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発明の名称 内燃機関の排気浄化システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−16692(P2007−16692A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−199130(P2005−199130)
出願日 平成17年7月7日(2005.7.7)
代理人 【識別番号】100100549
【弁理士】
【氏名又は名称】川口 嘉之
発明者 大羽 孝宏
要約 課題
内燃機関の排気浄化システムにおいて、再生制御の実行時における触媒の温度をより安定させることを課題とする。

解決手段
排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えた排気浄化システムにおいて、再生制御の実行時であって触媒に還元剤を供給しているときの触媒の温度の変化幅が所定値以上のときは、機関排出排気の温度をより高くする。
特許請求の範囲
【請求項1】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
該排気浄化装置より上流側の前記排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記内燃機関から排出される排気の温度を昇温させると共に前記触媒に還元剤を供給することで前記排気浄化装置を昇温させ、それによって該排気浄化装置の排気浄化能力を再生させる再生制御を実行する再生制御実行手段と、を備え、
前記再生制御の実行時であって前記触媒に還元剤を供給しているときの前記触媒の温度の変化幅が所定値以上のときは、前記内燃機関から排出される排気の温度をより高くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項2】
前記触媒の劣化度合いを推定する劣化度合い推定手段をさらに備え、
該劣化度合い推定手段が、前記触媒の温度の変化幅が前記所定値より小さくなるまで前記内燃機関から排出される排気の温度をより高くしたときの該排気の温度上昇量に基づいて前記触媒の劣化度合いを推定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化システム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【0002】
内燃機関の排気浄化システムにおいては、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えたものがある。ここで、排気浄化装置としては、パティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタと称する)や吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒と称する)を例示することができる。フィルタは排気中の粒子状物質(以下、PMと称する)を捕集する。また、NOx触媒は、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときにNOxを吸蔵し還元雰囲気のときに吸蔵していたNOxを還元する。
【0003】
このような内燃機関の排気浄化システムでは、排気浄化装置の排気浄化能力を再生させるべく再生制御が行われている。この再生制御では排気浄化装置を昇温させる。このときの昇温方法としては、排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒に還元剤を供給する方法が知られている。このような方法によれば、触媒において還元剤が酸化することで発生する酸化熱によって、触媒から流出する排気(以下、流出排気と称する)の温度が上昇する。この流出排気の昇温に伴って排気浄化装置が昇温する。
【0004】
また、特許文献1には、再生制御として、内燃機関においてパイロット噴射及び主燃料噴射の実行時期を圧縮行程上死点後に遅角することで、内燃機関から排出される排気(以下、機関排出排気と称する)を昇温させ、その後、吸入空気量を減少させることにより排気中の未燃燃料を増加させることで触媒に燃料(即ち、還元剤)を供給する技術が開示されている。
【0005】
また、特許文献2には、排気浄化装置を昇温させる場合に、該排気浄化装置より下流側に設けられた排気絞り弁を閉弁する技術が開示されている。
【特許文献1】特開2001−227381号公報
【特許文献2】特開平7−97918号公報
【特許文献3】特開2003−83029号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
再生制御において、排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒に還元剤を供給する場合、還元剤の供給量を増加することで排気浄化装置の温度を上昇させることが出来る。しかしながら、還元剤の供給量が触媒において安定して酸化可能な量より多くなると、還元剤が局所的に酸化される場合がある。これにより触媒の温度が不安定となり、該温度のハンチングの変化幅がより大きくなる虞がある。このとき、触媒の温度の変化幅が過剰に大きくなると、排気浄化装置に流入する排気の温度の変化幅も大きくなるため排気浄化装置の過昇温を招く虞がある。
【0007】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気浄化システムにおいて、再生制御の実行時における触媒の温度をより安定させることが可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、排気浄化装置と、該排気浄化装置より上流側に設けられた酸化機能を有する触媒と、を備えた排気浄化システムにおいて、再生制御の実行時であって触媒に還元剤を供給しているときの触媒の温度の変化幅が所定値以上のときは、機関排出排気の温度をより高くするものである。
【0009】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
該排気浄化装置より上流側の前記排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記内燃機関から排出される排気の温度を昇温させると共に前記触媒に還元剤を供給することで前記排気浄化装置を昇温させ、それによって該排気浄化装置の排気浄化能力を再生させる再生制御を実行する再生制御実行手段と、を備え、
前記再生制御の実行時であって前記触媒に還元剤を供給しているときの前記触媒の温度の変化幅が所定値以上のときは、前記内燃機関から排出される排気の温度をより高くすることを特徴とする。
【0010】
本発明に係る再生制御では、機関排出排気を昇温させることによって触媒の温度を上昇させる。さらに、昇温された触媒に還元剤を供給し、この還元剤が触媒で酸化されることで発生する酸化熱によって、流出排気、即ち、排気浄化装置に流入する排気を昇温させる。これによって、排気浄化装置の温度を排気浄化能力の再生が可能となる温度に制御する。
【0011】
そして、本発明では、触媒に還元剤を供給しているときの該触媒の温度の変化幅が所定値以上のときは、機関排出排気の温度をさらに上昇させる。
【0012】
ここで、触媒の温度の変化幅とは、該触媒の温度がハンチングしているときの上限温度と下限温度との差のことである。また、所定値とは、触媒の温度の変化幅が該所定値以上となると、排気浄化装置に流入する排気の温度の変化幅が大きくなることで排気浄化装置の過昇温を招く虞があると判断出来る閾値となる値より小さい値である。
【0013】
触媒において安定して酸化可能な還元剤の量は、還元剤が供給されるときの触媒の温度によって変化する。即ち、触媒の温度が高いほどより多くの還元剤を安定して酸化することが可能となる。
【0014】
そのため、上記のように、触媒の温度の変化幅が所定値以上となった場合は機関排出排気の温度をさらに上昇させることによって触媒の温度をより高くする。これによって、触媒においてより多くの還元剤を安定して酸化することが可能となる。その結果、還元剤が供給されているときの触媒の温度の変化幅を減少させることが出来る。
【0015】
つまり、本発明によれば、再生制御の実行時における触媒の温度をより安定させることが可能となる。これにより、排気浄化装置の過昇温を抑制することが出来る。
【0016】
本発明において、触媒の劣化度合いを推定する劣化度合い推定手段をさらに備えた場合、該劣化度合い推定手段は、触媒の温度の変化幅が前記所定値より小さくなるまで機関排出排気の温度をより高くしたときの該機関排出排気の温度上昇量に基づいて触媒の劣化度合いを推定しても良い。
【0017】
上記のように、機関排出排気の温度を上昇させることによって触媒の温度を上昇させることが出来る。しかしながら、触媒の温度が同様であっても、該触媒の劣化度合いによっ
て該触媒において安定して酸化することが可能な還元剤の量は変化する。つまり、触媒の温度が同様であっても、該触媒の劣化度合いが大きいほど安定して酸化することが可能な還元剤の量は少なくなる。
【0018】
そのため、触媒に還元剤を供給しているときの該触媒の温度の変化幅を所定値よりも小さくすべく機関排出排気の温度を上昇させる場合、触媒の劣化度合いが大きいほど機関排出排気の温度をより高くする必要がある。
【0019】
従って、上記のように、触媒の温度の変化幅が所定値より小さくなるまで機関排出排気の温度をより高くしたときの該機関排出排気の温度上昇量に基づいて触媒の劣化度合いを推定することが出来る。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、内燃機関の排気浄化システムにおいて、再生制御の実行時における触媒の温度をより安定させることが出来る。これにより、排気浄化装置の過昇温を抑制することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【実施例1】
【0022】
<内燃機関の吸排気系の概略構成>
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。図1は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
【0023】
内燃機関1は車両駆動用のディーゼル機関である。この内燃機関1には、吸気通路3および排気通路2が接続されている。吸気通路3にはエアフロメータ7が設けられている。
【0024】
一方、排気通路2には、排気中のPMを捕集するパティキュレートフィルタ4(以下、単にフィルタ4と称する)が設けられている。また、フィルタ4より上流側の排気通路2に酸化触媒5が設けられている。尚、酸化触媒5は酸化機能を有した触媒であれば良く、例えば、NOx触媒であっても良い。
【0025】
さらに、酸化触媒5より上流側の排気通路2には排気中に燃料を添加する燃料添加弁6が設けられている。フィルタ4より下流側の排気通路2には排気絞り弁9が設けられている。
【0026】
また、排気通路2には、フィルタ4の前後における排気通路2内の圧力差に対応した電気信号を出力する差圧センサ11が設けられている。排気通路2における酸化触媒5より上流側、および、排気通路2における酸化触媒5より下流側且つフィルタ4より上流側には、排気の温度に対応した電気信号を出力する上流側温度センサ12および下流側温度センサ13がそれぞれ設けられている。
【0027】
以上述べたように構成された内燃機関1には、この内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU)10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
【0028】
ECU10には、エアフロメータ7および差圧センサ11、上流側温度センサ12、下流側温度センサ13、さらに、内燃機関1のクランクシャフトの回転角に対応した電気信
号を出力するクランクポジションセンサ14、および、内燃機関1を搭載した車両のアクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ15が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がECU10に入力される。
【0029】
ECU10は、クランクポジションセンサ14の検出値に基づいて内燃機関1の回転数(以下、単に機関回転数と称する)を算出し、アクセル開度センサ15の検出値に基づいて内燃機関1の負荷を算出する。また、ECU10は、下流側温度センサ13の検出値に基づいて酸化触媒5の温度を推定する。さらに、ECU10は、差圧センサ11の検出値に基づいてフィルタ4におけるPM捕集量を推定する。
【0030】
また、ECU10には、燃料添加弁6や排気絞り弁9、内燃機関1の燃料噴射弁が電気的に接続されている。ECU10によってこれらが制御される。
【0031】
<フィルタ再生制御>
本実施例においては、フィルタ4におけるPM捕集量が第一所定量以上となった場合、PMを酸化・除去すべくフィルタ再生制御が開始される。ここで、第一所定量とは、内燃機関1の運転状態への影響が過剰に大きくなる捕集量よりも少ない量であり、また、PMが酸化したときにフィルタ4が過昇温する虞がある捕集量よりも少ない量である。この第一所定量は実験等によって予め定められている。
【0032】
本実施例に係るフィルタ再生制御では、排気昇温制御を実行することで機関排出排気を昇温させ、それによって酸化触媒5の温度を活性温度にまで上昇させる。本実施例に係る排気昇温制御は、内燃機関1において主燃料噴射より後の時期に副燃料噴射を実行すると共に排気絞り弁9を閉弁方向に制御することで行われる。
【0033】
フィルタ再生制御における副燃料噴射は、噴射された燃料が燃焼に供されるタイミングで実行される。この場合、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することで機関排出排気の温度が上昇する。また、排気絞り弁9を閉弁方向に制御した場合、内燃機関1の負荷が増加するため機関排出排気の温度が上昇する。
【0034】
さらに、フィルタ再生制御においては、燃料添加弁6から燃料を添加することで、活性状態にある酸化触媒5に還元剤を供給する。このとき、酸化触媒5において燃料が酸化することで発生する酸化熱によってフィルタ4が目標温度にまで昇温される。これによって、PMが酸化・除去される。尚、ここでの目標温度は、PMを酸化することが可能な温度であって且つフィルタ4の過昇温を抑制することが可能な温度である。この目標温度は、実験等によって予め定められている。
【0035】
そして、フィルタ再生制御の実行開始後、フィルタ4におけるPM捕集量が第二所定量以下にまで減少すると、該フィルタ再生制御の実行が停止される。ここで、第二所定量とは、第一所定量より少ない量であって、PM捕集量が再度第一所定量となるまでにはある程度時間がかかると判断出来る閾値となる量である。この第二所定量も実験等によって予め定められた量である。
【0036】
<酸化触媒の温度のハンチング>
上記のようなフィルタ再生制御においては、フィルタ4の温度を目標温度Ttとすべく機関排出排気の温度および燃料添加弁6からの燃料添加量が制御される。ここで、酸化触媒5の温度と燃料添加弁6からの燃料添加量との関係について図2に基づいて説明する。図2において、縦軸は温度を表し、横軸は時間を表している。
【0037】
図2において、実線は燃料添加弁6からの燃料添加量が比較的少ない場合の酸化触媒5
の温度を示しており、破線は燃料添加弁6からの燃料添加量が比較的多い場合の酸化触媒5の温度を示している。また、一点鎖線は目標温度Ttを示している。
【0038】
フィルタ再生制御において、燃料添加弁6から燃料が添加される場合、燃料添加量が酸化触媒5において安定して酸化可能な量より多くなると、燃料が局所的に酸化される場合がある。このような場合、図2における破線で示すように、酸化触媒5の温度のハンチングの変化幅ΔTc(以下、温度変化幅ΔTcと称する)が、燃料添加量がより少ない場合に比べてより大きくなる虞がある。この温度変化幅ΔTcが過剰に大きくなると、流出排気の温度の変化幅も大きくなるためフィルタ4の過昇温を招く虞がある。
【0039】
そこで、本実施例においては、フィルタ再生制御の実行時であって燃料添加弁6から燃料を添加しているときに温度変化幅ΔTcを算出する。そして、この温度変化幅ΔTcが所定値ΔT0以上となったときは、該温度変化幅ΔTcを所定値ΔT0より小さくすべく機関排出排気の温度をより高くする。
【0040】
ここで、所定値ΔT0とは、温度変化幅ΔTcが該所定値ΔT0以上となると、流出排気の温度の変化幅が大きくなることでフィルタ4の過昇温を招く虞があると判断出来る閾値となる値より小さい値である。この所定値ΔT0は実験等によって予め定められた値である。
【0041】
機関排出排気の温度をより高くすることで酸化触媒5の温度をさらに上昇させることが出来る。これにより、酸化触媒5においてより多くの燃料を安定して酸化させることが可能となる。その結果、温度変化幅ΔTcを減少させることが出来る。
【0042】
<フィルタ再生制御の制御ルーチン>
次に、本実施例に係るフィルタ再生制御の制御ルーチンについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、規定間隔毎に実行されるルーチンである。
【0043】
本ルーチンでは、ECU10は、先ずS101において、フィルタ4におけるPM捕集量Qpmが第一所定量Q1以上であるか否かを判別する。このS101において、肯定判定された場合、ECU10はS102に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0044】
S102において、ECU10は、上述したフィルタ再生制御を実行する。即ち、排気昇温制御を実行すると共に、燃料添加弁6から燃料を添加することで活性状態にある酸化触媒5に燃料を供給する。このとき、内燃機関1の吸入空気量、および、機関排出排気の温度と目標温度Ttとの差に基づいて、燃料添加量を決定しても良い。
【0045】
次に、ECU10は、S103に進み、酸化触媒5の温度変化幅ΔTcを算出する。この温度変化幅ΔTcを算出する場合、ECU10は、先ず、酸化触媒5の温度Tcの微分値dTc/dtが0となったときの酸化触媒5の温度Tc1を記憶する。次に、ECU10は、酸化触媒5の温度Tcの微分値dTc/dtが、0より大きくなった後または0より小さくなった後、再度0となったときの酸化触媒5の温度Tc2を記憶する。このように検出されたTc1およびTc2が、酸化触媒5の温度がハンチングしているときの上限温度と下限温度となる。そして、このTc1からTc2を減算した値の絶対値を温度変化幅ΔTcとして算出する。尚、以上のような計算を複数回繰り返し、その平均値を温度変化幅ΔTcとしても良い。
【0046】
次に、ECU10は、S104に進み、温度変化幅ΔTcが所定値ΔT0以上であるか
否かを判別する。このS104において、肯定判定された場合、ECU10はS107に進み、否定判定された場合、ECU10はS105に進む。
【0047】
S105に進んだECU10は、フィルタ4におけるPM捕集量が第二所定量Q2以下にまで減少したか否かを判別する。このS105において肯定判定された場合、ECU10はS106に進み、否定判定された場合、ECU10はS102に戻る。
【0048】
S106において、ECU10は、フィルタ再生制御の実行を停止する。即ち、排気昇温制御および燃料添加弁6からの燃料添加を停止する。その後、ECU10は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0049】
S107に進んだECU10は、機関排出排気をさらに昇温させる。この方法としては、副燃料噴射時期を遅角させる方法や、副燃料噴射量を増量する方法、排気絞り弁9の開度をより小さくする方法等を例示することが出来る。
【0050】
次に、ECU10は、S108に進み、要求されている機関回転数Ne(以下、要求機関回転数Netと称する)より機関回転数Neが高いか否かを判別する。S108において、肯定判定された場合、ECU10は、S107における制御により機関回転数Neが要求機関回転数Netより高くなったと判断し、ECU10はS109に進む。一方、S108において、否定判定された場合、ECU10はS104に戻る。
【0051】
S109に進んだECU10は、機関回転数を低下させるべく内燃機関1における主燃料噴射量Qfmを減少させる。その後、ECU10はS108に戻る。
【0052】
以上説明した制御ルーチンによれば、フィルタ再生制御の実行中であって燃料添加弁9から燃料が添加されているときに、酸化触媒5の温度変化幅ΔTcが所定量ΔT0以上となった場合、該温度変化幅ΔTcが所定量ΔT0より小さくなるまで機関排出排気が昇温される。
【0053】
従って、本実施例によれば、フィルタ再生制御の実行時における酸化触媒5の温度をより安定させることが可能となる。これにより、フィルタ4の過昇温を抑制することが出来る。
【0054】
また、本実施例においては、酸化触媒5の温度変化幅ΔTcを所定量ΔT0より小さくすべく機関排出排気の温度を昇温させた場合、そのときの機関排出排気の温度上昇量に基づいて酸化触媒5の劣化度合いを推定しても良い。
【0055】
この場合、機関排出排気の温度上昇量が大きいほど酸化触媒5の劣化度合いが大きいと判断出来る。推定された劣化度合いに基づいて、次回のフィルタ再生制御実行時の副燃料噴射量や副燃料噴射時期、燃料添加量等を制御することで、より効率的にPMを酸化・除去することが可能となる。
【0056】
尚、本実施例においては、フィルタ4の代わりにNOx触媒を設けても良い。この場合、NOx触媒に吸蔵されたSOxを還元するSOx被毒回復制御が実行される。
【0057】
このSOx被毒回復制御においても、フィルタ再生制御と同様、NOx触媒を昇温させるべく、排気昇温制御によって酸化触媒5を活性温度にまで昇温させると共に燃料添加弁6から燃料を添加する。そして、燃料添加弁6から燃料を添加するときに、上記と同様に機関排出排気の温度を制御する。これにより、SOx被毒回復制御の実行時における酸化触媒5の温度をより安定させることが可能となる。
【0058】
また、本実施例においては、燃料添加弁6から燃料を添加することで酸化触媒5に燃料を供給したが、内燃機関1において、排気昇温制御における副燃料噴射とは別に、噴射された燃料が燃焼に供されないようなタイミングで副燃料噴射を実行することで酸化触媒5に燃料を供給しても良い。
【図面の簡単な説明】
【0059】
【図1】実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。
【図2】酸化触媒の温度と燃料添加弁からの燃料添加量との関係を示す図。
【図3】フィルタ再生制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【0060】
1・・・内燃機関
2・・・排気通路
4・・・パティキュレートフィルタ
5・・・酸化触媒
6・・・燃料添加弁
7・・・エアフロメータ
9・・・排気絞り弁
10・・ECU
11・・差圧センサ
12・・上流側温度センサ
13・・下流側温度センサ
14・・クランクポジションセンサ
15・・アクセル開度センサ




 

 


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