｔｎに加えて、還元剤供給量にも基づいて算出される。

なお、触媒８のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎの算出に触媒８の温度Ｔｎが用いられる理由は、触媒８が吸蔵可能なＮＯｘの最大量が触媒８の温度Ｔｎに応じて変化することにある（図３参照）。

フィルタ６を再生させるための制御（以下、「フィルタ再生制御」という。）およびＮＯｘ還元制御は、自動車に搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１１により行われる。

ＥＣＵ１１は、フィルタ再生制御を行うフィルタ再生手段としての再生制御部１２と、フィルタ再生制御が実行されているか否かを判定する判定手段としての判定部１７と、ＮＯｘ還元制御を行う還元制御手段としての還元制御部１４と、フィルタ再生制御および／またはＮＯｘ還元制御を実行するか否かを決定する決定手段としての実行決定部１６と、を備えている。また、ＥＣＵ１１は、エンジンが停止しているか否かを検出する停止検出手段としての停止検出部１８を備えている。

再生制御部１２は、通常は上述のように検出されるフィルタ６の微粒子捕獲量Ｍｆが第１の捕獲量Ｘｓ以上になるとフィルタ再生制御を行うが、フィルタ再生制御を実行するか否かは、実行決定部１６による最終的な決定に従う。フィルタ再生制御は、例えば、上述のようにエンジンの膨張行程で追加的な燃料噴射を行うように制御することで行う。また、フィルタ再生制御は、フィルタ６の微粒子捕獲量Ｍｆが第１の捕獲量Ｘｓよりも小さい第２の捕獲量Ｘｅ以下になると終了する。

還元制御部１４は、通常は上述のように検出されるＮＯｘ吸蔵還元触媒８のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが所定吸蔵量Ｙｓ以上になるとＮＯｘ還元制御を行うが、ＮＯｘ還元制御を実行するか否かは、実行決定部１６による最終的な決定に従う。ＮＯｘ還元制御は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８に導かれる排気ガスを酸化雰囲気から還元雰囲気に切り替えることにより行う。具体的には、例えば、排気通路４に還元剤を供給し、エンジンから排気浄化装置２に導かれる排気ガスの空燃比を調整することで、酸化雰囲気から還元雰囲気への切り替えを行うことができる。空燃比の調整は、公知の方法（例えばＥＧＲの流量増量、ポスト噴射等）により行うことができる。ＮＯｘ還元制御は、所定の終了条件（例えば、ＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが所定量α以下であること）が成立したときに終了する。

停止検出部１８は、イグニッションスイッチ２０から送られる信号に基づき、エンジンが停止しているか否かを検出する。具体的に、停止検出部１８は、イグニッションスイッチ２０のオフ信号を受信したときに、エンジンが停止していることを検出する。

実行決定部１６は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが所定吸蔵量Ｙｓ以上であっても、フィルタ再生制御が実行されているときは、フィルタ再生制御の実行を継続しつつＮＯｘ還元制御の実行を禁止することを決定する。このようにフィルタ再生制御を中断しないようにすることで、一旦上昇させた排気温度が低下してしまうことを防止できる。よって、排気温度を再度上昇させる必要がなく、フィルタ６の再生を効率的に行うことができる。

また、かかる実行決定部１６の決定に従いフィルタ再生制御の実行が継続されつつＮＯｘ還元制御の実行が禁止されているときにエンジンが停止された場合、エンジンの停止に伴いフィルタ再生制御が強制的に中断され、上昇していた排気温度が低下する。よって、この場合においてエンジンの停止が解除されたとき、フィルタ再生制御とＮＯｘ還元制御のいずれを優先的に実行してもフィルタ６を効率的に再生することはできない。そのため、この場合、実行決定部１６は、エンジンが再始動されたときにフィルタ再生制御の実行を禁止しつつＮＯｘ還元制御を実行することを決定する。このように、ＮＯｘ還元制御を優先的に実行することで、ＮＯｘの排出を確実に抑制することができる。

さらに、この場合、実行決定部１６は、ＮＯｘ還元制御の実行終了後にフィルタ再生制御を実行することを決定する。ＮＯｘ還元制御は短時間で終了するため、フィルタ６に目詰まりが生じる前にフィルタ６を再生させることができる。

図２を参照しながら、フィルタ再生制御とＮＯｘ還元制御に関する各処理の流れについて説明する。

図２に示すように、先ずステップＳ１において、イグニッションスイッチ２０から送られる信号に基づき、エンジンが停止しているか否かが判断される。エンジンが停止していないと判断されるとステップＳ２に進み、エンジンが停止していると判断されるとステップＳ１４に進む。

［エンジン駆動中の処理］
ステップＳ２では、エンジンの回転速度Ｎｅがエンジン回転速度センサ２２により検知され、アクセル開度θがアクセル開度センサ２４により検知され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８の温度Ｔｎが触媒用温度センサ３０により検知される。

次のステップＳ３では、ステップＳ２で検知されたエンジンの回転速度Ｎｅ、アクセル開度θ及びＮＯｘ吸蔵還元触媒８の温度Ｔｎに基づき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが算出される。ただし、ＮＯｘ還元制御の実行中は、排気通路４に還元剤が供給されるため、エンジンの回転速度Ｎｅ、アクセル開度θ及び触媒８の温度Ｔｎに加えて、還元剤の供給量にも基づいてＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが算出される。

続くステップＳ４では、ＮＯｘ還元制御の終了条件が成立しているか否かが判断される。具体的には、ＮＯｘ還元制御実行中のＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが所定量α以下であるか否かが判断される。この判断により、ＮＯｘ還元制御の終了条件が成立していない場合はステップＳ５に進む。一方、ＮＯｘ還元制御の終了条件が成立している場合はステップＳ１３に進んで、ＮＯｘ還元制御フラグが０にセットされ、これによりＮＯｘ還元制御が実行されることがない（ステップＳ１１）。

ステップＳ５では、ＮＯｘ還元制御の開始条件が成立しているか否かが判断される。具体的には、ＮＯｘ吸蔵量Ｍｎが所定吸蔵量Ｙｓ以上であるか否かが判断される。

ステップＳ５の判断により、ＮＯｘ還元制御の開始条件が成立している場合はステップＳ６に進み、ＮＯｘ還元制御を開始するためにＮＯｘ還元制御フラグが１にセットされて、ステップＳ７に進む。

一方、ステップＳ５の判断により、ＮＯｘ還元制御の開始条件が成立していない場合はステップＳ１２に進み、ＮＯｘ還元制御フラグが１にセットされているか否かが判断される。この判断により、ＮＯｘ還元制御フラグが１にセットされている場合はステップＳ７に進む。一方、ＮＯｘ還元制御フラグが０にセットされている場合は、ＮＯｘ還元制御が実行されない（ステップＳ１１）。

ステップＳ７では、フィルタ再生フラグが１にセットされているか否かが判断される。この判断により、フィルタ再生フラグが１にセットされている場合はステップＳ９に進む。一方、フィルタ再生フラグが０にセットされている場合は、フィルタ再生制御が実行されることなく、ＮＯｘ還元制御が実行される（ステップＳ８）。

ステップＳ９では、一旦ステップＳ６で１にセットされたＮＯｘ還元制御フラグが０にリセットされ、続くステップＳ１０でサブフラグが１にセットされる。なお、サブフラグは、フィルタ再生制御の実行中にＮＯｘ還元制御の開始条件が成立したときにフィルタ再生制御を継続しつつＮＯｘ還元制御の実行を禁止する場合に１にセットされ、その他の場合に０にセットされるフラグである。ステップＳ１０においてサブフラグが１にセットされると、ＮＯｘ還元制御の実行が禁止されつつ（ステップＳ１１）、フィルタ再生制御が継続される。このように、フィルタ再生制御の実行中はフィルタ再生制御を優先させることで、フィルタ６を効率的に再生させることができる。

［エンジン停止中の処理］
ステップＳ１４では、エンジンがオフされた直後であるか否かが判断される。具体的には、前回行われた図２のルーチンにおいてはステップＳ１でエンジンがオンであると判断されたか否かが判断される。この判断により、エンジンがオフされた直後である場合のみステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、サブフラグが１にセットされているか否かが判断される。サブフラグが１にセットされている場合、サブフラグは０にリセットされ（ステップＳ１６）、ＮＯｘ還元制御が終了するまでフィルタ再生フラグが０にセットされる（ステップＳ１７）。これにより、エンジン再始動時は、ＮＯｘ還元制御が優先的に実行されるため、ＮＯｘの排出を確実に抑制することができる。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

２：エンジンの排気浄化装置、４：排気通路、６：微粒子捕獲用のフィルタ、８：ＮＯｘ吸蔵還元触媒、１０：酸化触媒、１１：ＥＣＵ、１２：再生制御部、１４：還元制御部、１６：実行決定部、１７：判定部、１８：停止検出部、２０：イグニッションスイッチ、２２：エンジン回転速度センサ、２４：アクセル開度センサ、２６：差圧センサ、２８：フィルタ用温度センサ、３０：触媒用温度センサ。

Claims (2)

1. エンジンの排気ガス中の微粒子を捕集するために前記エンジンの排気通路に設けられたフィルタと、
   該フィルタに捕集された微粒子を燃焼させて前記フィルタを再生させるためのフィルタ再生制御を行うフィルタ再生手段と、
   前記フィルタ再生制御が実行されているか否かを判定する判定手段と、
   前記排気通路において前記フィルタよりも下流側に設けられ、酸化雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し且つ該吸蔵したＮＯｘを還元雰囲気で還元して放出する特性を有するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
   該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘの量を検出するＮＯｘ吸蔵量検出手段と、
   該ＮＯｘ吸蔵量検出手段による検出量が所定吸蔵量以上になると、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するためのＮＯｘ還元制御を行う還元制御手段と、
   前記エンジンが停止しているか否かを検出する停止検出手段と、
   前記フィルタ再生制御および／または前記ＮＯｘ還元制御を実行するか否かを決定する決定手段と、を備え、
   該決定手段は、
   前記ＮＯｘ吸蔵量検出手段による検出量が前記所定吸蔵量以上であり、且つ、前記判定手段により前記フィルタ再生制御が実行されていると判定されたとき、前記フィルタ再生制御の実行を継続しつつ前記ＮＯｘ還元制御の実行を禁止することを決定し、
   該決定に従い前記フィルタ再生制御の実行が継続されつつ前記ＮＯｘ還元制御の実行が禁止されているときに前記停止検出手段により前記エンジンの停止が検出された後、該停止検出手段により前記エンジンの再始動が検出されたとき、前記フィルタ再生制御の実行を禁止しつつ前記ＮＯｘ還元制御を実行することを決定することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記決定手段は、該決定手段の決定に従い前記フィルタ再生制御の実行が禁止されつつ前記ＮＯｘ還元制御が実行されている場合、前記ＮＯｘ還元制御の実行終了後に前記フィルタ再生制御を実行することを決定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。

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