(57)【要約】【課題】硫黄成分に由来する白煙が視認されることを防止可能な排気浄化制御装置を提供する。【解決手段】内燃エンジン１０から排出される排気の温度が低い場合に、排気に含まれる硫黄成分を吸着し、排気の温度が高くなると吸着している硫黄成分を放出する排気浄化触媒４０，５０と、排気浄化触媒４０，５０から放出される硫黄成分の濃度が所定濃度よりも小さくなるように、排気浄化触媒４０，５０のベッド温度を制御する温度制御部Ｓ１００〜Ｓ１９０と、を有する。【選択図】図５
2015169098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンから排出される排気の温度が低い場合に、前記排気に含まれる硫黄成分を吸着し、前記排気の温度が高くなると吸着している硫黄成分を放出する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒から放出される硫黄成分の濃度が所定濃度よりも小さくなるように、前記排気浄化触媒のベッド温度を制御する温度制御部と、
を有する排気浄化制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気浄化制御装置において、
前記温度制御部は、前記排気浄化触媒が吸着している硫黄成分の量を検出し、前記検出した硫黄成分の量が低温モード閾値よりも大きい場合には、排気温度を低温の硫黄放出温度にすることで、前記排気浄化触媒のベッド温度を低く制御し、前記検出した硫黄成分の量が、低温モード閾値よりは小さいが高温モード閾値よりも大きい場合には、排気温度を高温の硫黄放出温度にすることで、前記排気浄化触媒のベッド温度を高く制御する、
排気浄化制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の排気浄化制御装置において、
前記所定濃度は、前記排気浄化触媒から放出される硫黄成分が白煙として視認される濃度よりも低い濃度である、
排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、未燃のハイドロカーボン（未燃ＨＣ）に由来する白煙を抑えるために、燃料のポスト噴射量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９１８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本件発明者らは、車両から排出される白煙には、特許文献１で着目されている未燃ＨＣに由来する白煙の他にも、排気浄化触媒に吸着されている硫黄成分に由来する白煙も存在することを知見した。特許文献１では、排気浄化触媒に吸着されている硫黄成分を放出させるために、空燃比Ａ／Ｆや排気温度を制御している。しかしながら、硫黄成分に由来する白煙については何ら認識されていない。そのため、特許文献１の制御では、硫黄成分の放出量が多ければ、白煙が視認されてしまう。また硫黄成分の放出量が少なければ、頻繁に又は長時間に渡って放出運転する必要があり、燃費が悪化したり、排気浄化触媒の劣化を招くこととなってしまう。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、硫黄成分に由来する白煙が視認されることを防止可能な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】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００７】
本発明による排気浄化制御装置のひとつの実施形態は、内燃エンジンから排出される排気の温度が低い場合に、前記排気に含まれる硫黄成分を吸着し、前記排気の温度が高くなると吸着している硫黄成分を放出する排気浄化触媒を備える。そして、前記排気浄化触媒から放出される硫黄成分の濃度が所定濃度よりも小さくなるように、前記排気浄化触媒のベッド温度を制御する温度制御部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この実施形態によれば、排気浄化触媒から放出される硫黄成分の濃度が高くなりすぎることが回避されて、白煙が視認されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態の排気浄化制御装置が適用されるディーゼルエンジンの全体構成図である。
【図２】図２は、硫黄成分に由来する白煙が発生するメカニズムについて説明する図である。
【図３】図３は、排気温度と、硫黄成分の濃度（白煙濃度）との相関を示す図である。
【図４】図４は、排気温度が所定温度の場合に、排気浄化触媒に吸着されている硫黄Ｓの量（Ｓ吸着量）と、硫黄成分の濃度（白煙濃度）との相関を示す図である。
【図５】図５は、コントローラー１００が実行する制御のフローチャートである。
【図６】図６は、本実施形態の作用効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の排気浄化制御装置が適用されるディーゼルエンジンの全体構成図である。
【００１２】
ディーゼルエンジン１０のシリンダーには、コンプレッサーにより圧縮された吸入空気がインタークーラーと吸気絞り弁２２と吸気マニホールド２１とを介して供給される。この供給される吸入空気は、ディーゼルエンジン１０内のピストンの往復動作により圧縮される。そして、高圧ポンプ１４で高圧化されコモンレール１３に一旦蓄圧された燃料が、インジェクター１２から所定の噴射タイミングで噴射されることで、吸入空気と噴射燃料との混合気が燃焼して所望のエンジントルクを発生する。
【００１３】
燃焼によりディーゼルエンジン１０から発生した排気は、排気通路２３を通流する。そして、排気通路２３を通流する排気の一部は、排気再循環装置(Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ装置」という)３０を介して、吸気通路２１に再循環される。ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１にＥＧＲクーラー３２とＥＧＲバルブ３３とを備える。ＥＧＲクーラー３２は、排気通路２３から再循環する排気を冷却する。ＥＧＲバルブ３３は、コントローラー１００によって、開度がデューティー制御される。コントローラー１００は、運転状態に応じてディーゼルエンジンに最適なＥＧＲ量を供給するために、運転状態に基づいてＥＧＲバルブ３３の開度を調整して所望のＥＧＲ量を供給する。
【００１４】
一方、排気通路２３を流通する排気は、排気系後処理装置によって有害成分が浄化される。本実施形態では、排気系の上流側にディーゼル酸化触媒(Diesel Oxidative Catalyst；以下「ＤＯＣ」という)４０が配置されている。ＤＯＣ４０は、パラジウムＰｄ、白金Ｐｔなどの触媒による酸化作用でディーゼルエンジン１０から排出される排気微粒子(Particulate Matter (PM))を減少させる。
【００１５】
またＤＯＣ４０の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルター(Diesel Particulate Filter；以下「ＤＰＦ」という)５０が設けられている。ＤＰＦ５０は、例えばコージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造である。ＤＰＦ５０には、多孔質薄壁によって格子状に流路が区画される。各流路の入口は、交互に目封じされる。入口が目封じされない流路は、出口が目封じされる。ＤＰＦ５０に流入した排気は、各流路を区画する多孔質薄壁を透過して下流へ排出される。排気に含まれるＰＭは、多孔質薄壁の内側表面で捕捉される。なおこのＤＰＦ５０にも、適宜、酸化触媒成分がコーティングされている。
【００１６】
なお以下の「排気浄化触媒」とは、主としてＤＯＣ４０を想定して説明するが、ＤＰＦ５０にも酸化触媒成分がコーティングされているので、ＤＰＦ５０も考慮して制御すれば、さらに高い効果が得られる。
【００１７】
コントローラー１００は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラー１００が実行する制御の内容は、後述される。
【００１８】
ここで本実施形態の理解を容易にするために本件発明者らの知見について説明する。
【００１９】
上述のように、本件発明者らは、車両から排出される白煙には、未燃ＨＣに由来する白煙の他にも、排気浄化触媒に吸着されている硫黄成分に由来する白煙も存在することを知見した。未燃ＨＣに由来する白煙は、排気温度が比較的低いときに出やすい。具体的には、たとえばアイドリングの直後に加速走行したシーンなどで出やすい。これに対して、硫黄成分に由来する白煙は、排気温度が比較的高い状態から下がったときに出やすい。具体的には、たとえば高速走行後に車速が下がったシーンなどで出やすい。これについて、発明者らは、鋭意研究を進めることで、硫黄成分に由来する白煙が発生するメカニズムを以下のように解析した。
【００２０】
図２は、硫黄成分に由来する白煙が発生するメカニズムについて説明する図である。
【００２１】
排気温度が低温（たとえば２５０℃を下回る温度）では、排気中に含まれる硫黄Ｓが酸化し、触媒成分に吸着され、排気浄化触媒に堆積していく。
【００２２】
排気温度が上昇し、たとえば３５０℃を上回る温度では、硫黄成分が、排気浄化触媒から脱離し、放出される。このとき、硫黄成分の濃度が高いと白煙として視認されることとなる。特に、硫黄成分が脱離した後、排気温度が再び下がって、たとえば２９０℃を下回ると、硫黄成分が凝縮し、白煙として視認されやすくなる。本実施形態は、このような硫黄成分由来の、視認される白煙を低減しようとするものである。
【００２３】
図３は、排気温度と、硫黄成分の濃度（白煙濃度）との相関を示す図である。
【００２４】
低温で触媒成分に吸着され排気浄化触媒に堆積した硫黄成分は、その後、排気温度が上昇し、たとえば３５０℃を上回る温度で、排気浄化触媒から放出されることとなる。その放出量と温度との相関を示したのが図３である。この図３から判るように、放出量は、温度が上昇するにつれて二次関数的に大きくなる。これは、排気温度が高くなると、吸着されている硫黄成分が活発化して、一気に放出されるためであると考えられる。
【００２５】
図４は、排気温度が所定温度の場合に、排気浄化触媒に吸着されている硫黄Ｓの量（Ｓ吸着量）と、硫黄成分の濃度（白煙濃度）との相関を示す図である。
【００２６】
図４から判るように、排気浄化触媒のＳ吸着量が多い方が、排気における硫黄成分濃度が大きくなる。また排気浄化触媒のＳ吸着量が同じ場合で考えると、排気温度が高い状態で硫黄成分が放出されたほうが、排気における硫黄成分濃度（白煙濃度）が高くなる。
【００２７】
以上の知見に基づき、発明者らは、Ｓ吸着量が少なければ、排気温度を高温にして（触媒ベッド温度を高温にして）、硫黄成分の放出処理を行い、Ｓ吸着量が多ければ、排気温度を低温にして（触媒ベッド温度を低温にして）、硫黄成分の放出処理を行うことで、硫黄成分に由来する白煙が視認されないようにしたのである。
【００２８】
以下では、排気浄化制御装置のコントローラー１００が実行する具体的な制御について説明する。
【００２９】
図５は、コントローラー１００が実行する制御のフローチャートである。
【００３０】
ステップＳ１１０においてコントローラー１００は、バックグランドで求められている、排気浄化触媒に吸着されている硫黄量を読み込む。なおこの硫黄量は、たとえば、次式によって求めることができる。
【００３１】
（硫黄吸着量）＝（触媒成分コート量）×（燃料中の硫黄含有濃度）×（吸着時間）×（排気流量）−（放出流量）×（排気流量）
【００３２】
ここで、触媒成分コート量は、触媒成分重量としてもよい。燃料中の硫黄含有濃度は、燃料組成によって決まる。吸着時間は、排気温度が低温（たとえば２５０℃を下回る温度）での運転時間である。排気流量は、排気流量センサー又は吸気流量センサーによって求まる。放出流量は、図３に示されている、排気温度と硫黄成分の放出量との相関を利用し、各放出量の時間積算値によって求まる。
【００３３】
なお、このように、硫黄吸着量を演算して求めてもよいが、センサーによって直接測定してもよい。
【００３４】
ステップＳ１２０においてコントローラー１００は、硫黄吸着量が、低温モード閾値よりも大であるか否かを判定する。この低温モード閾値とは、たとえば図４のＳ２である。すなわち、排気温度が低い状態で放出した硫黄成分が白煙として視認される限界の硫黄吸着量である。コントローラー１００は、判定結果が否であればステップＳ１３０に処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１４０に処理を移行する。
【００３５】
ステップＳ１３０においてコントローラー１００は、硫黄吸着量が、高温モード閾値よりも大であるか否かを判定する。この高温モード閾値とは、たとえば図４のＳ１である。すなわち、排気温度が高い状態で放出した硫黄成分が白煙として視認される限界の硫黄吸着量である。コントローラー１００は、判定結果が否であればステップＳ１１０に処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１５０に処理を移行する。
【００３６】
ステップＳ１４０においてコントローラー１００は、低温放出運転を実行する。具体的には、ポスト噴射量などを制御することで、排気温度が、硫黄成分が排気浄化触媒から放出される下限温度（図３では３５０℃）よりも高いが、低温モード閾値の設定で用いられた温度（図４では４００℃）よりも低い温度（たとえば３８０℃）になるように、ポスト噴射量などを制御する。
【００３７】
ステップＳ１５０においてコントローラー１００は、高温放出運転を実行する。具体的には、ポスト噴射量などを制御することで、排気温度が、低温モード閾値の設定で用いられた温度（図４では４００℃）よりも高いが、高温モード閾値の設定で用いられた温度（図４では５５０℃）よりも低い温度（たとえば５３０℃）になるように、ポスト噴射量などを制御する。
【００３８】
ステップＳ１６０においてコントローラー１００は、バックグランドで求められている、排気浄化触媒に吸着されている硫黄量を読み込む。
【００３９】
ステップＳ１７０においてコントローラー１００は、硫黄吸着量が、放出終了閾値を下回ったか否かを判定する。コントローラー１００は、判定結果が否であればステップＳ１１０に処理を移行して硫黄成分の放出運転を継続し、判定結果が肯になったらステップＳ１８０に処理を移行して、放出運転を終了する。
【００４０】
図６は、本実施形態の作用効果を説明する図である。
【００４１】
最初に比較形態について説明する。
【００４２】
時刻ｔ１までは、排気温度が低く(図６(Ｃ))、排気中に含まれる硫黄Ｓが触媒成分に吸着され、排気浄化触媒に堆積していく(図６(Ｅ))。
【００４３】
硫黄吸着量が高温モード閾値Ｓ１を超えた時刻ｔ１で、Ｓ放出運転モードを開始する(図６(Ｂ))。この結果、排気温度が徐々に上昇して５３０℃に達し、この状態を継続する(図６(Ｃ))。Ｓ放出運転モードを実行しても、硫黄Ｓが排気浄化触媒から放出されるまでに、タイムラグがあり、高温の放出運転モードを実行しても、排気中に含まれる硫黄Ｓが排気浄化触媒に堆積していくことがある(図６(Ｅ))。この状態が継続して、その後、吸着されている硫黄成分が活発化して、一気に放出されると、白煙濃度が大きくなって白煙可視濃度を超えて、視認されることがある(図６(Ｄ))。
【００４４】
これに対して、本実施形態では、硫黄吸着量が低温モード閾値Ｓ２を超えた時刻ｔ２で、低温放出運転モードを開始するようにした(図６(Ｃ))。この結果、排気温度が徐々に下がって３８０℃に達し、この状態を継続する(図６(Ｃ))。そして、硫黄吸着量が高温モード閾値Ｓ１を下回った時刻ｔ３で、高温放出運転モードを再開するようにした(図６(Ｃ))。この結果、排気温度が徐々に上昇して５３０℃に達し、この状態を継続する(図６(Ｃ))。そして、硫黄吸着量が、放出終了閾値ＳＳを下回った時刻ｔ４で(図６(Ｅ))、放出運転を終了する(図６(Ｂ))。本実施形態では、このように制御するので、白煙濃度が、白煙可視濃度を超えてしまって視認されることを防止できる(図６(Ｄ))。
【００４５】
以上、説明したように、本実施形態によれば、白煙濃度が、白煙可視濃度を超えてしまうことを回避でき、白煙が視認されることを防止できる。
【００４６】
また、時刻ｔ３で硫黄吸着量が高温モード閾値Ｓ１を下回ったら、高温放出運転モード再開するようにしたので、Ｓ放出運転モードを無用に長くすることを防止できるのである。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００４８】
たとえば、上記で挙げた数値は、一例に過ぎず、仕様に応じて適切な値を採用すればよい。
【００４９】
また、上述したように、実施形態においては、「排気浄化触媒」として、主としてＤＯＣ４０を想定して説明したが、ＤＰＦ５０にも酸化触媒成分がコーティングされているので、ＤＰＦ５０をも考慮して制御すれば、さらに高い効果が得られる。
【００５０】
特許請求の範囲における「検出」の文言は、センサーを用いて直接検出するのみならず、上記に説明したように演算することで間接的に検出すること、すなわち他のパラメーターを用いて、推定することも含む。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ディーゼルエンジン
４０  ディーゼル酸化触媒(ＤＯＣ)（排気浄化触媒）
５０  ディーゼルパティキュレートフィルター(ＤＰＦ)（排気浄化触媒）
１００（Ｓ１００〜Ｓ１９０）  コントローラー(温度制御部)
【図１】
2015169098.tif 000003
【図２】
2015169098.tif 000004
【図３】
2015169098.tif 000005
【図４】
2015169098.tif 000006
【図５】
2015169098.tif 000007
【図６】
2015169098.tif 000008