排気ガス後処理システム及びその制御方法
【課題】排気ガス後処理システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】排気ガス後処理制御方法は、還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば触媒の温度を設定値に高めて脱硫黄再生する段階と、脱硫黄再生後に燃料が補充されたかを判断する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が基準値を超過したかを判断する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断された状態で、還元剤を噴射する間の前記ΔＴがＸ以下であれば、高硫黄燃料が注入されたと判断する段階とを含む。排気ガス後処理システムは、触媒と、検出部と、検出部で感知された車両の状態に応じて触媒を再生するためのプログラムを実行する制御部とを含む。
【解決手段】排気ガス後処理制御方法は、還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば触媒の温度を設定値に高めて脱硫黄再生する段階と、脱硫黄再生後に燃料が補充されたかを判断する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が基準値を超過したかを判断する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断された状態で、還元剤を噴射する間の前記ΔＴがＸ以下であれば、高硫黄燃料が注入されたと判断する段階とを含む。排気ガス後処理システムは、触媒と、検出部と、検出部で感知された車両の状態に応じて触媒を再生するためのプログラムを実行する制御部とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気ガス後処理システム及びその制御方法に係り、より詳細には、排気ガスに含まれている窒素酸化物を除去する窒素酸化物浄化触媒を備えた排気ガス後処理システム及び排気ガス後処理制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル燃料を用いるシステムにおける排気ガス後処理の主要目的は、粒子状物質を減らして窒素酸化物を除去することにある。粒子状物質を減らすためにはディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が用いられており、窒素酸化物を除去するためには窒素酸化物浄化触媒（ＬＮＴ）が用いられている。このようなディーゼルパティキュレートフィルタと窒素酸化物浄化触媒は排気ガスに含まれている硫黄成分によって汚染されてその性能が低下するという問題点があるため、２次噴射手段を利用して周期的にその温度を高めて脱硫黄再生を実施しなければならない。一方、高硫黄燃料が注入される場合、上述のようなディーゼルパティキュレートフィルタや窒素酸化物浄化触媒が頻繁に再生されて耐久性が急激に減少したり、頻繁な脱硫黄再生によって燃料の消費が増加するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、排気ラインに設置されたディーゼルパティキュレートフィルタや窒素酸化物浄化触媒のように脱硫黄再生される触媒の耐久性を高め、燃料の消費を減らすことができる排気ガス後処理システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明による排気ガス後処理制御方法は、還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば前記触媒の温度を設定された数値に高めて脱硫黄再生する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が設定された夫々の第１基準値を超過したかを判断する段階と、脱硫黄再生後に燃料が補充されたか否かを判断する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が前記第１基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断する段階とを含む。このような排気ガス後処理制御方法において、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が夫々の前記第１基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断した後、前記触媒を非正常的に脱硫黄再生する段階と、前記非正常的な脱硫黄再生の回数をカウントする段階と、前記触媒を非正常的に脱硫黄再生した回数が設定された値以上であれば、高硫黄燃料が注入されたと判断し警告信号を発生させる段階とをさらに含む。また、本発明の排気ガス後処理システムは、排気ガスに含まれている粒子状物質を除去する触媒と、車両の運行状態を検出する検出部と、この検出部で感知された車両の運行状態に応じて前記触媒を再生するための設定されたプログラムを実行する制御部と、を含んでなる。ここで前記設定されたプログラムは、上述のような排気ガス後処理制御方法を実行するための命令を含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の排気ガス後処理システム及び排気ガス後処理制御方法によれば、窒素酸化物浄化触媒を浄化するために窒素酸化物浄化モードを実行する間の触媒の前後端の温度差に応じて脱硫黄再生を実施し、非正常的な脱硫黄再生が反復して実行される場合、高硫黄燃料が注入されたと判断することができる。したがって、高硫黄燃料が注入されたことを車両の運転者が容易に判断できるようにし、以後に高硫黄燃料を注入しないように運転者をガイドすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス後処理システムを概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気ガス後処理システムで還元剤噴射量と触媒前後端の温度差を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る排気ガス後処理制御方法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】
【０００８】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態による排気ガス後処理システムの構成図を図１に示した。この実施形態の排ガス後処理システムは、排気ラインに設けられる触媒と、車両の状態を感知する検出部と、検出部からの信号を受け予め設定されたプログラムに基づき触媒を再生する制御部１１０を備えている。排気ライン（排気通路）はエンジン１００の排気マニホールドに連結されている。本明細書中では、触媒とは触媒物質及び触媒装置の両方を含み、触媒と称する。また、触媒装置は、排気ガス中に含まれる煤（煤煙炭素）、硫黄化合物、硝酸塩、未燃焼及び／又は不完全燃焼のディーゼル燃料や潤滑油などのような粒子状物質や有害物質、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去或は低減するものの他、粒子状物質や有害物質及び窒素酸化物を除去或は低減し易く改質、活性化（低分子化、分解、部分酸化など）するものなどを含み、このような機能を有するものであれば触媒物質を具備しないものであっても良く、以上のような全てを触媒と呼ぶ。本実施形態の排気ガス後処理システムにおける触媒としては、ディーゼル燃料触媒１２０（ＤＦＣ：ｄｉｅｓｅｌｆｕｅｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ）と、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０（ＤＰＦ：ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）と、窒素酸化物浄化触媒１４０（ＮＯｘ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ）とを含む。検出部は、第１酸素センサＯＳ１、第２酸素センサＯＳ２、第４温度センサＴＳ４、第５温度センサＴＳ５、第６温度センサＴＳ６、第７温度センサＴＳ７とを含んでなる。また、本実施形態の排気ガス後処理システムは、上記触媒及び検出部の他にインジェクタ１５０を備えている。ここで、ディーゼル燃料触媒１２０は、粒子状物質や有害物質、特に未燃焼及び／又は不完全燃焼のディーゼル燃料や、インジェクタ１５０から噴射される後述するような還元剤としてのディーゼル燃料を活性化する機能を有していれば良く、例えば、燃料中の大分子量炭化水素を分解、低分子化するゼオライト触媒のようなクラッキング触媒を具備した公知のものを使用することができる。また、電気ヒータのような補助加熱手段が設けられても良く、さらに公知の酸化触媒を後端側に備えられていることが好ましい。ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０は、粒子状物質を捕獲することができるフィルタを有するものであれば良く、公知の酸化触媒がフィルタにコーティングされていることが好ましい。窒素酸化物浄化触媒１４０は、公知の還元触媒を備えたものが好適に使用できる。
【０００９】
排気ラインに、ディーゼル燃料触媒１２０、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０、窒素酸化物浄化触媒１４０が、上流側（エンジン１００側）から順に配置されている。また、ディーゼル燃料触媒１２０の上流側にインジェクタ１５０が設置され、インジェクタ１５０の上流側に第１酸素センサＯＳ１が配置される。さらに、窒素酸化物浄化触媒１４０の下流側に第２酸素センサＯＳ２が配置される。
【００１０】
インジェクタ１５０とディーゼル燃料触媒１２０の間に第４温度センサＴＳ４が配置され、ディーゼル燃料触媒１２０とディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の間に第５温度センサＴＳ５が配置される。ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０と窒素酸化物浄化触媒１４０の間に第６温度センサＴＳ６が配置され、窒素酸化物浄化触媒１４０と第２酸素センサＯＳ２の間に第７温度センサＴＳ７が配置される。
【００１１】
制御部１１０は、インジェクタ１５０、並びに検出部としての第１酸素センサＯＳ１、インジェクタ１５０、第４温度センサＴＳ４、第５温度センサＴＳ５、第６温度センサＴＳ６、第７温度センサＴＳ７、及び第２酸素センサＯＳ２と夫々電気的に（通信線で）連結しており、以上のような検出部で感知した信号を受信する。制御部１１０は、ディーゼル燃料触媒１２０、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０、または窒素酸化物浄化触媒１４０を再生するための時期を判断し、インジェクタ１５０を制御して還元剤を噴射、補給する。
【００１２】
第１酸素センサＯＳ１と第２酸素センサＯＳ２が排気ガスに含まれている酸素の濃度を感知し、このように感知された信号に基づいて制御部１１０は排気ガスの状態を判断する。第４温度センサＴＳ４はディーゼル燃料触媒１２０の前端部排気ガスの温度を感知し、第５温度センサＴＳ５はディーゼル燃料触媒１２０の後端部及びディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の前端部の排気ガスの温度を感知する。第６温度センサＴＳ６はディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の後端部及び窒素酸化物浄化触媒１４０の前端部の排気ガスの温度を感知し、第７温度センサＴＳ７は窒素酸化物浄化触媒１４０の後端部の排気ガスの温度を感知する。
【００１３】
インジェクタ１５０から還元剤が噴射される間、制御部１１０は温度センサＴＳ４、ＴＳ５、ＴＳ６、ＴＳ７を介してディーゼル燃料触媒１２０の前後端の温度差、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の前後端の温度差、および窒素酸化物浄化触媒１４０の前後端の温度差をそれぞれ演算する。制御部１１０は、第１酸素センサＯＳ１と第２酸素センサＯＳ２によって感知された酸素数値（酸素濃度）に基づき、噴射された還元剤の濃度を演算、感知し、インジェクタからの還元剤噴射量、噴射タイミングを制御する。制御部１１０は設定されたプログラムによって動作する１つ以上のマイクロプロセッサで実現されてもよく、上記設定されたプログラムは、後述する本実施形態に係る排気ガス後処理制御方法に含まれている各段階を実行するための一連の命令（制御）を含むものである。
【００１４】
本実施形態の排気ガス後処理システムにおける還元剤噴射量と触媒前後端の温度差との関係を表わすグラフを図２に示した。このグラフは、横軸はインジェクタ１５０から噴射される還元剤の量（ｍｇ）、縦軸は触媒前後端の温度差（ΔＴ）として予め試験した結果をプロットした例である。温度差ΔＴは触媒前端又は後端のうち高温度側から低温度側を差し引いた正の値として算出している。触媒が正常に機能しているときには通常、触媒の前端側より後端側の方が高温となっている。本実施形態においては、上記触媒として、３種の触媒に適用しているが、ディーゼル燃料触媒１２０、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０、又は窒素酸化物浄化触媒１４０のいずれか一つ又は二つに適用されても良い。一つ又は二つの触媒に適用する場合には窒素酸化物浄化触媒１４０を選択することが好ましい。インジェクタ１５０から噴射された還元剤の量に応じて触媒前後端の温度差は各触媒毎に一定のパターンを形成するが、このようなデータは予めメモリに保存される。
【００１５】
一方、上述のような触媒が劣化して正常な性能を発揮しなければ、その触媒前後端の温度差は減少する。触媒の前後端の温度差が減る原因は、インジェクタ１５０又は検出部が正常に機能している正常的な場合（正常時）と、正常に機能していない非正常的な場合（異常時：Ａｂｎｏｒｍａｌ ｃａｓｅ）とに大別される。正常的な場合は運行距離（走行距離）、燃料消費量、又は運行時間（走行時間）が設定された数値を超過して硫黄（硫黄及び硫黄化合物粒子）のような物質が触媒に蓄積している状態が想定され、非正常的な場合は検出部（温度センサＴＳ４、ＴＳ５、ＴＳ６、ＴＳ７）又はインジェクタ１５０が故障したケースの他、検出部やインジェクタ１５０には異状がないが、高濃度の硫黄成分を含有する燃料が給油、補充され触媒が急激に劣化したケースが想定される。すなわち、後者の非正常的なケースは、ディーゼル燃料に高濃度の硫黄成分が含まれている場合、触媒が硫黄や硫黄化合物によって急激に汚染され、還元剤が噴射される間に触媒が正常に機能せずに触媒前後端の温度差が急激に減少することとなるためであり、非正常的な触媒自体の劣化に由来するものである。このような非正常的触媒劣化の条件下では、非正常的な脱硫黄再生を行なっても正常的な脱硫黄再生の場合のようには簡単に劣化改善の効果が得られない。したがって、このような非正常的な脱硫黄再生は複数回繰返し行なう必要が生じる。また、反対に、非正常的な脱硫黄再生の連続的回数により、高濃度硫黄を含有する不良燃料が給油されたことを判断することができる。
【００１６】
本実施形態による排気ガス後処理制御方法のフローチャートを図３に示した。本実施形態による排気ガス後処理制御方法は、還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば当該触媒の温度を設定された数値に高めて脱硫黄再生する段階（Ｓ３２０）と、脱硫黄再生後の運行距離（走行距離）、燃料消費量、又は運行時間（走行時間）が設定された夫々の第１基準値を超過したかを判断する段階（Ｓ３８０）と、脱硫黄再生後に燃料タンクの燃料レベルを感知して（Ｓ３１２）脱硫黄再生後に燃料が補充されたか否かを判断する段階（Ｓ３４０）と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が夫々の第１基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の上記ΔＴがＸ以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断する段階とを含んでなる。ここで、高硫黄燃料が注入されたか否かの判断は、触媒を非正常的に脱硫黄再生する段階と、非正常的な脱硫黄再生の回数をカウントする段階と、触媒を非正常的に脱硫黄した回数が設定された値以上であれば、高硫黄燃料が注入されたと判断し（Ｓ３９０）、警告信号を発生させる段階（Ｓ４００）とをさらに含む。より詳細な排気ガス後処理制御方法の流れは以下のとおりである。
【００１７】
すなわち、Ｓ３００で窒素酸化物浄化触媒１４０から窒素酸化物を除去するために窒素酸化物浄化モード（ＮＯｘ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）が実行される。この窒素酸化物浄化モードＳ３００では、制御部１１０からの制御信号によりインジェクタ１５０から還元剤として燃料（軽油）が噴射され、噴射された還元剤とディーゼル燃料触媒１２０が反応して還元剤を活性化させる。さらに、活性化した還元剤が窒素酸化物浄化触媒１４０と反応して窒素酸化物浄化触媒１４０に捕集された窒素酸化物を除去する。
【００１８】
続いてＳ３１２で燃料タンクに充填されている燃料のレベルを感知し、Ｓ３１０で触媒の前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりも大きいかが判断され、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりも大きければ正常的に窒素酸化物浄化モードＳ３００を実行し、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であればＳ３２０を実行する。
【００１９】
Ｓ３２０では脱硫黄再生モード（Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）を実行する。この脱硫黄再生モードにおいては、インジェクタ１５０から還元剤をさらに噴射して触媒の温度をさらに上昇させる。Ｓ３３０では、脱硫黄再生直後における触媒の前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりも大きいかを判断し、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりもさらに大きければＳ３００を実行し、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であればＳ３４０を実行する。
【００２０】
Ｓ３４０では燃料が補充（ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ）されたかを判断する。制御部１１０は燃料タンクのゲージ（レベルゲージ）から燃料の量（Ｆｕｅｌ ｌｅｖｅｌ）を感知し、感知された燃料の量から燃料が補充（補給）されたかを判断する。燃料が補充されていなければＳ３５０を実行し、検出部及び／又はインジェクタ１５０の異常有無を判断し、Ｓ３６０で故障診断を実行する。ここで検出部又はインジェクタ１５０の異常有無を判断する方法については公知の方法で行なうことができ、具体的な説明を省略する。Ｓ３４０で燃料が補充されていれば、Ｓ３７０で検出部及び／又はインジェクタ１５０の状態を確認してＳ３８０を実行する。Ｓ３８０では、脱硫黄後の運行距離が脱硫黄再生基準の運行距離（第１基準値）以上であるかを判断する。本実施形態において、Ｓ３８０で脱硫黄再生後の運行時間が脱硫黄再生基準の運行時間（第１基準値）以上であるかを判断してもよい。また、Ｓ３８０において運行距離の代わりに脱硫黄再生後の燃料消費量が脱硫黄再生基準の燃料消費量（第１基準値）以上であるかを判断してもよい。すなわち、Ｓ３８０では、Ｓ３２０で実行された脱硫黄再生後ににおける運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値（第１基準値）以上であるかを判断する。
【００２１】
Ｓ３８０で脱硫黄再生後の運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値以上であればＳ３２０を実行し、脱硫黄再生後の運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値未満であればＳ３９０を実行する。脱硫黄再生後の運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値未満であるが、Ｓ３３０で判断されたように、触媒の前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であるため、Ｓ３９０で非正常的な脱硫黄再生を実行するためにＳ３２０を実行することとなる。Ｓ３９０では非正常的な脱硫黄再生が実行された回数をカウントする。Ｓ３９０で非正常的な脱硫黄再生が実行された回数をカウントし、その回数が２回以上であれば、高硫黄燃料が注入（給油補充）されたと判断し、Ｓ４００でアラーム（警告信号）を発生して、運転者に警告する。Ｓ４００におけるアラームは、例えば点滅信号、ブザー音、電子音声など特に限定されず、また、非正常的な脱硫黄再生の回数に応じてアラームの時間や音量を変えたり、非正常的脱硫黄再生回数を電子音声で発生させるなど、給油燃料中の硫黄成分濃度情報を含む警告信号とすることも好ましい。上述したように、窒素酸化物浄化触媒を利用して窒素酸化物を浄化するために窒素酸化物浄化モードを実行する間の触媒の前後端の温度差に応じて脱硫黄再生制御を実施し、非正常的な脱硫黄再生制御が反復して実行される場合、高硫黄燃料が注入されたと判断することができる。以上、本発明に関する好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって容易に変更され、均等であると認められる範囲のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００２２】
１００ エンジン
１１０ 制御部
１２０ ディーゼル燃料触媒
１３０ ディーゼルパティキュレートフィルタ
１４０ 窒素酸化物浄化触媒
１５０ インジェクタ
ＯＳ１ 第１酸素センサ
ＯＳ２ 第２酸素センサ
ＴＳ４ 第４温度センサ
ＴＳ５ 第５温度センサ
ＴＳ６ 第６温度センサ
ＴＳ７ 第７温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気ガス後処理システム及びその制御方法に係り、より詳細には、排気ガスに含まれている窒素酸化物を除去する窒素酸化物浄化触媒を備えた排気ガス後処理システム及び排気ガス後処理制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル燃料を用いるシステムにおける排気ガス後処理の主要目的は、粒子状物質を減らして窒素酸化物を除去することにある。粒子状物質を減らすためにはディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が用いられており、窒素酸化物を除去するためには窒素酸化物浄化触媒（ＬＮＴ）が用いられている。このようなディーゼルパティキュレートフィルタと窒素酸化物浄化触媒は排気ガスに含まれている硫黄成分によって汚染されてその性能が低下するという問題点があるため、２次噴射手段を利用して周期的にその温度を高めて脱硫黄再生を実施しなければならない。一方、高硫黄燃料が注入される場合、上述のようなディーゼルパティキュレートフィルタや窒素酸化物浄化触媒が頻繁に再生されて耐久性が急激に減少したり、頻繁な脱硫黄再生によって燃料の消費が増加するという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明は、排気ラインに設置されたディーゼルパティキュレートフィルタや窒素酸化物浄化触媒のように脱硫黄再生される触媒の耐久性を高め、燃料の消費を減らすことができる排気ガス後処理システム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明による排気ガス後処理制御方法は、還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば前記触媒の温度を設定された数値に高めて脱硫黄再生する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が設定された夫々の第１基準値を超過したかを判断する段階と、脱硫黄再生後に燃料が補充されたか否かを判断する段階と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が前記第１基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断する段階とを含む。このような排気ガス後処理制御方法において、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が夫々の前記第１基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断した後、前記触媒を非正常的に脱硫黄再生する段階と、前記非正常的な脱硫黄再生の回数をカウントする段階と、前記触媒を非正常的に脱硫黄再生した回数が設定された値以上であれば、高硫黄燃料が注入されたと判断し警告信号を発生させる段階とをさらに含む。また、本発明の排気ガス後処理システムは、排気ガスに含まれている粒子状物質を除去する触媒と、車両の運行状態を検出する検出部と、この検出部で感知された車両の運行状態に応じて前記触媒を再生するための設定されたプログラムを実行する制御部と、を含んでなる。ここで前記設定されたプログラムは、上述のような排気ガス後処理制御方法を実行するための命令を含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の排気ガス後処理システム及び排気ガス後処理制御方法によれば、窒素酸化物浄化触媒を浄化するために窒素酸化物浄化モードを実行する間の触媒の前後端の温度差に応じて脱硫黄再生を実施し、非正常的な脱硫黄再生が反復して実行される場合、高硫黄燃料が注入されたと判断することができる。したがって、高硫黄燃料が注入されたことを車両の運転者が容易に判断できるようにし、以後に高硫黄燃料を注入しないように運転者をガイドすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス後処理システムを概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排気ガス後処理システムで還元剤噴射量と触媒前後端の温度差を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態に係る排気ガス後処理制御方法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】
【０００８】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態による排気ガス後処理システムの構成図を図１に示した。この実施形態の排ガス後処理システムは、排気ラインに設けられる触媒と、車両の状態を感知する検出部と、検出部からの信号を受け予め設定されたプログラムに基づき触媒を再生する制御部１１０を備えている。排気ライン（排気通路）はエンジン１００の排気マニホールドに連結されている。本明細書中では、触媒とは触媒物質及び触媒装置の両方を含み、触媒と称する。また、触媒装置は、排気ガス中に含まれる煤（煤煙炭素）、硫黄化合物、硝酸塩、未燃焼及び／又は不完全燃焼のディーゼル燃料や潤滑油などのような粒子状物質や有害物質、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去或は低減するものの他、粒子状物質や有害物質及び窒素酸化物を除去或は低減し易く改質、活性化（低分子化、分解、部分酸化など）するものなどを含み、このような機能を有するものであれば触媒物質を具備しないものであっても良く、以上のような全てを触媒と呼ぶ。本実施形態の排気ガス後処理システムにおける触媒としては、ディーゼル燃料触媒１２０（ＤＦＣ：ｄｉｅｓｅｌｆｕｅｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ）と、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０（ＤＰＦ：ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）と、窒素酸化物浄化触媒１４０（ＮＯｘ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ）とを含む。検出部は、第１酸素センサＯＳ１、第２酸素センサＯＳ２、第４温度センサＴＳ４、第５温度センサＴＳ５、第６温度センサＴＳ６、第７温度センサＴＳ７とを含んでなる。また、本実施形態の排気ガス後処理システムは、上記触媒及び検出部の他にインジェクタ１５０を備えている。ここで、ディーゼル燃料触媒１２０は、粒子状物質や有害物質、特に未燃焼及び／又は不完全燃焼のディーゼル燃料や、インジェクタ１５０から噴射される後述するような還元剤としてのディーゼル燃料を活性化する機能を有していれば良く、例えば、燃料中の大分子量炭化水素を分解、低分子化するゼオライト触媒のようなクラッキング触媒を具備した公知のものを使用することができる。また、電気ヒータのような補助加熱手段が設けられても良く、さらに公知の酸化触媒を後端側に備えられていることが好ましい。ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０は、粒子状物質を捕獲することができるフィルタを有するものであれば良く、公知の酸化触媒がフィルタにコーティングされていることが好ましい。窒素酸化物浄化触媒１４０は、公知の還元触媒を備えたものが好適に使用できる。
【０００９】
排気ラインに、ディーゼル燃料触媒１２０、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０、窒素酸化物浄化触媒１４０が、上流側（エンジン１００側）から順に配置されている。また、ディーゼル燃料触媒１２０の上流側にインジェクタ１５０が設置され、インジェクタ１５０の上流側に第１酸素センサＯＳ１が配置される。さらに、窒素酸化物浄化触媒１４０の下流側に第２酸素センサＯＳ２が配置される。
【００１０】
インジェクタ１５０とディーゼル燃料触媒１２０の間に第４温度センサＴＳ４が配置され、ディーゼル燃料触媒１２０とディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の間に第５温度センサＴＳ５が配置される。ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０と窒素酸化物浄化触媒１４０の間に第６温度センサＴＳ６が配置され、窒素酸化物浄化触媒１４０と第２酸素センサＯＳ２の間に第７温度センサＴＳ７が配置される。
【００１１】
制御部１１０は、インジェクタ１５０、並びに検出部としての第１酸素センサＯＳ１、インジェクタ１５０、第４温度センサＴＳ４、第５温度センサＴＳ５、第６温度センサＴＳ６、第７温度センサＴＳ７、及び第２酸素センサＯＳ２と夫々電気的に（通信線で）連結しており、以上のような検出部で感知した信号を受信する。制御部１１０は、ディーゼル燃料触媒１２０、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０、または窒素酸化物浄化触媒１４０を再生するための時期を判断し、インジェクタ１５０を制御して還元剤を噴射、補給する。
【００１２】
第１酸素センサＯＳ１と第２酸素センサＯＳ２が排気ガスに含まれている酸素の濃度を感知し、このように感知された信号に基づいて制御部１１０は排気ガスの状態を判断する。第４温度センサＴＳ４はディーゼル燃料触媒１２０の前端部排気ガスの温度を感知し、第５温度センサＴＳ５はディーゼル燃料触媒１２０の後端部及びディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の前端部の排気ガスの温度を感知する。第６温度センサＴＳ６はディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の後端部及び窒素酸化物浄化触媒１４０の前端部の排気ガスの温度を感知し、第７温度センサＴＳ７は窒素酸化物浄化触媒１４０の後端部の排気ガスの温度を感知する。
【００１３】
インジェクタ１５０から還元剤が噴射される間、制御部１１０は温度センサＴＳ４、ＴＳ５、ＴＳ６、ＴＳ７を介してディーゼル燃料触媒１２０の前後端の温度差、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０の前後端の温度差、および窒素酸化物浄化触媒１４０の前後端の温度差をそれぞれ演算する。制御部１１０は、第１酸素センサＯＳ１と第２酸素センサＯＳ２によって感知された酸素数値（酸素濃度）に基づき、噴射された還元剤の濃度を演算、感知し、インジェクタからの還元剤噴射量、噴射タイミングを制御する。制御部１１０は設定されたプログラムによって動作する１つ以上のマイクロプロセッサで実現されてもよく、上記設定されたプログラムは、後述する本実施形態に係る排気ガス後処理制御方法に含まれている各段階を実行するための一連の命令（制御）を含むものである。
【００１４】
本実施形態の排気ガス後処理システムにおける還元剤噴射量と触媒前後端の温度差との関係を表わすグラフを図２に示した。このグラフは、横軸はインジェクタ１５０から噴射される還元剤の量（ｍｇ）、縦軸は触媒前後端の温度差（ΔＴ）として予め試験した結果をプロットした例である。温度差ΔＴは触媒前端又は後端のうち高温度側から低温度側を差し引いた正の値として算出している。触媒が正常に機能しているときには通常、触媒の前端側より後端側の方が高温となっている。本実施形態においては、上記触媒として、３種の触媒に適用しているが、ディーゼル燃料触媒１２０、ディーゼルパティキュレートフィルタ１３０、又は窒素酸化物浄化触媒１４０のいずれか一つ又は二つに適用されても良い。一つ又は二つの触媒に適用する場合には窒素酸化物浄化触媒１４０を選択することが好ましい。インジェクタ１５０から噴射された還元剤の量に応じて触媒前後端の温度差は各触媒毎に一定のパターンを形成するが、このようなデータは予めメモリに保存される。
【００１５】
一方、上述のような触媒が劣化して正常な性能を発揮しなければ、その触媒前後端の温度差は減少する。触媒の前後端の温度差が減る原因は、インジェクタ１５０又は検出部が正常に機能している正常的な場合（正常時）と、正常に機能していない非正常的な場合（異常時：Ａｂｎｏｒｍａｌ ｃａｓｅ）とに大別される。正常的な場合は運行距離（走行距離）、燃料消費量、又は運行時間（走行時間）が設定された数値を超過して硫黄（硫黄及び硫黄化合物粒子）のような物質が触媒に蓄積している状態が想定され、非正常的な場合は検出部（温度センサＴＳ４、ＴＳ５、ＴＳ６、ＴＳ７）又はインジェクタ１５０が故障したケースの他、検出部やインジェクタ１５０には異状がないが、高濃度の硫黄成分を含有する燃料が給油、補充され触媒が急激に劣化したケースが想定される。すなわち、後者の非正常的なケースは、ディーゼル燃料に高濃度の硫黄成分が含まれている場合、触媒が硫黄や硫黄化合物によって急激に汚染され、還元剤が噴射される間に触媒が正常に機能せずに触媒前後端の温度差が急激に減少することとなるためであり、非正常的な触媒自体の劣化に由来するものである。このような非正常的触媒劣化の条件下では、非正常的な脱硫黄再生を行なっても正常的な脱硫黄再生の場合のようには簡単に劣化改善の効果が得られない。したがって、このような非正常的な脱硫黄再生は複数回繰返し行なう必要が生じる。また、反対に、非正常的な脱硫黄再生の連続的回数により、高濃度硫黄を含有する不良燃料が給油されたことを判断することができる。
【００１６】
本実施形態による排気ガス後処理制御方法のフローチャートを図３に示した。本実施形態による排気ガス後処理制御方法は、還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば当該触媒の温度を設定された数値に高めて脱硫黄再生する段階（Ｓ３２０）と、脱硫黄再生後の運行距離（走行距離）、燃料消費量、又は運行時間（走行時間）が設定された夫々の第１基準値を超過したかを判断する段階（Ｓ３８０）と、脱硫黄再生後に燃料タンクの燃料レベルを感知して（Ｓ３１２）脱硫黄再生後に燃料が補充されたか否かを判断する段階（Ｓ３４０）と、脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が夫々の第１基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の上記ΔＴがＸ以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断する段階とを含んでなる。ここで、高硫黄燃料が注入されたか否かの判断は、触媒を非正常的に脱硫黄再生する段階と、非正常的な脱硫黄再生の回数をカウントする段階と、触媒を非正常的に脱硫黄した回数が設定された値以上であれば、高硫黄燃料が注入されたと判断し（Ｓ３９０）、警告信号を発生させる段階（Ｓ４００）とをさらに含む。より詳細な排気ガス後処理制御方法の流れは以下のとおりである。
【００１７】
すなわち、Ｓ３００で窒素酸化物浄化触媒１４０から窒素酸化物を除去するために窒素酸化物浄化モード（ＮＯｘ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）が実行される。この窒素酸化物浄化モードＳ３００では、制御部１１０からの制御信号によりインジェクタ１５０から還元剤として燃料（軽油）が噴射され、噴射された還元剤とディーゼル燃料触媒１２０が反応して還元剤を活性化させる。さらに、活性化した還元剤が窒素酸化物浄化触媒１４０と反応して窒素酸化物浄化触媒１４０に捕集された窒素酸化物を除去する。
【００１８】
続いてＳ３１２で燃料タンクに充填されている燃料のレベルを感知し、Ｓ３１０で触媒の前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりも大きいかが判断され、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりも大きければ正常的に窒素酸化物浄化モードＳ３００を実行し、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であればＳ３２０を実行する。
【００１９】
Ｓ３２０では脱硫黄再生モード（Ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）を実行する。この脱硫黄再生モードにおいては、インジェクタ１５０から還元剤をさらに噴射して触媒の温度をさらに上昇させる。Ｓ３３０では、脱硫黄再生直後における触媒の前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりも大きいかを判断し、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）よりもさらに大きければＳ３００を実行し、前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であればＳ３４０を実行する。
【００２０】
Ｓ３４０では燃料が補充（ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｍｅｎｔ）されたかを判断する。制御部１１０は燃料タンクのゲージ（レベルゲージ）から燃料の量（Ｆｕｅｌ ｌｅｖｅｌ）を感知し、感知された燃料の量から燃料が補充（補給）されたかを判断する。燃料が補充されていなければＳ３５０を実行し、検出部及び／又はインジェクタ１５０の異常有無を判断し、Ｓ３６０で故障診断を実行する。ここで検出部又はインジェクタ１５０の異常有無を判断する方法については公知の方法で行なうことができ、具体的な説明を省略する。Ｓ３４０で燃料が補充されていれば、Ｓ３７０で検出部及び／又はインジェクタ１５０の状態を確認してＳ３８０を実行する。Ｓ３８０では、脱硫黄後の運行距離が脱硫黄再生基準の運行距離（第１基準値）以上であるかを判断する。本実施形態において、Ｓ３８０で脱硫黄再生後の運行時間が脱硫黄再生基準の運行時間（第１基準値）以上であるかを判断してもよい。また、Ｓ３８０において運行距離の代わりに脱硫黄再生後の燃料消費量が脱硫黄再生基準の燃料消費量（第１基準値）以上であるかを判断してもよい。すなわち、Ｓ３８０では、Ｓ３２０で実行された脱硫黄再生後ににおける運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値（第１基準値）以上であるかを判断する。
【００２１】
Ｓ３８０で脱硫黄再生後の運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値以上であればＳ３２０を実行し、脱硫黄再生後の運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値未満であればＳ３９０を実行する。脱硫黄再生後の運行距離、運行時間、又は燃料消費量が設定された数値未満であるが、Ｓ３３０で判断されたように、触媒の前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であるため、Ｓ３９０で非正常的な脱硫黄再生を実行するためにＳ３２０を実行することとなる。Ｓ３９０では非正常的な脱硫黄再生が実行された回数をカウントする。Ｓ３９０で非正常的な脱硫黄再生が実行された回数をカウントし、その回数が２回以上であれば、高硫黄燃料が注入（給油補充）されたと判断し、Ｓ４００でアラーム（警告信号）を発生して、運転者に警告する。Ｓ４００におけるアラームは、例えば点滅信号、ブザー音、電子音声など特に限定されず、また、非正常的な脱硫黄再生の回数に応じてアラームの時間や音量を変えたり、非正常的脱硫黄再生回数を電子音声で発生させるなど、給油燃料中の硫黄成分濃度情報を含む警告信号とすることも好ましい。上述したように、窒素酸化物浄化触媒を利用して窒素酸化物を浄化するために窒素酸化物浄化モードを実行する間の触媒の前後端の温度差に応じて脱硫黄再生制御を実施し、非正常的な脱硫黄再生制御が反復して実行される場合、高硫黄燃料が注入されたと判断することができる。以上、本発明に関する好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者によって容易に変更され、均等であると認められる範囲のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００２２】
１００ エンジン
１１０ 制御部
１２０ ディーゼル燃料触媒
１３０ ディーゼルパティキュレートフィルタ
１４０ 窒素酸化物浄化触媒
１５０ インジェクタ
ＯＳ１ 第１酸素センサ
ＯＳ２ 第２酸素センサ
ＴＳ４ 第４温度センサ
ＴＳ５ 第５温度センサ
ＴＳ６ 第６温度センサ
ＴＳ７ 第７温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば、前記触媒の温度を設定された数値に高めて脱硫黄再生する段階と、
脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が設定された第１基準値を超過したかを判断する段階と、
燃料の補充された量を利用して燃料が補充されたことを判断する段階と、
前記第１基準値が設定された基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断する段階と、を含むことを特徴とする排気ガス後処理制御方法。
【請求項２】
前記第１基準値が設定された基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断した後、前記触媒を非正常的に脱硫黄再生する段階と、
前記非正常的な脱硫黄再生の回数をカウントする段階と、
前記触媒を非正常的に脱硫黄した回数が設定された値以上であれば、高硫黄燃料が注入されたと警告信号を発生させる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス後処理制御方法。
【請求項３】
排気ガスに含まれている粒子状物質を除去する触媒と、
車両の運行状態を検出する検出部と、
前記検出部で感知された車両の運転条件に応じて前記触媒を再生するための設定されたプログラムを実行する制御部と、を含み、
前記設定されたプログラムは、請求項１又は２に記載された排気ガス後処理制御方法を実行するための命令を含むことを特徴とする排気ガス後処理システム。
【請求項４】
前記触媒は、
排気ガスに含まれている有害物質を除去する酸化触媒、排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ、又は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を除去する窒素酸化物浄化触媒であることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス後処理システム。
【請求項１】
還元剤を噴射する間の触媒前後端の温度差（ΔＴ）が基準温度差（Ｘ）以下であれば、前記触媒の温度を設定された数値に高めて脱硫黄再生する段階と、
脱硫黄再生後の運行距離、燃料消費量、又は運行時間が設定された第１基準値を超過したかを判断する段階と、
燃料の補充された量を利用して燃料が補充されたことを判断する段階と、
前記第１基準値が設定された基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断する段階と、を含むことを特徴とする排気ガス後処理制御方法。
【請求項２】
前記第１基準値が設定された基準値を超過せずに燃料が補充されたと判断され、還元剤を噴射する間の前記温度差（ΔＴ）が前記基準温度差（Ｘ）以下であれば、高硫黄燃料が注入されたか否かを判断した後、前記触媒を非正常的に脱硫黄再生する段階と、
前記非正常的な脱硫黄再生の回数をカウントする段階と、
前記触媒を非正常的に脱硫黄した回数が設定された値以上であれば、高硫黄燃料が注入されたと警告信号を発生させる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス後処理制御方法。
【請求項３】
排気ガスに含まれている粒子状物質を除去する触媒と、
車両の運行状態を検出する検出部と、
前記検出部で感知された車両の運転条件に応じて前記触媒を再生するための設定されたプログラムを実行する制御部と、を含み、
前記設定されたプログラムは、請求項１又は２に記載された排気ガス後処理制御方法を実行するための命令を含むことを特徴とする排気ガス後処理システム。
【請求項４】
前記触媒は、
排気ガスに含まれている有害物質を除去する酸化触媒、排気ガスに含まれている粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ、又は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を除去する窒素酸化物浄化触媒であることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス後処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１７７３１（Ｐ２０１２−１７７３１Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５６２０３（Ｐ２０１０−２５６２０３）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（５９１２５１６３６）現代自動車株式会社 (1,064)
【出願人】（５００５１８０５０）起亞自動車株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【出願人】（５９１２５１６３６）現代自動車株式会社 (1,064)
【出願人】（５００５１８０５０）起亞自動車株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
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