JP5811261B2 - ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5811261B2
JP5811261B2 JP2014500678A JP2014500678A JP5811261B2 JP 5811261 B2 JP5811261 B2 JP 5811261B2 JP 2014500678 A JP2014500678 A JP 2014500678A JP 2014500678 A JP2014500678 A JP 2014500678A JP 5811261 B2 JP5811261 B2 JP 5811261B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust gas
temperature
egr
amount
aftertreatment system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014500678A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013125422A1 (ja
Inventor
謙太郎 後藤
謙太郎 後藤
中野 雅彦
雅彦 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2014500678A priority Critical patent/JP5811261B2/ja
Publication of JPWO2013125422A1 publication Critical patent/JPWO2013125422A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5811261B2 publication Critical patent/JP5811261B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B49/00Arrangements of nautical instruments or navigational aids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/025Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0055Special engine operating conditions, e.g. for regeneration of exhaust gas treatment apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0275Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent
    • F02D41/028Desulfurisation of NOx traps or adsorbent
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402Multiple injections
    • F02D41/405Multiple injections with post injections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/14Combinations of different methods of purification absorption or adsorption, and filtering
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/101Three-way catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04Engine intake system parameters
    • F02D2200/0414Air temperature
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

この発明は、ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法に関する。
ディーゼルエンジンから排出されたNOx及びパティキュレートマター(Particulate Matter;以下適宜「PM」と称す)を処理すべく、排ガス通路に、リーンNOx吸蔵還元触媒(Lean NOx Trap catalyst;以下適宜「LNT」と称す)及びディーゼルパティキュレートフィルター(Diesel Particulate Filter;以下適宜「DPF」と称す)を設けるシステムが知られている。JP2010−127179Aでは、LNTの下流にDPFが配置される。LNTの硫黄被毒解除処理を行うとPMが発生する。このPMが、DPFに堆積する。そこで、JP2010−127179Aでは、EGRガスを吸気通路に導入しないDPFの再生処理と、EGRガスを吸気通路に導入しつつ、吸入空気量をDPFの再生処理時よりも低減させる硫黄被毒解除処理とを、交互にかつ連続的に行う。
ところで、JP2010−127179Aでは、DPFの再生処理時にEGRガスを吸気通路に導入することなく、外気のみを導入する。このため、外気温が予め想定されている温度よりも低ければ、特に、DPFの再生処理からLNTの硫黄被毒解除処理への切替直後に、圧縮端温度が低いことと、不燃ガス(EGRガス)が多いことに起因して、失火に至るおそれがあるということが、本発明者らによって見い出された。なお圧縮端温度とは、ピストンが圧縮上死点にあるときの燃焼室内のガスの温度である。
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、外気温が予め想定していた外気温よりも低い場合であっても、フィルター(DPF)の再生処理からNOxトラップ触媒(LNT)の硫黄被毒解除処理への切替直後の失火を抑制できるディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法を提供することである。
本発明によるディーゼルエンジンの排ガス後処理システムのひとつの態様は、EGRガスを吸気通路に導入しない第1の運転と、EGRガスを吸気通路に導入するとともに第1の運転よりも吸入空気量を低減する第2の運転とを実行する。そして、コレクター内温度又は圧縮端温度が前記第2の運転時に予め定まる失火領域の境界温度よりも低い場合であって前記第1の運転から前記第2の運転へ切り替えるタイミングであるか否かを判定する切替タイミング判定部と、切替タイミングであるときに、コレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させる昇温部と、同じく切替タイミングであるときに、前記吸入空気量の低減を抑える吸入空気量低減抑制部と、を含むことを特徴とする。
本発明の実施形態、本発明の利点は、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
図1は、本発明の第1実施形態のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムの概略構成図である。 図2は、比較形態のタイミングチャートである。 図3は、第1実施形態のタイミングチャートである。 図4Aは、比較形態の着火領域と燃焼室内空気過剰率及び圧縮端温度の関係を示す特性図である。 図4Bは、実施形態の着火領域と燃焼室内空気過剰率及び圧縮端温度の関係を示す特性図である。 図5は、連続再生フラグを設定するフローチャートである。 図6Aは、連続再生処理のフローチャートである。 図6Bは、連続再生処理のフローチャートである。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムを示す概略構成図である。図1において、ディーゼルエンジン1の吸気通路2に、可変ノズル型のターボチャージャー3の吸気コンプレッサーが備えられる。吸入空気は吸気コンプレッサーによって過給され、インタークーラー4で冷却され、常開の吸気スロットル5を通過した後、コレクター6を経て、各気筒のシリンダー内へ流入する。燃料は、高圧燃料ポンプ7によって高圧化されてコモンレール8に送られ、各気筒の燃料噴射弁9からシリンダー内へ直接噴射され、圧縮着火される。そして燃焼ガス(排ガス)が排ガス通路10へ流出する。
排ガス通路10に流出した排ガスの一部は、EGR通路11を通ってコレクター6に流れる。このようなガスがEGRガスと呼ばれる。残りの排ガスは、可変ノズル型のターボチャージャー3の排ガスタービンを駆動する。
EGR通路11にはEGRクーラー31が設けられる。EGRクーラー31は、冷却水や冷却風を用いて、EGRガスを冷却する。またEGRクーラー31をバイパスするバイパス通路32が設けられる。EGRガスのバイパス量は、流路切替弁33によって調整される。
流路切替弁33は、たとえば非通電時にバイパス通路32を遮断して、EGRガスをEGRクーラー31に流す。通電時にはEGRクーラー31側の通路を遮断して、EGRガスをバイパス通路32に流す。
燃焼温度が低いと、燃え残るHCの発生量が多くなる。ディーゼルエンジン1は、特に低負荷運転で燃焼温度が低くなるので、燃え残るHCの発生量が多くなる。そこで、低負荷運転時にEGRガスをバイパス通路32に流すことで、シリンダー内の温度低下を防止して、HCの発生量を抑えることができる。
コントローラー21には、アクセルセンサー22からのアクセルペダル操作量(Accelerator Pedal Operation amount)APOの信号、クランク角センサー23からのエンジン回転速度Neの信号が入力される。そしてコントローラー21は、エンジン負荷(APOなど)及びエンジン回転速度Neに基づいて、メイン噴射の燃料噴射時期及び燃料噴射量を算出する。そしてコントローラー21は、燃料噴射弁9を制御する。また、コントローラー21では、目標EGR率と目標吸入空気量とが得られるようにEGR制御と過給圧制御を協調して行う。コントローラー21は中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インターフェース(I/Oインターフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。
排ガス通路10の排ガスタービン下流には、排ガス中のPMを捕集するDPF13が配置される。DPF13に堆積するPM量(PM堆積量)がクライテリア(所定値)に達すると、コントローラー21はDPF13の再生処理を実行する。例えばメイン噴射直後の膨張行程又は排気行程で、燃料をポスト噴射して排ガス温度を上昇させることでPMを燃焼する。このように、DPF13に堆積しているPMを燃焼除去する処理が、DPF13の再生処理と呼ばれる。排ガス温度が十分高くなるように、エンジンの負荷及び回転速度(運転条件)に応じてポスト噴射量及びポスト噴射時期が予め設定されており、そのときのエンジンの負荷及び回転速度に応じたポスト噴射量及びポスト噴射時期でポスト噴射が実行される。
DPF13に堆積したPMの全てを燃焼除去する完全再生を実行するには、DPF13の許容温度を超えない範囲で少しでも排ガス温度を高めることが必要である。このため本実施形態では、DPF13の上流に、貴金属による酸化触媒14が配置される。ポスト噴射時の排ガス成分(HC、CO)は、この酸化触媒14で燃焼して排ガス温度が高められる。この結果、DPF13内のPM燃焼が促進される。なお、DPF13を構成する担体に酸化触媒をコーティングしてもよい。このときには、PMが燃焼するときの酸化反応が促進され、その分DPF13のベッド温度が実質的に上昇するので、DPF13内のPM燃焼が促進される。
DPF13の上流に配置される触媒は、酸化触媒14に限られない。酸化機能を備える触媒であれば、酸化触媒に代えることが可能である。図1では酸化触媒14として三元触媒(Three-Way Catalyst;以下適宜「TWC」と称す)が例示される。
酸化触媒14とDPF13との間には、LNT15が配置される。LNT15は、酸素雰囲気で排ガス中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではNOxを脱離して排ガス中のHCで還元することで、NOxを浄化するNOxトラップ触媒である。酸素雰囲気とは、排ガスの空気過剰率が1.0(理論空燃比相当の値)よりも大きい状態である。還元雰囲気とは、排ガスの空気過剰率が1.0以下の状態である。
LNT15のNOx堆積量がクライテリア(所定値)に達すると、コントローラー21は、LNT15を流れる排ガスが、酸素雰囲気から還元雰囲気へ切り替わるように、リッチスパイク処理を実行する。このリッチスパイク処理は、メイン噴射直後の膨張行程又は排気行程で燃料をポスト噴射して、排ガス通路10に排出される未燃のHC量を増やしてLNT15に供給する処理である。
ディーゼルエンジン1は、通常は、空気過剰率が1.0よりも大きな状態で運転される。すなわち、理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転される。そのため、ポスト噴射を追加するだけでは排ガスの空気過剰率を1.0にすることができない。そこで、通常運転時に全開の吸気スロットル5をリッチスパイク処理時に閉じることでシリンダーに流入する吸入空気量(シリンダー吸入空気量)Qacを減らし、排ガスの空気過剰率を1.0にする。つまり、メイン噴射量及びポスト噴射量の合計の燃料噴射量Qfuelと、シリンダー吸入空気量Qacとで定まる空気過剰率が1.0となるように、ポスト噴射量と吸気スロットル開度(吸入空気量)とを定めるのである。ここで、リッチスパイク処理時の吸気スロットル開度を定めれば、ポスト噴射量が一義的に定まる。
また、所定の時間毎(一定の周期毎)にLNT15にトラップされる所定時間当たりのNOx量を算出して、順次積算することで、NOx堆積量を算出する。このNOx堆積量と、予め定めてあるクライテリアとを比較し、NOx堆積量がクライテリアよりも大きくなったときに、LNT15の再生時期であると判定し、ポスト噴射処理(リッチスパイク処理)を実行する。還元浄化すべきNOx堆積量は基本的にはクライテリア値と同じである。従って、クライテリア値に等しいNOx堆積量を、目標空気過剰率が1.0のもとで全て還元浄化するのに適したポスト噴射量も予め定まる。
このようにして、通常運転時にNOx堆積量がクライテリアよりも大きくなったら、吸気スロットルを全開から所定開度へと切り替えるとともに、ポスト噴射を開始する。そして、ポスト噴射期間を経過したらポスト噴射を終了し吸気スロットル5を再び全開する。
通常運転では、1.0を超える空気過剰率(つまりリーン空燃比)であり、このとき、LNT15は、排ガス中のNOxをトラップするとともに、排ガス中のSOx(硫黄酸化物)をもトラップする。SOx堆積量が増加すると、LNT15のNOxトラップ効率が低下する。このような現象が、硫黄被毒現象と称される。このため、SOx堆積量が所定量を超えるときには、堆積したSOxを浄化する必要がある。SOxを浄化する処理が、硫黄被毒解除処理と称される。
硫黄被毒解除処理では、排ガスを還元雰囲気にしてLNT15の温度が600℃を超えるような高温に晒す必要がある。そのため、排ガス中のPMが増加してDPF13のPM堆積量が増加する。
そこで、LNT15の硫黄被毒解除処理とDPF13の再生処理とを交互にかつ連続的に行わせる従来装置がある。ここで、LNT15の硫黄被毒解除処理とDPF13の再生処理とを交互にかつ連続的に行わせる処理を「連続再生処理」と定義する。
従来装置の連続再生処理のうち硫黄被毒解除処理では、EGRガスを燃焼室に導入するとともに吸入空気量をDPF13の再生処理時より低減させる。これによって、外気温度が、予め想定される温度の範囲内であれば、硫黄被毒解除処理への切替直後であっても、圧縮端温度が十分に高く、失火に至らない。しかしながら、外気温度が、低ければ、圧縮端温度が低下し、失火に至るおそれがある。
これについて、図2を参照して説明する。図2は、比較形態のタイミングチャートである。図2(A)は運転モードを示す。図2(B)はEGR弁開度を示す。図2(C)は吸気スロットル開度を示す。図2(D)は吸入空気量を示す。図2(E)はEGR率を示す。図2(F)は燃焼室内ガスの空気過剰率λ1を示す。図2(G)はコレクター内温度を示す。図2(H)は圧縮端温度を示す。図2(I)はポスト噴射量を示す。図2(J)は排ガスの空気過剰率λ2を示す。図2(K)はLNT温度を示す。なお、吸気スロットル開度、EGR率、燃焼室内ガスの空気過剰率λ1、排ガスの空気過剰率λ2には、目標値と実際値の両方がある。目標値が一点鎖線で示され、実際値が実線で示される。
本実施形態では、外気温が予め想定される温度よりも低い場合(以下、単に「低外気温の場合」という)に着目する。コレクター内温度と圧縮端温度の実線は、低外気温の場合を示す。太破線は、外気温が予め想定される温度内にある場合を示す。なお以下では、外気温が予め想定される温度内にある場合を、単に「想定内外気温の場合」という。
比較形態は、従来装置と同じように連続再生処理を行うものである。連続再生処理が実行可能な運転域になると、リーン空燃比での通常運転(以下、単に「通常運転」ともいう)から初回の硫黄被毒解除処理に切り替える。DPF13に所定量のPMが堆積したら、初回のフィルター再生処理に切り替わる。時刻t1で初回のフィルター再生処理に切り替える。時刻t3で、2回目の硫黄被毒解除処理に切り替える。時刻t7で2回目の硫黄被毒解除処理を終了する。この後には2回目のフィルター再生処理、3回目の硫黄被毒解除処理・・・と続く。
初回のフィルター再生処理時の目標LNT温度は、ほぼ600℃である(図2(K))。このため、燃焼室内ガスの目標空気過剰率λ1が1.5となるように吸気スロットル開度を全開から所定開度b1へと小さくすることで吸入空気量を所定量c1にする。さらに、所定量e1でポスト噴射することで排ガスの目標空気過剰率λ2を1.2にして、LNT温度を600℃まで上昇させる。
初回のDPF13の再生処理においてはDPF13に堆積しているPMを燃焼させる酸素を確保する必要がある。そこで、初回のDPF13の再生処理を開始する前の初回の硫黄被毒解除処理時には燃焼室にEGRガスを導入していても、目標EGR率を所定率d1(=0)として、目標EGR弁開度を所定開度a1(=0)、すなわち全閉して、EGRガスの導入を停止させる。このとき、想定内外気温時にはコレクター内温度及び圧縮端温度がいずれも低下する(図2(G)(H)の太破線)。
コレクター内温度及び圧縮端温度が低下するのは、コレクター6へのEGRガスの導入が停止し、冷たい外気のみがコレクター6内に導入されるためである。コレクター6から燃焼室に導入された吸入空気は、ピストンの上昇につれて温度が上昇する。「圧縮端温度」は、ピストンが圧縮上死点にきたときの燃焼室内ガスの温度であって、コレクター内温度にも依存する。すなわち、コレクター内温度が低下すれば圧縮端温度も低下する。
想定内外気温であれば、コレクター内温度及び圧縮端温度が、硫黄被毒解除処理時の失火領域の境界を定める基準温度LMT1,LMT2を下回らない。なお、基準温度LMT1,LMT2は、燃焼室内の空気過剰率(酸素量)によって変化するので、基準温度LMT1,LMT2は、硫黄被毒解除処理時における燃焼室内の目標空気過剰率(1.1)に基づいて設定されている。一方、低外気温の場合には、想定内外気温の場合よりも、温度低下代が大きく、時刻t2で基準温度LMT1,LMT2を下回る(図2(G)(H)の実線)。このようにコレクター内温度、圧縮端温度が、基準温度LMT1、LMT2を超えて低下していても、DPF13の再生処理時であれば、燃焼室内の空気過剰率が大きいので、失火しない。
一方、2回目の硫黄被毒解除処理時には燃焼室内の目標空気過剰率を小さくするために吸入空気量を低減するとともに、燃焼室内の温度低下を防止するためにEGRガスを燃焼室に導入する。EGRガスが燃焼室に導入されていれば、失火が生じることはない。しかしながら、後述するようにEGR弁12を開いてからEGRガスが燃焼室に到達して目標EGR率になるまでには、導入遅れ(タイムラグ)がある。このEGRガスの過渡的な導入遅れに起因して、硫黄被毒解除処理へ切り替えた直後に、コレクター内温度、圧縮端温度が、基準温度LMT1,LMT2よりも低くなることがある。これによって失火が生じる。
なお、初回のフィルター再生処理の開始時に目標EGR率をゼロとしてEGR弁12を全閉しても、EGR弁12から燃焼室までの流路に残存するEGRガスが遅れてコレクター6に流入するので、この遅れ時間経過後にコレクター内温度が低下し始める。従って、時刻t1は、この遅れ時間経過後のタイミングである。
次に、2回目の硫黄被毒解除処理時の目標LNT温度は、初回のフィルター再生処理時の目標LNT温度(600℃)よりも高く、ほぼ750℃である(図2(K))。時刻t3で2回目の硫黄被毒解除処理に切り替わると、この目標LNT温度を得るため燃焼室内ガスの目標空過剰率λ1を1.5から1.1へと小さくする。このため、目標吸気スロットル開度を所定開度b1から所定開度b2へと小さくして吸入空気量を所定量c1から所定量c2へと低減する。エンジンの運転条件が定まればメイン噴射量は変わらない。そこで、吸入空気量を低減させることで、空気過剰率λ1を小さくするのである。さらに、排ガスの目標空気過剰率が1.2から0.95へと小さくなるようにポスト噴射量を所定量e1から所定量e2へと増量する。この結果、排ガス通路10に出てから燃焼する燃料の量が増えて、排ガス温度が上昇する。このようにして、LNT温度を600℃から750℃へ上昇させる。
その一方で、2回目の硫黄被毒解除処理時に吸入空気量が減少するので、燃焼室内の酸素量が少なくなって失火に至るおそれがある。これを防止するため、目標EGR率がd1(=0)から所定率d2へと大きくなるように、目標EGR弁開度を所定開度a1(=0)から所定開度a2へと大きくする。2回目の硫黄被毒解除処理時にはEGR弁12を開いてEGRガスを燃焼室に導入することで圧縮端温度が低下しないようにし、失火を防止するのである。
しかしながら、t3でEGR弁12を開いてからEGRガスが燃焼室に到達して目標EGR率となるまでには導入遅れがあるので、コレクター内温度及び圧縮端温度の上昇が遅れる。コレクター内温度、圧縮端温度の上昇遅れがあっても、想定内外気温時には、コレクター内温度及び圧縮端温度が、基準温度LMT1,LMT2を下回らないので失火が生じない。一方、低外気温の場合には、時刻t3でコレクター内温度及び圧縮端温度が、基準温度LMT1,LMT2を下回って、図2(G)(H)の「失火領域」になる。さらに、EGRガスの導入遅れがあるので、コレクター内温度及び圧縮端温度は遅れて上昇し、時刻t4で失火領域を脱する。すなわち、時刻t3から時刻t4までに失火が生じるおそれがある。
図4Aは、燃焼室内ガスの着火領域と燃焼室内ガスの空気過剰率及び圧縮端温度との関係を示した特性図である。ハッチングで記した領域が、燃焼室内ガスが着火し得る領域(着火領域)、それ以外の領域が、燃焼室内ガスに失火が生じ得る領域(失火領域)である。
フィルター再生処理から硫黄被毒解除処理へ切り替えるときは、燃焼室内ガスの空気過剰率λ1が1.5から1.1へと小さくなる。空気過剰率λ1が小さくなっても燃焼室内ガスが着火するには、燃焼室内ガスの空気過剰率λ1が小さくなるほど圧縮端温度を高くしなければならない。比較形態(低外気温)の場合を図4Aに表すと、運転点がAからBへ、BからCへと移動する。これは、図2で前述したように、比較形態では初回のフィルター再生処理から2回目の硫黄被毒解除処理へ切り替えるときに、空気過剰率を1.5から1.1へと小さくするが、圧縮端温度は遅れて上昇するので、運転点は、まず圧縮端温度が変わらずにAからBへ移った後に、圧縮端温度の上昇に合わせてBからCへと移るのである。このように比較形態によれば運転点がA→B→Cと推移するため、着火領域から外れて、失火が生じ得るのである。
一方、図4Bは本実施形態のアイデアを示すものである。すなわち、初回のフィルター再生処理から2回目の硫黄被毒解除処理へ切り替える場合であって、燃焼室内ガスの空気過剰率λ1を1.5から1.1へと小さくするときに、失火領域に突入しないようにするには、運転点をAからDを経由してCに至らせればよい。これならば、着火領域の境界を運転点が辿るので、失火を抑制できる。
そこで第1実施形態では、EGRガスをコレクター6に導入しないDPF13の再生処理(第1の運転)と、DPF13の再生処理時よりも吸入空気量を低減しつつEGRガスをコレクター6に導入する硫黄被毒解除処理(第2の運転)とを実行するディーゼルエンジン1の排ガス後処理システムを前提として、低外気温の場合には、DPF13の再生処理から硫黄被毒解除処理へ切り替えるときに、コレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させる昇温手段と、DPF13の再生処理から硫黄被毒解除処理へ切り替えるときに、吸入空気量の低減を抑える吸入空気量低減抑制手段とを備える。
これについて図3を参照して説明する。図3は、図2の比較形態と同じ条件でエンジン1を運転したときの第1実施形態のタイミングチャートである。なお、比較のため比較形態が、適宜破線で示される。
本実施形態では、コレクター内温度及び圧縮端温度が、基準温度LMT1,LMT2を下回るとき失火が生じるとする。基準温度LMT1、LMT2は、硫黄被毒解除処理時における燃焼室内の目標空気過剰率(1.1)に基づいて設定されている。硫黄被毒解除処理時に実際のコレクター内温度、圧縮端温度とこの基準温度LMT1、LMT2を比較して、失火領域にあるか否かを判定する。
図3の時刻t2は、フィルター再生処理時に、実際のコレクター内温度が低下して基準温度LMT1に到達したタイミング、あるいは実際の圧縮端温度が低下して基準温度LMT2に到達したタイミングである。時刻t2で低外気温であると判定される。低外気温が判定されたときには、硫黄被毒解除処理に切り替わった直後の失火が予測される。そこで、何らかの手立てによって、コレクター内温度、圧縮端温度を上昇させる必要がある。
そこで、本実施形態では、時刻t3でEGR弁12を開くときに流路切替弁33に通電してEGRガスをバイパス通路32に流す。これによって、EGRガスをEGRクーラー31によって冷却することなくコレクター6に導入する。このようにすれば、EGR弁12を開いた直後のEGRガスの導入が少ないときもEGRガス温度が高くなる。この結果、EGRクーラー31によって冷却されたEGRガスをコレクター6に導入する場合よりも、コレクター内温度や圧縮端温度が上昇する。
この場合、t3でEGR弁12を開いてから、EGRガスが燃焼室に流入して目標EGR率となるまでに生じる導入遅れを考慮し、t3よりも少し前のタイミングでEGR弁12を開くとともに流路切替弁33に通電してEGRガスをバイパス通路32に流すようにするとよい。このt3よりも少し前のタイミングは、適合によって定めればよい。
このように、時刻t3でEGRクーラー31をバイパスしたEGRガスを燃焼室に導入することで、t3からのコレクター内温度及び圧縮端温度が、比較形態の場合よりも早く上昇する(図3(G)(H)の実線)。これによって、時刻t3の直後の時刻t5で、コレクター内温度及び圧縮端温度が基準温度LMT1´,LMT2´に到達する(図3(G)(H)の実線、図4B)。
また時刻t3から、吸入空気量の低減を抑制する。すなわち、比較形態では時刻t3で吸入空気量が所定量c1から所定量c2へと低減するように目標吸気スロットル開度を所定開度b1から所定開度b2へとステップ的に小さくした(図2(C)(D))。本実施形態では、吸入空気量が所定量c1から、所定量c2よりも大きな所定量c3になるように、目標吸気スロットル開度を所定開度b1に維持しておく(図3(C)(D))。すなわち、時刻t3でEGR弁12を開いてEGRガスを導入した分だけ相対的に吸入空気量を減少させる。このようにすることで、吸入空気量の低減を抑制しない場合よりも、燃焼室に流入する吸入空気量を増加させる。吸入空気量が増えれば酸素量が増える。つまり、圧縮端温度が上昇し、かつ酸素量が増えるので、失火が生じにくくなる。
比較形態(図2)では、時刻t3からt4まで失火領域にあったが、本実施形態(図3)では、時刻t3からt5まで失火領域にある。すなわち失火領域にある時間が大幅に短縮される。これによって本実施形態によれば、低外気温の場合においても、初回のフィルター再生処理から2回目の硫黄被毒解除処理へ切り替えた直後の失火を抑制できるのである。このことは、図4Bに示したように、運転点をA→D→Cと辿らせることを意味している。
さらに、本実施形態ではポスト噴射量を比較形態よりも増量補正する。すなわち、時刻t3でポスト噴射量を所定量e1から、所定量e2よりも大きい所定量e3へとステップ的に増量補正した後、漸減して所定量e2に戻す。これは、吸入空気量の低減を抑制したことに伴い、排ガスの空気過剰率を目標通りにするためである。一方で、ポスト噴射量を所定量e3へと増量補正すると、その分、排ガスポートから排ガス通路10へと排出されて燃焼する燃料が増加して、排ガス温度が上昇する。排ガス温度が上昇すると、EGRガスの温度が上昇するので、コレクター内温度及び圧縮端温度が比較形態よりも上昇する。つまり、ポスト噴射量を増やすことでコレクター内温度及び圧縮端温度の上昇を促進できるのである。
時刻t5以降も高温のEGRガスが導入されて、コレクター内温度及び圧縮端温度が上昇する。時刻t3から所定時間T3が経過すると、コレクター内温度及び圧縮端温度が基準温度LMT1,LMT2に到達しているので、時刻t6で流路切替弁33を非通電としてEGRガスをEGRクーラー31に流す。また、時刻t6で吸入空気量が所定量c3から所定量c2へと減少するように目標吸気スロットル開度を所定開度b1から所定開度b2へと小さくする。ここでは、時刻t6は、コレクター内温度、圧縮端温度が想定内外気温の場合のコレクター内温度、圧縮端温度と一致するタイミングであるが、これには限られない。
図5、図6A、図6Bのフローチャートを参照して、コントローラー21が実行する本実施形態の連続再生処理を詳述する。
図5は、連続再生フラグを設定するフローチャートであり、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行される。
ステップS1において、コントローラーは、エンジンの負荷及び回転速度(エンジンの運転条件)が連続再生処理を行う運転域にあるか否かを判定する。判定結果が否であれば、コントローラーは、今回の処理を終了する。判定結果が肯であれば、コントローラーは、ステップS2に処理を移行する。
ステップS2において、コントローラーは、SOx堆積量が所定値(閾値)SOx1よりも大きいか否かを判定する。SOx堆積量は次のように算出される。例えばエンジン回転速度と燃料噴射量とから所定のマップを検索して単位時間当たりにエンジンから排出されるSOx量を求める。そして、そのSOx量にトラップ率を乗算して、単位時間当たりにLNT15に堆積する量を求める。そして、単位時間当たり堆積量を積算することで、SOx堆積量を求める。判定結果が肯であれば、連続再生処理を行うタイミングであり、コントローラーは、ステップS3に処理を移行する。
ステップS3において、コントローラーは、連続再生フラグ(エンジンの始動時にゼロに初期設定されている)が1であるか否かを判定する。判定結果が否であれば、コントローラーは、ステップS4に処理を移行する。
ステップS4において、コントローラーは、連続再生フラグ=1とする。連続再生フラグ=1であれば、図6A、図6Bで後述するように、連続再生処理が行われる。
次に、図6A、図6Bは、連続再生処理を実行するフローチャートであり、一定時間毎(例えば10ms毎)に実行される。ここでは簡単のため、図3に示した運転条件と同じ運転条件の場合で説明する。
図3の運転条件と同じであるので、連続再生処理時の目標吸気スロットル開度は所定開度b1、目標EGR率は所定率d1(=0)、目標EGR弁開度は所定開度a1(=0)、目標ポスト噴射量は所定量e1である。また、硫黄被毒解除処理時の目標吸気スロットル開度は所定開度b1及びb2、目標EGR率は所定率d2、目標EGR弁開度は所定開度a2、目標ポスト噴射量は所定量e3から漸減してe2となる値である。
ステップS11において、コントローラーは、今回、連続再生フラグ(図5で設定済み)=1であるか否かを判定する。判定結果が否であれば、コントローラーは、今回の処理を終了する。判定結果が肯であれば、コントローラーは、ステップS12に処理を移行する。ステップS12において、コントローラーは、前回、連続再生フラグ=1であったか否かを判定する。判定結果が否であれば、コントローラーは、ステップS13に処理を移行する。判定結果が肯であれば、コントローラーは、ステップS17に処理を移行する。つまり今回、連続再生フラグがゼロからイチに切り替わったときにステップS13に処理が移行される。連続再生フラグ=1が継続されているときにはステップS17に処理が移行される。
ステップS13において、コントローラーは、第1タイマを起動する(tm1=0)。第1タイマは連続再生処理を開始してからの経過時間を計測する。
ステップS14において、コントローラーは、目標EGR率tRegrを所定率d1(=0)とする。図示しないEGR制御フローでは、tRegr=d1を受けてEGR弁開度が所定開度a1(=0)、つまりEGR弁12を全閉する。
ステップS15において、コントローラーは、目標吸気スロットル開度tTVOを所定開度b1とする。
ステップS16において、コントローラーは、目標ポスト噴射量tQpostを所定量e1とする。図示しない燃料噴射制御フローでは、tQpost=e1を受けて、メイン噴射直後の膨張行程又は排気行程で所定量e1のポスト噴射を実行する。
ステップS17において、コントローラーは、desulフラグがイチであるか否かを判定する。desulフラグは、イチのとき硫黄被毒解除処理時にあることを示す状態フラグである。desulフラグは、エンジンの始動時にゼロに初期設定されており、フィルター再生処理を開始してから時間T1が経過したら、イチとなる。このフィルター再生処理時間T1は、DPF13に堆積したPMがほとんど消失する時間に設定されている。ここではdesulフラグ=0であるとしてステップS18に処理を移行する。
ステップS18において、コントローラーは、第1タイマ値tm1がフィルター再生処理時間T1よりも大であるか否かを判定する。判定結果が否であれば、フィルター再生処理を終了していないので、コントローラーは、ステップS19に処理を移行する。
ステップS19において、コントローラーは、圧縮端温度Ttdcが、硫黄被毒解除処理時の失火領域の基準温度LMT2よりも小さいか否かを判定する。基準温度LMT2は、低外気温であるか想定内外気温であるかを判定するための値であり、硫黄被毒解除処理時における燃焼室内の目標空気過剰率(1.1)に基づいて、予め適合によって設定されている。圧縮端温度Ttdcは、たとえば特開2001−98993号公報に記載された方法で算出すればよい。判定結果が肯であれば、低外気温であり、コントローラーは、ステップS20で低外気温フラグ=1とした後、ステップS14に処理を移行する。判定結果が否であれば、想定内外気温であり、コントローラーは、ステップS21で低外気温フラグ=0とした後、ステップS14に処理を移行する。
なお低外気温であるか想定内外気温であるかを判定する方法は、ステップS19に限られない。コレクター内温度と硫黄被毒解除処理時の失火領域の基準温度LMT1とを比較してもよい。例えば、コレクター内温度が基準温度LMT1よりも小さければ低外気温であると、またコレクター内温度が基準温度LMT1よりも大きければ想定内外気温である。ここで、コレクター内温度は温度センサーによって検出される。
ステップS18で第1タイマ値tm1がフィルター再生処理時間T1よりも小さい間、ステップS19〜21、14〜16の処理が繰り返される。ステップS18で第1タイマ値tm1がフィルター再生処理時間T1を超えたら、ステップS22に処理を移行する。
ステップS22において、コントローラーは、硫黄被毒解除処理に移行させるため、desulフラグ=1とする。
ステップS23において、コントローラーは、第2タイマを起動する(tm2=0)。第2タイマは硫黄被毒解除処理を開始してからの経過時間を計測する。
ステップS24において、コントローラーは、低外気温フラグがイチであるか否かを判定する。判定結果が肯であれば、EGRガスのタイムラグに起因して、硫黄被毒処理への切替直後に失火が生じるおそれがある。このときは、コントローラーは、ステップS25に処理を移行する。判定結果が否であれば、切替直後に失火が生じるおそれがない。このときは、コントローラーは、ステップS30に処理を移行する。
ステップS25において、コントローラーは、第3タイマを起動する(tm3=0)。第3タイマは、低外気温フラグ=1であるときに、硫黄被毒解除処理を開始してからの経過時間を計測する。
ステップS26において、コントローラーは、目標EGR率tRegrを所定率d2とする。図示しないEGR制御フローではtRegr=d2を受けてEGR弁開度を所定開度a2にする。すなわち、EGR弁12を開く。この結果、EGRガスがコレクター6に導入される。
ステップS27において、コントローラーは、流路切替弁33に通電しEGRガスをバイパス通路32に流す。このようにすれば、EGRガスが冷やされないので、コレクター内温度、圧縮端温度が上昇する。
ステップS28において、コントローラーは、目標吸気スロットル開度tTVOを、所定開度b2よりも大きな所定開度b1にする。吸入空気量が所定値c1から、所定値c2よりも大きな所定値c3になり、吸入空気量の減少が抑制される。
これらの処理によって、EGRガスが冷やされない分、コクレタ内温度、圧縮端温度が比較形態よりも上昇する。また吸入空気量が比較形態よりも増える分、酸素量が増える。この結果、失火が抑制される。
ステップS29において、コントローラーは、目標ポスト噴射量tQpostを所定量e3へと増量補正する。これによって排ガスの空気過剰率が目標値に維持される。
ステップS30において、コントローラーは、目標EGR率tRegrを、比較形態と同じように所定率d2とする。
ステップS31において、コントローラーは、流路切替弁33に通電せずEGRガスをEGRクーラー31に流し、EGRガスを冷却する。
ステップS32において、コントローラーは、吸入空気量の減少を抑制する必要がないため目標吸気スロットル開度tTVOを、比較形態と同じように所定開度b2とする。
ステップS33において、コントローラーは、目標ポスト噴射量tQpostを、比較形態と同じように所定量e2とする。
ステップS22でdesulフラグ=1とされているので、次サイクル以降は、ステップS17から図6BのステップS34へ処理を移行する。
ステップS34において、コントローラーは、第2タイマ値tm2が硫黄被毒解除処理時間T2よりも大きいか否かを判定する。判定結果が否であれば、コントローラーは、ステップS35に処理を移行する。
ステップS35において、コントローラーは、低外気温フラグ=1であるか否かを判定する。硫黄被毒解除処理時間T2は、硫黄被毒解除処理を実施してDPF13に堆積するPMが所定量を超えない範囲に設定される。判定結果が肯であれば、コントローラーは、ステップS36に処理を移行する。判定結果が否であれば、コントローラーは、ステップS48に処理を移行する。
ステップS36において、コントローラーは、第3タイマ値tm3が一定時間T3よりも大きいか否かを判定する。一定時間t3は圧縮端温度を上昇させる処理及び吸入空気量の低減を抑制する処理を実行する時間で予め定められる。判定結果が否であれば、コントローラーは、ステップS37に処理を移行する。
ステップS37〜39の処理は、図6AのステップS26〜28の処理と同じである。すなわち、ステップS37において、コントローラーは、目標EGR率tRegrを所定率d2とする。ステップS38において、コントローラーは、流路切替弁33に通電しEGRガスをバイパス通路32に流すことで、EGRガスが冷やされないようにする。ステップS39において、コントローラーは、目標吸気スロットル開度tTVOを、所定開度b2よりも大きな所定開度b1にして、吸入空気量の減少を抑制する。これらの処理によって、EGRガスが冷やされない分、コクレタ内温度、圧縮端温度が比較形態よりも上昇する。また吸入空気量が比較形態よりも増える分、酸素量が増える。この結果、低外気温であっても、硫黄被毒解除処理に移行した直後の失火が抑制される。
ステップS40において、コントローラーは、前回の目標ポスト噴射量tQpostから一定値ΔQ(正の値)を引いた値を、今回の目標ポスト噴射量tQpostとすることで、目標ポスト噴射量tQpostを漸減する。このようにするので、図3(I)において、tQpostが、e3から直線的に減少する。図3(I)に示されるe3からの減少を、一次遅れの応答とみなし、この一次遅れの応答を加重平均値で算出してもよい。
ステップS41において、コントローラーは、目標ポスト噴射量tQpostが所定量e2よりも小さいか否かを判定する。判定結果が肯であれば、コントローラーは、今回の処理を終了する。判定結果が否であれば、コントローラーは、ステップS42に処理を移行する。
ステップS42において、コントローラーは、目標ポスト噴射量tQpostを所定量e2とする。
コントローラーは、ステップS36で第3タイマ値tm3が一定時間T3よりも大きくなるまでステップS37〜42の処理を繰り返す。
第3タイマ値tm3が一定時間T3よりも大きくなれば圧縮端温度を上昇させる処理及び吸入空気量の低減を抑制する処理を終了するためステップS43に処理を移行する。
ステップS43において、コントローラーは、低外気温フラグ=0とする。
ステップS44〜46は比較形態に戻す後処理である。ステップS44において、コントローラーは、目標EGR率tRegrを所定率d2とする。ステップS45において、コントローラーは、流路切替弁33を非通電としてEGRガスをEGRクーラー31に流し、EGRガスを冷却する。ステップS46において、コントローラーは、目標スロット弁開度を所定開度b2に戻す。
ステップS48〜51の処理は、図6AのステップS30〜33と同じである。ステップS34で第2タイマ値tm2が硫黄被毒解除処理時間T2よりも大きくなるまでステップS48〜51の処理が繰り返される。
そして、ステップS34で第2タイマ値tm2が硫黄被毒解除処理時間T2よりも大きくなれば、次の硫黄被毒解除処理に備えるため、コントローラーは、ステップS52に処理を移行し、desulフラグ=0とする。これで硫黄被毒解除処理を終了し、再びフィルター再生処理が行われる。連続再生処理が所定時間実施されたら、LNT15に堆積するSOxが消失したとして、連続再生フラグが0に切り替わって、連続再生処理が終了する。
本実施形態の作用効果を説明する。
本実施形態は、フィルター(DPF)再処理(EGRガスを吸気通路に導入しない第1の運転)と、硫黄被毒解除処理(EGRガスを吸気通路に導入するとともに第1の運転よりも吸入空気量を低減する第2の運転)とを実行するディーゼルエンジン1の排ガス後処理システムである。そして、コレクター内温度または圧縮端温度が前記第2の運転時に予め定まる失火領域の境界温度よりも低い場合であってフィルター再生処理(第1の運転)から硫黄被毒解除処理(第2の運転)へ切り替えるタイミングであるか否かを判定する切替タイミング判定部(S18,S24)と、切替タイミングであるときに、コレクター内温度または圧縮端温度を上昇させる昇温部(S26,S27)と、同じく切替タイミングであるときに、前記吸入空気量の低減を抑える吸入空気量低減抑制部(S28)と、を含む。本実施形態によれば、硫黄被毒解除処理への切替時に、昇温部によって圧縮端温度を上昇させ、かつ吸入空気量低減抑制部によって抑制した分だけ吸入空気量が増えて酸素量が増えることから、外気温が予め想定していた外気温よりも低い場合であっても、フィルター再生処理から硫黄被毒解除処理への切替直後に失火が生じることを抑制できる。
本実施形態は、排ガスのPMを捕集するDPF13と、酸素雰囲気で排ガス中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排ガス中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxラップ触媒15とを備える。そして、第1の運転はDPF13の再生処理であり、第2の運転はNOxトラップ触媒(LNT)15に堆積したSOx(硫黄酸化物)を除去する硫黄被毒解除処理である。DPF13の再生処理から硫黄被毒解除処理への切替時に、昇温部によって圧縮端温度を上昇させ、かつ吸入空気量低減抑制部によって抑制した分だけ吸入空気量が増えて酸素量が増えることから、低外気温の場合(外気温が予め想定していた外気温よりも低い場合)であっても、DPF13の再生処理から硫黄被毒解除処理への切替直後に失火が生じることを抑制できる。
一定時間T3(所定時間)が経過すれば硫黄被毒解除処理時における失火領域を脱する。失火領域でなくなった後まで吸入空気量の低減を抑制する必要はない。本実施形態によれば、硫黄被毒解除処理に切り替えてから一定時間T3(所定時間)が経過したら吸入空気量の低減の抑制を止め、吸入空気量を低減するので(図6BのステップS46)、LNT温度を硫黄被毒解除に最適な目標温度(750℃)へと上昇させることができる。
本実施形態によれば、排ガスの一部をEGRガスとして吸気通路2に還流させるEGR通路11と、このEGR通路11の流路面積を調整するEGR弁12と、EGR通路11に設けられEGRガスを冷却するEGRクーラー31と、EGR通路11から分岐してEGRクーラー31をバイパスして再びEGR通路11に合流するように設けられ、EGRガスがEGRクーラー31をバイパスするようにするバイパス通路32と、EGRガスをこのバイパス通路32に流すかEGRクーラー31に流すかを切り替え得る流路切替弁33とを含み、前記昇温部は、EGR弁12を開くとともに、流路切替弁33を用いてEGRガスをバイパス通路32に流すことで、コレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させるので、既にEGR通路11、EGR弁12、EGRクーラー31を備えるエンジン1であれば、バイパス通路32と流路切替弁33の追加だけで足りることから、大幅なコストアップを伴うことなく、コレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させることができる。
(第2実施形態)
第1実施形態では、フィルター(DPF)再処理から硫黄被毒解除処理への切替時で説明したがこれに限られない。例えば、リーン空燃比で運転する通常運転時にEGRガスを吸気通路に導入しておらず、SOx堆積量が所定値に到達したことより硫黄被毒解除タイミングになったと判断し、通常運転から硫黄被毒解除処理へと切り替えるようにした排ガス後処理システムを考える。この排ガス後処理システムでも、硫黄被毒解除処理時には吸入空気量が通常運転時よりも低減される。
このような排ガス後処理システムを前提としたときにおいても、低外気温の場合に、通常運転から硫黄被毒解除処理への切替直後に失火が生じるおそれがある。そこで第2実施形態では、低外気温の場合に、通常運転から硫黄被毒解除処理への切替時にコレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させる昇温部と、同じく切替時に吸入空気量の低減を抑える吸入空気量低減抑制部とを備えることが考えられる。
第2実施形態によれば、排ガスのPMを捕集するDPF13と、酸素雰囲気で排ガス中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排ガス中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxラップ触媒15とを備え、第1の運転はリーン空燃比で運転する通常運転であり、第2の運転は前記NOxトラップ触媒に堆積した硫黄酸化物を除去する硫黄被毒解除処理時であるので、通常運転から硫黄被毒解除処理への切替時に、昇温部によって圧縮端温度を上昇させ、かつ吸入空気量低減抑制部によって抑制した分だけ吸入空気量が増えて酸素量が増えることから、低外気温の場合であっても、通常運転から硫黄被毒解除処理への切替直後に失火が生じることを抑制できる。
(第3実施形態)
次に、リーン空燃比で運転する通常運転時にEGRガスを吸気通路に導入しておらず、NOx堆積量が所定値に到達したことよりNOxトラップ触媒15の再生タイミングになったと判断し、通常運転からNOxトラップ触媒15に堆積したNOxを除去するリッチスパイク処理時へと切り替えるようにした排ガス後処理システムを考える。この排ガス後処理システムでも、リッチスパイク処理時には吸入空気量が通常運転時よりも低減される。
このような排ガス後処理システムを前提としたときにおいても、低外気温の場合に、通常運転からリッチスパイク処理への切替直後に失火が生じる恐れがある。そこで第3実施形態では、低外気温の場合に、通常運転からリッチスパイク処理への切替時にコレクター内温度または圧縮端温度を上昇させる昇温部と、同じく切替時に吸入空気量の低減を抑える吸入空気量低減抑制部とを備えることが考えられる。
第3実施形態によれば、酸素雰囲気で排ガス中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排ガス中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxラップ触媒15とを備え、第1の運転はリーン空燃比で運転する通常運転であり、第2の運転は前記NOxトラップ触媒に堆積したNOxを除去するリッチスパイク処理であるので、通常運転からリッチスパイク処理への切替時に、昇温部によって圧縮端温度を上昇させ、かつ吸入空気量低減抑制部によって抑制した分だけ吸入空気量が増えて酸素量が増えることから、低外気温の場合であっても、通常運転からリッチスパイク処理への切替直後に失火が生じることを抑制できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
たとえば、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。
本願は、2012年2月24日に日本国特許庁に出願された特願2012−38987に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照によって本明細書に組み込まれる。

Claims (8)

  1. EGRガスを吸気通路に導入しない第1の運転と、EGRガスを吸気通路に導入するとともに第1の運転よりも吸入空気量を低減する第2の運転とを実行するディーゼルエンジンの排ガス後処理システムにおいて、
    コレクター内温度又は圧縮端温度が前記第2の運転時に予め定まる失火領域の境界温度よりも低い場合であって前記第1の運転から前記第2の運転へ切り替えるタイミングであるか否かを判定する切替タイミング判定部と、
    切替タイミングであるときに、コレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させる昇温部と、
    同じく切替タイミングであるときに、前記吸入空気量を低減する量を、前記コレクター内温度又は圧縮端温度が前記失火領域の境界温度以上で前記第2の運転へ切り替える場合よりも少なく抑える吸入空気量低減抑制部と、
    を含むディーゼルエンジンの排ガス後処理システム。
  2. 請求項1に記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムにおいて、
    排ガスのパティキュレートを捕集するフィルターと、
    酸素雰囲気で排ガス中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排ガス中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxトラップ触媒と
    を含み、
    前記第1の運転は、前記フィルターの再生処理する運転であり、
    前記第2の運転は、前記NOxトラップ触媒に堆積した硫黄酸化物を除去する硫黄被毒解除処理する運転である、
    ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム。
  3. 請求項2に記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムにおいて、
    前記硫黄被毒解除処理に切り替えてから所定時間が経過したとき、吸入空気量を低減するように、吸入空気量の低減の抑制を中止する低減抑制中止部をさらに含む、
    ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム。
  4. 請求項2又は請求項3に記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムにおいて、
    前記硫黄被毒解除処理時にメイン噴射直後の膨張行程又は排気行程でポスト噴射量を増量補正する増量補正部をさらに含む、
    ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム。
  5. 請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムにおいて、
    排ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に還流させるEGR通路と、
    前記EGR通路に設けられ、EGR通路の流路面積を調整するEGR弁と、
    前記EGR通路に設けられ、EGRガスを冷却するEGRクーラーと、
    前記EGR通路から分岐して前記EGRクーラーをバイパスして再び前記EGR通路に合流するように設けられ、前記EGRガスが前記EGRクーラーをバイパスするようにするバイパス通路と、
    前記EGRガスを前記バイパス通路に流すか前記EGRクーラーに流すかを切り替える流路切替弁と、
    を含み、
    前記昇温部は、EGR弁を開くとともに、前記流路切替弁を用いて前記EGRガスを前記バイパス通路に流すことで、コレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させる、
    ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム。
  6. 請求項1に記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムにおいて、
    排ガスのパティキュレートを捕集するフィルターと、
    酸素雰囲気で排ガス中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排ガス中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxトラップ触媒と、
    を含み、
    前記第1の運転は、リーン空燃比で運転する通常運転であり、
    前記第2の運転は、前記NOxトラップ触媒に堆積した硫黄酸化物を除去する硫黄被毒解除処理である、
    ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム。
  7. 請求項1に記載のディーゼルエンジンの排ガス後処理システムにおいて、
    排ガスのパティキュレートを捕集するフィルターと、
    酸素雰囲気で排ガス中のNOxをトラップし、還元雰囲気ではトラップしていたNOxを脱離し、排ガス中のHCを還元剤として用いて還元・浄化するNOxトラップ触媒と
    を含み、
    前記第1の運転は、リーン空燃比で運転する通常運転であり、
    前記第2の運転は、前記NOxトラップ触媒に堆積したNOxを除去するリッチスパイク処理運転である、
    ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム。
  8. EGRガスを吸気通路に導入しない第1の運転と、EGRガスを吸気通路に導入するとともに第1の運転よりも吸入空気量を低減する第2の運転とを実行するディーゼルエンジンの排ガス後処理方法において、
    コレクター内温度又は圧縮端温度が前記第2の運転時に予め定まる失火領域の境界温度よりも低い場合であって前記第1の運転から前記第2の運転へ切り替えるタイミングであるか否かを判定する切替タイミング判定工程と、
    切替タイミングであるときに、コレクター内温度又は圧縮端温度を上昇させる昇温工程と、
    同じく切替タイミングであるときに、前記吸入空気量を低減する量を、前記コレクター内温度又は圧縮端温度が前記失火領域の境界温度以上で前記第2の運転へ切り替える場合よりも少なく抑える吸入空気量低減抑制工程と、
    を含むディーゼルエンジンの排ガス後処理方法。
JP2014500678A 2012-02-24 2013-02-14 ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法 Active JP5811261B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014500678A JP5811261B2 (ja) 2012-02-24 2013-02-14 ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012038987 2012-02-24
JP2012038987 2012-02-24
PCT/JP2013/053459 WO2013125422A1 (ja) 2012-02-24 2013-02-14 ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法
JP2014500678A JP5811261B2 (ja) 2012-02-24 2013-02-14 ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013125422A1 JPWO2013125422A1 (ja) 2015-07-30
JP5811261B2 true JP5811261B2 (ja) 2015-11-11

Family

ID=49005609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014500678A Active JP5811261B2 (ja) 2012-02-24 2013-02-14 ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5811261B2 (ja)
WO (1) WO2013125422A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6593385B2 (ja) * 2017-04-27 2019-10-23 マツダ株式会社 エンジンの排気浄化装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4103264B2 (ja) * 1999-09-29 2008-06-18 日産自動車株式会社 圧縮着火エンジンの制御装置
JP2004340069A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化システム
JP3852461B2 (ja) * 2004-09-03 2006-11-29 いすゞ自動車株式会社 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
JP4510655B2 (ja) * 2005-02-02 2010-07-28 本田技研工業株式会社 内燃機関の排ガス浄化装置
JP4610404B2 (ja) * 2005-04-20 2011-01-12 本田技研工業株式会社 ディーゼルエンジンの制御装置
JP2007016685A (ja) * 2005-07-07 2007-01-25 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP2007247479A (ja) * 2006-03-15 2007-09-27 Hitachi Ltd 圧縮着火式内燃機関の制御装置
JP4735625B2 (ja) * 2007-09-10 2011-07-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関のegr装置
JP5055245B2 (ja) * 2008-10-30 2012-10-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 圧縮自己着火式内燃機関の制御装置
JP5257024B2 (ja) * 2008-11-27 2013-08-07 日産自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US20130041571A1 (en) * 2010-03-11 2013-02-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control device for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013125422A1 (ja) 2013-08-29
JPWO2013125422A1 (ja) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6962045B2 (en) Exhaust gas apparatus and method for purifying exhaust gas in internal combustion engine
JP4713147B2 (ja) エンジンの制御装置
JP4367335B2 (ja) エンジンの制御装置。
JP4905303B2 (ja) 内燃機関の排出ガス温度制御方法及び装置並びに内燃機関システム
US7062907B2 (en) Regeneration control system
JP5257024B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR100689921B1 (ko) 엔진 연소 제어
JP5195287B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5332575B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2004324455A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP4857957B2 (ja) エンジンの制御装置
JP2006250120A (ja) ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
JP4613787B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2008144688A (ja) 内燃機関の制御装置
JP5811261B2 (ja) ディーゼルエンジンの排ガス後処理システム及び排ガス後処理方法
JP4075822B2 (ja) ディーゼル機関の排気浄化装置
JP2013024210A (ja) ディーゼルエンジンの排気後処理装置
JP2006266220A (ja) 後処理装置の昇温制御装置
EP2927446B1 (en) Exhaust purifying apparatus for internal combustion engine
JP4000929B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP7127612B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置および制御方法
JP2013194516A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2006274911A (ja) 後処理装置の昇温制御装置
JP2007071153A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP6051837B2 (ja) ディーゼルエンジンの排気後処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150818

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150831

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5811261

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151