JP6350581B2 - 内燃機関の排気浄化制御装置 - Google Patents
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Description
1.内燃機関の排気浄化制御装置は、内燃機関の排気通路内に設けられた第1NOx触媒と、前記第1NOx触媒に流入する排気に炭化水素を添加する炭化水素添加弁と、前記第1NOx触媒の下流に設けられた第2NOx触媒と、前記排気通路のうち前記第1NOx触媒と前記第2NOx触媒との間に設けられた尿素添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、前記第1NOx触媒は、該第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を規定範囲内の振幅と規定範囲内の時間間隔で振動させると排気中のNOxを還元し、前記時間間隔を規定範囲内の値よりも長くするとNOxの吸蔵量が増加する性質を有しており、前記第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を前記規定範囲内の振幅且つ前記規定範囲内の時間間隔としてNOxを浄化すべく、前記炭化水素添加弁を操作して前記炭化水素添加弁によって排気中に前記炭化水素を間欠的に添加する処理である第1浄化処理を実行する第1浄化処理部と、前記尿素添加弁から排気中に尿素水を添加し前記第2NOx触媒を用いてNOxを浄化する処理である第2浄化処理を実行する第2浄化処理部と、前記第1浄化処理部は、前記第1浄化処理を実行しているときにおいて、前記第2浄化処理の実行要求が生じることを条件に、前記第2浄化処理の実行開始に先立って前記第1浄化処理において前記炭化水素添加弁からの1回当たりの添加量を前記実行要求が生じる以前よりも低減するHC被毒回復待機処理を実行する。
以下、内燃機関の排気浄化制御装置にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
第1浄化処理部M10は、回転速度NEおよびアクセルペダルの操作量ACCPに応じて内燃機関10に要求されるトルク(要求トルク)に基づき、第1浄化処理を実行するための炭化水素添加弁40の操作信号MS2を生成して出力する。操作信号MS2は、炭化水素添加弁40から間欠的に炭化水素を添加させる信号であり、特に、第1触媒30に流入する排気中の炭化水素の濃度を上記規定範囲内の振幅且つ上記規定範囲内の時間間隔で振動させるべく、炭化水素添加弁40からの1回当たりの添加量と、添加の時間間隔とを操作する信号である。第1浄化処理部M10は、後述するHC被毒回復待機処理時を除き、浄化率を最も高くすることができる添加量および添加の時間間隔を設定する。ここで、浄化率とは、利用する触媒(ここでは、第1触媒30)に流入する排気中のNOx量に対する浄化されたNOx量の割合のことである。
SCR温度推定処理部M14cは、第2触媒34の上流の温度Tsuと下流の温度Tsdとに基づき、第2触媒34の温度Tscrを推定する。ここでは、たとえば上流の温度Tsuと下流の温度Tsdとの移動平均値を、温度Tscrとすればよい。なお、ここでの移動平均値は、単純移動平均値や加重移動平均値とすることができる。
次に、第1浄化処理から第2浄化処理への切替処理について説明する。
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
(1)CPU52は、HC被毒回復待機処理によって1回当たりの添加量を低減するとともに、添加の時間間隔を短縮した。このように時間間隔を短縮することによって、1回当たりの添加量の低減によるNOxの浄化率の低下を部分的に補償し、HC被毒回復待機処理によるNOxの浄化率の低下を抑制することができる。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第3の実施形態について、第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
以下、第4の実施形態について、第3の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と、実施形態における事項との対応関係は、次の通りである。以下では、「課題を解決するための手段」の欄に記載した解決手段の番号毎に、対応関係を示している。なお、以下において、「メモリ54に記憶されたプログラムに従って所定の処理を実行するCPU52」のことを、記載を簡素化するために、「所定の処理を実行するCPU52」と記載する。
7.ステップS18においてCPU52が肯定判定することによりステップS22の処理に移行することに対応し、特に、第1浄化率算出処理部は、ステップS16の処理を実行するCPU52に対応する。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・「第2浄化処理への切替要求について」
上記実施形態では、NOx濃度センサ60によって検出される第1触媒30の下流における排気中のNOx濃度の検出値が閾値以上である場合に、切替要求が生じたとしたが、これに限らない。たとえば、回転速度および負荷としての要求トルクによって定まる動作点が所定の領域に入る場合に、切替要求が生じたとしてもよい。またたとえば、負荷として、要求トルクに代えて、噴射量を用いてもよい。またたとえば駆動輪に動力を付与する原動機が内燃機関のみである車両のように、回転速度NEおよび負荷によって定まる動作点と車速とに強い相関がある車両の場合、回転速度NEおよび負荷に代えて、車速に基づき切替要求を生じさせてもよい。
HC被毒回復待機処理の実行開始時におけるHC被毒量に応じて1回当たりの添加量を可変設定するHC被毒回復待機処理としては、1回当たりの添加量を、第2触媒34の温度Tscrに応じて可変設定するものに限らず、第2触媒34の温度Tscrによっては可変としないものであってもよい。
・「HC被毒量算出処理部について」
スリップ量ΔHCを、回転速度NE、負荷としての要求トルク、添加量、および添加の時間間隔に基づき算出したが、これに限らない。たとえば、負荷として、要求トルクに代えて、燃料噴射弁16から噴射される燃料量を用いてもよい。またたとえば駆動輪に動力を付与する原動機が内燃機関のみである車両のように回転速度NEおよび負荷と車速との間に強い相関がある場合、回転速度NEおよび負荷に代えて、車速を用いてもよい。また、たとえば、回転速度NEおよび負荷に代えて、第2触媒34に流入する排気の温度、同排気の流量、および同排気中のNOx量を用いてもよい。
上記実施形態では、第1浄化率R1を、回転速度NE、負荷としての要求トルク、添加量、および添加の時間間隔に基づき算出したが、これに限らない。たとえば、負荷として、要求トルクに代えて、燃料噴射弁16から噴射される燃料量を用いてもよい。またたとえば駆動輪に動力を付与する原動機が内燃機関のみである車両のように回転速度NEおよび負荷と車速との間に強い相関がある場合、回転速度NEおよび負荷に代えて、車速を用いてもよい。また、たとえば、回転速度NEおよび負荷に代えて、第1触媒30に流入する排気の温度、同排気の流量、および同排気中のNOx量を用いてもよい。
第1浄化処理を停止しつつ第2浄化処理を実行するものに限らない。たとえば、第1浄化処理の実行中に、第1浄化処理のみによってはNOxを十分浄化できない運転領域となることによって、第2浄化処理を併せ実行するものであってもよい。この場合であっても、HC被毒によって第2浄化率R2が低くなっているときには第2浄化処理を実行することなく、HC被毒回復待機処理を実行することで、第2浄化処理の開始時には、第2浄化処理の浄化能力を高くすることができる。なお、この場合、第2浄化処理の開始後であっても、通常時の第1浄化処理によっては第1触媒30からの炭化水素のスリップ量が多くなる場合には、第1浄化処理としてHC被毒回復待機処理時と同様の処理を実行してスリップ量ΔHCを低減する。
上記実施形態では、第2浄化率R2が第1浄化率R1よりも低い場合、第2浄化処理を実行しなかったが、これに限らない。たとえば、第2浄化率R2が第1浄化率R1よりも低いことと、第2浄化率R2が規定値以下であることとの論理和が真である場合に、第2浄化処理を実行しないこととしてもよい。ここで、規定値は、HC被毒量がゼロである場合の第2浄化率R2の所定割合(たとえば90%以上)とすればよい。なお、切替要求が生じるときの第1浄化率R1が上記規定値よりも確実に低くなる場合、第1浄化率R1と第2浄化率R2との大小を直接比較する処理を実行することなく、第2浄化率R2が上記規定値以下である場合に、第2浄化処理を実行しないようにしてもよい。この場合であっても、第1浄化率R1が第2浄化率R2よりも高い場合には、第2浄化処理が実行されないため、第1浄化率R1が第2浄化率R2よりも高いことを条件に、第2浄化処理が実行されないこととなる。
上記実施形態では、第2浄化処理への切替要求が生じるときの第2触媒34の温度が、浄化率を高く維持できる温度であることを想定したが、この想定が成立しないケースの場合、第2浄化率R2の算出に、第2触媒34の温度Tscrを加味してもよい。これはたとえば、第2触媒34の温度Tscrと基本浄化率との関係を定めた1次元マップに基づき、基本浄化率を算出し、これを、HC被毒量によって補正したものを第2浄化率R2とすることによって実現できる。
上記実施形態では、第2触媒34の上流側の温度Tsuと下流側の温度Tsdとに基づき第2触媒34の温度Tscrを推定したが、これに限らない。たとえば、第2触媒34の上流側の温度Tsuを、第2触媒34の温度とみなしてもよく、また、たとえば第2触媒34の下流側の温度Tsdを、第2触媒34の温度とみなしてもよい。さらに、たとえば、第2触媒34の温度を検出する温度センサを設けて、その検出値を利用してもよい。
上記実施形態では、第1触媒30を床上に配置する一方、第2触媒34を床下に配置したが、これに限らない。たとえば、第1触媒30および第2触媒34の双方を床上に配置してもよい。またたとえば、第2触媒34とDPF32との機能を一体化した単一の浄化装置を構成してもよい。
制御装置50が、CPU52およびメモリ54を備えて、上述した各種処理を全てソフトウェア処理するものに限らない。たとえば、被毒量算出処理部M14の処理を、専用のハードウェア(特定用途向け集積回路:ASIC)にて処理するなど、少なくとも一部の処理を実行するASICを備えたものであってもよい。
たとえば、シリーズハイブリッド車に搭載される内燃機関の排気浄化制御装置の場合、第3浄化処理を実行することが適切な運転領域での機関運転をしない設定とすることにより、第3浄化処理を実行しない制御装置としてもよい。
Claims (7)
- 内燃機関の排気通路内に設けられた第1NOx触媒と、
前記第1NOx触媒に流入する排気に炭化水素を添加する炭化水素添加弁と、
前記第1NOx触媒の下流に設けられた第2NOx触媒と、
前記排気通路のうち前記第1NOx触媒と前記第2NOx触媒との間に設けられた尿素添加弁と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用され、
前記第1NOx触媒は、該第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を規定範囲内の振幅と規定範囲内の時間間隔で振動させると排気中のNOxを還元し、前記時間間隔を規定範囲内の値よりも長くするとNOxの吸蔵量が増加する性質を有しており、
前記第1NOx触媒に流入する排気中の炭化水素濃度を前記規定範囲内の振幅且つ前記規定範囲内の時間間隔としてNOxを浄化すべく、前記炭化水素添加弁を操作して前記炭化水素添加弁によって排気中に前記炭化水素を間欠的に添加する処理である第1浄化処理を実行する第1浄化処理部と、
前記尿素添加弁から排気中に尿素水を添加し前記第2NOx触媒を用いてNOxを浄化する処理である第2浄化処理を実行する第2浄化処理部と、
前記第1浄化処理部は、前記第1浄化処理を実行しているときにおいて、前記第2浄化処理の実行要求が生じることを条件に、前記第2浄化処理の実行開始に先立って前記第1浄化処理において前記炭化水素添加弁からの1回当たりの添加量を前記実行要求が生じる以前よりも低減するHC被毒回復待機処理を実行する内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記HC被毒回復待機処理は、前記第1浄化処理において前記1回当たりの添加量を前記実行要求が生じる以前よりも低減するとともに前記炭化水素の間欠的な添加の時間間隔を前記実行要求が生じる以前よりも短縮する処理である請求項1記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記HC被毒回復待機処理は、前記時間間隔を短縮する処理によって前記第1浄化処理による前記炭化水素の消費率を前記実行要求が生じる以前よりも上昇させる処理であり、
前記消費率は、単位時間当たりの炭化水素の添加量である請求項2記載の内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記第1浄化処理部は、前記HC被毒回復待機処理を実行する場合、前記第2NOx触媒の温度が高い場合に低い場合よりも前記1回当たりの添加量の低減量を少なくする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記第2NOx触媒のHC被毒量を算出する被毒量算出処理部を備え、
前記第1浄化処理部は、前記HC被毒回復待機処理を実行する場合、前記HC被毒量が多い場合に少ない場合よりも前記1回当たりの添加量の低減量を多くする請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記第2NOx触媒のHC被毒量を算出する被毒量算出処理部と、
前記第1浄化処理が実行されているとき、前記HC被毒量に基づき、前記第2浄化処理が実行されたと仮定した場合の前記第2浄化処理によるNOxの浄化率である第2浄化率を算出する第2浄化率算出処理部と、を備え、
前記第2浄化処理部は、前記第1浄化処理が実行されていて且つ前記第2浄化処理の実行要求が生じるとき、前記第2浄化率が規定値未満であることを条件に、前記第2浄化処理を実行せず、
前記第1浄化処理部は、前記第2浄化率が前記規定値未満であることを条件に前記第2浄化処理が実行されない場合、前記HC被毒回復待機処理を実行する請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記第1浄化処理によるNOxの浄化率である第1浄化率を算出する第1浄化率算出処理部を備え、
前記規定値は、前記第1浄化率であり、
前記HC被毒回復待機処理の実行によって前記第2浄化率が前記第1浄化率以上となる場合、前記第2浄化処理を実行し、前記第1浄化処理の実行を停止する請求項6記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
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