JP2006022729A - 排気浄化装置の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＮＯｘ還元触媒の還元剤吸着量を最適な状態にする。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の排気経路５に組み込んだＮＯｘ還元触媒６の上流側へ添加ノズル７により尿素水Ｕを噴射し、排気Ｇに含まれているＮＯｘの還元浄化を図る場合に、ＮＯｘ還元触媒６のアンモニア飽和吸着量曲線を低温側へ移行させた目標吸着量曲線を設定したうえ、触媒温度に対応するアンモニアの目標吸着量を算定し、ＮＯｘ還元触媒６へのアンモニアの実吸着量を求め、更に、ＮＯｘ還元触媒６の上流側へ添加すべき尿素水Ｕの量を、実吸着量が目標吸着量に達したときに減らし且つ実吸着量が目標吸着量を下回ったときに増やして、アンモニアの脱離を防止しながらアンモニアの吸着量を確保し、尿素水Ｕの節約を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は排気浄化装置の制御方法に関するものである。
酸素共存状態であっても選択的に窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元剤と反応可能な選択還元触媒（ＮＯｘ還元触媒）を車両用ディーゼルエンジンの排気経路に組み込み、アンモニアよりも取り扱いが容易な尿素水を還元剤に用いてＮＯｘ排出濃度の低減を図るようにした排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
このような排気浄化装置は、ＮＯｘ還元触媒の上流側へ尿素水を添加するためのノズル（還元剤添加手段）を備え、触媒温度が約２００℃を上回る状態で尿素水を添加すると、当該尿素水がアンモニアと二酸化炭素に分解し、次いで、ＮＯｘ還元触媒とアンモニアにより排気に含まれているＮＯｘが還元処理される。
また、余剰のアンモニアはＮＯｘ還元触媒に一旦吸着した後、ＮＯｘの還元処理に寄与する。
特開２００２ー１６１７３２号公報 特表２００２−５１３１１０号公報
しかしながら今までは、ＮＯｘ還元触媒の還元剤吸着量が最適な状態となるようにすることは考慮されていなかった。
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、ＮＯｘ還元触媒の還元剤吸着量を最適な状態にすることを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、エンジン排気経路に組み込んであるＮＯｘ還元触媒の上流側へ還元剤を添加して排気中のＮＯｘの還元浄化を図るのにあたり、触媒温度とＮＯｘ還元触媒への還元剤の飽和吸着量の関係を表わす飽和吸着量曲線を低温側へ移行させた目標吸着量曲線を設定したうえ、触媒温度に対応する還元剤の目標吸着量を算定し、ＮＯｘ還元触媒への還元剤の実吸着量を求め、ＮＯｘ還元触媒の上流側への還元剤の添加量を、実吸着量が目標吸着量に達したときに減らし、実吸着量が目標吸着量を下回ったときに増やす。
これに加えて、触媒入口温度、触媒出口温度、外気温度、吸入空気量、及びＮＯｘ還元触媒の熱容量に基づき所定時間後の触媒予測温度を求め、この触媒予測温度から目標吸着量曲線の移行量を補正する。
本発明においては、実吸着量が目標吸着量に達したときに、ＮＯｘ還元触媒の上流側への還元剤の添加量を減らして、当該還元剤の節約を図る。
また、実吸着量が目標吸着量を下回ったときに、ＮＯｘ還元触媒の上流側への還元剤の添加量を増やして、ＮＯｘの還元に対処しつつＮＯｘ還元触媒への還元剤の吸着量を確保する。
更に、目標吸着量曲線の移行量を触媒予測温度に基づき補正し、還元剤の添加量の尺度となる目標吸着量を変更する。
本発明の排気浄化装置の制御方法によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
（１）ＮＯｘ還元触媒上流側へ添加すべき還元剤の量を、ＮＯｘ還元触媒への還元剤の実吸着量が目標吸着量に達したときに減らすので、ＮＯｘ還元触媒への還元剤の吸着量を確保でき、排気に含まれるＮＯｘが急に多くなった場合も当該ＮＯｘを速やかに且つ確実に還元処理することができ、還元剤の節約も図れる。
（２）ＮＯｘ還元触媒上流側へ添加すべき還元剤の量を、ＮＯｘ還元触媒への還元剤の実吸着量が目標吸着量を下回ったときに増やすので、ＮＯｘの還元処理と並行してＮＯｘ還元触媒への還元剤の吸着量を確保でき、排気に含まれるＮＯｘが更に多くなった場合も当該ＮＯｘを速やかに且つ確実に還元処理することができる。
（３）ＮＯｘ還元触媒への還元剤の実吸着量が目標吸着量に見合うようしているので、還元剤吸着量が飽和吸着量に到達せず、還元剤がＮＯｘ還元触媒から脱離することがない。
（４）目標吸着量を触媒予測温度に応じて変更するので、還元剤の添加量を適切に管理することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１乃至図４は本発明の実施の形態の一例を示すもので、ディーゼルエンジン１の排気マニホールド２からターボチャージャ３のタービン４を経た排気Ｇが流通する排気経路５に組み込んだＮＯｘ還元触媒６と、該ＮＯｘ還元触媒６の上流側で排気Ｇに対して尿素水Ｕを噴霧する添加ノズル７と、制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）８とを備えている。
排気経路５には、ＮＯｘ濃度センサ９が添加ノズル７よりも上流側に位置するように、また、温度センサ１０がＮＯｘ還元触媒６入口に位置するように、更に、温度センサ１１及びＮＯｘ濃度センサ１２がＮＯｘ還元触媒６出口に位置するように組み込んである。
エアクリーナ１３からターボチャージャ３のコンプレッサ１４へ至る吸気経路１５には、空気Ａの流量を検出するエアフローセンサ１６が組み込んである。
添加ノズル７には、タンク１７に貯留してある尿素水Ｕを吸引送出するポンプ１８が、電磁弁１９を介して接続されている。
制御ユニット８は、ＮＯｘ濃度センサ９で得た添加ノズル７上流側のＮＯｘ濃度、温度センサ１０で得た触媒入口側温度、温度センサ１１で得た触媒出口側温度、ＮＯｘ濃度センサ１２で得たＮＯｘ還元触媒６下流側のＮＯｘ濃度、エアフローセンサ１６で得た空気Ａの流量（吸入空気量）、温度センサ２０で得た外気温度、エンジン回転数、及び燃料噴射量などに基づき、添加ノズル７によってＮＯｘ還元触媒６上流側へ噴射すべき尿素水Ｕの量を算出する基本機能Ｐと、ＮＯｘ還元触媒６へのアンモニアの実吸着量を算出する吸着量演算機能Ｑと、当該アンモニアの実吸着量に応じてＮＯｘ還元触媒６上流側へ添加すべき尿素水Ｕの量を増減し得る尿素水添加機能Ｒ、並びにアンモニア脱離防止機能Ｓとを具備している。
吸着量演算機能Ｑは、添加ノズル７上流側とＮＯｘ還元触媒６下流側のＮＯｘ濃度の差から算出したＮＯｘ低減濃度、並びに吸入空気量と燃料噴射量から関数式により算出した排気流量に基づいて低減ＮＯｘ流量を求め、マップよりエンジン回転数と燃料噴射量からＨＣ値とＣＯ値を算出して低減ＮＯｘ流量を補正したうえ、これを元に尿素水Ｕの消費量を算出し、更に、尿素水Ｕの消費量を基本機能Ｐで得た尿素水Ｕの噴射量から差し引き、この値を積算してＮＯｘ還元触媒６へのアンモニアの実吸着量とするように構成してある。
尿素水添加機能Ｒは、触媒温度とＮＯｘ還元触媒６へのアンモニアの飽和吸着量の関係を表わす飽和吸着量曲線を、低温側（例えば、２０℃低い位置）へ移行させた目標吸着量曲線を設定し（図３参照）、触媒温度に対応するＮＯｘ還元触媒６へのアンモニアの目標吸着量を算定したうえ、吸着量演算機能Ｑにより得たアンモニアの実吸着量が目標吸着量を下回った際に、基本機能Ｐで算出したＮＯｘ還元触媒６上流側へ添加すべき尿素水Ｕの量を増やすように構成してある。
アンモニア脱離防止機能Ｓは、尿素水添加機能Ｒと同様な手順を経て、触媒温度に対応するＮＯｘ還元触媒６へのアンモニアの目標吸着量を算定したうえ、吸着量演算機能Ｑにより得たアンモニアの吸着量が増加して目標吸着量に達した際に、基本機能Ｐで算出したＮＯｘ還元触媒６上流側へ添加すべき尿素水Ｕの量を減らすように構成してある。
また、尿素水添加機能Ｒ、及びアンモニア脱離防止機能Ｓのいずれも、触媒入口温度、触媒出口温度、外気温度、吸入空気量、及びＮＯｘ還元触媒６の熱容量などに基づいて、所定時間後（例えば２０秒後、６０秒後、１５分後というような３点）の触媒予測温度を求め、これら触媒予測温度が目標吸着量曲線よりも低温側へ外れている場合には、３点の触媒予測温度のうちの最も高い値に合わせて目標吸着量曲線を低温側へ移行させるように構成してあり尿素水Ｕの噴射量を適切に管理することができる。
つまり、触媒温度が２００℃で且つＮＯｘ還元触媒６にアンモニアが吸着されていない状態Ｔ０である場合は、尿素水添加機能Ｒにより添加ノズル７からの尿素水Ｕの噴射量が最適等量を上回るＶ１まで増やされ、ＮＯｘの還元処理と並行してＮＯｘ還元触媒６へのアンモニア吸着量が目標吸着量曲線に即したＴ１に近付くことになる。
このアンモニア吸着量は飽和吸着量に到達しないので、アンモニアがＮＯｘ還元触媒６から脱離することはない。
すなわち、目標吸着量曲線は、あらゆる運転パターンの温度上昇によっても飽和吸着量に到達しないように設定される。
次いで、ＮＯｘ還元触媒６のアンモニア吸着量がＴ１に達すると、アンモニア脱離防止機能Ｓにより添加ノズル７からの尿素水Ｕの噴射量が最適等量のＶ２まで減らされる。
しかしながら、添加ノズル７による尿素水の噴射は継続されるので、ＮＯｘ還元触媒６へのアンモニア吸着量を確保でき、排気Ｇに含まれるＮＯｘが急に多くなった場合も当該ＮＯｘを速やかに且つ確実に還元処理することができる。
触媒温度が２００℃から２５０℃まで上がると、アンモニア脱離防止機能Ｓにより添加ノズル７からの尿素水Ｕの噴射量が最適等量を下回るＶ３に減らされ、ＮＯｘ還元触媒６へのアンモニア吸着量が目標吸着量曲線に即したＴ２に近付くことになる。
更に、ＮＯｘ還元触媒６へのアンモニア吸着量がＴ２を下回ると、尿素水添加機能Ｒにより添加ノズル７からの尿素水Ｕの噴射量が最適等量に応じたＶ４まで増やされ、ＮＯｘへのアンモニア吸着量が目標吸着量曲線に即して補充されることになる。
なお、本発明の排気浄化装置の制御方法は、上述した実施の形態だけに特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
本発明の排気浄化装置の制御方法は、様々な車種に適用できる。
本発明の対象となる排気浄化装置の一例を示す概念図である。 図１における制御ユニットのブロック図である。 ＮＯｘ還元触媒へのアンモニアの飽和吸着量と目標吸着量の関係を示す線図である。 ＮＯｘ還元触媒のアンモニア吸着量と尿素水噴射量等量比の関係を示す線図である。
符号の説明
１ ディーゼルエンジン
５ 排気経路
６ ＮＯｘ還元触媒
Ｇ 排気
Ｕ 尿素水（還元剤）

Claims (2)

  1. エンジン排気経路に組み込んであるＮＯｘ還元触媒の上流側へ還元剤を添加し、排気中のＮＯｘの還元浄化を図る排気浄化装置の制御方法であって、触媒温度とＮＯｘ還元触媒への還元剤の飽和吸着量の関係を表わす飽和吸着量曲線を低温側へ移行させた目標吸着量曲線を設定したうえ、触媒温度に対応する還元剤の目標吸着量を算定し、ＮＯｘ還元触媒への還元剤の実吸着量を求め、ＮＯｘ還元触媒の上流側への還元剤の添加量を、実吸着量が目標吸着量に達したときに減らし、実吸着量が目標吸着量を下回ったときに増やすことを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
  2. 触媒入口温度、触媒出口温度、外気温度、吸入空気量、及びＮＯｘ還元触媒の熱容量に基づき所定時間後の触媒予測温度を求め、この触媒予測温度から目標吸着量曲線の移行量を補正する請求項１に記載の排気浄化装置の制御方法。
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