(57)【要約】【課題】触媒の劣化度によってその燃料の噴射パターンを変えて窒素酸化物を良好に還元できる排気システムを提供する。【解決手段】エンジンから排出する排気ガスが通過する排気ラインと、排気ラインに設置されて排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる窒素酸化物浄化触媒と、窒素酸化物浄化触媒に貯蔵された窒素酸化物を脱着、還元させて除去する還元剤を生成させるための燃料を追加噴射するように窒素酸化物浄化触媒の前端部に設けられたインジェクターと、窒素酸化物浄化触媒の劣化度が設定された値以上と判断されるときインジェクターで噴射される噴射パターンを変える制御部を有してなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出する排気ガスが通過する排気ラインと、
前記排気ラインに設置されて排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる窒素酸化物浄化触媒と、
前記窒素酸化物浄化触媒に貯蔵された窒素酸化物を脱着、還元させて除去する還元剤を生成させるための燃料を追加噴射するように前記窒素酸化物浄化触媒の前端部に設けられたインジェクターと、
前記窒素酸化物浄化触媒の劣化度が設定された値以上と判断されるとき前記インジェクターで噴射される噴射パターンを変える制御部を有してなることを特徴とする排気システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記インジェクターで燃料が追加噴射された後、前記窒素酸化物浄化触媒前後の温度差を利用して前記窒素酸化物浄化触媒の劣化度を検知し、前記温度差が設定された値以下にあると判断されるとき、前記インジェクターの噴射パターンを変えることを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記インジェクターで燃料が追加噴射された後、前記窒素酸化物浄化触媒前後端の酸素濃度差を利用して前記窒素酸化物浄化触媒の劣化度を検知し、前記酸素濃度差が設定された値以下にあると判断されるとき、前記インジェクターの噴射パターンを変えることを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項４】
燃料分解触媒を前記インジェクターと前記窒素酸化物浄化触媒の間にさらに設置して、酸化反応で温度を上げて前記窒素酸化物浄化触媒に貯蔵された窒素酸化物を脱着させるとともに、前記インジェクターで追加噴射された燃料を分解して還元剤を生成して、窒素酸化物を還元させることを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記窒素酸化物浄化触媒の劣化度が、設定された値以上であると判断されたとき、前記インジェクターで噴射される燃料の噴射パターンを変えることを特徴とする請求項４に記載の排気システム。
【請求項６】
前記噴射パターンは、前記インジェクターで噴射される燃料の噴射量、噴射周期、噴射時間、およびパルス幅を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記窒素酸化物浄化触媒が劣化されていると判断されたとき、追加燃料噴射の前記インジェクターの燃料噴射パターンを変えることを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【請求項８】
前記インジェクターは、エンジンの燃焼用空気またはシリンダー内に燃料を噴射する１次インジェクター、または前記排気ラインに設置されて燃料を噴射する２次インジェクターを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気システムに関し、より詳しくは、排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンで排気マニホールドを通して排出する排気ガスは、排気パイプの途中に設けられた触媒コンバーター（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に誘導され浄化され、マフラーを通過するときに騒音を減殺して、テールパイプを通して大気中で放出されている。
【０００３】
排気パイプでは、媒煙フィルターが装着されて排気ガス中に含まれている粒状物質（ＰＭ）を捕集し、触媒コンバーターにおいて排気ガスに含まれている汚染物質を処理している。
【０００４】
触媒コンバーターの一つの形式として、選択的接触還元装置（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ＳＣＲ）がある。選択的接触還元（ＳＣＲ）装置は、尿素、アンモニア、一酸化炭素、炭化水素などの還元剤が、酸素と窒素酸化物の中で窒素酸化物を還元している〔例えば、特許文献１、特許文献２〕。
このような選択的接触還元装置が装着された内燃機関の場合、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量により燃料を追加噴射することがあり、燃料ガスが酸化分解されずに放出されてしまうスリップが発生して燃費が悪化するという課題があった。また、連続に還元剤を供給して連続的に酸化−還元反応を行うことから、酸化熱によって触媒の劣化が起きる触媒耐久性の悪化が問題となることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５１４４９５号公報
【特許文献２】特表平０９−５１１８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、触媒の劣化度によってその燃料の噴射パターンを変えて窒素酸化物を良好に還元できる排気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するための本発明の排気システムは、エンジンから排出する排気ガスが通過する排気ラインと、排気ラインに設置されて排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる窒素酸化物浄化触媒と、窒素酸化物浄化触媒に貯蔵された窒素酸化物を脱着、還元させて除去する還元剤を生成させるための燃料を追加噴射するように窒素酸化物浄化触媒の前端部に設けられたインジェクターと、窒素酸化物浄化触媒の劣化度が設定された値以上と判断されるときインジェクターで噴射される噴射パターンを変える制御部を有してなっている。
【０００８】
このとき、制御部は、インジェクターで燃料が追加噴射された後、窒素酸化物浄化触媒前後の温度差を利用して窒素酸化物浄化触媒の劣化度を検知し、この温度差が設定された値以下にあると判断されるときインジェクターの噴射パターンを変えていくのが好ましい形態である。
【０００９】
また、制御部は、インジェクターで燃料が追加噴射された後、窒素酸化物浄化触媒前後端の酸素濃度差を利用して窒素酸化物浄化触媒の劣化度を検知し、酸素濃度差が設定された値以下にあると判断されるときインジェクターの噴射パターンを変えることもできる。
【００１０】
また、燃料分解触媒が、インジェクターと窒素酸化物浄化触媒の間に設置されて、インジェクターで追加噴射された燃料を酸化反応で温度を上げて前記窒素酸化物浄化触媒に貯蔵された窒素酸化物を脱着させるとともに、燃料を分解して還元剤を生成して、窒素酸化物浄化触媒において窒素酸化物を還元させるのが好ましい。
【００１１】
このとき、制御部は、窒素酸化物浄化触媒の劣化度が、設定された値以上であると判断されたときインジェクターで噴射される燃料の噴射パターンを変えるのがよい。
【００１２】
噴射パターンは、インジェクターで噴射される燃料の噴射量、噴射周期、噴射時間、およびパルス幅を含むものである。
【００１３】
また、制御部は、窒素酸化物浄化触媒が劣化されていると判断されたとき、追加燃料噴射のインジェクターの燃料噴射パターンを変えるのがよい。
【００１４】
インジェクターは、エンジンの燃焼用空気またはシリンダー内に燃料を噴射する１次インジェクター、または排気ラインに設置されて燃料を噴射する２次インジェクターを含むものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、窒素酸化物浄化触媒または燃料分解触媒の劣化度が設定された数値より高いと判断されると、追加燃料噴射時にインジェクターの燃料噴射パターンを変えることによって触媒の劣化度に効果的に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態による排気システムの概略的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による排気システムの制御フローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態による排気システムの概略的な構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による排気システムの制御フローチャートの一部である。
【図５】図４に続く排気システムの制御フローチャートである。
【図６】本発明の実施形態による排気システムで、還元剤噴射量と触媒前後端温度差を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態による排気システムで、走行距離による触媒前後端温度差を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態による排気システムでインジェクターの燃料噴射パターンを示す概略的グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による排気システムの概略構成図である。第１の実施形態における排気システムは、エンジン１００、排気ライン１１０、インジェクター１２０、窒素酸化物浄化触媒１３０、第１酸素センサー１４０ａ、第２酸素センサー１４０ｂ、第１温度センサーＴ６、第２温度センサーＴ７、および制御部（ＥＣＵ）１０５を有して構成されている。
【００１８】
排気ライン１１０には、第１酸素センサー１４０ａ、インジェクター１２０、第１温度センサーＴ６、窒素酸化物浄化触媒１３０、第２酸素センサー１４０ｂ、および第２温度センサーＴ７が順次に配置される。そして、制御部（ＥＣＵ）１０５は、設定されたプログラムによって動作する一つ以上のマイクロプロセッサにより操作されて、本発明の実施形態による各段階を遂行する一連の命令を行う。
【００１９】
図２は、第１の実施形態による排気システムの制御フローチャートである。この排気システムの制御方法は、第０段階Ｓ１００、第１段階Ｓ１０１、第２段階Ｓ１０２、第３段階Ｓ１０３、第４段階Ｓ１０４、第５段階Ｓ１０５、第７段階Ｓ１０７、第８段階Ｓ１０８、第９段階Ｓ１０９、第１０段階Ｓ１１０、第１１段階Ｓ１１１、および第１２段階Ｓ１１２を含む一連の制御動作を行っている。本発明では、第６段階Ｓ１０６に対する詳細な説明および図面は省略した。
【００２０】
記第０段階Ｓ１００で、エンジン１００が正常に作動する正常運転にある段階である。第１段階Ｓ１０１で、窒素酸化物浄化触媒１３０が再生される条件となる段階になる。
【００２１】
そこで、第２段階Ｓ１０２で、インジェクター１２０で還元剤となるガソリンまたはディーゼルの燃料が追加に噴射される。そして、第３段階Ｓ１０３で、窒素酸化物浄化触媒１３０の前後端の温度差が検知されるが、この温度差は、第１温度センサーＴ６と第２温度センサーＴ７により検知されて別途の制御部（図示せず）で演算される。
【００２２】
第４段階Ｓ１０４で、窒素酸化物浄化触媒１３０の前後端の温度差が設定された値より大きいと、第５段階Ｓ１０５で、第１酸素センサー１４０ａと第２酸素センサー１４０ｂで検知された酸素濃度差が設定された値より大きいかが判断される。この第５段階Ｓ１０５で、酸素濃度差が設定された値（β）より大きいと、第７段階Ｓ１０７で正常運転に復帰する。
【００２３】
第４段階Ｓ１０４で、窒素酸化物浄化触媒１３０の前後端温度差が設定された値（β）より小さいと、第８段階Ｓ１０８で第１酸素センサー１４０ａと第２酸素センサー１４０ｂで検知された酸素濃度差が設定された値より大きいかが判断される。そしてこの酸素濃度差が設定された値より大きいと、第９段階Ｓ１０９で、窒素酸化物浄化触媒１３０の窒素酸化物浄化率が設定された値より小さいかが判断される。
【００２４】
第９段階Ｓ１０９で窒素酸化物浄化率が設定された値より小さいと、窒素酸化物浄化触媒１３０が作動していないと判断し、第１０段階Ｓ１１０で非常灯を点灯させ、第１１段階Ｓ１１１で、インジェクター１２０での燃料追加噴射を中止する。
【００２５】
第９段階Ｓ１０９で、窒素酸化物浄化触媒１３０の浄化率が設定された値より大きいとき、つまり窒素酸化物浄化触媒１３０が設定された能力内で作動していると、窒素酸化物浄化触媒１３０が劣化されたことと判断する。第９段階Ｓ１０９で窒素酸化物浄化触媒１３０が劣化されたことと判断すると、第１２段階Ｓ１１２で、インジェクター１２０で噴射される噴射パターンを修正し、第２段階Ｓ１０２のインジェクターによる燃料追加噴射に戻る。ここで、噴射パターンは、噴射量、噴射周期、パルス幅、およびインジェクション量などである。
【００２６】
図３は、本発明の別の第２の実施形態による排気システムの概略的な構成図である。図３を参照すると、排気システムは、エンジン１００、排気ライン１１０、第１酸素センサー１４０ａ、インジェクター１２０、第３温度センサーＴ４、燃料分解触媒（ＤＦＣ）１４０、第４温度センサーＴ５、濾過フィルター（ＤＰＦ）１５０、第１温度センサーＴ６、窒素酸化物浄化触媒１３０、第２酸素センサー１４０ｂ、および第２温度センサーＴ７を有して構成される。本発明の実施形態で、図１と図３で互いに共通的な部分については詳細な説明を省略する。
【００２７】
排気ラインの１１０には、第１酸素センサー１４０ａ、インジェクター１２０、第３温度センサーＴ４、燃料分解触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ：ＤＦＣ）１４０、第４温度センサーＴ５、濾過フィルター（ＤＰＦ）１５０、第１温度センサーＴ６、窒素酸化物浄化触媒１３０、第２酸素センサー１４０ｂ、および第２温度センサーＴ７が順次に配置される。燃料分解触媒は、ディーゼル燃料を活性化させるＤＦＣ触媒である。
【００２８】
図４および図５は、第２の実施形態による排気システムの制御フローチャートを示している。この排気システムの制御方法は、第０段階Ｓ２００、第１段階Ｓ２０１、第２段階Ｓ２０２、第３段階Ｓ２０３、第４段階Ｓ２０４、第５段階Ｓ２０５、第６段階Ｓ２０６、第８段階Ｓ２０８、第９段階Ｓ２０９、第１０段階Ｓ２１０、第１１段階Ｓ２１１、第１２段階Ｓ２１２、第１３段階Ｓ２１３、第１４段階Ｓ２１４、第１５段階Ｓ２１５、第１６段階Ｓ２１６、第１７段階Ｓ２１７、および第１８段階Ｓ２１８を含む一連の制御動作を行う。本発明で第７段階Ｓ２０７に対する詳細な説明および図面で省略している。
【００２９】
第０段階Ｓ２００では、エンジン１００は正常に作動する正常運転にある段階である。第１段階Ｓ２０１で、窒素酸化物浄化触媒１３０が再生される条件となる段階になる。すると、第２段階Ｓ２０２で、インジェクター１２０で還元剤となる燃料が追加噴射される。インジェクター１２０で燃料が追加噴射されると、第３段階Ｓ２０３で、燃料分解触媒１４０の前後端温度差と窒素酸化物浄化触媒１３０の前後端温度差が検知される。同時に、第３段階Ｓ２０３で、第１酸素センサー１４０ａと第２酸素センサー１４０ｂの間の酸素濃度差が検知される。
【００３０】
第４段階Ｓ２０４で、燃料分解触媒１４０の前後端の温度差が設定された値（α）より大きいと、第５段階Ｓ２０５で、窒素酸化物浄化触媒１３０の前後端の温度差が設定された値（β）より大きいか判断され、その温度差が設定された値より大きいと、第６段階Ｓ２０６で、第１酸素センサー１４０ａと第２酸素センサー１４０ｂの間の酸素濃度差が設定された値より大きいか判断される。第４段階Ｓ２０４、第５段階Ｓ２０５、第６段階Ｓ２０６で、それぞれ燃料分解触媒１４０の前後温度差、窒素酸化物浄化触媒１３０の前後温度差、および第１酸素センサー１４０ａと第２酸素センサー１４０ｂの間の酸素濃度差が設定された値より大きいとき、燃料分解触媒１４０と窒素酸化物浄化触媒１３０が劣化されていないことを意味しており、第８段階Ｓ２０８でエンジン１００が正常に作動されて正常運転になる。
【００３１】
第４段階Ｓ２０４で、燃料分解触媒１４０の前後の温度差が設定された値より小さいとき、第１４段階Ｓ２１４、第１５段階Ｓ２１５、および第１６段階Ｓ２１６を行う。第１４段階Ｓ２１４では、窒素酸化物浄化触媒１３０の前後温度差が設定された値（β）より大きく、第１５段階Ｓ２１５では酸素濃度差（第１酸素センサーと第２酸素センサー１４０ｂによる値の差）が設定された値より大きいとき、第１６段階Ｓ２１６での窒素酸化物浄化触媒１３０の窒素酸化物浄化率が設定された値（Ｘ）より小さいかが判断される。つまり、第１６段階Ｓ２１６で、窒素酸化物浄化触媒１３０が設定された能力範囲以上に作動しているかどうかが判断されることである。尚、窒素酸化物浄化触媒１３０の浄化率を計算する方法は公知された技術であり、詳細な説明を省略する。
【００３２】
第１６段階Ｓ２１６で、窒素酸化物浄化触媒１３０の浄化率が設定された値より小さいとき、第１７段階Ｓ２１７では、燃料分解触媒１４０が作動してないと判断して非常灯を点灯させる。
第１６段階Ｓ２１６で、窒素酸化物浄化触媒１３０の浄化率が設定された値より大きいとき、窒素酸化物浄化触媒１３０が設定された浄化率を有するものと判断され、第１８段階Ｓ２１８で、インジェクター１２０で噴射される噴射パターンが修正される。ここで、噴射パターンは、噴射量、噴射周期、パルス幅などである。
【００３３】
図４および図５における第９段階Ｓ２０９、第１０段階Ｓ２１０、第１１段階Ｓ２１１、および第１２段階Ｓ２１２は、図２における第８段階Ｓ１０８、第９段階Ｓ１０９、第１０段階Ｓ１１０、および第１１段階Ｓ１１１と同じであるのでその詳細な説明は省略する。
【００３４】
図６は、本発明の実施形態による排気システムで還元剤噴射量と触媒前後温度差を示すグラフである。図６を参照すると、インジェクター１２０で噴射される還元剤、つまり燃料の噴射量が多くなると、窒素酸化物浄化触媒１３０または燃料分解触媒１４０の前後の温度差が大きくなる。その理由は、噴射された燃料が窒素酸化物浄化触媒１３０または燃料分解触媒１４０で触媒成分により酸化されて後端部に高温の排気ガスが供給されるためである。
【００３５】
図７は、本発明の実施形態による排気システムで走行距離による触媒前後温度差を示すグラフである。図７を参照すると、前記エンジン１００の作動時間、つまり車両の走行距離が長くなるほど、設定された条件が同一であると、窒素酸化物浄化触媒１３０または燃料分解触媒１４０の前後の温度差は小さくなる。つまり、走行距離が長くなると、窒素酸化物浄化触媒１３０または燃料分解触媒１４０に含まれている触媒成分が劣化されてその性能が低下される。従って、インジェクター１２０で燃料が追加噴射され、その噴射された燃料が触媒を通過する時、酸化率が下がってその後端部に供給される排気ガスの温度は相対的に低くなる。
【００３６】
図８は、本発明の実施形態による排気システムでインジェクターの燃料噴射パターンの概略的なグラフで、インジェクター１２０で噴射される燃料の噴射パターンの色々な実施形態を示している。図の（Ａ）で、横軸は時間であり上部に上がった部分が実質的にインジェクター１２０で燃料が噴射される区間である。グラフで噴射周期を短くすると噴射量が増加する。同時に、パルス幅を増加させると噴射量が増加する。
前述のように、噴射周期とパルス幅を変更させながら、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）のように噴射パターンを変えることができる。同時に、全体噴射周期とパルス幅と共に全体噴射時間も変えることができる。
【００３７】
図１および図３を参照すると、窒素酸化物浄化触媒１３０は、エンジン１００で排出される排気ガスに含まれている窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、インジェクター１２０で追加噴射された燃料により燃料分解触媒１４０で生成された成分を還元剤として用いて脱着しつつ還元していく。つまり、排気ライン１１０に設けられたインジェクター１２０により燃料を追加噴射し、この噴射された燃料が燃料分解触媒１４０において分解されて還元性の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）等の還元剤を生成し、窒素酸化物浄化触媒１３０に吸蔵された窒素酸化物を脱着するとともに窒素酸化物を還元する。
【００３８】
本発明の実施形態では、排気ラインに設けられたインジェクター１２０で追加噴射された燃料を利用して還元剤が生成され、条件を最適化するようその燃料噴射パターンを変えていくことができる。
【００３９】
以上、本発明を好ましい実施形態で説明したが、本発明はここに示した実施形態に限定されずに、実施形態から当該発明が属する技術分野−で通常の知識を有する者による容易に変更されて、均等と認められる範囲のすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４０】
１００：エンジン
１１０：排気ライン
１２０：インジェクター
１３０：窒素酸化物浄化触媒（ＮＯｘ浄化触媒）
１４０：燃料分解触媒
１４０ａ：第１酸素センサー
１４０ｂ：第２酸素センサー
１５０：濾過フィルター
Ｔ４：第３温度センサー
Ｔ５：第４温度センサー
Ｔ６：第１温度センサー
Ｔ７：第２温度センサー
【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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【図６】
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【図７】
2011052680.tif 000009
【図８】
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