JP6248807B2 - 排気ガスの後処理装置の機能回復方法及び排気ガスの後処理装置並びに内燃機関 - Google Patents

排気ガスの後処理装置の機能回復方法及び排気ガスの後処理装置並びに内燃機関 Download PDF

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Description

本発明は、排気ガスの後処理装置の機能回復方法及び排気ガスの後処理装置並びに内燃機関に関し、より詳細には、酸化触媒と選択的還元触媒との温度を上昇してそれぞれの機能を回復する際に、選択的還元触媒の溶損や破損を防止することができる排気ガスの後処理装置の機能回復方法及び排気ガスの後処理装置並びに内燃機関に関する。
ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを低減する後処理装置における酸化触媒（ＤＯＣ）の硫黄被毒による機能を回復する装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この装置のように、排気ガスの流路の上流側に酸化触媒、下流側に選択的還元触媒（ＳＣＲ触媒）を配置する装置の場合には、選択的還元触媒も噴射された尿素水の成分により白色生成物が堆積し機能低下を引き起こしている。
従って、酸化触媒に堆積した硫黄成分や選択的還元触媒に堆積した白色生成物を燃焼して、それぞれの機能を回復している。この機能回復では、酸化触媒の出口の排気ガスの温度に基づいてポスト噴射などによって未燃燃料を排気ガスに供給し、酸化触媒で未燃燃料を燃焼して排気ガスの温度を所定温度に上昇させ、酸化触媒及び選択的還元触媒のそれぞれの温度を上昇させている。
一方、酸化触媒の被毒は硫黄以外にエンジンオイルに含まれるリンが排気ガス中に混入し、それが酸化触媒の表面に付着することによっても発生する。但し、この酸化触媒に堆積したリン成分は高温環境下でも燃焼、除去できない。つまり前述したように温度を上昇させても酸化触媒の機能を回復することができない。
このように、酸化触媒に硫黄以外の成分が堆積して酸化触媒が劣化すると、ポスト噴射などにより供給された未燃燃料の全てが酸化触媒では燃焼しきれずに下流の選択的還元触媒まで到達してから燃焼する。そのため、選択的還元触媒が高温になるという現象が起きる。この現象が起きると選択的還元触媒の温度が許容温度を超え、選択的還元触媒が溶損や破損してしまう。
特開２００４−１００７００号公報
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、酸化触媒と選択的還元触媒との温度を上昇してそれぞれの機能を回復する際に、選択的還元触媒の溶損や破損を防止することができる排気ガスの後処理装置の機能回復方法及び排気ガスの後処理装置並びに内燃機関を提供することである。
上記の課題を解決するための本発明の排気ガスの後処理装置の機能回復方法は、内燃機関から排出された排気ガスに未燃燃料を供給し、複数の酸化触媒で未燃燃料を燃焼させて排気ガスの温度を上昇し、複数の前記酸化触媒と前記酸化触媒の下流側に配置された選択的還元触媒との温度をそれぞれ予め定めた機能回復温度以上に上昇させてそれぞれの機能
を回復する排気ガスの後処理装置の機能回復方法において、前記内燃機関から排出される排気ガス量が予め定めた判定値以下の場合は、複数の前記酸化触媒のうちの上流側に配置された前記酸化触媒を通過した後の排気ガスの温度である第一温度に基づいて未燃燃料の量を増減し、前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合は、複数の前記酸化触媒のうちの下流側に配置された前記酸化触媒を通過し前記選択的還元触媒を通過する前の排気ガスの温度である第二温度に基づいて未燃燃料の量を増減することを特徴とする方法である。
なお、ここでいう排気ガス量の判定値の設定は、排気ガス量が大きくなることに比例して排気ガスの流速が速くなり、排気ガスに供給された未燃燃料が選択的還元触媒に到達するか否かを基準としている。例えば、この判定値は、予め実験などにより酸化触媒が劣化して有効面積が減少している状態で、供給された未燃燃料が酸化触媒を通過して選択的還元触媒に達しない流速を測定し、その流速に酸化触媒が劣化した状態の有効面積を乗じて算出された値などである。
この方法によれば、酸化触媒と選択的還元触媒との機能を回復する際に、制御の目標値となる排気ガスの温度を取得する位置を排気ガス量の多さに応じて切り替える。これにより、排気ガス量が多くなることに伴って排気ガスの流速が速くなる場合には、複数の酸化触媒を通過し選択的還元触媒を通過する前の排気ガスの温度である第二温度に基づいて排気ガスに供給する未燃燃料を増減して排気ガスの温度を制御し、酸化触媒の機能と選択的還元触媒の機能とを回復する。
従って、酸化触媒が劣化した場合で、且つ排気ガス量が多いときに発生する現象、つまり後処理装置内の排気ガスの流速が高くなることによって排気ガスに供給された未燃燃料が選択的還元触媒まで到達してから燃焼して、選択的還元触媒の温度が許容温度を超える現象を回避することができる。結果、酸化触媒が劣化していても、選択的還元触媒の溶損や破損を防止することができる。
また、上記の排気ガスの後処理装置の機能回復方法において、前記排気ガス量が前記判定値以下の場合は、前記第一温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第一温度を前記酸化触媒の機能回復温度以上、且つ前記酸化触媒の許容温度より小さくし、前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合は、前記第二温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第二温度を前記選択的還元触媒の機能回復温度以上、且つ前記選択的還元触媒の許容温度より小さくすることが望ましい。この方法によれば、選択的還元触媒の溶損や破損を回避しながら、酸化触媒と選択的還元触媒との機能を回復することができる。
そして、上記の課題を解決するための排気ガスの後処理装置は、内燃機関から排出された排気ガスの流路に上流側から順に複数の酸化触媒と選択的還元触媒とが配置され、複数の前記酸化触媒のうちの上流側に配置された前記酸化触媒を通過した後の排気ガスの温度である第一温度を取得する第一温度取得手段と、複数の前記酸化触媒のうちの下流側に配置された前記酸化触媒を通過した後で、且つ前記選択的還元触媒を通過する前の排気ガスの温度である第二温度を取得する第二温度取得手段とを備える排気ガスの後処理装置において、前記内燃機関から排出される排気ガス量を取得する排気ガス量取得手段と排気ガスに未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段と制御装置とを備え、前記制御装置が、前記未燃燃料供給手段によって排気ガスに未燃燃料を供給し、複数の前記酸化触媒で未燃燃料を燃焼させて排気ガスの温度を上昇し、複数の前記酸化触媒と前記選択的還元触媒との温度をそれぞれ予め定めた機能回復温度以上に上昇させてそれぞれの機能を回復する際に、前記排気ガス量取得手段で取得した排気ガス量が予め定めた判定値以下の場合には、前記第一温度取得手段で取得した前記第一温度に基づいて前記未燃燃料供給手段によって供給される未燃燃料の量を増減する制御を行い、前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合に
は、前記第二温度取得手段で取得した前記第二温度に基づいて前記未燃燃料供給手段によって供給される未燃燃料の量を増減する制御を行うように構成される。
なお、ここでいう排気ガス量取得手段とは排気ガスの流路に配置されて排気ガス量を検出するセンサや内燃機関の運転状態から排気ガス量を取得可能なマップなどのことをいう。また、未燃燃料供給手段による排気ガスへの未燃燃料の供給は内燃機関におけるポスト噴射による供給や排気ガスの流路に配置された噴射弁からの供給などのことをいう。
この構成によれば、排気ガス量に応じて制御の目標値を第一温度と第二温度のどちらかに切り替えることで、酸化触媒が劣化した場合にも選択的還元触媒を溶損や破損を回避しながら、それぞれの機能を回復することができる。
また、上記の排気ガスの後処理装置において、前記制御装置が、前記排気ガス量が前記判定値以下の場合は、前記第一温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第一温度を前記酸化触媒の機能回復温度以上、且つ前記酸化触媒の許容温度より小さくする制御を行い、前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合は、前記第二温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第二温度を前記選択的還元触媒の機能回復温度以上、且つ前記選択的還元触媒の許容温度より小さくする制御を行うように構成されることが望ましい。
加えて、上記の排気ガスの後処理装置において、前記排気ガス量取得手段が、前記内燃機関の燃料噴射量と機関回転数とに基づいて、前記排気ガス量が前記判定値以下になる低速領域と前記排気ガス量が前記判定値より大きくなる高速領域とが予め設定された運転状態マップを有し、前記制御装置が、前記運転状態マップを参照して前記内燃機関の運転状態が前記低速領域と前記高速領域とのどちらかの領域にあるかを判定することで、前記排気ガス量が前記判定値より大きくなるか否かを判定する制御を行うように構成されることが望ましい。
この構成によれば、運転状態マップを参照して内燃機関の運転状態がどの領域になるかを判定し、排気ガス量を判定することができ、酸化触媒と選択的還元触媒の機能を回復する制御の切り替えの判定を単純なロジックで行うことができる。
更に、上記の排気ガスの後処理装置において、前記運転状態マップが前記低速領域と前記高速領域との境界に不感帯を有することが望ましい。この構成によれば、内燃機関の運転状態が頻繁に切り替わる場合に、酸化触媒と選択的還元触媒との機能を回復する制御が必要以上に頻繁に切り替わることを抑制することができる。
その上、上記の排気ガスの後処理装置において、前記制御装置が、前記内燃機関の運転状態が、前記排気ガス量が前記判定値以下になる状態と前記排気ガス量が前記判定値より大きくなる状態とのどちらか一方の状態から他方の状態へ移行した際には、他方の状態に移行してからの時間を計測し、他方の状態が継続された継続時間が予め定めた経過時間を経過するまでは未燃燃料の量を一方の状態における量に増減する制御を行い、前記継続時間が前記経過時間を経過した後は未燃燃料の量を他方の状態における量に増減する制御を行うように構成されることが望ましい。
この構成によれば、制御を切り替える際に時間的条件を追加することで、制御が必要以上に頻繁に切り換わることを抑制することができる。
そして、上記の課題を解決するための内燃機関は、上記に記載の排気ガスの後処理装置を備えて構成される。
本発明の排気ガスの後処理装置の機能回復方法及び排気ガスの後処理装置並びに内燃機関によれば、酸化触媒と選択的還元触媒とのそれぞれに堆積した成分を燃焼させて機能を回復する際に、その制御の目標値となる排気ガスの温度を取得する位置を排気ガス量の多さに応じて切り替える。
具体的には、排気ガス量が判定値以下の場合には、複数の酸化触媒のうちの上流側に配置された酸化触媒を通過した後の排気ガスの温度に基づいて排気ガスに供給される未燃燃料の量を増減し、一方、排気ガス量が判定値よりも大きい場合には、複数の酸化触媒を通過し選択的還元触媒を通過する前の排気ガスの温度に基づいて排気ガスに供給される未燃燃料の量を増減する。
これにより、酸化触媒が劣化した場合で、且つ排気ガス量が多くなっても排気ガスに供給された未燃燃料が選択的還元触媒まで到達することを回避して、選択的還元触媒の温度が許容温度を超えることを防止するので、選択的還元触媒の溶損や破損を防止することができる。
本発明の内燃機関の実施形態を例示する図である。 図１の排気ガスの後処理装置の実施形態を例示する図である。 本発明の排気ガスの後処理装置の機能回復方法を例示するフローチャートである。 図３の運転状態マップを例示する図である。 従来技術の排気ガスの後処理装置の酸化触媒の入口温度、出口温度、選択的還元触媒の入口温度の時間経過を示す図である。 図３の運転状態マップの他の例を示す図である。
以下、本発明の排気ガスの後処理装置の機能回復方法及び排気ガスの後処理装置並びに内燃機関の実施形態について説明する。
図１に示すように、実施形態のエンジン１はエンジン本体２と吸気通路３と排気通路４とを備える。吸気通路３には上流側から順にエアクリーナー５、ターボチャージャー６のコンプレッサ６ａ、インタークーラー７、吸気スロットル８が配置される。また、排気ガスの流路である排気通路４には上流側から順にＥＧＲクーラー９ａとＥＧＲバルブ９ｂを有するＥＧＲシステム９、ターボチャージャー６のタービン６ｂ、後処理装置１０が配置される。
また、このエンジン１は制御装置２０を備える。制御装置２０は電気回路によってエンジン１の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラである。この制御装置２０は、エンジン本体２におけるポスト噴射を含む燃料噴射量を制御している。
図２に示すように、後処理装置１０は上流側から順に第一酸化触媒１１、第二酸化触媒１２、第三酸化触媒１３、第一選択的還元触媒１４、第二選択的還元触媒１５、第三選択的還元触媒１６が配置される。また、この後処理装置１０は第一酸化触媒１１の出口に第一温度センサ１７、第一選択的還元触媒１４の入口に第二温度センサ１８、第三酸化触媒１３と第一選択的還元触媒１４との間に尿素水の噴射弁１９が配置される。
第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３は貴金属触媒を有して構成され、それぞれ触媒上
で複雑な反応を経て未燃焼の排気ガス成分であるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣをＮ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏに分解する。また、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３においてはそれぞれ異なる酸化触媒を用いてもよく、例えば、第一酸化触媒１１をＮＯの浄化に優れている酸化吸蔵能力（ＯＳＣ）を有する酸化物と酸化物半導体が混在した触媒を担持させて構成し、第二酸化触媒１２や第三酸化触媒１３にはＨＣの浄化に優れている金属触媒又は炭化水素吸着材と貴金属触媒が混在した触媒を担持させて構成してもよい。
第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６はアンモニアにより排気ガス中のＮＯｘを浄化する。ＮＯは、「４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ」の反応でＮ２に還元される。ＮＯ２は、「６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ」の反応でＮ２に還元される。ＮＯ及びＮＯ２は、「ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ」の反応でＮ２に還元される。また、第三選択的還元触媒１６は、第一選択的還元触媒１４及び第二選択的還元触媒１５で消費されなかったアンモニアを分解して、アンモニアがスリップするのを防止する触媒としてもよい。
第一温度センサ１７は第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３のうちの最も上流側に配置される第一酸化触媒１１を通過後の排気ガスの温度である第一温度Ｔａを取得するセンサであり、制御装置２０に接続される。
第二温度センサ１８は第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３のうちの最も下流側に配置される第三酸化触媒１３を通過後で、且つ第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６のうちの最も上流側に配置される第一選択的還元触媒１４を通過する前の排気ガスの温度である第二温度Ｔｂを取得するセンサである。また、この第二温度センサ１８は制御装置２０に接続される。
噴射弁１９は第二温度Ｔｂに基づいて制御装置２０によって噴射する尿素水の量を制御されている。
次に、上記の後処理装置１０の機能回復方法、つまり第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３、及び第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６のそれぞれに堆積した堆積物を燃焼させてそれぞれの機能を回復する方法（以下、パージ制御という）について説明する。
第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３は排気ガス中の硫黄分により被毒して、排気ガス中の未燃焼のガス成分の浄化機能が低下する。また、第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６は排気ガス中に噴霧される尿素水の成分により白色生成物が堆積しＮＯｘの浄化機能が低下する。
そこで、エンジン１は制御装置２０により所定の運転時間毎に定期的にパージ制御が行われるように構成されている。この所定の運転時間は、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３及び第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６の劣化が進行する時間に設定され、例えば３０時間程度である。また、このパージ制御は５分〜１０分程度の時間に渡って行われる。
パージ制御が開始されると制御装置２０はエンジン本体２のポスト噴射を行う。このポスト噴射によって排気ガスに未燃燃料が供給される。このとき、ポスト噴射によって排気ガスに供給される未燃燃料の噴射量は第一温度センサ１７で検知される第一温度Ｔａ又は第二温度センサ１８で検知される第二温度Ｔｂのどちらか一方の温度が機能回復温度Ｔ１以上になるように制御される。また、第一温度Ｔａと第二温度Ｔｂの両方の温度が許容温度Ｔ２より小さくなるように制御される。
このとき、エンジン本体２から排出される排気ガス量が判定値以下の場合には第一温度センサ１７を使用してポスト噴射の噴射量を増減し、排気ガス量が判定値よりも大きい場合には第二温度センサ１８を使用してポスト噴射の噴射量を増減する。なお、この判定値の設定は排気ガス量が大きくなることに比例して排気ガスの流速が速くなることで、排気ガスに供給された未燃燃料が第一選択的還元触媒１４に到達するか否かを基準としている。
そして、未燃燃料が第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３で燃焼することによって排気ガスの温度が上昇する。従って、このパージ制御では第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３を機能回復温度Ｔ１まで上昇させて、硫黄分を燃焼、除去する。また同様に、第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６を機能回復温度Ｔ１まで上昇させて、尿素水の成分による白色生成物を燃焼、除去する。なお、例えば、この機能回復温度Ｔ１は５００℃であり、許容温度Ｔ２は７００℃である。
詳しく説明すると、図３のフローチャートに示すように、まず制御装置２０が、排気ガス量が判定値以下か否かを判定するために運転状態マップＭ１を参照するステップＳ１０を行う。
図４に示すように、この運転状態マップＭ１はエンジン本体２の燃料噴射量とエンジン回転数とに基づいたマップであり、低速領域Ａと高速領域Ｂが予め設定されている。低速領域Ａは排気ガスの流速が予め定めた流速以下の速度の領域であり、高速領域Ｂは排気ガスの流速が予め定めた流速よりも速い速度の領域である。
ここで排気ガスの流速について説明する。排気ガスの流速はエンジン本体２から排出される排気ガス量を後処理装置１０の有効面積で除して算出される。つまり、排気ガスの流速は排気ガス量に比例している。従って、運転状態マップＭ１におけるエンジン本体２の運転状態が低速領域Ａの場合は排気ガス量が少なく、排気ガスの流速が遅い状態であり、一方、エンジン本体２の運転状態が高速領域Ｂの場合は排気ガス量が多く、排気ガスの流速が速い状態である。
また、運転状態マップＭ１の領域を区分する基準となる流速は、第一酸化触媒１１がパージ制御では燃焼しないリンなどが堆積して劣化した状態の有効面積に基づいている。例えば、第一酸化触媒１１が劣化している状態での排気ガスの流速は、劣化していない状態の場合と比較すると速くなる。よって、予め実験などにより第一酸化触媒１１が劣化して有効面積が減少している状態で、ポスト噴射により供給された未燃燃料が第三酸化触媒１３を通過して第一選択的還元触媒１４に達しない流速を測定しておき、その流速を基準とする。
従って、この運転状態マップＭ１を参照することで、エンジン本体２の運転状態から、そのときエンジン本体２から排出される排気ガス量が判定値以下か、あるいは判定値よりも大きいかを判定できる。
次いで、図３に示すように、制御装置２０がエンジン本体２の運転状態が低速領域Ａか否かを判定するステップＳ２０を行う。このステップＳ２０でエンジン本体２の運転状態が低速領域Ａと判定されると、第一温度Ｔａを制御装置２０がパージ制御の際の目標値とするために第一温度センサ１７を使用するステップＳ３０を行う。一方、このステップＳ２０でエンジン本体２の運転状態が高速領域Ｂと判定されると、第二温度Ｔｂを制御装置２０がパージ制御の際の目標値とするために第二温度センサ１８を使用するステップＳ４０を行う。
ステップＳ３０でパージ制御の目標値として、第一温度センサ１７で検知される第一温度Ｔａを使用することが決定されると、制御装置２０はその第一温度Ｔａに基づいてポスト噴射の噴射量を制御する。このとき、第一温度Ｔａを第一酸化触媒１１の機能回復温度Ｔ１以上になるようにポスト噴射の噴射量を増加する。また、第一温度Ｔａを第一酸化触媒１１の許容温度Ｔ２を超えないようにポスト噴射の噴射量を減少する。
第一温度センサ１７に基づいたパージ制御では、排気ガス量が少なく排気ガスの流速も遅いため、排気ガスにポスト噴射によって供給された未燃燃料は第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３で全て燃焼する。このとき、第二温度センサ１８で検知される第二温度Ｔｂは第一温度Ｔａと同等の値となる。従って、第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６の温度も機能回復温度Ｔ１以上、且つ許容温度Ｔ２より小さくなるので、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３及び第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６のそれぞれで堆積物が燃焼してそれぞれの機能が回復する。
一方、ステップＳ４０でパージ制御の目標値として、第二温度センサ１８で検知される第二温度Ｔｂを使用することが決定されると、制御装置２０はその第二温度Ｔｂを第一選択的還元触媒１４の機能回復温度Ｔ１以上になるようにポスト噴射の噴射量を増加する。また、第二温度Ｔｂを第一選択的還元触媒１４の許容温度Ｔ２を超えないようにポスト噴射の噴射量を減少する。
第二温度センサ１８に基づいたパージ制御では排気ガス量が多く排気ガスの流速も速い。しかし、排気ガスにポスト噴射によって供給された未燃燃料の噴射量は第二温度センサ１８に基づいて制御されているため、未燃燃料が第一選択的還元触媒１４まで到達することなく、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３で全て燃焼する。
このとき、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３が劣化していなければ、第一温度センサ１７で検知される第一温度Ｔａは第二温度Ｔｂと同等の値となる。従って、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３の温度も機能回復温度Ｔ１以上、且つ許容温度Ｔ２より小さくなるので、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３及び第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６のそれぞれで堆積物が燃焼してそれぞれの機能が回復する。
一方、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３が劣化している場合は、第二温度Ｔｂが許容温度Ｔ２を超えないように未燃燃料の供給量が制御されているため、供給された未燃燃料が第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３を通過して第一選択的還元触媒１４に到達することを回避する。
上記のステップＳ１０〜Ｓ４０はエンジン本体２の運転状態が変化するごとに、あるいは単位時間毎に繰り返し行われる。従って、ステップＳ３０、Ｓ４０に基づくパージ制御の途中でエンジン本体２の運転状態が低速領域Ａから高速領域Ｂ、又は高速領域Ｂから低速領域Ａに移行した場合には、ステップＳ２０の後にヒステリシス（不感帯）を設ける。
具体的には、制御装置２０がエンジン本体２の運転状態の領域が移行してからその領域が継続された継続時間を計測する。その計測した継続時間が予め定めた経過時間を経過した後にステップＳ３０、又はステップＳ４０に進むようにする。なお、この経過時間として５秒から１０秒程度でよい。
例えば、経過時間を１０秒に設定し、エンジン本体２の運転状態が低速領域Ａから高速領域Ｂに移行した場合で説明する。エンジン本体２の運転状態が高速領域Ｂに移行してから、その状態のまま１０秒が経過するまでは、制御装置２０は第一温度センサ１７を使用
してパージ制御を行う。高速領域Ｂに移行し、その状態が１０秒経過したときに制御装置２０は第二温度センサ１８を使用してパージ制御を行う。このとき、１０秒が経過せずに再び低速領域Ａに移行した場合は低速領域Ａに移行してからの継続時間を再カウントする。
上記の排気ガスの後処理装置１０の機能回復方法及び後処理装置１０並びにエンジン１によれば、パージ制御中に、その制御の目標値となる排気ガスの温度を取得する位置を排気ガスの流速、つまり排気ガス量の多さに応じて切り替える。
これにより、第一酸化触媒１１が劣化した場合で、且つ排気ガス量が多くなっても排気ガスに追加された未燃燃料が第一選択的還元触媒１４まで到達することを回避して、第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６の温度が許容温度Ｔ２を超えることを防止するので、第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６の溶損や破損を防止することができる。
図５は、第一酸化触媒１１が劣化した状態で、パージ制御の目標値として第一温度センサ１７で検知される第一温度Ｔａを使用する従来技術の場合の時間経過と図２における第一酸化触媒１１の入口であるＩ地点、第一酸化触媒１１の出口であるＩＩ地点、第一選択的還元触媒１４の入口であるＩＩＩ地点の温度変化を示している。
第一温度センサ１７で取得した第一温度に基づいてポスト噴射の噴射量が制御されると、排気ガスに供給された未燃燃料は第一酸化触媒１１で燃焼して排気ガスの温度は図５のＩから図５のＩＩに示すように上昇する。また、排気ガスに供給された未燃燃料は、第一酸化触媒１１が劣化してその有効面積が減少していることにより、排気ガスの流速が速くなり第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３を通過して第一選択的還元触媒１４に到達して燃焼する。これによって、図５のＩＩＩに示すように、第一選択的還元触媒１４の温度が許容温度Ｔ２まで上昇する。
このように、パージ制御の目標値として第一温度センサ１７で検知される第一温度Ｔａのみを使用すると第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３が劣化した場合に第一選択的還元触媒１４の温度が許容温度Ｔ２を超えてしまう。また、パージ制御の目標値として第二温度センサ１８で検知される第二温度Ｔｂのみを使用すると第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３の温度が機能回復温度Ｔ１まで上昇できない場合がある。
そこで、前述したように、エンジン本体２の運転状態が低速領域Ａの場合には、つまり排気ガス量が判定値以下の場合には、第一温度センサ１７を使用して未燃燃料の供給量を制御してパージ制御を行い、エンジン本体２の運転状態が高速領域Ｂの場合には、つまり排気ガス量が判定値よりも大きい場合には、第二温度センサ１８を使用して未燃燃料の供給量を制御してパージ制御を行う。これにより、第一選択的還元触媒１４の温度が許容温度Ｔ２まで上昇することを回避しながら、第一酸化触媒１１〜第三酸化触媒１３及び第一選択的還元触媒１４〜第三選択的還元触媒１６の機能を回復することができる。
また、上記の排気ガスの後処理装置１０の機能回復方法及び後処理装置１０並びにエンジン１によれば、パージ制御を行う際に、運転状態マップＭ１を参照して、エンジン本体２の運転状態における排気ガス量を判定することで、パージ制御の目標値を検知するセンサの切り替えの判定を単純なロジックで行うことができる。
加えて、上記の排気ガスの後処理装置１０の機能回復方法及び後処理装置１０並びにエンジン１によれば、パージ制御で使用するセンサを切り替える際に時間的条件を追加することで、制御が必要以上に頻繁に切り換わることを抑制することができる。
なお、上記の実施形態では、トラックなどの車両に搭載されるエンジン１を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明は特にコンバインなどの農業機械やフォークリフトなどの作業車両に好適である。
また、上記の実施形態では、排気ガスに未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段として、エンジン本体２におけるポスト噴射によって供給する手段を例として説明したが、例えば、排気通路４に未燃燃料を噴射する弁を配置して直接供給する構成としてもよい。
また、上記の実施形態では、エンジン本体２から排出される排気ガス量を取得する排気ガス量取得手段として、エンジン本体２の運転状態を燃料噴射量とエンジン回転数に基づいて示した運転状態マップＭ１を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、エンジン本体２から排出される排気ガス量を検知するセンサなどを用いてもよい。また、運転状態マップのパラメータとして、燃料噴射量の代わりに吸気量や出力トルクを用いてもよい。
また、上記の実施形態では、パージ制御を切り替える際に時間的条件を追加して、制御の切り替えにヒステリシスを設けた例を説明したが、例えば、図６に示すように、エンジン本体２の運転状態マップＭ１の低速領域Ａと高速領域Ｂとの境界にヒステリシス領域Ｃを設けてもよい。
１ エンジン（内燃機関）
２ エンジン本体
４ 排気通路
１０ 後処理装置
１１ 第一酸化触媒
１２ 第二酸化触媒
１３ 第三酸化触媒
１４ 第一選択的還元触媒
１５ 第二選択的還元触媒
１６ 第三選択的還元触媒
１７ 第一温度センサ
１８ 第二温度センサ
２０ 制御装置
Ｔ１ 機能回復温度
Ｔ２ 許容温度
Ｍ１ 運転状態マップ
Ａ 低速領域
Ｂ 高速領域
Ｔａ 第一温度
Ｔｂ 第二温度

Claims (8)

  1. 内燃機関から排出された排気ガスに未燃燃料を供給し、複数の酸化触媒で未燃燃料を燃焼させて排気ガスの温度を上昇し、複数の前記酸化触媒と前記酸化触媒の下流側に配置された選択的還元触媒との温度をそれぞれ予め定めた機能回復温度以上に上昇させてそれぞれの機能を回復する排気ガスの後処理装置の機能回復方法において、
    前記内燃機関から排出される排気ガス量が予め定めた判定値以下の場合は、複数の前記酸化触媒のうちの上流側に配置された前記酸化触媒を通過した後の排気ガスの温度である第一温度に基づいて未燃燃料の量を増減し、前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合は、複数の前記酸化触媒のうちの下流側に配置された前記酸化触媒を通過し前記選択的還元触媒を通過する前の排気ガスの温度である第二温度に基づいて未燃燃料の量を増減することを特徴とする排気ガスの後処理装置の機能回復方法。
  2. 前記排気ガス量が前記判定値以下の場合は、前記第一温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第一温度を前記酸化触媒の機能回復温度以上、且つ前記酸化触媒の許容温度より小さくし、
    前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合は、前記第二温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第二温度を前記選択的還元触媒の機能回復温度以上、且つ前記選択的還元触媒の許容温度より小さくする請求項１に記載の排気ガスの後処理装置の機能回復方法。
  3. 内燃機関から排出された排気ガスの流路に上流側から順に複数の酸化触媒と選択的還元触媒とが配置され、複数の前記酸化触媒のうちの上流側に配置された前記酸化触媒を通過した後の排気ガスの温度である第一温度を取得する第一温度取得手段と、複数の前記酸化触媒のうちの下流側に配置された前記酸化触媒を通過した後で、且つ前記選択的還元触媒を通過する前の排気ガスの温度である第二温度を取得する第二温度取得手段とを備える排気ガスの後処理装置において、
    前記内燃機関から排出される排気ガス量を取得する排気ガス量取得手段と排気ガスに未燃燃料を供給する未燃燃料供給手段と制御装置とを備え、
    前記制御装置が、前記未燃燃料供給手段によって排気ガスに未燃燃料を供給し、複数の前記酸化触媒で未燃燃料を燃焼させて排気ガスの温度を上昇し、複数の前記酸化触媒と前記選択的還元触媒との温度をそれぞれ予め定めた機能回復温度以上に上昇させてそれぞれの機能を回復する際に、
    前記排気ガス量取得手段で取得した排気ガス量が予め定めた判定値以下の場合には、前記第一温度取得手段で取得した前記第一温度に基づいて前記未燃燃料供給手段によって供給される未燃燃料の量を増減する制御を行い、
    前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合には、前記第二温度取得手段で取得した前記第二温度に基づいて前記未燃燃料供給手段によって供給される未燃燃料の量を増減する制御を行うように構成されることを特徴とする排気ガスの後処理装置。
  4. 前記制御装置が、前記排気ガス量が前記判定値以下の場合は、前記第一温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第一温度を前記酸化触媒の機能回復温度以上、且つ前記酸化触媒の許容温度より小さくする制御を行い、
    前記排気ガス量が前記判定値よりも大きい場合は、前記第二温度に基づいて未燃燃料の量を増減して、前記第二温度を前記選択的還元触媒の機能回復温度以上、且つ前記選択的還元触媒の許容温度より小さくする制御を行うように構成される請求項３に記載の排気ガスの後処理装置。
  5. 前記排気ガス量取得手段が、前記内燃機関の燃料噴射量と機関回転数とに基づいて、前記排気ガス量が前記判定値以下になる低速領域と前記排気ガス量が前記判定値より大きく
    なる高速領域とが予め設定された運転状態マップを有し、
    前記制御装置が、前記運転状態マップを参照して前記内燃機関の運転状態が前記低速領域と前記高速領域とのどちらかの領域にあるかを判定することで、前記排気ガス量が前記判定値より大きくなるか否かを判定する制御を行うように構成される請求項３又は４に記載の排気ガスの後処理装置。
  6. 前記運転状態マップが前記低速領域と前記高速領域との境界に不感帯を有する請求項５に記載の排気ガスの後処理装置。
  7. 前記制御装置が、前記内燃機関の運転状態が、前記排気ガス量が前記判定値以下になる状態と前記排気ガス量が前記判定値より大きくなる状態とのどちらか一方の状態から他方の状態へ移行した際には、他方の状態に移行してからの時間を計測し、他方の状態が継続された継続時間が予め定めた経過時間を経過するまでは未燃燃料の量を一方の状態における量に増減する制御を行い、前記継続時間が前記経過時間を経過した後は未燃燃料の量を他方の状態における量に増減する制御を行うように構成される請求項３〜５のいずれか１項に記載の排気ガスの後処理装置。
  8. 請求項３〜７のいずれか１項に記載の排気ガスの後処理装置を備えることを特徴とする内燃機関。
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JP4730352B2 (ja) * 2007-08-08 2011-07-20 トヨタ自動車株式会社 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置
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