WO2005095767A1 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

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Hiroki Sato
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, and more particularly, to an exhaust gas purification apparatus provided in an exhaust gas passage of an internal combustion engine with a variable exhaust turbo and purifying the exhaust gas by supplying a reducing agent.
  • the present invention relates to a gas purification device.
  • a device equipped with a Diesel Particulate Filter (DPF) has been developed, and NOx (nitrogen oxidizing device) has been developed.
  • a device equipped with a DeNOx catalyst such as a NOx reduction catalyst or a NOx storage reduction catalyst has been developed.
  • a reducing agent is supplied upstream of the exhaust gas passage in order to cause a reaction with the exhaust gas.
  • This reducing agent may be supplied in atomized form (atomized) in a mist state by high-pressure injection, but is often finely divided by mixing with air. Further, with respect to fine granulation by mixing with air, in the case of an engine with an exhaust turbo, a part of the supercharged air on the supercharger side is sent to the reducing agent spraying means, and fine granulation is performed by this air. It has been proposed (for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-199423 (FIG. 1, etc.)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-102949 (FIG. 1, etc.)
  • the supercharged air is sent to the reducing agent injection means, albeit a little, so that the combustion air in the engine becomes insufficient, and the particulates and unburned fuel may increase.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, which can improve the fineness of the reducing agent and ensure the combustion air.
  • the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine includes a variable exhaust turbo for supercharging the internal combustion engine, a NOx reduction catalyst provided in an exhaust gas passage of the internal combustion engine, and the variable exhaust turbo.
  • Reducing agent spraying means for spraying a reducing agent onto the NOx reduction catalyst using the supercharging pressure of the supercharger side, load detecting means for detecting a load on the internal combustion engine, and detection results of the load detecting means
  • Opening control means for controlling the opening degree of the nozzle of the variable exhaust turbo on the basis of the above, wherein the opening control means controls the supercharging pressure to finely reduce the reducing agent.
  • the opening degree of the variable exhaust turbo nozzle is also controlled by the opening degree control means for spraying the reducing agent. Even if the supercharging pressure does not normally rise in the range, controlling the nozzle opening of the variable exhaust turbo makes it possible to obtain a supercharging pressure higher than a predetermined value suitable for spraying the reducing agent. In this case, the reducing agent is reliably finely divided by a part of the supercharged air. Also, increasing the supercharging pressure increases the amount of combustion air supplied to the internal combustion engine, so that good combustion is performed, and the generation of particulates and the emission of unburned fuel are suppressed.
  • the present invention actively controls the nozzle opening of the variable exhaust turbo for spraying the reducing agent, and adopts a configuration in which the reducing agent is sprayed with a part of the supercharging air on the conventional turbocharger side.
  • the present invention is not just a combination with the configuration of a variable exhaust turbo that has a conventional power.
  • the opening degree control means includes a reference load storage means storing a reference load at which the catalyst starts functioning, and the load detection means.
  • a load determining unit that determines whether the detected load is equal to or greater than the reference load, and a control opening command unit that generates and issues a control opening based on a determination result of the load determining unit. It is desirable that the control opening command means maintains the supercharging pressure at or above a predetermined value by controlling the nozzle opening according to the control opening command.
  • a stable operation can be performed even with respect to a change in the characteristics of the internal combustion engine and the catalyst due to a change in the outside air temperature or a change over time. It is possible to spray the reducing agent with high accuracy.
  • An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine includes: a rotation speed detection unit that detects a rotation speed of the internal combustion engine; a reference rotation speed storage unit that stores a predetermined rotation speed; A rotation speed determination unit for determining whether the rotation speed detected by the speed detection unit is a rotation speed exceeding the predetermined rotation speed, and a load rotation unit for determining that the rotation speed is equal to or lower than the predetermined rotation speed. It is desirable to have an operation regulating means for regulating the operation of the control opening command means.
  • the nozzle opening degree can be reduced in a low rotation speed region where the exhaust gas temperature is originally low and the catalyst does not work well, for example, in a low idle state. Since the supercharging pressure can be kept low while the pressure is kept high and the spraying of the reducing agent can be stopped, the reducing agent can be used more effectively than when only the load is used.
  • the opening control means includes an opening control pattern in which a load of the internal combustion engine and a control opening command at the load correspond to each other. And a control opening command means for generating and instructing a control opening based on the opening control pattern and the detection result of the load detecting means.
  • the degree control pattern preferably has a minimum value in a region near a reference load at which the catalyst starts functioning, and is a pattern for maintaining the supercharging pressure at a predetermined value or more.
  • the opening degree control pattern storage means has a plurality of opening degree control patterns according to a rotation speed of the internal combustion engine, and the internal combustion engine It is preferable to include a rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the motor, and a pattern selection means for selecting an opening control pattern according to the detected rotation speed.
  • the rotation speed as a parameter for spraying the reducing agent
  • the nozzle opening degree can be reduced in a low rotation speed region where the exhaust gas temperature is originally low and the catalyst does not work well, for example, in a low idle state. Since the supercharging pressure can be kept low while the pressure is kept high and the spraying of the reducing agent can be stopped, the reducing agent can be used more effectively than when only the load is used.
  • the predetermined rotational speed may be 40% or more of a rated output rotational speed. Desirable.
  • the present invention when the internal combustion engine is operating in a low load range, that is, in a state where the catalyst whose exhaust gas temperature is low is not sufficiently heated but is at a low temperature and the catalyst does not work easily.
  • the load detecting means detects a fuel injection amount of the internal combustion engine, and the reference load is such that the internal combustion engine has 20% of rated output torque. It is desirable that the fuel injection amount is when the above torque is output.
  • the catalyst when the internal combustion engine is operating in a low load range, that is, When the temperature of the exhaust gas is low and the catalyst is not sufficiently heated and is at a low temperature, making it difficult for the catalyst to work, the catalyst can be activated by specifying the lower limit of the predetermined load and the predetermined rotation speed. Spraying of the reducing agent at the time when it does not occur is suppressed, and wasteful consumption of the reducing agent is eliminated.
  • the NOx reduction catalyst is preferably a urea denitration catalyst, and the reducing agent is preferably urea water.
  • the urea denitration catalyst is used as the NOx reduction catalyst and the urea water is used as the reducing agent, the NOx contained in the exhaust gas contains ammonia, which is obtained by decomposition of the sprayed urea water. Together with the catalyst and efficiently converted to harmless nitrogen gas
  • the outlet side of the supercharger of the variable exhaust turbo and the reducing agent spraying unit are communicated with each other by an air extraction passage for feeding supercharged air. It is desirable that a check valve and a Z or on-off valve be provided in the extraction passage. According to the present invention, since the check valve and the Z or on-off valve are provided in the air extraction passage, even if the supercharging pressure of the variable exhaust turbo on the supercharger side is lower than the pressure of the exhaust gas. By closing these valves, it is possible to prevent exhaust gas from flowing back.
  • the reducing agent spraying method of the supercharged air is intentionally performed by operating the on-off valve. It is possible to stop the supply to the side. For example, when the outside temperature is low in winter, etc., it takes a long time to heat the NOx reduction catalyst, or the NOx reduction catalyst is not sufficiently heated, and air is supplied (supply of reducing agent). If the temperature of the NOx reduction catalyst is significantly lowered due to this, the supply of air is stopped until the NOx reduction catalytic power exhaust gas is surely heated to prevent waste of the reducing agent. it can.
  • an air tank is provided in an air extraction passage between an outlet side of the supercharger and the on-off valve, and an outlet side of the supercharger and the air tank are provided. It is desirable that a pressure control valve be provided in an air extraction passage between the air tank.
  • the air tank since the air tank is provided, by storing the supercharged air in the air tank, the air tank acts as an accumulator, and a stable pressure for spraying the reducing agent is secured. Become like Also, the pressure fluctuation (pulsation) of the supplied air It is suppressed, and spraying at a stable pressure is also possible in this regard.
  • the supercharging pressure be equal to or higher than a predetermined value, equal to or higher than 0.05 MPa (0.5 bar).
  • “supercharging pressure equal to or higher than a predetermined value” refers to the pressure of the supercharging air capable of finely reducing the reducing agent.
  • the spray state is improved.
  • the opening degree control means controls the nozzle opening degree by the control opening degree command to reduce the supercharging pressure from the area near the reference load. It is desirable to keep approximately constant.
  • the supercharging pressure is kept constant to reduce the amount of supercharged air. Section is suppressed from being supplied excessively for spraying the reducing agent. This prevents the temperature of the NOx reduction catalyst from being further lowered by the supplied air, so that wasteful consumption of the reducing agent is reliably suppressed, and the NOx reduction catalyst works well.
  • the opening control means controls the nozzle opening toward the closed side before reaching the reference load vicinity region. It is desirable that the boost pressure be maintained at a predetermined value or more in a specific load region that is equal to or higher than the reference load by controlling the opening pressure to the opening side later.
  • the nozzle opening is controlled to the closed side, After this, the boost pressure is controlled to the open side to obtain a supercharging pressure equal to or higher than the predetermined value.In the middle and high speed rotation speed range and middle to high load range, the supercharging pressure is gradually controlled by closing again. Can be raised.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the periphery of an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a structure of a controller according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining nozzle opening control in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an effect range in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a structure of a controller according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an edge view for explaining nozzle opening control in a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view showing a fourth embodiment of the present invention.
  • reference load storage means 152 ... reference rotation speed storage means, 153 ... opening Control pattern storage means, 154: load determination means, 15 5: control opening command means, 156: pattern selection means, 157: rotation speed determination Means, 158... Operation regulation means, P... Charge pressure.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a diesel engine (internal combustion engine) 1 around which an exhaust gas purification device 10 according to a first embodiment of the present invention is mounted.
  • a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 has a variable exhaust turbo 2.
  • the supercharged air from the turbocharger 2A side of the variable exhaust turbo 2 is supplied to the engine body 4 via the aftercooler 3, and the exhaust gas from the engine body 4 is supplied to the variable exhaust turbo 2 After rotating the compressor 2B, it is discharged through the exhaust gas passage 5.
  • the engine 1 of the present embodiment is provided with an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 6, which is configured to return a part of the exhaust gas from the exhaust manifold to the intake manifold.
  • the oxygen concentration in the combustion chamber is suppressed, the combustion is moderated, and the combustion temperature is reduced, thereby reducing NOx generated during high-temperature combustion.
  • the EGR device 6 is a so-called cooled EGR, and has a configuration in which the EGR gas is cooled by a dedicated radiator 6A to further reduce the combustion temperature.
  • Reference numeral “7” in the figure is a radiator for cooling the engine body 4.
  • the exhaust gas purifying apparatus 10 includes the above-described variable exhaust turbo 2, a urea denitration catalyst (NOx reduction catalyst) 11, a reducing agent spraying unit 12, a reducing agent supply unit 13, air supply means 14, a controller (opening degree control means) 15A for controlling them collectively, and a DPF.
  • the urea denitration catalyst (NOx reduction catalyst) 11 is provided in the exhaust gas passage 5.
  • the reducing agent spraying means 12 sprays urea water (reducing agent) on the urea denitration catalyst 11.
  • the reducing agent supply means 13 supplies urea water to the reducing agent spraying means 12.
  • the air supply means 14 extracts a part of the supercharged air from the intake passage 8 and supplies it to the reducing agent spraying means 12.
  • the controller (opening control means) 15A controls these components as a whole.
  • the DPF is arranged upstream of the reducing agent spraying means 12.
  • variable exhaust turbo 2 is provided with a power electrician or an actuator 2C driven by fluid energy such as hydraulic pressure, pneumatic pressure, or the like, which is not illustrated or described in detail.
  • the nozzle vane is driven by the actuator 2C.
  • the nozzle opening is adjusted by driving, and the opening control is controlled by the controller 15A.
  • the urea denitration catalyst 11 is a base metal such as zeolite and vanadium, reacts ammonia obtained from urea water as a reducing agent with NOx in exhaust gas, and decomposes NOx into nitrogen and oxygen. I'm going to purify.
  • a two-fluid type injection nozzle can be adopted.
  • it is a double-pipe structure nozzle, in which urea water is sucked from the outside using negative pressure due to the injection of supercharged air from the center side, and urea water is sprayed in fine mist. It is.
  • urea Any structure can be used as long as water can be sprayed with fine particles.
  • the reducing agent supply means 13 has a structure in which a storage tank 13C also supplies urea water to the reducing agent spraying means 12 using a pump 13B provided in a reducing agent supply passage 13A.
  • A is provided with an electromagnetic solenoid type on-off valve 13D. The opening and closing of the on-off valve 13D and the driving of the pump 13B are controlled by the controller 15A.
  • the air supply means 14 is a part of the supercharged air to which the force on the outlet side of the supercharger 2A of the variable exhaust turbo 2 is also supplied through an air extraction path 14A that connects the intake path 8 and the reducing agent spraying means 12.
  • a check valve 14B is provided upstream of the air extraction passage 14A to prevent exhaust gas from flowing back, and an electromagnetic solenoid which is opened and closed as necessary is provided downstream of the air discharge passage 14A.
  • An open / close valve 14C is provided. The opening and closing of the on-off valve 14C is also controlled by the controller 15A.
  • a fuel injection device 4A is provided in the engine body 4, and a fuel injection amount signal is output from the fuel injection device 4A.
  • a supercharging pressure sensor 16 is provided in an intake passage to the engine body 4, and a supercharging pressure sensor 16 outputs a supercharging pressure signal.
  • An exhaust gas temperature sensor 17 is installed in the exhaust gas passage 5, and an exhaust gas temperature signal is output from the exhaust gas temperature sensor 17.
  • the fuel injection device 4A, the supercharging pressure sensor 16, and the exhaust gas temperature sensor 17 have functions as load detecting means of the present invention, and the fuel injection amount signal, the supercharging pressure signal, and the exhaust gas temperature detected respectively.
  • a signal is output to the controller 15A as a load.
  • An engine speed sensor 18 is installed in the engine body 4, and outputs an engine speed signal from the engine speed sensor 18.
  • a turbo rotation speed sensor 19 is provided in the variable exhaust turbo 2, and a turbo rotation speed signal is output from the turbo rotation speed sensor 19.
  • the engine rotation speed sensor 18 and the turbo rotation speed sensor 19 have a function as a rotation speed detection means of the present invention, and the detected engine rotation speed signal and turbo rotation speed signal are respectively used as the rotation speed by the controller. Output to 15A.
  • controller 15A controls the nozzle opening of the variable exhaust turbo 2 The structure will be described.
  • the controller 15A is configured to include a CPU (microprocessor) or an arbitrary control circuit.
  • the load detection means the fuel injection device 4A, the supercharging pressure sensor 16, the exhaust temperature sensor 17
  • the actuator 2C for adjusting the nozzle opening, the pump 13B, and the on-off valves 13D and 14C are controlled based on output signals from the speed detecting means (the engine speed sensor 18 and the turbo speed sensor 19).
  • the controller 15A which is an opening control unit, includes a reference load storage unit 151, a load determination unit 154, a reference rotation speed storage unit 152, a rotation speed determination unit 157, a control opening command unit 155, and an operation restriction unit 158. Is done.
  • the parameters for controlling these include the temperature of the urea denitration catalyst 11 and the temperature of the engine cooling water detected by a temperature sensor (not shown), the residual amount of urea water in the storage tank 13C detected by a liquid level sensor, and the like. and so on.
  • controller 15A is usually a large force that controls the fuel injection amount and the like in the engine 1, but only the description necessary for spraying urea water will be given here.
  • the reference load storage means 151 stores the fuel injection amount, the exhaust temperature, and the supercharging pressure suitable for the reduction of the reducing agent in the reducing agent spraying means 12 corresponding to the reference load at which the catalyst 11 starts functioning. It is remembered.
  • the fuel injection amount corresponding to the reference load in the present embodiment is a fuel injection amount when the diesel engine 1 outputs a torque of 20% or more of the rated output torque.
  • the load determining means 154 determines whether the load detected by the load detecting means (the fuel injection device 4A, the supercharging pressure sensor 16, the exhaust gas temperature sensor 17) is equal to or higher than the reference load. Thus, it is determined whether or not the spray pressure that allows the reducing agent to be finely divided by the reducing agent spraying means 12 in a state where the catalyst 11 can start functioning is obtained.
  • the predetermined supercharging pressure P serving as a criterion for determining the supercharging pressure is equal to or higher than the minimum pressure value suitable for finely dividing the urea water, and is equal to or higher than 0.05 MPa (0.5 bar). is there.
  • the reference engine speed storage means 152 stores a predetermined engine speed N1.
  • the predetermined engine speed N1 in this embodiment is 40% or more of the rated output engine speed Nr of the engine.
  • the rotation speed determination means 157 determines whether the engine rotation speed detected by the rotation speed detection means (engine rotation speed sensor 18) is equal to or higher than a predetermined rotation speed N1. Thus, it is determined whether the catalyst 11 is ready to start functioning.
  • the control opening command means 155 determines the increase or decrease of the opening based on the determination result of the load determination means 154, generates a final control opening, and uses a nozzle opening adjustment function. Outputs the opening control command to data 2C. Control commands are output to the pump 13B and the on-off valves 13D and 14C as needed.
  • the operation restricting unit 158 restricts the operation of the load determining unit 154 and the control opening command unit 155, and does not perform the subsequent processing. To do.
  • the controller 15A controls the nozzle opening degree according to the load fluctuation and the engine rotation speed so that the predetermined supercharging that enables the fine particles of the reducing agent to be performed. Get pressure.
  • the controller 15A After reading the variable exhaust turbo opening degree map stored in the attached ROM (Read Only Memory) (process S1), the controller 15A reads the rotation speed detection means (engine rotation speed sensor 18). The engine rotation speed output from the ECU and the fuel injection amount output from the load detecting means (fuel injection device 4A) are acquired (process S2).
  • the controller 15A selects an opening value corresponding to the engine speed and the fuel injection amount from a variable exhaust turbo opening map (not shown in FIG. 2), and performs initial setting as a nozzle opening (processing S3).
  • the load determining means 154 described later determines that the supercharging pressure is larger than the predetermined value P, and When the controller 15A determines that the nozzle opening is smaller than the initial setting value, the initial setting value becomes the final nozzle opening.
  • controller 15A acquires the supercharging pressure and the exhaust temperature output from the load detecting means (the supercharging pressure sensor 16 and the exhaust temperature sensor 17) (process S4).
  • the rotational speed determining means 157 determines whether the engine rotational speed output from the rotational speed detecting means (engine rotational speed sensor 18) is greater than a predetermined rotational speed N1 (Process S5).
  • the operation restricting means 158 which is determined to be equal to or lower than the predetermined rotational speed N1, restricts the operations of the load determining means 154 and the control opening command means 155 by not performing the subsequent processing (processing S5 ).
  • the load determination unit 154 determines whether the fuel injection amount output from the load detection unit (the fuel injection device 4A) is larger than the reference load T1 stored in the reference load storage unit 151. (Processing S6).
  • the load determining means 154 determines whether or not the exhaust temperature output from the load detecting means (the exhaust temperature sensor 17) is equal to or higher than a predetermined value (process S7).
  • the controller 15A determines whether the area of the nozzle opening of the variable exhaust turbo 2 is the minimum (process S8). Further, the controller 15A determines whether or not the turbo rotation speed output from the rotation speed detecting means (the turbo rotation speed sensor 19) is equal to or less than an allowable value (processing S9).
  • the load determination means 154 determines whether the boost pressure output from the load detection means (the boost pressure sensor 16) is greater than the predetermined value P (process S10).
  • the controller 15A determines whether the nozzle opening is less than the initial set value set in the process S3 (process Sll).
  • the load determining means 154 determines whether the value is greater than a value obtained by adding an arbitrary value a to the supercharging pressure predetermined value P output from the load detecting means (supercharging pressure sensor 16) (process S12).
  • the control opening command means 155 reduces the nozzle opening (based on the above processing result). Process 13), increase the nozzle opening Il (process S14), or determine the setting according to the variable exhaust turbo opening map, and generate the final control opening. Then, the control opening command means 155 outputs an opening control command to the actuator 2C for adjusting the nozzle opening. Control commands are output to the pump 13B and the on-off valves 13D and 14C as needed.
  • the controller 15A opens the variable exhaust turbo 2
  • the nozzle opening is determined according to the degree map (processing S3). Further, the on-off valves 13D and 14C are closed until the load force T1 or the engine rotation speed reaches N1, and the supply of the supercharged air and urea water to the reducing agent spraying means 12 is stopped. The urea solution is prevented from dripping.
  • the control opening command means 155 Issues a command to control the nozzle opening of the variable exhaust turbo 2 to the closing side (process S13), and increases the supercharging pressure to the value of P. Then, by operating the nozzle opening to the closing side, the supercharged air increases in calorie, the air-fuel ratio increases, and the combustion air increases.
  • the control opening degree instruction means 155 determines the nozzle opening degree.
  • a command is issued to control to open (step S14).
  • the supercharging pressure is maintained at approximately P. It should be noted that a supercharging pressure exceeding the supercharging pressure P may be obtained to further promote the urea water fine-graining. However, this reduces the air flow rate sent to the reducing agent spraying means 12 side. If the temperature is increased more than necessary, the temperature of the urea denitration catalyst 11 may be lowered, and in this embodiment, the temperature is kept substantially constant. Then, as the air-fuel ratio gradually decreases as the nozzle opening increases, the nozzle opening tends to close compared to normal control, so that sufficient combustion air is also obtained. Has become.
  • the controller 15A If it is determined that the nozzle opening is smaller than the initial set value (Process Sl 1), the control opening command means 155 controls the nozzle opening to the variable exhaust turbo 2 control for the original purpose, that is, the low load range power is high. Output is continuously and smoothly generated up to the load range, and control is returned to eliminate the time lag. That is, the area from T1 to this point corresponds to a specific load area in the present invention.
  • the controller 15A of the exhaust gas purifying apparatus 10 also controls the nozzle opening of the variable exhaust turbo 2 for spraying urea water, when the engine 1 is in the low load region of T1 to T2, Even if the supercharging pressure does not normally rise, the supercharging pressure ⁇ suitable for spraying urea water can be obtained by controlling the nozzle opening of the variable exhaust turbo 2 so that it is more closed than before. At this time, the urea water can be finely divided by a part of the supercharged air.
  • the amount of combustion air supplied to the engine 1 increases, so that good combustion can be realized, and generation of particulates and emission of unburned fuel can be suppressed.
  • the temperature of the exhaust gas is low, and the urea denitration catalyst 11 is not sufficiently heated and does not work well, that is, the area where the load is less than 20% of the rated torque Tr but less than T1, or the engine speed.
  • the turbocharged air is shut off by closing the on-off valves 13D and 14C, etc., and the urea water is not sprayed. Can be prevented from being wasted.
  • FIG. 4 is a torque diagram showing a relationship between an engine load and a rotation speed.
  • the hatched portion indicates that the urea water is satisfactorily used when the controller 15A is not used for spraying the urea water, that is, when the nozzle opening of the variable exhaust turbo 2 is controlled as before.
  • the area to be sprayed is shown.
  • the supercharging pressure is increased by controlling the nozzle opening even in a small low-load region where the supercharging pressure is low and spraying is not performed well in the past. Can be surely sprayed.
  • the urea denitration catalyst 11 is used as the NOx reduction catalyst and urea water is used as the reducing agent, the NOx contained in the exhaust gas is converted into ammonia obtained by decomposition of the sprayed urea water. At the same time, it comes into contact with the catalyst and can be efficiently converted to harmless nitrogen gas.
  • the on-off valve 14C is provided, even when the engine 1 is driven at a predetermined load T1 or more, the on-off valve 14C is operated to intentionally spray the reducing agent with supercharged air. Means Supply to the 12 side can be stopped. Therefore, when the outside temperature is low in winter, etc., it takes a long time to heat the urea denitration catalyst 11 or the urea denitration catalyst 11 is not sufficiently heated, and the air supply (supply of urea water ), The supply of air can be stopped until the urea denitration catalyst 11 is reliably heated by the exhaust gas, and the reducing agent is wasted. Can be prevented.
  • the supercharging pressure at the time of spraying the urea water is set to 0.05 MPa (0.5 bar) or more, so that a good spray state can be realized.
  • the supercharging pressure In controlling the supercharging pressure, in a specific region where the temperature of the urea denitration catalyst 11 does not easily rise, such as a low load region between T1 and T2, the supercharging pressure is set to a substantially constant value. In order to maintain it, it is possible to prevent a part of the supercharged air from being supplied excessively for spraying urea water. This can prevent the temperature of the urea denitration catalyst 11 from further lowering due to the supplied air, so that wasteful consumption of urea water can be suppressed more reliably and the urea denitration catalyst 11 can work reliably.
  • the feedback control is performed, and based on the detection results of the load such as the fuel injection amount, the supercharging pressure, the exhaust temperature, and the rotation speed of the engine and the variable exhaust turbo, the nozzle is controlled. Adjust the opening and take the control method.
  • the second embodiment based on the fuel injection amount and the engine rotation speed, the second embodiment uniquely uses the opening control pattern stored in the opening control pattern storage unit 153 based on the fuel injection amount and the engine rotation speed.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that so-called feed forward control for controlling the opening degree is performed.
  • the opening control means 15B includes an opening control pattern storage means 153, a pattern selection means 156, and a control opening command means 155.
  • the opening control pattern storage means 153 stores an opening control pattern that takes a local minimum value in a region near the reference load at which the catalyst starts functioning and maintains the supercharging pressure at a predetermined value P or more. Memorize a plurality according to.
  • the no-turn selecting means 156 selects one of the plurality of opening control patterns stored in the opening control pattern storage means 153 according to the fuel injection amount output by the fuel injection device and the detected engine rotation speed. Select a pattern.
  • the control opening command means 155 generates and issues a control opening based on the opening control pattern selected by the pattern selection means 156.
  • the nozzle of the variable exhaust turbo 2 is compared with the conventional control (control not considering the urea water spray) indicated by the two-dot chain line.
  • the nozzle opening for controlling the opening to the closing side is stored.
  • the boost pressure is increased to the value P at an early stage.
  • the supercharged air increases in calorie, the air-fuel ratio increases, and the combustion air increases.
  • the on-off valves 13D and 14C are closed until the load force T1 is reached, thereby preventing the urea water from dripping unnecessarily.
  • the nozzle opening is controlled to be on the open side, that is, to take a minimum value in the region near the reference load T1.
  • the chirping degree is stored.
  • the supercharging pressure during this period is kept constant at substantially P.
  • the point that the region from T1 to T2 corresponds to a specific load region in the present invention is the same in the present embodiment.
  • # 1 and # 2 the force with which the air-fuel ratio gradually decreases The nozzle opening tends to close as compared with the normal control, so that sufficient combustion air can be obtained.
  • the above-described effects (1) to (8) are obtained, and since the control response is high due to the feedforward, the speed can be reduced even when the load or the rotation speed suddenly changes. And powerful response is possible.
  • a stable effect as in the first embodiment may not be obtained with respect to a change in the characteristics of the internal combustion engine and the catalyst due to a change in the outside air temperature or a change over time.
  • FIG. 7 shows an exhaust gas purification device 10 according to a third embodiment of the present invention.
  • an air tank 14D is provided between the supercharger 2 ⁇ outlet side and the on-off valve 14C in the air extraction passage 14A, and a check valve is provided between the air tank 14D and the supercharger 2 ⁇ outlet side.
  • This embodiment differs from the first embodiment in that a pressure control valve 14E is provided instead.
  • Other configurations and control methods are the same as in the first embodiment.
  • the air tank 14D in the present embodiment functions as an accumulator for storing air pressure for supplying to the reducing agent spraying means 12.
  • the pressure control valve 14E opens the air extraction passage 14A upstream of the air tank 14D to release the air sent from the turbocharger 2 ⁇ side and release the air from the air tank 14D.
  • Protect 14D etc. In this embodiment, the effects (1) to (8) described above can be obtained in the same manner by the same configuration as in the first embodiment. It has the following effects.
  • An air tank 14D that functions as an accumulator is provided on the air extraction passage 14A.By storing air pressure in this air tank 14D, a stable pressure for spraying urea water is secured. it can. Further, pressure fluctuations (pulsations) of the air in the air supply means 14 can be effectively attenuated by the air tank 14D, and spraying at a stable pressure can be realized also in this respect.
  • the pressure control valve 14E is provided on the upstream side of the air tank 14D, it is possible to prevent the pressure in the air extraction passage 14A including the air tank 14D from excessively rising, and Protection within the system can be achieved.
  • the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 8 differs from the first embodiment in that only a check valve 14B is provided on an air extraction passage 14A. Therefore, in the present embodiment, the structure of the air supply means 14 can be simplified, and the control of the on-off valve 14C (FIG. 1) by the controller 15A can be dispensed with. Other configurations and control methods are the same as in the first embodiment.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes other configurations and the like that can achieve the object of the present invention.
  • the present invention includes the following modifications and the like.
  • the supercharging pressure ⁇ when the load is between T1 and T2, the supercharging pressure ⁇ is controlled so as to be substantially constant at 0.05 MPa (0.5 bar).
  • the boost pressure may exceed 05MPa (0.5bar).
  • the temperature of the exhaust gas is low, and the operation of the urea denitration catalyst 11 is also weak.
  • the supercharging pressure ⁇ is greatly increased here, the amount of air supplied will increase.
  • the temperature of the urea denitration catalyst 11 may be further lowered, and the sprayed urea water will be used without permission. For this reason, even when increasing the supercharging pressure ⁇ , it is necessary to refrain from increasing it excessively, and it is preferable to suppress it to about 0.1 MPa (lbar).
  • the supercharging pressure P is constant, and in addition, 0.05 to 0.lMPa (0 The supercharging pressure P can be varied almost linearly in the range of 5 to lbar)! ,.
  • the urea denitration catalyst 11 using urea water as a reducing agent was used.
  • a DeNOx catalyst using hydrocarbon (HC) such as fuel as a reducing agent, or a NOx storage reduction A catalyst or the like may be used.
  • the load refers to all loads required for the engine or those having a correlation with the loads, and is not necessarily related to the force.
  • a value measured by a torque meter may be used as the load.
  • the reference load storage unit 151 and the reference rotation speed storage unit 152 exist as storage units, and the load determination unit 154 and the rotation speed determination unit 157 exist as determination units.
  • a load storage unit having a plurality of reference loads according to the rotation speed, and a reference load selection unit to select a reference load according to the detected rotation speed may be provided.
  • the initial opening setting from the variable exhaust turbo opening map and subsequent judgment may be performed using only the load without using the rotation speed.
  • a force in which only the feed-forward control for uniquely controlling the opening by the opening control pattern is performed is combined with a feedback control using a load or the like detected by another. May be used.
  • the exhaust gas purifying apparatus of the present invention can be applied to any equipment having an internal combustion engine with a variable exhaust turbo, such as automobiles such as trucks and buses, and various industrial machines including construction machines.
  • a variable exhaust turbo such as automobiles such as trucks and buses
  • various industrial machines including construction machines.
  • the benefits that contribute to environmental improvement are great!

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Abstract

　還元剤の微粒化を良好にできるとともに、燃焼空気を確実に確保できる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。排気ガス浄化装置でのコントローラは、可変排気ターボのノズル開度を尿素水の噴霧用にも制御するので、エンジンがＴ１～Ｔ２の低負荷域にあって、通常では過給圧が上がらない場合でも、可変排気ターボのノズル開度を通常（二点鎖線）よりも閉じ気味に制御することにより、尿素水の噴霧に適した過給圧Ｐを得ることができ、この際の過給空気の一部で尿素水を確実に微粒化できる。また、過給圧をＰまで上げることにより、エンジンへ供給される燃焼空気が増えるので、良好な燃焼を実現でき、パーティキュレートの生成や未燃燃料の排出を抑制できる。

Description

明 細 書
内燃機関の排気ガス浄化装置
技術分野
[0001] 本発明は、内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置に係り、詳しくは、可変排気ターボ付きの 内燃機関の排気ガス通路に設けられるとともに、還元剤の供給によって排気ガスを浄 化する排気ガス浄化装置に関する。
背景技術
[0002] 従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機関カゝら排出される排気ガス中のパーティ キュレート (粒子状物質)を捕集したり、 NOx量を低減するために、内燃機関の排気 ガス通路に排気ガス浄ィ匕装置を設けることが知られている。
[0003] パーティキュレートを捕集するための排気ガス浄ィ匕装置としては、ディーゼルパー ティキュレートフィルタ（DPF: Diesel Particulate Filter)を備えたものが開発されて おり、 NOx (窒素酸ィ匕物）量を低減させるための排気ガス浄ィ匕装置としては、 NOx還 元触媒や NOx吸蔵還元触媒等の DeNOx触媒を備えたものが開発されている。
[0004] また、近年では、排気ガス規制がより厳しくなつており、これに対応するために、 DP Fと DeNOx触媒とを直列に組み合わせた排気ガス浄ィ匕装置が提案されている (例え ば、特許文献 1)。このような排気ガス浄ィ匕装置によれば、例えば上流側の前段にお いては、 DPFによりパーティキュレートを捕集し、その下流側の後段においては、 De NOx触媒により NOxを低減することができ、排気ガスの浄ィ匕性能を一層向上させる ことが可能である。
[0005] ところで、 NOx還元触媒では、排気ガスとの反応を生じさせるために、排気ガス通 路の上流側力 還元剤が供給される。この還元剤は、高圧噴射により霧状に微粒化 ( アトマイズイング）して供給される場合もあるが、空気との混合により微粒ィ匕されること が多い。さらに、空気との混合による微粒ィ匕については、排気ターボ付きのエンジン の場合において、過給機側での過給空気の一部を還元剤噴霧手段に送り、この空 気によって微粒ィ匕させることが提案されている（例えば、特許文献 2)。
[0006] 特許文献 1 :特開 2000— 199423号公報（図 1等） 特許文献 2：特開平 7— 102949号公報（図 1等）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかし、特許文献 2によれば、排気ターボの過給機側と還元剤噴霧手段とは、空気 取出通路によって単に連通しているだけであるから、エンジンが低負荷域で稼働して いる場合のように、排気ターボによる過給圧が比較的低ぐ空気流量も少ない状態で は、還元剤噴射手段側に十分に空気が送られず、還元剤が微粒化しにくくなつて N Ox還元触媒での反応が良好に行われないという問題がある。し力も、過給圧が低い 状態では通常、排気ガスの温度も低ぐこれに伴って NOx還元触媒の温度も低いた め、反応が一層生じにくいのである。
また、低負荷域においては、過給空気が僅かながらも還元剤噴射手段側に送られ ることにより、エンジンでの燃焼空気が不足し、パーティキュレートや未燃燃料が増加 する可能性もある。
[0008] 本発明の目的は、還元剤の微粒ィ匕を良好にできるとともに、燃焼空気を確実に確 保できる内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、前記内燃機関を過給する可変排気タ ーボと、前記内燃機関の排気ガス通路に設けられた NOx還元触媒と、前記可変排 気ターボの過給機側の過給圧を利用して還元剤を前記 NOx還元触媒に噴霧する 還元剤噴霧手段と、前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、前記負荷検 出手段の検出結果に基づいて、前記可変排気ターボのノズル開度を制御する開度 制御手段とを備え、前記開度制御手段は、前記過給圧を制御して前記還元剤を微 粒ィ匕することを特徴とする。
[0010] このような本発明によれば、可変排気ターボ用のノズル開度を開度制御手段によつ て還元剤の噴霧用にも制御するので、内燃機関が低回転速度域あるいは低負荷域 にあって、通常では過給圧が上がらない場合でも、可変排気ターボのノズル開度を 制御することにより、還元剤の噴霧に適した所定値以上の過給圧が得られるようにな り、この際の過給空気の一部で還元剤が確実に微粒ィ匕される。 また、過給圧を上げることによって内燃機関へ供給される燃焼空気が増えるので、 良好な燃焼が行われるようになり、パーティキュレートの生成や未燃燃料の排出が抑 制される。
つまり本発明は、可変排気ターボのノズル開度を還元剤噴霧のために積極的に制 御するものであり、従来の過給機側の過給空気の一部で還元剤を噴霧する構成と、 従来力もある可変排気ターボの構成との単なる組み合わせではない。
[0011] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、前記開度制御手段は、前記触 媒が機能を開始する基準負荷が記憶された基準負荷記憶手段と、前記負荷検出手 段により検出された負荷が、前記基準負荷以上であるかを判定する負荷判定手段と 、前記負荷判定手段の判定結果に基づいて、制御開度の生成及び指令を行う制御 開度指令手段とを備え、前記制御開度指令手段は、前記制御開度指令によりノズル 開度を制御することにより、前期過給圧を所定の値以上に維持することが望ましい。 このような本発明によれば、検出値の判定に基づ 、たフィードバック制御をおこなう ことで、外気温の変化や経年変化などに伴う、内燃機関及び触媒の特性変化に対し ても、安定した精度での還元剤の噴霧が可能となる。
[0012] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置は、前記内燃機関の回転速度を検出する 回転速度検出手段と、所定の回転速度が記憶された基準回転速度記憶手段と、前 記回転速度検出手段により検出された回転速度が、前記所定の回転速度を超える 回転速度であるかを判定する回転速度判定手段と、所定の回転速度以下であると判 定されると、前記負荷判定手段及び前記制御開度指令手段の動作を規制する動作 規制手段とを備えて 、ることが望ま 、。
このような本発明によれば、回転速度を還元剤の噴霧のパラメータとして用いること で、もともと排気ガス温度が低く触媒が良好に働力ない低回転速度域、例えばローァ ィドル状態において、ノズル開度を大きくしたままとして過給圧を低く抑え、還元剤の 噴霧を停止させることが可能であるので、負荷のみを用いた場合に比べ、還元剤をよ り有効に使用することができる。
[0013] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、前記開度制御手段は、前記内 燃機関の負荷とその負荷における制御開度指令とを対応させた開度制御パターン が記憶された開度制御パターン記憶手段と、前記開度制御パターン及び前記負荷 検出手段の検出結果に基づいて、制御開度の生成及び指令を行う制御開度指令手 段とを備え、前記開度制御パターンは、前記触媒が機能を開始する基準負荷近傍 領域で極小値をとり、前記過給圧を所定の値以上に維持させるパターンであることが 望ましい。
このような本発明によれば、記憶されて 、る開度制御パターンに基づ 、たフィードフ ォワード制御をおこなうことで、負荷や回転速度などの急激な変動に対しも、応答性 の高い、速や力な対応が可能となる。
[0014] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、前記開度制御パターン記憶手 段は、前記内燃機関の回転速度に応じた複数の開度制御パターンを有し、前記内 燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、検出された回転速度に応じた 開度制御パターンを選択するパターン選択手段とを備えて 、ることが望ま 、。 このような本発明によれば、回転速度を還元剤の噴霧のパラメータとして用いること で、もともと排気ガス温度が低く触媒が良好に働力ない低回転速度域、例えばローァ ィドル状態において、ノズル開度を大きくしたままとして過給圧を低く抑え、還元剤の 噴霧を停止させることが可能であるので、負荷のみを用いた場合に比べ、還元剤をよ り有効に使用することができる。
[0015] 本発明の排気ガス浄ィ匕装置は、請求項 4に記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置 において、前記所定の回転速度は、定格出力回転速度の 40%以上であることが望 ましい。
このような本発明によれば、内燃機関が低負荷域で稼働している場合、すなわち排 気ガスの温度が低ぐ触媒も十分に加熱されずに低温となっており触媒が働きにくい 状態においては、所定負荷や所定回転速度の下限の値を規定することにより、触媒 が働力ない時期での還元剤の噴霧が抑制され、還元剤の無駄な消費がなくなる。
[0016] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、前記負荷検出手段は、前記内 燃機関の燃料噴射量を検出し、前記基準負荷は、前記内燃機関が定格出力トルク の 20%以上のトルクを出力しているときの燃料噴射量であることが望ましい。
このような本発明によっても、内燃機関が低負荷域で稼働している場合、すなわち 排気ガスの温度が低ぐ触媒も十分に加熱されずに低温となっており触媒が働きにく い状態においては、所定負荷や所定回転速度の下限の値を規定することにより、触 媒が働力ない時期での還元剤の噴霧が抑制され、還元剤の無駄な消費がなくなる。
[0017] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置は、前記 NOx還元触媒は尿素脱硝触媒 であり、前記還元剤は尿素水であることが望ましい。
このような本発明によれば、 NOx還元触媒として尿素脱硝触媒を用い、還元剤とし て尿素水を用いるので、排気ガス中に含まれる NOxは、噴霧した尿素水の分解によ つて得られるアンモニアとともに触媒に接触し、無害な窒素ガスに効率よく変換される
[0018] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置は、前記可変排気ターボの過給機の出口 側と前記還元剤噴霧手段とは過給空気を送る空気取出通路によって連通され、この 空気取出通路には、逆止弁および Zまたは開閉弁が設けられていることが望ましい。 このような本発明によれば、空気取出通路に逆止弁および Zまたは開閉弁を設け るので、可変排気ターボの過給機側での過給圧が排気ガスの圧力よりも低くなつても 、それらの弁を閉じることで排気ガスが逆流するのを防止可能である。
また、特に開閉弁を設ければ、所定負荷以上や所定回転速度以上で内燃機関が 稼働している場合であっても、開閉弁を操作して意図的に過給空気の還元剤噴霧手 段側への供給を止めることが可能である。例えば、冬期で外気温が低い場合等にお いて、 NOx還元触媒が加熱されるのに時間が力かったり、 NOx還元触媒が十分に 加熱されておらず、空気の供給 (還元剤の供給）によって NOx還元触媒の温度が著 しく下がったりした場合、 NOx還元触媒力排気ガスによって確実に加熱されるまでの 間は空気の供給を止め、還元剤が無駄に消費されるのを防止することができる。
[0019] 本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、前記過給機の出口側と前記開閉弁と の間の空気取出通路には空気タンクが設けられ、前記過給機の出口側と当該空気タ ンクとの間の空気取出通路には圧力制御弁が設けられていることが望ましい。
このような本発明によれば、空気タンクを設けるので、この空気タンク内に過給空気 を蓄えることにより、空気タンクがアキュムレータとして作用し、還元剤を噴霧させるの に安定した圧力が確保されるようになる。また、供給される空気の圧力変動 (脈動）が 抑制され、この点でも安定した圧力での噴霧が可能である。
[0020] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置は、前記過給圧が所定値以上とは、 0. 05 MPa (0. 5bar)以上であることが望ましい。
ここで、「所定値以上の過給圧」とは、還元剤を微粒ィ匕可能な過給空気の圧力のこ とをいう。
このような本発明によれば、還元剤を噴霧する際の過給圧を規定することで、噴霧 状態が良好となる。
[0021] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、前記開度制御手段は、前記制 御開度指令によりノズル開度を制御することにより、前記基準負荷近傍領域から、前 記過給圧を略一定に維持することが望まし 、。
このような本発明によれば、例えば低回転速度域や低負荷域のように、 NOx還元 触媒の温度が上がりにくい特定の領域内では、過給圧を一定に維持して過給空気 の一部が還元剤噴霧用に過剰に供給されるのを抑制する。これにより、供給された 空気による NOx還元触媒のさらなる温度低下が防止されから、還元剤の無駄な消費 がー層確実に抑えられ、かつ NOx還元触媒が良好に働くようになる。
[0022] 本発明の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、前記開度制御手段は、前記基 準負荷近傍領域に至るまでの間に前記ノズル開度をー且閉じ側に制御し、この後に 開き側に制御することで、前記基準負荷以上の特定の負荷領域で前記過給圧を所 定の値以上に維持させることが望ま 、。
このような本発明によれば、専ら低負荷域での還元剤の微粒化を促進させることが 可能であるが、本発明の構成によれば、ノズル開度をー且閉じ側に制御し、この後に 開き側に制御して所定値以上の過給圧を得るようにするので、さらにその後の中高 速回転速度域や中高負荷域においては、再び閉じ側に制御して過給圧を徐々に上 げることができる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る排気ガス浄化装置が搭載された内燃機関回りを 示す模式図。
[図 2]前記第 1実施形態でのコントローラの構造を示すブロック図。 [図 3]前記第 1実施形態でのノズル開度制御を説明するためのフローチャート。
[図 4]前記第 1実施形態での効果範囲を説明するための線図。
[図 5]本発明の第 2実施形態でのコントローラの構造を示すブロック図。
[図 6]本発明の第 2実施形態でのノズル開度制御を説明するための縁図。
[図 7]本発明の第 3実施形態を示す模式図。
[図 8]本発明の第 4実施形態を示す模式図。
符号の説明
[0024] 1…ディーゼルエンジン（内燃機関）、 2…可変排気ターボ、 2A…過給機、 5· ··排気 ガス通路、 10· ··排気ガス浄ィ匕装置、 11· ··尿素脱硝触媒 (NOx還元触媒)、 12· ··還 元剤噴霧手段、 14A…空気取出通路、 14B…逆止弁、 14C…開閉弁、 14D…空気 タンク、 14Ε· ··圧力制御弁、 15Α、 15Β· ··コントローラ（開度制御手段）、 4A…燃料 噴射装置 (負荷検出手段)、 16· ··過給圧センサ (負荷検出手段)、 17· ··排気温度セ ンサ (負荷検出手段）、 18· ··エンジン回転速度センサ（回転速度検出手段）、 19· ··タ ーボ回転速度センサ（回転速度検出手段）、 151…基準負荷記憶手段、 152…基準 回転速度記憶手段、 153…開度制御パターン記憶手段、 154…負荷判定手段、 15 5…制御開度指令手段、 156…パターン選択手段、 157…回転速度判定手段、 158 …動作規制手段、 P…過給圧。
発明を実施するための最良の形態
[0025] 以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第 2実施 形態以降において、次説する第 1実施形態と同様な構成部材には同じ符合を付し、 第 2実施形態以降でのそれらの詳細な説明を省略または簡略化する。
[0026] 〔第 1実施形態〕
〔1— 1〕全体構成
図 1は、本発明の第 1実施形態に係る排気ガス浄化装置 10が搭載されたディーゼ ルエンジン（内燃機関） 1回りを示す模式図である。
ディーゼルエンジン (以下、単にエンジンと称する） 1は、可変排気ターボ 2を備えて いる。可変排気ターボ 2の過給機 2A側からの過給空気は、アフタークーラ 3を介して エンジン本体 4に供給され、エンジン本体 4からの排気ガスは、可変排気ターボ 2の 圧縮機 2Bを回転させた後、排気ガス通路 5を通して排出される。
[0027] また、本実施形態のエンジン 1には、 EGR (Exhaust Gas Recirculation)装置 6が 設けられており、排気マ-一ホールドから吸気マ-一ホールドに排気ガスの一部を戻 すことで燃焼室内の酸素濃度を抑制し、燃焼を緩やかにして燃焼温度を低下させ、 よって、高温燃焼時に生成される NOxを減少させている。この EGR装置 6は、いわゆ るクールド EGRであり、専用のラジェータ 6Aによって EGRガスを冷却し、燃焼温度 をさらに低減させる構成である。なお、図中の符合「7」は、エンジン本体 4を冷却する ためのラジェータである。
[0028] このような本実施形態において、排気ガス浄ィ匕装置 10は、前述の可変排気ターボ 2と、尿素脱硝触媒 (NOx還元触媒） 11と、還元剤噴霧手段 12と、還元剤供給手段 13と、空気供給手段 14と、これらを総括的に制御するコントローラ（開度制御手段） 1 5Aと、 DPFとを備えている。
ここで、尿素脱硝触媒 (NOx還元触媒） 11は、排気ガス通路 5に設けられている。 還元剤噴霧手段 12は、尿素脱硝触媒 11に対し、尿素水（還元剤）を噴霧する。還元 剤供給手段 13は、還元剤噴霧手段 12に尿素水を供給する。空気供給手段 14は、 吸気通路 8から過給空気の一部を取り出して、還元剤噴霧手段 12に供給する。そし て、コントローラ（開度制御手段） 15Aが、これらを総括的に制御する。また、図示はさ れて 、な 、が、 DPFが還元剤噴霧手段 12の上流に配置されて 、る。
[0029] 可変排気ターボ 2は、詳細な図示および説明を省略する力 電気工ネルギ、または 油圧、空圧等の流体エネルギにより駆動されるァクチユエータ 2Cを備え、このァクチ ユエータ 2Cによってノズルべーンを駆動してノズル開度を調整する構成であり、その 開度制御がコントローラ 15Aによって制御される。
[0030] 尿素脱硝触媒 11は、ゼォライト、バナジウム等の卑金属力 なり、還元剤としての尿 素水から得られるアンモニアと排気ガス中の NOxとを反応させ、 NOxを窒素と酸素と に分解して浄ィ匕する。
[0031] 還元剤噴霧手段 12は、例えば 2流体型の噴射ノズルを採用できる。つまり、 2重管 構造のノズルであり、中央側からの過給空気の噴出による負圧を利用して外側から 尿素水が吸い出され、尿素水を霧状に微粒ィ匕して噴霧するものである。ただし、尿素 水を微粒ィ匕して噴霧できればよく、構造は任意である。
[0032] 還元剤供給手段 13は、還元剤供給通路 13Aに設けられたポンプ 13Bを用いて、 貯留タンク 13C力も尿素水を還元剤噴霧手段 12に供給する構造であり、還元剤供 給通路 13 Aには電磁ソレノイド式の開閉弁 13Dが設けられて 、る。開閉弁 13Dの開 閉およびポンプ 13Bの駆動は、コントローラ 15Aによって制御される。
[0033] 空気供給手段 14は、吸気通路 8と還元剤噴霧手段 12とを連通させる空気取出通 路 14Aを通して、可変排気ターボ 2の過給機 2A出口側力も供給される過給空気の 一部を還元剤噴霧手段 12に供給する構造であり、空気取出通路 14Aの上流側には 、排気ガスの逆流を防止する逆止弁 14B力 その下流側には、必要に応じて開閉さ れる電磁ソレノイド式の開閉弁 14Cがそれぞれ設けられている。開閉弁 14Cの開閉 はやはり、コントローラ 15Aによって制御される。
[0034] エンジン本体 4には燃料噴射装置 4Aが設置され、この燃料噴射装置 4Aからは燃 料噴射量信号が出力される。エンジン本体 4への吸気通路には過給圧センサ 16が 設置され、この過給圧センサ 16からは過給圧信号が出力される。排気ガス通路 5〖こ は排気温度センサ 17が設置され、この排気温度センサ 17からは排気温度信号が出 力される。
ここで、燃料噴射装置 4A、過給圧センサ 16、排気温度センサ 17は本発明の負荷 検出手段としての機能を有し、各々で検出された燃料噴射量信号、過給圧信号、排 気温度信号が負荷としてそれぞれコントローラ 15Aへ出力される。
[0035] エンジン本体 4にはエンジン回転速度センサ 18が設置され、このエンジン回転速度 センサ 18からはエンジン回転速度信号が出力される。前記可変排気ターボ 2にはタ ーボ回転速度センサ 19が設置され、このターボ回転速度センサ 19からはターボ回 転速度信号が出力される。
ここで、エンジン回転速度センサ 18、ターボ回転速度センサ 19は本発明の回転速 度検出手段としての機能を有し、各々で検出されたエンジン回転速度信号、ターボ 回転速度信号が回転速度としてそれぞれコントローラ 15Aへ出力される。
[0036] 〔1 2〕コントローラの構造
次に、図 2参照して、コントローラ 15Aによる可変排気ターボ 2のノズル開度の制御 構造について説明する。
コントローラ 15Aは、 CPU (マイクロプロセッサ）あるいは任意の制御回路を含んで 構成され、本発明の開度制御手段として負荷検出手段 (燃料噴射装置 4A、過給圧 センサ 16、排気温度センサ 17)及び回転速度検出手段 (エンジン回転速度センサ 1 8、ターボ回転速度センサ 19)からの出力信号に基づいてノズル開度調整用のァク チユエータ 2C、ポンプ 13B、開閉弁 13D, 14Cを制御する。
開度制御手段であるコントローラ 15Aは、基準負荷記憶手段 151、負荷判定手段 1 54、基準回転速度記憶手段 152、回転速度判定手段 157、制御開度指令手段 155 、動作規制手段 158を備えて構成される。
また、これらを制御するパラメータとしては、図示しない温度センサ等によって検出 される尿素脱硝触媒 11の温度やエンジン冷却水の温度、液面センサ等によって検 出される貯留タンク 13C内の尿素水の残量などがある。
なお、コントローラ 15Aは通常、エンジン 1での燃料噴射量等を制御する大掛力りな ものであるが、ここでは尿素水噴霧用に必要な説明に留める。
[0037] 基準負荷記憶手段 151には、触媒 11が機能を開始する基準負荷にあたる燃料噴 射量、排気温度、及び還元剤噴霧手段 12での還元剤の微粒ィ匕に適した過給圧が 記憶されている。
本実施例での基準負荷にあたる燃料噴射量は、ディーゼルエンジン 1が定格出力 トルクの 20%以上のトルクを出力しているときの燃料噴射量である。
[0038] 負荷判定手段 154は、前記負荷検出手段 (燃料噴射装置 4A、過給圧センサ 16、 排気温度センサ 17)により検出された負荷が、前記基準負荷以上であるかの判定を 行う。これにより、触媒 11が機能を開始できる状態にある力 還元剤噴霧手段 12で 還元剤が微粒ィ匕できる噴霧圧が得られているかが判定される。
本実施例において、過給圧の判定基準となる所定の過給圧 Pは、尿素水を微粒ィ匕 するのに適した最低の圧力値以上であり、 0. 05MPa (0. 5bar)以上である。
なお、前記回転速度検出手段 (ターボ回転速度センサ 19)により検出されたターボ 回転速度が、所定の許容値を超えていると判定された場合、ノズル開度を増加する 指令がなされる。 [0039] 基準回転速度記憶手段 152には、所定のエンジン回転速度 N1が記憶されている なお、本実施例における所定の回転速度 N1は、エンジンの定格出力回転速度 Nr の 40%以上である。
[0040] 回転速度判定手段 157は、前記回転速度検出手段 (エンジン回転速度センサ 18) により検出されたエンジン回転速度が、所定の回転速度 N1以上であるかの判定を 行う。これにより、触媒 11が機能を開始できる状態にあるかが判定される。
[0041] 制御開度指令手段 155は、前記負荷判定手段 154の判定結果に基づいて開度の 増減を決定した上で、最終的な制御開度を生成し、ノズル開度調整用のァクチユエ ータ 2Cに開度制御指令を出力する。また必要に応じてポンプ 13B、開閉弁 13D、 1 4Cに制御指令を出力する。
[0042] 動作規制手段 158は、所定の回転速度 N1以下であると判定されると、前記負荷判 定手段 154及び前記制御開度指令手段 155の動作を規制し、以後の処理を行わな いようにする。
[0043] 〔1 3〕コントローラの作用
次に、前述した構成のコントローラの作用を図 3に示されるフローチャートに基づい て説明する。
以上の構成の排気ガス浄ィ匕装置 10では、コントローラ 15Aが負荷の変動及びェン ジンの回転速度に応じてノズル開度を制御し、還元剤の微粒ィ匕が可能となる所定の 過給圧を得るようにして 、る。
[0044] (1)コントローラ 15Aは、付設される ROM (Read Only Memory)に記憶された可変排 気ターボ開度マップを読み込んだ後（処理 S1)、回転速度検出手段 (エンジン回転 速度センサ 18)から出力されるエンジン回転速度、及び負荷検出手段 (燃料噴射装 置 4A)から出力される燃料噴射量を取得する（処理 S 2)。
(2)その後、コントローラ 15Aは、図 2には図示されない可変排気ターボ開度マップ から、エンジン回転速度及び燃料噴射量に対応する開度値を選び出し、ノズル開度 としての初期設定を行う（処理 S3)。
なお、後述する負荷判定手段 154が、過給圧が所定値 Pより大きいと判定し、かつ コントローラ 15Aが、ノズル開度が初期設定値未満であると判定した場合、この初期 設定値が最終的なノズル開度となる。
(3)さらに、コントローラ 15Aは、負荷検出手段 (過給圧センサ 16、排気温度センサ 1 7)から出力された過給圧及び排気温度を取得する（処理 S4)。
[0045] (4)回転速度判定手段 157は、回転速度検出手段 (エンジン回転速度センサ 18)か ら出力されたエンジン回転速度力 所定の回転速度 N1より大きいかを判定する（処 理 S5)。
その際、所定の回転速度 N1以下であると判定される、動作規制手段 158は、以後 の処理を行わないことで、負荷判定手段 154及び制御開度指令手段 155の動作を 規制する (処理 S5)。
[0046] (5)負荷判定手段 154は、負荷検出手段 (燃料噴射装置 4A)から出力された燃料噴 射量が、基準負荷記憶手段 151に記憶されている基準負荷 T1より大きいかを判定 する（処理 S6)。
また、負荷判定手段 154は、負荷検出手段 (排気温度センサ 17)から出力された排 気温度が、所定の値以上であるかを判定する（処理 S7)。
[0047] (6)コントローラ 15Aは、可変排気ターボ 2のノズル開度の面積が最小であるかの判 定を行う（処理 S8)。また、コントローラ 15Aは、回転速度検出手段 (ターボ回転速度 センサ 19)から出力されたターボ回転速度が、許容値以下であるかの判定を行う（処 理 S9)。
なお、これらは可変排気ターボを保護するための作用であり、従来より行われてい る処理である。
[0048] (7)負荷判定手段 154は、負荷検出手段 (過給圧センサ 16)から出力された過給圧 力 所定値 Pより大きいかの判定を行う（処理 S10)。
(8)コントローラ 15Aは、ノズル開度が処理 S3で設定された初期設定値未満である かの判定を行う（処理 Sl l)。
(9)負荷判定手段 154は、負荷検出手段 (過給圧センサ 16)から出力された過給圧 力 所定値 Pに任意値 aを加えた値より大きいかの判定を行う（処理 S12)。
[0049] (10)制御開度指令手段 155は、上述の処理結果に基づいて、ノズル開度の減少（ 処理 13)、ノズル開度の増力 Il (処理 S14)、または可変排気ターボ開度マップ通りの 設定とすることを決定し、最終的な制御開度を生成する。そして、制御開度指令手段 155は、ノズル開度調整用のァクチユエータ 2Cに開度制御指令を出力する。また必 要に応じてポンプ 13B、開閉弁 13D、 14Cに制御指令を出力する。
[0050] 具体的には先ず、エンジン回転速度が N1に、無負荷の状態力も負荷力T1に達す るまでの間は（処理 S5及び S6で判定）、コントローラ 15Aは、可変排気ターボ 2の開 度マップに従いノズル開度を決定する（処理 S3)。さらに、負荷力T1に、またはェン ジン回転速度が N1に達するまでは、開閉弁 13D, 14Cが閉じられ、過給空気や尿 素水が還元剤噴霧手段 12側に供給されるのを遮断し、尿素水が無駄に垂れ出るの を防止している。
[0051] 負荷力T1を越え、かつエンジン回転速度が N1を越えた後、負荷判定手段 154が 、過給圧が所定値 P以下であると判定すると (処理 S10)、制御開度指令手段 155は 、可変排気ターボ 2のノズル開度を閉じ側に制御する指令を行い（処理 S 13)、過給 圧を Pの値まで上げる。そして、ノズル開度が閉じ側に作動することで、過給空気が 増カロして空燃比が大きくなり、燃焼空気が増す。
この後、負荷の上昇に応じて、負荷判定手段 154が、過給圧が Pに任意値 αをカロ えた値より大きいと判定すると (処理 S10)、制御開度指令手段 155は、ノズル開度を 開き側に制御する指令を行う（処理 S14)。これを繰り返すことで、過給圧を略 Pのま ま一定に維持させる。なお、過給圧 Pを越えてより大きい過給圧を得るようにし、尿素 水の微粒ィ匕をさらに促進させてもよいが、これによつて還元剤噴霧手段 12側に送ら れる空気流量が必要以上に増したのでは、力えって尿素脱硝触媒 11の温度が下が つてしまう可能性があるため、本実施形態では略一定に維持させるようにしている。そ して、ノズル開度の増加に応じて、徐々に空燃比が小さくなる力 通常の制御の場合 に比してノズル開度が閉じ気味であるから、やはり十分な燃焼空気が得られるように なっている。
[0052] そして、可変排気ターボ 2の開度マップで定義された初期開度を越えた開度領域（ 負荷 T2を超えた領域）においては、通常のノズル開度の制御を行っても、尿素脱硝 触媒 11の温度は排気ガスによって十分に高められる。従って、コントローラ 15Aが、 ノズル開度は初期設定値未満であると判定すると (処理 Sl l)、制御開度指令手段 1 55は、ノズル開度を可変排気ターボ 2本来の目的のための制御、すなわち低負荷域 力も高負荷域まで出力を連続的にスムーズに発生させ、また、タイムラグを解消する ための制御に戻す。つまり、 T1からここまでの領域が、本発明での特定の負荷領域 に相当する。
[0053] 〔1 4〕本実施形態による効果
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)排気ガス浄ィ匕装置 10でのコントローラ 15Aは、可変排気ターボ 2のノズル開度を 尿素水の噴霧用にも制御するので、エンジン 1が T1〜T2の低負荷域にあって、通 常では過給圧が上がらない場合でも、可変排気ターボ 2のノズル開度を従来よりも閉 じ気味に制御することにより、尿素水の噴霧に適した過給圧 Ρを得ることができ、この 際の過給空気の一部で尿素水を確実に微粒ィ匕できる。
また、過給圧を Ρまで上げることにより、エンジン 1へ供給される燃焼空気が増えるの で、良好な燃焼を実現でき、パーティキュレートの生成や未燃燃料の排出を抑制でき る。
[0054] (2)排気ガスの温度が低ぐ尿素脱硝触媒 11が十分に加熱されず働きにくい低負荷 域、すなわち負荷が定格トルク Trの 20%を下回る T1未満の領域、またはエンジンの 回転速度が N1に達しない低速域では、開閉弁 13D, 14Cを閉じる等することにより 過給空気を遮断し、尿素水の噴霧を行わないことで、尿素脱硝触媒 11が働力ない時 期での尿素水の無駄な消費を防止できる。
図 4は、エンジンの負荷と回転速度との関係を示したトルク線図である。この図にお いて、斜線で示す部分は、コントローラ 15Aを尿素水の噴霧用に用いない場合、つ まり、可変排気ターボ 2のノズル開度を従来通りに制御した場合に、尿素水が良好に 噴霧される領域を示している。これに対し、網掛け部分に示すように、従来では過給 圧が低くて良好に噴霧されなカゝつた低負荷域においても、ノズル開度を制御すること で過給圧を上げ、尿素水を確実に噴霧させることが可能である。
[0055] (3) NOx還元触媒として尿素脱硝触媒 11を用い、還元剤として尿素水を用いるので 、排気ガス中に含まれる NOxを、噴霧した尿素水の分解によって得られるアンモニア とともに触媒に接触し、無害な窒素ガスに効率よく変換できる。
[0056] (4)過給機 2Aと還元剤噴霧手段 12とを連通させる空気取出通路 14Aには逆止弁 1 4Bや開閉弁 14Cが設けられているので、可変排気ターボ 2の過給機 2A側での過給 圧が排気ガスの圧力よりも低くなつても、排気ガスが逆流するのを防止できる。
[0057] (5)特に開閉弁 14Cが設けられているから、所定負荷の T1以上でエンジン 1が駆動 されている場合でも、開閉弁 14Cを操作して意図的に過給空気の還元剤噴霧手段 1 2側への供給を止めることができる。従って、冬期で外気温が低い場合等において、 尿素脱硝触媒 11が加熱されるのに時間が力かったり、尿素脱硝触媒 11が十分に加 熱されておらず、空気の供給 (尿素水の供給）によって尿素脱硝触媒 11の温度が著 しく下がったりした場合には、尿素脱硝触媒 11が排気ガスによって確実に加熱される までの間、空気の供給を止めることができ、還元剤が無駄に消費されるのを防止でき る。
[0058] (6)本実施形態では、尿素水を噴霧する際の過給圧が 0. 05MPa (0. 5bar)以上に 規定されているので、良好な噴霧状態を実現できる。
[0059] (7)過給圧を制御するにあたり、 T1〜T2間の低負荷域のように、尿素脱硝触媒 11 の温度が上がりにくい特定の領域内では、過給圧を略一定の Ρに維持するため、過 給空気の一部が尿素水噴霧用に過剰に供給されるのを防止できる。これにより、供 給された空気による尿素脱硝触媒 11のさらなる温度低下を防止できるため、尿素水 の無駄な消費を一層確実に抑制でき、かつ尿素脱硝触媒 11を確実に働力せること ができる。
[0060] (8)Τ1〜Τ2の低負荷域において、尿素水の微粒ィ匕を促進できるのである力 この際 、無負荷状態から T1までは、ノズル開度をー且閉じ側に制御し、この Τ1〜Τ2までは 開き側に制御して過給圧 Ρを得るようにするので、さらに、 Τ2を越えた中高負荷域に おいては、再び閉じ側に制御して過給圧を徐々に上げることができ、可変排気ター ボ 2の本来の特性を発揮させることができる。
[0061] 〔第 2実施形態〕
次に、本発明の第 2実施形態について、説明する。尚、以下の説明では、既に説明 した部分と同一の部分については、同一符号を付してその説明を省略又は簡略する 前述した第 1実施形態では、フィードバック制御が行われており、燃料噴射量、過 給圧、排気温度などの負荷、及びエンジンや可変排気ターボの回転速度の検出結 果に基づ 、て、ノズル開度を調節して 、く制御方法を取って 、る。
これに対して、第 2実施形態は、フィードバック制御によらずに、燃料噴射量及びェ ンジン回転速度に基づ 、て、開度制御パターン記憶手段 153で記憶された開度制 御パターンにより一意的に開度を制御する、いわゆるフィードフォワード制御が行わ れている点が、第 1実施形態とは異なる。
[0062] まず、本実施形態におけるコントローラ 15Bの構造ついて、図 5を用いて簡単に説 明する。
開度制御手段 15Bは、開度制御パターン記憶手段 153、パターン選択手段 156、 制御開度指令手段 155を備えて構成される。
[0063] 開度制御パターン記憶手段 153は、触媒が機能を開始する基準負荷近傍領域で 極小値をとり、過給圧を所定の値 P以上に維持させる開度制御パターンを、エンジン の回転速度に応じて複数記憶して 、る。
[0064] ノターン選択手段 156は、開度制御パターン記憶手段 153に記憶されている複数 の開度制御パターンの中から、燃料噴射装置が出力する燃料噴射量及び検出され たエンジン回転速度に応じたパターンの選択を行う。
[0065] 制御開度指令手段 155は、前記パターン選択手段 156により選択された開度制御 パターンに基づいて、制御開度の生成及び指令を行う。
[0066] 次に、開度制御パターン記憶手段 153に記憶されている開度制御パターンの特徴 について、図 6を用いて説明する。
具体的には先ず、無負荷の状態力も負荷力 ST1に達するまでの間は、二点鎖線で 示す従来の制御 (尿素水噴霧を考慮しない制御）に比して、可変排気ターボ 2のノズ ル開度を閉じ側に制御するノズル開度が記憶されている。これにより、過給圧を早い 段階で Pの値まで上げる。この際、ノズル開度が閉じ側に作動することで、過給空気 が増カロして空燃比が大きくなり、燃焼空気が増す。さらに、負荷力T1に達するまでは 、開閉弁 13D, 14Cが閉じられ、尿素水が無駄に垂れ出るのを防止している。 [0067] この後、負荷力T1〜T2に達するまでの間、すなわちこの間の低負荷域では、ノズ ル開度を開き側に、すなわち基準負荷 T1近傍領域で極小値をとるように制御するノ ズル開度が記憶されている。これにより、この間での過給圧を略 Pのまま一定に維持 させる。 T1〜T2の領域が、本発明での特定の負荷領域に相当する点は、本実施形 態でも同様である。そして、 Τ1〜Τ2の間では、徐々に空燃比が小さくなる力 通常 の制御の場合に比してノズル開度が閉じ気味であるから、やはり十分な燃焼空気が 得られるようになつている。
[0068] そして、 Τ2を越えた負荷域にぉ ヽては、通常のノズル開度の制御を行っても（二点 鎖線の延長上での制御）、過給圧が Ρを越えるうえ、触媒の温度も排気ガスによって 十分に高められるので、可変排気ターボ本来の目的のためのノズル開度が記憶され ている。
なお、上述の特長を持つ開度制御パターンは、エンジン回転速度に応じて複数準 備されている。
[0069] 本実施形態においては、前述した効果（1)〜（8)が得られ、また、フィードフォヮ一 ドにより制御応答性が高いため、負荷や回転速度などの急激な変動に対しも、速や 力な対応が可能となる。しかし、外気温の変化や経年変化などに伴う、内燃機関及び 触媒の特性変化に対しては、第 1実施形態ほどの安定した効果が得られない可能性 がある。
[0070] 〔第 3実施形態〕
図 7には、本発明の第 3実施形態に係る排気ガス浄化装置 10が示されている。本 実施形態では、空気取出通路 14Aにおいて、過給機 2Α出口側および開閉弁 14C の間に空気タンク 14Dを設け、この空気タンク 14Dと過給機 2Α出口側との間には、 逆止弁ではなく圧力制御弁 14Eを設けた点が第 1実施形態とは異なる。他の構成や 制御の仕方は第 1実施形態と同じである。
そして、本実施形態での空気タンク 14Dは、還元剤噴霧手段 12へ供給するための 空気圧を貯蓄するアキュムレータとして機能する。また、圧力制御弁 14Eは、空気タ ンク 14Dの蓄圧が所定以上になった場合、その上流側で空気取出通路 14Aを開放 し、過給機 2Α側カゝら送られる空気を逃がして空気タンク 14D等の保護を図る。 [0071] このような本実施形態では、第 1実施形態と同様な構成により、前述した（1)〜（8) の効果を同様に得ることができる。カロえて、以下の効果がある。
(9)空気取出通路 14A上にはアキュムレータとして機能する空気タンク 14Dが設けら れているので、この空気タンク 14D内に空気圧を蓄えることにより、尿素水を噴霧させ るのに安定した圧力を確保できる。また、空気供給手段 14内の空気の圧力変動 (脈 動）を空気タンク 14Dによって効果的に減衰でき、この点でも安定した圧力での噴霧 を実現できる。
さらに、空気タンク 14Dの上流側には圧力制御弁 14Eが設けられているため、空気 タンク 14D内を含めた空気取出通路 14A内の圧力が過剰に上昇するのを防止でき 、空気供給手段 14の系内の保護を図ることができる。
[0072] 〔第 4実施形態〕
図 8に示す本発明の第 4実施形態では、空気取出通路 14A上に逆止弁 14Bのみ を設けた点が第 1実施形態とは異なる。従って、本実施形態では、空気供給手段 14 の構造を簡略ィ匕できるうえ、コントローラ 15Aによる開閉弁 14C (図 1)の制御を不要 にできる。他の構成や制御の仕方は、第 1実施形態と同じである。
このような構成では、前述した（5)の効果は得にくいが、他の効果を同様に得ること ができ、本発明の目的を達成できる。
[0073] なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなぐ本発明の目的を達成で きる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、負荷が T1〜T2の間で、過給圧 Ρが 0. 05MPa (0. 5 bar)と略一定となるように制御していた力 これに限定されず、 0. 05MPa (0. 5bar) を越えた過給圧であってもよい。ただし、 T1〜T2のような低負荷域では、排気ガスの 温度も低ぐ尿素脱硝触媒 11の働きも鈍いため、ここで過給圧 Ρを大幅に大きくした のでは、供給する空気量が増えて尿素脱硝触媒 11の温度が一層下がってしまう可 能性があり、噴霧した尿素水が無断になってしまう。このため、過給圧 Ρをより大きくす る場合でも、過剰に大きくすることは慎むべきであり、 0. lMPa (lbar)程度に抑える ことが好ましい。
T1〜T2の低負荷域においては、過給圧 Pが一定である他、 0. 05〜0. lMPa (0 . 5〜 lbar)の範囲で過給圧 Pを略リニアに変動させたりしてもよ！、。
[0074] また、前記実施形態では、尿素水を還元剤とする尿素脱硝触媒 11が用いられてい た力 この他、燃料等の炭化水素 (HC)を還元剤とする DeNOx触媒や NOx吸蔵還 元触媒等を用いてもよい。
[0075] ここで負荷とは、エンジンに要求されている全ての負荷、またはこれと相関関係を有 するものを指し、必ずしも力に関するものではない。
また、前記実施形態の代わりに、例えばトルクメータによる計測値が負荷として用い られても良い。
[0076] 前記第 1実施形態では、記憶手段として、基準負荷記憶手段 151及び基準回転速 度記憶手段 152が、判定手段として、負荷判定手段 154及び回転速度判定手段 15 7が存在するが、前記回転速度に応じた複数の基準負荷を有する負荷記憶手段、検 出された回転速度に応じた基準負荷を選択する基準負荷選択手段とを備えるもので あっても良い。
また、回転速度を使用せず、負荷のみを用いて、可変排気ターボ開度マップからの 初期開度設定やその後の判定を行うものであっても良い。
[0077] 前記第 2実施形態では、開度制御パターンにより一意的に開度を制御するフィード フォワード制御のみが行われている力 これに他で検出された負荷等を用いたフィー ドバック制御を組み合わせて用いるものであっても良 、。
[0078] 本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されている 1S 本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実 施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想およ び目的の範囲力 逸脱することなぐ以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その 他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。 従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易 にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、そ れらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記 載は、本発明に含まれるものである。
産業上の利用可能性 本発明の排気ガス浄化装置は、トラックやバス等の自動車、建設機械を含む各種 産業機械など、可変排気ターボ付きの内燃機関を備えたあらゆるものに適用できる。 特に建設機械や自動車に適用することで、環境改善に役立つメリットは大き!、。

Claims

請求の範囲
[1] 内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、
前記内燃機関を過給する可変排気ターボと、
前記内燃機関の排気ガス通路に設けられた NOx還元触媒と、
前記可変排気ターボの過給機側の過給圧を利用して還元剤を前記 NOx還元触媒 に噴霧する還元剤噴霧手段と、
前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記負荷検出手段の検出結果に基づいて、前記可変排気ターボのノズル開度を 制御する開度制御手段とを備え、
前記開度制御手段は、前記過給圧を制御して前記還元剤を微粒化する ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
[2] 請求項 1に記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置にぉ 、て、
前記開度制御手段は、
前記触媒が機能を開始する基準負荷が記憶された基準負荷記憶手段と、 前記負荷検出手段により検出された負荷が、前記基準負荷以上であるかを判定す る負荷判定手段と、
前記負荷判定手段の判定結果に基づ!、て、制御開度の生成及び指令を行う制御 開度指令手段とを備え、
前記制御開度指令手段は、前記制御開度指令によりノズル開度を制御することに より、前記過給圧を所定の値以上に維持する
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
[3] 請求項 2に記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、
前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
所定の回転速度が記憶された基準回転速度記憶手段と、
前記回転速度検出手段により検出された回転速度が、前記所定の回転速度を超 える回転速度であるかを判定する回転速度判定手段と、
所定の回転速度以下であると判定されると、前記負荷判定手段及び前記制御開度 指令手段の動作を規制する動作規制手段とを備えて!/、る ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
[4] 請求項 1に記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置にぉ 、て、
前記開度制御手段は、
前記内燃機関の負荷とその負荷における制御開度指令とを対応させた開度制御 パターンが記憶された開度制御パターン記憶手段と、
前記開度制御パターン及び前記負荷検出手段の検出結果に基づいて、制御開度 の生成及び指令を行う制御開度指令手段とを備え、
前記開度制御パターンは、前記触媒が機能を開始する基準負荷近傍領域で極小 値をとり、前記過給圧を所定の値以上に維持させるパターンである
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
[5] 請求項 4に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、
前記開度制御パターン記憶手段は、前記内燃機関の回転速度に応じた複数の開 度制御パターンを有し、
前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
検出された回転速度に応じた開度制御パターンを選択するパターン選択手段とを 備えている
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
[6] 請求項 4に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置において、
前記所定の回転速度は、定格出力回転速度の 40%以上である
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
[7] 請求項 3な 、し請求項 6の 、ずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置にぉ 、 て、
前記負荷検出手段は、前記内燃機関の燃料噴射量を検出し、
前記基準負荷は、前記内燃機関が定格出力トルクの 20%以上のトルクを出力して
V、るときの燃料噴射量である
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
[8] 請求項 1な 、し請求項 7の 、ずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置にぉ 、 て、 前記 NOx還元触媒は尿素脱硝触媒であり、
前記還元剤は尿素水である
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
請求項 1な!、し請求項 8の 、ずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置にぉ 、 て、
前記可変排気ターボの過給機の出口側と前記還元剤噴霧手段とは過給空気を送 る空気取出通路によって連通され、
この空気取出通路には、逆止弁および Zまたは開閉弁が設けられている ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
請求項 9に記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置において、
前記過給機の出口側と前記開閉弁との間の空気取出通路には空気タンクが設けら れ、
前記過給機の出口側と当該空気タンクとの間の空気取出通路には圧力制御弁が 設けられている
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
請求項 1ないし請求項 10のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置にお いて、
前記過給圧が所定値以上とは、 0. 05MPa以上である
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
請求項 1な!、し請求項 11の 、ずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄化装置にお いて、
前記開度制御手段は、前記制御開度指令によりノズル開度を制御することにより、 前記基準負荷近傍領域から、前記過給圧を略一定に維持する
ことを特徴とする内燃機械の排気ガス浄化装置。
請求項 1ないし請求項 12のいずれかに記載の内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置にお いて、
前記開度制御手段は、前記基準負荷近傍領域に至るまでの間に前記ノズル開度 を一旦閉じ側に制御し、 この後に開き側に制御することで、前記基準負荷以上の特定の負荷領域で前記過 給圧を所定の値以上に維持させる
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄ィ匕装置。
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