(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装されて、排気ガスを浄化する触媒を有し、該触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段を有する排気ガス浄化装置において、
前記触媒の昇温状態に応じて前記触媒に還元剤を供給するか否かを決定する手段と、
前記内燃機関の運転状態が冷機状態であるか暖機状態であるか判定する手段と、
前記触媒に還元剤を供給することが決定された場合の還元剤供給量を、前記運転状態の判定結果に応じて冷機時には暖機時よりも増量するように制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記触媒への還元剤供給をコモンレール式噴射系によるＰＯＳＴ噴射で行うことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置において、前記触媒の上流にＨＣ吸着材を有し、該ＨＣ吸着材へのＨＣの吸着量と前記運転状態の判定結果とに基づいて前記還元剤の供給開始時期を制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関から排出される窒素酸化物を浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排気ガス浄化装置としては、例えば特開平８−７４５６１号公報に開示されているように、触媒入口から内燃機関の運転条件に応じてコモンレール式噴射系からＰＯＳＴ噴射により還元剤を供給する構成のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の排気ガス浄化装置にあっては、
（１）触媒のＮＯｘ還元能力を最大限引き出すＨＣ種は、触媒によって異なる。それとは異なるＨＣ種を還元剤として与えた場合は、ＮＯｘ低減効果が低下する。
（２）内燃機関が冷機状態にある場合は、エンジンから排出されるＨＣ種が暖機状態にある場合と異なり、未燃燃料の比率が多いことから、軽質分の比率が多くなる。
（３）冷機時には燃焼室の温度が低いため、暖機時と同様なＰＯＳＴ噴射量、ＰＯＳＴ噴射時期では、触媒に供給されるＨＣ種が暖機時と異なってしまう。
ということから、冷機時での還元剤の供給を暖機時と同様の条件で行った場合は、触媒に供給されるＨＣ種が暖機時とは異なるため、暖機時と同様のＮＯｘ低減性能が期待できない、という問題が生じる。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、冷機時にエンジンから排出されるＨＣ種と量を検知して、必要なＨＣ種を還元剤供給装置から必要な量だけ触媒に供給することで、上記問題点を解決することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に介装されて、排気ガスを浄化する触媒を有し、該触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段を有する排気ガス浄化装置において、前記触媒の昇温状態に応じて前記触媒に還元剤を供給するか否かを決定する手段と、前記内燃機関の運転状態が冷機状態であるか暖機状態であるか判定する手段と、前記触媒に還元剤を供給することが決定された場合の還元剤供給量を、前記運転状態の判定結果に応じて冷機時には暖機時よりも増量するように制御することを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、前記触媒への還元剤供給をコモンレール式噴射系によるＰＯＳＴ噴射で行うことを特徴とするものである。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、 請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置において、前記触媒の上流にＨＣ吸着材を有し、該ＨＣ吸着材へのＨＣの吸着量と前記運転状態の判定結果とに基づいて前記還元剤の供給開始時期を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による排気ガス浄化装置の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による排気ガス浄化装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【００１１】
まず、図１を用いて構成を説明すると、エンジン１０があり、排気ガス浄化装置として、排気通路２０中に位置する触媒ケース３０に介装されたＮＯｘ触媒３１がある。また、ＮＯｘ触媒３１の上流には、還元剤供給手段としてコモンレール式燃料噴射装置４０があり、還元剤タンク５０から任意の量の還元剤を供給することが可能となる。
なお、図中符号６０は排温センサである。
【００１２】
次に、第１の実施の形態の作用を説明する。
（１）触媒には、還元剤として最適なＨＣ種が存在し、供給する還元剤によって得られるＮＯｘ低減効果が異なる（図６参照）。
（２）冷機時にエンジンから排出されるＨＣ種は、暖機時とは異なる。冷機時には、未燃ＨＣが増加し、軽質のＨＣの含有率が高くなる（図７参照）。
上記２つの理由から、第１の実施の形態では、冷機時のＨＣ供給量を暖機時と変えることで、ＮＯｘ触媒の効果を最大限に発揮させることが可能となる。
【００１３】
例えば、触媒の還元剤として有効なＨＣ種が比較的軽質（Ｃ数が小さいＨＣ）であった場合は、冷機時にエンジンから排出される軽質ＨＣの量が多いことから、供給する還元剤の量を少なくすることが可能となり、逆に触媒に有効なＨＣ種が比較的重質であった場合は、冷機時にエンジンから排出される重質ＨＣの量が少ないことから、供給する還元剤の量を多くすることで、冷機時にＮＯｘ触媒の効果を最大限に発揮させることが可能となる。
【００１４】
次に、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
ステップＳ１０１では、エンジン１０の運転条件（Ｑと吸入空気温度、吸入空気量）を読み込む。
【００１５】
ステップＳ１０２では、エンジン油水温を読み込む。
【００１６】
ステップＳ１０３では、ＮＯｘ触媒３１が活性温度域にあるかを、触媒活性判定手段により判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０４に進む。
なお、第１の実施の形態では、ＮＯｘ触媒３１の上流に設けた排温センサ６０により判定するが、吸入空気温度、燃料噴射量、ＥＧＲ率、吸入空気量から排気温度を計算して判定することも可能である。
【００１７】
ステップＳ１０４では、エンジン１０が冷機状態であるかを判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０５へ、ＮＯならばステップＳ１０６へ進む。
【００１８】
ステップＳ１０５では、エンジン１０が冷機時であると判定されたので、以下の供給手段を作動することにより、冷機時のＮＯｘ触媒の活性を向上させる。
▲１▼  触媒に有効なＨＣ種が軽質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を少なくする。
▲２▼  触媒に有効なＨＣ種が重質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を多くする。
【００１９】
ステップＳ１０６では、エンジン１０が暖機時と判定されたので、規定の量の還元剤を供給する。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明による排気ガス浄化装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。
第１の実施の形態との構成の差異は、還元剤タンク５０を無くし、排気中への還元剤供給手段をコモンレール式燃料噴射装置４０のＰＯＳＴ噴射により行い、触媒に有効なＨＣ種が軽質なＨＣ種である場合は、冷機時のＰＯＳＴ噴射ＨＣ量を少なくすることとした点である。
【００２１】
次に、第２の実施の形態の作用を説明する。
（１）触媒には、還元剤として最適なＨＣ種が存在し、供給する還元剤によって得られるＮＯｘ低減効果が異なる（図６参照）。
（２）冷機時にエンジンから排出されるＨＣ種は、暖機時とは異なる。冷機時には、未燃ＨＣが増加し、軽質のＨＣの含有率が高くなる（図７参照）。
上記２つの理由から、第１の実施の形態では、還元剤タンク５０より還元剤を排気系に直接供給したが、第２の実施の形態では、コモンレール式燃料噴射装置４０のＰＯＳＴ噴射により、還元剤の供給を行う。
【００２２】
触媒の還元剤として有効なＨＣ種が比較的軽質（Ｃ数が小さいＨＣ）であった場合は、冷機時にエンジンから排出される軽質ＨＣの量が多いことから、冷機時にはＰＯＳＴ噴射で供給する燃料の量を少なくすることで、燃費悪化を最小限に抑えて、冷機時にＮＯｘ触媒の効果を最大限に発揮させることが可能となる。
【００２３】
次に、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
ステップＳ１０１では、エンジン１０の運転条件（Ｑと吸入空気温度、吸入空気量）を読み込む。
【００２４】
ステップＳ１０２では、エンジン油水温を読み込む。
【００２５】
ステップＳ１０３では、ＮＯｘ触媒３１が活性温度域にあるかを、触媒活性判定手段により判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０４に進む。
なお、第２の実施の形態では、ＮＯｘ触媒３１の上流に設けた排温センサ６０により判定するが、吸入空気温度、燃料噴射量、ＥＧＲ率、吸入空気量から排気温度を計算して判定することも可能である。
【００２６】
ステップＳ１０４では、エンジン１０が冷機状態であるかを判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０５へ、ＮＯならばステップＳ１０６へ進む。
【００２７】
ステップＳ１０５では、エンジン１０が冷機時であると判定されたので、触媒に有効なＨＣ種が軽質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を少なく（例えば、還元剤供給量をマップで持っている場合は、図８のようになる）することで、冷機時のＮＯｘ触媒の活性を向上させる。
【００２８】
ステップＳ１０６では、エンジン１０が暖機時と判定されたので、規定の量の還元剤を供給する（例えば、還元剤供給量をマップで持っている場合は、図９のようになる）。
【００２９】
（第３の実施の形態）
本発明による排気ガス浄化装置の第３の実施の形態の構成は、第２の実施の形態と同様（図２参照）である。
第１の実施の形態との構成の差異は、還元剤タンク５０を無くし、排気中への還元剤供給手段をコモンレール式燃料噴射装置４０のＰＯＳＴ噴射により行い、触媒に有効なＨＣ種が重質なＨＣ種である場合は、冷機時のＰＯＳＴ噴射ＨＣ量を多くすることとした点である。
【００３０】
次に、第３の実施の形態の作用を説明する。
第２の実施の形態に対し、触媒の還元剤として有効なＨＣ種が比較的重質（Ｃ数が大きいＨＣ）であった場合は、冷機時にエンジンから排出される重質ＨＣの量が少なくなることから、冷機時にはＰＯＳＴ噴射で供給する燃料の量を多くすることで、冷機時にＮＯｘ触媒の効果を最大限に発揮させることが可能となる。
【００３１】
次に、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
ステップＳ１０１では、エンジン１０の運転条件（Ｑと吸入空気温度、吸入空気量）を読み込む。
【００３２】
ステップＳ１０２では、エンジン油水温を読み込む。
【００３３】
ステップＳ１０３では、ＮＯｘ触媒３１が活性温度域にあるかを、触媒活性判定手段により判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０４に進む。
なお、第３の実施の形態では、ＮＯｘ触媒３１の上流に設けた排温センサ６０により判定するが、吸入空気温度、燃料噴射量、ＥＧＲ率、吸入空気量から排気温度を計算して判定することも可能である。
【００３４】
ステップＳ１０４では、エンジン１０が冷機状態であるかを判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０５へ、ＮＯならばステップＳ１０６へ進む。
【００３５】
ステップＳ１０５では、エンジン１０が冷機時であると判定されたので、触媒に有効なＨＣ種が重質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を多くすることで、冷機時のＮＯｘ触媒の活性を向上させる。
【００３６】
ステップＳ１０６では、エンジン１０が暖機時と判定されたので、規定の量の還元剤を供給する。
【００３７】
（第４の実施の形態）
本発明による排気ガス浄化装置の第４の実施の形態の構成は、第２の実施の形態と同様（図２参照）である。
【００３８】
第４の実施の形態の作用を説明する。
第４の実施の形態は、第２の実施の形態に加え、以下の冷機時の特性を加味したものである。
冷機時は、暖機時と同一のＰＯＳＴ噴射時期にＰＯＳＴ噴射をした場合、燃焼室内の温度が暖機時に比べ低いことから、筒内から排出されるＨＣ種が暖機時と異なる。このため、暖機時の最適ＰＯＳＴ噴射時期に比べ、冷機時の最適ＰＯＳＴ噴射時期は進角する（図１０参照）。
【００３９】
このことから、冷機時のＰＯＳＴ噴射時期を暖機時より進角させることで、ＮＯｘ触媒の効果を最大限に発揮させる。
【００４０】
次に、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
ステップＳ１０１では、エンジン１０の運転条件（Ｑと吸入空気温度、吸入空気量）を読み込む。
【００４１】
ステップＳ１０２では、エンジン油水温を読み込む。
【００４２】
ステップＳ１０３では、ＮＯｘ触媒３１が活性温度域にあるかを、触媒活性判定手段により判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０４に進む。
なお、第４の実施の形態では、ＮＯｘ触媒３１の上流に設けた排温センサ６０により判定するが、吸入空気温度、燃料噴射量、ＥＧＲ率、吸入空気量から排気温度を計算して判定することも可能である。
【００４３】
ステップＳ１０４では、エンジン１０が冷機状態であるかを判定し、ＹＥＳならばステップＳ１０５へ、ＮＯならばステップＳ１０６へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０５では、エンジン１０が冷機時であると判定されたので、以下の供給手段を作動することにより、冷機時のＮＯｘ触媒の活性を向上させる。
▲１▼  触媒に有効なＨＣ種が軽質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を少なくするか、もしくは、ＰＯＳＴ噴射量はそのままで、ＰＯＳＴ噴射時期を暖機時に比べ進角させる。
▲２▼  触媒に有効なＨＣ種が重質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を多くするか、もしくは、ＰＯＳＴ噴射量はそのままで、ＰＯＳＴ噴射時期を暖機時に比べ進角させる（当然、軽質ＨＣが有効な触媒とは、ＰＯＳＴ噴射時期が異なっている）。
また、ＰＯＳＴ噴射時期の進角と還元剤の供給量増減を組み合わせるのも有効である。
【００４５】
ステップＳ１０６では、エンジン１０が暖機時と判定されたので、規定の量の還元剤を、規定のＰＯＳＴ噴射時期で供給する。
【００４６】
（第５の実施の形態）
図３は、本発明による排気ガス浄化装置の第５の実施の形態の構成を示す図である。
第１〜４の実施の形態との差異は、触媒ケース３０に介装されたＮＯｘ触媒３１の上流にＨＣ吸着触媒３２を設けた点である。
【００４７】
第５の実施の形態の作用を説明する。
ＮＯｘ触媒３１の上流にＨＣ吸着触媒３２を設けることで、以下の点が可能となる。
（１）低負荷時に排出されるＨＣを吸着させることができる。
（２）高負荷時には、吸着していたＨＣを脱離させて、還元剤として用いることができる。
【００４８】
冷機時には、暖機時に比べ軽質のＨＣ種が多く排出されることから、冷機時に吸着したＨＣは軽質ＨＣが多く含まれるので、吸着触媒からの脱離温度も低くなる。このため、加速時等の過渡運転時にすべての吸着ＨＣが脱離しきってしまうのに掛かる時間が、冷機時には暖機時よりも早くなることから、ＰＯＳＴ噴射による還元剤の供給開始を暖機時よりも早めてやる必要がある。
他の作用は、第３の実施の形態と同様である。
【００４９】
次に、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
ステップＳ２０１では、エンジン１０の運転条件（Ｑと吸入空気温度、吸入空気量）を読み込む。
【００５０】
ステップＳ２０２では、エンジン油水温を読み込む。
【００５１】
ステップＳ２０３では、ＮＯｘ触媒３１及びＨＣ吸着触媒３２の温度を検知し、ＨＣ脱離温度域であるか、及び、ＮＯｘ触媒３１が活性温度域にあるかを判定する。
なお、第５の実施の形態では、ＮＯｘ触媒３１の上流に設けた排温センサ６０により判定するが、吸入空気温度、燃料噴射量、ＥＧＲ率、吸入空気量から排気温度を計算して判定することも可能である。
【００５２】
ステップＳ２０４では、ＮＯｘ触媒３１が脱離領域か吸着領域かを、触媒温度から判定し、脱離領域ならばステップＳ２０５へ進み、吸着領域ならばステップＳ２１８へ進む。
【００５３】
ステップＳ２０５では、エンジン１０が冷機状態であるかを判定し、ＹＥＳならばステップＳ２０６へ、ＮＯならばステップＳ２１２へ進む。
【００５４】
ステップＳ２０６では、脱離領域の場合、図１１に示すＨＣ脱離マップから運転状態に応じた単位時間当たりのＨＣ脱離量を算出する。しかし、冷機時に吸着したＨＣは軽質であるため、単位時間当たりの脱離量はｄ１より多いｄ１′となる。ここでは、ｄ１に冷機係数（＞１）をｄ１に掛けることで、ｄ１′とする。
【００５５】
ステップＳ２０７では、ＮＯｘ触媒３１のＨＣ吸着量（残量）を計算する。
【００５６】
ステップＳ２０８，Ｓ２０９では、計算したＨＣ吸着量がマイナスになった場合に、吸着量が０と判断する。
【００５７】
ステップＳ２１０では、触媒が活性温度域かを判定し、ＹＥＳならばステップＳ２１１へ進む。
【００５８】
ステップＳ２１１では、吸着材からの脱離ＨＣが無くなり、かつ、エンジン１０が冷機状態であると判定されたので、以下の還元剤供給手段を作動する。
▲１▼  触媒に有効なＨＣ種が軽質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を少なくする。
▲２▼  触媒に有効なＨＣ種が重質な場合は、暖機時に比べ還元剤の供給量を多くし、かつ、ＰＯＳＴ噴射時期を暖機時に比べ進角させる。
【００５９】
ステップＳ２１２では、脱離領域の場合、図１１に示すＨＣ脱離マップから運転状態に応じた単位時間当たりのＨＣ脱離量を算出する。
【００６０】
ステップＳ２１３では、ＮＯｘ触媒３１のＨＣ吸着量（残量）を計算する。
【００６１】
ステップＳ２１４，Ｓ２１５では、計算したＨＣ吸着量がマイナスになった場合に、吸着量が０と判断する。
【００６２】
ステップＳ２１６では、触媒が活性温度域かを判定し、ＹＥＳならばステップＳ２１７へ進む。
【００６３】
ステップＳ２１７では、暖機時と判定されたので、規定の量の還元剤を、規定のＰＯＳＴ噴射時期で供給する。
【００６４】
ステップＳ２１８では、図１２に示す単位時間当たりのＨＣ吸着量マップから吸着量ａ１を検出し、総吸着量ａを算出する。
【００６５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、冷機時での還元剤の供給を暖機時と同様の条件で行った場合は、触媒に供給されるＨＣ種が暖機時とは異なることから、暖機時と同様のＮＯｘ低減性能が期待できないという問題を、冷機時にエンジンから排出されるＨＣ種と量を検知して、必要なＨＣ種を還元剤供給装置から必要な量だけ触媒に供給することで、冷機時にも良好なＮＯｘ低減性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気ガス浄化装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】第２〜４の実施の形態の構成を示す図である。
【図３】第５の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】第１〜４の実施の形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図５】第５の実施の形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図６】“エンジン油水温”と“ＮＯｘ転化率”の関係を示す図である。
【図７】“油水温度”と“排出ＨＣの平均Ｃ数”の関係を示す図である。
【図８】“還元剤の供給量”と“燃料噴射量”の関係を示す図（暖機時）である。
【図９】“還元剤の供給量”と“燃料噴射量”の関係を示す図（冷機時）である。
【図１０】“ＰＯＳＴ噴射を行うときの筒内温度”と“ＰＯＳＴ噴射量による供給されるＨＣ種の平均Ｃ数”の関係を示す図である。
【図１１】ＨＣ脱離量マップを示す図である。
【図１２】ＨＣ吸着量マップを示す図である。
【符号の説明】
１０    エンジン
２０    排気通路
３０    触媒ケース
３１    ＮＯｘ触媒
３２    ＨＣ吸着触媒
４０    コモンレール式燃料噴射装置
５０    還元剤タンク
６０    排温センサ
【図１】
0003775547.tif 000002
【図２】
0003775547.tif 000003
【図３】
0003775547.tif 000004
【図４】
0003775547.tif 000005
【図５】
0003775547.tif 000006
【図６】
0003775547.tif 000007
【図７】
0003775547.tif 000008
【図８】
0003775547.tif 000009
【図９】
0003775547.tif 000010
【図１０】
0003775547.tif 000011
【図１１】
0003775547.tif 000012
【図１２】
0003775547.tif 000013