JP4423731B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気を浄化するための触媒としては、略理論空燃比付近で排気中のHC(炭化水素)、CO及びNOx(窒素酸化物)を同時にかつ極めて有効に浄化できる三元触媒が知られており、ガソリンエンジンにおいては、この三元触媒を用いるとともに、全負荷域等を除く大部分の運転領域において空燃比を略理論空燃比付近に制御することが一般に行われている。
【0003】
しかしながら、ディーゼルエンジンは通常のあらゆる運転領域において空燃比がかなりリーンな状態(例えばA/F≧18)とされるので、前記三元触媒を用いることはできず、しかも、空燃比がリーンな状態では排気中の酸素濃度がかなり高くなるので、そのような雰囲気でNOxを十分に還元浄化すること自体が困難である。
【0004】
これに対して、特開平9−317524号公報には、ディーゼルエンジンにおいて、その排気通路の上流側に低温域でNOxを還元浄化するに適した第1触媒装置を配置し、その下流側に高温域でNOxを還元浄化するに適した第2触媒装置を配置し、圧縮行程上死点付近で機関出力発生のための主燃料噴射を行なうとともに、膨張行程又は排気行程において触媒に対する炭化水素供給量を増大させるための後燃料噴射を行なうようにし、その後燃料噴射量を触媒温度に応じて制御することにより、排気ガス中のHCを還元剤としてNOx浄化を効果的に行なうことが記載されている。
【0005】
すなわち、後燃料噴射によって排気ガス中のHC量が増大すると触媒でのHC酸化反応熱によって触媒温度が上昇することに鑑み、第1及び第2の各触媒装置に対してNOx浄化活性がピークとなる温度より低温時には後燃料噴射量を多くしてピーク温度付近でNOx浄化が行なわれるようにし、ピーク温度より高温時には後燃料噴射量を少なくして触媒の温度上昇を抑え、できるだけピーク温度付近でNOxの浄化を行なおうとするものである。
【0006】
また、特開平8−261052号公報には、エンジンの圧縮行程上死点近傍で燃料の主噴射を行ない、膨張行程又は排気行程で燃料の後噴射を行なうようにしたものにおいて、NOx還元用触媒の温度が高いときには低いときに比べて後噴射時期を遅らせることが記載されている。すなわち、後噴射時期の制御によって、触媒温度が低いときに排気ガス中に炭素数が小さいHCが多くなるようにし、触媒温度が高いときには排気ガス中の炭素数が大きいHCが多くなるようにするというものである。これは、炭素数が小さいHCは低温側でのNOxの浄化に還元剤として有効に働き、炭素数が大きいHCは高温側でのNOxの浄化に還元剤として有効に働くという知見に基づく。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のNOx還元用の第1及び第2の各触媒は、例えばゼオライトにPtやCuを担持してなるものであるが、NOxの還元のために排気ガス中のHCを酸化させることから酸化触媒機能を有するということができる。しかし、上流側触媒でNOxの還元に使用されずにこれを吹き抜けるHC量が多い場合には、下流側触媒が活性を呈する状態に至っていないとき、その吹き抜けたHCが下流側触媒でも酸化浄化されずに大気中に排出されてしまうことになる。このことは、排気通路に酸化触媒機能を有する触媒が単独で配置されている場合でも同様であって、その触媒で酸化されずに吹き抜けるHC量が多くなることを避ける必要がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題に対して、後噴射時期を制御することによって、上記HC等の還元剤の吹き抜けを抑制するようにしたものである。
【0009】
すなわち、本発明は、エンジンの燃焼室内を臨み該燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃焼室から延びる排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する上流側触媒と、
前記噴射弁によって前記エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料が噴射された後の膨張行程又は排気行程の所定時期に該噴射弁から燃料を噴射する後噴射により排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する下流側触媒と、
前記下流側触媒が触媒活性を示す状態にあるか否かを判別するための、該下流側触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記還元剤増量手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される前記下流側触媒の温度に基づき、その温度が、該下流側触媒が触媒活性を示す所定値よりも低いときは該所定値以上のときよりも前記後噴射時期が遅くなるようにすることを特徴とする。
【0010】
このようなエンジンの排気浄化装置であれば、下流側触媒が低温で不活性であるときには、上流側触媒の酸化触媒機能が十分に発揮するように還元剤量を増大させるための後噴射時期が遅角されるから、そのことによって上流側触媒を吹き抜ける還元剤量が少なくなる。その理由は定かでないが、本発明者の研究によれば、上流側触媒で酸化される還元剤の割合が多くなっており、還元剤が酸化されずに大気中に排出される量が少なくなっている。また、後噴射時期の遅角によって上流側触媒で酸化される還元剤の割合が多くなるということは、触媒の反応熱で排気ガス温度が高まり、この温度が高くなった排気ガスが温度の低い下流側触媒に供給されるということであり、この下流側触媒の温度上昇、すなわち早期活性に有利になる。
【0011】
下流側触媒の温度が高いときには前記後噴射時期が進角されることになり、そのことによって上流側触媒で酸化される還元剤の割合は減るが、還元剤が上流側触媒を吹き抜けても下流側触媒の活性が高くなっているから、当該還元剤が酸化されずに大気中に排出される量は少なくなる。
【0012】
酸化触媒機能を有する触媒としては、主に貴金属やCu等を担持した触媒であって、酸化触媒や三元触媒だけでなく、HC等を部分酸化させた状態でNOxと反応させることでNOxを還元するNOx浄化用触媒であってもよく、また、排気ガス中の酸素濃度が高いとき(例えば4%以上のとき)NOxを吸収し、その酸素濃度の低下によって、例えば2〜3%になると、あるいは0.5%以下になるとそのNOxを放出するNOxトラップ材を含むものであってもよい。また、下流側触媒については酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルターを採用してもよい。
【0013】
前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期は圧縮行程上死点後の70゜CA以降にすることが上記吹き抜けを防止する上で好ましい。
【0014】
また、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射は、その時期を圧縮行程上死点後の50゜CA以降に設定し、0.2秒〜2秒に1回の間隔で実行することが好ましい。すなわち、エンジン負荷が所定値未満である低負荷運転時(この時は触媒の温度も低い。)には圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射量は負荷が高いときに比べて少なく、後噴射量もエンジン出力の余分な上昇、燃費の悪化を避けるために少なくしなければならない。その場合、例えば後噴射を主噴射の都度行なうようにすると、1回の後噴射量が非常に少ないものになり、噴射量の制御が難しくなる。これに対して、後噴射を0.2秒〜2秒に1回の間隔で実行するというように、後噴射間隔が長くなれば、1回の後噴射量を多くすることができ、後噴射量の制御が容易になる。また、本発明者の研究によれば、後噴射間隔を長くすると、それが短い場合よりも上流側触媒の温度上昇度合が大きくなる、従ってこの上流側触媒を出る排気ガスの温度が高くなるがことがわかっており、下流側触媒の昇温に有利になる。なお、後噴射間隔が2秒よりも長くなると、1回の後噴射量が多くなり過ぎ、エンジン出力の好ましくない変動を招く。
【0015】
ここに、後噴射を0.2秒に1回の間隔で行なうということは、例えばエンジン回転数が1500rpmであれば、主噴射10回につき1回の間隔で行なうことになり、後噴射を2秒に1回の間隔で行なうということは、主噴射100回につき1回の間隔で行なうことになる。
【0016】
前記エンジン負荷が所定値以上のときは、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射を0.2秒よりも短い間隔で実行することが好ましい。本発明者の研究によれば、このように後噴射間隔が短いときは後噴射時期を遅らせる方が上流側触媒を出る排気ガスの温度が高くなるがことがわかっており、下流側触媒の昇温に有利になるからである。また、主噴射量の増大を受けて、同様に増量される後噴射が長い間隔で実行されることにより、トルクの増減や煤の増大を招くことを防止することができる。この場合、後噴射時期を遅らせると、トルクの増減をより抑制することができる。
【0017】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、エンジンの排気通路に酸化触媒機能を有する上流側触媒と酸化触媒機能を有する下流側触媒とを配置し、後噴射によって排気ガス中の還元剤量を増大させるようにしたエンジンの排気浄化装置において、下流側触媒の温度に基づき、その温度が、該下流側触媒が触媒活性を示す所定値よりも低いときは該所定値以上のときよりも前記後噴射時期が遅くなるようにしたから、下流側触媒が不活性のときに上流側触媒を吹き抜ける還元剤量が少なくなり、還元剤が酸化されずに大気中に排出される量が少なくなるとともに、下流側触媒の昇温・早期活性が図れる。
【0018】
また、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期を圧縮行程上死点後の50゜CA以降に設定し、後噴射を0.2秒〜2秒に1回の間隔で実行するようにしたものによれば、後噴射量を多くすることができないエンジン低負荷運転時においても、1回の後噴射量を多くすることができ、後噴射量の制御が容易になるとともに、下流側触媒の昇温・早期活性に有利になる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置Aの全体構成を示し、1は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンのエンジン本体である。このエンジン本体1は複数の気筒2(1つのみ図示する)を有し、その各気筒2内にピストン3が往復動可能に嵌挿されていて、この気筒2とピストン3によって各気筒2内に燃焼室4が形成されている。また、燃焼室4の上面の略中央部には、インジェクタ(燃料噴射弁)5が先端部の噴孔を燃焼室4に臨ませて配設され、各気筒毎に所定の噴射タイミングで噴孔が開閉作動されて、燃焼室4に燃料を直接噴射するようになっている。
【0021】
前記各インジェクタ5は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール(蓄圧室)6に接続されていて、そのコモンレール6にはクランク軸7により駆動される高圧供給ポンプ8が接続されている。この高圧供給ポンプ8は、圧力センサ6aによって検出されるコモンレール6内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動する。また、クランク軸7の回転角度を検出するクランク角センサ9が設けられており、このクランク角センサ9は、クランク軸7の端部に設けた被検出用プレート(図示省略)と、その外周に相対向するように配置され電磁ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようになっている。
【0022】
10はエンジン本体1の燃焼室4に対しエアクリーナ(図示省略)で濾過した吸気(空気)を供給する吸気通路であり、この吸気通路10の下流端部には、図示しないがサージタンクが設けられ、このサージタンクから分岐した各通路が吸気ポートにより各気筒2の燃焼室4に接続されている。また、サージタンクには各気筒2に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ10aが設けられている。前記吸気通路10には上流側から下流側に向かって順に、エンジン本体1に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ11と、後述のタービン21により駆動されて吸気を圧縮するブロワ12と、このブロワ12により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ13と、吸気通路10の断面積を絞る吸気絞り弁(吸気量調節手段)14とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁14は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のEGR弁24と同様、ダイヤフラム15に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁16により調節されることで、弁の開度が制御されるようになっている。また、前記吸気絞り弁14にはその開度を検出するセンサ(図示省略)が設けられている。
【0023】
20は各気筒2の燃焼室4から排気ガスを排出する排気通路で、排気マニホールドを介して各気筒2の燃焼室4に接続されている。この排気通路20には、上流側から下流側に向かって順に、排気ガス中の酸素濃度を検出するO2センサ17と、排気流により回転されるタービン21と、排気ガス中のHC、CO及びNOxを浄化可能な触媒コンバータ22とが配設されている。また、触媒コンバータ22には触媒の温度を検出するための温度センサ18が設けられている。
【0024】
前記触媒コンバータ22は、図2に示すようにNOx浄化用触媒22aと酸化触媒22bとを排気ガス流れ方向における上流側と下流側に直列的に並べたものであり、両触媒22a,22bの間に温度センサ18が配設されている。
【0025】
触媒22a,22bはいずれも、軸方向に平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体の各貫通孔壁面に触媒層を形成したものである。NOx浄化用触媒22aの触媒層はゼオライトにPtを担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されていて、空燃比A/Fが理論空燃比よりもリーンのとき(例えばA/F≧18)で燃焼した排気ガスのNOxを還元浄化するNOx還元触媒としての機能を有するとともに、排気ガス中の還元剤たるHCを酸化させる酸化触媒機能を有し、理論空燃比付近では三元触媒としても働く。酸化触媒22bの触媒層は、アルミナ及びセリアにPtを担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されている。
【0026】
前記排気通路20のタービン21よりも上流側の部位からは、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流通路(以下EGR通路という)23が分岐し、このEGR通路23の下流端は吸気絞り弁14よりも下流側の吸気通路10に接続されている。EGR通路23の途中の下流端寄りには、開度調節可能な排気還流量調節弁(排気還流量調節手段:以下EGR弁という)24が配置されていて、排気通路20の排気ガスの一部をEGR弁24により流量調節しながら吸気通路10に還流させるようになっている。
【0027】
前記EGR弁24は、負圧応動式のものであって、その弁箱の負圧室に負圧通路27が接続されている。この負圧通路27は、負圧制御用の電磁弁28を介してバキュームポンプ(負圧源)29に接続されており、電磁弁28が後述のECU35からの制御信号(電流)によって負圧通路27を連通・遮断することによって、負圧室のEGR弁駆動負圧が調節され、それによって、EGR通路23の開度がリニアに調節されるようになっている。
【0028】
前記ターボ過給機25は、VGT(バリアブルジオメトリーターボ)であって、これにはダイヤフラム30が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁31によりダイヤフラム30に作用する負圧が調節されることで、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっている。
【0029】
前記各インジェクタ5、高圧供給ポンプ8、吸気絞り弁14、EGR弁24、ターボ過給機25等はコントロールユニット(Engine Contorol Unit:以下ECUという)35からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このECU35には、前記圧力センサ6aからの出力信号と、クランク角センサ9からの出力信号と、圧力センサ10aからの出力信号と、エアフローセンサ11からの出力信号と、O2センサ17からの出力信号と、温度センサ18からの出力信号と、EGR弁24のリフトセンサ26からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ32からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【0030】
そして、インジェクタ5による燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジン本体1の運転状態及び触媒22a,22bの状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ8の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量噴射圧の制御が行なわれ、これに加えて、吸気絞り弁14の作動による吸入空気量の制御と、EGR弁24の作動による排気還流量の制御と、ターボ過給機25の作動制御(VGT制御)とが行なわれるようになっている。
【0031】
(燃料噴射制御)
前記ECU35には、エンジン本体1の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Qbを記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納して備えられている。そして、アクセル開度センサ32からの出力信号に基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ9からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、前記燃料噴射量マップから主噴射量Qbが読み込まれ、この主噴射量Qbと圧力センサ6aにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ5の励磁時間(開弁時間)が決定されるようになっている。この主燃料噴射制御によって、エンジン本体1の目標トルクに対応する分量の燃料が供給され、エンジン本体1は燃焼室4における平均的空燃比がかなりリーンな状態(A/F≧18)で運転される。
【0032】
また、定常運転時(アクセル開度の変化が小さい時)には、触媒コンバータ22の触媒22aにNOxの還元浄化を促進するための還元剤成分を供給すべく、主噴射時期のリタード、並びに主噴射(主燃料噴射)後の膨張行程又は排気行程において燃料を少量噴射する後噴射がNOx触媒22aの温度に応じて適宜行なわれる。
【0033】
また、エンジンを始動してから停止するまでには上流側触媒22aの劣化等の異常を検査するモニタ(診断)が1回又は2回行なわれる。このモニタは定常運転時に行なわれ、前記後噴射によって上流側触媒22aに還元剤を多めに供給し、そのときの酸化触媒の温度変化をみることによって、還元剤を多めに供給し始めてから所定時間における、あるいは還元剤の増量の積算値が所定値以上となるまでの期間における、温度変化や温度変化速度等の温度上昇度合が所定値以上であれば、正常(劣化していない)、所定値未満であれば異常(劣化している)と判定する。
【0034】
本発明の特徴は非モニタ時の後噴射制御にあり、下流側触媒22bの温度に応じて後噴射時期及び後噴射間隔を制御するようにしている。
【0035】
以下、図3に示す制御フローに基づいて制御内容を具体的に説明する。尚、この制御は所定クランク角毎に実行される。
【0036】
まず、スタート後のステップS1において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、温度センサ出力等を読み込む。続くステップS2において主噴射量Qb及びその噴射時期Ibを設定する。主噴射量Qbはアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量マップから読み込む。燃料噴射量マップは、アクセル開度及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な噴射量Qbを記録したものであり、主噴射量Qbは、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転数が高いほど、多くなるように設定されている。主噴射時期Ibは圧縮行程上死点付近に設定され、例えばBTDC5°CA(クランク角度)を基準として、噴射量Qbが多いほど進角され、反対に噴射量Qbが少ないほど遅角される。また、エンジン水温に基づいて、該水温が低いときには主噴射時期Ibが所定量リタードされて暖機運転される。
【0037】
続くステップS3では上流側に配置された酸化触媒22aの温度Tcu及び下流側に配置されたNOx浄化用触媒22bの温度Tcdを両触媒間に配置された温度センサ18の出力に基づいて推定する。すなわち、この温度センサ18で検出される排気ガス温度を上流側触媒22aの温度Tcuと推定し、この排気ガス温度に所定の修正(例えば1以下の係数を与え、又は所定値を減算する修正)を加えたものを下流側触媒22bの温度Tcdと推定する。なお、下流側触媒22bの温度Tcdは該触媒22bよりも下流側に温度センサを配置して排気ガス温度を検出し、この排気ガス温度を下流側触媒22bの温度Tcdと推定してもよい。
【0038】
続くステップS4ではアクセル開度の変化に基づいてエンジンが所定の定常運転状態にある(アクセル開度の変化が所定値以下)か否かを判別する。加速運転時は燃料噴射量の増大によって空燃比が理論空燃比近傍の値になり、NOx浄化のための還元剤(HC)不足を生じないために後噴射を行なわないものであり、減速運転時及びアイドル運転時は燃料噴射量が絞られ、後噴射を実行することは相応しくないものである。
【0039】
定常運転状態であれば、ステップS5に進んで下流側触媒温度Tcdが所定温度Tcdo (下流側触媒22aが排気ガス中の還元剤たるHCを浄化する触媒活性を示すようになる温度であり、例えば150℃)よりも低い低温状態か否か、つまり下流側触媒22aが不活性状態か否かを判別する。触媒温度Tcdが低く下流側触媒22aが不活性状態にあれば、ステップS6に進んで低温時に後噴射をすべき気筒を決定する。
【0040】
これは、エンジンの複数の気筒に対して所定の順番で主噴射を例えば100回行なうまでにどの気筒に対してその主噴射に続けて後噴射を行なうかをエンジン運転状態に応じて決定するものである。主噴射100回行なわれた後は、そのときのエンジン運転状態に基づいてさらに次の主噴射100回の間に行なうべき後噴射気筒を決定することになる。ここでは、エンジン負荷が所定値未満(アクセル開度が所定値未満)の低負荷時は、0.2〜2秒に1回の間隔で後噴射が行なわれるように、例えば後噴射が主噴射25回に1回行なわれるように、つまり主噴射25回毎に行なわれるように後噴射気筒を決定する。エンジン負荷が所定値以上のときは、0.2秒よりも短い間隔で後噴射が行なわれるように、例えば、後噴射が毎回行なわれるように後噴射気筒を決定する。後噴射を毎回行なうとは各気筒に対する主噴射のたびに後噴射を行なうという意味であり、その場合は全ての気筒を後噴射すべき気筒として決定する。
【0041】
続くステップS7ではステップS6で決定された気筒に対する後噴射量Qp及び後噴射時期Ipを設定する。すなわち、後噴射量Qpは、後噴射を毎回行なうと仮定した場合の量に換算して1回の主噴射量Qbの0.3〜5%となるようにする。従って、後噴射量を毎回行なう場合には1回の後噴射量Qpは1回の主噴射量Qbの0.3〜5%になるが、例えば主噴射5回に1回の間隔で後噴射を行なう場合は1回の後噴射量Qpが1回の主噴射量Qbの1.5〜25%となる。エンジン低負荷時には主噴射量Qbが少なく、後噴射を毎回行なうとした場合には1回の後噴射量Qpが非常に少ないものになるが、上述の如くこの低負荷時には後噴射間隔が長く例えば主噴射25回毎に後噴射が行なわれるから、1回の後噴射量Qpは多くなり、後噴射制御が容易になる。
【0042】
後噴射時期Ipは、ATDC(圧縮行程上死点後のこと。以下、同じ。)の50゜CA以降240゜CA以前もしくは210゜CA以前とするものであり、これにより、上流側触媒22aで酸化されずにこれを吹き抜ける還元剤量を少なくするとともに、下流側触媒22bの温度上昇を図る。また、前記エンジン低負荷時にはATDC90゜〜240゜CA(好ましくは90゜〜150゜CA)として、前記還元剤の吹き抜け抑制及び下流側触媒22bの温度上昇を図る。
【0043】
そうして、主噴射時期Ibになると主噴射を実行し(ステップS8,S9)、その主噴射を行なった気筒について後噴射を行なうべきときは(ステップS10)、後噴射時期Ipになった時点で後噴射を実行する(ステップS11,S12)。
【0044】
一方、ステップS5で下流側触媒温度Tcdが所定温度Tcdo に達している、つまり下流側触媒22aが排気ガス中の還元剤たるHCを浄化する触媒活性を示す温度になっていると判別したときは、ステップS13に進んで後噴射をすべき気筒を決定し、さらにステップS14に進んで上流側触媒22aの温度Tcuに応じて後噴射量Qp及び後噴射時期Ipを設定してステップS8に進む。後噴射時期IpはATDC50゜CAよりも前に(進角側に)設定し、上流側触媒22aにおける還元剤の吹き抜けを許容する。ステップS13,S14の決定・設定内容については後述する。また、ステップS4で定常運転でないと判別されたときはステップS8に進む。
【0045】
前記後噴射制御中はEGRのフィードバック制御を行なう。すなわち、NOx発生量及び煤発生量の各々が所定値以下となる空燃比を目標として、エアフローセンサ11の出力に基づいてEGR弁24の作動を制御する。
【0046】
図4はエンジン回転数1500rpm、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、5回毎に(主噴射5回に1回の間隔で)後噴射を行なったとき、並びに25回毎に(主噴射25回に1回の間隔で)後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始10秒後の上流側触媒22aに流入する排気ガスのHC濃度(触媒前HC)及び該触媒22aから流出した排気ガスのHC濃度(触媒後HC)との関係を示す。図5は後噴射開始30秒後の同関係を示し、図6は後噴射開始90秒後の同関係を示す。なお、上流側触媒22aの入口での排気ガス温度は270℃程度である。
【0047】
図4乃至図6から、後噴射時期がATDC50゜CA未満になると、上流側触媒22aで浄化されることなくこれを通り抜ける吹き抜けHC量(還元剤量)が多くなることがわかる。従って、この場合は、後噴射時期をATDC50゜CA以降にすること、さらにはATDC70゜CA以降にすることがHC吹き抜け量を低減する上で有利であることがわかる。
【0048】
図7はエンジン回転数1500rpm、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、5回毎に後噴射を行なったとき、並びに25回毎に後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始10秒後、30秒後及び90秒後の上流側触媒22aのHC浄化率との関係を示す。
【0049】
図7から後噴射時期IpをATDC70゜〜210゜CA、特にATDC70゜〜150゜CAにすると上流側触媒22aでのHC浄化率が高くなることがわかる。なお、ATDC180゜CAにおいてHC浄化率が低くなっている。
【0050】
図8はエンジン回転数1500rpm、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、5回毎に後噴射を行なったとき、並びに25回毎に後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始10秒後の上流側触媒22aの入口温度及び出口温度との関係を示す。図9は後噴射開始30秒後の同関係を示し、図10は後噴射開始90秒後の同関係を示す。
【0051】
図8乃至図10から、後噴射時期IpをATDC50〜210゜CA、特にATDC70〜210゜CAに設定すると、毎回噴射、5回毎噴射、25回毎噴射のいずれにおいても、上流側触媒22を出る排気ガスの温度がかなり上昇すること、従って、下流側触媒22bの昇温に有利になることがわかる。特に25回毎に後噴射を行なうと、上流側触媒22aを出る排気ガスの温度上昇に有利であることがわかる。
【0052】
次に下流側触媒22bの温度Tcdが所定温度Tcdo 以上になった後の後噴射制御(ステップS13,S14)について説明する。
【0053】
ステップS13における後噴射気筒の決定は、主噴射量Qbに基づいてそれが多いときは毎回の後噴射となり、少ないときは5回毎又は25回毎の後噴射となるように行なう。ステップS14での後噴射量Qpは、上流側触媒Tcuの温度に基づき、NOx浄化率がピークになる温度よりも低いときは主噴射量の0.3〜5%の範囲の高い値とし、ピークとなる温度を越えて高くなった場合には、該温度Tcuが高くなるに従って後噴射量Qpが減少するように、そして、NOx浄化率が所定値以下になるまで温度Tcuが上昇したときは後噴射量Qpが零になるように設定する。後噴射時期Ipは、上述の如くATDC50゜CAよりも前に(進角側に)、すなわち、ATDC20゜CA以降で50゜CAよりも前に設定する。
【0054】
図11はエンジン回転数1500rpm、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、5回毎に行なったとき、並びに25回毎に後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始10秒後及び30秒後の上流側触媒22aに流入する排気ガスのNOx濃度との関係を示す。後噴射量の総量はいずれの場合も主噴射量の総量の4%程度になるようにした。
【0055】
後噴射時期を進角させると、毎回、5回毎及び25回毎のいずれの場合もNOx濃度が低くなっているが、25回毎では後噴射時期をATDC30゜CA又は45゜CA付近にするとNOx濃度の低下が顕著であり、NOxの低減に有効であることがわかる。
【0056】
図12はエンジン回転数2000rpm、Pe=0.57MPaの運転(EGRなし)において、毎回後噴射(後噴射量は主噴射量の5%)を行なった場合の後噴射時期とスモーク(煤)量との関係を示す。図14によれば、後噴射時期を進角させるとスモーク低減に有利であることがわかる。
【0057】
上記実施形態は上流側にNOx浄化用触媒、下流側に酸化触媒を配置した場合であるが、本発明は、排気通路20に酸化触媒を単独で配置した場合にも適用することができ、また、上流側に酸化触媒、下流側にNOxトラップ触媒を配置した場合にも適用することができる。NOxトラップ触媒はゼオライトにPt及びNOxトラップ材としてのBaを担持させてなる触媒粉をバインダによって担体に担持させることによって形成することができ、排気ガスの酸素濃度が高いとき(例えば理論空燃比よりもリーンな空燃比(例えばA/F≧18)で燃焼し酸素濃度4%以上になっているときの)該排気ガス中のNOxをBaによって吸収し、酸素濃度が低下して例えば酸素過剰率λ=1付近になると、吸収していたNOxを放出するとともに、そのNOxをHCの存在下にPtによって還元浄化する機能を有するものである。
【0058】
従って、下流側のNOxトラップ触媒がHC及びNOxを還元浄化する活性温度に達していないときは図3のフローのステップS6,S7の後噴射制御を行なうことにより、還元剤たるHCの吹き抜けを防止するとともに、NOxトラップ触媒の昇温を図り、排気ガス中の酸素濃度を低下させて(λ=1として)NOxを放出させるときに、NOxトラップ触媒で放出されるNOx及びHCが効率よく浄化されるようにすることができる。
【0059】
なお、上記実施形態は直噴式ディーゼルエンジンに関するが、本発明は直噴式のガソリンエンジンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図。
【図2】 触媒コンバータの構成を示す図。
【図3】 燃料噴射制御のフロー図。
【図4】 後噴射時期と、後噴射開始10秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのHC濃度及び該触媒から流出した排気ガスのHC濃度との関係を示すグラフ図。
【図5】 後噴射時期と、後噴射開始30秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのHC濃度及び該触媒から流出した排気ガスのHC濃度との関係を示すグラフ図。
【図6】 後噴射時期と、後噴射開始90秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのHC濃度及び該触媒から流出した排気ガスのHC濃度との関係を示すグラフ図。
【図7】 後噴射時期と、後噴射開始10秒後、30秒後及び90秒後の上流側触媒のHC浄化率との関係を示すグラフ図。
【図8】 後噴射時期と、後噴射開始10秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図9】 後噴射時期と、後噴射開始30秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図10】 後噴射時期と、後噴射開始90秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図11】 後噴射時期と、後噴射開始10秒後及び30秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのNOx濃度との関係を示すグラフ図。
【図12】 後噴射を毎回行なったときの後噴射時期とスモーク量との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
A 排気浄化装置
1 ディーゼルエンジン
2 気筒
4 燃焼室
5 インジェクタ(燃料噴射弁)
18 温度センサ
20 排気通路
22 触媒コンバータ
22a 上流側触媒
22b 下流側触媒
35 ECU(コントロールユニット)
Claims (4)
- エンジンの燃焼室内を臨み該燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃焼室から延びる排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する上流側触媒と、
前記噴射弁によって前記エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料が噴射された後の膨張行程又は排気行程の所定時期に該噴射弁から燃料を噴射する後噴射により排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する下流側触媒と、
前記下流側触媒が触媒活性を示す状態にあるか否かを判別するための、該下流側触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備え、
前記還元剤増量手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される前記下流側触媒の温度に基づき、その温度が、該下流側触媒が触媒活性を示す所定値よりも低いときは該所定値以上のときよりも前記後噴射時期が遅くなるようにすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記還元剤増量手段は、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期を圧縮行程上死点後の70゜CA以降にすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記還元剤増量手段は、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期を圧縮行程上死点後の50゜CA以降に設定し、0.2秒〜2秒に1回の間隔で後噴射を実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 - 請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置において、
エンジン負荷を検出する手段を備え、
前記還元剤増量手段は、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射を、前記エンジン負荷が前記所定値以上のときは、0.2秒よりも短い間隔で実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
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