(57)【要約】【課題】燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことが可能な排気浄化装置、車両および排気浄化制御装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、尿素水を排気管内に噴射する尿素水噴射部と、尿素水噴射部により噴射された尿素水から生成されたアンモニアを吸着することにより、排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、排気管内に二次空気を供給する二次空気供給部と、内燃機関が停止したタイミングで、排気管内に二次空気を供給するように二次空気供給部を制御し、かつ、排気管内に尿素水を噴射するように尿素水噴射部を制御することにより、ＮＯｘ選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量を制御する吸着量制御部と、を備える。【選択図】図１
2018127930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、
前駆体を前記排気管内に噴射する前駆体噴射部と、
前記前駆体噴射部により噴射された前記前駆体から生成された還元剤を吸着することにより、前記排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、
前記排気管内に空気を供給する空気供給部と、
前記内燃機関が停止したタイミングで、前記排気管内に前記空気を供給するように前記空気供給部を制御し、かつ、前記排気管内に前記前駆体を噴射するように前記前駆体噴射部を制御することにより、前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を制御する吸着量制御部と、
を備える排気浄化装置。
【請求項２】
前記吸着量制御部は、前記排気管内の温度情報を取得し、取得した前記温度情報に基づいて前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を制御するか否かを決定する、
請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記吸着量制御部は、前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量情報を取得し、取得した前記吸着量情報に基づいて前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を制御するか否かを決定する、
請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気管は、
前記ＮＯｘ選択還元触媒が配置された第１経路と、
前記空気供給部から供給される前記空気が通る第２経路と、
を有し、
前記第２経路は、前記排気ガスが流れる方向において、前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側で前記第１経路に接続される、
請求項１〜３の何れか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気ガスが流れる方向において、前記ＮＯｘ選択還元触媒よりも上流側に設けられるフィルタと、
前記排気ガスが流れる方向において、前記フィルタよりも上流側に設けられる酸化触媒と、
を備え、
前記第２経路は、前記排気ガスが流れる方向において、前記酸化触媒よりも上流側で前記第１経路に接続される、
請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の排気浄化装置を備える、
車両。
【請求項７】
内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、
前駆体を前記排気管内に噴射する前駆体噴射部と、
前記前駆体噴射部により噴射された前記前駆体から生成された還元剤を吸着することにより、前記排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、
前記排気管内に空気を供給する空気供給部と、
を備える排気浄化装置の排気浄化制御装置であって、
前記内燃機関が停止したタイミングで、前記排気管内に前記空気を供給するように前記空気供給部を制御し、かつ、前記排気管内に前記前駆体を噴射するように前記前駆体噴射部を制御することにより、前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を制御する排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置、車両および排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関における排気系に設けられ、排気ガスに含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を還元するＮＯｘ選択還元触媒が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＮＯｘ選択還元触媒は、排気管内に供給された前駆体（例えば、尿素水）から発生した還元剤（例えば、アンモニア）を吸着し、吸着したアンモニアにより排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する。
【０００３】
ＮＯｘ選択還元触媒において、ＮＯｘを良好に還元するためには、ＮＯｘ選択還元触媒全体に亘って十分な量のアンモニアが吸着している必要がある。しかしながら、内燃機関の始動時において、排気管内の温度が上がりきっていない場合、尿素水を排気管内に供給してもアンモニアが生成されないため、ＮＯｘ選択還元触媒に十分な量のアンモニアを吸着させることができない。
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、車両のイグニッションスイッチがオフになった際にＮＯｘ選択還元触媒におけるアンモニアが所定量未満の場合、アイドリング運転を行い、ＮＯｘ選択還元触媒に十分な量のアンモニアを吸着させる。これにより、内燃機関始動時にＮＯｘ選択還元触媒において良好にＮＯｘを還元することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３７５４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、イグニッションスイッチがオフになった後において、内燃機関を動作させる必要があるため、燃費の観点から好ましくなかった。
【０００７】
本発明の目的は、燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことが可能な排気浄化装置、車両および排気浄化制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る排気浄化装置は、
内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、
前駆体を前記排気管内に噴射する前駆体噴射部と、
前記前駆体噴射部により噴射された前記前駆体から生成された還元剤を吸着することにより、前記排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、
前記排気管内に空気を供給する空気供給部と、
前記内燃機関が停止したタイミングで、前記排気管内に前記空気を供給するように前記空気供給部を制御し、かつ、前記排気管内に前記前駆体を噴射するように前記前駆体噴射部を制御することにより、前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を制御する吸着量制御部と、
を備える。
【０００９】
本発明に係る車両は、
上記した排気浄化装置を備える。
【００１０】
本発明に係る排気浄化制御装置は、
内燃機関から生じた排気ガスが流れる排気管と、
前駆体を前記排気管内に噴射する前駆体噴射部と、
前記前駆体噴射部により噴射された前記前駆体から生成された還元剤を吸着することにより、前記排気ガス内の窒素酸化物を還元処理するＮＯｘ選択還元触媒と、
前記排気管内に空気を供給する空気供給部と、
を備える排気浄化装置の排気浄化制御装置であって、
前記内燃機関が停止したタイミングで、前記排気管内に前記空気を供給するように前記空気供給部を制御し、かつ、前記排気管内に前記前駆体を噴射するように前記前駆体噴射部を制御することにより、前記ＮＯｘ選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の排気系を示す概略構成図である。
【図２】吸着量制御装置を示す図である。
【図３】吸着量制御装置における吸着量制御の動作例の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置１００が適用された内燃機関１の排気系を示す概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、内燃機関１は、車両Ｖに搭載される、例えばディーゼルエンジンであり、内燃機関１で生じた排気ガスを大気中に導くための排気浄化装置１００が設けられている。排気浄化装置１００は、排気ガスが流れる排気管１１０と、尿素水噴射部１２０と、二次空気供給部１３０と、吸着量制御装置３００とを備えている。
【００１５】
排気管１１０には、排気ガスが流れる方向（図示左から右へ向かう方向）の上流側（以下、単に「上流側」という。）から順に、酸化触媒２１０、ＤＰＦ（ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）２２０、ＮＯｘ選択還元触媒２３０等が設けられている。ＤＰＦ２２０は、本発明の「フィルタ」に対応する。
【００１６】
尿素水噴射部１２０は、排気管１１０におけるＮＯｘ選択還元触媒２３０よりも上流側に配置されている。尿素水噴射部１２０により、前駆体の一例としての尿素水が排気管１１０内に供給されると、排気管１１０内の温度により尿素水が加水分解されて、還元剤の一例としてのアンモニアが生成される。そして、アンモニアがＮＯｘ選択還元触媒２３０に吸着する。尿素水噴射部１２０は、本発明の「前駆体噴射部」に対応する。
【００１７】
二次空気供給部１３０は、排気管１１０の外側に設けられており、排気管１１０内に二次空気を供給する。二次空気供給部１３０は、本発明の「空気供給部」に対応する。
【００１８】
また、排気管１１０は、酸化触媒２１０、ＤＰＦ２２０、ＮＯｘ選択還元触媒２３０が設けられる第１経路１１１と、二次空気供給部１３０から供給される二次空気が通るための第２経路１１２とを有している。
【００１９】
第２経路１１２は、第１経路１１１における酸化触媒２１０の上流側で第１経路１１１に接続されている。第２経路１１２には、バルブ１４０が設けられており、吸着量制御装置３００の制御の下、バルブ１４０が開かれることで二次空気供給部１３０から二次空気が第１経路１１１に供給される。
【００２０】
ところで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０において、排気ガスに含まれるＮＯｘを良好に還元するためには、ＮＯｘ選択還元触媒２３０全体に亘って十分な量のアンモニアが吸着している必要がある。しかしながら、内燃機関１の始動時において、排気管１１０内の温度が上がりきっていない場合、尿素水を排気管１１０内に供給してもアンモニアが生成されないため、ＮＯｘ選択還元触媒２３０に十分な量のアンモニアを吸着させることができない。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、吸着量制御装置３００により、二次空気供給部１３０から二次空気を排気管１１０内に供給することで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量を制御する。これにより、内燃機関１の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒２３０に十分な量のアンモニアを吸着させることができる。以下、吸着量制御装置３００の詳細について説明する。吸着量制御装置３００は、本発明の「吸着量制御部」および「排気浄化制御装置」に対応する。
【００２２】
図２に示すように、吸着量制御装置３００は、動作状態取得部３１０と、吸着量取得部３２０と、温度取得部３３０と、制御部３４０とを有する。
【００２３】
動作状態取得部３１０は、内燃機関１を動作させるイグニッションスイッチの動作状態の情報を取得する。動作状態取得部３１０は、内燃機関１が動作していることを示すオン状態と、内燃機関１が停止していることを示すオフ状態との２種類の動作状態の情報を取得する。
【００２４】
吸着量取得部３２０は、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量情報を取得する。アンモニアの吸着量は、例えば、排気管１１０内の排気ガスの量、尿素水噴射部１２０からの尿素水の噴射量や、排気管１１０内の温度等のパラメータから算出される。吸着量取得部３２０は、算出されたアンモニアの吸着量の情報を取得しても良いし、上記パラメータを取得してアンモニアの吸着量を算出しても良い。
【００２５】
温度取得部３３０は、排気管１１０内に設けられた図示しない温度検出部から、排気管１１０内の温度情報を取得する。
【００２６】
制御部３４０は、内燃機関１が停止したタイミングで、排気管１１０内に二次空気を供給するように二次空気供給部１３０を制御し、かつ、排気管１１０内に尿素水を噴射するように尿素噴射部１２０を制御する。
【００２７】
このように制御することで、排気管１１０内に残った熱により、排気管１１０内に供給された二次空気が加熱される。具体的には、酸化触媒２１０及びＤＰＦ２２０の熱容量が大きいため、酸化触媒２１０及びＤＰＦ２２０の部分を通過することで二次空気が加熱される。これにより、当該二次空気と尿素水が混合してアンモニアが生成される。そして、当該二次空気とともにアンモニアがＮＯｘ選択還元触媒２３０に移動して吸着する。つまり、制御部３４０は、上記制御を行うことにより、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量を制御する。
【００２８】
これにより、次に内燃機関１が始動する際に、ＮＯｘ選択還元触媒２３０にアンモニアの吸着量が不足している事態が発生することを低減することができる。
【００２９】
また、内燃機関１が停止したタイミングは、動作状態取得部３１０が取得した動作状態の情報を制御部３４０が取得することにより決定される。例えば、制御部３４０は、内燃機関１の動作状態がオン状態からオフ状態に切り替わったか否かについて判定し、内燃機関１の動作状態がオフ状態に切り替わった時点を内燃機関１が停止したタイミングと判断する。
【００３０】
また、制御部３４０は、内燃機関１が停止したと判断した場合、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量情報を、吸着量取得部３２０から取得する。制御部３４０は、取得したアンモニアの吸着量情報に基づいてＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量を制御するか否かについて決定する。
【００３１】
例えば、制御部３４０は、アンモニアの吸着量が所定量未満である場合、アンモニアの吸着量を制御すると決定する。所定量は、内燃機関１の始動時から排気管１１０内の温度が十分に上がりきるまでの間にＮＯｘの還元処理を行うことができる程度の量に設定されると良い。
【００３２】
このようにすることで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量が足りない場合のみ、アンモニアの吸着量を制御するため、無駄に尿素水や二次空気を排気管１１０内に供給する制御を行うことを抑制することができる。
【００３３】
また、制御部３４０は、内燃機関１が停止したと判断した場合、排気管１１０内の温度情報を取得し、取得した温度情報に基づいてＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量を制御するか否かについて決定する。
【００３４】
例えば、制御部３４０は、排気管１１０内の温度が所定温度以上である場合、アンモニアの吸着量を制御すると決定する。所定温度は、例えば、尿素水が加水分解されてアンモニアが生成される温度よりも大きい温度に設定される。
【００３５】
このようにすることで、排気管１１０内の温度が、尿素水からアンモニアが生成される温度である場合のみに、アンモニアの吸着量を制御するため、無駄に尿素水や二次空気を排気管１１０内に供給する制御を行うことを抑制することができる。
【００３６】
次に、吸着量制御装置３００における吸着量制御の動作例について説明する。図３は、吸着量制御装置３００における吸着量制御の動作例の一例を示すフローチャートである。図３における処理は、例えば車両Ｖの内燃機関１の動作中において実行される。
【００３７】
図３に示すように、制御部３４０は、動作状態がオフ状態に切り替わったか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。判定の結果、動作状態がオフ状態に切り替わっていない場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、本制御は終了する。具体的には、車両Ｖの内燃機関１の動作状態が継続される。
【００３８】
一方、動作状態がオフ状態に切り替わった場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、制御部３４０は、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量が所定量未満であるか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。
【００３９】
判定の結果、アンモニアの吸着量が所定量以上である場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、本制御は終了する。一方、アンモニアの吸着量が所定量未満である場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、制御部３４０は、排気管１１０の温度が所定温度以上であるか否かについて判定する（ステップＳ１０３）。
【００４０】
判定の結果、排気管１１０の温度が所定温度未満である場合（ステップＳ１０３、ＮＯ）、本制御は終了する。所定温度未満の場合、尿素水噴射部１２０により尿素水を噴射してもアンモニアが生成されず、ＮＯｘ選択還元触媒２３０にアンモニアを吸着させることができないからである。
【００４１】
一方、排気管１１０の温度が所定温度以上である場合（ステップＳ１０３、ＹＥＳ）、制御部３４０は排気管１１０内に二次空気を供給するように二次空気供給部１３０を制御する（ステップＳ１０４）。次に、制御部３４０は、排気管１１０内に尿素水を噴射するように尿素水噴射部１２０を制御する（ステップＳ１０５）。
【００４２】
ステップＳ１０５の後、本制御は終了する。なお、ステップＳ１０５の後、ステップＳ１０２に戻るように制御しても良い。このようにすることで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０のアンモニアの吸着量を可能な限り増やすことができる。
【００４３】
以上のように構成された本実施の形態によれば、内燃機関１が停止したタイミングで、ＮＯｘ選択還元触媒２３０におけるアンモニアの吸着量が制御される。これにより、次に内燃機関１が始動する際に、ＮＯｘ選択還元触媒２３０にアンモニアの吸着量が不足している事態が発生することを低減することができる。そのため、内燃機関１始動の際、排気管１１０内の温度が上がりきっていない場合においても、ＮＯｘ浄化処理を効果的に行うことができる。
【００４４】
ところで、特許文献１に記載の技術では、イグニッションスイッチがオフ状態になった後、内燃機関１を動作させることにより、ＮＯｘ選択還元触媒２３０にアンモニアを吸着させる。しかし、この技術では、イグニッションスイッチがオフ状態になった後も、内燃機関１を動作させ続けるため、低燃費の観点から好ましくなく、また、車両Ｖの乗員が違和感を覚えるおそれがある。
【００４５】
本実施の形態では、イグニッションスイッチがオフ状態になった後、内燃機関１を動作させることがないので、特許文献１に記載の技術に対して、低燃費の観点から有利となる。つまり、本実施の形態では、燃費を向上させつつ、内燃機関１の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒２３０にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことができる。
【００４６】
また、イグニッションスイッチをオフ状態にした後に内燃機関１が動作しないため、車両Ｖの乗員が違和感を覚えることを防止することができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、第２経路１１２が第１経路１１１における酸化触媒２１０の上流側に接続されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２経路１１２が、第１経路１１１における酸化触媒２１０とＤＰＦ２２０との間に接続されていても良いし、ＤＰＦ２２０とＮＯｘ選択還元触媒２３０との間に接続されていても良い。ただし、排気管１１０内に残った熱を二次空気に含ませる観点、及び、酸化触媒２１０における酸化熱を利用する観点からすると、第１経路１１１における酸化触媒２１０の上流側に接続されることが望ましい。
【００４８】
また、二次空気供給部１３０により供給される二次空気を加熱する観点から、例えば、第２経路１１２に対応する排気管１１０にインタークーラーやＥＧＲクーラー等の加熱部を設けても良い。インタークーラーやＥＧＲクーラーから発生する熱により排気管１１０を加熱することにより、排気管１１０内に供給される二次空気を効率よく加熱することができる。
【００４９】
また、上記実施の形態における排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジンを搭載した車両Ｖに搭載されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガソリンエンジンを搭載した車両に搭載されていても良い。
【００５０】
その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本開示の排気浄化装置は、燃費を向上させつつ、内燃機関の始動時においてもＮＯｘ選択還元触媒にてＮＯｘの還元処理を効果的に行うことが可能な排気浄化装置、車両および排気浄化制御装置として有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  内燃機関
１００  排気浄化装置
１１０  排気管
１１１  第１経路
１１２  第２経路
１２０  尿素水噴射部
１３０  二次空気供給部
１４０  バルブ
２１０  酸化触媒
２２０  ＤＰＦ
２３０  ＮＯｘ選択還元触媒
３００  吸着量制御装置
３１０  動作状態取得部
３２０  吸着量取得部
３３０  温度取得部
３４０  制御部
【図１】
2018127930.tif 000003
【図２】
2018127930.tif 000004
【図３】
2018127930.tif 000005