(57)【要約】【課題】排気ガスの温度が低い場合、排気ガスに含まれるＮＯｘが大気に放出されることを防止することが可能な排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化システムの昇温制御方法を提供する。【解決手段】排気ガス浄化システムは、尿素水インジェクタの上流側に配置され、排気ガスの温度が第１温度より低い第２温度以下である場合、当該排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する一方、排気ガスの温度が第２温度より高い温度である場合、吸着したＮＯｘを放出するＰＮＡ触媒と、ＰＮＡ触媒の上流側に配置されたＤＯＣと、ＤＯＣの上流側に設置され、ＤＯＣに燃料を供給する燃料供給部とを備え、排気ガスの温度が第１温度未満であり、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度が所定濃度以上である場合、燃料供給部を制御し、排気ガスの温度が第１温度以上となるようにＤＯＣに燃料を供給させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に、選択還元型触媒装置と、前記排気通路を通過する排気ガスの温度が第１温度以上である場合、前記選択還元型触媒装置の上流側で還元剤を噴射する還元剤インジェクタとを備えて構成される排気ガス浄化システムであって、
前記排気ガスの温度を取得する温度取得部と、
前記排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を取得する濃度取得部と、
前記還元剤インジェクタの上流側に配置され、前記排気ガスの温度が前記第１温度より低い第２温度以下である場合、当該排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する一方、前記排気ガスの温度が前記第２温度より高い温度である場合、吸着したＮＯｘを放出するＰＮＡ触媒と、
前記ＰＮＡ触媒の上流側に配置されたＤＯＣと、
前記ＤＯＣの上流側に設置され、前記ＤＯＣに燃料を供給する燃料供給部と、
前記温度取得部により取得された温度が前記第１温度未満であり、前記濃度取得部により取得された濃度が所定濃度以上である場合、前記燃料供給部を制御し、前記排気ガスの温度が前記第１温度以上となるように前記ＤＯＣに前記燃料を供給させる燃料供給制御部と、
を備える排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記所定濃度は、前記ＰＮＡ触媒が吸着可能な最大ＮＯｘ量に対応する濃度である、
請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記燃料供給制御部は、前記排気ガスの温度が前記第１温度に達した場合、前記ＤＯＣに対する前記燃料の供給を中止するように前記燃料供給部を制御する、
請求項１または２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記燃料供給制御部は、前記温度取得部により取得された温度が前記第１温度未満、かつ、前記第２温度より高い場合、前記燃料供給部を制御し、前記排気ガスの温度が前記第１温度以上となるように前記ＤＯＣに前記燃料を供給させる、
請求項１〜３の何れか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に、選択還元型触媒装置と、前記排気通路を通過する排気ガスの温度が第１温度以上である場合、前記選択還元型触媒装置の上流側で還元剤を噴射する還元剤インジェクタと、前記還元剤インジェクタの上流側に配置され、前記排気ガスの温度が前記第１温度より低い第２温度以下である場合、当該排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する一方、前記排気ガスの温度が前記第２温度より高い温度である場合、吸着したＮＯｘを放出するＰＮＡ触媒と、前記ＰＮＡ触媒の上流側に配置されたＤＯＣと、前記ＤＯＣの上流側に設置され、前記ＤＯＣに燃料を供給する燃料供給部とを備えて構成される排気ガス浄化システムの昇温制御方法であって、
前記排気ガスの温度を取得し、
前記排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を取得し、
取得された温度が前記第１温度未満であり、取得された濃度が所定濃度以上である場合、前記燃料供給部を制御し、前記排気ガスの温度が前記第１温度以上となるように前記ＤＯＣに前記燃料を供給させる、
昇温制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化システムの昇温制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラックやバス等の車両に搭載されるディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するための排気ガス浄化システムとして、尿素水等を還元剤として用いてＮＯｘを窒素と水に還元する選択触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）システムが開発されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
選択触媒還元システムは、尿素水タンクに貯留された尿素水を選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）上流の排気管に供給し、排気ガスの熱で尿素を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアによって選択還元型触媒装置内の触媒でＮＯｘを還元するものである。尿素水は、例えば排気通路に設けられた尿素水インジェクタによって適量が噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０３８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、尿素の加水分解は、ＳＣＲを通過する排気ガスの温度が所定温度（例えば、２００℃）以上で起こる。したがって、尿素水インジェクタは、ＳＣＲに流入する排気ガスの温度が所定温度以上の場合に、尿素水を排気通路内の排気ガスに供給する。すなわち、内燃機関の低負荷運転時など排気ガスの温度が所定温度未満である場合（言い換えると、ＳＣＲ内の触媒が十分に活性されていない場合）、排気ガスに含まれるＮＯｘはＳＣＲを通過して大気に放出されるおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、排気ガスの温度が低い場合、排気ガスに含まれるＮＯｘが大気に放出されることを防止することが可能な排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化システムの昇温制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る排気ガス浄化システムは、
内燃機関の排気通路に、選択還元型触媒装置と、前記排気通路を通過する排気ガスの温度が第１温度以上である場合、前記選択還元型触媒装置の上流側で還元剤を噴射する還元剤インジェクタとを備えて構成される排気ガス浄化システムであって、
前記排気ガスの温度を取得する温度取得部と、
前記排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を取得する濃度取得部と、
前記還元剤インジェクタの上流側に配置され、前記排気ガスの温度が前記第１温度より低い第２温度以下である場合、当該排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する一方、前記排気ガスの温度が前記第２温度より高い温度である場合、吸着したＮＯｘを放出するＰＮＡ触媒と、
前記ＰＮＡ触媒の上流側に配置されたＤＯＣと、
前記ＤＯＣの上流側に設置され、前記ＤＯＣに燃料を供給する燃料供給部と、
前記温度取得部により取得された温度が前記第１温度未満であり、前記濃度取得部により取得された濃度が所定濃度以上である場合、前記燃料供給部を制御し、前記排気ガスの温度が前記第１温度以上となるように前記ＤＯＣに前記燃料を供給させる燃料供給制御部と、
を備える。
【０００８】
本発明に係る昇温制御方法は、
内燃機関の排気通路に、選択還元型触媒装置と、前記排気通路を通過する排気ガスの温度が第１温度以上である場合、前記選択還元型触媒装置の上流側で還元剤を噴射する還元剤インジェクタと、前記還元剤インジェクタの上流側に配置され、前記排気ガスの温度が前記第１温度より低い第２温度以下である場合、当該排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する一方、前記排気ガスの温度が前記第２温度より高い温度である場合、吸着したＮＯｘを放出するＰＮＡ触媒と、前記ＰＮＡ触媒の上流側に配置されたＤＯＣと、前記ＤＯＣの上流側に設置され、前記ＤＯＣに燃料を供給する燃料供給部とを備えて構成される排気ガス浄化システムの昇温制御方法であって、
前記排気ガスの温度を取得し、
前記排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を取得し、
取得された温度が前記第１温度未満であり、取得された濃度が所定濃度以上である場合、前記燃料供給部を制御し、前記排気ガスの温度が前記第１温度以上となるように前記ＤＯＣに前記燃料を供給させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気ガスの温度が低い場合、排気ガスに含まれるＮＯｘが大気に放出されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態における車両の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態における昇温制御処理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】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における車両１の構成を示す図である。図１に示すように、トラックやバス等の車両１には、内燃機関１０と、排気系２０と、制御部３０（具体的には、ＥＣＭ）とが搭載されている。排気系２０および制御部３０は、本発明の排気ガス浄化システムとして機能する。
【００１２】
まず、内燃機関１０の構成について説明する。内燃機関１０は、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関１０の燃焼室１１において、燃料噴射インジェクタ１３は、燃焼室１１内に燃料を噴射する。なお、燃料噴射インジェクタ１３は、燃焼室１１の吸気ポートに燃料を噴射しても良い。燃料の噴射は、制御部３０により制御される。また、燃焼室１１内の燃料は、ピストン１９の動作により圧縮されて燃焼する。
【００１３】
吸気バルブ１５および排気バルブ１７は、開閉可能に構成される。吸気バルブ１５が開くことで、吸気用配管５０からの新気が燃焼室１１に吸入される。また、排気バルブ１７が開くことで、燃焼室１１で燃料が燃焼して生じた排気ガスが排気系２０（具体的には、排気管２１、本発明の排気通路に対応）に送り出される。
【００１４】
次に、排気系２０の構成について説明する。排気系２０は、排気管２１を有する。排気管２１は、主に金属製であり、例えば車両１の下部に設けられる。この排気管２１は、内燃機関１０において燃料の燃焼により生じた排気ガスを大気中（車外）に導く。
【００１５】
また、排気管２１の途中には、排気ガスを浄化（無害化）するために、様々な後処理装置が設けられている。本実施の形態では、後処理装置として、ＤＯＣ（酸化触媒）２４Ａと、ＰＮＡ（Passive NOx Absorber）触媒２４Ｂと、ＳＣＲ２４Ｃ（本発明の選択還元型触媒装置に対応）と、ＲＤＯＣ２４Ｄとが設けられている。
【００１６】
ＤＯＣ２４Ａは、金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。ＤＯＣ２４Ａは、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を分解除去する。また、ＤＯＣ２４Ａは、排気ガスに含まれるＮＯｘの大半を占める一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する機能も有している。この機能を利用することで、ＳＣＲ２４ＣのＮＯｘ浄化効率を向上することが可能になる。
【００１７】
排気管２１において、例えばＤＯＣ２４Ａの入口近傍には濃度センサ２３が設けられている。この濃度センサ２３は、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出し、当該濃度を示す信号を制御部３０に出力する。
【００１８】
排気管２１において、濃度センサ２３の上流側（具体的には、排気ガスの流れ方向における上流側）には、一時的に排気ガス中（より具体的には、ＤＯＣ２４Ａ）に燃料（未燃燃料）を供給して、燃料の炭化水素（ＨＣ）をＤＯＣ２４Ａで酸化させ、その酸化反応熱を利用して排気ガスを昇温する燃料供給部２２（燃料供給インジェクタ）が配置されている。
【００１９】
ＰＮＡ触媒２４Ｂは、排気ガスの温度が１５０℃（本発明の第２温度に対応）以下である場合、当該排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する一方、排気ガスの温度が１５０℃より高い温度である場合、吸着したＮＯｘを放出する。
【００２０】
排気管２１において、ＰＮＡ触媒２４Ｂよりも下流側（具体的には、排気ガスの流れ方向における下流側）であって、ＳＣＲ２４Ｃよりも上流側には、尿素水を噴射するための尿素水インジェクタ２５（ドージングバルブとも言う、本発明の「還元剤インジェクタ」に対応）が設けられている。
【００２１】
排気管２１において、例えばＳＣＲ２４Ｃの入口近傍には温度センサ２６が設けられている。この温度センサ２６は、尿素水の噴射の制御等に用いられ、排気ガスの温度を検出し、当該温度を示す信号を制御部３０に出力する。
【００２２】
ＳＣＲ２４Ｃは、例えば円柱形状を有し、セラミックで作製されたハニカム担体を有する。ハニカム壁面には、例えばゼオライトやバナジウム等の触媒が担持またはコーティングされる。
【００２３】
上記のようなＳＣＲ２４Ｃは、排気管２１において、上記ＰＮＡ触媒２４Ｂの下流側に配置される。また、排気管２１においてＰＮＡ触媒２４ＢとＳＣＲ２４Ｃとの間には、還元剤としての尿素水が、尿素水インジェクタ２５により噴射され、ＤＯＣ２４ＡおよびＰＮＡ触媒２４Ｂを通過した排気ガスに供給される。その結果、尿素水がアンモニアに加水分解される。アンモニアを含む排気ガスがＳＣＲ２４Ｃを通過中、触媒の作用により窒素酸化物（いわゆるＮＯｘ）が窒素と水に反応する（還元反応）。これにより、排気ガス中の窒素酸化物が浄化される。
【００２４】
ここで、加水分解は、ＳＣＲ２４Ｃを通過する排気ガスの温度が所定温度（例えば、２００℃）以上で起こる。したがって、本実施の形態では、尿素水インジェクタ２５は、ＳＣＲ２４Ｃに流入する排気ガスの温度が２００℃（本発明の第１温度に対応）以上の場合に、尿素水を排気管２１内の排気ガスに供給する。尿素水の噴射はＤＣＵ（図示せず）により制御される。なお、所定温度（２００℃）は、排気系２０の設計開発段階での実験・シミュレーション等により、アンモニアとＮＯｘとの反応温度等を考慮しつつ適宜適切に定められる。
【００２５】
ＲＤＯＣ２４Ｄは、後段酸化触媒であって、ＤＯＣ２４Ａと同様の構成を有しており、排気管２１においてＳＣＲ２４Ｃの直ぐ下流に配置される。
【００２６】
ＲＤＯＣ２４Ｄは、主として、ＳＣＲ２４Ｃにおいて還元反応に使用されずにスリップしてきたアンモニアが大気中に放出されないように、スリップしてきたアンモニアを酸化し除去する。それ以外にも、ＲＤＯＣ２４Ｄは、ＳＣＲ２４Ｃと同様の機能を有する場合もある。
【００２７】
以上の各後処理装置で排気ガスを処理して生成される水、窒素、二酸化炭素は、マフラー（図示せず）等を介して、大気中に排出される。
【００２８】
制御部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開した制御プログラムと協働して各種処理の実行を制御する。
【００２９】
図１に示すように、制御部３０は、温度取得部３１、濃度取得部３２および燃料供給制御部３３を備える。
【００３０】
温度取得部３１は、温度センサ２６から出力された信号を入力し、排気管２１を通過する排気ガスの温度を取得する。
【００３１】
濃度取得部３２は、濃度センサ２３から出力された信号を入力し、排気管２１を通過する排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を取得する。
【００３２】
燃料供給制御部３３は、温度取得部３１により取得された温度が２００℃（第１温度）未満であり、濃度取得部３２により取得された濃度が所定濃度以上である場合、燃料供給部２２を制御し、排気ガスの温度が２００℃以上となるようにＤＯＣ２４Ａに燃料を供給させる。ここで、所定濃度とは、ＰＮＡ触媒２４Ｂが吸着可能な最大ＮＯｘ量に対応する濃度である。なお、所定濃度は、排気系２０の設計開発段階での実験・シミュレーション等により定められる。
【００３３】
燃料供給制御部３３は、温度取得部３１により取得された温度が２００℃に達した場合、ＤＯＣ２４Ａに対する燃料の供給を中止するように燃料供給部２２を制御する。
【００３４】
次に、図２のフローチャートを参照し、本実施の形態における制御部３０の昇温制御処理例について説明する。図２の昇温制御処理は、所定時間が経過する毎に実行される。
【００３５】
まず、温度取得部３１は、温度センサ２６から出力された信号を入力し、排気管２１を通過する排気ガスの温度を取得する（ステップＳ１００）。次に、濃度取得部３２は、濃度センサ２３から出力された信号を入力し、排気管２１を通過する排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を取得する（ステップＳ１２０）。
【００３６】
次に、燃料供給制御部３３は、濃度取得部３２により取得された濃度が所定濃度以上であるか否かについて判定する（ステップＳ１４０）。判定の結果、濃度取得部３２により取得された濃度が所定濃度以上でない場合（ステップＳ１４０、ＮＯ）、制御部３０は、図２における処理を終了する。
【００３７】
一方、濃度取得部３２により取得された濃度が所定濃度以上である場合（ステップＳ１４０、ＹＥＳ）、燃料供給制御部３３は、温度取得部３１により取得された温度が２００℃未満であるか否かについて判定する（ステップＳ１６０）。判定の結果、温度取得部３１により取得された温度が２００℃未満でない場合（ステップＳ１６０、ＮＯ）、制御部３０は、図２における処理を終了する。
【００３８】
一方、温度取得部３１により取得された温度が２００℃未満である場合（ステップＳ１６０、ＹＥＳ）、燃料供給制御部３３は、燃料供給部２２を制御し、排気ガスの温度が２００℃以上となるようにＤＯＣ２４Ａに燃料を供給させる（ステップＳ１８０）。次に、温度取得部３１は、温度センサ２６から出力された信号を入力し、排気管２１を通過する排気ガスの温度を取得する（ステップＳ２００）。
【００３９】
次に、燃料供給制御部３３は、ステップＳ２００において温度取得部３１により取得された温度が２００℃以上であるか否かについて判定する（ステップＳ２２０）。判定の結果、温度取得部３１により取得された温度が２００℃以上でない場合（ステップＳ２２０、ＮＯ）、処理はステップＳ１８０の前に戻る。
【００４０】
温度取得部３１により取得された温度が２００℃以上である場合（ステップＳ２２０、ＹＥＳ）、燃料供給制御部３３は、ＤＯＣ２４Ａに対する燃料の供給を中止するように燃料供給部２２を制御する（ステップＳ２４０）。ステップＳ２４０の処理が完了することによって、図２における処理は終了する。
【００４１】
以上詳しく説明したように、本実施の形態では、排気ガス浄化システム（排気系２０および制御部３０）は、排気ガスの温度を取得する温度取得部３１と、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を取得する濃度取得部３２と、尿素水インジェクタ２５の上流側に配置され、排気ガスの温度が２００℃（第１温度）より低い１５０℃（第２温度）以下である場合、当該排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する一方、排気ガスの温度が１５０℃より高い温度である場合、吸着したＮＯｘを放出するＰＮＡ触媒２４Ｂと、ＰＮＡ触媒２４Ｂの上流側に配置されたＤＯＣ２４Ａと、ＤＯＣ２４Ａの上流側に設置され、ＤＯＣ２４Ａに燃料を供給する燃料供給部２２と、温度取得部３１により取得された温度が２００℃未満であり、濃度取得部３２により取得された濃度が所定濃度以上である場合、燃料供給部２２を制御し、排気ガスの温度が２００℃以上となるようにＤＯＣ２４Ａに燃料を供給させる燃料供給制御部３３とを備える。
【００４２】
このように構成した本実施の形態によれば、内燃機関１０の低負荷運転時など排気ガスの温度が１５０℃以下である場合、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度が所定濃度（ＰＮＡ触媒２４Ｂが吸着可能な最大ＮＯｘ量に対応する濃度）未満である場合、排気ガスに含まれるＮＯｘはＰＮＡ触媒２４Ｂに吸着される。また、排気ガスの温度が１５０℃以下であり、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度が所定濃度以上である場合、ＤＯＣ２４Ａに対する燃料供給により排気ガスが、尿素水インジェクタ２５により尿素水の噴射が開始される２００℃まで昇温する。その結果、排気ガスに含まれるＮＯｘ（ＰＮＡ触媒２４Ｂから放出されたＮＯｘを含む）は、ＳＣＲ２４Ｃを通過中、触媒の作用により窒素と水に反応する（還元反応）。以上のように、排気ガスの温度が低い場合、排気ガスに含まれるＮＯｘが大気に放出されることを防止することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、燃料供給制御部３３は、温度取得部３１により取得された温度が２００℃に達した場合、ＤＯＣ２４Ａに対する燃料の供給を中止するように燃料供給部２２を制御する。この構成により、尿素水インジェクタ２５により尿素水の噴射が開始される温度まで昇温した後、排気ガスの昇温のために不必要に燃料が消費されることを防止することができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態において、燃料供給制御部３３は、温度取得部３１により取得された温度が２００℃未満であり、かつ、１５０℃より高い場合、燃料供給部２２を制御し、排気ガスの温度が２００℃以上となるようにＤＯＣ２４Ａに燃料を供給させることが望ましい。排気ガスの温度が２００℃未満であり、かつ、１５０℃より高い場合、ＰＮＡ触媒２４Ｂの吸着動作およびＳＣＲ２４Ｃの還元反応が機能せず、排気ガスに含まれるＮＯｘがＳＣＲ２４Ｃを通過して大気に放出されるおそれがあるからである。
【００４５】
また、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】
【００４６】
本発明は、排気ガスの温度が低い場合、排気ガスに含まれるＮＯｘが大気に放出されることを防止することが可能な排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化システムの昇温制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１  車両
１０  内燃機関
１１  燃焼室
１３  燃料噴射インジェクタ
１５  吸気バルブ
１７  排気バルブ
１９  ピストン
２０  排気系
２１  排気管
２２  燃料供給部
２３  濃度センサ
２４Ａ  ＤＯＣ
２４Ｂ  ＰＮＡ触媒
２４Ｃ  ＳＣＲ
２４Ｄ  ＲＤＯＣ
２５  尿素水インジェクタ（還元剤インジェクタ）
２６  温度センサ
３０  制御部
３１  温度取得部
３２  濃度取得部
３３  燃料供給制御部
５０  吸気用配管
【図１】
2019007402.tif 000003
【図２】
2019007402.tif 000004