(57)【要約】【課題】簡単な制御によって触媒装置に燃料を均一に行き渡らせ、高いＮＯｘ低減率が得られるようにする。【解決手段】内燃機関の排気管１の途中に並列に装備して排ガス中のＮＯｘの吸蔵還元を行う触媒２を有する第１触媒装置３及び第２触媒装置４と、各触媒装置３，４の一方と他方に排ガスを交互に切り替えて導く排ガス切替バルブ５ａ，５ｂと、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂによって排ガスの供給を停止した再生側の触媒装置３，４に燃料を噴射して触媒を加熱する燃料噴射ノズル６ａ，６ｂとを設けた排ガス浄化装置の制御方法であって、再生側の触媒装置３，４への排ガスの供給を絞る際に、再生側の触媒装置３，４に流量比３〜１５％の排ガスを流すように排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを微小開度とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管の途中に並列に装備して排ガス中のＮＯｘの吸蔵還元を行う触媒を有する第１触媒装置及び第２触媒装置と、前記第１触媒装置及び第２触媒装置の一方と他方に排ガスを交互に切り替えて導く排ガス切替バルブと、該排ガス切替バルブによって排ガスの供給を停止した再生側の触媒装置に燃料を噴射して触媒を加熱する燃料供給手段とを設けた排ガス浄化装置の制御方法であって、
再生側の触媒装置への排ガスの供給を絞る際に、再生側の触媒装置に流量比３〜１５％の排ガスを流すように排ガス切替バルブを微小開度としたことを特徴とする排ガス浄化装置の制御方法。
【請求項２】
前記排ガス切替バルブの微小開度を一定に固定し、ＮＯｘ低減率が低下するよう排ガス切替バルブの閉作動開始点から前記燃料を噴射するまでの噴射遅れ時間と、燃料の噴射継続時間とを調節することを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置の制御方法。
【請求項３】
前記噴射遅れ時間を、排ガス切替バルブの閉作動開始点から閉作動到達点までの所要時間に１秒を加算した時間内に設定することを特徴とする請求項２記載の排ガス浄化装置の制御方法。
【請求項４】
前記第１触媒装置及び第２触媒装置を通った後の排ガスを酸化手段に導いて燃料の未燃成分を酸化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の排ガス浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気管の途中に装備したＮＯｘ吸蔵還元触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種のＮＯｘ吸蔵還元触媒では、排気空燃比がリーンの時に排ガス中のＮＯｘを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯｘを分解放出して還元浄化するようにしている。
【０００３】
そして、このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒においては、ＮＯｘの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯｘが吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排ガスのＯ2濃度を低下させてＮＯｘを分解放出させて再生を行う必要がある。
【０００４】
このため、内燃機関の排気管の途中に、排ガス中のＮＯｘの吸蔵還元を行う触媒を有する第１触媒装置と第２触媒装置を並列に装備し、且つ、前記第１触媒装置及び第２触媒装置の一方と他方に排ガスを交互に切り替えて導く排ガス切替バルブを設けると共に、該排ガス切替バルブによって排ガスの供給を閉止する再生側の触媒装置の上流に燃料（還元剤）を供給して燃焼させることによりＯ2濃度を低下させるようにした燃料噴射ノズルを備えた排ガス浄化装置がある。
【０００５】
このような排ガス浄化装置では、前記第１触媒装置及び第２触媒装置の再生側は、排ガス切替バルブを全閉にして排ガスの流れを停止した後に燃料を噴射するようにしていた。しかし、このように排ガスの流れを停止してから燃料を噴射すると、燃料噴射ノズルから噴射した燃料が噴射部近傍に滞ってしまい分散されないために燃料を触媒に満遍なく行き渡らせることができず、よってＮＯｘ低減率を高めることができなかった。このような装置においてＮＯｘ低減率を高めるには、大量の燃料を投入するか、エア等に燃料を乗せて触媒に当てる等の方法しかなく、燃料、エアーが大量に必要になるという問題を有していた。
【０００６】
こうした問題を解決するために、ＮＯｘを吸蔵還元触媒よりも上流側から燃料（還元剤）を供給して触媒に液滴状の燃料を付着させ、この時、ＮＯｘ浄化率、ＨＣ量、燃料噴射時間等に基づいて判定手段により液滴状の燃料が触媒中の少なくとも所定範囲内に行き渡ったことを判定し、燃料が触媒中の所定範囲内に行き渡ったと判定された後に、触媒に送る排気流量を減少させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１２０９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１に示された方法においては、ＮＯｘ浄化率、ＨＣ量、燃料供給時間等に基づいて還元剤が触媒に行き渡ったことを判定する必要があるため、この判定のための操作が面倒であり、よって適確な制御を行ってＮＯｘ低減率を有効に高めることが難しいという問題を有していた。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたもので、簡単な制御によって触媒装置に燃料を均一に行き渡らせ、高いＮＯｘ低減率が得られるようにした排ガス浄化装置の制御方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関の排気管の途中に並列に装備して排ガス中のＮＯｘの吸蔵還元を行う触媒を有する第１触媒装置及び第２触媒装置と、前記第１触媒装置及び第２触媒装置の一方と他方に排ガスを交互に切り替えて導く排ガス切替バルブと、該排ガス切替バルブによって排ガスの供給を停止した再生側の触媒装置に燃料を噴射して触媒を加熱する燃料供給手段とを設けた排ガス浄化装置の制御方法であって、
再生側の触媒装置への排ガスの供給を絞る際に、再生側の触媒装置に流量比３〜１５％の排ガスを流すように排ガス切替バルブを微小開度としたことを特徴とする。
【００１０】
而して、再生側の触媒装置への排ガスの供給を絞る際に、再生側の触媒装置に流量比３〜１５％の排ガスを流すように排ガス切替バルブを微小開度としたので、再生側に噴射された燃料が流量比３〜１５％で流動する排ガスに乗って触媒に供給されることになるため、触媒に燃料を均一に供給することができ、よって簡単な制御によりＮＯｘ低減率を大幅に高めることができる。
【００１１】
上記排ガス浄化装置の制御方法において、前記排ガス切替バルブの微小開度を一定に固定し、ＮＯｘ低減率が低下するよう排ガス切替バルブの閉作動開始点から前記燃料を噴射するまでの噴射遅れ時間と、燃料の噴射継続時間とを調節することは好ましく、この方法によれば、排ガス切替バルブの微小開度を固定することにより制御が更に簡単になり、また、排ガス切替バルブの閉作動開始点から前記燃料を噴射するまでの噴射遅れ時間と、燃料の噴射継続時間とを調節することによって、最少の燃料噴射量で高いＮＯｘ低減率を達成できる。
【００１２】
また、上記排ガス浄化装置の制御方法において、前記噴射遅れ時間を、排ガス切替バルブの閉作動開始点から閉作動到達点までの所要時間に１秒を加算した時間内に設定することは好ましく、この方法によれば、噴射遅れ時間をＮＯｘ低減率が高められる範囲で任意に調節できる。
【００１３】
また、上記排ガス浄化装置の制御方法において、前記第１触媒装置及び第２触媒装置を通った後の排ガスを酸化手段に導いて燃料の未燃成分を酸化させることは好ましく、この方法によれば、未燃成分が排気されるのを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排ガス浄化装置の制御方法によれば、再生側の触媒装置に対する排ガスの供給を停止するようにガス切替バルブを閉作動する際に、再生側の触媒装置にも流量比３〜１５％の排ガスが流れるように排ガス切替バルブを微小開度に調整するので、再生側に噴射された燃料が流量比３〜１５％で流動する排ガスに乗って触媒に供給されることになるため、触媒に燃料を均一に供給することができ、よって簡単な制御にてＮＯｘ低減率を大幅に高められるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明の方法を実施する排ガス浄化装置の一例であって、排ガス浄化装置は、図示しないエンジン（ディーゼルエンジン）から排気マニホールドを介して排出される排ガスが流通する排気管１に、該排気管１を途中で分岐管１ａ，１ｂにより分岐させてから再度合流せしめ、前記各分岐管１ａ，１ｂの夫々にＮＯｘ触媒２を装備することにより並列な第１触媒装置３及び第２触媒装置４を備えている。尚、前記第１触媒装置３及び第２触媒装置４を並列に設ける以外に３個以上を並列に設けるようにしてもよい。また、ＮＯｘ触媒２の温度を均一・安定化させるために、それぞれの前段に、酸化の性質をもった触媒や触媒付きＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を設けるようにしてもよい。
【００１７】
更に、前記第１触媒装置３及び第２触媒装置４の上流には、第１触媒装置３及び第２触媒装置４の何れか一方に排ガスを切り替えて導くようにした排気切替手段としての排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを設ける。図１では第１触媒装置３及び第２触媒装置４より上流の分岐管１ａ，１ｂの夫々に排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを設けた場合を例示しているが、前記分岐管１ａ，１ｂの分岐部に１つのガス切替バルブを設けて、該１つのガス切替バルブによって第１触媒装置３と第２触媒装置４のいずれか一方へ排ガスを切り替えて導くようになっていてもよい。
【００１８】
また、前記排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの下流で触媒２より上流の位置には、第１触媒装置３及び第２触媒装置４に燃料を供給して触媒２を加熱するための燃料供給手段としての燃料噴射ノズル６ａ，６ｂを備えている。図１の燃料供給手段は、燃料タンク７の燃料（例えばディーゼルエンジンの場合では軽油）が供給ポンプ８によって前記燃料噴射ノズル６ａ，６ｂに供給されており、該燃料噴射ノズル６ａ，６ｂが図示しない電磁弁等により開閉されて燃料の噴射・遮断が行われるようになっている。
【００１９】
また、前記第１触媒装置３及び第２触媒装置４の下流で合流した後の排気管１には、酸化触媒又は酸化触媒付きＤＰＦ（Diesel Particulate  Filter）等の酸化手段９を備えており、該酸化手段９は前記第１触媒装置３及び第２触媒装置４で還元に供されなかった燃料の未燃成分であるＨＣやＣＯ等を酸化させて未燃成分が排気されるのを防止している。
【００２０】
そして、前記排ガス浄化装置には、各排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの開閉を制御すると共に、燃料噴射ノズル６ａ，６ｂによる燃料の噴射・遮断を制御するようにしたエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）をなす制御装置１０が備えられている。
【００２１】
制御装置１０は、図２に示す如く、前記第１触媒装置３と第２触媒装置４へ交互に排ガスを導くように各排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの開閉を行うように制御しているが、再生側の触媒装置３，４への排ガスの供給を停止するように排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを閉作動するとき、再生側の触媒装置３，４に、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂが全開の時の１００％の排ガス流量に対して流量比３〜１５％の排ガスが流れるように微小開度Ｓに調整するようにしている。尚、図２では排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの開閉を実線により模式的に示しているが、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂは閉作動開始点Ｐ1（全開）から閉作動到達点Ｐ2（閉）までの間、及び開作動開始点Ｐ3（閉）から開作動到達点Ｐ4（全開）までの間にはバルブ作動のための所要の時間が掛るため、実際の開閉は破線で示すような動きとなる。
【００２２】
更に、図２において、前記したように第１触媒装置３及び第２触媒装置４の再生側への排ガスを絞るように排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの開度を微小開度Ｓとしている閉時間内に、閉作動開始点Ｐ1から所要の噴射遅れ時間Ｔのタイミングをもって前記燃料噴射ノズル６ａ，６ｂにより燃料を噴射すると共に、燃料噴射ノズル６ａ，６ｂによって噴射する噴射継続時間ｔを調節して燃料の噴射量を制御するようにしている。
【００２３】
図３は再生側の排ガスの流量比が７％となるように排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの微小開度Ｓを設定して、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを開から閉、閉から開にし、この時に、下流側に設けたＯ2センサ１１によって排ガスのＯ2量（濃度）を計測する試験を実施して、そのＯ2量の変化を示したものである。また、図４は従来の装置において実施しているように、再生側の排ガスの流量比が０％となるように排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを全閉とした場合において排ガスのＯ2量を計測してその変化を示したものである。
【００２４】
図４に示すように、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを全閉とした場合には排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの閉作動時におけるＯ2量は殆ど変化を生じることがないが、これに対して、図３に示すように排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを全閉とせずに例えば流量比が７％になる微小開度Ｓとした場合には、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの閉作動後にＯ2量が大きく落ち込む現象が生じた。このようにＯ2量が減少すると、ＮＯｘの還元が促進されてＮＯｘ低減率が有効に高められることになる。
【００２５】
次に、図２に示した前記排ガス切替バルブ５ａ，５ｂによる微小開度Ｓを変化させ、更に、閉作動開始点Ｐ1からの燃料の噴射遅れ時間Ｔ（噴射タイミング）を変化させた時のＮＯｘ低減率を検出する試験を実施し、その結果を図５に示した。尚、上記試験装置では排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの閉作動開始点Ｐ1から閉作動到達点Ｐ2までの時間は０．７秒の応答性を有していた。
【００２６】
図５に示すように、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂによる流量比が３％、７％、１０％、１５％になるように微小開度Ｓを変化させた場合、いずれの場合においても、従来の全閉（開度０％）とした場合に比してＮＯｘ低減率は大幅に高められ、この時、流量比が７％になる微小開度Ｓとしたときが最も高いＮＯｘ低減率を示した。
【００２７】
従って、第１触媒装置３及び第２触媒装置４の一方に導く排ガス量を絞って触媒２の再生を行うとき、再生側の第１触媒装置３及び第２触媒装置４にも流量比３〜１５％の排ガスが流れるように、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの微小開度Ｓを調整することにより、ＮＯｘ低減率を有効に高めることができた。
【００２８】
更に、図５において、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの閉作動開始点Ｐ1（０時間）から燃料を噴射するまでのタイミング、即ち噴射遅れ時間Ｔについて調査したところ、閉作動開始点Ｐ1から閉作動到達点Ｐ2までの所要時間に略１秒を加算した時間内とすることが好ましいことが得られた。尚、閉作動開始点Ｐ1から閉作動到達点Ｐ2までの応答時間が０．７秒であり、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂにより再生側の流量比が７％になるように微小開度Ｓを設定した前記試験装置においては、図５に示すように閉作動開始点Ｐ1から０．３秒の噴射遅れ時間Ｔの時に最も高いＮＯｘ低減率を示した。しかし、この場合においても燃料の噴射遅れ時間Ｔは、閉作動開始点Ｐ1から閉作動到達点Ｐ2までの時間０．７秒に１秒を加算した１．７秒のタイミング内で調節することができる。
【００２９】
更に、前記燃料噴射ノズル６ａ，６ｂから噴射する燃料の供給量は、図６に示すようにエンジン（ディーゼルエンジン）の機関回転数を検出する回転センサからのエンジン回転数と燃料噴射量との関係を表わしたマップから、エンジン回転数に応じた燃料噴射量を決定し、この燃料噴射量になるように、前記燃料噴射ノズル６ａ，６ｂによる図２の燃料の噴射継続時間ｔを調節することで制御するようにしている。
【００３０】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００３１】
図１の前記制御装置１０は、第１触媒装置３と第２触媒装置４のいずれか一方へ交互に排ガスを導くように各排ガス切替バルブ５ａ，５ｂを開閉させる制御を行うと共に、排ガスの供給を絞って再生を行う第１触媒装置３及び第２触媒装置４にも流量比３〜１５％の排ガスが流れるように、排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの微小開度Ｓを調整する。
【００３２】
このように、再生側の第１触媒装置３及び第２触媒装置４に対して供給する排ガスを全閉とせずに、流量比が３〜１５％になるように微小開度Ｓを保持するようにしたので、再生側に噴射された燃料は流量比３〜１５％で流動する排ガスに乗って触媒２に供給されるようになり、このために燃料が触媒２に均一に供給され、よって図５に示す如くＮＯｘ低減率が大幅に高められるようになる。
【００３３】
更に、前記排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの微小開度Ｓを例えばエンジン及び触媒装置３，４の性能等に応じて選定して一定に固定し、この状態で排ガス切替バルブ５ａ，５ｂの閉作動開始点Ｐ1から閉作動到達点Ｐ2までの時間に１秒を加算した噴射遅れ時間Ｔ内のタイミングで前記燃料噴射ノズル６ａ，６ｂによる燃料の噴射を行うと共に、図６のエンジン回転数と燃料噴射量から求めた燃料供給量になるように燃料噴射ノズル６ａ，６ｂの噴射継続時間ｔを制御することにより、必要最少量の燃料の供給によってＮＯｘ低減率を大幅に高めることができる。
【００３４】
また、前記第１触媒装置３及び第２触媒装置４の下流には、酸化触媒又は酸化触媒付きＤＰＦ（Diesel Particulate  Filter）等の酸化手段９を備えているので、前記第１触媒装置３及び第２触媒装置４で還元に供されなかった燃料の未燃成分であるＨＣやＣＯ等は酸化手段９によって酸化され、よって、未燃成分が排気されることが防止される。
【００３５】
尚、本発明の排ガス浄化装置の制御方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、加熱用として供給される燃料には、一般的なディーゼルエンジン用燃料である軽油を用いる以外に、灯油等の異種燃料、水素等の気体燃料及び還元剤を用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の方法を実施する排ガス浄化装置の一例を示す概略図である。
【図２】排ガス切替バルブの開閉と、燃料噴射ノズルによる燃料の噴射遅れ時間と、噴射継続時間との関係を示すグラフである。
【図３】再生側に対する排ガス切替バルブの開度を微小開度とした際のＯ2量の変化を示すグラフである。
【図４】再生側に対する排ガス切替バルブの開度を全閉とする従来装置におけるＯ2量の変化を示すグラフである。
【図５】微小開度を変化させ、且つ閉作動開始点からの燃料の噴射遅れ時間を変化させた時のＮＯｘ低減率との関係を示すグラフである。
【図６】エンジン回転数と燃料噴射量との関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００３７】
１  排気管
１ａ，１ｂ  分岐管
２  触媒
３  第１触媒装置
４  第２触媒装置
５ａ，５ｂ  排ガス切替バルブ
６ａ，６ｂ  燃料噴射ノズル（燃料供給手段）
９  酸化触媒又は酸化触媒付きＤＰＦ（酸化手段）
１０  制御装置
Ｓ  微小開度
Ｔ  噴射遅れ時間
ｔ  噴射継続時間
Ｐ1  閉作動開始点
Ｐ2  閉作動到達点
【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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