JP2007255345A

JP2007255345A - 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム

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Publication number: JP2007255345A
Application number: JP2006082365A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hara; 真治原
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: JP4715581B2

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に、上流側から順に、ＤＰＦ装置、選択的接触還元型触媒装置を配置し、ＤＰＦ装置が酸化触媒装置を有する排気ガス浄化システムにおいて、より正確なＮＯ₂／ＮＯｘ比に見合った適切な量のアンモニア系水溶液を供給できて、選択的接触還元型触媒装置の下流側へのＮＯｘとアンモニアの排出を抑制できる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】酸化触媒装置１３ａにおける二酸化窒素の生成量と、フィルタ装置１３ｂにおける二酸化窒素の消費量を考慮して、二酸化窒素と窒素酸化物との比を算定し、この比に基づいてアンモニア系水溶液Ｓの供給量Ｑｓを調整し、更には、二酸化窒素の生成量を、酸化触媒装置１３ａを通過する排気ガスＧの空間速度ＳＶと温度Ｔ１３ａとを考慮して算定し、二酸化窒素の消費量の算定を煤の溜め込み量Ｗｐｍを考慮して算定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気管の上流側から順に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置、選択的接触還元型触媒装置を備えた排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムに関するものである。

ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される粒子状物質（ＰＭ）とＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＤＰＦ装置）と、ＳＣＲ触媒と呼ばれる選択的接触還元型触媒を担持したＮＯｘ還元触媒装置（ＳＣＲ触媒装置）を備えた排気ガス浄化システムが使用されている。

この排気ガス浄化システムでは、アンモニアや尿素水等のアンモニア系水溶液をＳＣＲ触媒装置に供給して、ＮＯｘと反応させてＮＯｘを還元浄化している。しかし、アンモニア系水溶液の噴射量（供給量）が少ない場合は、エンジンから排出されるＮＯｘを十分に還元できず、ＮＯｘがＳＣＲ触媒装置の下流側に排出され、逆にアンモニア系水溶液の噴射量が多い場合は、消費されなかった余剰のアンモニアがＳＣＲ触媒装置の下流側に排出され、アンモニアスリップの量が増大するという問題がある。

そのため、このアンモニア系水溶液の供給量は、エンジン回転数とトルクをベースとしたＮＯｘ排出量マップから得たＮＯｘの排出量や、ＤＰＦ装置の下流側のＮＯｘセンサで測定されたＮＯｘ濃度と排気ガス流量から算定された排気ガス中のＮＯｘ量等に応じて調整制御されている。

このような排気ガス浄化システムの例として、ＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化率を向上させると共に、アンモニアスリップをも防止することを目指して、排気系における粒子状物質低減装置（ＤＰＦ装置）の後段にＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒装置）を配置し、粒子状物質低減装置の出口温度に基づいてＮＯ（一酸化窒素）／ＮＯ₂（二酸化窒素）の割合を算定し、その値に基づいてＮＯｘ触媒に供給する尿素の量を制御するディーゼルエンジン用排ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

このＮＯ／ＮＯ₂の割合に基づいて尿素の供給量を制御する理由は、次のようなものである。ＮＯ，ＮＯ₂とＮＨ₃（アンモニア）との反応は、最近は、次のような反応で行われることが分かってきている。

反応し易くその反応速度が早いことが知られている、ＮＯ＋ＮＯ₂＋２ＮＨ₃→２Ｎ₂＋２Ｈ₂Ｏの反応で、ＮＯ₂とＮＯがＮＨ₃と反応する場合は、１モルのＮＯ₂と１モルのＮＯが２モルのＮＨ₃と反応する。即ち、ＮＯｘとＮＨ₃は等モルで反応する。また、４ＮＯ＋４ＮＨ₃＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏの反応で、ＮＯのみがＮＨ₃と反応する場合もＮＯはＮＨ₃と等モルで反応する。一方、６ＮＯ₂＋８ＮＨ₃→７Ｎ₂＋１２Ｈ₂Ｏの反応で、ＮＯ₂のみがＮＨ₃と反応する場合は、等モルの反応ではなく、ＮＨ₃がＮＯ₂の１．３３倍必要となる。このことからＮＯ₂がＮＯより多く発生する場合には、その多い分のＮＯ₂が１．３３倍のＮＨ₃を必要とする。そのため、ＮＯｘ中のＮＯ₂の比率がＮＯの比率を超える場合には、尿素の量を増加する制御が必要となる。

しかしながら、このＤＰＦ装置とＳＣＲ触媒装置とを備えた排気ガス浄化システムにおいては、ＤＰＦ装置が酸化触媒装置を有している場合には、ＮＯが酸化されてＮＯ₂になるというＮＯ₂生成と、ＤＰＦ装置のフィルタに捕集された煤（粒子状物質：ＰＭ）とＮＯ₂との反応によるＮＯ₂消費とがある。

このＮＯ₂生成では、エンジンから排出されるＮＯの一部が酸化触媒によりＮＯ₂に変換されるが、この化学反応の反応速度の関係から、酸化触媒との接触時間に関係する排気ガスの空間速度（ＳＶ）の影響と酸化触媒の温度の影響を受ける。また、このＮＯ₂消費では、ＮＯ₂の酸化力が強いため、ＮＯ₂が低温度域であっても、フィルタに堆積した煤と、Ｃ＋２ＮＯ₂→ＣＯ＋２ＮＯ₂の反応で反応し、ＮＯに戻るが、この時のＮＯ₂の消費率、即ち、ＮＯへの変化率は、図１０に示すように煤の溜め込み量（堆積量）と強い関係がある。従って、この酸化触媒によるＮＯ₂生成とフィルタのよるＮＯ₂の消費量を考慮に入れることにより、より適切なアンモニア系水溶液の供給量の調整が可能となる。
特開２００２−２５０２２０号公報

本発明の目的は、内燃機関の排気通路に、上流側から順に、ＤＰＦ装置、選択的接触還元型触媒装置（ＳＣＲ触媒装置）を配置し、ＤＰＦ装置が酸化触媒装置を有している排気ガス浄化システムにおいて、酸化触媒装置におけるＮＯ₂生成量と、ＤＰＦにおけるＮＯ₂の消費量を考慮して、より正確なＮＯ₂／ＮＯｘ比を算定し、このＮＯ₂／ＮＯｘ比に見合った適切な量のアンモニア系水溶液を供給できて、選択的接触還元型触媒装置の下流側へのＮＯｘとアンモニアの排出を減少することができる排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に上流側から順に、排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのＤＰＦ装置（ディーゼルパティキュレートフィルタ装置）と、ＮＯｘを浄化するための選択的接触還元型触媒装置を配設し、前記選択的接触還元型触媒装置にアンモニア系水溶液を供給する水溶液供給装置を、前記ＤＰＦ装置の下流側でかつ前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に配設すると共に、前記アンモニア系水溶液の供給量を調整する水溶液供給量調整手段を備え、更に、前記ＤＰＦ装置を上流側の酸化触媒装置と下流側のフィルタ装置とを有して構成した排気ガス浄化システムの制御方法において、前記酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量と、前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量を考慮して、二酸化窒素と窒素酸化物との比を算定し、この比に基づいて前記アンモニア系水溶液の供給量を調整することを特徴とする。

また、上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、前記酸化触媒装置における二酸化窒素と窒素酸化物との比の算定を、前記酸化触媒装置を通過する排気ガスの空間速度と排気ガスの温度とを考慮して算定することを特徴とする。

更に、上記の排気ガス浄化システムの制御方法において、前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量の算定を、前記フィルタ装置における煤の溜め込み量を考慮して算定することを特徴とする。

そして、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側から順に、排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのＤＰＦ装置と、ＮＯｘを浄化するための選択的接触還元型触媒装置を配設し、前記選択的接触還元型触媒装置にアンモニア系水溶液を供給する水溶液供給装置を、前記ＤＰＦ装置の下流側でかつ前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に配設すると共に、前記アンモニア系水溶液の供給量を調整する水溶液供給量調整手段を備え、更に、前記ＤＰＦ装置を上流側の酸化触媒装置と下流側のフィルタ装置とを有して構成した排気ガス浄化システムにおいて、前記水溶液供給量調整手段が、前記酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量と、前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量を考慮して、二酸化窒素と窒素酸化物との比を算定し、この比に基づいて前記アンモニア系水溶液の供給量を調整するように構成される。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記水溶液供給量調整手段が、前記酸化触媒装置における二酸化窒素と窒素酸化物との比の算定を、前記酸化触媒装置を通過する排気ガスの空間速度と排気ガスの温度とを考慮して算定するように構成される。

更に、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量の算定を、前記フィルタ装置における煤の溜め込み量を考慮して算定するように構成される。

本発明の排気ガス浄化システムの制御方法によれば、内燃機関の排気通路に上流側から順に、ＤＰＦ装置、選択的接触還元型触媒装置（ＳＣＲ触媒装置）を配置し、ＤＰＦ装置が酸化触媒装置を有している排気ガス浄化システムにおいて、酸化触媒装置によるＮＯ₂の生成量と、ＤＰＦの煤の溜め込み量に応じたＮＯ₂の消費量を考慮することにより、より正確なＮＯ₂／ＮＯｘ比を算定し、これに対応した供給量でアンモニア系水溶液を供給するので、適切な量のアンモニア系水溶液を供給でき、選択的接触還元型触媒装置の下流側へのＮＯｘとアンモニアの排出を減少することができる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、ＮＯｘの還元剤として、アンモニア系水溶液の内の安全性の高い尿素水を例にして説明するが、安全対策が取られていれば、アンモニア、アンモニア水等の他のアンモニア系水溶液でもよい。

図１に示すように、この排気ガス浄化システム１は、エンジン（ディーゼルエンジン）１１の排気通路１２に、上流側からディーゼルパティキュレートフィルタ装置（以下、ＤＰＦ装置）１３、選択的接触還元型触媒装置（以下、ＳＣＲ触媒装置）１４、下流側酸化触媒装置１５を設けて構成される。この排気ガス浄化システム１では、上流側のＤＰＦ装置１３により、排気ガス中の煤（粒子状物質；ＰＭ）を捕集する。このＤＰＦ装置１３は、上流側酸化触媒装置（ＤＯＣ）１３ａとフィルタ装置（Ｆ）１３ｂとを有して形成される。

この上流側酸化触媒装置１３ａは、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成する。また、フィルタ装置１３ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタ等で形成され、ウオールフロータイプのフィルタでは多孔質のセラミックの壁で排気ガス中のＰＭが捕集される。なお、煤の燃焼を促進するために、このフィルタの部分に白金や酸化セリウム等の触媒を担持させる場合もある。また、このＤＰＦ装置１３の煤の溜め込み量（堆積量）を推定するために、ＤＰＦ装置１３の前後に接続された導通管に差圧センサ１３ｃが設けられる。

そして、ＳＣＲ触媒装置１４は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造の担持体（触媒構造体）に、チタニア−バナジウム、ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。また、下流側酸化触媒装置１５は、多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、白金等の酸化触媒を担持させて形成する。

更に、ＤＰＦ装置１３の下流側で、ＳＣＲ触媒装置１４の上流側の排気通路１２に水溶液供給装置としての尿素水噴射弁２１を設ける。また、上流側酸化触媒装置１３ａの上流側に第１排気ガス温度センサ３１を、ＳＣＲ触媒装置１４の入口側に第２排気ガス温度センサ３２を、ＳＣＲ触媒装置１４の出口側に第３排気ガス温度センサ３３をそれぞれ設ける。

そして、酸素過剰の雰囲気で、ＳＣＲ触媒装置１４上流側で排気通路１２内に尿素水Ｓを尿素水噴射弁２１から排気ガスＧ中に噴射する。この尿素水Ｓ中の尿素は加水分解によりアンモニアに分解する。この尿素水Ｓから発生するアンモニアをＳＣＲ触媒装置１４に供給して、排気ガスＧ中のＮＯｘに対してアンモニアと選択的に接触及び反応させることにより、ＮＯｘを窒素に還元して浄化する。この尿素水Ｓは、尿素水タンク２２から供給され、水溶液供給量調整手段である尿素水噴射制御装置（コントロールユニット）２３により、その供給量の調整と排気通路１２内への噴射が行われる。

また、尿素水Ｓの供給量がＳＣＲ触媒装置１４で消費される量より多くなった場合に、消費されずにＳＣＲ触媒装置１４から流出してくるアンモニアを、下流側酸化触媒装置１５で酸化して、大気中に放出されるアンモニアを大幅に減少させる。これにより、大気中へのアンモニアの放出（アンモニアスリップ）を抑制する。この排気ガス浄化システム１で排気ガスＧを浄化し、浄化された排気ガスＧｃを大気中に放出する。

次に、上記の構成の排気ガス浄化システム１の制御について説明する。この排気ガス浄化システム１では、通常、尿素水噴射制御装置２３がエンジン１１の運転制御を行う制御装置（エンジンコントロールユニット：ＥＣＵ）３０に設けられる。この尿素水噴射制御装置２３は、尿素水Ｓの供給量Ｑｓの算定と調整を行う供給量調整装置（水溶液供給量調整手段：ＥＣＵ：Electric Control Unit ）２３Ａと、尿素水噴射弁２１を制御して尿素水噴射を行う噴射弁制御装置（噴射弁制御手段：ＤＣＵ）２３Ｂとから構成されている。この尿素水噴射制御装置２３は、制御装置３０からのエンジン運転状況のデータ（エンジン回転数、燃料流量等）を入力して、尿素水の噴射量Ｑｓの算定と尿素水噴射を行う。

この尿素水Ｓの噴射量Ｑｓの算定に関して、エンジン１１から排出されるＮＯｘ排出量Ｗｎを予め測定し、この測定結果を基に、ＮＯｘ排出量マップＭｎを用意して供給量調整装置２３Ａに記憶させておく。そして、エンジン１１の運転状態からＮＯｘ排出量マップＭｎを参照してＮＯｘ排出量Ｗｎを算定し、この算定されたＮＯｘ排出量Ｗｎに、上流側酸化触媒装置１３ａによるＮＯ₂生成量と、フィルタ装置１３ｂによるＮＯ₂消費量の補正を行い、より正確なＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ２を算定し、この比Ｒ２に対応する尿素水Ｓの噴射量Ｑｓを算定し、この算定された噴射量Ｑｓになるように尿素水Ｓを噴射する。

この制御は、図２に示すような制御フローチャートに従う制御で行うことができる。この図２の制御フローは、エンジン１１の運転が開始されると、メインのエンジン等を制御する上級の制御フローから呼ばれてスタートし、実行された後、リターンしてこの上級の制御フローに戻り、再び、この上級の制御フローに呼ばれることを繰り返すものとして示してある。

この図２の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、エンジン１１から排出されるＮＯｘ排出量（重量）Ｗｎを算定する。次のステップＳ１２でこのＮＯｘ排出量（重量）ＷｎのＮＯｘを浄化するための尿素水の基準噴射量Ｑｓａを等モル反応として算定する。次のステップＳ１３で、上流側酸化触媒装置１３ａを通過した後の、この上流側酸化触媒装置１３ａにおけるＮＯｘの生成量を考慮した排気ガスのＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ１を、空間速度ＳＶと上流側酸化触媒装置１３ａの入口排気ガス温度Ｔ１３ａとから算定する。次のステップＳ１４でフィルタ装置１３ｂに堆積した煤によるＮＯ₂の消費量を考慮したＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ２を算定する。

そして、次のステップＳ１５でＮＯ₂がＮＯよりも多いか否かを判定する。この判定で、ＮＯ₂がＮＯよりも多い場合には、尿素水Ｓの基準噴射量Ｑｓａを補正する必要があるので、ステップＳ１６でＮＯ₂のＮＯよりも過剰分ΔＷｎｏ２を算定し、ステップＳ１７でこの過剰分ΔＷｎｏ２から尿素水Ｓの増量分ΔＱｓを算定し、ステップＳ１２で算定した基準噴射量Ｑｓａに加えて噴射量Ｑｓを算定し、ステップＳ１９に行く。一方、ステップＳ１５の判定で、ＮＯ₂がＮＯよりも多くない場合には、ステップＳ１２で算定した基準噴射量Ｑｓａを補正する必要がないので、そのまま、ステップＳ１８で、基準噴射量Ｑｓａを尿素水Ｓの噴射量Ｑｓにして（Ｑｓ＝Ｑｓａ）、ステップＳ１９に行く。このステップＳ１９では、算定した噴射量Ｑｓで尿素水Ｓの噴射を所定の時間（ステップＳ１５の判定のインターバルに関係する時間）の間行う。

このステップＳ１８の後は、リターンする。そして、エンジン１１の運転中は再び呼ばれてスタートし、ステップＳ１１〜ステップＳ１８を繰り返して、適切な噴射量Ｑｓで尿素水Ｓを噴射し、ＳＣＲ触媒装置１４でＮＯｘを浄化する。

なお、より詳細には、ステップＳ１１のＮＯｘ排出量（重量）Ｗｎの算定は、例えば、図３に示すような制御フローで行われる。この制御フローでは、ステップＳ１１ａで、エンジン１１から排出される排気ガスＧ中のＮＯｘ濃度（重量％）Ｃｎｏｘを、検出したエンジン１１の運転状態のエンジン回転数Ｎｅやエンジン負荷（トルク、燃料流量）Ａｃを基に、エンジン回転数Ｎｅやエンジン負荷ＡｃをベースにしたＮＯｘ排出マップＭｎから算定する。

次のステップＳ１１ｂでブースト圧Ｐｂから空気流量（重量）Ｗａを算定する。この空気流量（重量）Ｗａは、ブースト圧力Ｐｂとエンジン回転速度Ｎｅをベースとした空気流量（重量）Ｗａをマップ化した空気流量マップＭａを参照して、ブースト圧力Ｐｂとエンジン回転速度Ｎｅから算定する。

また、次のステップＳ１１ｃでエンジン１１の制御装置３０（エンジンＥＣＵ）から燃料流量（重量）Ｗｆを読み込む。この燃料流量（重量）Ｗｆは、エンジン１１の制御装置３０で算定されるが、エンジン回転速度Ｎｅとエンジン負荷Ａｃとをベースとした燃料流量Ｗｆをマップ化した燃料流量マップＭｆを参照して、エンジン運転状態を示すエンジン負荷Ａｃとエンジン回転速度Ｎｅから算定する。

次のステップＳ１１ｄで、空気流量Ｗａと燃料流量Ｗｆとの和から排気ガス流量（重量）Ｗｇを算定する。また、この排気ガス量（重量）Ｗｇを排気ガス密度ρｇで除し、排気ガス流量（体積）Ｖｇを算定する。次のステップＳ１１ｅで、ＮＯｘ濃度（重量％）Ｃｎｏｘに排気ガス流量（重量）Ｗｇを乗じてエンジン１１から排出されるＮＯｘ排出量（重量）Ｗｎｏｘを算定する。

また、ステップＳ１２の尿素水の基準噴射量Ｑｓａの算定は、例えば、図４に示すような制御フローで行われる。この制御フローでは、ステップＳ１２ａで、ＳＣＲ触媒装置１４のＳＣＲ触媒温度ＴｃをＳＣＲ触媒装置１４の上流側の第２排気ガス温度センサ３２で検出される入口の排気ガス温度（ＳＣＲ触媒入口温度）Ｔ１４ａから算定し、ステップＳ１２ｂで、このＳＣＲ触媒温度ＴｃからＳＣＲ触媒装置１４におけるＮＯｘ浄化率ηｎｏｘを算定する。ここでは、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃと触媒内に蓄積されたアンモニア量からＮＯｘ浄化率マップＭηを参照して、ＮＯｘ浄化率ηｎｏｘを算定する。なお、通常は、ＳＣＲ触媒温度Ｔｃは、ＳＣＲ触媒入口温度Ｔ１４ａと略同じとして、Ｔｃ＝Ｔ１４ａとする。なお、ＳＣＲ触媒温度ＴｃをＳＣＲ触媒入口温度Ｔ１４ａと第３排気ガス温度センサ３３で検出されるＳＣＲ触媒出口温度Ｔ１４ｂとから推定して、例えば、両者の平均温度Ｔ１４ｍ（＝（Ｔ１４ａ＋Ｔ１４ｂ）／２）とする等して算定するとＮＯｘ浄化率ηｎｏｘの推定精度がより高くなる。

次のステップＳ１２ｃで、ＮＯｘ排出量（重量）ＷｎにＮＯｘ浄化率ηｎｏｘを乗じて、処理可能なＮＯｘ量Ｗａｎ（＝Ｗｎ×ηｎｏｘ）を算定し、このＮＯｘ量Ｗａｎを還元するのに必要な尿素水量、言い換えれば、ＳＣＲ触媒装置１４で消費可能な尿素水量を算定する。この算定では、ＮＯｘ量Ｗａｎに対して尿素水Ｓから発生するアンモニア量が、ＮＯｘと等モルとなるものとして算定され、この尿素水量を尿素水Ｓの基準噴射量Ｑｓａとする。この基準噴射量Ｑｓａは、ＳＣＲ触媒装置１４の入口における排気ガスのＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ２による補正を行う前の値である。

ステップＳ１３のＮＯ₂の生成量を考慮した排気ガスのＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ１の算定は、例えば、図５に示すような制御フローで行われる。この制御フローでは、ステップＳ１３ａで、排気ガス流量（体積）Ｖｇを上流側酸化触媒装置１３ａの容積Ｖｃで割り算して上流側酸化触媒装置１３ａにおける空間速度ＳＶ（＝Ｖｇ／Ｖｃ）を算定する。次のステップＳ１３ｂで上流側酸化触媒装置１３ａの上流側に配置された第１排気ガス温度センサ３１で検出される入口排気ガス温度Ｔ１３ａを読み込む。次のステップＳ１３ｃで空間速度ＳＶと入口排気ガス温度Ｔ１３ａとから、予め設定されたＮＯ₂／ＮＯｘ比マップＭｒｎに基づいて上流側酸化触媒装置１３ａの出口側でのＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ１を算定する。

このＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ１の計算は、図７に示される理論上の平衡状態における値とは異なり、上流側酸化触媒装置１３ａにおける反応速度からの制約により、空間速度ＳＶの影響を受けて、図８や図９のような特性となる。図８では、酸素濃度を変化させた場合を、図９では、空間速度ＳＶを変化させた場合のＮＯ₂／ＮＯｘ比を示す。これらのデータを予め実験等によりマップデータ化し、ＮＯ₂／ＮＯｘ比マップマップＭｒｎを設定しておくことにより、排気ガス流量Ｖｇから算定される空間速度ＳＶと入口排気ガス温度Ｔ１３ａとから、ＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ１を算定できる。

ステップＳ１４のＮＯ₂の消費量を考慮した排気ガスのＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ２の算定は、例えば、図６に示すような制御フローで行われる。この制御フローでは、ステップＳ１４ａでフィルタ装置１３ｂにおけるの煤の溜め込み量（ＰＭ堆積量）Ｗｐｍを算定する。この煤の溜め込み量Ｗｐｍは、差圧センサ１３ｃ等の検出値から推定する。次のステップＳ１４ｂで、この煤の溜め込み量Ｗｐｍを基に、予め実験等で求めた、例えば、図１０に示すような、煤の溜め込み量ＷｐｍとＮＯ₂の消費率との関係から、ＮＯ₂消費率を算定する。この時のＮＯ₂の消費率は、煤の溜め込み量Ｗｐｍが増えるに従って増え、ＮＯ₂からＮＯへの変換率が上昇する。次のステップＳ１４ｃで、フィルタ装置１３ｂを通過した後のＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ２を算定する。このＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ２は、フィルタ装置１３ｂを通過する前のＮＯ₂／ＮＯｘ比Ｒ１からＮＯ₂消費率を引き算することにより、求めることができる。

上記の制御方法により、ＮＯｘ排出量マップからＮＯｘ排出量（重量）Ｗｎを算定し、この算定されたＮＯｘ排出量（重量）Ｗｎのうちの浄化可能なＮＯｘ排出量（重量）Ｗａｎを還元するのに必要な尿素水Ｓの噴射量、即ち、この算定されたＮＯｘ排出量Ｗａｎに対応する尿素水Ｓの基準噴射量Ｑｓａを算定し、この算定された尿素水Ｓの基準噴射量Ｑｓａに対して、上流側酸化触媒装置１３ａにおけるＮＯ₂の生成とフィルタ装置１３ｂにおけるＮＯ₂の消費と考慮した補正を行い、この補正後の噴射量Ｑｓで、尿素水Ｓを噴射することができる。

上記の実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法によれば、エンジン１１の排気通路１２に上流側から順に、ＤＰＦ装置１３、ＳＣＲ触媒装置１４を配置した排気ガス浄化システム１において、ＳＣＲ入口に流入するＮＯｘの組成（ＮＯ₂／ＮＯｘ比）を正確に推定することで、ＮＯｘ浄化に必要なアンモニアを過不足なく噴射することが可能となり、アンモニアとＮＯｘの下流側への流出を最小限に抑制しながら、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。

本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成図である。本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御方法を示す制御フロー図である。ＮＯｘ排出量の算定の制御フロー図である。尿素水の基準噴射量の算定の制御フロー図である。ＮＯ₂の生成量を考慮した排気ガスのＮＯ₂／ＮＯｘ比の算定の制御フロー図である。ＮＯ₂の消費量を考慮した排気ガスのＮＯ₂／ＮＯｘ比の算定の制御フロー図である。理論上の平衡状態のＮＯ₂／ＮＯｘ比を示す図である。ＮＯ₂／ＮＯｘ比を酸素濃度別に示す図である。ＮＯ₂／ＮＯｘ比を空間速度別に示す図である。煤の溜め込み量とＮＯ₂の消費率との関係を示す図である。

符号の説明

１排気ガス浄化システム
１１エンジン
１２排気通路
１３ＤＰＦ装置
１３ａ上流側酸化触媒装置
１３ｂフィルタ装置
１３ｃ差圧センサ
１４ＳＣＲ触媒装置（選択的接触還元型触媒装置）
２１尿素水噴射弁
２３尿素水噴射制御装置（水溶液噴射制御手段）
２３Ａ供給量調整装置（水溶液供給量調整手段）
２３Ｂ噴射弁制御装置（噴射弁制御手段）
３０制御装置（エンジンＥＣＵ）
３１第１排気ガス温度センサ
Ｇ排気ガス
Ｑｓ尿素水の噴射量
Ｑｓａ尿素水の基準噴射量
Ｒ１ＮＯ₂の生成量を考慮したＮＯ₂／ＮＯｘ比
Ｒ２ＮＯ₂の消費量を考慮したＮＯ₂／ＮＯｘ比
Ｓ尿素水
ＳＶ空間速度
Ｔ１３ａ上流側酸化触媒入口温度
Ｗｐｍ煤の溜め込み量

Claims

内燃機関の排気通路に上流側から順に、排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ装置と、ＮＯｘを浄化するための選択的接触還元型触媒装置を配設し、前記選択的接触還元型触媒装置にアンモニア系水溶液を供給する水溶液供給装置を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の下流側でかつ前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に配設すると共に、前記アンモニア系水溶液の供給量を調整する水溶液供給量調整手段を備え、更に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を上流側の酸化触媒装置と下流側のフィルタ装置とを有して構成した排気ガス浄化システムの制御方法において、
前記酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量と、前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量を考慮して、二酸化窒素と窒素酸化物との比を算定し、この比に基づいて前記アンモニア系水溶液の供給量を調整することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。
前記酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量の算定を、前記酸化触媒装置を通過する排気ガスの空間速度と排気ガスの温度とを考慮して算定することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量の算定を、前記フィルタ装置における煤の溜め込み量を考慮して算定することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
内燃機関の排気通路に上流側から順に、排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ装置と、ＮＯｘを浄化するための選択的接触還元型触媒装置を配設し、前記選択的接触還元型触媒装置にアンモニア系水溶液を供給する水溶液供給装置を、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の下流側でかつ前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に配設すると共に、前記アンモニア系水溶液の供給量を調整する水溶液供給量調整手段を備え、更に、前記ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を上流側の酸化触媒装置と下流側のフィルタ装置とを有して構成した排気ガス浄化システムにおいて、
前記水溶液供給量調整手段が、前記酸化触媒装置における二酸化窒素の生成量と、前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量を考慮して、二酸化窒素と窒素酸化物との比を算定し、この比に基づいて前記アンモニア系水溶液の供給量を調整することを特徴とする排気ガス浄化システム。
前記水溶液供給量調整手段が、前記酸化触媒装置における二酸化窒素と窒素酸化物との比の算定を、前記酸化触媒装置を通過する排気ガスの空間速度と排気ガスの温度とを考慮して算定することを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システム。
前記水溶液供給量調整手段が、前記フィルタ装置における二酸化窒素の消費量の算定を、前記フィルタ装置における煤の溜め込み量を考慮して算定することを特徴とする請求項４又は５に記載の排気ガス浄化システム。