JP7183886B2 - 排気浄化装置を有する車両 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置を有する車両に関する。

従来、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）を還元浄化する触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Lean NOx Trap：以下「ＬＮＴ」と称する）が知られている。ＬＮＴは、排気がリーン雰囲気のときに排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる炭化水素で吸蔵していたＮＯｘを還元浄化により無害化して放出する。このため、触媒のＮＯｘ吸蔵量が所定量に達したなどの所定条件が成立した場合には、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、排気をリッチ状態にする所謂ＬＮＴ再生（「ＮＯｘパージ」、「リッチスパイク」とも呼ばれている）を定期的に行う必要がある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００８－２０２４２５号公報 特開２００７－１６７１３号公報

ところで、上述のＬＮＴ再生中は、エンジンがリッチ制御され、排気がリッチ状態に保たれる。しかしながら、ＬＮＴ再生中に、ドライバーによってアクセルを戻すなどの操作が行われると、燃料噴射量が減少し、リッチ状態がリーン方向に遷移する。これにより、ＬＮＴ再生が中断されたり、もしも中断されなかったとしてもＬＮＴ再生効率が低下したりする。よって、別のタイミングで新たにＬＮＴ再生を行うことが必要となる。この結果、ＬＮＴ再生の頻度が増加するといった不都合が生じる。

また、ＬＮＴ再生中にドライバーの操作により燃料噴射量が減少すると、ラムダセンサーによる安定したλ検出が困難になり、ＬＮＴ浄化率の診断精度も低下する問題がある。

本発明の目的は、ＬＮＴを再生するためにエンジンをリッチ制御しているときに、エンジンのトルクを下げる要求があった場合でも、ＬＮＴ再生の中断や効率低下、ＬＮＴ浄化率の診断精度の低下を防止できる、排気浄化装置を有する車両を提供することである。

本発明の一つの態様は、
排気浄化装置を有する車両であって、
エンジンと、
前記排気浄化装置に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生するために前記エンジンをリッチ制御しているときに、第１の負荷のトルクを下げることを示す操作信号が入力された場合、前記エンジンの燃料噴射量を維持したまま、前記エンジンの余剰発生トルクを前記第１の負荷以外の負荷に分配する、制御部と、
を具備する。

本発明によれば、ＬＮＴを再生するためにエンジンをリッチ制御しているときに、エンジンのトルクを下げる要求があった場合でも、ＬＮＴ再生の中断や効率低下、ＬＮＴ浄化率の診断精度の低下を防止できる。

実施の形態の車両の要部構成図 ＬＮＴ再生時におけるラムダセンサーの検出結果を示す波形図 実施の形態の動作の説明に供する波形図であり、図３ＡはＬＮＴ再生モード信号を示す図、図３Ｂはエンジンの燃料噴射量を示す図、図３Ｃはアクセルの踏込量を示す図、図３ＤはＬＮＴに導入される排気ガスの空燃比を示す図、図３Ｅは分配される余剰発生トルクを示す図、図３Ｆは走行駆動系のトルクを示す図

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本実施の形態の車両の要部構成図である。

本実施の形態の車両１は、例えばトラック等であり、ディーゼルエンジン１０が搭載されている。ただし、本発明は、ディーゼルエンジンがされた車両に限らず、ガソリンエンジンが搭載された車両にも適用可能である。

車両１は、排気浄化装置１００を有する。排気浄化装置１００は、エンジン１０の排気ガス中のＮＯｘを吸蔵することで排気ガスを浄化する。

エンジン１０は、例えば、燃焼室、燃焼室内で燃料を噴射する燃料噴射装置を有する。エンジン１０での燃料噴射は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１１によって制御される。エンジン１０は、燃焼室内で、燃料と空気の混合気を燃焼及び膨張させて、トルクＴＱ０を発生する。エンジン１０には、燃焼室内に空気を導入する吸気管２０と、燃焼室から排出される燃焼後の排気ガスを、車両の外部に排出する排気管３０と、が接続されている。

排気浄化装置１００は、ＬＮＴ（Lean NOx Trap）１０１、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０２、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）１０３及び浄化装置ＥＣＵ１１０を有する。また、実際上、排気浄化装置１００は、尿素水噴射装置などの他の構成も有するが、図１ではこれらの構成は省略されている。

ＬＮＴ１０１は、排気ガスの空燃比がリーンな状態においては、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。そして、ＬＮＴ１０１は、排気ガスの空燃比がリッチな状態において、当該吸蔵したＮＯｘを排気ガス中のＣＯ又はＨＣ等と反応させて、窒素等の無害なガスに還元して放出する。

ＬＮＴ１０１は、飽和状態に近づくとＮＯｘを吸蔵し得る効率が低下する。そのため、ＬＮＴ１０１のＮＯｘの吸蔵状態は、浄化装置ＥＣＵ１１０によって監視されており、定期的に、ＬＮＴ１０１の再生（「ＮＯｘパージ」、「リッチスパイク」とも呼ばれている）が実行される。この再生は、エンジンＥＣＵ１１によってエンジン１０の燃料噴射量が多くされるのに伴い排気ガスがリッチ状態とされ、これにより吸蔵状態のＮＯｘが還元されることで行われる。

ＤＰＦ１０２は、排気に含まれる粒子状物質を捕集する。

ＳＣＲ１０３は、尿素水噴射装置（図示せず）から供給される尿素水が加水分解したアンモニアを吸着すると共に、当該吸着したアンモニアによって排気ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。

浄化装置ＥＣＵ１１０は、排気浄化装置１００の動作を制御する。また、ＥＣＵ１１０は、ＬＮＴ１０１の上流側に設けられたラムダセンサー１２１、ＬＮＴ１０１の下流側に設けられたラムダセンサー１２２や、図示しない他のセンサーからセンサー情報を取得し、当該センサー情報に基づいて、排気管３０を通流する排気ガスの状態、ＬＮＴ１０１の状態、ＤＰＦ１０２の状態、及びＳＣＲ１０３の状態等を検出する。

また、浄化装置ＥＣＵ１１０は、ＬＮＴ１０１のＮＯｘの吸蔵状態の情報に基づいてＬＮＴ再生のタイミングを決定し、ＬＮＴ再生モード信号をエンジンＥＣＵ１１に送る。エンジンＥＣＵ１１は、ＬＮＴ再生モード信号を入力すると、ＬＮＴ再生を実現するために燃料噴射量を多くするリッチ制御を行う。

さらに、車両１は、車両全体を制御するメインＥＣＵ１３０を有する。メインＥＣＵ１３０は、エンジンＥＣＵ１１及び浄化装置ＥＣＵ１１０と通信することで、これらを制御し及びこれらから情報を取得する。また、メインＥＣＵ１３０には、アクセル信号Ｓ１が入力される。メインＥＣＵ１３０及びエンジンＥＣＵ１１は、アクセル信号Ｓ１によって示されるドライバーのアクセル踏込量に応じて、エンジン１０の燃料噴射量を制御する。

また、メインＥＣＵ１３０は、エンジン１０によって発生されたトルクＴＱ０を、車両１の走行駆動系１４０や、それ以外の負荷１５０に分配する制御を行う。それ以外の負荷１５０には、オルタネーター１５１やエキゾーストブレーキ１５２などが含まれる。メインＥＣＵ１３０は、決定したオルタネーター１５１への分配トルクＴＱ２に応じて、オルタネーター１５１での発電量を制御する。メインＥＣＵ１３０は、決定したエキゾーストブレーキ１５２への分配トルクＴＱ３に応じて、エキゾーストブレーキ１５２のスロットルの開閉を制御する。車両１がハイブリッド車の場合には、それ以外の負荷１５０にモーター発電機を含め、モーター発電機にトルクを分配してもよい。

因みに、エンジンＥＣＵ１１、浄化装置ＥＣＵ１１０及びメインＥＣＵ１３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、及び出力ポート等を含んで構成されている。ＥＣＵ１１、１１０、１３０各機能は、例えば、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭ等に記憶された制御プログラムや各種データを参照することによって実現される。但し、当該機能は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア回路によっても実現できることは勿論である。

図２は、ＬＮＴ再生時におけるラムダセンサー１２１、１２２の検出結果（空燃比λ１、λ２）を示す波形図である。一般に、ＬＮＴ再生を行うためにエンジン１０をリッチ制御しているときに、アクセルペダルを急激に戻したことを示すアクセル信号Ｓ１が入力されると、エンジン１０の燃料噴射量を減らす制御がなされる。この結果、ラムダセンサー１２１の検出結果λ１から分かるように、リッチ制御区間（ＬＮＴ１０１の再生中）であるにもかかわらず、ＬＮＴ１０１に導入される酸素濃度が急激に上昇する。その結果、ＬＮＴ再生が中断されたり、ＬＮＴ再生効率が低下したりする問題が生じる。

そこで、本実施の形態では、アクセルペダルを急激に戻したことを示すアクセル信号Ｓ１が入力された場合でも、エンジン１０の燃料噴射量を維持する。この制御は、メインＥＣＵ１３０とエンジンＥＣＵ１１が協働して行う。

しかし、このようにすると、アクセルペダルが戻されているにもかかわらず、エンジン１０では余剰なトルクが発生してしまう。そこで、本実施の形態では、この余剰発生トルクを走行駆動系１４０以外の負荷１５０に分配するようになっている。この制御は、メインＥＣＵ１３０により行う。

具体的には、メインＥＣＵ１３０は、燃料噴射量を維持したままとすることに起因する余剰発生トルクを計算し、この余剰発生トルクが消費されるように負荷１５０を作動させる。

これにより、ドライバーによるアクセルペダルの操作に準じた走行を維持させつつ、図２の点線で示したように、リッチ制御区間（ＬＮＴ１０１の再生中）においてＬＮＴ１０１に導入される酸素濃度の上昇を抑制でき、ＬＮＴ再生の中断や、ＬＮＴ再生効率の低下を防止できる。

図３は、本実施の形態の動作の説明に供する波形図である。

図３Ａに示したように、時点ｔ１において、浄化装置ＥＣＵ１１０からエンジンＥＣＵ１１にＬＮＴ再生モード信号が送られると、図３Ｂに示したように、エンジン１０の燃料噴射量が急激に増加される。この結果、図３Ｄに示したように、ＬＮＴ１０１に導入される排気ガスの空燃比λ１は急激に減少し、ＬＮＴ再生が行われる。

ここで、時点ｔ２において、アクセルの踏込量が急激に小さくなると（図３Ｃ）、従来であれば、図３Ｂの燃料噴射量も図３Ｂの一点鎖線で示されるように少なくされ、それに応じて、図３Ｄの一点鎖線で示されているようにＬＮＴ１０１に導入される排気ガスの空燃比λ１も急激に大きくなる。

これに対して、本実施の形態においては、アクセルの踏込量が大きく戻されても（図３Ｃ）、図３Ｂの燃料噴射量は実線で示されるように維持されたままとされ、よって、図３Ｄの実線で示されているようにＬＮＴ１０１に導入される排気ガスの空燃比λ１も低い値で維持される。この結果、ＬＮＴ再生が良好な状態で維持される。

ここで、アクセルが戻されたにもかかわらず、燃料噴射量を維持したことにより発生する余剰トルクは、図３Ｅに示したように、アクセルが戻されている間（つまりｔ２－ｔ３の期間）は、走行駆動系１４０以外の負荷１５０であるオルタネーター１５１及びエキゾーストブレーキ１５２の作動トルクＴＱ２、ＴＱ３として分配して消費される。この結果、アクセルが戻されている間（つまりｔ２－ｔ３の期間）に走行駆動系１４０に供給されるトルクＴＱ１は、アクセル操作が反映されたものとなる。つまり、エンジンでの発生トルクＴＱ０＝ＴＱ１＋ＴＱ２＋ＴＱ３とされる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＬＮＴ１０１を再生するためにエンジン１０をリッチ制御しているときに、走行駆動系１４０のトルクを下げることを示す操作信号（アクセル信号Ｓ１）が入力された場合、エンジン１０の燃料噴射量を維持したまま、エンジン１０の余剰発生トルクを走行駆動系１４０の負荷１５０に分配するようにしたことにより、ＬＮＴ１０１を再生するためにエンジン１０をリッチ制御しているときに、エンジン１０のトルクを下げる要求があった場合でも、ＬＮＴ再生の中断や効率低下、ＬＮＴ浄化率の診断精度の低下を防止できるようになる。

また、燃料噴射量を維持することにより発生する余剰トルクを、オルタネーター１５１などの車両の発電系に分配したことにより、例えばフットブレーキを作動させて余剰トルク分を消費させる場合などと比較して、余剰トルクを有効活用できる。同様に、余剰トルクを、エキゾーストブレーキ１５２に分配したことにより、例えばフットブレーキを作動させて余剰トルク分を消費させる場合などと比較して、余剰トルクを有効活用できる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、操作信号がアクセル信号Ｓ１であり、トルクを下げることが要求される第１の負荷が走行駆動系１４０である場合について述べたが、本発明はこれに限らず、操作信号及び第１の負荷は、ＬＮＴ再生を行うためのリッチ制御中に燃料噴射量を減らす必要がある操作信号、及び、その操作信号に応じたトルクが供給される負荷であればよい。

本発明は、ＬＮＴ再生機能が搭載された車両に好適である。

１ 車両
１０ エンジン
１１ エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）
２０ 吸気管
３０ 排気管
１００ 排気浄化装置
１０１ ＬＮＴ（Lean NOx Trap）
１０２ ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）
１０３ ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）
１１０ 浄化装置ＥＣＵ
１２１、１２２ ラムダセンサー
１３０ メインＥＣＵ
１４０ 走行駆動系
１５０ 負荷
１５１ オルタネーター
１５２ エキゾーストブレーキ
Ｓ１ アクセル信号
ＴＱ０～ＴＱ３ トルク

Claims (4)

1. 排気浄化装置を有する車両であって、
   エンジンと、
   前記排気浄化装置に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
   前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生するために前記エンジンをリッチ制御しているときに、第１の負荷のトルクを下げることを示す操作信号が入力された場合、前記エンジンの燃料噴射量を維持したまま、前記エンジンの余剰発生トルクを前記第１の負荷以外の負荷に分配する、制御部と、
   を具備する車両。
2. 前記制御部は、前記操作信号による前記トルクの減少量を算出し、当該減少量に相当する前記余剰発生トルクを前記第１の負荷以外の負荷に分配する、
   請求項１に記載の車両。
3. 前記第１の負荷は、車両の走行駆動系であり、
   前記第１の負荷以外の負荷は、車両の発電系を含む、
   請求項１又は２に記載の車両。
4. 前記第１の負荷は、車両の走行駆動系であり、
   前記第１の負荷以外の負荷は、エキゾーストブレーキを含み、前記余剰発生トルクに応じて前記エキゾーストブレーキのスロットルの開閉を制御する、
   請求項２に記載の車両。

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