JP6350444B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
出るアンモニアの量を低減することにある。
することができる。
内燃機関の空燃比を制御している。すなわち、三元触媒において排気の空燃比が平均化されて、三元触媒から流出する排気の空燃比が空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように内燃機関の空燃比を制御している。このようにして、昇温制御時においても、空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比の排気をNSR触媒に供給することができる。これにより、NSR触媒からのNOxの放出を促進させることができる。
単位時間当たりに放出されるNOx量が少なくなるため、リッチスパイクを実施する期間が長くなる。このため、SCR触媒のアンモニア吸着量が所定吸着量以上の場合には、リッチスパイク時にNSR触媒において生成されたアンモニアがSCR触媒に吸着し切れなくなり、SCR触媒からアンモニアが流出する可能性が高くなる。したがって、SCR触媒からアンモニアが流出しない範囲の下限となるNSR触媒の温度を所定温度とし、NSR触媒の温度が所定温度未満の場合にSCR触媒からアンモニアが流出するアンモニア吸着量を所定吸着量として設定しておけば、これらの値に基づいて、SCR触媒からアンモニアが流出するか否か推定することができる。この場合、リッチスパイクの実施中はもちろん、リッチスパイクを開始する前から推定が可能である。
図1は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図であ
る。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒を有するガソリン機関であるが、ディーゼル機関であってもよい。内燃機関1は、たとえば車両に搭載される。
排気の空燃比を検出することができる。一方、第二NOxセンサ22により、NSR触媒4から流出する排気中のNOx濃度、または、SCR触媒5へ流入する排気中のNOx濃度を検出することができる。さらに、第二温度センサ32により、NSR触媒4の温度を検出することができる。また、SCR触媒5よりも下流の排気通路2には、排気の空燃比を検出する第四空燃比センサ14、排気中のNOx濃度を検出する第三NOxセンサ23、排気の温度を検出する第三温度センサ33が取り付けられている。第四空燃比センサ14により、SCR触媒5から流出する排気の空燃比を検出することができる。また、第三NOxセンサ23により、SCR触媒5から流出する排気中のNOx濃度を検出することができる。さらに、第三温度センサ33によりSCR触媒5の温度を検出することができる。
たはスロットル8の開度の少なくとも一方を調整することにより、NSR触媒4に流入する排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比まで低下させる所謂リッチスパイクを実施する。以下、特に断らない限りは、単に「リッチスパイク」といった場合には、NSR触媒4からNOxを除去することを目的とするリッチスパイクを指す。ここでいうNOxの除去には、NSR触媒4に吸蔵されているNOxを還元すること、及び、NSR触媒4に吸蔵されているNOxをNSR触媒4から放出させて、このNOxを還元しないままNSR触媒4から流出させることを含む。
NOx浄化率が許容される範囲となるように設定される。なお、アンモニア供給用リッチスパイクは、所定の間隔で実施してもよい。そしてアンモニア供給用リッチスパイクは、SCR触媒5が吸着しているアンモニア量が、目標となるアンモニア量(以下、目標アンモニア量ともいう。)になるまで実施される。この目標アンモニア量は、SCR触媒5におけるNOx浄化率が許容される範囲で、且つ、内燃機関1の排気温度の想定される範囲での変動によりSCR触媒5の温度が変動したとしてもSCR触媒5からのアンモニアの流出が許容される範囲で設定される。なお、アンモニア供給用リッチスパイクは、予め設定された時間だけ実施してもよく、SCR触媒5からアンモニアが流出し始めるまで実施してもよい。ここで、第三NOxセンサ23は、NOxと同様にしてアンモニアも検出してしまう。この特性を利用すれば、SCR触媒5からアンモニアが流出したことを検出できる。なお、SCR触媒5からアンモニアが流出することをアンモニアスリップともいう。
れらの値に基づいて算出することができる。SCR触媒5の温度と、アンモニア吸着量と、脱離アンモニア量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、SCR触媒5の温度及びアンモニア吸着量に基づいて、脱離アンモニア量を求めることができる。これらの関係を予めマップ化しておいてもよい。
れる。このため、システム全体としてのNOx浄化能力は保たれる。さらに、SCR触媒5に吸着されていたアンモニアがNOxの還元のために消費されるため、SCR触媒5のアンモニア吸着量を減少させることができる。また、リッチ空燃比の範囲で空燃比を高くすることにより、三元触媒3及びNSR触媒4におけるアンモニア生成量が減少する。したがって、SCR触媒5に供給されるアンモニアの量も減少する。
吸着量である。
ができる。なお、本実施例においては、ECU10がステップS108を処理することによりSCR触媒5でアンモニアスリップが発生しているか否か判定しているため、本発明におけるアンモニア流出検出部はECU10が備えている。
触媒4からのNOxの放出が促進されるが、このときにNSR触媒4において還元剤が不足するため、NSR触媒4から放出されたNOxが還元されないままNSR触媒4から流れ出る。このNOxにより、SCR触媒5のアンモニア吸着量を減少させることができる。また、三元触媒3およびNSR触媒4におけるアンモニア生成量は理論空燃比に近づけることにより減少する。したがって、SCR触媒5のアンモニア吸着量を効果的に減少させることができる。なお、本ステップS109では、目標空燃比を予め記憶されている一定の値に設定してもよいが、これに代えて、NSR触媒4のNOx吸蔵量またはSCR触媒5に流入するアンモニア量(NSR触媒4から流出するアンモニア量としてもよい。)に基づいて目標空燃比を決定してもよい。ここで、NSR触媒4のNOx吸蔵量が多いほど、アンモニアの生成量が多くなりSCR触媒5からアンモニアが流出する可能性が高くなる。このため、NSR触媒4のNOx吸蔵量が多いほど、アンモニアの生成量を減少させることが望ましく、さらに、還元されずにNSR触媒4から流出するNOx量を増加させることが望ましい。これに対し、NSR触媒4のNOx吸蔵量が多いほど、目標空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高くすることで、アンモニアの生成量を減少させることができ、且つ、還元されずにNSR触媒4から流出するNOx量を増加させることができる。また、SCR触媒5からアンモニアが流出することを抑制するためには、SCR触媒5に流入するアンモニア量(NSR触媒4から流出するアンモニア量としてもよい。)を減少させることが望ましい。すなわち、SCR触媒5に流入するアンモニア量が多いほど、目標空燃比をリッチ空燃比の範囲でより高くしてもよい。例えば、NSR触媒4のNOx吸蔵量及びSCR触媒5に流入するアンモニア量の少なくとも一方をパラメータとして目標空燃比を求めるマップを予め実験またはシミュレーション等により求めてECU10に記憶しておいてもよい。NSR触媒4のNOx吸蔵量及びSCR触媒5に流入するアンモニア量は、ECU10により推定される。
ニア生成がないものと考えればよい。したがって、SCR触媒5には、NSR触媒4のみで生成されたアンモニアが供給される。このようにして、NSR触媒4のNOx吸蔵量及びSCR触媒5のアンモニア吸着量を算出しておけば、上記説明と同様にリッチスパイク及び空燃比上昇制御を実施することができる。
本実施例では、空燃比上昇制御を実施しているときに、内燃機関1から酸素および未燃燃料を排出させることによりNSR触媒4の温度を上昇させ、NSR触媒4からのNOxの放出を促進させる。なお、このNSR触媒4の温度を上昇させる制御を以下では「昇温制御」ともいう。その他の装置等は実施例1と同じため説明を省略する。
と同じ空燃比となるように全気筒の空燃比を変化させる。そうすると、三元触媒3によってリッチ空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とが混ざり合い、内燃機関1の排気がNSR触媒4に流入するころには、排気の空燃比が、実施例1において設定される空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となる。さらに、排気がNSR触媒4に流入するころに、排気の空燃比が、実施例1において設定される空燃比上昇制御時の目標空燃比と同じ空燃比となるように、三元触媒3の容量が予め設定されていてもよい。
同じ処理が行われるステップについては、図示を一部省略する。
次に、昇温制御を実施してもNSR触媒4の温度が十分に上昇しない場合に、昇温制御においてリーン空燃比とリッチ空燃比との差を拡大する場合について説明する。図5は、本実施例に係るNSR触媒4に吸蔵されているNOxを還元するためのリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはECU10により所定の時間毎に実行される。図3または図4に示したフローチャートと同じ処理がなされるステップについては同じ符号を付して説明を省略する。また、図3または図4に示したフローチャートと同じ処理が行われるステップについては、図示を一部省略する。
2 排気通路
3 三元触媒
4 吸蔵還元型NOx触媒(NSR触媒)
5 選択還元型NOx触媒(SCR触媒)
6 噴射弁
7 吸気通路
8 スロットル
10 ECU
11 第一空燃比センサ
12 第二空燃比センサ
13 第三空燃比センサ
14 第四空燃比センサ
15 エアフローメータ
16 アクセルペダル
17 アクセル開度センサ
18 クランクポジションセンサ
21 第一NOxセンサ
22 第二NOxセンサ
23 第三NOxセンサ
31 第一温度センサ
32 第二温度センサ
33 第三温度センサ
Claims (8)
- リーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比のときにNOxを吸蔵し、理論空燃比以下の場合に吸蔵されているNOxを放出する吸蔵還元型NOx触媒であって、所定量の還元剤が存在する還元雰囲気でアンモニアの生成が行われる吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、アンモニアを吸着し、吸着していたアンモニアを還元剤としてNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、
前記選択還元型NOx触媒からのアンモニアの流出を推定または検出するアンモニア流出検出部と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするリッチスパイクを実施する制御装置と、
前記吸蔵還元型NOx触媒から単位時間当たりに放出されるNOx量を推定または検出する放出量検出部と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路に設けられる三元触媒と、
を備え、
前記内燃機関は1または複数の気筒を備え、
前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部により前記リッチスパイクに伴う前記選択還元型NOx触媒からのアンモニアの流出が推定または検出された場合には、推定または検出されない場合よりも、前記リッチスパイク中の前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くする空燃比上昇制御を実施し、
前記制御装置は、前記空燃比上昇制御により前記目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くした状態で前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型NOx触媒から単位時間当たりに放出されるNOx量が所定放出量未満になる場合には、前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記三元触媒に流入する排気に酸素および未燃燃料が含まれるように内燃機関の空燃比を変化させる昇温制御を実施し、
前記制御装置は、前記内燃機関の全気筒の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に変化させることにより前記昇温制御を実施する、
内燃機関の排気浄化装置。 - リーン空燃比で運転可能な内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、リーン空燃比のときにNOxを吸蔵し、理論空燃比以下の場合に吸蔵されているNOxを放出する吸蔵還元型NOx触媒であって、所定量
の還元剤が存在する還元雰囲気でアンモニアの生成が行われる吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、アンモニアを吸着し、吸着していたアンモニアを還元剤としてNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、
前記選択還元型NOx触媒からのアンモニアの流出を推定または検出するアンモニア流出検出部と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とするリッチスパイクを実施する制御装置と、
前記吸蔵還元型NOx触媒から単位時間当たりに放出されるNOx量を推定または検出する放出量検出部と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路に設けられる三元触媒と、
を備え、
前記内燃機関は複数の気筒を備え、
前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部により前記リッチスパイクに伴う前記選択還元型NOx触媒からのアンモニアの流出が推定または検出された場合には、推定または検出されない場合よりも、前記リッチスパイク中の前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くする空燃比上昇制御を実施し、
前記制御装置は、前記空燃比上昇制御により前記目標空燃比をリッチ空燃比の範囲で高くした状態で前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型NOx触媒から単位時間当たりに放出されるNOx量が所定放出量未満になる場合には、前記吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記三元触媒に流入する排気に酸素および未燃燃料が含まれるように内燃機関の空燃比を変化させる昇温制御を実施し、
前記制御装置は、前記内燃機関の一部の気筒をリーン空燃比とし、残りの気筒の少なくとも一部をリッチ空燃比とすることにより前記昇温制御を実施する、
内燃機関の排気浄化装置。 - 前記吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵量を推定する吸蔵量推定部をさらに備え、
前記制御装置は、前記吸蔵量推定部により推定される前記吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵量が多いときは少ないときよりも、前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比を高くする請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記選択還元型NOx触媒に流入するアンモニア量を推定または検出する流入アンモニア量推定部をさらに備え、
前記制御装置は、前記流入アンモニア量推定部により推定または検出されるアンモニア量が多いときは、少ないときよりも、前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比を高くする請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記制御装置は、前記昇温制御を実施する場合に、前記吸蔵還元型NOx触媒に流入す
る排気の空燃比を前記空燃比上昇制御での前記目標空燃比と同じ空燃比としつつ、前記放出量検出部により推定または検出される前記吸蔵還元型NOx触媒から単位時間当たりに放出されるNOx量が少ない場合には多い場合よりも、前記昇温制御においてリーン空燃比の気筒の空燃比を高くし且つリッチ空燃比の気筒の空燃比を低くする請求項1から4の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記アンモニア流出検出部は、前記リッチスパイクを開始する前に、仮に前記リッチスパイクを実施したとした場合に、前記リッチスパイクに伴い前記選択還元型NOx触媒からアンモニアが流出するか否か推定し、
前記制御装置は、前記アンモニア流出検出部によりアンモニアが流出すると前記リッチスパイクを開始する前に推定された場合には、前記リッチスパイクを開始する時点から前記空燃比上昇制御を実施する請求項1から5の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装
置。 - 前記アンモニア流出検出部は、前記選択還元型NOx触媒よりも下流の排気通路に設けられ、排気のNOx濃度及びアンモニア濃度を検出するNOxセンサであり、
前記制御装置は、前記リッチスパイクを実施中に、前記NOxセンサによりアンモニアが検出された場合に、前記空燃比上昇制御を実施する請求項1から5の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記アンモニア流出検出部は、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が所定温度未満の場合、且つ、前記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量が所定吸着量以上の場合に、前記リッチスパイクを実施すると前記選択還元型NOx触媒からアンモニアが流出すると推定する請求項1から6の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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