JP2003293736A - 内燃機関のNOx浄化装置 - Google Patents

内燃機関のNOx浄化装置

Info

Publication number
JP2003293736A
JP2003293736A JP2002102568A JP2002102568A JP2003293736A JP 2003293736 A JP2003293736 A JP 2003293736A JP 2002102568 A JP2002102568 A JP 2002102568A JP 2002102568 A JP2002102568 A JP 2002102568A JP 2003293736 A JP2003293736 A JP 2003293736A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
amount
catalyst
temperature
nox
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002102568A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3945291B2 (ja
Inventor
Sei Kawatani
聖 川谷
Yoshihisa Takeda
好央 武田
Satoshi Hiranuma
智 平沼
Takeshi Hashizume
剛 橋詰
Reiko Domeki
礼子 百目木
Kenji Kawai
健二 河合
Shinichi Saito
真一 斎藤
Ritsuko Shinozaki
律子 篠▲崎▼
嘉則 ▲高▼橋
Yoshinori Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Original Assignee
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp filed Critical Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority to JP2002102568A priority Critical patent/JP3945291B2/ja
Publication of JP2003293736A publication Critical patent/JP2003293736A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3945291B2 publication Critical patent/JP3945291B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、NOx触媒温度の過度の上昇を回
避し、NOx触媒の耐久性を十分に保持できる内燃機関
のNOx浄化装置を提供することにある。 【解決手段】エンジン1に設けられ排気ガス中のNOx
を選択還元するSCR触媒13、排気系に尿素水を供給
する還元剤供給装置14、触媒温度Tgを検出する触媒
温度センサ17、排気管21の管壁温度Tpを検出する
排気管壁温度センサ31、触媒温度Tgに基づいて尿素
水の添加量f(DNH3)を設定する尿素水供給量設定
手段A1、設定された添加量f(DNH3)となるよう
に尿素水供給装置14を制御する弁駆動制御手段(制御
手段)A2、触媒温度Tgが過昇温度Tlim(所定温
度)以上のとき、管壁温度Tpに基いて排気中の飽和蒸
気圧から制限される許容水分添加量Gwn以下の範囲で
尿素水の添加量を増量補正する添加量補正手段A3とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガ
ス中のNOxを浄化するNOx浄化装置、特に、排気系
に設けた還元触媒の上流側に排気ガス還元剤の噴霧装置
を配した内燃機関のNOx浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関が排出する排気ガス中のNOx
はNOx浄化装置により浄化されている。例えば、ディ
ーゼルエンジンで用いられるNOx浄化装置は排気系に
SCR触媒(NOx触媒)を有した触媒コンバータと、
その上流側の尿素水供給装置とを順次配備して形成され
る。このSCR触媒(NOx触媒)はその触媒担体に触
媒金属を担持させ、それに尿素水を還元剤として供給
し、酸素過剰雰囲気下においてNOxを浄化できるよう
にしている。
【0003】ここで、ユリア水は式(1)のように加水
分解及び熱分解して、NH3を放出する。 (NH)2CO+HO→2NH+CO・・・・(1) また、SCR触媒上でのNH3と窒素酸化物との間の脱
硝反応は式(2)或いは式(3)の反応がそれぞれ行わ
れることが知られている。
【0004】 4NH+4NO+O→4N+6HO・・・・(2) 2NH+NO+NO→2N+3HO・・・・・(3)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなSCR触媒
は暖機運転により活性化された後、各運転域に応じて式
(1)〜(3)の各反応を実行し排気ガス中のNOxを浄
化できる。ところが、このようなNOx浄化装置におい
て、高出力運転が継続された場合、SCR触媒を通過す
る排気ガス温度が過度に上昇し、例えば、触媒温度が5
50℃程度の過昇温度を上回るような事態が続くとNO
x触媒が劣化し、その耐久性が低下する場合がある。
【0006】そこで、排気路上の触媒の温度が過昇温度
を越えると、燃料噴射量を抑え、触媒温度を低下させる
ようにエンジンを制御しても良いが、これでは、運転性
能が抑えられてしまうことより改善が望まれている。本
発明は、以上のような課題に基づき、NOx触媒温度が
過度に上昇しての継続運転を回避し、NOx触媒の耐久
性を十分に保持できる内燃機関のNOx浄化装置を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、内燃
機関の排気系に設けられ排気ガス中のNOxを選択還元
するNOx触媒、前記NOx触媒上流の前記排気系に還
元剤としての尿素水を供給する還元剤供給手段、前記N
Ox触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータを検出
又は推定する触媒温度検出手段、前記還元剤供給手段と
前記NOx触媒を連結する排気管の壁面温度又は排気管
壁面温度に相関するパラメータを検出又は推定する排気
管壁温度検出手段、前記内燃機関の運転状態及び前記触
媒温度検出手段により検出又は推定された情報に基づい
て尿素水の添加量を設定する尿素水供給量設定手段、前
記尿素水供給量設定手段により設定された添加量となる
ように前記還元剤供給手段を制御する制御手段、前記触
媒温度検出手段により検出又は推定された触媒温度が所
定温度以上のとき、前記排気管壁温度検出手段により検
出又は推定された情報に基いて排気中の飽和蒸気圧から
制限される許容水分添加量以下の範囲で前記尿素水の添
加量を増量補正する添加量補正手段、を備えたことを特
徴とする内燃機関のNOx浄化装置。このように、触媒
温度が所定温度以上のときに設定された尿素水添加量を
排気中の飽和蒸気圧から制限される許容水分添加量以下
の範囲で増量補正することで、尿素水中の水分の蒸発潜
熱により排気温度を低下することにより、尿素水の凝結
を未然に回避しながら触媒過昇温を効果的に抑制するこ
とができ、触媒の劣化を防止することができる。
【0008】請求項2の発明は、請求項1に記載の内燃
機関のNOx浄化装置において、前記添加量補正手段
が、前記内燃機関の運転状態に応じた排気ガス流量、排
気圧及び排気管壁温度に応じた飽和蒸気圧に基づく水分
量と、排気ガス中に予め含まれる水分量と、前記尿素水
の基本添加量相当の水分量とから許容水分添加量を求め
ることを特徴とする。このように、排気ガス中に予め含
まれる水分量及び尿素水の添加量相当の水分量とを考慮
して許容水分添加量を求めるので、尿素水の凝結を未然
に回避しながら触媒昇温を効果的に抑制することがで
き、触媒の劣化を防止することができる。
【0009】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載の内燃機関のNOx浄化装置において、前記添加
量補正手段が、前記内燃機関の運転状態に応じた排気ガ
ス流量、排気ガス比熱、及び必要温度低下量とに基づく
必要低下熱量と、水の蒸発熱量とから要求水分添加量を
求め、前記要求水分添加量及び前記許容水分添加量の少
ない方に基づき尿素水の添加量を増量補正することを特
徴とする。このように、排気ガス温度低下に必要な要求
水分添加量、及び許容水分添加量の少ない方に基づき、
尿素水の添加量を増量補正することによって、排気ガス
温度低下に必要な最小の水分添加量、又は、尿素水の凝
結を未然に回避する水分量を供給しながら触媒昇温を効
果的に抑制することができ、触媒の劣化を防止すること
ができる。
【0010】請求項4の発明は、内燃機関の排気系に設
けられ排気ガス中のNOxを選択還元するNOx触媒、
前記NOx触媒上流の前記排気系に還元剤としての尿素
水を供給する還元剤供給手段、前記NOx触媒温度又は
触媒温度に相関するパラメータを検出又は推定する触媒
温度検出手段、前記還元剤供給手段と前記NOx触媒を
連結する排気管の壁面温度又は排気管壁面温度に相関す
るパラメータを検出又は推定する排気管壁温度検出手
段、前記内燃機関の運転状態及び前記触媒温度検出手段
により検出又は推定された情報に基づいて尿素水の添加
量を設定する尿素水供給量設定手段、前記尿素水供給量
設定手段により設定された添加量となるように前記還元
剤供給手段を制御する制御手段、前記NOx触媒上流の
前記排気系に水分添加を行う水供給手段、前記触媒温度
検出手段により検出又は推定された触媒温度が所定温度
以上のとき、前記尿素水供給量設定手段により設定され
た尿素水の添加量と前記水供給部から供給する水添加中
の総水分量が前記排気管壁温度検出手段により検出又は
推定された情報に基いて、排気中の飽和蒸気圧から制限
される許容水分添加量を超えない範囲の水分添加量とな
るように水供給手段を作動させる水添加制御手段、を備
えたことを特徴とする。
【0011】このように、触媒温度が所定温度以上のと
きに、前記尿素水供給量設定手段により設定された尿素
水の添加量と前記水供給手段から供給する水添加量中の
総水分量が、排気中の飽和蒸気圧から制限される許容水
分添加量を超えないように水添加量を設定することで、
尿素水及び/又は水の総水分量の蒸発潜熱により排気温
度を低下することにより、水分の凝結を未然に回避しな
がら触媒過昇温を効果的に抑制することができ、触媒の
劣化を防止することができる。更に、尿素水を増量でき
ない又は尿素水を添加できない運転状態においても、水
タンクから供給された水の蒸発潜熱により排気温度を低
下することにより、水分の凝結を未然に回避しなが触媒
昇温を効果的に抑制することができ、触媒の劣化を防止
することができる。
【0012】請求項5の発明は、請求項4に記載の内燃
機関のNOx浄化装置において、前記水添加制御手段
は、前記内燃機関の運転状態に応じた排気ガス流量、排
気圧及び排気ガス温度に応じた飽和蒸気圧に基づく水分
量と、排気ガス中に予め含まれる水分量及び尿素水添加
による水分量とから許容水分添加量を求めることを特徴
とする。このように、排気ガス中に予め含まれる水分量
と、尿素水に含まれる水分量を考慮して許容水分添加量
を求めるので、水分の凝結を未然に回避しなが触媒昇温
を効果的に抑制することができ、触媒の劣化を防止する
ことができる。
【0013】請求項6の発明は、請求項4に記載の内燃
機関のNOx浄化装置において、前記水添加制御手段
は、前記内燃機関の運転状態に応じた排気ガス流量、排
気ガス比熱、及び必要温度低下量とに基づく必要低下熱
量と、水の蒸発熱量とから要求水分添加量を求め、前記
要求水分添加量及び前記許容水分添加量の少ない方に対
応する水添加量だけ供給することを特徴とする。このよ
うに、排気ガス温度低下に必要な要求水分添加量中の水
添加量、及び許容水分添加量の少ない方に基き、排気中
への水添加量を設定することによって、排気ガス温度低
下に必要な最小の水分添加量、又は、水分の凝結を未然
に回避する水分量を供給しながら触媒昇温を効果的に抑
制することができ、触媒の劣化を防止することができ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態として
の内燃機関のNOx浄化装置(以後単にNOx浄化装
置)M1を図1を参照して説明する。ここでのNOx浄
化装置M1は、図示しない車両に搭載された多気筒ディ
ーゼルエンジン(以後単にエンジンと記す)1の排気系
2に装着される。エンジン1はエンジン制御装置(以
後、単にエンジンECUと記す)3により制御され、N
Ox浄化装置M1は排気ガス制御装置(以後単に排気系
ECUと記す)4に制御され、エンジンECU3と排気
系ECU4は制御系通信回線5によって相互通信可能に
連結される。
【0015】図1において,エンジンECU3はエンジ
ン1のアクセルペダル開度θaを検出するアクセルペダ
ル開度センサ6と、クランク角情報Δθを検出するクラ
ンク角センサ7が接続される。ここでクランク角情報Δ
θはエンジンECU3においてエンジン回転数Neの導
出に用いられる。更に、エンジンECU3は図示しない
燃焼室に供給される吸入空気量Gaを吸気路Iのエアフ
ローセンサ8で検出する。なお、エアフローセンサ8の
吸入空気量検出に代えてエンジンECU3が、エンジン
回転数Neとアクセルペダル開度θaに応じた吸気量G
aを導出しても良い。
【0016】吸気路Iにはターボチャージャー9のコン
プレッサ901が介装され、その回転軸902は後述の
排気路Eに介装されるターボチャージャー9のタービン
903に連結され、これにより排気過給を可能としてい
る。吸気路Iのターボチャージャー9の下流にはインタ
クーラ20が設けられ、吸気冷却を行うことで、エンジン
の吸気の体積効率を向上させ、出力アップを図ってい
る。エンジンECU3はその入出力回路に多数のポート
を有し、エアフローセンサ8、アクセルペダル開度セン
サ6、クランク角センサ7等よりの検出信号を取込み、
燃料噴射系に制御信号を送出するよう機能する。
【0017】燃料噴射系は燃料圧力調整部12と、図示
しない燃焼室にインジェクタ10により燃料噴射を行う
燃料調整部11とを備える。両部は燃料圧力制御部n1
と燃料制御部n2として機能するエンジンECU3が制
御する。燃料圧力調整部12は燃料供給量調整部121
を備え、これはエンジン駆動の高圧燃料ポンプ123の
高圧燃料を定圧化した上でコモンレール122に供給す
る。この燃料供給量調整部121はエンジンECU3に
接続され、その燃料圧力制御部n1の出力Dpに応じて
コモンレール122内の圧力が所定圧力となるよう燃圧
調整可能である。
【0018】燃料調整部11はコモンレール122に電
磁バルブVpを介して連結されたインジェクタ10によ
り高圧燃料噴射を行うコモンレール方式を採る。電磁バ
ルブVpはエンジンECU3に接続され、燃料制御部n
2の出力D(Gf)信号に応じた燃料噴射量、噴射時期
θnを調整可能である。なお、電磁バルブVpとエンジ
ンECU3の接続回線は1つのみ図示した。ここで燃料
制御部n2はエンジン回転数Neとアクセルペダル開度
θaに応じた噴射時期θn及び燃料噴射量Gf相当の出
力D(Gf)信号を図示しない燃料噴射用ドライバにセ
ットし、燃料調整部11の電磁バルブVpに出力し、イ
ンジェクタ10の燃料噴射を制御する。
【0019】図1のNOx浄化装置M1は排気管21の
途中に装着されたNOx触媒であるSCR触媒13とそ
の上流の供給位置fより排気路Eにエアアシストで尿素
水を供給する尿素水供給装置14と、尿素水供給装置1
4の上流側のNOx濃度Snoxを出力するNOxセン
サ15と、排気圧Pexを出力するは排気圧センサ29
と、SCR触媒13の入口排気ガス温度Texfを出力
する排気温度センサ16と、SCR触媒13の温度T4
を出力する触媒温度センサ17と、制御部を成す排気系
ECU4とを備える。SCR触媒13は排気路Eを成す
排気管21の途中のNOx触媒コンバータ18に収容さ
れる。
【0020】SCR触媒13はアンモニア(NH3)を
吸着して排気ガス中のNOxを選択還元可能である。即
ち、上述の式(1)のように尿素水は加水分解してアン
モニアを生成し、これがSCR触媒13に吸着される。
SCR触媒13はアンモニア吸着状態において、上述の
式(2)又は式(3)により、NH3と窒素酸化物との
間の反応を促進することができる。
【0021】排気管21のSCR触媒13上流の供給位
置fに尿素水供給装置14が装着される。尿素水供給装
置14はNOx触媒コンバータ18の上流開口側に向け
て尿素水を噴霧する添加ノズル19と、添加ノズル19
に接続された噴射管26と、噴射管26の上流のエアタ
ンク22と、同タンク近傍に設けた圧縮エア制御弁23
と、圧縮エア制御弁23より下流位置で噴射管26と合
流する尿素水パイプ24と、尿素水パイプ24に尿素水
を供給する尿素水タンク28と、尿素水パイプ24を経
由して尿素水を調量、供給する尿素水供給部27と、こ
れらの制御手段を成す排気系ECU4とを備える。
【0022】ここで、エアタンク22は図示しないエア
供給手段が接続され、これが適時にタンク内が常時所定
圧の圧縮エアを保持できるように駆動している。尿素水
タンク28は一定濃度の尿素を水に融解した水溶液を貯
蔵しており、尿素水の水分の含有量は所定の水分比率γ
%(例えば67%)に保持されたものが適時に補給され
るようになっている。尿素水供給位置f近傍には排気管
21の管壁温度Tpを出力する排気管壁温度センサ31
を備える。
【0023】排気系ECU4はその入出力回路に多数の
ポートを有し、NOxセンサ15と排気温度センサ1
6,触媒温度センサ17、排気圧センサ29、等よりの
検出信号を入力でき、圧縮エア制御弁23、尿素水供給
部27に制御信号を送出する。しかも、制御系通信回線
5を介しエンジンECU3とデータの送受を可能として
いる。排気系ECU4は入出力インターフェース40
1、記憶部402、バッテリバックアップ用の不揮発性
メモリ403および中央処理部404を備え、尿素水供
給量設定及び尿素水供給部駆動制御を主として実施す
る。
【0024】次に、図1のエンジンECU3及び排気系
ECU4の各制御処理を、図2、図3の各制御ルーチン
に沿って説明する。エンジン1の駆動時において、エン
ジンECU3は上述の各センサの入力値に応じて燃料圧
力制御部n1により、燃料圧力調整部12の燃料供給量
調整部121を、燃料制御部n2により、燃料調整部1
1の電磁バルブVpを運転域に応じてそれぞれ制御し、
その際得られた各センサ出力等を排気系ECU4にも送
信する。特に、エンジンECU3は吸入空気量Ga(エ
アフローセンサの出力)と燃料噴射量Gに応じた排気ガ
ス流量Uexを導出し排気系ECU4に出力する。
【0025】一方、排気系ECU4は、エンジンキーの
オンと同時に図2のメインルーチンを所定制御サイクル
毎に繰り返す。ここではステップsaでキーオンを確認
し、ステップsbでは、排気ガス温度Texf,触媒温
度Tg、排気圧Pex、NOx濃度Snox、エンジン
ECU3からの吸入空気量Ga、燃料噴射量Gf,排気
量Uex、その他のデータを取込み、これら各値が適正
値か否かの判断をし、正常でないと図示しない故障表示
灯を駆動する。ここでステップscに進み、NOx浄化
に要する尿素水添加量の演算処理を行い、この後、ステ
ップsdでは触媒冷却のための尿素水添加量演算処理
を、次いで、ステップseではステップsc、sdでの
演算に基く尿素水の添加制御処理を実行し、ステップs
bにリターンする。
【0026】NOx浄化に要する尿素水添加量の演算処
理では、エンジン運転状態やエンジンからのNOx排出
量、触媒温度Tgなどに基き、NOx浄化のための尿素
水添加量f(DNH3)を算出する。次に、排気系EC
U4のメインルーチンの途中で、ステップsdの触媒冷
却のための尿素水添加量演算処理に達すると、ここでは
図3の触媒冷却処理ルーチンを実行する。
【0027】ステップa1では触媒温度Tgが予め設定
されている過昇温度(例えば550℃)Tlim以上か
否か判断し、過昇温度Tlimに達していない間はこの
開の制御を終了してメインルーチンにリターンし、以上
ではステップa2に進む。触媒温度Tgが過昇温度Tl
im以上と判断されステップa2達すると、ここでは最
新の吸入空気量Ga、燃料供給量Gf、排気圧Pex排
気ガス温度Tex、排気管壁温度Tpを取込み、ステッ
プa3に進む。
【0028】ステップa3では、排気ガス流量Uex
(=Ga+Gf)、必要温度低下量(Tex−Tli
m)、を取込み、これに排気の熱容量Cex(排気ガス
比熱)、水の蒸発熱量(蒸発潜熱)Cwを用いて、要求
水分添加量Gw1を下式(4)で導出する。 Gw1=(Ga+Gf)×(Tex−Tlim)×Cex/Cw・・・(4) 更に、ステップa4では、排気管壁温度Tpに応じた排
気中の飽和蒸気圧Pwを求め、これに排気ガス流量Ue
x(=Ga+Gf)を乗算して飽和蒸気圧に基づく水分
量Pw/Pex×(Ga+Gf)を求める。更に、排気
ガス流量Uexより燃焼により生じる排気中の水分量G
wexを導出する。次いで、尿素水供給装置14からの
基本尿素水の添加量出力DU(=f(DNH3))に尿
素水の水分比率γ%を乗算して基本尿素水の添加量相当
の水分量(f(DNH3)×γ)を求める。その上で、
下式(5)を用い、飽和蒸気圧に基づく水分量Pw/P
ex×(Ga+Gf)より、排気中の水分量Gwexと
基本尿素水の添加量相当の水分量(f(DNH3)×
γ)とを減算して、排気中に添加可能な最大の許容水分
添加量Gw2を導出する。
【0029】 Gw2=Pw/Pex×(Ga+Gf)−Gwex−f(DNH3)×γ・・ ・(5) この後、ステップa5において、要求水分添加量Gw1
が許容水分添加量Gw2より小さいか否か判断し、小さ
いとステップa6に、大きいとステップa7に進む。ス
テップa6では要求水分添加量Gw1を今回の水添加量
Gwnとして設定し、ステップa8では今回の水添加量
Gwnに補正値1/γ(尿素水の水分比率50%の逆数
となる)を乗算して尿素水添加量(Gwn×1/γ)を
求め、この回の制御を終了し、メインルーチンにリター
ンする。
【0030】ステップa7では水分の凝結を防止する上
での最大値である許容水分添加量Gw2を今回の水添加
量Gwnと設定し、ステップa9では今回の水添加量G
wnに補正値1/γ(尿素水の水分比率67%の逆数と
なる)を乗算して尿素水添加量(Gwn×1/γ)を求
め、この回の制御を終了し、メインルーチンにリターン
する。次に、メインルーチンのステップseではステッ
プsc,sdでの演算処理に基く尿素水添加処理を実施
する。
【0031】ステップsdで算出された触媒冷却のため
の尿素水添加量(Gwn×1/γ)はステップsc(N
Ox浄化に要する尿素水添加量処理ルーチン)で得られ
た尿素水添加量f(DNH3)に加算され最終的な尿素
水の添加量出力DU(=f(DNH3)+Gwn×1/
γ)が算出される。尿素水供給装置14の尿素水供給部
27は添加量出力DUで駆動され、排気路Eに尿素水の
添加量(f(DNH3)+Gwn×1/γ)を得ること
となる。この結果、増量された尿素水が排気路Eに供給
され、これが加水分解され、SCR触媒13にアンモニ
アを供給でき、排気ガス中のNOxを還元処理すると同
時に、尿素水中の水分が蒸発して、蒸発潜熱を奪い、過
昇温度Tlim以上に上昇していた触媒温度Texを低
下させる。
【0032】このように、排気ガス温度が過昇温度Tl
im(所定温度)以上のときに設定された尿素水添加量
f(DNH3)を排気中の飽和蒸気圧から制限される許
容水分添加量Gw2以下の範囲で増量補正することで、
尿素水中の水分の蒸発潜熱により排気温度及び触媒温度
Texを低下することにより、排気管管壁における水分
の凝結を未然に回避しながら触媒昇温を効果的に抑制す
とができ、触媒が過昇温度Tlimを上回る状態が継続
することで触媒が劣化することを防止することができ
る。
【0033】特に、ここでは、排気ガス中に含まれる水
分量である(燃焼により生成される水分)、及び尿素水
の添加量相当の水分量f(DNH3)とを考慮して許容
水分添加量Gw2を求めるので、より確実に水分の凝結
を未然に回避しながら触媒昇温Texを効果的に抑制す
ることができ、触媒の劣化を防止することができる。更
に、ここでは要求水分添加量Gw1と許容水分添加量G
w2の少ない方に基づき尿素の添加量を増量(Gwn×
1/γ)補正することによって、排気ガス温度低下に必
要な最小の水分添加量、又は、水分の凝結を未然に回避
する水分量を供給しながら触媒昇温を効果的に抑制する
ことができ、触媒の劣化を防止することができる。な
お、許容水分添加量Gw2を安全率を見込んで低く設定
しても良い。
【0034】更に、本実施形態の変形例として、SCR
触媒13の排気路Eに酸化触媒を設けることによって、
特に、触媒冷却処理中のアンモニアスリップを未然に防
止できる。図1のNOx浄化装置M1は、触媒温度Tg
を低減させるために尿素水を増量補正して排気系2に供
給し、尿素水中の水分が蒸発することによる潜熱を利用
し触媒温度を低下させていたが、これに代えて、図4に
示すようにNOx浄化装置M2を構成しても良い。
【0035】図4のNOx浄化装置M2は図1のNOx
浄化装置M1と比較して、尿素水供給装置14aが水添
加装置30を付加装備し、尿素水と共に水分をも同時に
排気路Eに供給する以外は同様の構成を採り、ここでは
同一部材には同一符号を付し、重複説明を略す。図4の
NOx浄化装置M2は図1中のNOx浄化装置M1と同
様に、排気管21の供給位置fに尿素水供給装置14a
を装着する。尿素水供給装置14aは図1中の尿素水供
給装置14と同様に、添加ノズル19と噴射管26とエ
アタンク22と圧縮エア制御弁23と尿素水パイプ24
と尿素水タンク28と尿素水供給部27と排気系ECU
4aとを備え、水添加装置30を付設する。水分添加を
行う水供給手段である水添加装置30は噴射管26に開
口する水パイプ34と、水パイプ34に水を供給する水
タンク33と、水パイプ34を経由して水を調量供給す
る水供給部32とこれらの制御手段を成す上述の排気系
ECU4aとを備える。
【0036】ここで、尿素水タンク28は所定の水分比
率γ%(例えば67%)の尿素水が適時に補給され、水
タンク31にも適時に水が補給されるようになってい
る。
【0037】図4のNOx浄化装置M2の排気系ECU
4aは図1のNOx浄化装置の排気系ECU4と比較
し、図2のメインルーチン中のNOx浄化に要する尿素
水添加量の演算処理ルーチンでそれぞれ同一制御が成さ
れ、主として触媒冷却のための水添加量演算処理ルーチ
ンの一部のみが相違することより、ここではその相違点
を主に説明をする。
【0038】図5の触媒冷却のための水添加量演算処理
ルーチンでは図3で説明した触媒冷却のための水添加量
演算処理ルーチンにおけるステップa1よりステップa
7までが同様に処理される。ステップa5乃至ステップ
a7において、要求水分添加量Gw1が許容水分添加量
Gw2より小さいと判断すると要求水分添加量Gw1を
今回の水添加量Gwnとして設定し、大きいと判断する
と許容水分添加量Gw2を今回の水添加量Gwnと設定
し、共にメインルーチンにリターンする。なお、許容水
分添加量Gw2を安全率を見込んで低く設定しても良
い。
【0039】メインルーチンのステップseではステッ
プsc,sdでの演算処理に基き尿素水及び水の添加処
理を実施する。ステップscで演算された水添加量Gw
n相当の水の添加量出力DUwnで水添加装置30の水
供給部32を駆動する。同時にステップscで演算され
た尿素水添加量f(DNH3)相当の尿素水の添加量出
力DUで尿素水添加装置30の尿素水供給部27を駆動
し、これにより排気路E中の尿素水及び/又は水の総水
分量Wn、即ち、(f(DNH3)×γ+Gwn)を増
量することとなる。
【0040】このように、図4のNOx浄化装置M2
は、排気ガス中に含まれる水分量(燃焼により生成され
る水分)Gwexと、尿素水に含まれる水分量f(D
NH3)×γを考慮して式(5)で説明した許容水分添
加量Gw2を求めるので、水分の凝結を未然に回避しな
が触媒昇温を効果的に抑制することができ、触媒の劣化
を防止することができる。
【0041】更に、ここではエンジン1の運転状態に応
じた排気ガス流量(Ga+Gf)、排気ガス比熱Ce
x、及び必要温度低下量(Tex−Tlim)とに基づ
く必要低下熱量と、水の蒸発熱量Cwとから要求水分添
加量Gw1を求め、要求水分添加量Gw1及び許容水分
添加量Gw2の内の少ない方の値に対応する水添加量G
wnを求め、この量だけ排気路E中の水添加量を増量補
正することによって、排気ガス温度低下に必要な最小の
水分添加量、又は、水分の凝結を未然に回避する水分量
を供給しながら触媒昇温を効果的に抑制することがで
き、触媒が過昇温度Tlimを上回る状態が継続するこ
とで触媒が劣化することを防止することができる。
【0042】
【発明の効果】以上のように、本発明は、触媒温度が所
定温度以上のときに設定された尿素水添加量を排気中の
飽和蒸気圧から制限される許容水分添加量以下の範囲で
増量補正することで、尿素水中の水分の蒸発潜熱により
排気温度を低下することにより、水分の凝結を未然に回
避しながら触媒過昇温を効果的に抑制することができ、
触媒の劣化を防止することができる。
【0043】請求項2の発明は、排気ガス中に予め含ま
れる水分量及び尿素水の添加量相当の水分量とを考慮し
て許容水分添加量を求めるので、水分の凝結を未然に回
避しながら触媒昇温を効果的に抑制することができ、触
媒の劣化を防止することができる。
【0044】請求項3の発明は、排気ガス温度低下に必
要な要求水分添加量、及び許容水分添加量の少ない方に
基づき、尿素水の添加量を増量補正することによって、
排気ガス温度低下に必要な最小の水分添加量、又は、尿
素水の凝結を未然に回避する水分量を供給しながら触媒
昇温を効果的に抑制することができ、触媒の劣化を防止
することができる。
【0045】請求項4の発明は、触媒温度が所定温度以
上のときに、前記尿素水供給量設定手段により設定され
た尿素水の添加量と前記水供給手段から供給する水添加
量中の総水分量が、排気中の飽和蒸気圧から制限される
許容水分添加量を超えないように水添加量を設定するこ
とで、尿素水及び/又は水の総水分量の蒸発潜熱により
排気温度を低下することにより、水分の凝結を未然に回
避しながら触媒昇温を効果的に抑制することができ、触
媒の劣化を防止することができる。
【0046】更に、尿素水を増量できない又は尿素水を
添加できない運転状態においても、水タンクから供給さ
れた水の蒸発潜熱により排気温度を低下することによ
り、水分の凝結を未然に回避しなが触媒昇温を効果的に
抑制することができ、触媒の劣化を防止することができ
る。
【0047】請求項5の発明は、排気ガス中に予め含ま
れる水分量と、尿素水に含まれる水分量を考慮して許容
水分添加量を求めるので、水分の凝結を未然に回避しな
が触媒昇温を効果的に抑制することができ、触媒の劣化
を防止することができる。
【0048】請求項6の発明は、排気ガス温度低下に必
要な要求水分添加量中の水添加量、及び許容水分添加量
の少ない方に基き、排気中への水添加量を増量補正する
ことによって、排気ガス温度低下に必要な最小の水分添
加量、又は、水分の凝結を未然に回避する水分量を供給
しながら触媒昇温を効果的に抑制することができ、触媒
の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としてのNOx浄化装置と
これを装着するエンジンの概略構成図である。
【図2】図1の排気系DCUが用いるメインルーチンの
フローチャートである。
【図3】図1の排気系DCUが用いる触媒冷却処理ルー
チンのフローチャートである。
【図4】本発明の他の実施形態としてのNOx浄化装置
とこれを装着するエンジンの概略構成図である。
【図5】図4のNOx浄化装置において排気系DCUが
行う触媒冷却処理ルーチンのフローチャートである。
【図6】SCR触媒における触媒温度−アンモニア吸着
量の特性線図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 排気系 4、4a 排気系DCU 13 SCR触媒(NOx触媒) 14 尿素水供給装置 16 排気温度センサ 17 触媒温度センサ 27 素水供給部 Tg 触媒温度 Tlim 過昇温度(所定温度) Gw1 要求水分添加量 Gw2 許容水分添加量 f(DNH3) 尿素水添加量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 314 B01D 53/36 101A (72)発明者 平沼 智 東京都港区芝五丁目33番8号・三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 橋詰 剛 東京都港区芝五丁目33番8号・三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 百目木 礼子 東京都港区芝五丁目33番8号・三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 河合 健二 東京都港区芝五丁目33番8号・三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 斎藤 真一 東京都港区芝五丁目33番8号・三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 篠▲崎▼ 律子 東京都港区芝五丁目33番8号・三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 ▲高▼橋 嘉則 東京都港区芝五丁目33番8号・三菱自動車 工業株式会社内 Fターム(参考) 3G084 AA01 BA24 DA10 DA19 EB12 FA07 FA10 FA13 FA18 FA27 FA28 FA33 3G091 AA10 AA18 AA28 AB04 BA05 BA14 BA36 CA17 CA23 DA02 DA10 DB11 DC03 DC06 EA01 EA05 EA07 EA08 EA17 EA18 EA21 EA22 EA32 EA33 FB03 FC08 HA36 HA37 HA38 HA42 4D048 AA06 AB02 AC03 AC10 CC61 DA01 DA02 DA03 DA05 DA07 DA10 DA13 DA20

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中の
    NOxを選択還元するNOx触媒、 前記NOx触媒上流の前記排気系に還元剤としての尿素
    水を供給する還元剤供給手段、 前記NOx触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータ
    を検出又は推定する触媒温度検出手段、 前記還元剤供給手段と前記NOx触媒を連結する排気管
    の壁面温度又は排気管壁面温度に相関するパラメータを
    検出又は推定する排気管壁温度検出手段、 前記内燃機関の運転状態及び前記触媒温度検出手段によ
    り検出又は推定された情報に基づいて尿素水の添加量を
    設定する尿素水供給量設定手段、 前記尿素水供給量設定手段により設定された添加量とな
    るように前記還元剤供給手段を制御する制御手段、 前記触媒温度検出手段により検出又は推定された触媒温
    度が所定温度以上のとき、前記排気管壁温度検出手段に
    より検出又は推定された情報に基いて排気中の飽和蒸気
    圧から制限される許容水分添加量以下の範囲で前記尿素
    水の添加量を増量補正する添加量補正手段、を備えたこ
    とを特徴とする内燃機関のNOx浄化装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の内燃機関のNOx浄化装
    置において、 前記添加量補正手段が、前記内燃機関の運転状態に応じ
    た排気ガス流量、排気圧及び排気管壁温度に応じた飽和
    蒸気圧に基づく水分量と、排気ガス中に予め含まれる水
    分量と、前記尿素水の基本添加量相当の水分量とから許
    容水分添加量を求めることを特徴とする。
  3. 【請求項3】請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の
    NOx浄化装置において、前記添加量補正手段が、前記
    内燃機関の運転状態に応じた排気ガス流量、排気ガス比
    熱、及び必要温度低下量とに基づく必要低下熱量と、水
    の蒸発熱量とから要求水分添加量を求め、前記要求水分
    添加量及び前記許容水分添加量の少ない方に基づき尿素
    水の添加量を増量補正することを特徴とする
  4. 【請求項4】内燃機関の排気系に設けられ排気ガス中の
    NOxを選択還元するNOx触媒、 前記NOx触媒上流の前記排気系に還元剤としての尿素
    水を供給する還元剤供給手段、 前記NOx触媒温度又は触媒温度に相関するパラメータ
    を検出又は推定する触媒温度検出手段、 前記還元剤供給手段と前記NOx触媒を連結する排気管
    の壁面温度又は排気管壁面温度に相関するパラメータを
    検出又は推定する排気管壁温度検出手段、 前記内燃機関の運転状態及び前記触媒温度検出手段によ
    り検出又は推定された情報に基づいて尿素水の添加量を
    設定する尿素水供給量設定手段、 前記尿素水供給量設定手段により設定された添加量とな
    るように前記還元剤供給手段を制御する制御手段、 前記NOx触媒上流の前記排気系に水分添加を行う水供
    給手段、 前記触媒温度検出手段により検出又は推定された触媒温
    度が所定温度以上のとき、前記尿素水供給量設定手段に
    より設定された尿素水の添加量と前記水供給部から供給
    する水添加中の総水分量が前記排気管壁温度検出手段に
    より検出又は推定された情報に基いて、排気中の飽和蒸
    気圧から制限される許容水分添加量を超えない範囲の水
    分添加量となるように水供給手段を作動させる水添加制
    御手段、を備えたことを特徴とする内燃機関のNOx浄
    化装置。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の内燃機関のNOx浄化装
    置において、 前記水添加制御手段が、前記内燃機関の運転状態に応じ
    た排気ガス流量、排気圧及び排気管壁温度に応じた飽和
    蒸気圧に基づく水分量と、排気ガス中に予め含まれる水
    分量及び尿素水添加による水分量とから許容水分添加量
    を求めることを特徴とする。
  6. 【請求項6】請求項4又は請求項5に記載の内燃機関の
    NOx浄化装置において、 前記水添加制御手段が、前記内燃機関の運転状態に応じ
    た排気ガス流量、排気ガス比熱、及び必要温度低下量と
    に基づく必要低下熱量と、水の蒸発熱量とから要求水分
    添加量を求め、前記要求水分添加量及び前記許容水分添
    加量の少ない方に対応する水添加量だけ供給することを
    特徴とする。
JP2002102568A 2002-04-04 2002-04-04 内燃機関のNOx浄化装置 Expired - Fee Related JP3945291B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002102568A JP3945291B2 (ja) 2002-04-04 2002-04-04 内燃機関のNOx浄化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002102568A JP3945291B2 (ja) 2002-04-04 2002-04-04 内燃機関のNOx浄化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003293736A true JP2003293736A (ja) 2003-10-15
JP3945291B2 JP3945291B2 (ja) 2007-07-18

Family

ID=29242302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002102568A Expired - Fee Related JP3945291B2 (ja) 2002-04-04 2002-04-04 内燃機関のNOx浄化装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3945291B2 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007108169A1 (ja) * 2006-03-23 2007-09-27 Nissan Diesel Motor Co., Ltd. エンジンの排気浄化装置
WO2009004935A1 (ja) * 2007-07-04 2009-01-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 内燃機関の排気浄化システム
JP2010071227A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Mazda Motor Corp エンジンの排気浄化装置
US7987662B2 (en) 2007-10-31 2011-08-02 Ford Global Technologies, Llc Composition and method for controlling excessive exhaust gas temperatures
JP2015110921A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 いすゞ自動車株式会社 排気浄化装置
JP2015110920A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 いすゞ自動車株式会社 排気浄化装置
JP2016160830A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置
US10036295B2 (en) 2015-05-27 2018-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Aqueous urea solution supply device and aqueous urea solution supply method for internal combustion engine

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007255285A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Nissan Diesel Motor Co Ltd エンジンの排気浄化装置
WO2007108169A1 (ja) * 2006-03-23 2007-09-27 Nissan Diesel Motor Co., Ltd. エンジンの排気浄化装置
US8371111B2 (en) 2007-07-04 2013-02-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification system for internal combustion engine
WO2009004935A1 (ja) * 2007-07-04 2009-01-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 内燃機関の排気浄化システム
EP2172628A1 (en) * 2007-07-04 2010-04-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purification system for internal combustion engine
EP2172628A4 (en) * 2007-07-04 2010-07-21 Toyota Motor Co Ltd EXHAUST GAS CLEANING SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE
JPWO2009004935A1 (ja) * 2007-07-04 2010-08-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
US7987662B2 (en) 2007-10-31 2011-08-02 Ford Global Technologies, Llc Composition and method for controlling excessive exhaust gas temperatures
JP2010071227A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Mazda Motor Corp エンジンの排気浄化装置
JP2015110921A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 いすゞ自動車株式会社 排気浄化装置
JP2015110920A (ja) * 2013-12-06 2015-06-18 いすゞ自動車株式会社 排気浄化装置
JP2016160830A (ja) * 2015-03-02 2016-09-05 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置
US10036295B2 (en) 2015-05-27 2018-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Aqueous urea solution supply device and aqueous urea solution supply method for internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
JP3945291B2 (ja) 2007-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100490813B1 (ko) 내연 기관의 NOx 정화 장치
EP2918805B1 (en) Exhaust gas purification device for internal-combustion engine
CN101646846B (zh) 氨氧化催化剂中的n2o生成量推定方法以及内燃机的排气净化系统
JP4470987B2 (ja) 還元剤の噴射制御装置
JP4114425B2 (ja) エンジン制御装置
JP4114389B2 (ja) 排気浄化装置
JP4075440B2 (ja) 内燃機関のNOx浄化装置
CN101994556B (zh) 用于控制选择性催化还原系统的系统和方法
JP2008157136A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP5861920B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2008303821A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
US8409536B2 (en) Exhaust gas purification apparatus of an internal combustion engine
JP5975320B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2003293739A (ja) 内燃機関のNOx浄化装置
JP3956738B2 (ja) 内燃機関のNOx浄化装置
US8789358B2 (en) Selective catalytic reduction catalyst ammonia storage control systems and methods
JP4114382B2 (ja) 内燃機関のNOx浄化装置
JP2003293736A (ja) 内燃機関のNOx浄化装置
JP2003293735A (ja) 内燃機関のNOx浄化装置
JP2003293738A (ja) 内燃機関のNOx浄化装置
US9745877B2 (en) Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine
JP2003328724A (ja) 内燃機関の排気ガス浄化装置
US20090133389A1 (en) Exhaust emission control device
JP4261393B2 (ja) 排気浄化装置の制御方法
JP5610956B2 (ja) 排ガス浄化装置の制御方法および制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040922

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070320

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070320

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070402

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100420

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110420

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120420

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130420

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140420

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees