JP2006057575A - 排気浄化装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤が有効に働くよう還元剤の添加を制御した排気浄化装置の制御方法を提供する。
【解決手段】排気管９の途中に選択還元型触媒１０を装備し且つ選択還元型触媒１０の上流側に還元剤添加手段１８により還元剤１７を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、還元剤添加手段１８の添加を駆動信号のパルス幅とサイクル時間の変更によって制御し、
選択還元型触媒１０に対して吸着可能な還元剤１７の量に余裕がある場合には、駆動信号のパルス幅を増やして還元剤添加手段１８の最終指示添加量を先にまとめて添加する。
【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。

従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。

他方、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ₃）を用いてＮＯxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られているところであるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用することが研究されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平１１−３１９４９０号公報 特開２００２−２５０２２０号公報

即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約１７０℃以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還元型触媒上で排出ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。

また、このように尿素水を添加する際には、尿素水の添加量が過剰となって反応に寄与しない余剰のアンモニアが車外へ排出されてしまうことを防止するために、アンモニアの車外への排出を抑制し得る範囲内で尿素水を一定量で添加することが考えられている。ここで、尿素水を一定量で添加する際には、図８に示す如く、尿素水を添加する添加手段の駆動信号を一定のパルス幅にして、尿素水の添加の制御指示を一定にし、合わせてＮＯxの低減率をおよそ均一にしている。

しかしながら、このように尿素水の添加を行うと、選択還元型触媒に対して吸着可能な還元剤の量に余裕がある場合であっても、尿素水を一定量で添加するため、ＮＯxの低減率を向上させることができないという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、還元剤の添加を好適にする排気浄化装置の制御方法を提供することを目的としている。

本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、還元剤添加手段の添加を駆動信号のパルス幅とサイクル時間の変更によって制御し、
前記選択還元型触媒に対して吸着可能な還元剤の量に余裕がある場合には、駆動信号のパルス幅を増やして還元剤添加手段の最終指示添加量を先にまとめて添加することを特徴とするものである。

また、本発明において、還元剤添加手段により還元剤を添加する際には、吸着可能な還元剤の量に応じて制御倍率を算出し、別に算出された指示添加量に前記制御倍率を掛けて還元剤添加手段の最終指示添加量を決定することが好ましい。

更に、本発明において、還元剤添加手段により還元剤を添加する際には、吸着可能な還元剤の量に応じて制御倍率を算出し、前記制御倍率から１を引いた数を駆動信号のサイクル時間に掛けて還元剤の指示添加量がゼロの時間を決定し、還元剤添加手段の添加の間隔を空けることが好ましい。

而して、このようにすれば、選択還元型触媒に対して吸着可能な還元剤の量に余裕がある場合には、駆動信号のパルス幅を増やして還元剤添加手段の最終指示添加量を先にまとめて添加するので、還元剤の総添加量を変えることなく、還元剤が有効に働くよう還元剤の添加を制御してＮＯxの低減率を向上させることができる。

また、還元剤添加手段により還元剤を添加する際には、吸着可能な還元剤の量に応じて制御倍率を算出し、別に算出された指示添加量に前記制御倍率を掛けて還元剤添加手段の最終指示添加量を決定すると、容易且つ好適に還元剤添加手段の最終指示添加量を先にまとめて添加するので、一層、還元剤が有効に働くよう還元剤の添加を制御してＮＯxの低減率を向上させることができる。

更に、還元剤添加手段により還元剤を添加する際には、吸着可能な還元剤の量に応じて制御倍率を算出し、前記制御倍率から１を引いた数を駆動信号のサイクル時間に掛けて還元剤の指示添加量がゼロの時間を決定し、還元剤添加手段の添加の間隔を空けると、容易且つ好適に還元剤添加手段の添加の間隔を調整するので、一層、還元剤をＮＯxの還元浄化反応に効率良く使用することができる。

上記した本発明の排気浄化装置の制御方法によれば、還元剤の総添加量を変えることなく、還元剤が有効に働くよう還元剤の添加を制御してＮＯxの低減率を向上させることができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図７は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はディーゼル機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン１では、ターボチャージャ２が備えられており、エアクリーナ３から導いた空気４が吸気管５を介し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された空気４が更にインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から図示しないインテークマニホールドへと空気４が導かれてエンジン１の各シリンダに導入されるようにしてある。

また、このエンジン１の各シリンダから排出された排出ガス７がエキゾーストマニホールド８を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排出ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてある。

そして、排出ガス７が流通する排気管９の途中には、選択還元型触媒１０がケーシング１１により抱持されて装備されており、この選択還元型触媒１０は、図２に示す如きフロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応させ得るような性質を有している。

更に、ケーシング１１の上流側に噴射ノズル１２付き尿素水噴射弁１３が設置され、該尿素水噴射弁１３と所要場所に設けた尿素水タンク１４との間が尿素水供給ライン１５により接続されており、該尿素水供給ライン１５の途中に装備した供給ポンプ１６の駆動により尿素水タンク１４内の尿素水１７（還元剤）を尿素水噴射弁１３を介し選択還元型触媒１０の上流側に添加し得るようになっていて、これら尿素水噴射弁１３と尿素水タンク１４と尿素水供給ライン１５と供給ポンプ１６とにより尿素水添加手段１８（還元剤添加手段）が構成されている。

また、前記エンジン１には、その機関回転数を検出する回転センサ１９が装備されており、該回転センサ１９からの回転数信号１９ａと、アクセルセンサ２０（アクセルペダルの踏み込み角度を検出するセンサ）からの負荷信号２０ａとがエンジン制御装置２１（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に入力されるようになっている。

このエンジン制御装置２１においては、エンジン１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置２２に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号２２ａが出力されるようになっており、前述した回転センサ１９からの回転数信号１９ａと、アクセルセンサ２０からの負荷信号２０ａとから判断される現在の運転状態に基づき適切な燃料噴射制御が実行されるようになっている。

即ち、前記燃料噴射装置２２は、各気筒毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が燃料噴射信号２２ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量が適切に制御されるようになっている。

他方、前記エンジン制御装置２１とは別に設けられたＮＯx浄化制御装置２３（制御装置）には、エンジン制御装置２１より、回転センサ１９からの回転数信号１９ａと、アクセルセンサ２０からの負荷信号２０ａが遣り取りされるようになっており、同時に、選択還元型触媒１０の入口側に配設された温度センサ２４からの検出信号２４ａが入力される共に、前記尿素水噴射弁１３に対し開弁指令信号１３ａが出力され、且つ供給ポンプ１６に対し駆動指令信号１６ａが出力されるようになっている。

また、このＮＯx浄化制御装置２３は、開弁指令信号１３ａ及び駆動指令信号１６ａを出力する制御指示を、駆動信号のパルス幅とサイクル時間を変更するパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により処理しており、選択還元型触媒１０に対して吸着可能な尿素水１７の量に応じて、尿素水噴射弁１３の開弁作動及び供給ポンプ１６の駆動により尿素水１７の添加量を制御している。ここで、尿素水１７の添加量を制御する際には、下記の作用で説明する図３、図４の如きフローの処理を行っている。

以下、本発明の実施の形態例の作用を説明する。

選択還元型触媒１０に対し、吸着可能な尿素水１７の量に応じて尿素水１７の添加量を制御する際には、ＮＯx浄化制御装置２３は、ステップＳ１として、選択還元型触媒１０の触媒温度を温度センサ２４で検出することにより、図５に示す飽和吸着量曲線を介し、選択還元型触媒１０へ吸着可能な尿素水１７（還元剤）の量に応じた制御倍率を求める。ここで、図５の飽和吸着量曲線において、触媒温度が低い場合には、選択還元型触媒１０へ吸着可能な尿素水１７の量に余裕がある状態（吸着可能な尿素水１７の量が多い状態）を示し、触媒温度が高い場合には、選択還元型触媒１０へ吸着可能な尿素水１７の量に余裕がない状態（吸着可能な尿素水１７の量が少ない状態）を示している。なお、図３のフロー及び図５の飽和吸着量曲線のグラフにおける吸着量とは、選択還元型触媒１０に対して吸着可能な尿素水１７（還元剤）の量を示し、図３のフローにおいて触媒温度を下限を１３０℃、上限を２５０℃にし、制御倍率の下限を１倍（ＭＩＮ１倍）から上限を５倍（ＭＡＸ５倍）にしている。また、この制御倍率は、触媒の吸着特性に合わせて任意に設定できる。

同時に、ＮＯx浄化制御装置２３は、ステップＳ２として、エンジン制御装置２１から入力された回転数信号１９ａ及び負荷信号２０ａにより、指示添加量を算出する。ここで、指示添加量は、現在の走行状態や運転操作により刻々と変化することから、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）におけるＰＷＭ周期をできり限り短くしておくことが好ましい。

制御倍率と指示添加量を算出した後には、ステップＳ３として、指示添加量に制御倍率を掛けることにより尿素水１７の最終指示添加量を決定し、制御信号のパルス幅を変更して、制御指示により開弁指令信号１３ａ及び駆動指令信号１６ａを制御し、尿素水１７の添加量に調整する。

一方で、ＮＯx浄化制御装置２３は、図４に示すフローを同時に処理しており、具体的には、ステップＳ１の場合と略同様に制御倍率を求めると共に、ステップＳ４として、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）におけるＰＷＭ周期に所定の係数を掛けることにより、尿素水１７の添加の時間を調整するサイクル時間を算出する。ここで、サイクル時間にかかる係数は、１パルスの指示に対して整数倍に変更し得るようになっている。

次に、制御倍率とサイクル時間を算出した後には、ステップＳ５として、制御倍率から１を引いた数をサイクル時間に掛けることにより、尿素水１７の指示添加量がゼロの時間を決定し、開弁指令信号１３ａ及び駆動指令信号１６ａを制御し、尿素水１７の添加の間隔を空ける。

ここで、選択還元型触媒１０に対して吸着可能な尿素水１７の量に余裕がある場合（吸着可能な尿素水１７の量が多い場合）には、図６に示す如く、駆動信号のパルス幅を増やして制御指示を変更し（制御倍率３倍を示す）、最終指示添加量を先にまとめて添加すると共に、指示添加量をゼロにする時間を増やし、尿素水１７の総添加量を変えることなく、ＮＯxの低減率を向上させる。一方、選択還元型触媒１０に対して吸着可能な尿素水１７の量に余裕がない場合（吸着可能な尿素水１７の量が少ない場合）には、図７に示す如く、駆動信号のパルス幅を図６の場合よりも減らして制御指示を変更し（制御倍率１．５倍を示す）、最終指示添加量を減らして添加すると共に、指示添加量をゼロにする時間を減らし、最終指示噴射量及び添加の間隔を全体的に分散させることにより、尿素水１７の総添加量を変えることなく、ＮＯxの低減率を適宜向上させる。

而して、このように排気浄化装置を構成すれば、選択還元型触媒１０に対して吸着可能な尿素水１７の量に余裕がある場合には、最終指示添加量を先にまとめて添加することにより、尿素水１７の総添加量を変えることなく、尿素水１７が有効に働くよう尿素水１７の添加を制御してＮＯxの低減率を向上させることができる。また、選択還元型触媒１０に対して吸着可能な尿素水１７の量に余裕がない場合には、最終指示添加量を減らして添加することにより、尿素水１７の総添加量を変えることなく、尿素水１７をＮＯxの還元浄化反応に効率良く使用し、結果的に、反応に寄与しなかった尿素水１７の余剰分がＮＯx還元触媒を通過して車外へ排出されてしまう事態を防止することができる。

尿素水添加手段１８により尿素水１７を添加する際には、吸着可能な尿素水１７の量に応じて制御倍率を算出し、別に算出された指示添加量に制御倍率を掛けて尿素水添加手段１８の最終指示添加量を決定すると、容易且つ好適に尿素水添加手段１８の最終指示添加量を先にまとめて添加するので、一層、尿素水１７が有効に働くよう尿素水１７の添加を制御してＮＯxの低減率を向上させることができる。

更に、尿素水添加手段１８により尿素水１７を添加する際には、吸着可能な尿素水１７の量に応じて制御倍率を算出し、制御倍率から１を引いた数を駆動信号のサイクル時間に掛けて尿素水１７の指示添加量がゼロの時間を決定し、尿素水添加手段１８の添加の間隔を空けると、容易且つ好適に尿素水添加手段１８の添加の間隔を調整するので、一層、尿素水１７をＮＯxの還元浄化反応に効率良く使用することができる。また、尿素水１７の添加の時間を調整するサイクル時間にかかる係数は、１パルスの指示に対して整数倍に変更し得るので、１パルスの指示に対して尿素水１７の添加が安定しない場合には、係数を２倍もしくは３倍と増やして尿素水１７の添加を安定的にすることができる。

尚、本発明の排気浄化装置の制御方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、選択還元型触媒に添加される還元剤には、軽油等の尿素水以外のものを採用しても良いこと、還元剤の添加手段には、噴射手段が好ましいが、他の手段を採用しても良いこと、温度センサは、選択還元型触媒の触媒温度を検出し得るならばどの位置でもよいこと、最終指示添加量の決定及び指示添加量ゼロの時間の決定は、図３、図４のフローチャートに示した以外の手法を用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の選択還元型触媒を部分的に切り欠いて示す斜視図である。 燃料噴射の最終指示噴射量を決定する手順を示すフローチャートである。 燃料噴射量ゼロの時間を決定する手順を示すフローチャートである。 飽和吸着量曲線を示すグラフである。 吸着可能な還元剤の量が多い場合の制御指示、駆動信号、ＮＯx低減率を示すグラフである。 吸着可能な還元剤の量が少ない場合の制御指示、駆動信号、ＮＯx低減率を示すグラフである。 従来の制御指示、駆動信号、ＮＯx低減率を示すグラフである。

符号の説明

９ 排気管
１０ 選択還元型触媒
１７ 尿素水（還元剤）
１８ 尿素水添加手段（還元剤添加手段）

Claims (3)

1. 排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還元剤添加手段により還元剤を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置であって、還元剤添加手段の添加を駆動信号のパルス幅とサイクル時間の変更によって制御し、
   前記選択還元型触媒に対して吸着可能な還元剤の量に余裕がある場合には、駆動信号のパルス幅を増やして還元剤添加手段の最終指示添加量を先にまとめて添加することを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
2. 還元剤添加手段により還元剤を添加する際には、吸着可能な還元剤の量に応じて制御倍率を算出し、別に算出された指示添加量に前記制御倍率を掛けて還元剤添加手段の最終指示添加量を決定することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の制御方法。
3. 還元剤添加手段により還元剤を添加する際には、吸着可能な還元剤の量に応じて制御倍率を算出し、前記制御倍率から１を引いた数を駆動信号のサイクル時間に掛けて還元剤の指示添加量がゼロの時間を決定し、還元剤添加手段の添加の間隔を空けることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の制御方法。

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