(57)【要約】【課題】インテークヒータを利用して選択触媒還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタを昇温する。【解決手段】本発明の一の態様に係る排出ガス浄化システムは、エンジン１の排気通路４に設けられた選択触媒還元型ＮＯｘ触媒２４と、吸気通路３に設けられたインテークヒータ５０と、ＮＯｘ触媒の温度が所定の活性開始温度未満のときインテークヒータを作動させる制御ユニット１００とを備える。本発明の他の態様に係る排出ガス浄化システムは、排気通路に設けられ、触媒を有するパティキュレートフィルタ２４と、吸気通路に設けられたインテークヒータと、パティキュレートフィルタを再生させるための再生制御の実行要求があり、かつパティキュレートフィルタの温度が再生に必要な所定温度より低いとき、インテークヒータを作動させる制御ユニット１００とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられた選択触媒還元型ＮＯｘ触媒と、
前記エンジンの吸気通路に設けられたインテークヒータと、
前記ＮＯｘ触媒の温度が所定の活性開始温度未満のとき、前記インテークヒータを作動させるよう前記インテークヒータを制御する制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする排出ガス浄化システム。
【請求項２】
エンジンの排気通路に設けられ、触媒を有するパティキュレートフィルタと、
前記エンジンの吸気通路に設けられたインテークヒータと、
前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生制御の実行要求があり、かつ前記パティキュレートフィルタの温度が前記パティキュレートフィルタの再生に必要な所定温度より低いとき、前記インテークヒータを作動させるよう前記インテークヒータを制御する制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする排出ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排出ガス浄化システムに係り、特にエンジン（内燃機関）の排気ガスを浄化するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための選択触媒還元型ＮＯｘ触媒と、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集して除去するパティキュレートフィルタとが設置されている。
【０００３】
また特許文献１には、ディーゼルエンジンの冷間始動性を改善すると共に冷間始動後の白煙排出を抑制するため、排気ガス温度に応じて吸気加熱用電気ヒータすなわちインテークヒータを制御することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−７６７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
選択触媒還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を一定以上とするには、ＮＯｘ触媒の温度を所定温度以上に高める必要がある。
【０００６】
また、パティキュレートフィルタにおけるＰＭ堆積量が所定量を超えたときには、その堆積ＰＭを強制的に燃焼除去してＰＭ捕集能を回復させるべく、再生制御が行われる。この再生制御の際にも、再生効率向上のため、パティキュレートフィルタの温度を所定温度以上に高める必要がある。
【０００７】
一方、前記インテークヒータは、エンジンの始動性改善や始動直後の燃焼性改善のために使用されるのが一般的で、選択触媒還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタの昇温目的で利用されてはいなかった。
【０００８】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、インテークヒータを利用して選択触媒還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタを昇温することができる排出ガス浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の態様によれば、
エンジンの排気通路に設けられた選択触媒還元型ＮＯｘ触媒と、
前記エンジンの吸気通路に設けられたインテークヒータと、
前記ＮＯｘ触媒の温度が所定の活性開始温度未満のとき、前記インテークヒータを作動させるよう前記インテークヒータを制御する制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする排出ガス浄化システムが提供される。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、
エンジンの排気通路に設けられ、触媒を有するパティキュレートフィルタと、
前記エンジンの吸気通路に設けられたインテークヒータと、
前記パティキュレートフィルタを再生させるための再生制御の実行要求があり、かつ前記パティキュレートフィルタの温度が前記パティキュレートフィルタの再生に必要な所定温度より低いとき、前記インテークヒータを作動させるよう前記インテークヒータを制御する制御ユニットと、
を備えたことを特徴とする排出ガス浄化システムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、インテークヒータを利用して選択触媒還元型ＮＯｘ触媒やパティキュレートフィルタを昇温することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る排出ガス浄化システムの概略図である。
【図２】本実施形態における第１制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本実施形態における第２制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係る排出ガス浄化システムの概略図である。エンジン（内燃機関）１は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。
【００１５】
エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造体と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、動弁機構等とを含む。
【００１６】
燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内に燃料を直接噴射する。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。
【００１７】
吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量（吸気流量）を検出するためのセンサ（吸気量センサ）である。
【００１８】
排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に配置された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合する。排気管２１、もしくは排気マニホールド２０と排気管２１の間には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気管２１には、上流側から順に、酸化触媒２２、パティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）２３、およびＮＯｘ触媒２４が設けられる。
【００１９】
酸化触媒（DOC：Diesel Oxidation Catalyst）２２は、排気ガス中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化する。酸化触媒２２は、ＨＣ，ＣＯの酸化時に生じた熱で排気ガスを加熱、昇温する機能を有する。また酸化触媒２２は、排気中のＮＯをＮＯ2に酸化し、排気中のＮＯ2濃度を高める機能をも有する。
【００２０】
ＤＰＦ２３は、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集して除去するものである。このＤＰＦ２３については後述する。
【００２１】
ＮＯｘ触媒２４は、排気ガス中の窒素酸化物ＮＯｘを浄化するための触媒である。ＮＯｘ触媒２４は、選択触媒還元型ＮＯｘ触媒（SCR：Selective Catalytic Reduction）からなり、還元剤が添加されたときにＮＯｘを連続的に還元し得る。ＮＯｘ触媒２４の上流側、特に入口近傍の排気通路４には、還元剤としての尿素水をＮＯｘ触媒２４に添加する添加弁２５が設けられる。特にＮＯｘ触媒２４は、その触媒温度（触媒床温）が活性温度域にあり、且つ、尿素水が添加されているときにＮＯｘを還元浄化する。尿素水が添加されると、排気管内および触媒上で尿素水が加水分解され、アンモニアが生成される。このアンモニアがＮＯｘと反応してＮＯｘが還元される。
【００２２】
エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（「ＥＧＲガス」という）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３とを備える。
【００２３】
また本実施形態において、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と称す）１００が設けられる。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、インジェクタ７、スロットルバルブ１６、およびＥＧＲ弁３３を制御する。
【００２４】
センサ類に関して、上述のエアフローメータ１３の他、エンジンの回転速度（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ４０、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１が設けられる。また、酸化触媒２２、ＤＰＦ２３およびＮＯｘ触媒２４の各々の上流側ないし入口近傍の排気温度を検出するための排気温センサ４２，４３，４４が設けられている。また、ＤＰＦ２３の上流側および下流側の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ４５が設けられている。これらセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。
【００２５】
ＥＣＵ１００は、排気温センサ４２，４３，４４により検出された排気温に基づき酸化触媒２２、ＤＰＦ２３（特にその触媒）、およびＮＯｘ触媒２４の温度をそれぞれ推定する。なお酸化触媒２２、ＤＰＦ２３およびＮＯｘ触媒２４の各々に設けられた温度センサにより各温度を直接検出しても構わないし、推定と検出を組み合わせてもよい。これら推定と検出を総称して取得という。またＥＣＵ１００は、差圧センサ４５により検出された差圧に基づきＤＰＦ２３のＰＭ堆積量を推定する。なおＰＭ堆積量は、車両の走行距離、エンジン運転時間、燃料噴射量積算値等に基づいて推定することもできる。
【００２６】
本実施形態においては特に、吸気通路３にインテークヒータ５０が設けられている。インテークヒータ５０は、電熱ヒータを備えた電気式のヒータであり、ＥＣＵ１００によりオンオフ制御される。インテークヒータ５０は本実施形態においては吸気マニホールド１０の直前の吸気管１１に設置されている。通常、インテークヒータ５０はオフとされる。インテークヒータ５０がオンされたとき、インテークヒータ５０は、吸気管１１内の吸気を加熱する。これにより加熱された吸気を吸気マニホールド１０を通じて全気筒に行き渡らせることができる。
【００２７】
ＤＰＦ２３は、本実施形態では、ハニカム形状の耐熱性基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられている。しかしながら、網の目構造のフォーム形状のものなど、ＰＭを物理的に捕集するあらゆるタイプのフィルタを用いることができる。
【００２８】
ＤＰＦ２３は、その内壁にＰｔ等の貴金属（触媒）を担持させた所謂連続再生式の触媒付きＤＰＦからなる。この場合、エンジンの通常運転中、ＤＰＦに供給された排気中のＨＣが触媒作用で酸化、燃焼し、このとき同時にＤＰＦ内部に堆積しているＰＭが燃焼除去される。
【００２９】
もっとも、エンジン運転時間が経過するにつれＤＰＦ内部にはＰＭが徐々に堆積していく。そこでＤＰＦにおけるＰＭ堆積量が所定量以上となったとき、その堆積ＰＭを強制的に燃焼除去してＰＭ捕集能を回復させる（すなわちＤＰＦを再生する）ための再生制御（「ＤＰＦ再生制御」という）がＥＣＵ１００により行われる。このとき、例えばインジェクタ７によりポスト噴射等のマルチ噴射が実行され、排気ガスの空燃比が一時的にリッチ化される。すると排気中に比較的多く含まれるＨＣがＤＰＦ内の触媒と反応し、このときの反応熱で堆積ＰＭが酸化、燃焼させられる。なお、ポスト噴射等の代わりに、排気通路４に別途排気インジェクタを設け、排気通路４内に直接燃料噴射してもよい。
【００３０】
ところで、ＮＯｘ触媒２４のＮＯｘ浄化率を十分に高い一定値以上とするには、ＮＯｘ触媒２４の温度を最低でも活性開始温度以上にする必要がある。ここで活性開始温度とは、ＮＯｘ触媒２４の活性温度域（例えば２００〜４００℃）のうちの最小温度（例えば２００℃）をいう。
【００３１】
そこでＥＣＵ１００は、ＮＯｘ触媒２４の温度が所定の活性開始温度未満のとき、インテークヒータ５０を作動させる（オンする）ようインテークヒータ５０を制御する。これにより、吸気温度を上昇させ、ひいては排気温度を上昇させ、ＮＯｘ触媒２４の温度を上昇させることができる。そしてＮＯｘ触媒２４の温度を早期に活性開始温度以上に高めることができる。なお、活性開始温度は予め実験的に求められ、ＥＣＵ１００に記憶される。
【００３２】
他方、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ２３のＰＭ堆積量が所定の上限堆積量以上になったと判断したとき、ＤＰＦ再生制御の実行要求があるとして、後述のＤＰＦ再生温度条件の成立を条件としてＤＰＦ再生制御を実行する。ＰＭ堆積量が上限堆積量を超えたか否かの判断は、前述したように、差圧センサ４５の検出値から推定されたＰＭ堆積量を上限堆積量と比較して行われる。
【００３３】
ＤＰＦ再生温度条件は、ＤＰＦ２３（特にその触媒）の温度が、ＤＰＦの再生に必要な温度、すなわち所望の再生効率が得られるような所定の下限温度以上になっているときに成立する。ＤＰＦ再生制御の実行要求があるときにＤＰＦ再生温度条件が成立していないと、ＤＰＦ再生制御を実質的に行うことができず、あるいはＤＰＦ再生制御を行ったとしても所望の再生効率を得ることができない。
【００３４】
そこでＥＣＵ１００は、ＤＰＦ再生制御の実行要求があるときにＤＰＦ再生温度条件が成立していない場合には、インテークヒータ５０を作動させる（オンする）ようインテークヒータ５０を制御する。これにより、吸気温度を上昇させ、ひいては排気温度を上昇させ、ＤＰＦ２３の温度を上昇させることができる。そしてＤＰＦ２３の温度を早期に下限温度以上に高めることができる。なお、下限温度も予め実験的に求められ、ＥＣＵ１００に記憶される。
【００３５】
このように、インテークヒータ５０を利用して選択触媒還元型ＮＯｘ触媒２４やＤＰＦ２３を昇温することが可能である。
【００３６】
次に、本実施形態における第１制御の制御ルーチンを図２を参照して説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００３７】
まずステップＳ１０１では、推定されたＮＯｘ触媒２４の触媒温度Ｔｃが所定の活性開始温度Ｔｃｓ未満か否かが判断される。
【００３８】
触媒温度Ｔｃが活性開始温度Ｔｃｓ未満のとき、ステップＳ１０２において、インテークヒータ５０がオンされる。これにより触媒温度Ｔｃを活性開始温度Ｔｃｓまで早期に上昇させることができる。他方、触媒温度Ｔｃが活性開始温度Ｔｃｓ以上のときには、ステップＳ１０３において、インテークヒータ５０がオフ（停止）される。
【００３９】
次に、本実施形態における第２制御の制御ルーチンを図３を参照して説明する。図示するルーチンもＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００４０】
まずステップＳ２０１では、ＤＰＦ再生制御の実行要求があるか否かが判断される。実行要求がない場合にはルーチンが終了される。
【００４１】
実行要求がある場合、ステップＳ２０２において、推定されたＤＰＦ温度Ｔｄが所定の下限温度Ｔｄｓ未満か否かが判断される。
【００４２】
ＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ未満のときには、ステップＳ２０３において、インテークヒータ５０がオンされる。これによりＤＰＦ温度Ｔｄを下限温度Ｔｄｓまで早期に上昇させることができる。他方、ＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ以上のときには、ステップＳ２０４において、インテークヒータ５０がオフされる。
【００４３】
このルーチンによれば、ＤＰＦ再生制御の実行要求があり且つＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ未満のとき、インテークヒータ５０がオンされるので、ＤＰＦ温度Ｔｄを下限温度Ｔｄｓまで早期に上昇させることができる。そしてＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓに達したならば、別ルーチンにてＤＰＦ再生制御が開始もしくは実行され、ＤＰＦが再生される。なおＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓに達した後はインテークヒータ５０がオフされる。
【００４４】
以上、本発明の基本実施形態を詳細に述べたが、本発明は以下のような他の実施形態も可能である。
【００４５】
（１）前述の基本実施形態においては、ＤＰＦ再生制御の実行要求があり且つＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ未満のとき、インテークヒータ５０をオンすると共に、ＤＰＦ再生制御を実行しないでＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ以上になるのを待ち、ＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ以上になったらＤＰＦ再生制御を実行し、併せてインテークヒータ５０をオフした。
【００４６】
これに対し、この他の実施形態においては、ＤＰＦ再生制御の実行要求があり且つＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ未満のとき、インテークヒータ５０をオンすると共にＤＰＦ再生制御を実行し、ＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ以上になったらＤＰＦ再生制御を継続して実行し、併せてインテークヒータ５０をオフする。
【００４７】
こうすると、ＤＰＦ温度Ｔｄが下限温度Ｔｄｓ未満のとき、ＤＰＦ再生制御の実行により排気ガスがリッチ化されるが、ＤＰＦ温度Ｔｄが再生に必要な高温となっていないため、高い再生効率を得ることが困難である。しかしながらそれでも、ＤＰＦ再生制御の実行により、インテークヒータ５０をオンするだけの場合に比べ、ＤＰＦ温度Ｔｄをより早く下限温度Ｔｄｓまで上昇させることができる。よってＤＰＦ再生に必要なＤＰＦ温度をより早期に実現でき、より早いタイミングからＤＰＦ再生制御を高効率で行えるようになる。
【００４８】
（２）インテークヒータ５０の設置位置や構成等は任意である。例えば、インタークーラ１５の下流側かつスロットルバルブ１６の上流側の吸気管１１にインテークヒータ５０を設置してもよい。インテークヒータ５０を、燃料を燃焼させて吸気を加熱するガスバーナーから構成してもよい。
【００４９】
前述の各実施形態の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  エンジン
３  吸気通路
４  排気通路
２３  パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
２４  ＮＯｘ触媒
５０  インテークヒータ
１００  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2016173037.tif 000003
【図２】
2016173037.tif 000004
【図３】
2016173037.tif 000005