JP2014105664A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン1の排気浄化システム2は、排気管11のうちエンジン1の直下の区間内(エンジンルーム内)に設けられたフィルタ33と、下流触媒コンバータ34と、フィルタ33に担持され、NH3を貯蔵する機能とNH3によって排気中のNOxを還元する機能とを有した第1SCR触媒と、下流触媒コンバータ34の基材に担持された第2SCR触媒と、排気管11のうちフィルタ33及び下流触媒コンバータ34の上流側にNH3の前駆体である尿素水を噴射する尿素水噴射装置32と、エンジン1を停止した時点において、第1及び第2SCR触媒に所定量以上のNH3が貯蔵されるように、エンジン1の運転中における尿素水噴射装置32からの尿素水噴射量を制御するECU4と、を備える。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(以下、「エンジン」という)1及びその排気浄化システム2の構成を示す模式図である。エンジン1は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、車両前方のエンジンルーム内に設けられている。
触媒浄化ユニット3は、上流触媒コンバータ31と、尿素水噴射装置32と、排気浄化フィルタ33と、下流触媒コンバータ34とを、一の円筒状のケーシング35内にこの順で直列に配置して構成される。ケーシング35の上流触媒コンバータ31側は、エンジンの図示しない排気ポートから延びる排気マニホルドに接続される。これにより、ケーシング35内は、エンジンの排気通路の一部となる。
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O
6NO2+8NH3→7N2+12H2O
第3システムのSCR触媒レイアウトは、上述の実施形態の排気浄化システムと同じである。すなわち、第3システムは、エンジンの直下の区間内に、第1SCR触媒が担持されたフィルタと、第2SCR触媒が担持された下流触媒コンバータとの両方を備える。
第1システムのSCR触媒レイアウトは、上記第3システムと異なり、床下の区間内にのみSCR触媒が担持された触媒コンバータを備える。すなわち、第1システムは、上記実施形態のフィルタ及び下流触媒コンバータを備えない。
第2システムのSCR触媒レイアウトは、エンジンの直下の区間内に、第1SCR触媒が担持されたフィルタのみ備える。すなわち、第2システムは、上記実施形態の下流触媒コンバータを備えない。
より具体的には、図6は、非ストレージ始動時の第1−第3システムのNOx浄化率を示す図である。図7は、非ストレージ始動時の第1−第3システムのNOx排出量の時間変化を示す図である。図7には、上段から順に、車両の運転態様(車速[km/h]変化)と、NOx排出量[g]と、尿素水噴射量[g/sec]と、排気浄化フィルタ及び床下の区間内に設けられたSCR触媒の温度[℃]と、を示す。
より具体的には、図8は、ストレージ始動時の第1−第3システムのNOx浄化率を示す図である。図9は、ストレージ始動時の第1−第3システムのNOx排出量の時間変化を示す図である。なお、図9に示す運転態様は、図7に示す運転態様と同じである。
例えば、上記実施形態では、第2SCR触媒が担持された下流触媒コンバータ34を、第1SCR触媒が担持されたフィルタ33の下流に設けた例について説明したが、本発明はこれに限らない。すなわち、触媒浄化ユニット3には、図1及び図2に示す例に変えて、上流触媒コンバータ31、尿素水噴射装置32、下流触媒コンバータ34及びフィルタ33の順で設けてもよい。このように、第2SCR触媒を第1SCR触媒の上流側に配置してもほぼ同様の効果を奏する。
実施例1の尿素水噴射制御について説明する。
図10は、本実施例の尿素水噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
S1では、排気温度センサの出力に基づいて、フィルタの温度を算出し、S2に移る。S2では、算出したフィルタ温度が所定の尿素水噴射開始温度(例えば、120℃)以下であるか否かを判別する。S2の判別がYESである場合には、S3に移り、尿素水の噴射を停止し(尿素水噴射量を0とし)、この処理を終了する。S2の判別がNOである場合には、S4に移る。
図11に破線で示すように、第1及び第2SCR触媒の最大NH3ストレージ量は、フィルタ温度が高くなるに従って小さくなる。一方、上述のように第1及び第2SCR触媒のNOx浄化性能は、フィルタ温度に対して、浄化最適温度(例えば、約250℃)で最大となるように上に凸の特性を示す。
実施例2の尿素水噴射制御について説明する。
図12は、本実施例の尿素水噴射制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
なお、S1〜S5は、実施例1の手順と同じであるので、同じ符号を付し、その説明を省略する。
2…排気浄化システム
3…触媒浄化ユニット
32…尿素水噴射装置(還元剤供給装置)
33…排気浄化フィルタ(フィルタ、第1SCR触媒)
34…下流触媒コンバータ(フロースルー基材、第2SCR触媒)
4…ECU(還元剤供給量制御手段、主還元剤量算出手段、第1補正量算出手段、第2補正量算出手段、補正量算出手段)
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路のうち当該機関の直下の区間内に設けられたフィルタと、
前記フィルタの上流又は下流に設けられたフロースルー基材と、
前記フィルタに担持され、NH3を貯蔵する機能とNH3によって排気中のNOxを還元する機能とを有した第1選択還元触媒と、
前記フロースルー基材に担持され、NH3を貯蔵する機能とNH3によって排気中のNOxを還元する機能とを備えた第2選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記フィルタ及び前記フロースルー基材の上流側にNH3又はその前駆体を還元剤として供給する還元剤供給装置と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記機関を停止した時点において、前記第1及び第2選択還元触媒に所定量以上のNH3が貯蔵されるように、前記機関の運転中における前記還元剤供給装置からの還元剤の供給量を制御する還元剤供給量制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記フィルタ及び前記フロースルー基材の下流側の排気のNH3濃度を検出又は推定するNH3検出手段をさらに備え、
前記還元剤供給量制御手段は、前記機関の運転中は、前記第1及び第2選択還元触媒に最大貯蔵可能量に近い量のNH3が貯蔵されているように、前記NH3検出手段の出力に基づいて前記還元剤の供給量を制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記還元剤供給量制御手段は、
前記機関から排出されるNOxを前記第1及び第2選択還元触媒で還元するために必要な還元剤の量である主還元剤量を算出する主還元剤量算出手段と、
前記第1及び第2選択還元触媒を合わせたNH3貯蔵量が、最大貯蔵可能量の近傍に設定された所定の目標量になるように、前記主還元剤量に加算されることで還元剤の供給量を補正する第1補正量を算出する第1補正量算出手段と、
前記NH3検出手段の出力値が所定の目標値になるように、前記主還元剤量に加算されることで還元剤の供給量を補正する第2補正量を算出する第2補正量算出手段と、を備え、前記主還元剤量と前記第1補正量と第2補正量とを合わせた量の還元剤を前記還元剤供給装置から供給させることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記還元剤供給量制御手段は、
前記機関から排出されるNOxを前記第1及び第2選択還元触媒で還元するために必要な還元剤の量である主還元剤量を算出する主還元剤量算出手段と、
前記主還元剤量に加算されることで還元剤の供給量を補正する補正量を算出する補正量算出手段と、を備え、前記主還元剤量と前記補正量とを合わせた量の還元剤を前記還元剤供給装置から供給させ、
前記補正量算出手段は、前記NH3検出手段の出力値が所定の減量補正閾値を超えたことに応じて前記補正量を負の値にし、前記第1及び第2選択還元触媒を合わせたNH3貯蔵量が、その最大NH3貯蔵可能量よりやや小さな値に設定された所定の増量補正閾値を下回ったことに応じて前記補正量を正の値にすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。 - 前記フロースルー基材は、前記機関の直下の区間内に設けられることを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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