JP6163837B2 - 排気ガス浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた排気ガス浄化システムに関するものである。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ：以下、ＬＮＴ触媒という）を用いた排気ガス浄化システムでは、主に燃料を由来とする排気ガス中の二酸化硫黄がＬＮＴ触媒に吸着し、ＮＯｘ浄化率が低下する。このようなＮＯｘ浄化率の低下を避けるため、定期的に排気ガスを酸素濃度の低いリッチ状態としてＬＮＴ触媒に吸着した二酸化硫黄を除去する脱硫処理（Ｓパージ処理）を実施する必要がある。

脱硫処理では、高い温度が必要になるため、排気ガス中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を備えた車両においては、ＤＰＦで捕集したＰＭを高温の排気ガスにより燃焼させ除去するＤＰＦ再生処理を行った後に、引き続き脱硫処理を行うのが一般的である。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１，２がある。

特開２０１１−１５７８９２号公報 特開２０１０−９０７１１号公報

しかしながら、上述の従来の排気ガス浄化システムでは、酸素の多いリーン状態でＤＰＦ再生を行った後に、吸入空気量を急激に減らしてリッチ状態として脱硫処理を行うため、吸入空気量の急激な減少に伴うエンジンのトルクの低下を招き、もたつき感などドライバビリティー悪化の要因となってしまうという問題があった。

より具体的には、図４に示すように、ＤＰＦ再生処理中は、通常のリーン運転であるから、吸気側に還流させる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）バルブはオープンループ制御となっており、吸入空気量と目標吸入空気量は乖離した状態となっている。なお、目標吸入空気量とは、吸入空気量を制御する際の目標値である。

脱硫処理では、排気ガスをリッチ状態、すなわち酸素不足状態にする必要があるため、目標吸入空気量を低下させ、目標吸入空気量と実際の吸入空気量が一致するように制御を行い、吸入空気量を減少させる処理を行う。そのため、実際の吸入空気量と目標吸入空気量が乖離した状態から，目標吸入空気量を目指して吸入空気量を減少させる制御が、脱硫処理の開始と共に瞬時に実施されることになる。その結果、脱硫処理の開始と同時に吸入空気量が急激に減少し、瞬間的にエンジンでの燃焼が悪化してトルクの低下を招いてしまう。

なお、通常運転時も、大小の程度差はあるものの、目標吸入空気量と実際の吸入空気量は乖離した状態となっている。そのため、ＤＰＦ再生処理を実施せずに、ＬＮＴ触媒を昇温させて脱硫処理を行うような場合においても、同様の問題が発生する。

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫処理時にエンジンのトルクが低下してしまうことを抑制可能な排気ガス浄化システムを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、エンジンの排気管に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、前記エンジンの吸入空気量を制御して排気ガスをリッチ状態とし、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫処理を行う脱硫処理制御部と、を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫処理制御部は、脱硫処理開始時に吸入空気量を緩やかに減少させるように構成される排気ガス浄化システムである。

前記脱硫処理制御部は、前記エンジンのエンジンパラメータを基に目標吸入空気量を求める目標吸入空気量演算部と、目標吸入空気量と実際の吸入空気量の誤差と、脱硫処理の開始からの経過時間と、に応じた変化率係数が設定された変化率係数マップと、前記目標吸入空気量演算部が求めた目標吸入空気量に、前記変化率係数マップを用いて求めた変化率係数を掛け合わせて、過渡目標吸入空気量を求める過渡目標吸入空気量演算部と、前記エンジンの吸入空気量が、前記過渡目標吸入空気量演算部が求めた過渡目標吸入空気量と一致するように、吸入空気量の制御を行う吸入空気量制御部と、を備えていてもよい。

前記変化率係数マップは、前記脱硫処理の開始時に、前記過渡目標吸入空気量が、前記エンジンの吸入空気量と一致するように変化率係数が設定されていてもよい。

本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫処理時にエンジンのトルクが低下してしまうことを抑制可能な排気ガス浄化システムを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る排気ガス浄化システムを示す概略構成図である。 本発明において、脱硫処理の開始時の制御フローを示すフロー図である。 図１の排気ガス浄化システムで脱硫処理を行った際の経過時間に対する吸入空気量と過渡目標吸入空気量の関係の一例を示すグラフ図である。 従来の排気ガス浄化システムで脱硫処理を行った際の経過時間に対する吸入空気量と目標吸入空気量の関係の一例を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る排気ガス浄化システムを示す概略構成図である。

図１に示すように、排気ガス浄化システム１は、エンジンＥの排気管２に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒という）３と、エンジンＥの吸入空気量を制御して排気ガスをリッチ状態とし、ＬＮＴ触媒３の脱硫処理（Ｓパージ処理）を行う脱硫処理制御部８と、を備えている。

ＬＮＴ触媒３の下流側の排気管２には、排気ガス中のＰＭを捕集するＤＰＦ４が設けられている。図示していないが、ＬＮＴ触媒３の上流側の排気管２に酸化触媒（ＤＯＣ）を備えるようにしてもよい。エンジンＥの吸気管５には、吸入空気量を測定するＭＡＦ（Ｍａｓｓ ＡｉｒＦｌｏｗ）センサ６が備えられている。

脱硫処理制御部８は、車両の電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）７に搭載される。本実施の形態では、脱硫処理制御部８は、ＤＰＦ再生処理後に、脱硫処理を実施するように構成されている。

脱硫処理制御部８は、エンジンＥのエンジンパラメータを基に目標吸入空気量を求める目標吸入空気量演算部９と、エンジンＥの吸入空気量が、目標吸入空気量演算部９が求めた目標吸入空気量と一致するように、吸入空気量の制御を行う吸入空気量制御部１０と、を備えている。これら目標吸入空気量演算部９と吸入空気量制御部１０は、従来より備えられているものである。吸入空気量制御部１０は、脱硫処理時に、実際の吸入空気量が目標吸入空気量と一致するようにフィードバック制御を行うよう構成されている。

さて、本実施の形態に係る排気ガス浄化システム１では、脱硫処理制御部８は、脱硫処理開始時に吸入空気量を緩やかに減少させるように構成される。

具体的には、脱硫処理制御部８は、目標吸入空気量と実際の吸入空気量の誤差と、脱硫処理の開始からの経過時間と、に応じた変化率係数が設定された変化率係数マップ１１と、目標吸入空気量演算部９が求めた目標吸入空気量に、変化率係数マップ１１を用いて求めた変化率係数を掛け合わせて、過渡目標吸入空気量を求める過渡目標吸入空気量演算部１２と、をさらに備え、脱硫処理開始時には、過渡目標吸入空気量を用いて吸入空気量を制御するように構成される。

本実施の形態では、脱硫処理開始時には、エンジンＥの吸入空気量が、過渡目標吸入空気量演算部１２が求めた過渡目標吸入空気量と一致するように、吸入空気量の制御を行うよう吸入空気量制御部１０を構成した。

つまり、排気ガス浄化システム１では、脱硫処理制御部８は、目標吸入空気量と実際の吸入空気量の乖離が大きいときに、実際の吸入空気量が急激に減少しないように、目標吸入空気量に変化率係数を掛け合わせた過渡目標吸入空気量を用いて、吸入空気量の制御を行うように構成されている。

変化率係数は、脱硫処理の開始からの時間の経過と共に過渡目標吸入空気量が緩やかに目標吸入空気量に近づくように、脱硫処理の開始からの経過時間が大きくなるにしたがって１に近づくように設定されている。

また、変化率係数は、目標吸入空気量と実際の吸入空気量の誤差、すなわち実際の吸入空気量から目標吸入空気量を減じた値が大きいほど、大きい値となるように設定されている。変化率係数は、１以上の値に設定される。

さらに、本実施の形態では、変化率係数マップ１１において、脱硫処理の開始時に、過渡目標吸入空気量が、エンジンＥの吸入空気量と一致するように変化率係数が設定されている。これにより、排気ガス浄化システム１では、脱硫処理の開始と同時に過渡目標吸入空気量が実際の吸入空気量と一致した状態となり、脱硫処理の開始と同時に吸入空気量が急激に減少することによるエンジンのトルクの低下を抑制できる。

過渡目標吸入空気量は、脱硫処理開始時に用いる暫定的な仮の目標吸入空気量であり、吸入空気量が減少された後では、従来通りの処理、すなわち実際の吸入空気量と目標吸入空気量とを一致させるように吸入空気量を制御する処理に切り替える必要がある。

本実施の形態では、変化率係数が１となったとき、すなわち過渡目標吸入空気量が目標吸入空気量と等しくなったときに、吸入空気量が十分に低減されたと判断し、従来通りの処理に切り替えることとした。

つまり、本実施の形態では、変化率係数が１に到達するまでの期間は、吸入空気量が過渡目標吸入空気量と一致するように制御を行い、変化率係数が１に到達した後は、吸入空気量が目標吸入空気量と一致するように制御を行うように吸入空気量制御部１０を構成した。脱硫処理を開始してから従来通りの処理に移行するまでの時間は、脱硫処理の開始時にどの程度目標吸入空気量と実際の吸入空気量とが乖離しているかにもよるが、例えば数秒程度である。

なお、本実施の形態では、変化率係数を監視して従来通りの処理への切り替えを行ったが、これに限らず、例えば、脱硫処理の開始からの経過時間が所定の時間となったときに、従来通りの処理への切り替えを行うよう構成することも可能である。

次に、図２を用いて、脱硫処理の開始時の制御フローを説明する。

図２に示すように、ＤＰＦ再生処理が終了し脱硫処理が開始されると、まず、ステップＳ１にて、目標吸入空気量演算部９が、ＥＣＵ７に入力されるエンジンパラメータを基に目標吸入空気量を求める。

その後、過渡目標吸入空気量演算部１２が、ステップＳ１で求めた目標吸入空気量とＭＡＦセンサ６により測定した実際の吸入空気量の誤差を求め（ステップＳ２）、ステップＳ２で求めた誤差と脱硫処理の開始からの経過時間とで変化率係数マップ１１を参照して変化率係数を求める（ステップＳ３）。

その後、過渡目標吸入空気量演算部１２が、ステップＳ１で求めた目標吸入空気量にステップＳ３で求めた変化率係数を掛け合わせて、過渡目標吸入空気量を求める（ステップＳ４）。

その後、吸入空気量制御部１０が、ＭＡＦセンサ６により測定する実際の吸入空気量がステップＳ４で求めた過渡目標吸入空気量に一致するように、吸入空気量をフィードバック制御する（ステップＳ５）。

ステップＳ６では、吸入空気量制御部１０が、変化率係数が１であるかを判断する。ステップＳ６でＮＯと判断された場合、ステップＳ１に戻り脱硫処理の開始時の制御を継続する。ステップＳ６でＹＥＳと判断された場合、脱硫処理の開始時の制御を終了し、実際の吸入空気量が目標吸入空気量に一致するように制御を行う従来通りの処理に移行する。

本実施の形態に係る排気ガス浄化システム１で脱硫処理を行った際の経過時間に対する吸入空気量と過渡目標吸入空気量の関係の一例を図３に示す。

図３に示すように、本実施の形態に係る排気ガス浄化システム１では、過渡目標吸入空気量は、脱硫処理の開始と同時に実際の吸入空気量と同じ値に設定され、その後、時間の経過と共に徐々に減少する。

実際の吸入空気量は、過渡目標吸入空気量と一致するように制御されるので、過渡目標吸入空気量の減少に伴って、時間の経過と共に徐々に減少する。その後、過渡目標吸入空気量が目標吸入空気量と一致する（変化率係数が１になる）と、従来通りの処理に切り替わることになる。

以上説明したように、本実施の形態に係る排気ガス浄化システム１では、脱硫処理制御部８を、脱硫処理開始時に吸入空気量を緩やかに減少させるように構成している。

脱硫処理時にエンジンＥのトルクが低下する主な原因は、エンジンＥの吸入空気量を短時間に急激に減少させることにあるので、本実施の形態のように吸入吸気量を緩やかに減少させる制御を行うことで、吸入空気量の急激な低下を抑制し、ＬＮＴ触媒３の脱硫処理時におけるエンジンＥのトルクの低下（トルク変動）を抑制することが可能になる。その結果、ＬＮＴ触媒３の脱硫処理時におけるドライバビリティーの悪化を抑制することができ、通常の走行状態と比較して違和感のない走行状態を維持しながら、確実な脱硫処理を行うことが可能になる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では、目標吸入空気量に変化率係数を掛け合わせることで過渡目標吸入空気量を求めたが、過渡目標吸入空気量を決定する方法はこれに限定されるものではない。

他の過渡目標吸入空気量を決定する方法としては、例えば、脱硫処理の開始時に実際の吸入空気量を過渡目標吸入空気量に設定した後、所定の割合で目標吸入空気量まで過渡目標吸入空気量を徐々に減少させる方法や、実際の吸入空気量と目標吸入空気量の中間の値に過渡目標吸入空気量を設定する方法など、種々の方法を用いることが可能である。

また、上記実施の形態では、ＤＰＦ４を備えた車両に適用する場合を説明したが、本発明は、ＤＰＦ４を備えていない車両にも当然に適用可能である。

１ 排気ガス浄化システム
２ 排気管
３ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）
４ ＤＰＦ
５ 吸気管
６ ＭＡＦセンサ
８ 脱硫処理制御部
９ 目標吸入空気量演算部
１０ 吸入空気量制御部
１１ 変化率係数マップ
１２ 過渡目標吸入空気量演算部
Ｅ エンジン

Claims (4)

1. エンジンの排気管に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、
   前記エンジンの吸入空気量を制御して排気ガスをリッチ状態とし、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫処理を行う脱硫処理制御部と、
   を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
   前記脱硫処理制御部は、脱硫処理開始時に吸入空気量を緩やかに減少させるように構成され、
   前記脱硫処理制御部は、
   前記エンジンのエンジンパラメータを基に目標吸入空気量を求める目標吸入空気量演算部と、
   目標吸入空気量と実際の吸入空気量の誤差と、脱硫処理の開始からの経過時間とに基づき変化率係数を求め、前記目標吸入空気量演算部が求めた目標吸入空気量に前記変化率係数を掛け合わせることで過渡目標吸入空気量を求める過渡目標吸入空気量演算部と、
   吸入空気量の制御を行う吸入空気量制御部と、を備え、
   前記変化率係数は、過渡目標吸入空気量が目標吸入空気量に等しくなるような所定値以上の値に設定され、脱硫処理の開始からの経過時間が大きくなるにしたがって前記所定値に近づくように設定され、
   前記吸入空気量制御部は、脱硫処理の開始から変化率係数が前記所定値に到達するまでの期間は、吸入空気量が過渡目標吸入空気量と一致するように制御を行い、変化率係数が前記所定値に到達した後は、吸入空気量が目標吸入空気量と一致するように制御を行う
   ことを特徴とする排気ガス浄化システム。
2. 前記変化率係数は、
   目標吸入空気量と実際の吸入空気量の誤差が大きいほど大きい値となるように設定される、
   請求項１記載の排気ガス浄化システム。
3. 前記脱硫処理制御部は、
   目標吸入空気量と実際の吸入空気量の誤差と、脱硫処理の開始からの経過時間と、に応じた変化率係数が設定された変化率係数マップを備える、
   請求項１または２記載の排気ガス浄化システム。
4. 前記変化率係数マップは、前記脱硫処理の開始時に、前記過渡目標吸入空気量が、前記エンジンの吸入空気量と一致するように変化率係数が設定されている
   請求項３記載の排気ガス浄化システム。

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