JP2016145520A - 還元剤噴射装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<1−1.排気浄化システムの全体構成>
まず、図1を参照して、本発明の実施の形態にかかる還元剤噴射装置20を備えた排気浄化システム10の全体構成について説明する。図1は、排気浄化システム10の概略構成を示す説明図である。排気浄化システム10は、排気中の粒子状物質(PM:Particulate Material)を捕集するためのパティキュレートフィルタ17と、排気中のNOXを還元するための尿素SCRシステムとを備える。尿素SCRシステムは、還元触媒13と、還元触媒13の上流側の排気通路内に還元剤を供給する還元剤噴射装置20とにより構成される。かかる排気浄化システム10は、排気中のPMを捕集するとともに、排気中のNOXを還元して、排気を浄化するシステムとして構成されている。
パティキュレートフィルタ17は、排気がパティキュレートフィルタ17を通過する際に、排気中に含まれる煤等のPMを捕集する。かかるパティキュレートフィルタ17は、例えば、セラミック材料により構成された、ハニカム構造のフィルタとすることができるが、かかるフィルタに限定されるものではなく、公知のものを用いることができる。パティキュレートフィルタ17では、時間の経過に伴って、捕集されたPMによりフィルタの目詰まりを生じないように、適宜の時期に、PMを燃焼(酸化)させる再生制御が実行される。
尿素SCRシステムは、還元剤として尿素水溶液を用いて排気中のNOXを還元し分解するシステムである。尿素水溶液は、例えば凍結温度が最も低い、32.5%濃度の尿素水溶液とすることができる。この場合の凍結温度は、約マイナス11℃である。かかる尿素水溶液は、水分が蒸発する等によって、結晶化することが知られている。
次に、還元剤噴射装置20の構成の一例について詳細に説明する。図1に示すように、還元剤噴射装置20は、還元触媒13よりも上流側で排気管11に固定された噴射弁31と、貯蔵タンク50内の尿素水溶液を吸い上げ、噴射弁31に向けて圧送するポンプ41とを備える。ポンプ41及び噴射弁31は、制御装置60によって駆動制御される。制御装置60は、内燃機関5の燃料噴射量や噴射タイミング、エンジン回転数等の運転状態に関する情報を取得可能になっている。
次に、本実施形態にかかる還元剤噴射装置20の制御に用いられる制御装置60の構成例について説明する。図2は、制御装置60の構成のうち、噴射弁31の冷却用噴射制御に関連する部分を機能的に示すブロック図である。かかる制御装置60は、主として、公知のマイクロコンピュータ等により構成される。
NOX浄化用噴射制御部109は、内燃機関5の排気中に含まれるNOXを浄化するために、尿素水溶液を噴射するNOX浄化用噴射制御を実行する。以下、還元剤の噴射量の算出方法の一例を説明する。
噴射弁温度算出部101は、温度センサ15により検出される、排気温度Tgに関連する情報に基づき、噴射弁31の温度Tdvを推定する。噴射弁31は、排気の熱量が、直接的あるいは間接的に伝達されることによって、加熱され得る。したがって、温度センサ15により検出される情報は、噴射弁31の温度Tdvに関連する情報に相当する。噴射弁31の配置位置や、排気管11のレイアウト等に応じて、排気温度Tgと噴射弁31の温度Tdvとの関係は様々である。また、推定する噴射弁31の温度Tdvは、例えば、噴射弁31のコイル部分の温度であってもよいし、噴射弁31の先端温度であってもよい。温度センサ15により検出される情報と、噴射弁31の温度Tdvとの関係は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等によって求めることができる。
噴射弁温度判定部103は、噴射弁温度算出部101で推定された噴射弁31の温度Tdvが、所定の上限閾値Tthre_xを超えたか否かを判定する。上限閾値Tthre_xは、上述した噴射弁31の使用可能温度に基づいて設定することができる。かかる上限閾値Tthre_xは、冷却用噴射制御の実行開始の判定閾値であり、使用可能温度の上限値よりも小さい値とすることが好ましい。これにより、冷却用噴射制御の開始時期と噴射弁31の温度Tdvが低下し始める時期とがずれる場合であっても、噴射弁31の温度Tdvが使用可能温度を超えないようにすることができる。
NOX量増大制御部105は、噴射弁31の温度Tdvが上限閾値Tthre_xを超えたときに、内燃機関5の排気中のNOX量を増大させるNOX量増大制御を実行させる。かかるNOX量増大制御が実行されれば、還元触媒13に吸着されているアンモニアがNOXの還元反応に用いられ、還元触媒13におけるアンモニアの吸着量を減少させることができる。したがって、冷却用噴射制御を実行して、噴射弁31を冷却するための尿素水溶液が噴射された場合であっても、生成されるアンモニアは還元触媒13に吸着されて、還元触媒13の下流側へのアンモニアの流出が抑制される。
冷却用噴射制御部107は、噴射弁31の温度Tdvが上限閾値Tthre_xを超えたときに、前記噴射弁を冷却するために、尿素水溶液の噴射制御を実行する。具体的に、上述のとおり、NOX浄化用噴射制御部109は、冷却用噴射制御が実行されない期間、排気中のNOXを浄化するために、尿素水溶液の目標噴射量を算出して、尿素水溶液の噴射制御を実行している。冷却用噴射制御部107は、かかるNOX浄化用噴射制御とは別に尿素水溶液を噴射することによって、噴射弁31の熱を尿素水溶液に移動させて、噴射弁31の温度Tdvを低下させる。
次に、図3及び図4を参照して、本実施形態にかかる制御装置60により実行される還元剤噴射装置の制御方法の例について説明する。図3は、本実施形態にかかる還元剤噴射装置の制御方法を示すフローチャートであり、図4は、本実施形態にかかる還元剤噴射装置の制御方法を実行した場合のNOX量、噴射弁31の温度及びアンモニアスリップ量の推移を示すタイムチャートである。また、図4には、本実施形態にかかる還元剤噴射装置の制御方法を実行しない場合のNOX量及びアンモニアスリップ量の推移が破線で示されている。
次に、第2の実施の形態にかかる還元剤噴射装置の制御装置及び制御方法について説明する。本実施形態にかかる制御装置が適用可能な排気浄化システムの構成は、第1の実施の形態にかかる排気浄化システムの構成と同一とすることができる。第1の実施の形態にかかる制御装置は、NOX量増大制御及び冷却用噴射制御を、あらかじめ設定した期間で実行したのに対して、本実施形態にかかる制御装置は、噴射弁31の温度Tdvが所定の解除閾値Tthre_yを下回るまで、少なくとも冷却用噴射制御を繰り返す。以下、還元剤噴射装置20の制御装置60及び制御方法について、主として第1の実施の形態の場合と異なる点について説明する。
10 排気浄化システム
11 排気管
13 還元触媒
15 温度センサ
17 パティキュレートフィルタ
19 酸化触媒
20 還元剤噴射装置
31 噴射弁
41 ポンプ
50 貯蔵タンク
60 制御装置
101 噴射弁温度算出部
103 噴射弁温度判定部
105 NOX量増大制御部
107 冷却用噴射制御部
109 NOX浄化用噴射制御部
Claims (8)
- 内燃機関の排気管に取り付けられた噴射弁を介して、排気通路に配設された還元触媒の上流側に、前記内燃機関の排気中のNOXを浄化するための還元剤を供給する還元剤噴射装置を制御するための制御装置において、
前記噴射弁の温度に関連する情報に基づき、前記噴射弁の温度を求める噴射弁温度算出部と、
前記噴射弁の温度が所定の上限閾値を超えたか否かを判定する噴射弁温度判定部と、
前記噴射弁の温度が前記上限閾値を超えたときに、前記内燃機関の排気中のNOX量を増大させるNOX量増大制御を行うNOX量増大制御部と、
前記噴射弁の温度が前記上限閾値を超えたときに、前記噴射弁を冷却するための前記還元剤を噴射する冷却用噴射制御を行う冷却用噴射制御部と、
を備える、還元剤噴射装置の制御装置。 - 前記冷却用噴射制御部は、前記NOX量増大制御の実行から所定時間経過後に、前記冷却用噴射制御を実行する、請求項1に記載の還元剤噴射装置の制御装置。
- 前記上限閾値は、前記噴射弁の使用可能温度範囲の上限値よりも小さい値である、請求項1又は2に記載の還元剤噴射装置の制御装置。
- 前記噴射弁温度判定部は、さらに前記噴射弁の温度が所定の解除閾値を下回ったか否かを判定し、
前記冷却用噴射制御部は、前記噴射弁の温度が前記解除閾値を下回るまでの期間、前記冷却用噴射制御を繰り返す、請求項1〜3のいずれか1項に記載の還元剤噴射装置の制御装置。 - 前記解除閾値は、前記上限閾値よりも小さい値である、請求項4に記載の還元剤噴射装置の制御装置。
- 少なくとも前記内燃機関の排気中のNOX量に基づいて前記還元剤の噴射量を求め、前記排気中のNOXを浄化するための前記還元剤を噴射するNOX浄化用噴射制御を行うNOX浄化用噴射制御部を備え、
前記NOX浄化用噴射制御部は、前記冷却用噴射制御の終了後、前記NOX量増大制御により増大されたNOX量と、前記冷却用噴射制御により噴射された前記還元剤の噴射量と、に基づき、前記還元剤の噴射量を求める、請求項1〜5のいずれか1項に記載の還元剤噴射装置の制御装置。 - 前記還元触媒が、前記還元剤由来の還元成分を保持するとともに、流入する前記排気中のNOXを前記還元成分により浄化する触媒である場合、
前記NOX浄化用噴射制御部は、前記冷却用噴射制御の終了後、前記NOX量増大制御により増大された量の前記NOXの浄化に必要な前記還元成分の量に対応する前記還元剤の量と、前記冷却用噴射制御により噴射された前記還元剤の噴射量と、の差分を考慮して、前記還元剤の噴射量を求める、請求項6に記載の還元剤噴射装置の制御装置。 - 内燃機関の排気管に取り付けられた噴射弁を介して、排気通路に配設された還元触媒の上流側に、前記内燃機関の排気中のNOXを浄化するための還元剤を供給する還元剤噴射装置における、前記噴射弁を冷却するための還元剤噴射装置の制御方法において、
前記噴射弁の温度に関連する情報に基づいて求められる前記噴射弁の温度が所定の上限閾値を超えたか否かを判定するステップと、
前記噴射弁の温度が前記上限閾値を超えたときに、前記内燃機関の排気中のNOX量を増大させるNOX量増大制御を行うステップと、
前記噴射弁の温度が前記上限閾値を超えたときに、前記噴射弁を冷却するための前記還元剤を噴射する冷却用噴射制御を行うステップと、
を備える、還元剤噴射装置の制御方法。
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