JP6506154B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
車両に搭載される内燃機関の排気浄化装置として、同機関の排気通路に排気中の微粒子を捕集するフィルタを設け、排気通路における上記フィルタよりも下流に排気中のＮＯｘを浄化するための選択還元型のＮＯｘ浄化触媒を設けたものが知られている。同装置では、排気通路におけるフィルタよりも下流かつＮＯｘ浄化触媒よりも上流の部分に添加弁を設け、その添加弁から排気通路内に噴射された尿素水を用いて上記ＮＯｘ浄化触媒で排気中のＮＯｘを還元して浄化するようにしている。
また、特許文献１には、フィルタにおいて捕集された微粒子の量が増えすぎないよう、定められたタイミングでフィルタを昇温させることにより、上記微粒子をフィルタから除去するフィルタ再生処理を行うことが記載されている。こうしたフィルタ再生処理は、車両の高速走行中といった排気温度が高くなる機関運転中に実行するだけでなく、車両が渋滞した道路を走行しているときなどにも実行する。また、状況によっては内燃機関のアイドル運転中という、燃焼される燃料の量が少なくなって排気温度が低くなるときにも実行することがある。
特開２００８−６３９６８号公報
ところで、上記排気浄化装置では、添加弁からの尿素水の噴射に伴って同添加弁の噴孔周りに尿素水が付着する。このように噴孔周りに尿素水が付着した状態のもとでは、添加弁における噴孔周りの温度がある程度高くなることにより、例えば温度Ｔ１以上に上昇することにより、尿素が析出して噴孔周りに堆積する。
また、添加弁における噴孔周りの温度が更に高くなって例えば温度Ｔ２（＞Ｔ１）以上に上昇すると、添加弁における噴孔周りに堆積した尿素が消失するようになる。従って、フィルタ再生処理の実行に伴ってフィルタが昇温されることにより、同フィルタを通過した排気の熱で添加弁の噴孔周りの温度が上記温度Ｔ２以上に上昇すると、同噴孔周りに堆積した尿素が消失するようになる。
しかし、フィルタ再生処理を実行したときの排気の熱で添加弁の噴孔周りの尿素を消失させようとする場合、内燃機関のアイドル運転中でのフィルタ再生処理の実行が何回も続くと、噴孔周りの上記尿素を消失させることができないだけでなく、逆に同尿素の堆積が進んでしまうおそれがある。
すなわち、内燃機関のアイドル運転中には排気温度が低くなるため、アイドル運転中のフィルタ再生処理では、排気の熱によって添加弁の噴孔周りの温度を必ずしも上記温度Ｔ２以上に上昇させることができるとは限らない。上記フィルタ再生処理において、排気の熱により添加弁の噴孔周りの温度を上記温度Ｔ１以上に上昇させることはできても上記温度Ｔ２以上に上昇させることができない場合、添加弁の噴孔周りの温度がＴ１以上かつＴ２未満という尿素を析出させる値となってしまい、フィルタ再生処理の実行中に添加弁の噴孔周りに尿素が更に堆積する。従って、内燃機関のアイドル運転中でのフィルタ再生処理の実行が何回も続くと、添加弁の噴孔周りにおける上記尿素の堆積が進んでしまうおそれがある。
そして、添加弁の噴孔周りでの尿素の堆積が進んで同噴孔が尿素によって閉塞されると、添加弁から尿素水を噴射することができなくなって、ＮＯｘ浄化触媒での排気中のＮＯｘの浄化に支障を来すという問題が生じる。
本発明の目的は、フィルタ再生処理の実行に伴って添加弁における噴孔周りでの尿素の堆積が進むことを抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関の排気浄化装置は、車両に搭載される内燃機関の排気通路に設けられて排気中の微粒子を捕集するフィルタと、排気通路における上記フィルタよりも下流に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒と、を備える。更に、同装置は、排気通路における上記フィルタよりも下流かつ上記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流の部分に設けられて同排気通路内に尿素水を噴射する添加弁と、フィルタ再生要求があるときに前記フィルタを昇温させることにより同フィルタに捕集された微粒子を除去するフィルタ再生処理を実行する制御部と、を備える。そして、上記制御部は、内燃機関のアイドル運転中におけるフィルタ再生処理が、車両の走行中におけるフィルタ再生処理の実行を挟まずに規定回数続けて実行されているときには、フィルタ再生要求があるとしてもアイドル運転中のフィルタ再生処理を実行しないように構成されている。
排気温度が低くなる内燃機関のアイドル運転中にフィルタ再生処理が実行されると、添加弁の噴孔周りの温度が、同噴孔周りに堆積した尿素が消失する温度まで上昇せずに、同噴孔周りに付着した尿素水によって尿素が析出する温度となるおそれがある。こうしたアイドル運転中のフィルタ再生処理が、車両の走行中のフィルタ再生処理を挟まずに何回も続くと、添加弁における噴孔周りでの尿素の堆積が進むことになる。しかし、上記構成によれば、アイドル運転中におけるフィルタ再生処理が規定回数続けて実行されているときには、フィルタ再生要求があるとしてもアイドル運転中にはフィルタ再生処理が実行されないため、アイドル運転中のフィルタ再生処理の実行が何回も続いて添加弁における噴孔周りの尿素の堆積が進むことを抑制できる。
内燃機関の排気浄化装置を示す略図。 フィルタ再生処理の処理手順を示すフローチャート。
以下、内燃機関の排気浄化装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示されるように、車両に搭載される内燃機関５の排気通路６には上流から順に、酸化触媒２、フィルタ３、ＮＯｘ浄化触媒７が設けられている。上記酸化触媒２は排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を酸化して浄化し、上記フィルタ３は排気中の微粒子（ＰＭ）を捕集する。上記ＮＯｘ浄化触媒７としては、尿素水の供給を受けて排気中のＮＯｘを還元して浄化する選択還元型のものが採用されている。また、排気通路６におけるフィルタ３よりも下流側であって、且つ、ＮＯｘ浄化触媒７よりも上流側の部分には、排気通路６内に尿素水を噴射するための添加弁８が設けられている。そして、添加弁８の噴孔９から噴射された尿素水は、排気通路６内の排気と共にＮＯｘ浄化触媒７に流される。
車両には、内燃機関５の各種制御を行うとともに添加弁８を駆動制御する電子制御装置１１が搭載されている。電子制御装置１１は、内燃機関５の運転状態、及びユーザーからの要求を把握するための各種センサから入力された検出信号に基づき、内燃機関５を制御するとともに添加弁８の駆動制御を行う。また、電子制御装置１１は、フィルタ３において捕集した微粒子の量が増えすぎないよう、フィルタ３を昇温させることによって上記微粒子を同フィルタ３から除去するフィルタ再生処理を実行する。なお、このときの電子制御装置１１は、フィルタ再生処理を実行するための制御部としての役割を担う。
上記フィルタ再生処理は、フィルタ３を通過する排気の温度を上昇させることによって実現される。詳しくは、内燃機関５における機関運転のための燃料噴射（主噴射）が行われた後の燃料噴射（ポスト噴射）を通じて酸化触媒２に未燃燃料成分を供給し、同酸化触媒２での燃料の酸化に伴う酸化熱を生じさせる。そして、この酸化触媒２で生じる酸化熱によって排気通路６を流れる排気の温度を上昇させ、高温となった排気をフィルタ３に流すことにより同フィルタ３の温度を上記微粒子の燃焼に必要な値まで上昇させる。なお、こうしたフィルタ再生処理は、フィルタ３に捕集された微粒子の量が判定値未満になる等の所定の終了条件が成立したときに終了される。
図２は、フィルタ再生処理ルーチンを示すフローチャートである。同ルーチンは、電子制御装置１１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
電子制御装置１１は、同ルーチンのステップ１０１（Ｓ１０１）の処理として、フィルタ再生処理を実行する前になされるフィルタ再生要求があるか否かを判断する。このフィルタ再生要求は、例えば、フィルタ３における微粒子の堆積量が予め定められた閾値を越えて多くなったときになされる。また、フィルタ再生要求が一度なされると、フィルタ再生処理の終了条件が成立して同処理が終了するまでは、フィルタ再生要求が維持される。そして、Ｓ１０１で否定判断であれば、電子制御装置１１はフィルタ再生処理ルーチンを一旦終了する。一方、Ｓ１０１で肯定判断であればＳ１０２に進む。
電子制御装置１１は、Ｓ１０２の処理として内燃機関５のアイドル運転中であるか否かを判断する。Ｓ１０２でアイドル運転中でないと判断された場合にはＳ１０４に進む。電子制御装置１１は、Ｓ１０４の処理として、車両の走行中におけるフィルタ再生処理を実行し、その後にフィルタ再生処理ルーチンを一旦終了する。一方、Ｓ１０２でアイドル運転中であると判断された場合にはＳ１０３に進む。電子制御装置１１は、Ｓ１０３の処理として、アイドル運転中のフィルタ再生処理が車両の走行中のフィルタ再生処理を挟まずに規定回数ｎ、続けて実行されているか否かを判断する。なお、上記規定回数ｎとしては、車両毎に適合された値が用いられる。
そして、Ｓ１０３において、アイドル運転中のフィルタ再生処理が車両の走行中のフィルタ再生処理を挟まずに規定回数ｎ、続けて実行されていないと判断された場合には、Ｓ１０５に進む。電子制御装置１１は、Ｓ１０５の処理として、アイドル運転中のフィルタ再生処理を実行する。その後、電子制御装置１１は、フィルタ再生処理ルーチンを一旦終了する。一方、Ｓ１０３において、アイドル運転中のフィルタ再生処理が車両の走行中のフィルタ再生処理を挟まずに規定回数ｎ、続けて実行されたと判断された場合にはＳ１０６に進む。
電子制御装置１１は、Ｓ１０６の処理として、フィルタ３における微粒子の堆積許容値を予め定められた設定範囲の上限に変更し、その後にフィルタ再生処理ルーチンを一旦終了する。なお、上記堆積許容値は、フィルタ３に堆積した微粒子の量が異常に多くなったか否かを判定するために用いられる値であって、上記設定範囲内で可変とされる値である。そして、フィルタ３に堆積した微粒子の量が上記堆積許容値以上に多くなったとき、電子制御装置１１は車室に設けられた警告ランプ等を点灯して車両のユーザーに異常を知らせる。
フィルタ再生処理ルーチンにおいて、Ｓ１０３で肯定判断がなされてＳ１０６に進む場合には、アイドル運転中にフィルタ再生要求があるとしても、アイドル運転中のフィルタ再生を実行しないようにしている。
なお、このようにアイドル運転中のフィルタ再生処理を実行しないようにした場合、フィルタ３の機能やフィルタ再生処理の実行に異常はないものの、フィルタ再生処理の実行頻度が少なくなることから、フィルタ３に堆積した微粒子の量が多くなる可能性がある。その結果、フィルタ３に堆積した微粒子の量が上記堆積許容値以上になってしまい、フィルタ３の機能やフィルタ再生処理の実行に異常がないのに、警告ランプが点灯してしまうという問題が生じる。
こうした問題に対処するため、Ｓ１０６の処理で上記堆積許容値を設定範囲の上限値に変更するようにしている。この場合、フィルタ３に堆積した微粒子の量が上記堆積許容値を越えにくくなるため、上述したフィルタ３の機能やフィルタ再生処理の実行に異常がないのに警告ランプが点灯してしまうという問題の発生を抑制できる。
次に、内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
内燃機関５のアイドル運転中には、燃焼される燃料の量が少なくなって排気温度が低くなる。このため、アイドル運転中にフィルタ再生処理を行ったときの排気の熱では、添加弁８の噴孔９周りの温度を、尿素が析出する温度Ｔ１以上に上昇させることはできても、同尿素を消失させることができる温度Ｔ２以上に上昇させることができないおそれがある。この場合、添加弁８の噴孔９周りに更に尿素が堆積してしまい、そうしたアイドル運転中のフィルタ再生処理が車両の走行中のフィルタ再生処理を挟まずに何回も続くと、添加弁８の噴孔９周りで尿素の堆積が進んでしまうおそれがある。
しかし、アイドル運転中のフィルタ再生処理が車両の走行中のフィルタ再生処理を挟まずに規定回数ｎ、続けて実行された場合、アイドル運転中にフィルタ再生要求があるとしてもアイドル運転中のフィルタ再生処理が実行されないようにしている。このため、アイドル運転中のフィルタ再生処理の実行が何回も続いて添加弁８における噴孔９周りの尿素の堆積が進むことを抑制できる。そして、このようにアイドル運転中のフィルタ再生処理が実行されないようにしているときには、排気温度がアイドル運転中よりも高くなる車両の走行中にフィルタ再生要求がなされたときにフィルタ再生処理が実行される。このときにはフィルタ再生処理の実行時の排気の熱で、添加弁８の噴孔９周りの温度を上記温度Ｔ２以上に上昇させることができ、それによって添加弁８の噴孔９周りに堆積した尿素が消失するようになる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）フィルタ再生処理の実行に伴って添加弁８における噴孔９周りでの尿素の堆積が進むことを抑制できる。
（２）アイドル運転中のフィルタ再生処理が実行されないようにしているときには、フィルタ３における微粒子の上記堆積許容値が予め定められた設定範囲の上限に変更される。このため、アイドル運転中のフィルタ再生処理が実行されないようにしているとき、フィルタ３に堆積した微粒子の量が上記堆積許容値以上になってしまい、フィルタ３の機能やフィルタ再生処理の実行に異常がないのに警告ランプが点灯してしまうことを抑制できる。
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・図２のフィルタ再生処理ルーチンにおけるＳ１０６の処理については必ずしも実行する必要はなく、このＳ１０６の処理を省略することも可能である。
・フィルタ再生処理における酸化触媒２への未燃燃料成分の供給は、必ずしもポスト噴射によって実現する必要はなく、排気通路６における酸化触媒２の上流側の部分に燃料添加弁を設け、その燃料添加弁から燃料を噴射して酸化触媒２に燃料成分を供給するようにしてもよい。
・フィルタ３は、酸化触媒の機能を併せ持つものであってもよい。この場合、フィルタ再生処理の実行時にフィルタ３に燃料成分を供給すれば酸化熱を生じさせることができ、その酸化熱によってフィルタ３を通過する排気の温度を上昇させて同フィルタ３を昇温することができる。
・アイドル運転中のフィルタ再生処理については、車両のユーザーによるスイッチのオン操作時に実行するものとしてもよい。この場合、アイドル運転中のフィルタ再生処理が実行されないようにしているとき、アイドル運転中にユーザーによる上記スイッチのオン操作がなされたとしても、アイドル運転中のフィルタ再生処理を実行することがないようにされる。
２…酸化触媒、３…フィルタ、５…内燃機関、６…排気通路、７…ＮＯｘ浄化触媒、８…添加弁、９…噴孔、１１…電子制御装置。

Claims (1)

  1. 車両に搭載される内燃機関の排気通路に設けられて排気中の微粒子を捕集するフィルタと、
    前記排気通路における前記フィルタよりも下流に設けられた選択還元型のＮＯｘ浄化触媒と、
    前記排気通路における前記フィルタよりも下流かつ前記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流の部分に設けられて前記排気通路内に尿素水を噴射する添加弁と、
    フィルタ再生要求があるときに前記フィルタを昇温させることにより同フィルタに捕集された前記微粒子を除去するフィルタ再生処理を実行する制御部と、
    を備える内燃機関の排気浄化装置において、
    前記制御部は、内燃機関のアイドル運転中における前記フィルタ再生処理が、車両の走行中における前記フィルタ再生処理の実行を挟まずに規定回数続けて実行されているときには、前記フィルタ再生要求があるとしてもアイドル運転中の前記フィルタ再生処理を実行しないように構成されている
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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