JP4491932B2

JP4491932B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP4491932B2
Application number: JP2000237958A
Authority: JP
Inventors: 一司片岡; 寛林原; 友巳渡辺
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: DE60106350T2; JP2002047974A; DE60106350D1; EP1179667A3; EP1179667B1; EP1179667A2

Description

【０００１】
【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】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンから排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）はそのエンジンの排気通路に配置された触媒によって還元浄化されている。この触媒は、図２に示すように温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が上昇して特定の温度で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度よりも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していくのが通常である。また、この種の触媒では、排気ガス中の還元剤量を増大させるとＮＯｘの還元浄化が効率良く進むことが知られている。しかし、触媒が上記特定温度（ＮＯｘ浄化率が最大になる温度）よりも高温側にあるときに多量の還元剤を供給すると、その還元剤の酸化反応熱によって触媒温度が大きく上昇し、かえってＮＯｘ浄化能が低下することがある。
【０００３】
これに対して、特開平９−３１７５２４号公報には、圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射供給する主噴射後に燃料を燃焼室に少量噴射供給する後噴射によってＮＯｘ浄化触媒に還元剤を供給すること、このＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す温度よりも低温であるときは後噴射量を多くし、高温であるときは後噴射量を少なくすることが記載されている。すなわち、ＮＯｘ浄化触媒がどのような温度ゾーンにあるかによって後噴射量を異なるものにし、後噴射によるＮＯｘ浄化触媒の過昇温を防止するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
後噴射による還元剤の供給量を制御してＮＯｘ浄化触媒の昇温を抑制することはＮＯｘ浄化に有利になるが、実際に還元剤供給量をどの程度にすれば良いかは難しい問題である。すなわち、ＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す温度よりも高い温度ゾーンにあるとき、還元剤供給量を少な目にすると、触媒の過昇温は抑制されるものの、還元剤の供給によるＮＯｘ浄化率の向上を充分に図ることができず、還元剤供給量を多めにするとその直後のＮＯｘ浄化率は高くなるものの、触媒温度が急激に高くなってＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
【０００５】
本発明はかかる問題を解決するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、後噴射等によって還元剤を増量したときのＮＯｘ浄化触媒の昇温速度がその還元剤の増量度合に応じて異なり、また、この還元剤の増量度合に応じて当該触媒のＮＯｘ浄化能の温度依存性が異なる点に着目し、それらの観点から還元剤を増量したときのＮＯｘ浄化能の変化を予測し、その予測に基づいて最適な還元剤増量度合を決めるようにしたものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、エンジンの排気通路に配置された排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒であって、温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が上昇して特定の温度で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度よりも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していくＮＯｘ浄化触媒と、
上記ＮＯｘ浄化触媒に供給される排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記特定温度以上のときに、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量したときの当該触媒のＮＯｘ浄化能に関連する値の変化を予測する変化予測手段と、
上記予測されるＮＯｘ浄化能関連値の変化に基づいて、上記還元剤増量手段による還元剤の増量度合を決定する増量度合決定手段とを備え、
上記変化予測手段は、当該還元剤増量から所定時間を経過するまでに変化する上記ＮＯｘ浄化能関連値の変化量を複数の異なる還元剤増量度合について予測し、
上記増量度合決定手段は、上記複数の異なる還元剤増量度合の各々について、上記ＮＯｘ浄化能関連値の予測変化量に基づいて上記所定時間における当該触媒によるＮＯｘ浄化効率を求め、この複数の異なる還元剤増量度合のうちからＮＯｘ浄化効率が大きくなるものを選択して還元剤増量度合として決定することを特徴とする。
【０００８】
この発明の場合、還元剤を増量したときのＮＯｘ浄化能関連値の変化を予測する手段を備えているから、その還元剤増量を所定時間続けたときのＮＯｘ浄化効率或いは該所定時間を経過した時点での当該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能がわかり、この所定時間のＮＯｘ浄化効率ないしは所定時間経過時のＮＯｘ浄化能に応じて最適な還元剤増量度合を設定することができる。
【０００９】
また、複数の異なる還元剤増量度合の各々について、上記ＮＯｘ浄化能関連値の予測変化量に基づいて上記所定時間における当該触媒によるＮＯｘ浄化効率を求め、この複数の異なる還元剤増量度合のうちからＮＯｘ浄化効率が大きくなるもの、例えば最大か又は最大に近くなるものを選択することができるようにしたから、還元剤増量度合をＮＯｘ浄化効率ができるだけ高くなるように設定することが容易になる。
【００１０】
上記ＮＯｘ浄化能関連値としては上記ＮＯｘ浄化触媒の温度を採用すること当該触媒のＮＯｘ浄化能を精度良く予測する上で好ましい。
【００１１】
また、上記ＮＯｘ浄化能関連値としては上記ＮＯｘ浄化触媒の温度を採用する場合、
上記変化予測手段は、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量したときの上記ＮＯｘ浄化触媒の昇温速度が還元剤増量度合によってどのように異なるかを表す電子的に格納された昇温速度データを備え、該昇温速度データに基づいて、複数の異なる還元剤増量度合の各々について上記所定時間に上昇する上記ＮＯｘ浄化触媒の温度を予測するものとし、
上記増量度合決定手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に応じて変化するＮＯｘ浄化能特性が上記還元剤増量度合によってどのように異なるかを表す電子的に格納された浄化能データと、該浄化能データに基づいて上記複数の異なる還元剤増量度合の各々について上記予測される温度上昇を生ずるときの上記所定時間のＮＯｘ浄化効率を求める浄化効率演算手段と、上記複数の異なる還元剤増量度合のうちから上記浄化効率演算手段によって求められたＮＯｘ浄化効率が大きくなるもの、例えば最大か最大に近くなるものを実行すべき還元剤増量度合として選択する選択手段とを備えているものとすればよい。
【００１２】
前記還元剤増量手段としては、例えば、燃料をエンジン本体の気筒内燃焼室に直接噴射する燃料噴射弁を設けているときは、要求出力を得るための燃料を噴射する主噴射の後に膨張行程又は排気行程において燃料を噴射する後噴射を行なうことにより、排気ガス中の還元剤としてのＨＣを増量するというものを採用することができる。
【００１３】
或いは、要求出力を得るための燃料を圧縮行程上死点付近で噴射休止間隔（前の噴射終了から次の噴射開始までの時間）を５０〜１０００μｓ程度として複数回に分割して噴射する分割噴射をする場合には、その分割回数が増えるように、あるいは噴射休止間隔が長くなるように噴射形態を変更することによって排気ガス中のＨＣ量を増大させるという還元剤増量手段を採用することもできる。
【００１４】
或いは、要求出力を得るための燃料を噴射する時期を例えば１０゜ＣＡ〜２０゜ＣＡ程度リタードさせることにより、排気ガス中のＨＣ量を増大させるという還元剤増量手段を採用することができる。その場合、主噴射前のパイロット噴射を実行するようにしてもよい。このパイロット噴射は、要求出力を得るための燃料噴射量の１／２０〜１／１０程度の燃料を主噴射の直前に、具体的には圧縮行程上死点前に噴射するというものであり、これにより、ピストンの上昇による燃焼室内の圧力上昇によって主噴射の前に燃焼室内に火種が形成されるとともに燃焼室内の温度が相当に高くなる（予混合燃焼）。このため、主噴射時期を例えば圧縮行程上死点後になるように遅らせても、主噴射燃料の着火を損なうことなく、良好な拡散燃焼を生起せしめることができる。また、ガソリンエンジンにおいては、点火時期をリタードさせることによって排気ガス中のＨＣ量を増大させる還元剤増量手段を採用することができる。
【００１５】
さらには上述の如き燃料噴射形態の変更ではなく、排気通路の上流側触媒よりも上流部位にＨＣ、例えば軽油を供給することによって還元剤量を増大させるというものを採用することもできる。
【００１６】
【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、温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が上昇して特定の温度で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度よりも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していくＮＯｘ浄化触媒を配置し、このＮＯｘ浄化触媒の温度が上記特定温度以上のときに、還元剤増量手段による還元剤増量から所定時間を経過するまでに変化する上記ＮＯｘ浄化能関連値の変化量を複数の異なる還元剤増量度合について予測し、この複数の異なる還元剤増量度合の各々について、上記ＮＯｘ浄化能関連値の予測変化量に基づいて上記所定時間における当該触媒によるＮＯｘ浄化効率を求め、この複数の異なる還元剤増量度合のうちからＮＯｘ浄化効率が大きくなるものを選択して還元剤の増量度合を決定するようにしたから、触媒温度の上昇によるＮＯｘ浄化能の低下を見越して、還元剤増量度合をＮＯｘ浄化効率ができるだけ高くなるように設定することが容易になる。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
上記各インジェクタ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。
【００２０】
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。上記吸気通路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（吸入空気量調節手段）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、上記吸気絞り弁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。
【００２１】
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リニア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ＮＯｘ浄化触媒２２とが配設されている。このＮＯｘ浄化触媒２２にはその温度を検出するための温度センサ１８が付設されている。
【００２２】
前記ＮＯｘ浄化触媒２２は、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てなるものであり、その触媒層はゼオライトにＰｔ等の貴金属（触媒金属）をスプレードライ法によって乾固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。
【００２３】
図２はこのＮＯｘ浄化触媒２２によるＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率に関する温度特性を概略的に示すものである。すなわち、ＮＯｘ浄化率に関しては、触媒温度の上昇に伴って上昇し、特定温度（２５０〜３００℃付近）で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度よりも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していく。ＨＣ浄化率に関しては、触媒温度の上昇に伴って上昇し、約３００℃以降は略一定のＨＣ浄化率（１００％に近い浄化率）になる。
【００２４】
上記排気通路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（吸入空気量調節手段：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。
【００２５】
上記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。
【００２６】
上記ターボ過給機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。
【００２７】
上記各インジェクタ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、上記圧力センサ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、エンジン水温を検出するセンサ（図示省略）からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００２８】
そして、インジェクタ５による燃料噴射量（燃料供給量）及び燃料噴射時期（着火時期）がエンジン本体１の運転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、ＥＧＲ弁２４の作動による排気還流量（吸入空気量）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。
【００２９】
（燃料噴射制御）
上記ＥＣＵ３５には、アクセル開度（エンジン負荷）とエンジン回転数の変化に対して目標トルクの最適値を実験的に決定して記録した目標トルクマップ、並びにこの目標トルク、吸入空気量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。通常は、アクセル開度センサ３２からの出力信号によるアクセル開度とクランク角センサ９からの出力信号によるエンジン回転数とに基づいて目標トルクを求め、この目標トルクとエンジン回転数とエアフローセンサ１１からの出力信号による吸入空気量とに基づいて燃料噴射量Ｑｂを求め、燃料噴射量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。前記のようにして求めた燃料噴射量をエンジン水温や大気圧等に応じて補正した上で、この補正後の燃料噴射量を燃料噴射量Ｑｂとしてもよい。
【００３０】
上記のような基本的な燃料噴射制御、すなわち主噴射制御によって、エンジン１の目標トルク（エンジン１への要求出力）に対応する分量の燃料が供給され、エンジン１は燃焼室４における平均的空燃比がかなりリーン（Ａ／Ｆ≧１８、酸素濃度が４％以上）な状態で運転される。上記アクセル開度センサ３２及びクランク角センサ９がエンジン１への要求出力を検出する要求出力検出手段に対応している。
【００３１】
また、定常運転時（アクセル開度の変化が小さい時）には、ＮＯｘ浄化触媒２２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触媒温度に応じて適宜行なわれる。従って、インジェクタ５はＮＯｘ浄化触媒２２に対して供給される還元剤の量を後噴射によって増大させる還元剤増量手段を構成している。
【００３２】
なお、後噴射は、各気筒に対する主噴射のたびに行なうのではなく、適宜間引いて行なわれる。すなわち、主噴射が各気筒に対して所定の順番で行なわれていくとき、例えば主噴射５回に１回の割合で後噴射を行なう。例えばＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４気筒があってこの順番で主噴射行なっていく場合、最初にＡ気筒について後噴射を行なうと、続くＢ，Ｃ，Ｄ，Ａの各気筒に対しては後噴射を行なわず（間引き）、その次のＢ気筒に対して後噴射を行なう。
【００３３】
そうして、本発明の特徴は、端的に言えば、後噴射を行なったときのＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能関連値の経時変化を予測し、その予測に基づいて最適な後噴射量を設定するようにした点にある。そのために図３にブロック図で示す後噴射量設定手段を備えている。
【００３４】
すなわち、後噴射量設定手段は、
後噴射量演算に必要なデータを電子的に格納したデータ記憶部３６と、
後噴射によって還元剤を所定時間Δｔにわたって増量したときに上昇するＮＯｘ浄化触媒２２の温度変化量ΔＴを演算する温度変化量演算手段３７と、
上記温度変化量ΔＴに基づいて上記所定時間ΔｔにおけるＮＯｘ浄化触媒２２によるＮＯｘ浄化効率を演算する浄化効率演算手段３８と、
上記所定時間Δｔにおいて上記ＮＯｘ浄化触媒２２で浄化されずに排出されるＨＣ量を演算するＨＣ排出量演算手段３９と、
各ＨＣ／ＮＯx^＊比でのＮＯｘ浄化効率及びＨＣ排出量に基づいて最適なＨＣ／ＮＯx^＊比を選択するＨＣ／ＮＯx^＊比選択手段４０と、
エンジンの運転状態に基づいて当該エンジンのＮＯｘ発生量ＮＯx^＊を求めるＮＯｘ発生量推定手段４１と、
上記選択されたＨＣ／ＮＯx^＊比とＮＯｘ発生量ＮＯx^＊とに基づいて還元剤増量度合、つまりは後噴射量Ｑｐを求める後噴射量演算手段４２とを備えている。
【００３５】
上記ＨＣ／ＮＯx^＊比とは、エンジンのＮＯｘ発生量ＮＯx^＊に対する還元剤供給量ＨＣの比であり、還元剤供給量ＨＣは主噴射及び後噴射によってＮＯｘ浄化触媒２２に供給される還元剤量である。また、所定時間Δｔは、後噴射によって還元剤を増量したときにそれがＮＯｘ浄化触媒２２の温度変化となって表れる影響を予測するためのものであるから、温度変化が表れる時間、例えば３０秒〜６０秒程度をΔｔとして設定すればよい。但し、温度変化が表れるまでに要する時間は排気ガス量の大小によって異なるから、エンジン回転数が高くなるほどΔｔが短くなるようにしてもよい。
【００３６】
上記データ記憶部３６には後噴射量演算に必要な昇温速度データ４３と浄化能データ４４とＨＣ排出量データ４５とが格納されている。
【００３７】
昇温速度データ４２は、図４に示すように、ＨＣ／ＮＯx^＊比が変化するときにＮＯｘ浄化触媒２２の昇温速度ＶＴがどのように変化するかの両者の関係を示すものであり、予め実験的に求めて設定されている。この関係はエンジン回転数Ｎｅによって異なるからエンジン回転数Ｎｅとの関係で設定されている。
【００３８】
浄化能データ４４は、図５に示すように、ＮＯｘ浄化触媒２２の温度が変化するときにＮＯｘ浄化率がどのように変化するかというＮＯｘ浄化率の温度特性を示すものであり、予め実験的に求めて設定されている。このＮＯｘ浄化率の温度特性はＨＣ／ＮＯx^＊比の大小によって異なるから、複数の異なるＨＣ／ＮＯx^＊比について設定されている。
【００３９】
ＨＣ排出量データ４５は、図６に示すように、複数の異なるＨＣ／ＮＯx^＊比で還元剤を増量したときにＮＯｘ浄化触媒２２を通過した排気ガスのＨＣ濃度が時間の経過によってどのように変化するかを示すものであり、予め実験的に求めて設定されている。
【００４０】
温度変化量演算手段３７は、そのときのエンジン回転数Ｎｅと複数の異なるＨＣ／ＮＯx^＊比とが与えられ、図４に示す昇温速度データ４３から各ＨＣ／ＮＯx^＊比について昇温速度ＶＴを読込み、該昇温速度ＶＴと所定時間Δｔとによって温度変化量ΔＴ（＝ＶＴ×Δｔ）を求める。温度変化量演算手段３７と昇温速度データ４３とが変化予測手段を構成している。
【００４１】
浄化効率演算手段３８は、各ＨＣ／ＮＯx^＊比についての温度変化量ΔＴ及び現在の触媒温度Ｔｃが与えられ、各ＨＣ／ＮＯx^＊比についてＮＯｘ浄化触媒２２が上記変化量ΔＴの温度上昇をするときのＮＯｘ浄化率の変化を図５に示す浄化能データ４４から読込み、所定時間ΔｔのＮＯｘ浄化効率、すなわち、ここでは平均ＮＯｘ浄化率AvNOx を演算する。
【００４２】
ＨＣ／ＮＯx^＊＝５とＨＣ／ＮＯx^＊＝３の場合を例にとって具体的に説明すると、前者の方が後者よりも、還元剤の増量度合が大きいから、図４の昇温速度データ４３から求められる昇温速度ＶＴは高いものになり、従って、温度変化量ΔＴも大きくなる。図５に示すように現在の触媒温度Ｔｃが当該触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示すピーク温度Ｔｏよりも高いＴc1であるとすると、ＨＣ／ＮＯx^＊＝５の場合は温度変化量ΔＴが大きいから、所定時間Δｔ秒を経過した時点の触媒温度はＴc5になるが、ＨＣ／ＮＯx^＊＝３では所定時間Δｔ経過時の触媒温度はＴc5よりも高いＴc3となる。ＨＣ／ＮＯx^＊＝２であれば、温度変化量ΔＴがさらに小さくなるから、所定時間Δｔ経過後の触媒温度はＴc3よりもさらに高いＴc2になる。
【００４３】
このような触媒温度の上昇変化を生ずるときのＮＯｘ浄化率の経時変化をみると、図７に示すように、ＨＣ／ＮＯx^＊＝５のときは還元剤を増量した当初はＮＯｘ浄化率が最も高くなるが、温度変化量ΔＴが大きく触媒温度が急激に上昇するためにそれに伴ってＮＯｘ浄化率も早いうちに大きく低下する。ＨＣ／ＮＯx^＊＝３のときは還元剤の増量に伴うＮＯｘ浄化率の上昇度合はＨＣ／ＮＯx^＊＝５に比べて少なくなるが、温度変化量ΔＴはさほど大きくなく触媒温度はさほど上昇しないために、ＮＯｘ浄化率の低下度合は小さい。ＨＣ／ＮＯx^＊＝２の場合は還元剤の増量に伴うＮＯｘ浄化率の上昇度が小さいが、温度変化量ΔＴも小さいから時間が経過してもＮＯｘ浄化率はあまり低下しない。
【００４４】
結局、ＨＣ／ＮＯx^＊＝５，３，２の各々について所定時間Δｔの平均ＮＯｘ浄化率を求めると、図８に示すようにＨＣ／ＮＯx^＊＝３のときが最も高いということになる。
【００４５】
ＨＣ排出量演算手段３９は、複数の異なるＨＣ／ＮＯx^＊比が与えられて、図６に示すＨＣ排出量データから上記所定時間Δｔにおいて上記ＮＯｘ浄化触媒２２で浄化されずに排出されるＨＣ量を演算する。
【００４６】
ＨＣ／ＮＯx^＊比選択手段４０は、浄化効率演算手段３８によって演算された各ＨＣ／ＮＯx^＊比での平均ＮＯｘ浄化率のうち最大のＮＯｘ浄化率を示すＨＣ／ＮＯx^＊比を選択する。但し、ＮＯｘ浄化触媒２２の温度がＮＯｘ浄化率ピーク温度よりも高いときは大きなＨＣ／ＮＯx^＊比が選択されることはないから問題にならないが、触媒温度が当該ピーク温度Ｔｏよりも低いときは、ＨＣ排出量演算手段３９で演算されるＨＣ排出量による規制が加わる。
【００４７】
すなわち、触媒温度が当該ピーク温度Ｔｏよりも低いときは、図９に示すようにＨＣ／ＮＯx^＊比が大きいほどＮＯｘ浄化率が高くなるが、図６に示すようにＨＣ排出量も多くなる。従って、このＨＣ排出量が所定値を越えない範囲で最大のＮＯｘ浄化効率が得られるＨＣ／ＮＯx^＊比を選択することになる。
【００４８】
ＮＯｘ発生量推定手段４１は、現在のエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度とに基づいて当該エンジンのＮＯｘ発生量ＮＯx^＊を予め設定し電子的に格納したマップから求める。すなわち、このマップはエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度の変化に対してＮＯｘ発生量ＮＯx^＊がどのように変化するかを実験的に求めて設定したものであり、基本的にはエンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、またアクセル開度が大きくなるほどＮＯｘ発生量ＮＯx^＊は多くなる。
【００４９】
後噴射量演算手段４２は、ＨＣ／ＮＯx^＊比選択手段４０によって選択されたＨＣ／ＮＯx^＊比とＮＯｘ発生量推定手段４１によって求められたＮＯｘ発生量ＮＯx^＊とに基づいて、当該ＨＣ／ＮＯx^＊比を得るに必要なＨＣ量を求め、このＨＣ量を得るに必要な後噴射量Ｑｐを求める。
【００５０】
以下に、具体的な燃料噴射制御の処理手順について図１０に示すフローチャート図に沿って説明する。尚、この制御は各気筒毎にクランク角信号に同期して実行される。
【００５１】
スタート後のステップＡ１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Ａ２において当該制御の実行回数、つまりは主噴射回数ｎをカウントする。このカウントは主噴射５回につき後噴射を１回行なうべく主噴射回数をチェックするものである。続くステップＡ３において、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいてマップを参照して目標トルクを設定し、エンジン回転数と目標トルクと吸入空気量とに基づいてマップを参照して主燃料噴射量Ｑｂを決定する。このステップＡ３は噴射量決定手段を構成している。
【００５２】
続くステップＡ４において、エンジン回転数と目標トルクとに基づいてマップを参照して主噴射開始時期Ｉｔを設定する。噴射開始時期Ｉｔは基本的には圧縮行程上死点付近に設定されているが、エンジン水温やエンジン回転数が異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、エンジン水温が低いほど、またエンジン回転数が高いほど早められるように設定されている。
【００５３】
続くステップＡ５で主噴射が５回目か否かを判別し、５回目であるときは後噴射を実行すべくステップＡ６以下に進み、５回目に達していないときはステップＡ２０に進む。後噴射を実行すべく進んだステップＡ６では回数ｎを零に戻し、続くステップＡ７でＮＯｘ浄化触媒２２の温度Ｔｃを温度センサ１８の出力に基づいて検出し、続くステップＡ８でエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度とに基づいてマップからＮＯｘ発生量ＮＯx^＊を演算推定する。
【００５４】
続くステップＡ９では各ＨＣ／ＮＯx^＊比（例えば１〜５）についてそのときのエンジン回転数Ｎｅに基づいて昇温速度データ４３から昇温速度を読込み、この昇温速度に基づいて各ＨＣ／ＮＯx^＊比で還元剤増量を継続したときの所定時間Δｔ秒間に上昇する触媒温度（温度変化量）ΔＴを予測する。そして、現在の触媒温度Ｔｃと温度変化量ΔＴとに基づいて浄化能データ４４から各ＨＣ／ＮＯx^＊比での当該Δｔ秒間の平均ＮＯｘ浄化率AvNOx を求める。
【００５５】
続くステップＡ１０では各ＨＣ／ＮＯx^＊比での平均ＮＯｘ浄化率AvNOx のうち最大のものについてそれが基準値AvNOxo未満か否かを判別し、ステップＡ１１では現在の触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔcoよりも高いか否かを判別する。
【００５６】
すなわち、平均ＮＯｘ浄化率AvNOx が基準値AvNOxo未満で且つ現在の触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔcoよりも高いときは、触媒温度Ｔｃが高すぎるために後噴射により還元剤を増量してもＮＯｘ浄化効率の期待する向上は望めないということであり、その場合はステップＡ１２で後噴射量Ｑｐを零とし、ステップＡ１３でフラグＦ＝１とする。Ｆ＝１は後噴射禁止中であることを示す。触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔco以下であれば、ステップＡ１４に進んでＦ＝０として後噴射量設定のためのステップＡ１６に進む。
【００５７】
一方、ステップＡ１０で平均ＮＯｘ浄化率AvNOx が基準値AvNOxo以上になっていると判別されたときはステップＡ１５に進み、Ｆ＝１でなければ後噴射量設定のためのステップＡ１６に進む。Ｆ＝１（後噴射禁止中）であれば、ステップＡ１１に進んで触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔco以下になっているか否かを判別する。すなわち、後噴射が一旦禁止された場合は、平均ＮＯｘ浄化率AvNOx が基準値AvNOxo以上になっても、触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔco以下にならない限り、後噴射禁止を継続し、触媒温度Ｔｃを速やかに低下させんとするものである。平均ＮＯｘ浄化率の基準値AvNOxoは例えば１０％とし、触媒温度の基準温度Ｔcoは例えば３００℃とする。
【００５８】
ステップＡ１６では各ＨＣ／ＮＯx^＊比についてΔｔ秒間のＨＣ排出量をＨＣ排出量データ４５に基づいて予測する。続くステップＡ１７では各ＨＣ／ＮＯx^＊比のうちからΔｔ秒間のＨＣ排出量が所定の上限値以下で平均ＮＯｘ浄化率AvNOx が最大のＨＣ／ＮＯx^＊比を選択する。続くステップＡ１８では選択されたＨＣ／ＮＯx^＊比と現在のＮＯｘ発生量ＮＯx^＊とに基づいて後噴射量Ｑｐを算出し、続くステップＡ１９で後噴射時期Ｉｐを設定する。後噴射時期Ｉｐは、例えばＡＴＤＣ３０〜９０゜ＣＡの範囲でエンジン負荷が高いほど進角するように設定する。
【００５９】
そうして、主噴射時期Ｉｂになったときに主噴射を実行し（ステップＡ２０，Ａ２１）、後噴射量Ｑｐが零よりも大のときは、後噴射時期Ｉｐになったときに後噴射を実行する（ステップＡ２２〜Ａ２４）。
【００６０】
以上のように、後噴射によってＮＯｘ浄化触媒２２に供給する還元剤の増量を図るとき、複数の異なる還元剤増量度合（ＨＣ／ＮＯx^＊比）についてΔｔ秒間の触媒温度上昇を予測してＮＯｘ浄化効率を求め、最も効率の良いＨＣ／ＮＯx^＊比を選択して後噴射量Ｑｐを設定するようにしたから、後噴射量が多すぎて触媒温度が過度に上昇しかえってＮＯｘ浄化効率が下がったり、あるいは触媒温度の過度上昇を避けるがために後噴射量を抑えすぎて期するＮＯｘ浄化効率が得られなかったりする問題がなくなる。すなわち、後噴射量Ｑｐの過不足がなくなり、ＮＯｘ浄化効率が高くなる。
【００６１】
また、ＨＣ／ＮＯx^＊比の選択にあたってＨＣ排出量が所定の上限値を越えないことという制限を与えているので、ＮＯｘ浄化触媒２２が最大ＮＯｘ浄化率を示すピーク温度よりも低い温度状態にあるとき、ＮＯｘ浄化率を高めんがために後噴射量が過剰になってＨＣ排出量が多くなってエミッション性がかえって悪化するという問題が避けられる。また、このＨＣ排出量による制限は、ＮＯｘ浄化触媒２２の温度が上記ピーク温度を越えて急激に上昇することを抑制する効果がある。
【００６２】
なお、上記実施形態ではＨＣ／ＮＯx^＊比の選択にあたってΔｔ秒間のＨＣ排出量で制限を与えるようにしたが、Δｔ秒を経過するまでにＮＯｘ浄化触媒２２を通過した排気ガスのＨＣ濃度が所定の上限値を越えることがないようにＨＣ濃度の面から制限するようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態ではΔｔ秒間の触媒温度上昇を予測してＮＯｘ浄化効率を求めるようにしたが、各ＨＣ／ＮＯx^＊比についてΔｔ秒後のＮＯｘ浄化率を予測して適切なＨＣ／ＮＯx^＊比を選択するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の構成図。
【図２】本発明に係るＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率及びＨＣ浄化率に関する温度特性を概略的に示すグラフ図。
【図３】本発明に係る後噴射量設定手段の構成を示すブロック図。
【図４】本発明に係るＮＯｘ浄化触媒の昇温速度とＨＣ／ＮＯx^＊比とエンジン回転数との関係を示すグラフ図。
【図５】各ＨＣ／ＮＯx^＊比における上記ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率の温度特性を示すグラフ図。
【図６】各ＨＣ／ＮＯx^＊比における上記ＮＯｘ浄化触媒を通過した排気ガスのＨＣ濃度の経時変化を示すグラフ図。
【図７】上記ＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す温度よりも高温側にあるときの各ＨＣ／ＮＯx^＊比におけるＮＯｘ浄化率の経時変化を示すグラフ図。
【図８】各ＨＣ／ＮＯx^＊比における上記ＮＯｘ浄化触媒の所定時間での平均ＮＯｘ浄化率を示すグラフ図。
【図９】上記ＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す温度よりも低温側にあるときの各ＨＣ／ＮＯx^＊比におけるＮＯｘ浄化率の経時変化を示すグラフ図。
【図１０】本発明に係る燃料噴射制御のフロー図。
【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）
９クランク角センサ（要求出力検出手段）
２２触媒
２３排気還流通路
２４排気還流量調節弁
２５ターボ過給機
３２アクセル開度センサ（要求出力検出手段）
３５ＥＣＵ（コントロールユニット）

Claims

エンジンの排気通路に配置された排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒であって、温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が上昇して特定の温度で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度よりも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していくＮＯｘ浄化触媒と、
上記ＮＯｘ浄化触媒に供給される排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記特定温度以上のときに、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量したときの当該触媒のＮＯｘ浄化能に関連する値の変化を予測する変化予測手段と、
上記予測されるＮＯｘ浄化能関連値の変化に基づいて、上記還元剤増量手段による還元剤の増量度合を決定する増量度合決定手段とを備え、
上記変化予測手段は、当該還元剤増量から所定時間を経過するまでに変化する上記ＮＯｘ浄化能関連値の変化量を複数の異なる還元剤増量度合について予測し、
上記増量度合決定手段は、上記複数の異なる還元剤増量度合の各々について、上記ＮＯｘ浄化能関連値の予測変化量に基づいて上記所定時間における当該触媒によるＮＯｘ浄化効率を求め、この複数の異なる還元剤増量度合のうちからＮＯｘ浄化効率が大きくなるものを選択して還元剤増量度合として決定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、
上記ＮＯｘ浄化能関連値が上記ＮＯｘ浄化触媒の温度であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
上記変化予測手段は、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量したときの上記ＮＯｘ浄化触媒の昇温速度が還元剤増量度合によってどのように異なるかを表す電子的に格納された昇温速度データを備え、該昇温速度データに基づいて、複数の異なる還元剤増量度合の各々について上記所定時間に上昇する上記ＮＯｘ浄化触媒の温度を予測するものであり、
上記増量度合決定手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に応じて変化するＮＯｘ浄化能特性が上記還元剤増量度合によってどのように異なるかを表す電子的に格納された浄化能データと、該浄化能データに基づいて上記複数の異なる還元剤増量度合の各々について上記予測される温度上昇を生ずるときの上記所定時間のＮＯｘ浄化効率を求める浄化効率演算手段と、上記複数の異なる還元剤増量度合のうちから上記浄化効率演算手段によって求められたＮＯｘ浄化効率が大きくなるものを実行すべき還元剤増量度合として選択する選択手段とを備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。