(57)【要約】【課題】  排気に添加した還元剤が固体化して堆積し、還元剤添加系を含む排気系に悪影響を及ぼす惧れを回避することができる排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  内燃機関１が減速状態に移行すると、Ｓ３で、尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の添加を停止する。更に、排気温度を所定に維持して添加済みの尿素水から水分が蒸発して尿素粉が固体化し尿素水噴射ノズル４Ａの噴孔付近や排気通路２の内部に堆積するのを抑制すべく、所定期間、燃料カットせず内燃機関１へ所定量の燃料供給を行なう。また、比較的低温な新気が内燃機関１の気筒内に導入され低温な排気として排出されることを防止すべく、所定期間、吸気絞り弁２０により吸入空気量を制限する。加えて、排気ブレーキバルブ３０を動作させ、排気温度の低下を抑制する。更に、ＥＧＲバルブ４１を、所定期間、開弁する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気に対して還元剤添加手段を介して還元剤を添加して選択還元型触媒により排気中の特定成分を選択的に還元する排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記還元剤が尿素水であり、前記選択還元型触媒が尿素選択還元型ＮＯｘ触媒である場合に、
ＮＯｘ還元処理の実行中であって、排気温度が所定レベル以下まで低下するおそれがあると判断したときに、所定期間、排気温度を所定レベル以上に維持する排気温度制御を実行することを特徴とする排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排気温度制御が、内燃機関の減速時に実行されることを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気温度制御が、内燃機関の気筒内へ所定量の燃料供給を行なうこと、吸気絞り弁を所定に閉弁すること、排気絞り弁を所定に閉弁させること、ＥＧＲバルブを所定に開弁すること、排気を加熱する排気加熱手段を動作させること、燃料を排気に添加する燃料添加手段を動作させること、のうちの少なくとも一つを実行することによりなされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記排気温度制御は、前記還元剤添加手段を介した尿素水の排気への添加を停止した後、排気温度を１５０℃以上に、１５秒程度維持可能に実行されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出され種々の排出物質を含む気体（排気）を処理する排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼装置からの排気を浄化して環境汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、例えば、ディーゼル燃焼機関に関しては、排気中のＰＭ（パティキュレートマター：粒子状物質＝主に黒煙（スス）、ＳＯＦと称される燃え残った燃料や潤滑油の成分、サルフェートと称される軽油燃料中の硫黄分から生成される成分、その他の固体物質を含む）の大気への排出を抑えるために、例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）やＣＳＦ（Ｃａｔａｌｙｚｅｄ  Ｓｏｏｔ  Ｆｉｌｔｅｒ：触媒化フィルタ）を排気通路に介装し、排気をディーゼルパティキュレートフィルタやＣＳＦを通過させることで排気中のＰＭを捕集する一方、ディーゼルパティキュレートフィルタやＣＳＦを種々の方法により再生することが行われている。
【０００３】
また、例えば、特許文献１などにおいては、排気に含まれるＮＯｘとＰＭの同時低減を実現するために、ディーゼルパティキュレートフィルタやＣＳＦを排気通路に介装すると共に、その下流側に、ＮＯｘ低減に有効な尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を介装することが提案されている。なお、尿素ＳＣＲとは、酸素共存下においても選択的にＮＯｘを還元剤と反応させることができる特性を備えた選択還元型ＮＯｘ触媒であって、毒性のない尿素水を排気に添加してアンモニアと炭酸ガスに熱分解し、この生成されたアンモニアを還元剤として用いて選択還元型ＮＯｘ触媒上で排気中のＮＯｘを還元して浄化しようとするものである。
【０００４】
より詳細には、特許文献１に記載されるような従来の排気処理装置においては、例えば、図４に示すように、ディーゼル燃焼機関等の内燃機関１の排気通路２の最上流側の排気温度の比較的高い位置に再生効率等の観点より酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ３を介装し、その下流側に尿素水添加装置４、尿素ＳＣＲ５を介装すると共に、尿素ＳＣＲ５からリークしてくる余剰のアンモニア（ＮＨ３）を酸化処理するためのアンモニア酸化触媒６を介装していた。
【０００５】
しかし、かかる従来の排気処理装置において、尿素水添加装置４から排気に添加した尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解される前に、排気温度が低下して、例えば排気温度が１５０°Ｃ以下となるような場合には、尿素水から水分が蒸発し尿素粉が固体成分として析出する惧れがあり、これが、例えば、尿素水添加装置４を構成する尿素水噴射ノズルの噴孔付近や排気通路に堆積する惧れがあるため、尿素水添加系を含む排気系に悪影響を及ぼす惧れがある。
【０００６】
このため、例えば、特許文献２では、尿素水噴射ノズルの排気上流側に電熱ヒータ等からなる加熱手段を設け、当該加熱手段により排気温度を還元剤（尿素水）の融点以上の温度に制御し、かかる状態において尿素水噴射ノズルから尿素を排気に噴射添加するようにした排気処理装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−２６９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１０５９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の排気処理装置では、尿素水噴射ノズルの排気上流側に加熱手段を設けなければならず、構成が複雑化して装置が大型化し製品コストも増大する惧れがあると共に、内燃機関の運転状態が変化（排気温度が変化）する場合への対応についての考慮がなされていないのが実情であった。また、加熱手段を設ける場合、電力消費も大きく、更には排気抵抗等も増大する惧れがあり、燃費や性能面においても悪影響が生じる惧れがある。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、排気に添加した還元剤（例えば尿素水）が固体化して堆積し還元剤添加系を含む排気系に悪影響を及ぼす惧れなどを回避することができる選択還元型触媒を有する排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本発明に係る排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置は、
内燃機関から排出される排気に対して還元剤添加手段を介して還元剤を添加して選択還元型触媒により排気中の特定成分を選択的に還元する排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記還元剤が尿素水であり、前記選択還元型触媒が尿素選択還元型ＮＯｘ触媒である場合に、
ＮＯｘ還元処理の実行中であって、排気温度が所定レベル以下まで低下するおそれがあると判断したときに、所定期間、排気温度を所定レベル以上に維持する排気温度制御を実行することを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記排気温度制御が、内燃機関の減速時に実行されることを特徴とすることができる。
【００１１】
本発明は、前記排気温度制御が、内燃機関の気筒内へ所定量の燃料供給を行なうこと、吸気絞り弁を所定に閉弁すること、排気絞り弁を所定に閉弁させること、ＥＧＲバルブを所定に開弁すること、排気を加熱する排気加熱手段を動作させること、燃料を排気に添加する燃料添加手段を動作させること、のうちの少なくとも一つを実行することによりなされることを特徴とすることができる。
【００１２】
本発明は、前記排気温度制御が、前記還元剤添加手段を介した尿素水の排気への添加を停止した後、排気温度を１５０°Ｃ以上に、１５秒程度維持可能に実行されることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、排気に添加した還元剤（例えば尿素水）が固体化して堆積し還元剤添加系を含む排気系に悪影響を及ぼす惧れなどを回避することができる選択還元型触媒を有する排気処理装置を備えた内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る排気処理装置を備えた内燃機関の構成例を示す図である。
【図２】同上実施の形態において実行される排気温度制御を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来におけるＮＯｘ還元処理制御を説明するフローチャートである。
【図４】従来における排気処理装置を備えた内燃機関の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【００１６】
本発明の第１の実施の形態を、図１に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る排気処理装置は、例えばディーゼル燃焼機関等の内燃機関１の排気通路２の最上流側の排気温度の比較的高い位置に再生効率等の観点より酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ３を介装し、その下流側に尿素水添加装置４、尿素ＳＣＲ触媒５を介装すると共に、尿素ＳＣＲ触媒５からリークしてくる余剰のアンモニア（ＮＨ３）を酸化処理するためのアンモニア酸化触媒６が介装されている。
【００１７】
前記尿素水添加装置４は、本発明に係る還元剤添加手段に相当するもので、図示しないエンジン制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）からの信号に基づいて、排気に対して還元剤としての尿素水を所定のタイミングで噴射供給する尿素水噴射ノズル４Ａと、尿素水を貯留する尿素水タンク４Ｂと、当該尿素水タンク４Ｂに貯留されている尿素水を排気に対して噴射供給する前記尿素水噴射ノズル４Ａへ所定圧力をもって圧送供給する供給ポンプ４Ｃと、を含んで構成されている。
【００１８】
ここで、尿素水添加装置４を構成する尿素水噴射ノズル４Ａから排気に噴射添加した尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解される前に、排気温度が低下して、例えば排気温度が１５０°Ｃ以下となってしまうような場合には、尿素水から水分が蒸発し尿素粉が固体成分として析出し、これが、例えば、尿素水噴射ノズル４Ａの噴孔付近や排気通路内部に堆積し、尿素水添加系を含む排気系に悪影響を及ぼす惧れがあるが、かかる惧れを回避するために、本実施の形態では、以下のような排気温度を所定に維持するための排気温度制御を実行する。
【００１９】
すなわち、
図２のフローチャートに示すように、本実施の形態に係る排気温度制御は、尿素水噴射ノズル４Ａから尿素水を排気に噴射添加してアンモニアと炭酸ガスに熱分解し、この生成されたアンモニアを還元剤として用いて尿素ＳＣＲ触媒５で排気中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ還元処理の実行中において実行される。
【００２０】
Ｓ（ステップ、以下同様）１では、アクセル操作判定を行なう。例えば、アクセル開度の時間変化（Δアクセル開度）が正（Δアクセル開度＞０）であるか否かを判断する。言い換えれば、Ｓ１では、排気温度が所定レベル以下まで低下する惧れがある運転状態に移行したか否かを判断する。
【００２１】
Ｙｅｓであれば、例えば加速中などであり、排気温度が所定レベル以下まで低下する惧れはないと判断して、そのままＮＯｘ還元処理の実行を継続すべく、Ｓ２へ進む。
【００２２】
Ｓ２では、例えば、内燃機関１の回転速度、アクセル開度などに基づいて、内燃機械１の気筒内（すなわち燃焼室内）に対して規定量の燃料噴射を行なうと共に、尿素水噴射ノズル４Ａから規定量の尿素水を排気通路２内に噴射添加するよう制御信号を尿素水噴射ノズル４Ａの駆動部へ送信した後、本フローを終了し次回ルーチンに備える。
【００２３】
一方、Ｓ１にて、Ｎｏと判断された場合には、例えば内燃機関１が減速状態へ移行し、排気温度が所定レベル以下まで低下する惧れがあると判断して、Ｓ３へ進む。
【００２４】
Ｓ３では、内燃機関１の運転状態が減速状態であるので、ＮＯｘ排出量が少なくＮＯｘ還元処理の実行を継続する必要性が低いため、図３に示すような従来のＮＯｘ還元処理の制御を説明するフローチャートと同様に、尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の排気中への添加を停止する。
【００２５】
更に、Ｓ３では、図３に示した従来のＮＯｘ還元処理の制御を説明するフローチャートのように内燃機関１の気筒内への燃料噴射を直ちにカットすることなく、排気温度を所定に（例えば１８０°Ｃ以上に）維持して排気中へ添加済みの尿素水から水分が蒸発して尿素粉が尿素水噴射ノズル４Ａの噴孔付近や排気通路２の内部に堆積して尿素水添加系を含む排気系に悪影響を及ぼす惧れを回避すべく、減速時であっても、第１の所定期間、内燃機関１へ所定量の燃料供給を行なうべく気筒内への燃料噴射を継続する。
【００２６】
なお、前記第１の所定期間は、例えば、排気中に添加済みの尿素水をアンモニアと炭酸ガスに熱分解することができる期間で、例えば尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の排気中への添加を停止し（最後に尿素水を添加してから）、排気温度を１５０℃から２００℃程度に１５秒程度維持するのに必要な期間とすることができるが、要求に応じて適宜変更することができる。
【００２７】
また、Ｓ３では、排気温度を所定に維持するために、比較的低温な新気（外気）が内燃機関１の気筒内に導入され低温な排気として排出されることにより排気温度が低下されることを防止すべく、第２の所定期間、内燃機関１の吸気通路に介装される吸気絞り弁２０により吸入空気量を制限する制御（空気過剰率λを低く抑える低λ化制御）を実行する。
なお、前記第２の所定期間は、例えば、排気中に添加済みの尿素水をアンモニアと炭酸ガスに熱分解することができる期間で、例えば尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の排気中への添加を停止し（最後に尿素水を添加してから）、排気温度を１５０℃から２００℃程度に１５秒程度維持するのに必要な期間とすることができるが、要求に応じて適宜変更することができる。
【００２８】
加えて、Ｓ３では、排気通路２に介装されて排気通路２の通路断面積を制御して排気圧力を制御する排気絞り弁３０（例えば、所謂排気ブレーキバルブ）を動作させて、第３の所定期間、比較的高温の排気を排気通路２内に留めることで、尿素水噴射ノズル４Ａの噴孔付近を含む排気通路２内の排気温度の低下を抑制する。
なお、前記第３の所定期間は、例えば、排気中に添加済みの尿素水をアンモニアと炭酸ガスに熱分解することができる期間で、例えば尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の排気中への添加を停止し（最後に尿素水を添加してから）、排気温度を１５０℃から２００℃程度に１５秒程度維持するのに必要な期間とすることができるが、要求に応じて適宜変更することができる。
【００２９】
更に、Ｓ３では、燃焼温度を低下させＮＯｘの生成量を抑制するために内燃機関１からの排気の少なくとも一部をＥＧＲガスとして内燃機関１の気筒内へ還流させる所謂ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システム４０を構成するＥＧＲバルブ４１を、第４の所定期間、開弁する。これにより、排気の少なくとも一部をＥＧＲガスとして内燃機関１の気筒内に還流させ、比較的低温な新気（外気）が内燃機関１の気筒内に導入される割合を下げ、以って内燃機関１からの排気の温度を所定レベルに維持することに寄与させる。ここにおいて、ＥＧＲバルブ４１の開度は、例えば全開（１００％）とすることができるが、必要に応じて適宜変更することができる。
なお、前記第４の所定期間は、例えば、排気中に添加済みの尿素水をアンモニアと炭酸ガスに熱分解することができる期間で、例えば尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の排気中への添加を停止し（最後に尿素水を添加してから）、排気温度を１５０℃から２００℃程度に１５秒程度維持するのに必要な期間とすることができるが、要求に応じて適宜変更することができる。
【００３０】
ところで、本実施の形態に係る酸化触媒付きディーゼルパティキュレートフィルタ３を再生等するために、電熱ヒータ、バーナー等により排気を加熱する排気加熱手段や燃料を排気中に添加する燃料添加手段が備えられている場合には、当該排気加熱手段や燃料添加手段を、上述した排気温度制御と組み合わせて利用する構成を採用することができ、例えば、ＮＯｘ還元処理の実行中に運転状態が変化してＮＯｘ還元処理を停止後に排気温度が所定レベル以下まで低下する惧れがある運転状態に移行した場合には、図２のフローチャートのＳ３において、加熱手段や燃料添加手段を所定期間動作させ、排気温度を所定に（例えば１８０°Ｃ以上に）維持することで、排気中へ添加済みの尿素水から水分が蒸発して尿素粉が尿素水噴射ノズル４Ａの噴孔付近や排気通路２の内部に堆積して尿素水添加系を含む排気系に悪影響を及ぼす惧れを回避するように構成することもできる。
【００３１】
なお、上記Ｓ３において実行される各処理は、すべてを実行する場合に限られず、例えば、要求に応じて各処理の中から少なくとも一つを選択して、或いは適宜に組み合わせて実行することも可能である。
【００３２】
また、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば排気温度検出手段を備え排気温度が所定レベル以下となったような場合に尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の排気中への添加を停止してＮＯｘ還元処理の実行を停止するようにした場合にも適用可能である。
【００３３】
すなわち、排気温度が所定レベル以下となって尿素水噴射ノズル４Ａからの尿素水の排気中への添加を停止してＮＯｘ還元処理の実行の停止をした後に、それまでに添加した尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解することができるように、所定期間、排気温度を維持するように図２に示したフローチャートのＳ３の処理を行うように構成することもできるものである。
【００３４】
ところで、本実施の形態に係る排気温度制御において、図２に示したフローチャートのＳ３の処理を実行中に、排気温度が所定以上に上昇した場合には、前記各所定期間を経過する前であっても、途中でＳ３の処理を中止或いは中断することができるものである。
【００３５】
ところで、上記各実施の形態において、内燃機関１は、例えばディーゼル燃焼を行うディーゼルエンジンとすることができるが、これに限定されるものではなく、ガソリンその他の物質を燃料とする内燃機関とすることができ、更に移動式・定置式の内燃機関とすることができる。
【００３６】
以上で説明した各実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、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可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１    内燃機関
２    排気通路
４    尿素水添加装置（還元剤添加手段に相当）
４Ａ  尿素水噴射ノズル
４Ｂ  尿素水タンク
４Ｃ  供給ポンプ
５    尿素選択還元型ＮＯｘ触媒（選択還元型触媒に相当）
６    アンモニア酸化触媒（ＮＨ３スリップ防止触媒）
２０  吸気絞り弁
３０  排気ブレーキバルブ（排気絞り弁）
４０  ＲＧＲシステム
４１  ＥＧＲバルブ
【図１】
2012137096.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2012137096.tif 000006