(57)【要約】【課題】エンジンの排ガスを還元剤により浄化する排気浄化装置において、排ガス流量の低下により還元剤の分散が不充分になるのを回避する。【解決手段】ＥＣＵは、添加弁の開放時間および開放周期をＮＯｘの排出量に応じて可変するとともに、開放時間を排ガス流量の低下に応じて短縮する。添加弁からの噴射により形成される還元剤噴霧は、噴孔の開放開始からの経時が短いほど噴射方向への貫徹力が弱くなる。このため、排ガス流量が低下して開放時間が短縮されると還元剤噴霧の貫徹力が弱くなり、噴射された還元剤は排ガス中に分散しやすくなる。この結果、排ガス流量が低下しても還元剤の分散が不充分になるのを回避することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔を開閉する弁体を有し、前記弁体を開弁方向に駆動して前記噴孔を開放することで排気管の内部に還元剤を噴射する添加弁と、
この添加弁に指令を与えて、前記弁体による前記噴孔の開閉を制御する制御手段とを備え、
この制御手段は、
前記弁体により前記噴孔を開放する開放期間と、前記弁体により前記噴孔を閉鎖する閉鎖期間とを前記添加弁に交互に繰り返させ、
前記開放期間の長さおよび前記開放期間の繰返し周期を窒素酸化物の排出量に応じて可変するとともに、前記開放期間の長さを排ガス流量の低下に応じて短縮することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気浄化装置において、
前記制御手段は、排ガス流量が所定の閾値よりも少ないときの前記開放期間の長さとして、排ガス流量が前記閾値よりも多いときに適用する第１設定値よりも短い第２設定値を適用することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の排気浄化装置において、
前記制御手段は、
排ガス流量が所定の閾値よりも少ないときに、前記開放期間の長さを固定して前記開放期間の繰返し周期を可変し、
排ガス流量が所定の閾値よりも多いときに、前記開放期間の繰返し周期を固定して前記開放期間の長さを可変することを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガスを還元剤により浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元剤により還元して浄化する排気浄化装置が公知である。この還元剤は、例えば、尿素水であり、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ３）が、触媒によりＮＯｘと反応して無害な窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成することで、ＮＯｘが浄化される。また、還元剤は、排気管に直接装着される添加弁により、排気管の内部に直接的に噴射されて排ガス中に分散することで、ＮＯｘを浄化する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、排気管における排ガス流量はエンジンの運転状態に応じて常に変動している。このため、排ガス流量が低下すると、添加弁から噴射された還元剤は、排ガス中に充分に分散することなく触媒の特定部位や管壁に到達し、ＮＯｘの浄化に有効に利用される割合が低下してしまう。
【特許文献１】特許第３６８６６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジンの排ガスを還元剤により浄化する排気浄化装置において、排ガス流量の低下により還元剤の分散が不充分になるのを回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の排気浄化装置は、噴孔を開閉する弁体を有し、弁体を開弁方向に駆動して噴孔を開放することで排気管の内部に還元剤を噴射する添加弁と、添加弁に指令を与えて、弁体による噴孔の開閉を制御する制御手段とを備える。また、制御手段は、弁体により噴孔を開放する開放期間と、弁体により噴孔を閉鎖する閉鎖期間とを添加弁に交互に繰り返させる。そして、制御手段は、開放期間の長さおよび開放期間の繰返し周期を窒素酸化物の排出量に応じて可変するとともに、開放期間の長さを排ガス流量の低下に応じて短縮する。
【０００６】
添加弁からの噴射により形成される還元剤噴霧は、噴孔の開放開始からの経時が短いほど（つまり、開放期間の長さが短いほど）噴射方向への貫徹力が弱くなる。このため、上記の構成により、排ガス流量が低下して開放期間が短縮されると還元剤噴霧の貫徹力が弱くなり、噴射された還元剤は排ガス中に分散しやすくなる。この結果、排ガス流量が低下しても還元剤の分散が不充分になるのを回避することができる。
【０００７】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の排気浄化装置によれば、制御手段は、排ガス流量が所定の閾値よりも少ないときの開放期間の長さとして、排ガス流量が閾値よりも多いときに適用する第１設定値よりも短い第２設定値を適用する。
このように、排ガス流量における実値と閾値との大小に応じて、開放期間の長さに第１、第２設定値を使い分けることで、還元剤の分散を良好に保つための制御を簡便に実行することができる。なお、還元剤の添加量は、開放期間の長さが第１、第２設定値のいずれか一方に固定されても、開放期間の繰返し周期を可変することで操作できる。
【０００８】
また、還元剤噴霧の貫徹力は、開放期間の長さがごく短い範囲で顕著に弱くなる。そこで、第２設定値を、貫徹力が顕著に弱くなる範囲内の数値に設定し、第１設定値を、貫徹力がさほど弱くない範囲内の数値に設定すれば、簡便な制御方法で確実に還元剤の分散を良好に保つことができる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の排気浄化装置によれば、制御手段は、排ガス流量が所定の閾値よりも少ないときに、開放期間の長さを固定して開放期間の繰返し周期を可変し、排ガス流量が所定の閾値よりも多いときに、開放期間の繰返し周期を固定して開放期間の長さを可変する。
【００１０】
これにより、排ガス流量が所定の閾値よりも少ないときには、請求項２の手段と同様に開放期間の長さが固定され、開放期間の繰返し周期が可変されて還元剤の添加量が操作される。そして、排ガス流量が所定の閾値よりも多いときには、請求項２の手段と異なり開放期間の繰返し周期が固定され、開放期間の長さが可変されて還元剤の添加量が操作される。このため、排ガス流量の大小に係わらず開放期間の長さと開放期間の繰返し周期とを可変する場合に比べて、還元剤の分散を良好に保つための制御を簡便に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
最良の形態１の排気浄化装置は、噴孔を開閉する弁体を有し、弁体を開弁方向に駆動して噴孔を開放することで排気管の内部に還元剤を噴射する添加弁と、添加弁に指令を与えて、弁体による噴孔の開閉を制御する制御手段とを備える。また、制御手段は、弁体により噴孔を開放する開放期間と、弁体により噴孔を閉鎖する閉鎖期間とを添加弁に交互に繰り返させる。そして、制御手段は、開放期間の長さおよび開放期間の繰返し周期を窒素酸化物の排出量に応じて可変するとともに、開放期間の長さを排ガス流量の低下に応じて短縮する。
【００１２】
また、この排気浄化装置によれば、制御手段は、排ガス流量が所定の閾値よりも少ないときの開放期間の長さとして、排ガス流量が閾値よりも多いときに適用する第１設定値よりも短い第２設定値を適用する。
【実施例１】
【００１３】
〔実施例１の構成〕
実施例１の排気浄化装置１の構成を、図１を用いて説明する。
排気浄化装置１は、エンジンの排ガスに還元剤を噴射供給して排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化するものである。還元剤は、例えば、尿素水であり、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ３）が、触媒によりＮＯｘと反応して無害な窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成することで、ＮＯｘが浄化される。
【００１４】
排気浄化装置１は、排気管２の内部に還元剤を噴射する添加弁３と、所定のタンク４から還元剤を吸引して添加弁３の方に吐出する供給ポンプ５と、添加弁３や供給ポンプ５等の作動を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）６とを備える。
【００１５】
添加弁３は、排気管２に直接的に装着されており、噴孔（図示せず）を含む先端部９は、排気管２の内部に突出する。そして、添加弁３は、供給ポンプ５から吐出された還元剤を内部に受け入れるとともに、受け入れた還元剤を先端部９に導いて先端に開口する噴孔から噴射する。
【００１６】
この添加弁３は、通電により磁気吸引力を発生するソレノイドコイル（図示せず）と、噴孔を開閉する弁体（図示せず）とを備え、磁気吸引力により弁体を開弁方向に駆動して噴孔を開放する電磁ソレノイド弁である。また、添加弁３は、弁体を閉弁方向に付勢するスプリング（図示せず）を備え、ソレノイドコイルへの通電が停止されて磁気吸引力が消滅すると、スプリングの付勢力により弁体を閉弁方向に駆動して噴孔を閉鎖する。
なお、添加弁３の内部に供給された還元剤の内で噴射されなかった還元剤は、タンク４に戻される。
【００１７】
ＥＣＵ６は、制御機能および演算機能を有するＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入力装置ならびに出力装置等により構成される周知のマイクロコンピュータ（マイコン）と、マイコンからの入力信号により所定の電源からソレノイドコイルへの通電を行う駆動回路とを有し、エンジンの運転状態を示す各種センサからの入力に応じて添加弁３の駆動制御を行うものである。
【００１８】
ＥＣＵ６は、添加弁３において弁体により噴孔を開放する開放期間と、弁体により噴孔を閉鎖する閉鎖期間とを交互に繰り返させることで、添加弁３の駆動制御を行う。そして、ＥＣＵ６は、開放期間と閉鎖期間との繰返し制御において、開放期間の長さおよび開放期間の繰返し周期をＮＯｘの排出量に応じて可変するとともに、開放期間の長さを排ガス流量の低下に応じて短縮する（以下、「開放期間の長さ」を開放時間と呼び、「開放期間の繰返し周期」を開放周期と呼ぶ）。
【００１９】
すなわち、ＥＣＵ６のマイコンは、エンジンの運転状態を示す各種センサから得られる検出値に基づき、ＮＯｘの排出量を直接的に検出、または間接的に算出する。例えば、マイコンは、エンジン回転数および排ガス温度の検出値、ならびに燃料噴射量の指令値等を用いてＮＯｘの排出量を間接的に算出する。そして、マイコンは、算出されたＮＯｘの排出量に基づき必要な還元剤添加量を算出する。
【００２０】
さらに、マイコンは、排ガス流量に対する閾値、排ガス流量が閾値よりも多いときに開放時間として適用する第１設定値、排ガス流量が閾値よりも少ないときに開放時間として適用する第２設定値を記憶している。そして、マイコンは、排ガス流量における実値と閾値との大小に応じて、開放時間を第１、第２設定値のいずれか一方に固定する。
【００２１】
ここで、添加弁３からの噴射により形成される還元剤噴霧は、噴孔の開放開始からの経時が短いほど（つまり、開放時間が短いほど）噴射方向への貫徹力が弱くなり、さらに、開放時間がごく短い範囲で顕著に弱くなる。そして、第２設定値は、貫徹力が顕著に弱くなる範囲内の数値に設定され、第１設定値は、貫徹力がさほど弱くない範囲内の数値に設定されている（つまり、第２設定値は、第１設定値よりも短い数値として記憶されている）。また、排ガス流量の実値は、エンジンの運転状態を示す各種センサから得られる検出値に基づき直接的に検出、または間接的に算出される。
【００２２】
そして、マイコンは、還元剤添加量の算出値と開放時間の固定値（つまり、第１、第２設定値のいずれか一方の数値）とに基づき開放周期を算出し、開放時間の固定値と開放周期の算出値とに基づくパルス信号を合成して駆動回路に出力する。
【００２３】
すなわち、排ガス流量の実値が閾値よりも大きい場合、ＮＯｘの排出量に係わらず開放時間は第１設定値に固定され、パルス信号のオン時間は第１設定値に略一致する（図２（ａ）参照）。また、排ガス流量の実値が閾値よりも小さい場合、ＮＯｘの排出量が図２（ａ）の場合と同一でも（すなわち、還元剤添加量が同一でも）、開放時間は第２設定値に固定されパルス信号のオン時間が第２設定値に略一致するとともに、開放周期およびパルス信号のオン周期が図２（ａ）の場合よりも短くなる（図２（ｂ）参照）。
このように、マイコンは、開放時間を排ガス流量の低下に応じて第１設定値から第２設定値に短縮する。
【００２４】
そして、駆動回路は、パルス信号のオンオフに応じてソレノイドコイルへの通電をオンオフし、さらに、弁体はソレノイドコイルへの通電のオンオフに応じて噴孔を開閉する。これにより、添加弁３は、排ガス流量の実値が閾値よりも大きいときに貫徹力の強い還元剤噴霧を形成し、排ガス流量の実値が閾値よりも小さいときに貫徹力の弱い還元剤噴霧を形成し、開放期間と閉鎖期間とを交互に繰り返して還元剤を噴射する。
【００２５】
〔実施例１の効果〕
実施例１の排気浄化装置１によれば、ＥＣＵ６のマイコンは、開放時間および開放周期をＮＯｘの排出量に応じて可変するとともに、開放時間を排ガス流量の低下に応じて短縮する。
添加弁３からの噴射により形成される還元剤噴霧は、噴孔の開放開始からの経時が短いほど噴射方向への貫徹力が弱くなる。このため、排ガス流量の低下により開放時間が短縮されると還元剤噴霧の貫徹力が弱くなり、噴射された還元剤は排ガス中に分散しやすくなる。この結果、排ガス流量が低下しても還元剤の分散が不充分になるのを回避することができる。
【００２６】
また、ＥＣＵ６のマイコンは、排ガス流量が閾値よりも少ないときの開放時間として、排ガス流量が閾値よりも多いときに適用する第１設定値よりも短い第２設定値を適用する。
このように、排ガス流量における実値と閾値との大小に応じて、開放時間の固定値に第１、第２設定値を使い分けることで、還元剤の分散を良好に保つための制御を簡便に実行することができる。
【００２７】
また、第２設定値は、還元剤噴霧の貫徹力が顕著に弱くなる範囲内の数値に設定され、第１設定値は、貫徹力がさほど弱くない範囲内の数値に設定されている。このため、排ガス流量における実値と閾値との大小に応じて確実に還元剤噴霧の貫徹力を強めたり弱めたりすることができるので、還元剤の分散を常に良好に保つことができる。
【００２８】
〔変形例〕
実施例１の排気浄化装置１によれば、ＥＣＵ６のマイコンは、排ガス流量における実値と閾値との大小に係わらず開放時間を第１、第２設定値のいずれか一方に固定し開放周期を可変して還元剤添加量を操作したが、排ガス流量の実値が閾値よりも大きいときには、開放周期を固定させ開放時間を可変させて還元剤添加量を操作するようにしてもよい。この場合、排ガス流量の実値が閾値よりも小さいときの開放時間の固定値は、例えば１ｍｓであり、排ガス流量の実値が閾値よりも大きいときの開放周期の固定値は、例えば１０Ｈｚである。
【００２９】
また、ＥＣＵ６のマイコンは、排ガス流量における実値と閾値との大小に応じて、開放時間を第１、第２設定値のいずれか一方に固定していたが、実値と閾値との大小に係わらず、排ガス流量の実値に応じて連続的に開放時間を設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】排気浄化装置の構成図である。
【図２】マイコンから出力されるパルス信号を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  排気浄化装置
２  排気管
３  添加弁
６  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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