(57)【要約】【課題】選択還元型触媒のコートはがれを抑制できるようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆを添加間隔とし、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆから尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂを減算した値を１回当たりの尿素添加期間の上限値ｕｒｅａｉｎｔｓとして、尿素添加量要求値を満たすように、１回当たりの尿素添加期間を算出する。ここで、尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂは、還元剤添加弁によって噴射された尿素がＳＣＲに到達するまでに要する時間である。また、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆは、ＳＣＲの温度が低いほど長い値に設定される。このため、ＳＣＲの温度が低いほど、添加間隔および上限値ｕｒｅａｉｎｔｓが長い値に設定される。【選択図】図６
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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設けられた選択還元型触媒と、
前記選択還元型触媒の上流に設けられて還元剤を排気に添加する還元剤添加弁と、
前記選択還元型触媒の温度が低いほど、前回の添加開始時期から今回の添加開始時期までの添加間隔を長くするとともに、前記還元剤添加弁による１回の還元剤添加期間の上限値を長くする添加条件設定処理部と、
前記添加条件設定処理部によって設定される条件を満たすように前記還元剤添加弁を操作して、前記選択還元型触媒に供給する前記還元剤の添加量を制御する添加量制御処理部と、を備える排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、選択還元型触媒の上流に設けられて還元剤を排気に添加する還元剤添加弁と、を備える排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一定周期で尿素水を排気中に添加して、選択還元型触媒（ＳＣＲ）に供給する装置が記載されている（図４の従来ＰＷＭ制御）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記のように、一定周期で尿素水を添加する場合、触媒の温度が低いときには、添加された尿素水が蒸発するのに要する時間が伸長するために、蒸発することなくＳＣＲに到達する尿素水量が増加し、ＳＣＲのコートがはがれるおそれがある。
【０００５】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、選択還元型触媒のコートはがれを抑制できるようにした排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒の上流に設けられて還元剤を排気に添加する還元剤添加弁と、前記選択還元型触媒の温度が低いほど、前回の添加開始時期から今回の添加開始時期までの添加間隔を長くするとともに、前記還元剤添加弁による１回の還元剤添加期間の上限値を長くする添加条件設定処理部と、前記添加条件設定処理部によって設定される条件を満たすように前記還元剤添加弁を操作して、前記選択還元型触媒に供給する前記還元剤の添加量を制御する添加量制御処理部と、を備える。
【０００７】
尿素水が蒸発することなく選択還元型触媒に到達する場合、到達した尿素水が蒸発するまでに要する時間は、選択還元型触媒の温度が低いほど長くなる。このため、仮に添加間隔を一定とする場合には、前回添加された尿素水が選択還元型触媒に到達した後、それが蒸発する前に、今回添加された尿素水がさらに選択還元型触媒に到達するおそれがある。一方、選択還元型触媒の温度が低いほど添加間隔を長くする場合、所定期間内に添加に必要な尿素水を排気中に添加することが困難となるおそれがある。
【０００８】
この点、上記構成では、まず、選択還元型触媒の温度が低いほど添加間隔を長くすることによって、前回添加された尿素水が選択還元型触媒に到達した後、それが蒸発する前に、今回添加された尿素水がさらに選択還元型触媒に到達する事態を抑制する。そしてこの際、１回の還元剤添加期間を長くすることによって、所定期間内に添加に必要な尿素水を排気中に添加することが困難となる事態が生じることも抑制できる。
【０００９】
したがって、上記構成では、選択還元型触媒のコートはがれを抑制できる。
ちなみに、上記制御に代えて、１回の還元剤添加期間と添加間隔との双方を上記制御によって実現される最長の値とすることも考えられる。しかしこの場合、比較的短時間において要求量の尿素を添加する必要が生じる場合に、その要求を満たせなくなる懸念がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態にかかる排気浄化装置を備えるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかる尿素添加制御の処理手順を示す流れ図。
【図３】同実施形態にかかる尿素がＳＣＲに到達する時間の推定処理を説明するための図。
【図４】上記尿素添加制御における１回あたりの尿素添加量の暫定設定手法を示すタイムチャート。
【図５】尿素添加量およびＳＣＲ床温と尿素蒸発時間との関係を示す図。
【図６】上記尿素添加制御における１回あたりの尿素添加期間の算出手法を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、排気浄化装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、軽油を燃料とする圧縮着火式内燃機関（ディーゼル機関）である。内燃機関１０の吸気通路１２には、その流路断面積を調整するスロットルバルブ１４が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気は、燃焼室１６に吸入される。燃焼室１６には、燃料噴射弁１８が設けられており、燃焼室１６に吸入された空気（酸素）と、燃料噴射弁１８から噴射された燃料との混合気が、燃焼室１６の容積の圧縮によって着火し、燃焼に供される。そして、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路２０に排出される。
【００１２】
吸気通路１２および排気通路２０には、過給機２２が設けられている。また、吸気通路１２は、排気環流通路２４を介して排気通路２０に接続されており、排気環流通路２４には、その流路断面積を調整するＥＧＲバルブ２６が設けられている。
【００１３】
排気通路２０のうち過給機２２よりも下流には、酸化触媒３２が設けられている。そして、酸化触媒３２の下流には、微粒子物質（ＰＭ）を補集するフィルタ（ＤＰＦ３４）が設けられている。ＤＰＦ３４の下流には、排気中に尿素水を添加する還元剤添加弁３０が設けられている。そして、還元剤添加弁３０の下流には、還元剤添加弁３０から噴射された尿素水を分散させて排気中に均一に分布させるための分散板３５が設けられている。そして、分散板３５の下流には、還元剤によってＮＯｘを還元する選択還元型触媒（ＳＣＲ３６，３８）が設けられている。そして、ＳＣＲ３８の下流には、ＳＣＲ３８から下流に流出したアンモニアを酸化・分解するアンモニアスリップ触媒４０が設けられている。
【００１４】
上記吸気通路１２のうち過給機２２よりも上流には、吸気通路１２に吸入される空気の流量を検出するエアフローメータ５０が設けられている。また、上記ＤＰＦ３４の下流であって分散板３５の上流には、排気の温度を検出する排気温センサ５２や、排気中のＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサ５４が設けられている。さらに、本実施形態では、内燃機関１０の周囲の環境温度を検出する外気温センサ５６を備えている。
【００１５】
制御装置６０は、上記各種センサの検出値に基づき、燃料噴射弁１８や還元剤添加弁３０等の各種アクチュエータを操作することにより、内燃機関の制御量を制御する。特に、制御装置６０は、排気通路２０から外部に排出される排気の特性を所定の特性に制御するために、還元剤添加弁３０を操作して、排気中に尿素水を添加する。
【００１６】
図２に、本実施形態にかかる尿素添加制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置６０によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
図２に示す一連の処理において、制御装置６０は、まず、ＳＣＲ３６の入口部分の温度（ＳＣＲ入口温度ｔｓｃｒｉｎ）、ＳＣＲ３６の温度（ＳＣＲ床温ｔｓｃｒ）、ＳＣＲ前ＮＯｘ値ｆｒｎｏｘ、および排気流量ｇａｅｘを算出する（Ｓ１０）。ここで、制御装置６０は、ＳＣＲ入口温度ｔｓｃｒｉｎを、排気温センサ５２によって検出される排気温と、外気温センサ５６によって検出される外気温とに基づき算出する。ここで、外気温は、ＤＰＦ３４の出口の排気が、ＳＣＲ３６に到達するまでに冷やされる量を把握するためのパラメータである。また、制御装置６０は、ＳＣＲ床温ｔｓｃｒを、排気温センサ５２によって検出される排気温と、外気温センサ５６によって検出される外気温とに基づき算出する。なお、ここでは、ＳＣＲ３８の熱容量を考慮してＳＣＲ床温ｔｓｃｒを算出するため、ＳＣＲ床温ｔｓｃｒは、ＳＣＲ入口温度ｔｓｃｒｉｎと必ずしも一致しない。制御装置６０は、ＳＣＲ前ＮＯｘ値ｆｒｎｏｘを、ＮＯｘセンサ５４の検出値とする。また、制御装置６０は、排気流量ｇａｅｘを、エアフローメータ５０によって検出される吸気流量と燃料噴射弁１８から噴射される燃料量とに基づき算出する。
【００１７】
次に制御装置６０は、ＳＣＲ床温ｔｓｃｒと、ＳＣＲ前ＮＯｘ値ｆｒｎｏｘとに基づき、尿素添加量要求値ｑｕｒｅａｆ（ｇ／ｈ）を算出する（Ｓ１２）。制御装置６０は、尿素添加量要求値ｑｕｒｅａｆを、ＳＣＲ前ＮＯｘ値ｆｒｎｏｘが大きいほど、大きい値に算出する。これは、ＮＯｘを還元するために必要な尿素量が排気中のＮＯｘ量に依存するためである。また、制御装置６０は、ＳＣＲ床温ｔｓｃｒが低い場合には、尿素添加量要求値ｑｕｒｅａｆを小さい値に設定する。これは、ＳＣＲ床温ｔｓｃｒが低い場合、ＳＣＲ３６におけるＮＯｘの浄化性能が低いため、多量の尿素を供給してもＮＯｘの還元に利用されないためである。
【００１８】
次に、制御装置６０は、還元剤添加弁３０の１回の噴射量の暫定値（１回当たりの尿素添加量ｑｕｒｅａｓ）を算出する（Ｓ１４）。ここでは、還元剤添加弁３０から噴射された尿素がＳＣＲ３６に到達するまでに要する時間（尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂ）を用いる。尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂは、図３に示す還元剤添加弁３０の噴射口とＳＣＲ３６の入口との距離Ｓと、還元剤添加弁３０の噴射圧と、排気流速とに基づき設定される。なお、尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂは、予め定められた固定値であってもよいが、たとえば内燃機関１０の回転速度等と尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂとの関係を定めたマップ等を用いて算出してもよい。
【００１９】
制御装置６０は、図４に示すように、還元剤添加弁３０の噴射間隔を、尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂであると仮定して、単位時間（ここでは１時間）に尿素添加量要求値ｑｕｒｅａｆの尿素を添加するために必要な１回当たりの量を、尿素添加量ｑｕｒｅａｓ（ｇ）として算出する。
【００２０】
図２に戻り、制御装置６０は、次に、尿素添加量ｑｕｒｅａｓと、ＳＣＲ入口温度ｔｓｃｒｉｎとに基づき、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆを算出する（Ｓ１６）。図５に示すように、制御装置６０は、尿素添加量ｑｕｒｅａｓが多いほど、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆを長い値に算出する。また、制御装置６０は、ＳＣＲ入口温度ｔｓｃｒｉｎが高いほど、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆを短い値に算出する。
【００２１】
図２に戻り、制御装置６０は、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆと、尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂとに基づき、還元剤添加弁３０の１回の尿素噴射期間（１回当たりの尿素添加期間）の上限値ｕｒｅａｉｎｔｓを算出する（Ｓ１８）。ここでは、制御装置６０は、図６に示すように、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆを添加間隔とし、尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆから尿素到達時間ｕｒｅａｉｎｔｂを減算した値を上限値ｕｒｅａｉｎｔｓとする。これは、隣接するタイミングでなされる一対の尿素水の添加において、前回添加された尿素水がＳＣＲ３６に到達して未だ蒸発する前に今回添加された尿素水がＳＣＲ３６に到達することを回避するための設定である。
【００２２】
図２に戻り、制御装置６０は、還元剤添加弁３０による１度の尿素添加期間を上限値ｕｒｅａｉｎｔｓ以下とし、尿素添加間隔を尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆとする旨の条件を満たすようにして、尿素添加量要求値ｑｕｒｅａｆを満たすように１回当たりの尿素添加期間を算出する（Ｓ２０）。そして、制御装置６０は、ステップＳ２０において算出された尿素添加期間に基づき、還元剤添加弁３０を操作する（Ｓ２２）。
【００２３】
なお、制御装置６０は、ステップＳ２２の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００２４】
制御装置６０は、算出した尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆを尿素添加間隔とし、１回の尿素添加期間が上限値ｕｒｅａｉｎｔｓ以下となるようにして、１回当たりの尿素添加期間を算出して還元剤添加弁３０を操作する。この場合、今回添加した尿素水が蒸発することなくＳＣＲ３６に到達したとしても、到達した時点で前回添加した尿素水がＳＣＲ３６において未だ蒸発することなく液体として存在する事態が生じることは十分に抑制される。したがって、内燃機関１０の特定の運転状態において、還元剤添加弁３０から添加された尿素水が分散板３５をすり抜けて分散されることなくＳＣＲ３６に到達したとしても、ＳＣＲ３６に液体のまま到達した尿素水が蒸発する前にさらに次の添加期間において添加された尿素水が液体のままＳＣＲ３６に到達することは抑制される。
【００２５】
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）制御装置６０は、算出した尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆを尿素添加間隔とし、１回の尿素添加期間が上限値ｕｒｅａｉｎｔｓ以下となるようにした。これにより、液体のまま到達した尿素水が蒸発する前にさらに次の添加期間において添加された尿素水が液体のままＳＣＲ３６に到達することが抑制されることから、ＳＣＲ３６のコートはがれが生じる事態を抑制することができる。
【００２６】
（２）尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆおよび上限値ｕｒｅａｉｎｔｓを都度算出した。これにより、ＳＣＲ床温ｔｓｃｒが低いほど添加間隔（尿素蒸発期間ｕｒｅａｉｎｔｆ）および上限値ｕｒｅａｉｎｔｓが長い値とされる。このため、添加間隔等を固定値とする場合と比較して、高負荷運転時のように短時間で所定量の尿素水を添加することが要求される場合であっても、その要求を容易に満たすことができる。
【００２７】
（３）ＳＣＲ入口温度ｔｓｃｒｉｎやＳＣＲ床温ｔｓｃｒを用いることで、排気の温度が、ＤＰＦ３４およびＳＣＲ３６間で低下することを考慮して制御を実行することができる。
【００２８】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ＤＰＦ３４の下流に設けられた排気温センサ５２によって検出される排気温に基づき、ＳＣＲ床温ｔｓｃｒを推定したが、これに限らない。たとえば、ＳＣＲ３６に温度センサを設けて、その検出値を利用してもよい。
【００２９】
・上記実施形態では、ＳＣＲ入口温度ｔｓｃｒｉｎを排気温センサ５２によって検出される排気温に基づき推定したが、これに限らない。たとえば、ＳＣＲ３６の入口に温度センサを備えて、その検出値を利用してもよい。
【００３０】
・上記実施形態では、ＳＣＲ前ＮＯｘ値ｆｒｎｏｘをＮＯｘセンサ５４によって検出したが、これに限らない。たとえば、内燃機関１０の運転状態に応じて推定してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…燃焼室、１８…燃料噴射弁、２０…排気通路、２２…過給機、２４…排気環流通路、２６…ＥＧＲバルブ、３０…還元剤添加弁、３２…酸化触媒、３４…ＤＰＦ、３５…分散板、３６…ＳＣＲ、３８…ＳＣＲ、４０…アンモニアスリップ触媒、５０…エアフローメータ、５２…排気温センサ、５４…ＮＯｘセンサ、５６…外気温センサ、６０…制御装置。
【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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