(57)【要約】    【課題】エンジンからのＮＯｘ排出量が急変した場合であっても、ＮＯｘ還元触媒のＮＯｘ浄化率を高く維持する。    【解決手段】噴射供給した尿素水溶液から生成されるアンモニアを用いて排気中のＮＯｘを還元浄化する排気浄化装置において、エンジン始動後、排気温度が所定温度Ｔよりも高くなると（Ｓ１）、エンジン運転状態に応じた量の尿素水溶液を噴射供給する（Ｓ３〜Ｓ５）。一方、運転者のシフト操作により変速時には、変速後のエンジン運転状態を予測し（Ｓ２、Ｓ６）、変速完了前に、この予測した変速後のエンジン運転状態に応じた量の尿素水溶液を噴射供給する（Ｓ７、Ｓ８）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変速機に連結されたエンジンの排気管に配設され、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
前記還元触媒の排気上流に前記還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射供給手段と、
運転者による前記変速機の変速時に、変速後のエンジン運転状態に基づいて前記噴射供給手段を制御する制御手段と、
を備える、エンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記制御手段は、前記変速後のエンジン運転状態に基づいて前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を設定し、変速完了前に前記噴射供給手段による前記還元剤又はその前駆体の噴射供給を開始させる、エンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記制御手段は、シフトダウン時に前記噴射供給手段による前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を増加又は変更させる、エンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記制御手段は、シフトアップ時に前記噴射供給手段による前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を減少又は変更させる、エンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記制御手段は、エンジン運転状態に対応した前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を記憶した制御マップを有し、
運転者による前記変速機の変速時に、変速後のエンジン運転状態を予測し、前記制御マップを参照して予測した変速後のエンジン運転状態に対応する前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を設定し、設定した噴射供給量に基づいて前記噴射供給手段を制御する、エンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化するエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンからの排気中に含まれるＮＯｘを浄化する排気浄化装置として、アンモニアを還元剤として用いるものが知られている。例えば、特許文献１に記載された排気浄化装置では、排気通路に配置されたＮＯｘ還元触媒の上流側に尿素水溶液を噴射供給し、この尿素水溶液から生成されるアンモニアによって排気中のＮＯｘを還元浄化している。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の排気浄化装置では、排気中のＮＯｘ濃度が増加したことが検知されたときに尿素水溶液を噴射供給しているため、例えば運転者の変速操作などによってエンジン運転状態が急変してエンジンから排出されるＮＯｘ量が増加した場合に、制御の遅れが生じ、十分な量の尿素水溶液を噴射供給することができず、ＮＯｘの浄化率が低下してしまうおそれがある。
【０００４】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的は、エンジンのＮＯｘ排出量が急変した場合であっても、ＮＯｘの浄化率を高く維持することのできるエンジンの排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるエンジンの排気浄化装置は、変速機に連結されたエンジンの排気管に配設され、還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、前記還元触媒の排気上流に前記還元剤又はその前駆体を噴射供給する噴射供給手段と、運転者による前記変速機の変速時に、変速後のエンジン運転状態に基づいて前記噴射供給手段を制御する制御手段と、を備える。
【０００６】
ここで、前記制御手段は、前記変速後のエンジン運転状態に基づいて前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を設定し、変速完了前に前記噴射供給手段による前記還元剤又はその前駆体の噴射供給を開始させるのが好ましい。
【０００７】
また、前記制御手段は、シフトダウン時に前記噴射供給手段による前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を増加又は変更させ、シフトアップ時に前記噴射供給手段による前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を減少又は変更させるものとすることができる。
【０００８】
さらに、前記制御手段は、エンジン運転状態に対応した前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を記憶した制御マップを有し、運転者による前記変速機の変速時に、変速後のエンジン運転状態を予測し、前記制御マップを参照して予測した変速後のエンジン運転状態に対応する前記還元剤又はその前駆体の噴射供給量を設定し、設定した噴射供給量に基づいて前記噴射供給手段を制御するようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によるエンジンの排気浄化装置によると、変速によってエンジン運転状態が変化する前に、変化後（すなわち、変速後）のエンジン運転状態に対応した量の還元剤又はその前駆体を噴射供給することができる。これにより、エンジン運転状態の変化によってＮＯｘ排出量が増加した場合であっても還元触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持することができると共に、ＮＯｘ排出量が減少した場合には、還元剤又はその前駆体の過剰な噴射供給が防止され、還元剤又はその前駆体の利用率を高く維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるエンジンの排気浄化装置の全体構成を示している。本実施形態によるエンジンの排気浄化装置は、尿素水溶液（還元剤の前駆体）を噴射供給し、この尿素水溶液から得られるアンモニア（還元剤）を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒還元反応により還元浄化する。
【００１１】
図１において、エンジン１０の排気マニフォールド１２には、排気管１４が接続されており、この排気管１４には、排気上流側から順に、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ２）に転化する窒素酸化触媒１６、尿素水溶液を排気管１４内に噴射供給する噴射ノズル１８、加水分解により尿素水溶液から生成されるアンモニアを用いてＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０、及び、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２が配設されている。尿素水溶液は、尿素水タンク２４に貯蔵されており、ポンプ及び流量制御弁を内蔵する尿素水添加装置２６により供給管２８を介して噴射ノズル１８に供給される。なお、噴射ノズル１８、尿素水タンク２４、供給管２８及び尿素水添加装置２６によって本発明の「噴射供給手段」が構成される。
【００１２】
一方、エンジン１０の出力軸は、クラッチ機構３０を介して変速機３２に連結されており、エンジン１０の回転は、変速機３２によって変速されて駆動輪（図示省略）に伝達されるようになっている。変速機３２は、例えば１速から５速までの複数の変速段を有し、車両の走行状態や運転者からの要求に応じて変速段の切り換えを行うものである。すなわち、変速機３２は、車両の走行状態に応じて自動的に変速段の切り換えを行う自動変速モードと、運転者によるシフト操作に基づいて変速段の切り換えを行う手動変速モードとで動作する。クラッチ機構３０及び変速機３２は、トランスミッションコントロールユニット（以下「トランスミッションＥＣＵ」という）３４によって制御される。そして、変速機３２の変速を行う際には、トランスミッションＥＣＵ３４によって、まずクラッチ機構３０が解放されてエンジン１０から変速機３２への動力伝達が遮断され、この状態で変速機３２の変速動作が行われ、その後、クラッチ機構３０が締結されて変速完了となる。
【００１３】
噴射ノズル１８からの尿素水溶液の噴射供給は、尿素水添加コントロールユニット（以下「尿素水添加ＥＣＵ」という）３６によって制御される。この尿素水添加ＥＣＵ３６には、排気温度を検出する温度センサ（排気温度検出手段）３８などの各種センサの出力信号が入力される。また、尿素水添加ＥＣＵ３６は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などのネットワークを介して、トランスミッションＥＣＵ３４及びエンジン１０の各種制御を実行するエンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）４０と相互に通信可能に接続されており、エンジン回転速度やエンジン負荷などのエンジン運転状態、運転者による変速要求（シフト操作）の有無やトランスミッションＥＣＵ３４によるクラッチ機構３０及び変速機３２の制御に関する情報などを適宜読み込み可能となっている。なお、エンジン負荷としては、燃料噴射量、エンジントルク、アクセル開度、吸気負圧、吸気流量などの公知の状態量を用いることができる。
【００１４】
そして、尿素水添加ＥＣＵ３６は、内蔵するＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムを実行することで、入力した信号や情報に応じて尿素水添加装置２６を制御して尿素水タンク２４から適量の尿素水溶液を噴射ノズル１８に供給し、供給された尿素水溶液が噴射ノズル１８からＮＯｘ還元触媒２０の排気上流に噴射供給される。なお、尿素水添加ＥＣＵ３６が制御プログラムを実行することで、本発明の「制御手段」が実現される。
【００１５】
本実施形態による排気浄化装置において、噴射ノズル１８からＮＯｘ還元触媒２０の排気上流に噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアへと転化され、この転化されたアンモニアが、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと還元反応する。これにより、排気中のＮＯｘは、水（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）に分解されて排出される（浄化される）。
【００１６】
ここで、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化率を向上すべく、窒素酸化触媒１６によってＮＯがＮＯ２へと酸化されて排気中におけるＮＯとＮＯ２との比率が触媒還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０の排気下流側に配設されたアンモニア酸化触媒２２によって酸化され、アンモニアがそのまま放出されることが抑制される。
【００１７】
図２は、尿素水添加ＥＣＵ３６が実行する制御プログラムのフローチャートを示している。この制御プログラムは、エンジン始動と共に開始され、所定時間毎に繰り返して実行される。
【００１８】
ステップＳ１では、温度センサ３８による検出された排気温度が所定温度Ｔよりも高いか否かを判定する。所定温度Ｔは、ＮＯｘ還元触媒２０が活性化されているか否かを判定するための閾値であり、例えば触媒成分の活性温度よりも若干高い温度に設定される。そして、検出された排気温度が所定温度Ｔより高ければステップＳ２に進み、排気温度が所定温度Ｔ以下であれば処理を終了する。これにより、ＮＯｘ還元触媒２０が活性していない状態での尿素水溶液の噴射供給が停止され、尿素水溶液やアンモニアが大気中に排出されてしまうことが抑制される。
【００１９】
ステップＳ２では、運転者のシフト操作による変速中であるか否かを判定する。かかる判定は、トランスミッションＥＣＵ３４からの入力される情報に基づいて行われる。例えば、運転者によるシフト操作に伴いトランスミッションＥＣＵ３４がクラッチ機構３０を解放すると運転者のシフト操作による変速中であると判定される。そして、運転者のシフト操作による変速機３２の変速が行われていない場合（「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ３に進む。
【００２０】
ステップＳ３では、エンジンＥＣＵ４０からエンジン運転状態としてエンジン回転数、エンジン負荷（エンジントルク）を読込む。
ステップＳ４では、エンジン回転速度及びエンジントルクに対応した尿素水溶液噴射量が設定された尿素水溶液噴射マップ（図３参照）を参照し、ステップＳ３で読込んだエンジン回転数及びエンジントルクに適合した尿素水溶液噴射量を設定する。これにより、エンジン１０からのＮＯｘ排出量に応じた尿素水溶液噴射量が設定される。なお、図３に示す尿素水溶液噴射マップに記載された各尿素水溶液噴射量は一例に過ぎないことはもちろんである。
【００２１】
ステップＳ５では、ステップＳ４で設定した尿素水溶液噴射量に応じた制御信号を尿素水添加装置２６に出力し、尿素水溶液をＮＯｘ還元触媒２０の排気上流に噴射供給する。これにより、運転者のシフト操作による変速時以外の通常走行時においては、ＮＯｘ還元触媒２０の排気上流には、実際のエンジン運転状態に基づいて設定された量の尿素水溶液が噴射供給される。
【００２２】
一方、ステップＳ２において運転者のシフト操作による変速機３２の変速が行われている場合（「ＹＥＳ」の場合）には、ステップＳ６に進み、当該運転者のシフト操作による変速後のエンジン運転状態を予測する。ここでは、尿素水溶液噴射マップ（図３）を利用することから、図４に示すような走行性能曲線に基づいて、変速後のエンジン回転数及びエンジントルクを予測する。例えば、車両が２０（ｋｍ／ｈ）で走行中に運転者によって３速から２速へのシフトダウン操作が行われると、エンジン運転状態〔エンジン回転数，エンジントルク〕は、現在の〔３速：１０００（ｒｐｍ），６００（Ｎ・ｍ）〕から〔２速：１５００（ｒｐｍ），９００（Ｎ・ｍ）〕に変化することが予測される。逆に、車両が２０（ｋｍ／ｈ）で走行中に運転者によって２速から３速へのシフトアップ操作が行われると、エンジン運転状態〔エンジン回転数，エンジントルク〕は、現在の〔２速：１５００（ｒｐｍ），９００（Ｎ・ｍ）〕から〔３速：１０００（ｒｐｍ），６００（Ｎ・ｍ）〕に変化することが予測される。但し、これは一例であり、他の方法によって変速後のエンジン運転状態を予測してもよい。
【００２３】
ステップＳ７では、尿素水溶液噴射マップ（図３）を参照して、ステップＳ６で予測したエンジン回転数及びエンジントルクに適合した尿素水溶液噴射量を設定する。これにより、尿素水溶液噴射量が変更されることになる。
【００２４】
ここで、本実施形態においては、尿素水溶液噴射マップ（図３）からも明らかなように、車両が２０（ｋｍ／ｈ）で走行中に運転者によって３速から２速へのシフトダウン操作が行われると、尿素水溶液噴射量が増加されることとなり、逆に、２速から３速へのシフトアップ操作が行われると、尿素水溶液噴射量は減少されることになる。
【００２５】
ステップＳ８では、ステップＳ７で設定した尿素水溶液噴射量に応じた制御信号を尿素水添加装置２６に出力し、尿素水溶液をＮＯｘ還元触媒２０の排気上流に噴射供給する。これにより、運転者のシフト操作による変速時においては、ＮＯｘ還元触媒２０の排気上流には、予測される変速後のエンジン運転状態、すなわち、変速後のエンジン１０のＮＯｘ排出量に応じた量の尿素水溶液が噴射供給される。
【００２６】
図５は、尿素水添加ＥＣＵ３６が実行する上記制御のタイムチャートである。図５（１）はシフトダウン時を示し、図５（２）はシフトアップ時を示している。
図５（１）に示すように、例えば、３速，２０（ｋｍ／ｈ）で走行中に運転者のシフトダウン操作があると、トランスミッションＥＣＵ３４は、３速から２速へと変速段を変更すべく、まずクラッチ機構３０を解放（クラッチＯＦＦ）し、変速機３２の変速動作を開始する（ｔａ１）。一方、尿素水溶液噴射量は、通常、エンジン運転状態に応じて設定されるものであるが、運転者のシフト操作による変速中においては、予測される変速後のエンジン運転状態に基づいて設定される。このため、尿素水溶液噴射量は、トランスミッションＥＣＵ３４による３速から２速への変速段の変更中に増量され、この増量された尿素水溶液が噴射供給される（ｔａ２）。そして、変速機３２の変速動作が終了すると、トランスミッションＥＣＵ３４は、クラッチ機構３０を締結（クラッチＯＮ）して変速を完了する（ｔａ３）。
【００２７】
また、図５（２）に示すように、例えば、２速，２０（ｋｍ／ｈ）で走行中に運転者のシフトアップ操作があると、トランスミッションＥＣＵ３４は、２速から３速へと変速段を変更すべく、まずクラッチ機構３０を解放（クラッチＯＦＦ）し、変速機３２の変速動作を開始する（ｔｂ１）。一方、尿素水溶液噴射量は、トランスミッションＥＣＵ３４による２速から３速への変速段の変更中に減量され、この減量された尿素水溶液が噴射供給される（ｔｂ２）。そして、変速機３２の変速動作が終了すると、トランスミッションＥＣＵ３４は、クラッチ機構３０を締結して変速を完了する（ｔｂ３）。
【００２８】
なお、図５（１）、（２）には、変速時における尿素水溶液噴射量の増量時期又は減量時期の一例を示したものに過ぎず、尿素水溶液噴射量の増量又は変更は、変速段の変更中（すなわち、変速中）に行われればよい。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態による排気浄化装置は、運転者のシフト操作による変速時においては、変速後のエンジン運転状態に基づいて尿素水溶液噴射量を設定し、変速完了前に噴射供給を開始させる。
【００３０】
これにより、例えばシフトダウン時のように、エンジン１０からのＮＯｘ排出量が増加する方向にエンジン運転状態が変化することが予測される場合には、エンジン運転状態が変化する前にあらかじめ尿素水溶液を増量して噴射し、十分な量のアンモニアをＮＯｘ還元触媒２０に吸着させておくことができる。このため、ＮＯｘ排出量が急激に増加した場合であっても高いＮＯｘ浄化率を維持することが可能となる。特に、シフトダウン時は変速後に更なる加速が行われてエンジン１０からのＮＯｘ排出量が増加する場合があるが、あらかじめ多めのアンモニアをＮＯｘ還元触媒２０に吸着させておくので、このような場合であってもＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。
【００３１】
また、例えばシフトアップ時のように、エンジン１０からのＮＯｘ排出量が減少する方向にエンジン運転状態が変化することが予測される場合には、エンジン運転状態が変化する前にあらかじめ尿素水溶液を減量して噴射し、噴射された尿素水溶液がＮＯｘ還元に寄与せずに排出されてしまうことを抑制し、尿素水溶液を有効利用することができる。
【００３２】
以上説明した実施形態では、自動変速モードと手動変速モードとで動作する変速機３２を用い、尿素水添加ＥＣＵ３６は、トランスミッションＥＣＵ３４から入力される情報に基づいて運転者のシフト操作による変速中であるか否かを判定している。但し、これに限るものではなく、本発明は、手動変速機がエンジン１０に連結される場合にも適用することができる。この場合には、例えば、クラッチペダルの操作状態に応じた信号を出力するクラッチセンサ、及び、自動変速機のシフトレバーの位置を検出するシフト位置センサを設け、これらのセンサの出力信号に基づいて、運転者のシフト操作による変速中であるか否か、及び、現在の変速段と変速後の変速段などを判定すればよい。
【００３３】
また、運転者のシフト操作による変速時においては、変速後のエンジン運転状態に基づいて尿素水溶液噴射量を設定して噴射供給しているが、例えば運転者によってシフトダウン操作が行われたときに、変速後のエンジン運転状態を予測することなく又は予測する前に、一時的にあらかじめ定めた所定量だけ尿素水溶液噴射量を増量又は変更するようにしたり、例えば運転者によってシフトアップ操作が行われたときに、一時的に尿素水溶液の噴射供給を減量、変更又は停止したりするようにしてもよい。これにより、精度は劣るもののより簡易な制御とすることができる。
【００３４】
さらに、ＮＯｘ還元触媒２０の排気上流側に、還元剤としてのアンモニアの前駆体である尿素水溶液を噴射供給しているが、これに限るものではなく、例えばアンモニア水溶液を用いてもよい。また、ＮＯｘ還元触媒２０におけるＮＯｘ還元メカニズムに応じて、炭化水素を主成分とするアルコール、軽油などを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態による排気浄化装置の全体構成を示す図である。
【図２】尿素水添加ＥＣＵが実行する制御プログラムのフローチャートである。
【図３】尿素水溶液噴射量マップの一例を示す図である。
【図４】変速後のエンジン運転状態を予測する際に用いる走行性能曲線の一例を示す図である。
【図５】尿素水添加ＥＣＵが実行する制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１０…エンジン、１４…排気管、１８…噴射ノズル、２０…ＮＯｘ還元触媒、２４…尿素水タンク、２６…尿素水添加装置、２８…供給管、尿素水添加装置、３０…クラッチ機構、３２…変速機、３４…トランスミッションＥＣＵ、３６…尿素水添加ＥＣＵ、３８…温度センサ、４０…エンジンＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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