JP2002273176A - 還元剤添加量制御方法および装置 - Google Patents
還元剤添加量制御方法および装置Info
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】適正な量の還元剤を添加することが出来て、脱
硝率が高く、しかも設置コストや設置スペースを縮小す
ることが出来る様な還元剤添加量制御方法および装置の
提供。 【解決手段】 尿素またはアンモニアを還元剤（Ｋ）と
して使用し且つ脱硝触媒（５）を介装している排気系統
（３）へ添加される還元剤（Ｋ）の量を制御する還元剤
添加量制御方法において、脱硝触媒（５）出口部分の排
気ガス（ＧｅＡ）をサンプルガス（Ｓｇａ）として採取
するサンプリング工程と、採取されたサンプルガス（Ｓ
ｇａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する
工程と、窒素酸化物センサ（１０）によりサンプルガス
（Ｓｇａ）の窒素酸化物含有量を計測する工程と、還元
剤（５）添加量とサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化物
含有量との特性曲線の最小値を目指して還元剤（５）添
加量を調節する還元剤添加量制御工程、とを有してい
る。
硝率が高く、しかも設置コストや設置スペースを縮小す
ることが出来る様な還元剤添加量制御方法および装置の
提供。 【解決手段】 尿素またはアンモニアを還元剤（Ｋ）と
して使用し且つ脱硝触媒（５）を介装している排気系統
（３）へ添加される還元剤（Ｋ）の量を制御する還元剤
添加量制御方法において、脱硝触媒（５）出口部分の排
気ガス（ＧｅＡ）をサンプルガス（Ｓｇａ）として採取
するサンプリング工程と、採取されたサンプルガス（Ｓ
ｇａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する
工程と、窒素酸化物センサ（１０）によりサンプルガス
（Ｓｇａ）の窒素酸化物含有量を計測する工程と、還元
剤（５）添加量とサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化物
含有量との特性曲線の最小値を目指して還元剤（５）添
加量を調節する還元剤添加量制御工程、とを有してい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、尿素またはアンモ
ニアを還元剤として使用し且つ脱硝触媒を介装している
排気系統へ添加される還元剤の量を制御する還元剤添加
量制御方法及び装置に関する。
ニアを還元剤として使用し且つ脱硝触媒を介装している
排気系統へ添加される還元剤の量を制御する還元剤添加
量制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガスエンジンコージェネレーシ
ョンシステムの排気系統では、尿素或いはアンモニアの
様な還元剤を添加して、触媒（脱硝触媒）で窒素酸化物
（ＮＯｘ）を除去している。ＮＯｘの代表的成分である
ＮＯの脱硝反応プロセスは、次ぎの化学式によって行わ
れている。 （ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２ ４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
ョンシステムの排気系統では、尿素或いはアンモニアの
様な還元剤を添加して、触媒（脱硝触媒）で窒素酸化物
（ＮＯｘ）を除去している。ＮＯｘの代表的成分である
ＮＯの脱硝反応プロセスは、次ぎの化学式によって行わ
れている。 （ＮＨ２）２ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ２ ４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ
【０００３】ここで、上記脱硝の化学式から明らかな様
に、還元剤としての代表的な尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）
或いはアンモニア（ＮＨ３）の添加量が多いと、アンモ
ニアがＮＯｘと還元反応することなく排出されてしまう
（所謂「リークアンモニア」となる）。アンモニアは刺
激性臭気と可燃性で危険有害であり、リークアンモニア
の存在は環境に悪影響を及ぼす恐れがある。 一方、還
元剤である尿素やアンモニアの量が少ないと、排気ガス
の脱硝が不充分でＮＯxを低減できない。上記のよう
に、還元剤添加量は多くても、少なくても駄目で、適正
な量の還元剤を添加しなければならない。
に、還元剤としての代表的な尿素（（ＮＨ２）２ＣＯ）
或いはアンモニア（ＮＨ３）の添加量が多いと、アンモ
ニアがＮＯｘと還元反応することなく排出されてしまう
（所謂「リークアンモニア」となる）。アンモニアは刺
激性臭気と可燃性で危険有害であり、リークアンモニア
の存在は環境に悪影響を及ぼす恐れがある。 一方、還
元剤である尿素やアンモニアの量が少ないと、排気ガス
の脱硝が不充分でＮＯxを低減できない。上記のよう
に、還元剤添加量は多くても、少なくても駄目で、適正
な量の還元剤を添加しなければならない。
【０００４】還元剤（例えば尿素）添加量の制御とし
て、フィードバックをかけないオープンループ制御と、
フィードバック制御の２通りが、従来技術として存在し
ている。
て、フィードバックをかけないオープンループ制御と、
フィードバック制御の２通りが、従来技術として存在し
ている。
【０００５】図６及び図７は、オープンループン制御の
構成と制御方法を示している。図６において、原動機２
から排出されたＮＯｘを含む排気ガスＧｅは、排気管３
に還元剤供給ライン８から供給された還元剤Ｋ（尿素ま
たは、アンモニア）によって脱硝される。脱硝反応は、
脱硝触媒５によって反応を促進される。この時、還元剤
Ｋの供給量は、運転情報によって制御装置７が弁９を制
御して行う。
構成と制御方法を示している。図６において、原動機２
から排出されたＮＯｘを含む排気ガスＧｅは、排気管３
に還元剤供給ライン８から供給された還元剤Ｋ（尿素ま
たは、アンモニア）によって脱硝される。脱硝反応は、
脱硝触媒５によって反応を促進される。この時、還元剤
Ｋの供給量は、運転情報によって制御装置７が弁９を制
御して行う。
【０００６】図７は、その制御方法であって、ステップ
Ｓ１では、原動機２の出力などの排気ガスＧｅに関する
情報を、信号線１１を介して収集する。ステップＳ２で
は、この情報に基づいて制御装置７が、還元剤Ｋの添加
量を計算する。ステップＳ３では、信号線１２を介した
指示による還元剤Ｋの供給制御を行う。
Ｓ１では、原動機２の出力などの排気ガスＧｅに関する
情報を、信号線１１を介して収集する。ステップＳ２で
は、この情報に基づいて制御装置７が、還元剤Ｋの添加
量を計算する。ステップＳ３では、信号線１２を介した
指示による還元剤Ｋの供給制御を行う。
【０００７】この制御方法では、予め得てある出力と還
元剤Ｋの供給量との一義的な関係にそったマップ、例え
ば回転数が同一であれば出力が増加するとＮＯｘも増加
するという関係、によって、フィードバックをかけない
オープンループで制御を行っている。
元剤Ｋの供給量との一義的な関係にそったマップ、例え
ば回転数が同一であれば出力が増加するとＮＯｘも増加
するという関係、によって、フィードバックをかけない
オープンループで制御を行っている。
【０００８】この制御方法は、装置が簡単で、コストが
低廉な利点の反面、運転条件での外気温度、圧力、湿度
等によるＮＯｘ濃度の変化に対応できない欠点があり、
還元剤供給量の少ない即ち脱硝率の低い範囲で使用され
ている欠点がる。また、ＮＯｘ除去が不十分とならない
様に、還元剤である尿素やアンモニアを必要量以上に添
加する傾向があり、還元剤の無駄やリークアンモニアの
発生を招いていた。
低廉な利点の反面、運転条件での外気温度、圧力、湿度
等によるＮＯｘ濃度の変化に対応できない欠点があり、
還元剤供給量の少ない即ち脱硝率の低い範囲で使用され
ている欠点がる。また、ＮＯｘ除去が不十分とならない
様に、還元剤である尿素やアンモニアを必要量以上に添
加する傾向があり、還元剤の無駄やリークアンモニアの
発生を招いていた。
【０００９】図８及び図９は、クローズド方式のフィー
ドバック制御の構成と制御方法を示している。図８にお
いて、原動機２から排出されたＮＯｘを含む排気ガスＧ
ｅは、排気管３に還元剤供給ライン８から供給された還
元剤Ｋ（尿素または、アンモニア）によって脱硝され
る。脱硝反応は、脱硝触媒５によって反応を促進され
る。この時、還元剤Ｋの供給量は、脱硝触媒５の後方で
サンプリングされた脱硝排気ガスＧｅＡをＮＯｘセンサ
１０で計測した結果にもとづいて制御装置７Ａが調整弁
９を制御して行う。
ドバック制御の構成と制御方法を示している。図８にお
いて、原動機２から排出されたＮＯｘを含む排気ガスＧ
ｅは、排気管３に還元剤供給ライン８から供給された還
元剤Ｋ（尿素または、アンモニア）によって脱硝され
る。脱硝反応は、脱硝触媒５によって反応を促進され
る。この時、還元剤Ｋの供給量は、脱硝触媒５の後方で
サンプリングされた脱硝排気ガスＧｅＡをＮＯｘセンサ
１０で計測した結果にもとづいて制御装置７Ａが調整弁
９を制御して行う。
【００１０】図９は、その制御方法であって、ステップ
Ｓ１１では、脱硝触媒５出口部分の排気ガスＧｅのＮＯ
ｘセンサ１０による計測結果によって、制御装置７Ａが
還元剤Ｋの排気管３への添加量を計算する。ステップＳ
１２では、還元剤供給ライン８及び調整弁９を介して還
元剤Ｋの供給制御を行う。ステップＳ１３では、上記ス
テップＳ１１及び１２の結果となる脱硝触媒５出口部分
の排気ガスＧｅＡを計測し、ステップＳ１１に戻って還
元剤Ｋの添加量を修正する。
Ｓ１１では、脱硝触媒５出口部分の排気ガスＧｅのＮＯ
ｘセンサ１０による計測結果によって、制御装置７Ａが
還元剤Ｋの排気管３への添加量を計算する。ステップＳ
１２では、還元剤供給ライン８及び調整弁９を介して還
元剤Ｋの供給制御を行う。ステップＳ１３では、上記ス
テップＳ１１及び１２の結果となる脱硝触媒５出口部分
の排気ガスＧｅＡを計測し、ステップＳ１１に戻って還
元剤Ｋの添加量を修正する。
【００１１】この制御方法は、排気ガスＧｅＡの計測結
果で還元剤Ｋの供給量をきめるので精度のよい制御がで
きる。しかしながら、ＮＯｘを精度よくはかるための計
測装置には、ゼロ補正のための高価な自動較正機能が必
要であり、また、自動較正のための基準ガスあるいは参
照ガスを保管する設備スペースとコストが問題になって
いる。
果で還元剤Ｋの供給量をきめるので精度のよい制御がで
きる。しかしながら、ＮＯｘを精度よくはかるための計
測装置には、ゼロ補正のための高価な自動較正機能が必
要であり、また、自動較正のための基準ガスあるいは参
照ガスを保管する設備スペースとコストが問題になって
いる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した様な
従来技術の問題点に鑑みて提案されたもので、適正な量
の還元剤を添加することが出来て、脱硝率が高く、しか
も設置コストや設置スペースを縮小することが出来る様
な還元剤添加量制御方法および装置の提供を目的として
いる。
従来技術の問題点に鑑みて提案されたもので、適正な量
の還元剤を添加することが出来て、脱硝率が高く、しか
も設置コストや設置スペースを縮小することが出来る様
な還元剤添加量制御方法および装置の提供を目的として
いる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】発明者は種々の研究、思
索の結果、ＮＯｘセンサ単体なら安価で設置スペースも
小さくて済むこと、ＮＯｘ含有量計測に際してゼロ点が
移動しても、ＮＯｘ含有量を示す特性曲線の最小値、実
際には極小値或いは変極点に対応する横軸の数値（本発
明では、後述の通り、還元剤添加量である）を求めるこ
とは可能であることに着目した。図４及び図５において
上記を説明する。
索の結果、ＮＯｘセンサ単体なら安価で設置スペースも
小さくて済むこと、ＮＯｘ含有量計測に際してゼロ点が
移動しても、ＮＯｘ含有量を示す特性曲線の最小値、実
際には極小値或いは変極点に対応する横軸の数値（本発
明では、後述の通り、還元剤添加量である）を求めるこ
とは可能であることに着目した。図４及び図５において
上記を説明する。
【００１４】模式的にＮＯｘと還元剤添加量の関係を示
す図４において、縦軸をＮＯｘ量、横軸を還元剤の添加
量で示すと、実線Ｎ１は排気ガスＧｅＡに残存するＮＯ
ｘ量を示している。たとえば還元剤添加量がゼロのＮＯ
ｘの量は、点Ｎ１ｚで原動機出口における排気ガスＧｅ
中のＮＯｘの量であり、還元剤添加量の増加にともなっ
て排気ガス中のＮＯｘ量は漸減していく。また、点線Ａ
ｍは、還元剤の添加増に伴って還元反応後の排気ガスＧ
ｅＡに残存するリークアンモニアの量を示している。リ
ークアンモニアは、還元剤の供給量増加に対して急激に
増加する傾向にある。
す図４において、縦軸をＮＯｘ量、横軸を還元剤の添加
量で示すと、実線Ｎ１は排気ガスＧｅＡに残存するＮＯ
ｘ量を示している。たとえば還元剤添加量がゼロのＮＯ
ｘの量は、点Ｎ１ｚで原動機出口における排気ガスＧｅ
中のＮＯｘの量であり、還元剤添加量の増加にともなっ
て排気ガス中のＮＯｘ量は漸減していく。また、点線Ａ
ｍは、還元剤の添加増に伴って還元反応後の排気ガスＧ
ｅＡに残存するリークアンモニアの量を示している。リ
ークアンモニアは、還元剤の供給量増加に対して急激に
増加する傾向にある。
【００１５】特性曲線ΣＮは、リークアンモニアＡｍが
ＮＯｘに転換した場合のＮＯｘ量と、線Ｎ１による本来
の残存ＮＯｘ量との合計量を示している。このような単
調増加線Ｎ１と単調減少線Ａｍであれば、特性曲線ΣＮ
は最小値ＥＮｂをもつ下方に凸な曲線となる。したがっ
て、還元剤を供給する量は、ＮＯｘの精度のよい絶対値
を減少させるのでなく、計測で得られたＮＯｘ量を最小
にすればよい。
ＮＯｘに転換した場合のＮＯｘ量と、線Ｎ１による本来
の残存ＮＯｘ量との合計量を示している。このような単
調増加線Ｎ１と単調減少線Ａｍであれば、特性曲線ΣＮ
は最小値ＥＮｂをもつ下方に凸な曲線となる。したがっ
て、還元剤を供給する量は、ＮＯｘの精度のよい絶対値
を減少させるのでなく、計測で得られたＮＯｘ量を最小
にすればよい。
【００１６】図４においては、最小値ＥＮｂは極小値で
もあって一般的には極小値を目安にして制御すればよ
い。また、複数の極小値を有する場合は、最小値の位置
を探索しておいて、その近傍を還元剤供給制御の対象と
すればよい。
もあって一般的には極小値を目安にして制御すればよ
い。また、複数の極小値を有する場合は、最小値の位置
を探索しておいて、その近傍を還元剤供給制御の対象と
すればよい。
【００１７】図５は、ＮＯｘセンサの経時劣化を前記特
性曲線ΣＮについて表したものである。ＮＯｘの絶対値
を示す特性曲線ΣＮに対して、経時劣化は図中の△Ｅの
ような誤差を持つとみなせる。この場合の線ＵＬは多め
の値を示し、線ＬＬは少なめの値を示している。そし
て、経時劣化したＮＯｘセンサの計測値は、誤差△Ｅ内
でＵＬ側あるいはＬＬ側に一様に偏った表示をすること
になる。したがって、制御の対象は例えば、ＮＯｘセン
サが線ＵＬの特性であってもその最小値を探索すればよ
い。上記によって、基準ガスや参照ガスを使用する自動
較正機能を有しない単純なＮＯｘセンサによってフィー
ドバック制御ができる。本発明は、係る知見に基づいて
創作されたものである。
性曲線ΣＮについて表したものである。ＮＯｘの絶対値
を示す特性曲線ΣＮに対して、経時劣化は図中の△Ｅの
ような誤差を持つとみなせる。この場合の線ＵＬは多め
の値を示し、線ＬＬは少なめの値を示している。そし
て、経時劣化したＮＯｘセンサの計測値は、誤差△Ｅ内
でＵＬ側あるいはＬＬ側に一様に偏った表示をすること
になる。したがって、制御の対象は例えば、ＮＯｘセン
サが線ＵＬの特性であってもその最小値を探索すればよ
い。上記によって、基準ガスや参照ガスを使用する自動
較正機能を有しない単純なＮＯｘセンサによってフィー
ドバック制御ができる。本発明は、係る知見に基づいて
創作されたものである。
【００１８】本発明の還元剤添加量制御方法は、尿素
水、アンモニア水、またはアンモニアを還元剤（Ｋ）と
して使用し且つ脱硝触媒（５）を介装している排気系統
（３）へ添加される還元剤（Ｋ）の量を制御する還元剤
添加量制御方法において、脱硝触媒（５）出口部分の排
気ガス（ＧｅＡ）をサンプルガス（Ｓｇａ）として採取
するサンプリング工程と、採取されたサンプルガス（Ｓ
ｇａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する
工程と、窒素酸化物センサ（１０）によりサンプルガス
の窒素酸化物含有量を計測する工程と、還元剤（Ｋ）添
加量とサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化物含有量との
特性曲線の最小値を目指して還元剤（Ｋ）添加量を調節
する還元剤添加量制御工程、とを有している（請求項
１）。
水、アンモニア水、またはアンモニアを還元剤（Ｋ）と
して使用し且つ脱硝触媒（５）を介装している排気系統
（３）へ添加される還元剤（Ｋ）の量を制御する還元剤
添加量制御方法において、脱硝触媒（５）出口部分の排
気ガス（ＧｅＡ）をサンプルガス（Ｓｇａ）として採取
するサンプリング工程と、採取されたサンプルガス（Ｓ
ｇａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する
工程と、窒素酸化物センサ（１０）によりサンプルガス
の窒素酸化物含有量を計測する工程と、還元剤（Ｋ）添
加量とサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化物含有量との
特性曲線の最小値を目指して還元剤（Ｋ）添加量を調節
する還元剤添加量制御工程、とを有している（請求項
１）。
【００１９】ここで、採取されたサンプルガス（Ｓｇ
ａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する前
記工程は、サンプルガス（Ｓｇａ）を窒素酸化物センサ
（１０）まで供給するライン（１２Ａ）に介装された酸
化触媒（１５）により実行されるのが好ましい（請求項
２）。
ａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する前
記工程は、サンプルガス（Ｓｇａ）を窒素酸化物センサ
（１０）まで供給するライン（１２Ａ）に介装された酸
化触媒（１５）により実行されるのが好ましい（請求項
２）。
【００２０】一方、採取されたサンプルガス（Ｓｇａ）
に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する前記工
程は、ジルコニア窒素酸化物センサ（Ａ１０）の表面で
実行される様に構成しても良い（請求項３）。
に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する前記工
程は、ジルコニア窒素酸化物センサ（Ａ１０）の表面で
実行される様に構成しても良い（請求項３）。
【００２１】本発明の還元剤添加量制御方法の実施に際
して、前記還元剤添加量制御工程は、還元剤（Ｋ）添加
量の増加又は減少によりサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素
酸化物含有量が減少していれば添加量の増加又は減少を
続行し、窒素酸化物含有量が増加したならば添加量の増
加又は減少を逆転させることにより実行されるのが好ま
しい（請求項４）。
して、前記還元剤添加量制御工程は、還元剤（Ｋ）添加
量の増加又は減少によりサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素
酸化物含有量が減少していれば添加量の増加又は減少を
続行し、窒素酸化物含有量が増加したならば添加量の増
加又は減少を逆転させることにより実行されるのが好ま
しい（請求項４）。
【００２２】また、本発明の還元剤添加量制御装置は、
尿素またはアンモニアを還元剤（Ｋ）として使用し且つ
脱硝触媒（５）を介装している排気系統（３）へ添加さ
れる還元剤（Ｋ）の量を制御する還元剤添加量制御装置
において、脱硝触媒（５）出口部分の排気ガス（Ｇｅ
Ａ）をサンプルガス（Ｓｇａ）として採取するために設
けられたサンプリング用ライン（１２Ａ）と、該サンプ
リング用ライン（１２Ａ）により採取されたサンプルガ
ス（Ｓｇａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸
化する酸化手段と、サンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化
物含有量を計測する窒素酸化物センサ（１０）と、還元
剤（Ｋ）添加量を調節する還元剤添加量制御手段（７
Ａ）とを備えており、該還元剤添加量制御手段は、還元
剤（Ｋ）添加量とサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化物
含有量との特性曲線の最小値を目指して還元剤添加量を
調節する様に構成されている（請求項５）。
尿素またはアンモニアを還元剤（Ｋ）として使用し且つ
脱硝触媒（５）を介装している排気系統（３）へ添加さ
れる還元剤（Ｋ）の量を制御する還元剤添加量制御装置
において、脱硝触媒（５）出口部分の排気ガス（Ｇｅ
Ａ）をサンプルガス（Ｓｇａ）として採取するために設
けられたサンプリング用ライン（１２Ａ）と、該サンプ
リング用ライン（１２Ａ）により採取されたサンプルガ
ス（Ｓｇａ）に包含されるアンモニアを窒素酸化物に酸
化する酸化手段と、サンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化
物含有量を計測する窒素酸化物センサ（１０）と、還元
剤（Ｋ）添加量を調節する還元剤添加量制御手段（７
Ａ）とを備えており、該還元剤添加量制御手段は、還元
剤（Ｋ）添加量とサンプルガス（Ｓｇａ）の窒素酸化物
含有量との特性曲線の最小値を目指して還元剤添加量を
調節する様に構成されている（請求項５）。
【００２３】ここで、前記酸化手段は、サンプリング用
ライン（１２Ａ）に介装された酸化触媒（１５）である
のが好ましい（請求項６）。或いは、前記酸化手段は、
ジルコニア窒素酸化物センサ（Ａ１０）であっても良い
（請求項７）。
ライン（１２Ａ）に介装された酸化触媒（１５）である
のが好ましい（請求項６）。或いは、前記酸化手段は、
ジルコニア窒素酸化物センサ（Ａ１０）であっても良い
（請求項７）。
【００２４】そして、本発明の還元剤添加量制御装置の
実施に際しては、前記還元剤添加量制御手段は、還元剤
（Ｋ）添加量の増加又は減少によりサンプルガス（Ｓｇ
ａ）の窒素酸化物含有量が減少していれば添加量の増加
又は減少を続行し、窒素酸化物含有量が増加したならば
添加量の増加又は減少を逆転させる様に構成されている
のが好ましい（請求項８）。
実施に際しては、前記還元剤添加量制御手段は、還元剤
（Ｋ）添加量の増加又は減少によりサンプルガス（Ｓｇ
ａ）の窒素酸化物含有量が減少していれば添加量の増加
又は減少を続行し、窒素酸化物含有量が増加したならば
添加量の増加又は減少を逆転させる様に構成されている
のが好ましい（請求項８）。
【００２５】係る構成を具備する本発明によれば、採取
されたサンプルガス（Ｓｇａ）に包含されるアンモニア
をＮＯｘに酸化し、サンプルガス（Ｓｇａ）に元来含有
されていたＮＯｘとアンモニアを酸化して生成されたＮ
Ｏｘとの合計含有量を計測して制御パラメータとするこ
とにより、ＮＯｘとリークアンモニアの合計量を最小化
する制御が可能となる。
されたサンプルガス（Ｓｇａ）に包含されるアンモニア
をＮＯｘに酸化し、サンプルガス（Ｓｇａ）に元来含有
されていたＮＯｘとアンモニアを酸化して生成されたＮ
Ｏｘとの合計含有量を計測して制御パラメータとするこ
とにより、ＮＯｘとリークアンモニアの合計量を最小化
する制御が可能となる。
【００２６】そして本発明によれば、還元剤（Ｋ）添加
量とサンプルガス（Ｓｇａ）のＮＯｘ含有量との特性曲
線を決定し、且つ、該特性曲線の最小値を目指して還元
剤（Ｋ）添加量を調節する制御を行なっている。 ここ
で、ＮＯｘ含有量のゼロ点が移動しても、還元剤（Ｋ）
添加量とＮＯｘ含有量との特性曲線における最小値に対
応する還元剤（Ｋ）添加量は変動しない。従って、前記
特性曲線の最小値を求める制御を行なうのであれば、ゼ
ロ点較正システムを用いずに、ＮＯｘセンサ自体を単独
で使用出来る。 ＮＯｘセンサを単独で使用するのであ
れば、コストの問題と設置スペースの問題は発生しな
い。
量とサンプルガス（Ｓｇａ）のＮＯｘ含有量との特性曲
線を決定し、且つ、該特性曲線の最小値を目指して還元
剤（Ｋ）添加量を調節する制御を行なっている。 ここ
で、ＮＯｘ含有量のゼロ点が移動しても、還元剤（Ｋ）
添加量とＮＯｘ含有量との特性曲線における最小値に対
応する還元剤（Ｋ）添加量は変動しない。従って、前記
特性曲線の最小値を求める制御を行なうのであれば、ゼ
ロ点較正システムを用いずに、ＮＯｘセンサ自体を単独
で使用出来る。 ＮＯｘセンサを単独で使用するのであ
れば、コストの問題と設置スペースの問題は発生しな
い。
【００２７】また、前記特性曲線の最小値を求める制御
自体はフィードバック制御であるため、高精度であり、
且つ、高脱硝率に十分に対応することが出来る。
自体はフィードバック制御であるため、高精度であり、
且つ、高脱硝率に十分に対応することが出来る。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の還
元剤添加量制御方法及び装置の実施形態を説明する。
元剤添加量制御方法及び装置の実施形態を説明する。
【００２９】図１において、原動機２に装着された排気
系統である排気管３まわりに全体を符号１で示す還元剤
添加量制御装置が具備されている。
系統である排気管３まわりに全体を符号１で示す還元剤
添加量制御装置が具備されている。
【００３０】排気管３に脱硝触媒５が介装され、脱硝触
媒５の出口部分に窒素酸化物センサ１０に連通するサン
プリング用ライン１２Ａが、排気管３から分岐して取り
つけられている。 サンプリング用ライン１２Ａに酸化
手段の酸化触媒１５が介装されている。
媒５の出口部分に窒素酸化物センサ１０に連通するサン
プリング用ライン１２Ａが、排気管３から分岐して取り
つけられている。 サンプリング用ライン１２Ａに酸化
手段の酸化触媒１５が介装されている。
【００３１】窒素酸化物センサ１０は、酸化触媒１５を
介したサンプルガスＳｇａの窒素酸化物の量を計測する
機能を有していて、信号線１３で制御装置７Ａに連通さ
れている。なお、窒素酸化物センサ１０がジルコニア窒
素酸化物センサ１０Ａの場合は、これを酸化触媒１５に
代わる酸化手段としてもよい。
介したサンプルガスＳｇａの窒素酸化物の量を計測する
機能を有していて、信号線１３で制御装置７Ａに連通さ
れている。なお、窒素酸化物センサ１０がジルコニア窒
素酸化物センサ１０Ａの場合は、これを酸化触媒１５に
代わる酸化手段としてもよい。
【００３２】排気管３の原動機２と脱硝触媒５との間
に、電動調整弁９を介した還元剤供給ライン８が取りつ
けられている。
に、電動調整弁９を介した還元剤供給ライン８が取りつ
けられている。
【００３３】還元剤添加量制御手段である制御装置７Ａ
は、窒素酸化物センサ１０の計測結果を入力として、添
加剤Ｋの排気管３への添加量を演算し、調整弁９を制御
する機能を有し、制御線９ａで調整弁９に連通されてい
る。
は、窒素酸化物センサ１０の計測結果を入力として、添
加剤Ｋの排気管３への添加量を演算し、調整弁９を制御
する機能を有し、制御線９ａで調整弁９に連通されてい
る。
【００３４】上記構成による還元剤添加量制御装置の作
用を、図２及び図３に示すフローチャートによって説明
する。
用を、図２及び図３に示すフローチャートによって説明
する。
【００３５】作用をブロック的に示すフローチャートの
図２において、ステップＳ２１以前に脱硝触媒５の出口
における排気ガスＧｅＡをサンプルガスＳｇａとして採
取する（サンプリング工程）。
図２において、ステップＳ２１以前に脱硝触媒５の出口
における排気ガスＧｅＡをサンプルガスＳｇａとして採
取する（サンプリング工程）。
【００３６】ついで、サンプルガスＳｇａを、酸化触媒
１５を介して、包含されているアンモニアを窒素酸化物
（ＮＯｘ）に酸化させる（窒素酸化物に酸化する工
程）。ついで、この状態のサンプルガスＳｇａの窒素酸
化物含有量を、窒素酸化物センサ１０によって計測する
（窒素酸化物含有量を計測する工程）。
１５を介して、包含されているアンモニアを窒素酸化物
（ＮＯｘ）に酸化させる（窒素酸化物に酸化する工
程）。ついで、この状態のサンプルガスＳｇａの窒素酸
化物含有量を、窒素酸化物センサ１０によって計測する
（窒素酸化物含有量を計測する工程）。
【００３７】ついで、ステップＳ２１において、計測し
た窒素酸化物含有量に相応する還元剤Ｋの添加量を計算
する。即ち、図４における特性曲線ΣＮが最小値になる
ような添加量をもとめる。
た窒素酸化物含有量に相応する還元剤Ｋの添加量を計算
する。即ち、図４における特性曲線ΣＮが最小値になる
ような添加量をもとめる。
【００３８】ステップＳ２２では、還元剤Ｋを、この場
合は尿素を添加する。ステップＳ２１〜ステップＳ２２
が還元剤添加量制御工程である。
合は尿素を添加する。ステップＳ２１〜ステップＳ２２
が還元剤添加量制御工程である。
【００３９】ステップＳ２３では、フィードバックされ
たサンプルガスＳｇａに対する酸化触媒１５の作用効果
を示している。即ち、図４における線Ｎ１による残留Ｎ
Ｏｘと線ＡｍのＮＯｘへの反応変換を示している。残留
ＮＯｘはそのままで、リークアンモニアは酸化されてい
る。
たサンプルガスＳｇａに対する酸化触媒１５の作用効果
を示している。即ち、図４における線Ｎ１による残留Ｎ
Ｏｘと線ＡｍのＮＯｘへの反応変換を示している。残留
ＮＯｘはそのままで、リークアンモニアは酸化されてい
る。
【００４０】ステップＳ２４では、ＮＯｘセンサ１０に
よる残留ＮＯｘの計測をする。そして、この結果によっ
てステップＳ２１で還元剤の添加量を計算しフィードバ
ックさせる。このフィードバックの際に、ＮＯｘ最小値
への収斂を行う。
よる残留ＮＯｘの計測をする。そして、この結果によっ
てステップＳ２１で還元剤の添加量を計算しフィードバ
ックさせる。このフィードバックの際に、ＮＯｘ最小値
への収斂を行う。
【００４１】図３は、前記のＮＯｘ最小値への収斂方法
を示したフローチャートである。ステップＳ３１では、
脱硝触媒５の出口における排気ガスＧｅＡの温度上昇を
検知して脱硝反応が行われているかを判断して制御を開
始する。
を示したフローチャートである。ステップＳ３１では、
脱硝触媒５の出口における排気ガスＧｅＡの温度上昇を
検知して脱硝反応が行われているかを判断して制御を開
始する。
【００４２】ステップＳ３２では、還元剤の添加量を増
加させる。ステップＳ３３では、図４における特性曲線
ΣＮに相当するＮＯｘの総量が減少しているかを確認す
る。ＹＥＳで、ＮＯｘ総量が減少していれば、ステップ
Ｓ３２に戻ってさらに添加量を増加させる。ＮＯで、Ｎ
Ｏｘ総量が増加していれば、ステップＳ３４に行く。
加させる。ステップＳ３３では、図４における特性曲線
ΣＮに相当するＮＯｘの総量が減少しているかを確認す
る。ＹＥＳで、ＮＯｘ総量が減少していれば、ステップ
Ｓ３２に戻ってさらに添加量を増加させる。ＮＯで、Ｎ
Ｏｘ総量が増加していれば、ステップＳ３４に行く。
【００４３】ステップＳ３４では、還元剤添加量を減少
させる。ステップＳ３５では、ＮＯｘ総量が増加したか
を確認する。ＹＥＳであれば、ステップＳ３２に行き還
元剤添加量を増加させる。ＮＯであれば、ステップＳ３
４にもどって還元剤添加量をさらに減少させる。
させる。ステップＳ３５では、ＮＯｘ総量が増加したか
を確認する。ＹＥＳであれば、ステップＳ３２に行き還
元剤添加量を増加させる。ＮＯであれば、ステップＳ３
４にもどって還元剤添加量をさらに減少させる。
【００４４】このようにして、排気ガスＧｅＡ中のＮＯ
ｘ総量を最小にするように、還元剤の供給を決定する。
ステップＳ３２〜ステップＳ３５のすべてが還元剤添
加量制御工程である。
ｘ総量を最小にするように、還元剤の供給を決定する。
ステップＳ３２〜ステップＳ３５のすべてが還元剤添
加量制御工程である。
【００４５】
【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列記する。 （１） 本発明によれば、サンプルガス中のリークアン
モニアを酸化させてＮＯｘとし総合ＮＯｘの最小値を目
指して制御させるので、経時劣化による誤差を有するＮ
Ｏｘセンサであっても最適な還元剤量の添加を行え、脱
硝率を高くできる。また、ＮＯｘとリークアンモニアの
削減を同時に制御できる。 （２） 基準ガスや参照ガ
スを使用して自動較正する高価なＮＯｘセンサを使用し
ないので、設置コストと設置スペースが少なくてすむ。
モニアを酸化させてＮＯｘとし総合ＮＯｘの最小値を目
指して制御させるので、経時劣化による誤差を有するＮ
Ｏｘセンサであっても最適な還元剤量の添加を行え、脱
硝率を高くできる。また、ＮＯｘとリークアンモニアの
削減を同時に制御できる。 （２） 基準ガスや参照ガ
スを使用して自動較正する高価なＮＯｘセンサを使用し
ないので、設置コストと設置スペースが少なくてすむ。
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】図１の作用をブロック的に示すフローチャー
ト。
ト。
【図３】図１の制御作用を説明するフローチャート。
【図４】ＮＯｘ含有量（排出量）と尿素添加量の関係を
示す説明用の線図。
示す説明用の線図。
【図５】経時劣化を有するＮＯｘセンサ出力と尿素添加
量の関係を示す線図。
量の関係を示す線図。
【図６】従来の尿素添加による排気ガス中のＮＯｘ低減
を制御するオープンループ式簡易型制御を示す構成図。
を制御するオープンループ式簡易型制御を示す構成図。
【図７】図６の作用を説明するフローチャート。
【図８】従来の尿素添加による排気ガス中のＮＯｘ含有
量低減を制御するクローズドループ式制御を示す構成
図。
量低減を制御するクローズドループ式制御を示す構成
図。
【図９】図８の作用を説明するフローチャート。
Ｇｅ・・排気ガス ＧｅＡ・・脱硝後の排気ガス Ｓｇａ・・サンプルガス ２・・・原動機 ３・・・排気菅 ５・・・脱硝触媒 ７Ａ・・制御装置 ８・・・還元剤供給ライン ９・・・調整弁 ９ａ・・制御線 １０・・（窒素酸化物）センサ １２Ａ・・（サンプリング）ライン １３・・信号線 １５・・酸化触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA19 AB04 BA14 CA13 CA17 CB08 DB10 DB15 DC01 DC03 EA33 GA06 HA37 HB03 4D048 AA06 AB02 AC03 AC04 CC61 DA01 DA02 DA03 DA08 DA09 DA10
Claims (8)
- 【請求項１】 尿素水、アンモニア水、またはアンモニ
アを還元剤として使用し且つ脱硝触媒を介装している排
気系統へ添加される還元剤の量を制御する還元剤添加量
制御方法において、脱硝触媒出口部分の排気ガスをサン
プルガスとして採取するサンプリング工程と、採取され
たサンプルガスに包含されるアンモニアを窒素酸化物に
酸化する工程と、窒素酸化物センサによりサンプルガス
の窒素酸化物含有量を計測する工程と、還元剤添加量と
サンプルガスの窒素酸化物含有量との特性曲線の最小値
を目指して還元剤添加量を調節する還元剤添加量制御工
程、とを有することを特徴とする還元剤添加量制御方
法。 - 【請求項２】 採取されたサンプルガスに包含されるア
ンモニアを窒素酸化物に酸化する前記工程は、サンプル
ガスを窒素酸化物センサまで供給するラインに介装され
た酸化触媒により実行される請求項１の還元剤添加量制
御方法。 - 【請求項３】 採取されたサンプルガスに包含されるア
ンモニアを窒素酸化物に酸化する前記工程は、ジルコニ
ア窒素酸化物センサの表面で実行される請求項１の還元
剤添加量制御方法。 - 【請求項４】 前記還元剤添加量制御工程は、還元剤添
加量の増加又は減少によりサンプルガスの窒素酸化物含
有量が減少していれば添加量の増加又は減少を続行し、
窒素酸化物含有量が増加したならば添加量の増加又は減
少を逆転させることにより実行される請求項１−３の何
れか１項の還元剤添加量制御方法。 - 【請求項５】 尿素またはアンモニアを還元剤として使
用し且つ脱硝触媒を介装している排気系統へ添加される
還元剤の量を制御する還元剤添加量制御装置において、
脱硝触媒出口部分の排気ガスをサンプルガスとして採取
するために設けられたサンプリング用ラインと、該サン
プリング用ラインにより採取されたサンプルガスに包含
されるアンモニアを窒素酸化物に酸化する酸化手段と、
サンプルガスの窒素酸化物含有量を計測する窒素酸化物
センサと、還元剤添加量を調節する還元剤添加量制御手
段とを備えており、該還元剤添加量制御手段は、還元剤
添加量とサンプルガスの窒素酸化物含有量との特性曲線
の最小値を目指して還元剤添加量を調節する様に構成さ
れていることを特徴とする還元剤添加量制御装置。 - 【請求項６】 前記酸化手段は、サンプリング用ライン
に介装された酸化触媒である請求項５の還元剤添加量制
御装置。 - 【請求項７】 前記酸化手段は、ジルコニア窒素酸化物
センサである請求項５の還元剤添加量制御装置。 - 【請求項８】 前記還元剤添加量制御手段は、還元剤添
加量の増加又は減少によりサンプルガスの窒素酸化物含
有量が減少していれば添加量の増加又は減少を続行し、
窒素酸化物含有量が増加したならば添加量の増加又は減
少を逆転させる様に構成されている請求項５−７の何れ
か１項の還元剤添加量制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001075409A JP4854122B2 (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 還元剤添加量制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001075409A JP4854122B2 (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 還元剤添加量制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002273176A true JP2002273176A (ja) | 2002-09-24 |
| JP4854122B2 JP4854122B2 (ja) | 2012-01-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001075409A Expired - Fee Related JP4854122B2 (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 還元剤添加量制御方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4854122B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006009195A1 (ja) * | 2004-07-23 | 2006-01-26 | Hino Motors, Ltd. | 排気浄化装置の異常検知方法 |
| WO2008078645A1 (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-03 | Mitsubishi Fuso Truck And Bus Corporation | 内燃機関の排気浄化装置 |
| WO2010032481A1 (ja) * | 2008-09-18 | 2010-03-25 | トヨタ自動車株式会社 | ＮＯｘセンサの出力較正装置及び出力較正方法 |
| JP2010203266A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Samson Co Ltd | 脱硝装置 |
| CN108371888A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-08-07 | 成都市润天祥环保科技有限公司 | 防止尿素过量喷射的scr脱硝系统控制方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160064422A (ko) * | 2014-11-28 | 2016-06-08 | 현대중공업 주식회사 | Scr 시스템의 환원제 공급량 제어장치 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09150032A (ja) * | 1995-11-30 | 1997-06-10 | Nippon Steel Corp | 排ガス処理移動層及びその操業方法 |
| WO1999030811A1 (de) * | 1997-12-12 | 1999-06-24 | Fev Motorentechnik Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft | Verfahren zur reduktion von stickoxiden in sauerstoffhaltigen abgasen, insbesondere abgasen von verbrennungsmotoren |
| JPH11311613A (ja) * | 1998-04-28 | 1999-11-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 煙道排ガス中のＮＯｘ 分析装置 |
-
2001
- 2001-03-16 JP JP2001075409A patent/JP4854122B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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| US7788902B2 (en) | 2004-07-23 | 2010-09-07 | Hino Motors, Ltd. | Method for detecting abnormality in exhaust emission control device |
| WO2008078645A1 (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-03 | Mitsubishi Fuso Truck And Bus Corporation | 内燃機関の排気浄化装置 |
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| US8056404B2 (en) | 2008-09-18 | 2011-11-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Output calibration apparatus and output calibration method for NOx sensor |
| JP2010203266A (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-16 | Samson Co Ltd | 脱硝装置 |
| CN108371888A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-08-07 | 成都市润天祥环保科技有限公司 | 防止尿素过量喷射的scr脱硝系统控制方法 |
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