JP2016121589A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられた供給弁により、該排気通路を流れる排気に燃料を供給する第1燃料供給手段と、内燃機関での燃料噴射条件を調整することで、排気通路へ排出される排気に燃料を供給する第2燃料供給手段を備え、排気昇温処理に伴う選択還元型NOx触媒の昇温過程では、第1燃料供給手段により燃料を供給する第1制御を少なくとも行い、排気昇温処理に伴う選択還元型NOx触媒の温度維持過程では、第1燃料供給手段による燃料供給量に対する第2燃料供給手段による燃料供給量の比率が、該第1制御の実行時と比べて高くなる第2制御を少なくとも行う。
【選択図】図2
Description
、選択還元型NOx触媒の燃料被毒が生じやすくなる。
給弁を介して燃料を供給するものである。第1燃料供給手段は、内燃機関の運転状態に影響されず、又は、内燃機関の燃焼に影響を及ぼすことなく排気への燃料供給が可能であり、その供給された燃料は比較的高温の雰囲気に晒されることがないため、比較的分子量の大きい燃料を酸化触媒に送り込むことになる。一方で、後者は、内燃機関での燃料噴射時期等の燃料噴射条件を調整することで排気中に燃料を含ませて酸化触媒に燃料を供給するものである。そのため、第2燃料供給手段によれば、比較的分子量の小さい燃料を酸化触媒に送り込むことが可能となるが、内燃機関での燃焼環境に何らかの影響(EGRガス導入の禁止等燃焼条件の制限)を及ぼしたり、気筒壁面への燃料付着によるオイル希釈等の不都合を生じさせたりする可能性がある。
積している粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を前記昇温処理として実行する。上記フィルタと選択還元型NOx触媒を有する排気浄化装置において、昇温制御手段はフィルタに堆積した粒子状物質を酸化除去するためのフィルタ再生処理を行う。そして、そのフィルタ再生処理における排気への燃料供給に関し、上述した第1制御及び第2制御を適用することで、フィルタ再生処理時の選択還元型NOx触媒の燃料被毒を抑制し、そのNOx浄化率の低下を回避することができる。
被毒状態に陥る可能性があるとされる触媒温度の閾値である。したがって、選択還元型NOx触媒の温度が所定温度閾値を超える場合には選択還元型NOx触媒は燃料被毒状態に陥る可能性があると言える。一方で、選択還元型NOx触媒は、自身のNOx浄化能力に応じたNOx還元を行うが、選択還元型NOx触媒に流れ込む排気の燃料濃度が高くなると、燃料被毒が生じやすくなり、また、触媒周囲の燃料の存在によりNOxとアンモニアの還元反応が阻害され、結果として選択還元型NOx触媒のNOx浄化率が低下する。換言すれば、選択還元型NOx触媒の温度の観点からは燃料被毒状態に陥りやすい場合であっても、そこ流れ込む排気の燃料濃度がある程度低ければ、燃料被毒を回避でき選択還元型NOx触媒において好適なNOx浄化率を実現することが可能とも言える。
率推定手段は、選択還元型NOx触媒によって発揮されると想定される基準NOx浄化率を推定する。なお、基準NOx浄化率の推定のための所定パラメータは、選択還元型NOx触媒によるNOx浄化に関連するパラメータであり、例えば、選択還元型NOx触媒の温度や排気流量、選択還元型NOx触媒に流れ込むNOx濃度等を採用することができる。そして、実際のNOx浄化率と推定された基準NOx浄化率とを比較すれば、選択還元型NOx触媒の実際のNOx浄化能力が、本来あるべきNOx浄化能力とどの程度乖離しているか判定することが可能となる。そして、本発明では、その乖離程度に基づいて、被毒判定手段が選択還元型NOx触媒において燃料被毒状態が形成されているか否かを判定する。
ることができる。
ことで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)やゼオライト等を材料とする担体に白金(Pt)等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅(Cu)や鉄(Fe)等の卑金属を担持させることでSCR触媒を形成してもよい。ASC触媒5をこのような構成の触媒とすることで、排気中のHC、CO、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでNOxを生成すると共に該生成されたNOxを、余剰のアンモニアで還元することもできる。
NOx浄化率 = 1−(NOxセンサ11の検出値)/(NOxセンサ10の検出値) ・・(式1)
でのPM堆積量が多くなると内燃機関1の運転状態に影響を及ぼすことになるため、堆積したPMを酸化除去するために、排気に燃料を供給し酸化触媒3の酸化機能でその供給燃料を酸化させることでSCRF4に流れ込む排気温度を上昇させ、SCRF4の昇温を図るフィルタ再生制御(本発明の昇温処理に相当する)が行われる。
て、SCRF4におけるPM堆積量を推定し、その推定PM堆積量が所定堆積量を超えた場合に、上記再生要求が出されることになる。なお、SCRF4におけるPM堆積量は、内燃機関1の運転状態に基づいて推定される排気に含まれるPM量の履歴に基づいて算出されてもよい。S101で肯定判定されるとS102へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
れることで、SCRF4の昇温が図られることになるが、SCRF4の温度は低温領域に属しているため仮に酸化触媒3の下流側に燃料が流れ出したとしても、その燃料がSCR触媒のゼオライトの細孔内には入り込みにくいため、SCR触媒の燃料被毒は生じにくい。一方で、排気への燃料供給に燃料供給弁6が利用されるため、燃料供給に当たって内燃機関1の運転制限や、気筒内の燃料希釈等の不都合は生じにくい。
なお、上記の実施例1のフィルタ再生制御においては、S106での第2制御による排気への燃料供給にはポスト噴射が利用され、燃料供給弁6からの燃料供給は行われない。これに代えて、燃料供給弁6による燃料供給量に対するポスト噴射による燃料供給量の比率がS105での第1制御実行時よりも大きくなるよう、S106においてポスト噴射による燃料供給と燃料供給弁6による燃料供給を併用してもよい。ただし、その併用においては、SCRF4の温度が高温領域に属する状態において、SCR触媒の燃料被毒が生じないように、特に燃料供給弁6による燃料供給量が過大とならないように制御される。また、上記のフィルタ再生制御ではS105での第1制御では、燃料供給弁6による燃料供給のみが行われているため、S106で少なくともポスト噴射による燃料供給を部分的に行えば、上記比率が第1制御実行時よりも大きくなる、排気への燃料供給が行われることになる。更に、S105でもポスト噴射による燃料供給と燃料供給弁6による燃料供給を
併用してもよい。ただし、その併用においては、燃料供給弁6による燃料供給量に対するポスト噴射による燃料供給量の比率が、S106における燃料供給弁6による燃料供給量に対するポスト噴射による燃料供給量の比率と比べて低くなるように制御される。
(ステップ1)
ステップ1では、内燃機関1から排出される排気の燃料濃度が算出される。具体的には、内燃機関1の機関負荷及び機関回転速度と、排気の燃料濃度の相関が格納された制御マップがECU20に記憶され、当該制御マップにアクセスすることで、内燃機関1の機関負荷及び機関回転速度に基づいた燃料濃度の算出が行われる。なお、当該排気の燃料濃度には、フィルタ再生制御でのSCRF4の昇温のために後述するS208又はS209で排気へ供給される燃料は反映されない。
(ステップ2)
次にステップ2では、後述するS208又はS209で排気へ供給される燃料を考慮した上で、酸化触媒3に流れ込む単位時間当たりの燃料量が算出される(S208、S209の処理後、S211で否定判定されるとS205の処理が行われることに留意されたい。)。具体的には、上記ステップ1で算出された燃料濃度と、エアフローメータ26の検出値に基づいて算出される排気流量とを乗算した値に、S208又はS209での燃料供給量を加算することで、酸化触媒3に流れ込む単位時間当たりの燃料量が算出される。なお、フィルタ再生制御において、S208、S209の処理がまだ行われていない場合には、これらの処理による排気への燃料供給量は考慮されなくてよい。
次にステップ3では、温度センサ13による検出値に基づいて、酸化触媒3の温度が算出される。そして、この時点における酸化触媒3の酸化能力(単位時間当たりの燃料の消費能力)が、酸化触媒3の温度及び排気流量に基づいて算出される。具体的には、酸化触媒3の温度が上昇するほどその酸化能力は大きくなる傾向があり、また、酸化触媒3に流れ込む排気流量が大きくなるほどその酸化能力は低下していく傾向がある。そこで、これらの傾向が反映された制御マップがECU20内に格納され、酸化触媒3の温度と排気流量を引数として当該制御マップにアクセスすることで、酸化触媒3の酸化能力(例えば、酸化触媒3に流入する燃料濃度に対する酸化触媒3から流出する燃料濃度の比率である酸化率)が算出できる。
(ステップ4)
そして、ステップ4では、上記ステップ1〜3の結果を踏まえ、以下の式に従いSCRF4に流れ込む排気の燃料濃度Dhcが算出される。
燃料濃度Dhc=(酸化触媒3に流れ込む燃料量から算出される燃料濃度)×(1−酸化触媒3の酸化能力としての酸化率)
なお、酸化触媒3における燃料の酸化率は、燃料の分子量に依存する場合もある。すなわち、低分子量の燃料は比較的酸化されやすく、一方で高分子量の燃料は酸化されにくい。そこで、比較的低分子量の燃料が供給されるポスト噴射による燃料供給が行われる場合には(S208の処理)、比較的高分子量の燃料が供給される燃料供給弁6による燃料が供給される場合(S209の処理)と比べて、酸化触媒の酸化能力の酸化率を高く設定してもよい。
09へ進む。
処理を参照)。なお、本実施例では、上記の通りSCRF4の温度が高温領域に属するのはSCRF4が昇温過程に置かれている一部の場合と温度維持過程に置かれている場合である。
なお、上記の実施例2のフィルタ再生制御においては、S208での第2制御による排気への燃料供給にはポスト噴射が利用され、燃料供給弁6からの燃料供給は行われない。これに代えて、燃料供給弁6による燃料供給量に対するポスト噴射による燃料供給量の比率がS209での第1制御実行時よりも大きくなるよう、S208においてポスト噴射による燃料供給と燃料供給弁6による燃料供給を併用してもよい。ただし、その併用においては、SCRF4の温度が高温領域に属する状態において、SCR触媒の燃料被毒が生じないように、特に燃料供給弁6による燃料供給量が過大とならないように制御する。
ある。そして、被毒情報取得処理については、図6に基づいて説明する。S401では、SCRF4が置かれているNOx浄化に関連するパラメータ(本発明のNOx浄化のための所定パラメータに相当)に従い、SCRF4が本来発揮すべき基準NOx浄化率が推定される。具体的には、SCRF4によるNOx浄化率は、SCRF4の温度、排気流量等の影響を受けることを踏まえ、ECU20に、事前に行われた実験で得られたSCRF4の温度と排気流量とNOx浄化率との相関を示す制御マップを記憶しておき、当該制御マップにアクセスすることで、SCRF4が本来発揮すべき基準NOx浄化率が推定される。なお、この本来発揮すべき基準NOx浄化率は、NOxの還元浄化に適当なアンモニアがSCRF4に吸着していることを前提とする。S401の処理が終了すると、S402へ進む。
上述までの実施例に係るフィルタ再生制御に適用可能な、酸化触媒のプレ昇温処理について説明する。当該プレ昇温処理は、フィルタ再生制御の実行要求があった際に酸化触媒3の温度が、燃料供給弁6による供給燃料の酸化反応が効率的に生じない程度に低い場合に、燃料供給弁6による燃料供を開始するのに適した温度まで酸化触媒3を昇温させるための処理である。具体的には、プレ昇温処理では、ポスト噴射による燃料供給が行われる。ポスト噴射による供給燃料は比較的分子量が小さいため、酸化触媒3の温度を、燃料供給弁6による供給燃料の酸化に適した温度まで速やかに上昇させることができる。その結果、上述までのフィルタ再生制御での燃料供給弁6による供給燃料の酸化を円滑に進めることができる。
の一部を燃え残すことで実現される燃料供給を、第2制御による燃料供給としてもよい。
次に、図1に示す内燃機関1の排気浄化システムに代えて、図8に示す内燃機関1の排気浄化システムに、上述までのフィルタ再生制御を実質的に適用することができる。図8に示す排気浄化システムでは、図1に示す排気浄化システムのSCRF4に代えて、フィルタ31及び選択還元型NOx触媒(SCR触媒)32が排気通路2に設けられている。フィルタ31は排気中のPMを捕集するウォールフロー型のフィルタであり、SCR触媒32は、フィルタ31の下流側に配置されている。そして、SCR触媒32において還元剤として作用するアンモニアを生成するための尿素水供給のための供給弁7が、フィルタ31とSCR触媒32との間に配置されている。
本発明の内燃機関の排気浄化システムの更に別の構成を図9に基づいて説明する。図9に示す内燃機関100は、ガソリンエンジンである。内燃機関100が接続される排気通路2に、上流側から順に、三元触媒41、吸蔵還元型NOx触媒(以下、「NSR触媒」という)42、選択還元型NOx触媒(SCR触媒)43という。)が備えられている。三元触媒41は、酸化機能を有し、触媒雰囲気が理論空燃比のときにNOx、HCおよびCOを最大効率で浄化する。また、NSR触媒42は、NOxを吸蔵する吸蔵剤を有し、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたNOxを放出し還元する。NSR触媒42に供給する還元剤には、内燃機関100から排出される燃料や燃料供給弁6による供給燃料を利用することができる。
ニアが生成される。そして、SCR触媒43は、三元触媒41またはNSR触媒42にて生成される上記のアンモニアを吸着しておき、NOxが通過するときに、吸着していた還元剤によりNOxを選択還元する。
2 排気通路
3 酸化触媒
4 SCRF
5 ASC触媒
6 燃料供給弁
7 供給弁
10、11 NOxセンサ
12 差圧センサ
13、14、15 温度センサ
20 ECU
21 クランクポジションセンサ
22 アクセル開度センサ
31 フィルタ
32 SCR触媒(選択還元型NOx触媒)
41 三元触媒
42 NSR触媒(吸蔵還元型NOx触媒)
43 SCR触媒
44、45 温度センサ
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路に設けられた供給弁により、該排気通路を流れる排気に燃料を供給する第1燃料供給手段と、
前記内燃機関での燃料噴射条件を調整することで、前記排気通路へ排出される排気に燃料を供給する第2燃料供給手段と、
前記供給弁の下流側の前記排気通路に設けられ、酸化能を有する酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流側の前記排気通路に設けられた排気浄化装置であって、前記内燃機関における所定の排気浄化能力を有する排気浄化要素と、アンモニアを還元剤としてNOxを選択還元する選択還元型NOx触媒とを有する排気浄化装置と、
前記排気浄化要素の温度を所定目的温度まで上昇させるために、排気に燃料を供給し前記酸化触媒で該供給燃料を酸化させることにより前記排気浄化装置に流れ込む排気温度を上昇させる昇温処理を行う昇温制御手段と、
を備え、
前記昇温制御手段は、前記昇温処理において、
前記第1燃料供給手段による燃料供給が行われる第1制御を少なくとも実行することにより前記排気浄化要素を前記所定目的温度まで昇温させ、
前記第1燃料供給手段による燃料供給量に対する前記第2燃料供給手段による燃料供給量の比率が、前記第1制御の実行時と比べて高くなる第2制御を少なくとも実行することにより、前記排気浄化要素を前記所定目的温度に維持する、
内燃機関の排気浄化制御システム。 - 前記排気浄化要素は、前記内燃機関からの排気中の粒子状物質を捕集するフィルタであって、
前記昇温制御手段は、前記第1制御を行い、その後に前記第2制御を行うことで、前記フィルタに堆積している粒子状物質を酸化除去するフィルタ再生処理を前記昇温処理として実行する、
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化制御システム。 - 前記排気浄化装置は、前記選択還元型NOx触媒が、前記フィルタに担持されて形成されている、
請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記排気浄化要素は、前記内燃機関からの排気中のNOxを吸蔵し、吸蔵していたNOxを還元剤の供給により還元する吸蔵還元型NOx触媒であって、
前記昇温制御手段は、前記第1制御を行い、その後に前記第2制御を行うことで、前記吸蔵還元型NOx触媒に蓄積している硫黄酸化物を除去する硫黄被毒回復処理を前記昇温処理として実行する、
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化制御システム。 - 前記昇温制御手段は、前記第2制御においては前記第1燃料供給手段による燃料供給は行わず、前記第2燃料供給手段による燃料供給のみを行う、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記選択還元型NOx触媒に流れ込む排気の燃料濃度を算出する算出手段と、
前記選択還元型NOx触媒の温度に基づいて、該選択還元型NOx触媒によるNOx浄化率に関連する、該選択還元型NOx触媒に流れ込む排気の燃料濃度の閾値である所定の燃料濃度閾値を取得する閾値取得手段と、
を更に備え、
前記昇温制御手段は、前記選択還元型NOx触媒の温度が所定温度閾値を越え、且つ、
前記算出手段によって算出された燃料濃度が前記所定の燃料濃度閾値を超えているときに、前記第2制御を実行することにより前記排気浄化要素を前記所定目的温度に維持し、
前記選択還元型NOx触媒の温度が所定温度閾値を越えていても前記算出手段によって算出された燃料濃度が前記所定の燃料濃度閾値を超えていないときは、前記第2制御は実行せずに前記第1制御を実行することにより前記排気浄化要素を前記所定目的温度に維持する、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記昇温制御手段は、前記選択還元型NOx触媒の温度が高いほど、前記第2制御を実行する際の前記第1燃料供給手段による燃料供給量に対する前記第2燃料供給手段による燃料供給量の比率を高くする、
請求項6に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記選択還元型NOx触媒に流れ込む排気のNOx濃度と該選択還元型NOx触媒から流れ出る排気のNOx濃度とに基づいて、該選択還元型NOx触媒による実際のNOx浄化率を測定する実浄化率測定手段と、
前記選択還元型NOx触媒が置かれている、NOx浄化のための所定パラメータに基づいて、該選択還元型NOx触媒が発揮すると想定される基準NOx浄化率を推定する浄化率推定手段と、
前記実浄化率測定手段によって測定された実際のNOx浄化率と、前記浄化率推定手段によって推定された基準NOx浄化率とに基づいて、前記選択還元型NOx触媒において燃料被毒状態が形成されているか否かを判定する被毒判定手段と、
を更に備え、
前記昇温制御手段は、前記選択還元型NOx触媒の温度が所定温度閾値を越え、且つ、前記被毒判定手段によって前記燃料被毒状態が形成されていると判定されたときに、前記第2制御を実行することにより前記排気浄化要素を前記所定目的温度に維持し、
前記選択還元型NOx触媒の温度が所定温度閾値を越えていても前記被毒判定手段によって前記燃料被毒状態が形成されていると判定されないときは、前記第2制御を実行せずに前記第1制御を実行することにより前記排気浄化要素を前記所定目的温度に維持する、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記排気通路における排気流量を取得する流量取得手段を、更に備え、
前記第2燃料供給手段は、噴射された燃料が前記内燃機関の出力に寄与しにくいポスト噴射を行うことで排気への燃料供給を行い、且つ、該第2燃料供給手段による燃料供給量が同量としたときに、前記流量取得手段により取得された排気流量が大きい場合、該排気流量が小さい場合と比べて該ポスト噴射の燃料噴射時期を進角させる、
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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