(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内にＮＯX選択還元触媒を配置し、該ＮＯX選択還元触媒に尿素を供給して該尿素から発生するアンモニアをＮＯX選択還元触媒に吸着させ、主に吸着したアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯXを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、機関を停止すべき操作がなされたときにＮＯX選択還元触媒へのアンモニア吸着量が予め定められている目標吸着量よりも少ないときにはＮＯX選択還元触媒の温度を低下させるために機関の運転を続行し、ＮＯX選択還元触媒へのアンモニア吸着量を該目標吸着量とするのに必要な尿素をＮＯX選択還元触媒に供給した後に機関を停止するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記機関の運転の続行中、ＮＯX選択還元触媒に空気を供給してＮＯX選択還元触媒を冷却するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路内に脱硝触媒を配置すると共に脱硝触媒の上流にアンモニアを含んだ空気を供給して脱硝触媒にアンモニアを吸着させ、吸着されたアンモニアにより排気ガス中のＮＯXを還元するようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では機関始動直後から脱硝触媒によるＮＯXの還元作用を開始させるために機関を始動すべきときには機関を始動する前に脱硝触媒を予備加熱し、脱硝触媒が活性化した後に機関を始動させるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−２５７９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで従来よりアンモニアの存在下でＮＯXを還元するために例えばＦｅゼオライトからなるＮＯX選択還元触媒が用いられている。この場合、通常ＮＯX選択還元触媒上流の機関排気通路内に尿素水が供給されると共に尿素水から発生したアンモニアがＮＯX選択還元触媒に吸着され、ＮＯX選択還元触媒に吸着されたアンモニアによって排気ガス中のＮＯXが還元される。
【０００４】
さて、通常内燃機関では機関を始動すべき要求があったときには機関をただちに始動させる必要がある。また、ＮＯX選択還元触媒は上述の脱硝装置に比べてはるかに温度上昇しやすい。従ってＮＯX選択還元触媒が用いられた場合には通常機関を始動すべき要求があったときには機関がただちに始動され、機関から排出される排気ガスによってＮＯX選択還元触媒の温度が上昇せしめられる。
【０００５】
このようにＮＯX選択還元触媒の温度が上昇せしめられ、ＮＯX選択還元触媒が活性化するとＮＯXの還元作用が開始される。このときＮＯXを良好に還元するには十分な量のアンモニアがＮＯX選択還元触媒の全体に亘って吸着していることが必要となる。そのためには機関始動直後にＮＯX選択還元触媒に尿素水を供給することが考えられる。しかしながら機関始動直後は排気通路内壁面の温度が低いために供給された尿素水が液状の形で排気通路内壁面上に付着し続けたり、また排気ガス温が低いために尿素水が十分に微粒化しないために供給された全ての尿素水をアンモニアの形でＮＯX選択還元触媒の全体に亘って吸着させるのは困難である。即ち、機関始動時に尿素水を供給してもＮＯXを早期から良好に還元することができない。
【０００６】
本発明は機関始動時に早期からＮＯXを還元することのできる内燃機関の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】
【０００７】
本発明によれば、機関排気通路内にＮＯX選択還元触媒を配置し、ＮＯX選択還元触媒に尿素を供給してこの尿素から発生するアンモニアをＮＯX選択還元触媒を吸着させ、主に吸着したアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯXを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、機関を停止すべき操作がなされたときにＮＯX選択還元触媒へのアンモニア吸着量が予め定められている目標吸着量よりも少ないときにはＮＯX選択還元触媒の温度を低下させるために機関の運転を続行し、ＮＯX選択還元触媒へのアンモニア吸着量をこの目標吸着量とするのに必要な尿素をＮＯX選択還元触媒に供給した後に機関を停止するようにしている。
【発明の効果】
【０００８】
機関停止時には排気系全体の温度が高いために十分な量のアンモニアをＮＯX選択還元触媒の全体に亘って吸着させることができ、斯くして機関始動時には早期からＮＯXを良好に浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１０】
一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は酸化触媒１２の入口に連結される。この酸化触媒１２の下流には酸化触媒１２に隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１３が配置され、このパティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯX選択還元触媒１５の入口に連結される。このＮＯX選択還元触媒１５の出口には酸化触媒１６が連結される。
【００１１】
ＮＯX選択還元触媒１５上流の排気管１４内には尿素水供給弁１７が配置され、この尿素水供給弁１７は供給管１８、供給ポンプ１９を介して尿素水タンク２０に連結される。尿素水タンク２０内に貯蔵されている尿素水が供給ポンプ１９によって尿素水供給弁１７から排気管１４内を流れる排気ガス中に噴射され、尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2）はＮＯX選択還元触媒１５に吸着される。排気ガス中に含まれるＮＯXはこのＮＯX選択還元触媒１５に吸着されたアンモニアにより還元される。
【００１２】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２１を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２１内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２２が配置される。また、ＥＧＲ通路２１周りにはＥＧＲ通路２１内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２３が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２３内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２４を介してコモンレール２５に連結され、このコモンレール２５は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２６を介して燃料タンク２６に連結される。燃料タンク２７内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２６によってコモンレール２５内に供給され、コモンレール２５内に供給された燃料は各燃料供給管２４を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００１３】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。ＮＯX選択還元触媒１５にはＮＯX選択還元触媒１５の床温を検出するための温度センサ２８が取付けられ、この温度センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号が夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１４】
一方、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。更に入力ポート３５にはイグニッションスイッチ４３のオン・オフ信号が入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、尿素水供給弁１７、供給ポンプ１９、ＥＧＲ制御弁２２および燃料ポンプ２６に接続される。
【００１５】
酸化触媒１２は例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１２は排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ2に転換する作用と排気ガス中に含まれるＨＣを酸化させる作用をなす。即ち、ＮＯ2はＮＯよりも酸化性が強く、従ってＮＯがＮＯ2に転換されるとパティキュレートフィルタ１３上に捕獲された粒子状物質の酸化反応が促進され、またＮＯX選択還元触媒１５でのアンモニアによる還元作用が促進される。一方、ＮＯX選択還元触媒１５にＨＣが吸着するとアンモニアの吸着量が減少するためにＮＯX浄化率が低下する。しかしながら図１に示される実施例では酸化触媒１２によりＨＣが酸化されるのでＮＯX浄化率が低下するのが阻止される。
【００１６】
パティキュレートフィルタ１３としては触媒を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできるし、例えば白金のような貴金属触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いることもできる。一方、ＮＯX選択還元触媒１５はアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトからなる。酸化触媒１６は例えば白金からなる貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１６はＮＯX選択還元触媒１５から漏出したアンモニアを酸化する作用をなす。
【００１７】
さて、図２においてＮＨmaxは飽和状態にあるＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量、即ち飽和吸着量を示している。図２に示されるようにこの飽和吸着量ＮＨmaxはＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣの関数であり、床温ＴＣが高くなるほどこの飽和吸着量ＮＨmaxは低下する。一方、本発明による実施例では破線で示されるようにこのアンモニアの飽和吸着量ＮＨmaxよりも若干少ないアンモニア吸着量ΣＮＨ3が目標アンモニア吸着量ＮＨ0とされる。従って図２に示されるようにこの目標アンモニア吸着量ＮＨ0はＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣが高くなるほど低下する。本発明による実施例では通常ＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3が目標アンモニア吸着量ＮＨ0となるように尿素の供給が制御されている。
【００１８】
図３に尿素の供給を制御するためのルーチンを示す。なお、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図３を参照するとまず初めにステップ５０において機関からの単位時間当りの排出ＮＯX量ＮＯＸＡが算出される。この機関からの単位時間当りの排出ＮＯX量ＮＯＸＡは要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図４（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００１９】
次いでステップ５１ではＮＯX選択還元触媒１５におけるＮＯX浄化率Ｒが算出される。このＮＯX浄化率Ｒは図４（Ｂ）に示されるようにＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣの関数であり、更に排気ガス量、即ち吸入空気量Ｇａに応じて変化する。このＮＯX浄化率Ｒは図４（Ｃ）に示されるように吸入空気量ＧａおよびＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２０】
次いでステップ５２では排出ＮＯX量ＮＯＸＡとＮＯX浄化率ＲからＮＯXを還元するために単位時間当り消費された吸着アンモニア量ＮＤが算出される。次いでステップ５３ではΣＮＨ3に尿素の形で単位時間当り供給された供給アンモニア量Ｑを加算し、ΣＮＨ3から消費されたアンモニア量ＮＤを減算することによってＮＯX選択還元触媒１５のアンモニア吸着量ΣＮＨ3（←ΣＮＨ3＋Ｑ−ＮＤ）が算出される。次いでステップ５４ではこのアンモニア吸着量ΣＮＨ3が目標アンモニア吸着量ＮＨ0よりも大きいか否かが判別される。
【００２１】
ΣＮＨ3＜ＮＨ0のときにはステップ５５に進んでアンモニア供給量Ｑが算出され、次いでステップ５６に進んで尿素水供給弁１７からの尿素水の供給が行われる。一方、ΣＮＨ3≧ＮＨ0のときにはステップ５７に進んでアンモニア供給量Ｑが零とされる。このとき尿素水の供給は停止される。このようにしてＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3が目標アンモニア吸着量ＮＨ0となるように尿素の供給制御が行われる。
【００２２】
さて、機関始動時に早期にＮＯXの還元作用を開始させるためにはＮＯX選択還元触媒１５が活性化する前に十分な量のアンモニアがＮＯX選択還元触媒１５の全体に亘って吸着していることが必要である。そこで本発明では機関停止時にＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が予め定められている目標吸着量よりも少ないときにはＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量をこの目標吸着量とするのに必要な尿素を機関停止時にＮＯX選択還元触媒に供給するようにしている。
【００２３】
即ち、機関停止時には排気系全体の温度が高いために十分な量のアンモニアをＮＯX選択還元触媒１５の全体に亘って吸着されることができる。従って機関停止時にＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量が目標吸着量となるように尿素をＮＯX選択還元触媒１５に供給すると機関始動時にはＮＯXを還元するのに必要な十分な量のアンモニアがＮＯX選択還元触媒１５の全体に亘って吸着することになる。その結果機関の始動時には早期からＮＯXを良好に浄化することができることになる。
【００２４】
上述の説明からわかるように機関停止時のアンモニアの目標吸着量は機関始動時にＮＯXを還元するのに必要なアンモニア吸着量であり、この機関停止時の目標吸着量が図２においてＮＨSで示されている。なお、この目標吸着量ＮＨSはＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣがＴSであるときの目標アンモニア吸着量ＮＨ0に一致している。
【００２５】
即ち、前述したように機関運転中はＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3は目標アンモニア吸着量ＮＨ0に制御されており、従って機関停止直前におけるＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣが図２に示すＴSよりも低いときにはＮＯX選択還元触媒１５には機関始動時のアンモニアの目標吸着量ＮＨSよりも多くのアンモニアが吸着されている。
【００２６】
これに対し、機関停止直前におけるＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣが図２に示すＴSよりも高いときにはＮＯX選択還元触媒１５に吸着されているアンモニア量は機関始動時のアンモニアの目標吸着量ＮＨSよりも少ない。従ってこの場合には機関停止時に尿素を供給してＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3を増大しなければならない。
【００２７】
しかしながらこのようにアンモニア吸着量ΣＮＨ3を増大するにはＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣを低下させなければならない。この場合、例えば機関の運転をアイドリングのような低負荷運転でもって続行するとＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣが低下する。
【００２８】
そこで本発明による第１実施例では、機関を停止すべき操作がなされたときにＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3が機関停止時の目標吸着量ＮＨSよりも少ないときにはＮＯX選択還元触媒１５の温度ＴＣを低下させるために機関の運転を続行し、ＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3を機関停止時の目標吸着量ＮＨSとするのに必要な尿素をＮＯX選択還元触媒１５に供給した後に機関を停止するようにしている。なお、機関を停止すべき操作がなされたときには、例えば機関が必要に応じて駆動されるハイブリッドエンジンにおいて機関を停止すべき命令が発せられたときも含まれる。
【００２９】
図５はこの第１実施例を実行するための機関停止時におけるアンモニア吸着量の制御ルーチンを示している。
図５を参照するとまず初めにステップ６０においてイグニッションスイッチ４３がオンからオフに切換えられたか否か、即ち、機関を停止すべき操作がなされたかが判別される。イグニッションスイッチ４３がオンからオフに切換えられたとき、即ち機関を停止すべき操作がなされたときにはステップ６１に進んでアンモニア吸着量ΣＮＨ3が機関停止時のアンモニアの目標吸着量ＮＨSよりも多いか否かが判別される。なお、この場合、アンモニア吸着量ΣＮＨ3としては図３のステップ５３において算出されているアンモニア吸着量ΣＮＨ3が使用される。
【００３０】
ステップ６１においてΣＮＨ3≧ＮＨSであると判別されたときにはステップ６３に進んで機関が停止される。これに対し、ステップ６１においてΣＮＨ3＜ＮＨSであると判別されたときには、即ちアンモニア吸着量ΣＮＨ3が機関停止時のアンモニアの目標吸着量ＮＨSよりも少ないときにはステップ６２に進んで機関のアイドリング運転が継続され、再びステップ６１に戻る。機関のアイドリング運転が継続されている間、ＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣは徐々に低下し、それに伴ない図３に示される尿素供給制御によってＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3が徐々に増大せしめられる。次いでステップ６１においてΣＮＨ3≧ＮＨSになったと判断されるとステップ６３に進んで機関が停止される。
【００３１】
図６に第２実施例を示す。この第２実施例ではＮＯX選択還元触媒１５を冷却するための冷却装置４５が設けられている。図６に示される実施例ではこの冷却装置４５は排気管１４内に配置された冷却用空気供給弁４６とこの空気供給弁４６に外気を送り込むためのエアポンプ４７からなり、機関を停止すべき操作がなされたときにＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣを低下すべく機関のアイドリング運転が続行せしめられたときにはその間、空気供給弁４６から還元触媒１５に空気が供給され、この空気によってＮＯX選択還元触媒１５が冷却される。
【００３２】
図７はこの第２実施例を実行するための機関停止時におけるアンモニア吸着量の制御ルーチンを示している。
図７を参照するとまず初めにステップ７０においてイグニッションスイッチ４３がオンからオフに切換えられたか否か、即ち、機関を停止すべき操作がなされたかが判別される。イグニッションスイッチ４３がオンからオフに切換えられたとき、即ち機関を停止すべき操作がなされたときにはステップ７１に進んでアンモニア吸着量ΣＮＨ3が機関停止時のアンモニアの目標吸着量ＮＨSよりも多いか否かが判別される。なお、この場合にもアンモニア吸着量ΣＮＨ3としては図３のステップ５３において算出されているアンモニア吸着量ΣＮＨ3が使用される。
【００３３】
ステップ７１においてΣＮＨ3≧ＮＨSであると判別されたときにはステップ７４に進んで機関が停止される。これに対し、ステップ７１においてΣＮＨ3＜ＮＨSであると判別されたときには、即ちアンモニア吸着量ΣＮＨ3が機関停止時のアンモニアの目標吸着量ＮＨSよりも少ないときにはステップ７２に進んで機関のアイドリング運転が継続される。次いでステップ７３ではエアポンプ４７が作動せしめられ、空気供給弁４６から冷却用空気が供給される。従ってＮＯX選択還元触媒１５の床温ＴＣは急速に低下し、それに伴ない図３に示される尿素供給制御によってＮＯX選択還元触媒１５へのアンモニア吸着量ΣＮＨ3が急速に増大せしめられる。次いでステップ７１においてΣＮＨ3≧ＮＨSになったと判断されるとステップ７４に進んで機関が停止される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】目標アンモニア吸着量ＮＨ0を示す図である。
【図３】尿素の供給制御を行うためのフローチャートである。
【図４】機関から排出されるＮＯX量ＮＯＸＡのマップ等を示す図である。
【図５】機関停止時におけるアンモニア吸着量を制御するためのフローチャートである。
【図６】別の実施例の圧縮着火式内燃機関の一部を示す図である。
【図７】機関停止時におけるアンモニア吸着量を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
１２    酸化触媒
１３    パティキュレートフィルタ
１５    ＮＯX選択還元触媒
１７    尿素水供給弁
【図１】
0004375483.tif 000002
【図２】
0004375483.tif 000003
【図３】
0004375483.tif 000004
【図４】
0004375483.tif 000005
【図５】
0004375483.tif 000006
【図６】
0004375483.tif 000007
【図７】
0004375483.tif 000008