JP5320994B2 - 排気ガス浄化方法と排気ガス浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載した内燃機関で、車両の減速時に排気ガス浄化装置の触媒の冷え防止のために、排気ブレーキ弁を閉じて優れた保温効果を得ることができる排気ガス浄化方法と排気ガス浄化システムに関する。

車両に搭載したディーゼルエンジン等の内燃機関では、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するために、ＮＯｘ浄化触媒や酸化触媒等を担持した排気ガス浄化装置が備えられている。これらの触媒はその触媒の活性化温度（ライトオフ温度）以上の温度にならないと十分な浄化性能を発揮することができない。そのため、内燃機関の運転中においては、アイドル運転や減速運転のように排気温度が低下するときには、触媒の温度が低下しないようにすることが排気ガスの浄化性能を向上させるために必要となる。

この排気温度が低くなるアイドル運転時や車両減速時において、触媒が冷えるのを抑制するために、目標吸入空気量を下げて吸気量を少なくすると共に、排気ブレーキ弁（エキゾーストブレーキスロットル）を閉弁することで、排気通路から外気中へ排出される排気ガス量を減少し、触媒から排気ガスを介して外気中へ排出される熱量を減少している。これにより、触媒に対して優れた保温効果を得ている。

例えば、車両搭載の内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備えて、連続再生型ＤＰＦの再生に関して、走行自動再生中に停車アイドル状態に移行した時でも、排気昇温手段を作動させている最中に車両の停止を検出した場合に、排気昇温手段の作動を継続すると共に、排気絞り弁（排気ブレーキ弁）を閉弁し、その後、車両の走行状態を検出した場合には、排気絞り弁を開弁して、排気昇温手段を継続することにより、効率よく排気温度を保つことができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この停車アイドル状態での保温方法では、目標吸入空気量を下げているので、車両減速時においては、排気ブレーキを作動させない場合には有効であるが、排気ブレーキを作動させる必要がある場合には、排気ブレーキのための作動ガスとなる排気ガスの流量の低下によって、本来の排気ブレーキの機能としての排気ブレーキ力が減少し、必要とされている排気ブレーキ力を発揮できなくなる恐れがある。つまり、この保温方法をそのまま使用したのでは、排気ブレーキ力の確保と触媒の冷え防止との両立が難しいという問題がある。
特開２００５−２８２５４５公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の減速時に排気ブレーキ弁を閉じて排気ガス浄化装置を保温する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムにおいて、車両の減速時に必要とされる排気ブレーキ力を確保しつつ排気ガス浄化装置を保温することができる排気ガス浄化方法と排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、車両の減速時に排気ブレーキ弁を閉じて排気ガス浄化装置を保温する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記車両が減速時であるか否かを判定し、前記車両が減速時であると判定した時に前記排気ブレーキの作動スイッチが入っているか否かを判定し、前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていると判定されたときには、前記内燃機関の吸気弁を全開にして、前記吸気弁を全開にした後でＥＧＲ弁を全閉にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行い、前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていないと判定されたときには、前記吸気弁を全閉にして、前記吸気弁を全閉にした後で前記ＥＧＲ弁を全開にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行うことを特徴とする方法である。

この方法によれば、荷物最大積載走行時等の排気ブレーキ力を必要としている場合には、必要な排気ブレーキ力を確保しながら、排気ガス浄化装置に対する保温効果を得ることができ、通常走行時等の排気ブレーキ力を必要としていない場合には、排気ガス浄化装置に対する非常に優れた保温効果が得られる。

つまり、排気ブレーキ力が必要と判定されたときには、目標吸入空気量を多くして、吸気弁（インテークスロットル）を全開にし、ＥＧＲ弁を全閉にして、排気ガス流量を最大とすると共に、排気ブレーキ弁を閉じて、通常の排気ブレーキ力を得る。このときには、排気ガス流量を通常走行時より増加するので、触媒の保温効果は多少低下するが、通常走行制御よりは高い保温効果を得ることができる。

また、排気ブレーキ力が不必要と判定されたときには、目標吸入空気量を少なくして、吸気弁を略全閉になるようにして、排気ガス流量を最小限にして最大の保温効果を得る。また、このときには、排気ガス流量が少なく、ＥＧＲ弁が全開となっているので、排気ブレーキ弁を閉じても、発生する排気ブレーキ力は小さい。そのため、減速時に、この制御を常時行っても、ドライバビリティ（乗り心地性）への影響は小さく、問題は発生しない。

また、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、車両の減速時に排気ブレーキ弁を閉じて排気ガス浄化装置を保温する排気ガス浄化システムにおいて、前記車両が減速時であるか否かを判定し、前記車両が減速時であると判定した時に前記排気ブレーキの作動スイッチが入っているか否かを判定し、前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていると判定されたときには、前記内燃機関の吸気弁を全開にして、前記吸気弁を全開にした後でＥＧＲ弁を全閉にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行い、前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていないと判定されたときには、前記吸気弁を全閉にして、前記吸気弁を全閉にした後で前記ＥＧＲ弁を全開にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行う制御装置を備えて構成される。

この構成の排気ガス浄化システムによれば、上記の排気ガス浄化方法を実施でき、同様の効果を奏することができる。

この排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムは、酸化触媒、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等のリーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ）、選択還元型触媒（ＳＣＲ）、触媒付きＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）等の減速時の保温が必要な排気ガス浄化システムにとって、非常に有効となる。

本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、車両の減速時に排気ブレーキ弁を閉じて排気ガス浄化装置を保温する排気ガス浄化システムにおいて、荷物最大積載走行時等の排気ブレーキ力を必要としている場合には、排気ガス流量を大きくすることにより、必要な排気ブレーキ力を確保しながら、排気ガス浄化装置に対する保温効果を得ることができ、通常走行時等の排気ブレーキ力を必要としていない場合には、目標吸入空気量を少なくして、排気ガス流量を小さくすることにより、排気ガス浄化装置に対する非常に優れた保温効果を得ることができる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）１０の排気通路１６に排気ガス浄化装置１９を備えて構成される。

この排気ガス浄化システム１のエンジン１０は、吸気マニホールド１０ａに接続される吸気通路１１に吸入空気量センサ１２（ＭＡＦセンサ）とターボチャージャ１３のコンプレッサ１３ｂとインタークーラ１４と吸気弁（インテークスロットル）１５を備えている。さらに、排気マニホールド１０ｂに接続される排気通路１６に、ターボチャージャ１３のタービン１３ａと、排気ブレーキ弁１７と燃料等を噴射するための噴射装置１８と排気ガス浄化装置１９を備えている。更に、排気マニホールド１０ｂと吸気マニホールド１０ａを接続するＥＧＲ通路２０には、ＥＧＲクーラー２１とＥＧＲ弁２２を備えている。

排気ガス浄化装置１９では、排気ガスＧの浄化性能を維持するために、担持している触媒の温度を触媒活性化温度以上のある程度の温度まで上昇させる必要がある。この排気ガス浄化装置１９は、図１の構成では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）１９ａ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＬＮＴ）１９ｂ、フィルタ装置（ＣＳＦ）１９ｃで構成されている。しかし、本発明は、これに限定されず、三元触媒装置、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）等を用いる場合もある。要するに、ある程度の温度以下では排気ガスの浄化性能が低下するような排気ガス浄化装置に対して本発明を適用することができる。

酸化触媒装置１９ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成される。この酸化触媒は、排気ガス中のＨＣやＣＯを酸化して排気ガスを浄化する役割と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生の際にＮＯｘの還元剤として供給されるＨＣの一部を酸化して排気ガスの温度を昇温する役割とを持っている。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置１９ｂは、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して形成され、酸素過剰な排気ガス中のＮＯを酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスがリーン空燃比では、ＮＯｘを吸蔵し、リッチ空燃比では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。

フィルタ装置１９ｃは、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を備えた触媒付きＤＰＦで構成される。この触媒付ＤＰＦは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成される。このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持する。

この触媒付きＤＰＦにより、排気ガス中のＰＭは、多孔質のセラミックの壁で捕集される。このＰＭの捕集量が増加した場合には、排気ガス中に燃料を噴射して、この燃料を酸化触媒により酸化して排気ガスの温度を高めて、この高温の排気ガスによりフィルタ装置１９ｃをＰＭの燃焼開始温度まで上昇させて、捕集されたＰＭを強制的に燃焼除去して、フィルタ装置１９ｃのＰＭ再生を行う。

更に、排気ガスＧの温度を測定するために、排気ガス浄化装置１９の入口に第１温度センサ２３が、酸化触媒１９ａとＮＯｘ吸蔵還元型触媒１９ｂとの間に第２温度センサ２４が配設され、排気ガス浄化装置１９の出口にＮＯｘ及びλ（空気過剰率）センサ２５が配設されている。

これらのセンサ２３、２４、２５等の測定値とエンジン１０の運転制御に必要なデータを入力してエンジンの運転状態と排気ガス浄化システム１の排気ガス浄化制御や再生制御を行う制御装置（図示しない）が設けられている。この制御装置はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置であり、本発明の排気ガス浄化方法に関する制御では、エンジン１０からのデータと吸入空気量センサ１２からの検出値に基づいて、吸気弁１５、排気ブレーキ弁１７、ＥＧＲ弁２２を制御する。

次に、本発明の排気ガス浄化方法について、図２の車両減速中の排気ガス浄化装置を保温するための制御フローを参照しながら説明する。

この図２の制御フローは、エンジン１０の運転が開始されると、上級のエンジンの制御フローにより繰り返し呼ばれる。この図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、車両が減速状態であるか否かを判定する。この減速判定は、アクセル開度、エンジン回転数の下降、単位時間当たりの燃料流量の減少量などにより行う。例えば、車両速度がゼロではなく、アクセル開度がゼロの場合に車両が減速状態にあると判定する。

このステップＳ１１の判定で車両減速状態ではないと判定された場合には（ＮＯ）リターンに行き、上級の制御フローに戻り、所定の時間（車両減速状態であるか否かを判定するインターバルに関係する時間）を経過した後、再度呼ばれて実行される。この繰り返しをエンジン１０の運転終了まで行う。

このステップＳ１１の判定で、車両減速状態であると判定された場合には（ＹＥＳ）、次のステップＳ１２で減速時に排気ブレーキ力を必要としているか否かを判定する。この判定は、例えば、車両の運転席に設けられた排気ブレーキの作動スイッチが入っているか否か、即ち、排気ブレーキの作動スイッチがＯＮかＯＦＦかで判定する。つまり、この作動スイッチがＯＮの場合は排気ブレーキ力を要求している（ＹＥＳ）と判定し、作動スイッチがＯＦＦの場合は排気ブレーキ力を要求していない（ＮＯ）と判定する。

ステップＳ１２の判定で、荷物最大積載走行等の減速時などであって、排気ブレーキ力が要求され、排気ブレーキ力を必要としている（ＹＥＳ）と判定されたときには、ステップＳ１３に行き、目標吸入空気量を増加して、吸気弁１５を全開になるようにして、新気Ａを最大限吸入し、更に、次のステップＳ１４で、ＥＧＲ弁２２を全閉にして、ＥＧＲガスＧｅの量をゼロにし、排気ガスＧが大気に放出される量を多くするようにしてから、ステップＳ１７に行き、排気ブレーキ弁１７を閉じる制御を行い、リターンする。

これにより、排気ガスＧの流量を最大とし、通常の排気ブレーキ力を得ることができるようにする。また、排気ガスＧの流量が通常走行時より増加する分、排気ガス浄化装置１９の触媒の保温効果は多少低下するが、排気ブレーキ弁１７を閉弁しない通常走行時の場合よりも高い保温効果を得ることができる。

また、ステップＳ１２の判定で、排気ブレーキ力が要求されておらず、排気ブレーキ力を必要としていない（ＮＯ）と判定されたときには、ステップＳ１５に行き、目標吸入空気量を減少して、吸気弁１５を全閉になるようにして、新気Ａの吸入量を少なくし、更に、次のステップＳ１６で、ＥＧＲ弁２２を全開にして、ＥＧＲガスＧｅを最大限再循環させて、排気ガスＧが大気に放出される量を少なくなるようにしてから、ステップＳ１７に行き、排気ブレーキ弁１７を閉じる制御を行い、リターンする。

これにより、排気ブレーキ弁１７及び排気ガス浄化装置１９を通過する排気ガスＧの流量を最小限にすることができ、最大の保温効果を得ることが可能となる。また、排気ガスＧの流量が少ないため、排気ブレーキ力も小さくなり、減速時に常時排気ブレーキ弁１７が閉じてもドライバビリティ上の問題は生じない。

リターン後は、上級の制御フローに戻り、エンジン１０が運転中は繰り返し呼ばれて実行され、エンジン１０の運転が終了した時には呼び出しが無くなり、この図２の車両減速中の排気ガス浄化装置を保温するための制御フローは終了する。

この排気ガス浄化方法により、エンジン１０の排気通路１６に排気ガス浄化装置１９を備え、車両の減速時に排気ブレーキ弁１７を閉じて排気ガス浄化装置１９を保温する排気ガス浄化システム１において、減速時に排気ブレーキ力を必要としているか否かを判定し、排気ブレーキ力を必要としていると判定されたときには、目標吸入空気量を多くして、ＥＧＲ弁２２を全閉にすると共に排気ブレーキ弁１７を閉じる制御を行い、排気ブレーキ力を必要としていないと判定されたときには、目標吸入空気量を少なくして、ＥＧＲ弁２２を全開にすると共に排気ブレーキ弁１７を閉じる制御を行うことができる。

この排気ガス浄化方法によれば、図３に示すように、減速時に排気ブレーキ弁１７を閉弁しない制御（×印）に比べて、本発明の実施例である排気ブレーキ力を必要としているとする場合の制御（□印）と排気ブレーキ力を必要としていない場合の制御（○印）のように、減速時における触媒の温度の低下を防止することができる。また、図４に示すように、減速時に排気ブレーキ弁１７を閉弁しない制御（×印）と、本発明の実施例の排気ブレーキ力を必要としていない場合の制御（○印）に比べて、本発明の実施例の排気ブレーキ力を必要としているとする場合の制御（□印）では、減速時における排気ブレーキ力を発揮でき軸トルクを低下させることができる。

従って、上記の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム１によれば、減速時に排気ブレーキ弁１７を閉じると共に、更に、排気ブレーキ力を必要としている場合と必要としていない場合とで、減速時の目標吸入空気量とＥＧＲ弁２２の弁開度を変えることで、必要とされる排気ブレーキ力を確保しつつ排気ガス浄化装置１９を効率よく保温することができ、非常に優れた触媒の保温効果を得ることができる。

本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の車両減速中の排気ガス浄化装置を保温するための制御フローの一例を示す図である。 車両減速時における触媒の温度状況を示す図である。 車両減速時における排気ブレーキ力の状況を示す図である。

符号の説明

１ 排気ガス浄化システム
１０ エンジン
１１ 吸気通路
１２ 吸入空気量センサ
１５ 吸気弁
１６ 排気通路
１７ 排気ブレーキ弁
１９ 排気ガス浄化装置
１９ａ 酸化触媒
１９ｂ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
１９ｃ フィルタ装置
２２ ＥＧＲ弁
Ａ 吸入空気
Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、車両の減速時に排気ブレーキ弁を閉じて排気ガス浄化装置を保温する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、
   前記車両が減速時であるか否かを判定し、前記車両が減速時であると判定した時に前記排気ブレーキの作動スイッチが入っているか否かを判定し、
   前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていると判定されたときには、前記内燃機関の吸気弁を全開にして、前記吸気弁を全開にした後でＥＧＲ弁を全閉にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行い、
   前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていないと判定されたときには、前記吸気弁を全閉にして、前記吸気弁を全閉にした後で前記ＥＧＲ弁を全開にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
2. 内燃機関の排気通路に排気ガス浄化装置を備え、車両の減速時に排気ブレーキ弁を閉じて排気ガス浄化装置を保温する排気ガス浄化システムにおいて、
   前記車両が減速時であるか否かを判定し、前記車両が減速時であると判定した時に前記排気ブレーキの作動スイッチが入っているか否かを判定し、
   前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていると判定されたときには、前記内燃機関の吸気弁を全開にして、前記吸気弁を全開にした後でＥＧＲ弁を全閉にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行い、
   前記車両が減速時であり、かつ、前記排気ブレーキの作動スイッチが入っていないと判定されたときには、前記吸気弁を全閉にして、前記吸気弁を全閉にした後で前記ＥＧＲ弁を全開にすると共に前記排気ブレーキ弁を閉じる制御を行う制御装置を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。

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