JP2017201134A - 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】選択還元型触媒装置の出口におけるアンモニアスリップ量を高精度で算出できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給時に、排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第１温度Ｔ１を検出するとともに、この第１温度Ｔ１の検出時と同じエンジン１０の運転状態で、かつ、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給を停止した状態における、第２の排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第２温度Ｔ２を予め設定したデータから算出する。そして、この第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２に基づいて、アンモニアスリップ触媒装置１５でアンモニアが酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量Ｃを算出するとともに、このアンモニア発熱量Ｃに基づいて、選択還元型触媒装置１４からのアンモニアスリップ量Ｓを算出する。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。
車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路には、排気ガス浄化処理装置の一つとして選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）が備えられている（例えば、特許文献１参照）。選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）は、その前段の排気通路に備えた尿素水供給装置より排気ガスに向けて噴射される尿素水を排気ガスの熱により加水分解して生成されるアンモニア（ＮＨ3）により、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元浄化する装置である。
特表２０１３−５１５８９７号公報
ところで、尿素水供給装置からの尿素水の供給量が過多になると、アンモニアの生成量が過多となり、その一部が選択還元型触媒装置の下流側にスリップすることがある。このアンモニアスリップ量を高精度で算出することができると、故障診断の精度が向上し、また、排気ガス中のＮＯｘの還元において尿素水供給装置から過不足なく尿素水を供給できるが、アンモニアスリップ量の算出方法として良案が提案されてこなかった。
本発明の目的は、選択還元型触媒装置の出口におけるアンモニアスリップ量を高精度で算出することができる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法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内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置、下流温度検出装置を備えるとともに、前記排気ガス浄化処理装置に、少なくとも１つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群と、該選択還元型触媒装置群より下流側に配設される酸化触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、前記尿素水供給装置からの尿素水供給時に、前記下流温度検出装置で前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第１温度を検出して、この第１温度の検出時と同じエンジンの運転状態で、かつ、前記尿素水供給装置からの尿素水供給を停止した状態における、前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第２温度を予め設定したデータから算出するとともに、この第１温度と第２温度に基づいて、前記尿素水供給装置から供給される尿素水から生成されるアンモニアが前記酸化触媒装置で酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量を算出して、このアンモニア発熱量に基づいて、前記選択還元型触媒装置群からのアンモニアスリップ量を算出する制御を行うように構成される。
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えるとともに、前記排気ガス浄化処理装置に、少なくとも１つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群と、該選択還元型触媒装置群より下流側に配設される酸化触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記尿素水供給装置からの尿素水供給時に、前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第１温度を検出して、この第１温度の検出時と同じエンジンの運転状態で、かつ、前記尿素水供給装置からの尿素水供給を停止した状態における、前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第２温度を予め設定したデータから算出するとともに、この第１温度と第２温度に基づいて、前記尿素水供給装置から供給される尿素水から生成されるアンモニアが前記酸化触媒装置で酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量を算出して、このアンモニア発熱量に基づいて、前記選択還元型触媒装置群からのアンモニアスリップ量を算出することを特徴とする方法である。
本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、選択還元型触媒装置群の出口におけるアンモニアスリップ量を高精度で算出することができる。
そして、このアンモニアスリップ量の算出値を利用することで、選択還元型触媒装置群の浄化率の診断精度や、尿素水供給装置からの尿素水供給制御の精度を向上させることができる。
また、選択還元型触媒装置群の出口にアンモニア濃度検出センサーを備える必要がないので、低コスト化することができる。
本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。 アンモニア発熱量とアンモニアスリップ量の関係を示す図である。 第１温度からアンモニアスリップ量を算出する過程を示す図である。 （ａ）は第１温度と排気ガス流量と第１補正係数の関係を示す図である。（ｂ）は第１温度と上流ＮＯｘ濃度と第２補正係数の関係を示す図である。（ｃ）は第１温度と上流ＮＯｘ流量と第３補正係数の関係を示す図である。（ｄ）は第１温度とアンモニア貯留推定量と第４補正係数の関係を示す図である。（ｅ）は第１温度と、排気ガスに含まれる二酸化窒素に対する一酸化窒素の比率Ｒと第５補正係数の関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローを示す図である。
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、排気ガス浄化処理装置に備える選択還元型触媒装置群を構成する選択還元型触媒装置の個数を１個としているが、複数個備えてもよい。
図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に、上流側（エンジン側）より順に、酸化触媒装置（ＤＯＣ）１２、微粒子捕集装置（ＣＳＦ）１３、尿素水供給装置２２、選択還元型触媒装置１４、アンモニアスリップ触媒装置（酸化触媒装置（ＤＯＣ））１５を備えて構成されるシステムである。
この排気ガス浄化システム１を構成する装置１２〜１５にエンジン１０の排気ガスＧを通過させることで、排気ガスＧに含まれる、微粒子状物質（ＰＭ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）等の浄化対象成分は浄化され、浄化された排気ガスＧｃはマフラー（図示しない）等を介して大気へ放出される。
なお、図１では、酸化触媒装置１２及び微粒子捕集装置１３により第１の排気ガス浄化処理装置を構成し、選択還元型触媒装置１４及びアンモニアスリップ触媒装置１５により第２の排気ガス浄化処理装置を構成している。
酸化触媒装置１２は、排気ガスＧに含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化窒素（ＮＯ）を酸化する装置である。特に、排気ガスＧが低温のときには、排気ガスＧに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ2）の比率が１：１に近づくほど、下流側の選択還元型触媒装置１４でのＮＯｘ浄化率が高くなるため、この酸化触媒装置１２で一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ2）の割合を増加させる。
微粒子捕集装置１３は、排気ガスＧに含まれるＰＭを捕集する装置である。微粒子捕集装置１３に捕集できるＰＭの量（捕集量）には上限があり、ＰＭの捕集量が上限に近づくにつれて、微粒子捕集装置１３の前後差圧が上昇して、エンジン１０の性能に支障が生じるため、定期的に微粒子捕集装置１３の強制ＰＭ再生制御を行って、微粒子捕集装置１３に捕集されたＰＭを燃焼除去している。
選択還元型触媒装置１４は、その上流の排気通路１１に備えた尿素水供給装置２２より排気ガスＧに向けて噴射される尿素水Ｕを排気ガスＧの熱により加水分解してアンモニア（ＮＨ3）を生成し、この生成したアンモニアにより排気ガスＧに含まれるＮＯｘを還元浄化する装置である。
この選択還元型触媒装置１４は、担持した触媒にアンモニアを貯留することができ、この貯留したアンモニアにより排気ガスＧに含まれるＮＯｘを主に還元浄化しているが、貯留可能なアンモニアの量（ストレージ量）には上限があり、この上限を超えて貯留できなくなったアンモニアは選択還元型触媒装置１４の下流側の排気通路１１に放出される。
なお、選択還元型触媒装置１４における尿素水Ｕからアンモニアへの加水分解反応は、「（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ3＋ＨＮＣＯ」（排気ガスＧの温度が極低温）や、「ＨＮＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＮＨ3＋ＣＯ2」（排気ガスＧの温度が低温）等の化学式に基づいて行われる。また、選択還元型触媒装置１４におけるアンモニアとＮＯｘの酸化還元反応は、「ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ」、「４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ２→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ」、「４ＮＯ2＋４ＮＨ3→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ＋Ｏ2」等の化学式に基づいて行われる。
アンモニアスリップ触媒装置１５は、前段の選択還元型触媒装置１４より放出されたアンモニアを窒素（Ｎ2）またはＮＯｘに酸化する装置である。この酸化反応は、「４ＮＨ3＋５Ｏ2→４ＮＯ＋６Ｈ2Ｏ、２ＮＨ3＋２Ｏ2→Ｎ2Ｏ＋３Ｈ2Ｏ」、「４ＮＨ3＋３Ｏ2→２Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ」等の化学式に基づいて行われる。尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの噴射量が過剰であると、選択還元型触媒装置１４より放出されるアンモニアの量も多くなり、このアンモニアスリップ触媒装置１５でアンモニアを酸化することで発生するＮＯｘの量も多くなるので、排気ガス浄化システム全体としてのＮＯｘ浄化率が低下してしまう。
また、尿素水供給装置２２は、尿素水供給ポンプ２１を介して、尿素水Ｕを貯留する尿素水貯留タンク２０と接続している。そして、後述する尿素水供給制御装置（ＤＣＵ）４１からの制御信号により尿素水供給ポンプ２１を作動させることで、尿素水貯留タンク２０に貯留している尿素水Ｕの一部を尿素水供給ポンプ２１を介して尿素水供給装置２２に供給する。尿素水供給装置２２に供給された尿素水Ｕは、尿素水供給制御装置４１からの制御信号により尿素水供給装置２２の噴射弁（図示しない）が開弁されることで、排気通路１１を通過する排気ガスＧに向けて噴射される。
また、酸化触媒装置１２の入口側（前段）及び出口側（後段）に、それぞれ、酸化触媒装置用上流温度センサー３０、酸化触媒装置用下流温度センサー３１を備えるとともに、選択還元型触媒装置１４の入口側（前段）に上流温度センサー３３を備え、さらに、アンモニアスリップ触媒装置１５の出口側（後段）に下流温度センサー３４（下流温度検出装置）を備える。
また、微粒子捕集装置１３と尿素水供給装置２２の間の排気通路１１に上流ＮＯｘ濃度センサー（上流ＮＯｘ濃度検出装置）３２を備えるとともに、アンモニアスリップ触媒装置１５の出口側（後段）に下流ＮＯｘ濃度センサー（下流ＮＯｘ濃度検出装置）３５を備える。
また、エンジン制御装置（ＥＣＵ）４０と尿素水供給制御装置（ＤＣＵ）４１を備える。エンジン制御装置４０は、酸化触媒装置用上流温度センサー３０及び酸化触媒装置用下流温度センサー３１の検出値、エンジン冷却水の温度、大気圧力、エンジン１０に流入する吸気の温度及び流量、エンジン１０の気筒（図示しない）内に噴射される燃料の流量等のデータを基に、エンジン１０の運転状態を制御する装置である。
尿素水供給制御装置４１は、エンジン制御装置４０に入力される上記のデータをエンジン制御装置４０より取得して、この取得したデータや尿素水供給制御装置４１に直接入力されるデータ（例えば、上流温度センサー３３の検出値等）を基に、尿素水供給ポンプ２１及び尿素水供給装置２２の作動状態を制御する装置である。
本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１では、尿素水供給制御装置（排気ガス浄化システム１を制御する制御装置）４１が、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給時に、下流温度センサー３４で第２の排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第１温度Ｔ１を検出するとともに、この第１温度Ｔ１の検出時と同じエンジン１０の運転状態で、かつ、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給を停止した状態における、第２の排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第２温度Ｔ２を予め設定したデータから算出する。この第２温度Ｔ２の算出に用いる予め設定したデータとしては、例えば、実験等により予め作成して尿素水供給制御装置４１に記憶させておいた、エンジン１０の運転状態に応じて第２温度Ｔ２を設定した制御マップ（モデル）（図３の「Ｔ２の制御マップ」）を用いる。
そして、尿素水供給制御装置４１が、この第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２に基づいて、尿素水供給装置２２から供給される尿素水Ｕから加水分解で生成されるアンモニアがアンモニアスリップ触媒装置１５で酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量Ｃを算出するとともに、このアンモニア発熱量Ｃに基づいて、選択還元型触媒装置１４からのアンモニアスリップ量Ｓを算出する。
そして、この算出されたアンモニアスリップ量Ｓに基づいて尿素水供給量を算出し、この算出された尿素水供給量で尿素水を供給する制御を行う。あるいは、算出されたアンモニアスリップ量Ｓに基づいて、尿素水供給装置２２と排気ガス浄化処理装置、特に、選択還元型触媒装置１４とアンモニアスリップ触媒装置１５の故障診断をする制御を行う。
なお、アンモニア発熱量Ｃ及びアンモニアスリップ量Ｓの算出は、尿素水供給制御装置４１がエンジン１０の運転時に実験等により予め設定した制御時間が経過する度に行う。また、アンモニア発熱量Ｃの算出は、第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２の差ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）に排気ガスＧｃの流量Ｆを乗算して算出される（Ｃ＝ΔＴ×Ｆ）。また、アンモニア発熱量Ｃに基づくアンモニアスリップ量Ｓの算出は、例えば、次の方法で行われる。まず、アンモニア発熱量Ｃとアンモニアスリップ量Ｓの関係を示す制御マップ（図２参照）を予め作成して尿素水供給制御装置４１に記憶させておく。そして、この制御マップに算出したアンモニア発熱量Ｃを照らし合わせることで、アンモニアスリップ量Ｓを算出する。
この構成によれば、排気温度の上昇量ΔＴ（＝第１温度Ｔ１−第２温度Ｔ２）に基づいて、選択還元型触媒装置１４からスリップしたアンモニアが下流側のアンモニアスリップ触媒装置１５で酸化されることで発生するアンモニア発熱量Ｃを算出するので、アンモニア発熱量Ｃの算出精度を向上させることができる。その結果、アンモニアスリップ量Ｓの算出精度も向上させることができる。
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１において、尿素水供給制御装置４１が、第１温度Ｔ１（単位：ｄｅｇＣ）と、排気通路１１を通過する排気ガスＧの流量Ｆ（単位：ｋｇ／ｈ）と、上流ＮＯｘ濃度センサー３２の検出値である上流ＮＯｘ濃度Ｎｕｄ（単位：ｐｐｍ）と、この上流ＮＯｘ濃度Ｎｕｄを換算して算出される上流ＮＯｘ流量Ｎｕｆ（単位：ｍｇ／ｓ）と、選択還元型触媒装置１４に貯留されたアンモニアの量の推定値であるアンモニア貯留推定量Ｎｓ（単位：ｇ）と、選択還元型触媒装置１４に流入する排気ガスＧに含有される二酸化窒素（ＮＯ2）に対する一酸化窒素（ＮＯ）の比率Ｒとに基づいて総合補正係数Ｋを算出するとともに、この算出した総合補正係数Ｋに基づいて、アンモニアスリップ量Ｓを補正する制御を行う。
この構成によれば、選択還元型触媒装置１４でのＮＯｘ浄化率に関係する各種パラメータ（Ｔ１、Ｆ、Ｎｕｄ、Ｎｕｆ、Ｎｓ、Ｒ）に基づいてアンモニアスリップ量Ｓを補正するので、アンモニアスリップ量Ｓの算出精度をより向上させることができる。
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１において、図３、図４に示すように、尿素水供給制御装置４１が、第１温度Ｔ１と排気ガスＧの流量Ｆに基づいて算出される第１補正係数ｋ１と、第１温度Ｔ１と上流ＮＯｘ濃度Ｎｕｄに基づいて算出される第２補正係数ｋ２と、第１温度Ｔ１と上流ＮＯｘ流量Ｎｕｆに基づいて算出される第３補正係数ｋ３と、第１温度Ｔ１とアンモニア貯留推定量Ｎｓとに基づいて算出される第４補正係数ｋ４と、第１温度Ｔ１と二酸化窒素に対する一酸化窒素の比率Ｒとに基づいて算出される第５補正係数ｋ５とに基づいて総合補正係数Ｋ（＝ｋ１×ｋ２×ｋ３×ｋ４×ｋ５）を算出する制御を行う。
なお、図３の「ｋ１の制御マップ」は図４の（ａ）に対応する。また、図３の「ｋ２の制御マップ」は図４の（ｂ）に対応する。また、図３の「ｋ３の制御マップ」は図４の（ｃ）に対応する。また、図３の「ｋ４の制御マップ」は図４の（ｄ）に対応する。また、図３の「ｋ５の制御マップ」は図４の（ｅ）に対応する。
この構成によれば、アンモニアスリップ量Ｓを補正するための総合補正係数Ｋの算出精度を向上させることができる。
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１において、尿素水供給制御装置４１は、上述のように算出したアンモニアスリップ量Ｓを用いて、尿素水Ｕの供給量制御を行う。この尿素水Ｕの供給量制御については、下流ＮＯｘ濃度センサー３５の検出値を用いるか否かで次の２通りの制御方法がある。
下流ＮＯｘ濃度センサー３５の検出値を用いない方法（第１の方法）とは、尿素水供給制御装置４１が、アンモニアスリップ量Ｓが実験等により予め設定された設定閾値Ｓｃ以上にならないように、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量をアンモニアスリップ量Ｓに基づいて補正する制御を行う方法である。
また、下流ＮＯｘ濃度センサー３５の検出値を用いる方法（第２の方法）とは、尿素水供給制御装置４１が、アンモニアスリップ量Ｓが設定閾値Ｓｃ以上にならないように、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量を、アンモニアスリップ量Ｓと、下流ＮＯｘ濃度センサー３５の検出値である下流ＮＯｘ濃度Ｎｄｄと、選択還元型触媒装置１４に貯留されたアンモニアの量の推定値であるアンモニア貯留推定量Ｎｓとに基づいて補正する制御を行う方法である。
より詳細には、アンモニアスリップ量Ｓが設定閾値Ｓｃより小さな値として予め設定された第２の設定閾値Ｓｃ２以上となる度に、または、下流ＮＯｘ濃度Ｎｄｄが予め設定された設定閾値Ｎｄｄｃ以上となる度に、または、アンモニア貯留推定量Ｎｓが予め設定された設定閾値Ｎｓｃ以上となる度に、尿素水Ｕの供給量に補正量を加える。
ここで、尿素水供給制御装置４１が、アンモニア貯留推定量Ｎｓを、アンモニアスリップ量Ｓと、下流ＮＯｘ濃度Ｎｄｄを換算して算出される下流ＮＯｘ流量Ｎｄｆに基づいて算出する制御を行うと、選択還元型触媒装置１４のアンモニア貯留推定量Ｎｓを高精度で算出することができる。
このアンモニア貯留推定量Ｎｓの算出方法とは、より詳細には、尿素水供給装置２２から噴射される尿素水Ｕを加水分解して生成されるアンモニア量より、尿素水供給装置２２と選択還元型触媒装置１４の間の排気通路（排気管）１１の壁面に付着するアンモニア量（実験等により予め設定される）と、選択還元型触媒装置１４でＮＯｘ浄化に使用されるアンモニア量（上流ＮＯｘ流量Ｎｕｆと下流ＮＯｘ流量Ｎｄｆの差に基づいて算出される）と、アンモニアスリップ量Ｓとを減算することによりアンモニア貯留推定量Ｎｓを算出する方法である。
上記の２通りの制御方法のいずれにおいても、選択還元型触媒装置１４からのアンモニアスリップ量Ｓを抑制しつつ、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給量を最適化することができる。ただし、下流ＮＯｘ濃度センサー３５の検出値を用いない方法では、制御時間をより短縮化できる利点があり、また、下流ＮＯｘ濃度センサー３５の検出値を用いる方法では、制御精度をより向上できる利点がある。
また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１において、尿素水供給制御装置４１は、上述のように算出したアンモニアスリップ量Ｓを用いて、選択還元型触媒装置１４の浄化率診断（故障診断）を行う。より詳細には、尿素水供給制御装置４１が、上流ＮＯｘ流量Ｎｕｆと、下流ＮＯｘ濃度Ｎｄｄを換算して算出される下流ＮＯｘ流量Ｎｄｆと、アンモニアスリップ量Ｓとに基づいて選択還元型触媒装置１４によるＮＯｘ浄化率Ｐを算出して、このＮＯｘ浄化率Ｐが実験等により予め設定された判定閾値Ｐｃ以下であるときに、選択還元型触媒装置１４の故障と判定する制御を行う。
ここで、下流ＮＯｘ濃度センサー３５では、排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度だけでなく、アンモニア（ＮＨ3）の濃度も検出してしまう。したがって、下流ＮＯｘ濃度センサー３５の検出値より換算して算出される下流ＮＯｘ流量Ｎｄｆよりアンモニアスリップ量Ｓを減算することで、アンモニアスリップ触媒装置１５を通過後の排気ガスＧに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度Ｎｄｆｔ（＝Ｎｄｆ−Ｓ）を算出する。
すなわち、ＮＯｘ浄化率Ｐは、下記の（１）式を用いて算出される。
Figure 2017201134
また、判定閾値Ｐｃについては、選択還元型触媒装置１４を通過する排気ガスＧの温度及び流量毎に予め設定した制御マップ（図示しない）を基にして設定してもよいし、エンジン１０の運転状態に応じて推定される選択還元型触媒装置１４のＮＯｘ浄化率の推定値に診断用係数を乗算した値として設定してもよい。
この構成によれば、選択還元型触媒装置１４のＮＯｘ浄化率Ｐを高精度で算出することができるので、選択還元型触媒装置１４の浄化率診断（故障の有無の判定）の精度を向上させることができる。
次に、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１を基にした、本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の制御フローを図５に示す。図５の制御フローは、エンジン１０の運転状態に応じて予め設定した制御時間毎に上級の制御フローから呼ばれて実施され、実施後に、上級の制御フローに戻る制御フローとして示している。
図５の制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、第２の排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第１温度Ｔ１を検出するとともに、この第１温度Ｔ１の検出時と同じエンジン１０の運転状態で、かつ、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給を停止した状態における、第２の排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第２温度Ｔ２を推定する。ステップＳ１０の制御を実施後、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で検出した第１温度Ｔ１及び推定算出した第２温度Ｔ２に基づいて、アンモニアスリップ触媒装置１５でアンモニアが酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量Ｃを算出する。このアンモニア発熱量Ｃの算出方法は上述したので、ここでは、説明を省略する。ステップＳ２０の制御を実施後、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０にて、ステップＳ２０で算出したアンモニア発熱量Ｃに基づいて、選択還元型触媒装置１４からのアンモニアスリップ量Ｓを算出する。このアンモニアスリップ量Ｓの算出方法は上述したので、ここでは説明を省略する。ステップＳ３０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
なお、図５の制御フローにおいて、総合補正係数Ｋでアンモニアスリップ量Ｓを補正する場合には、図示しないが、まず、ステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０のいずれかの時点で、総合補正係数Ｋも並行して算出しておく。そして、ステップＳ３０の終了後、リターンに進まず、ステップＳ４０（図示しない）に進んで、このステップＳ４０にて、アンモニアスリップ量Ｓを総合補正係数Ｋで補正する。ステップＳ４０の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
以上より、上記の内燃機関の排気ガス浄化システム１を基にした本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関１０の排気通路１１に、上流側より順に、尿素水供給装置２２、排気ガス浄化処理装置を備えるとともに、この排気ガス浄化処理装置に、少なくとも１つ以上の選択還元型触媒装置１４で構成される選択還元型触媒装置群と、この選択還元型触媒装置群より下流側に配設される酸化触媒装置１５を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給時に、排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第１温度Ｔ１を検出して、この第１温度Ｔ１の検出時と同じエンジン１０の運転状態で、かつ、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給を停止した状態における、排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスＧｃの温度である第２温度Ｔ２を推定するとともに、この第１温度Ｔ１と第２温度Ｔ２に基づいて、尿素水供給装置２２から供給される尿素水Ｕから生成されるアンモニアが酸化触媒装置１５で酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量Ｃを算出して、このアンモニア発熱量Ｃに基づいて、選択還元型触媒装置群からのアンモニアスリップ量Ｓを算出することを特徴とする方法となる。
上記の構成の内燃機関の排気ガス浄化システム１及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、選択還元型触媒装置１４の出口におけるアンモニアスリップ量Ｓを高精度で算出することができる。
そして、このアンモニアスリップ量Ｓの算出値を利用することで、選択還元型触媒装置１４の浄化率の診断精度や、尿素水供給装置２２からの尿素水Ｕの供給制御の精度を向上させることができる。
また、選択還元型触媒装置１４の出口にアンモニア濃度検出センサーを備える必要がないので、低コスト化することができる。
なお、本実施形態では、排気ガス浄化処理装置に選択還元型触媒装置１４を１個備えた構成を基にして説明したが、排気ガス浄化処理装置に選択還元型触媒装置１４を２個以上備えた構成としても上記の本発明の作用効果を奏することができる。
この場合、さらに、各選択還元型触媒装置１４の間に温度センサーまたはＮＯｘ濃度センサーを備えるとともに、これらの検出値を用いてアンモニアスリップ量Ｓを補正するようにすると、アンモニアスリップ量Ｓの算出精度がさらに向上するので好ましい。
１ 内燃機関の排気ガス浄化システム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ 排気通路
１４ 選択還元型触媒装置
１５ アンモニアスリップ触媒装置（酸化触媒装置）
２２ 尿素水供給装置
３２ 上流ＮＯｘ濃度センサー（上流ＮＯｘ濃度検出装置）
３４ 下流温度センサー（下流温度検出装置）
３５ 下流ＮＯｘ濃度センサー（下流ＮＯｘ濃度検出装置）
４１ 尿素水供給制御装置
Ｔ１ 第１温度
Ｔ２ 第２温度
Ｃ アンモニア発熱量
Ｓ アンモニアスリップ量
Ｓｃ アンモニアスリップ量の設定閾値
Ｐ ＮＯｘ浄化率
Ｐｃ ＮＯｘ浄化率の判定閾値
Ｆ 排気ガスの流量
Ｎｕｄ 上流ＮＯｘ濃度
Ｎｕｆ 上流ＮＯｘ流量
Ｎｄｄ 下流ＮＯｘ濃度
Ｎｄｆ 下流ＮＯｘ流量
Ｎｓ アンモニア貯留推定量
Ｒ 排気ガスに含まれる二酸化窒素に対する一酸化窒素の比率
Ｋ 総合補正係数
ｋ１ 第１補正係数
ｋ２ 第２補正係数
ｋ３ 第３補正係数
ｋ４ 第４補正係数
ｋ５ 第５補正係数
Ｕ 尿素水
Ｇ エンジンの排気ガス
Ｇｃ 浄化処理された排気ガス

Claims (9)

  1. 内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置、下流温度検出装置を備えるとともに、前記排気ガス浄化処理装置に、少なくとも１つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群と、該選択還元型触媒装置群より下流側に配設される酸化触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
    前記排気ガス浄化システムを制御する制御装置が、
    前記尿素水供給装置からの尿素水供給時に、
    前記下流温度検出装置で前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第１温度を検出して、
    この第１温度の検出時と同じエンジンの運転状態で、かつ、前記尿素水供給装置からの尿素水供給を停止した状態における、前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第２温度を予め設定したデータから算出するとともに、
    この第１温度と第２温度に基づいて、前記尿素水供給装置から供給される尿素水から生成されるアンモニアが前記酸化触媒装置で酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量を算出して、このアンモニア発熱量に基づいて、前記選択還元型触媒装置群からのアンモニアスリップ量を算出する制御を行うように構成される内燃機関の排気ガス浄化システム。
  2. 前記制御装置が、前記算出されたアンモニアスリップ量に基づいて尿素水供給量を算出し、この算出された尿素水供給量で尿素水を供給する制御、又は、前記算出されたアンモニアスリップ量に基づいて、前記尿素水供給装置と前記排気ガス浄化処理装置の故障診断をする制御を行うように構成される請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  3. 前記尿素水供給装置より上流側の前記排気通路に上流ＮＯｘ濃度検出装置を備えるとともに、
    前記制御装置が、
    前記第１温度と、前記排気通路を通過する排気ガスの流量と、前記上流ＮＯｘ濃度検出装置の検出値である上流ＮＯｘ濃度と、この排気ガスの流量と上流ＮＯｘ濃度とから算出される上流ＮＯｘ流量と、前記選択還元型触媒装置群に貯留されたアンモニアの量の推定値であるアンモニア貯留推定量と、前記選択還元型触媒装置群に流入する排気ガスに含有される二酸化窒素に対する一酸化窒素の比率とに基づいて総合補正係数を算出するとともに、
    この算出した総合補正係数に基づいて、前記アンモニアスリップ量を補正する制御を行うように構成される請求項１または２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  4. 前記制御装置が、前記総合補正係数を、
    前記第１温度と前記排気ガスの流量に基づいて算出される第１補正係数と、
    前記第１温度と前記上流ＮＯｘ濃度に基づいて算出される第２補正係数と、
    前記第１温度と前記上流ＮＯｘ流量に基づいて算出される第３補正係数と、
    前記第１温度と前記アンモニア貯留推定量とに基づいて算出される第４補正係数と、
    前記第１温度と前記二酸化窒素に対する一酸化窒素の比率とに基づいて算出される第５補正係数とに基づいて算出する制御を行うように構成される請求項３に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  5. 前記制御装置が、
    前記アンモニアスリップ量が予め設定された設定閾値以上にならないように、前記尿素水供給装置からの尿素水供給量を前記アンモニアスリップ量に基づいて補正する制御を行うように構成される請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  6. 前記排気ガス浄化処理装置より下流側の前記排気通路に下流ＮＯｘ濃度検出装置を備えるとともに、
    前記制御装置が、
    前記アンモニアスリップ量が予め設定された設定閾値以上にならないように、前記尿素水供給装置からの尿素水供給量を、前記アンモニアスリップ量と、前記下流ＮＯｘ濃度検出装置の検出値である下流ＮＯｘ濃度と、前記選択還元型触媒装置群に貯留されたアンモニアの量の推定値であるアンモニア貯留推定量とに基づいて補正する制御を行うように構成される請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  7. 前記制御装置が、
    前記アンモニア貯留推定量を、前記アンモニアスリップ量と前記下流ＮＯｘ濃度に基づいて算出する制御を行うように構成される請求項６に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  8. 前記制御装置が、
    前記上流ＮＯｘ流量と、前記下流ＮＯｘ濃度を換算して算出される下流ＮＯｘ流量と、前記アンモニアスリップ量とに基づいて前記選択還元型触媒装置群によるＮＯｘ浄化率を算出して、
    このＮＯｘ浄化率が予め設定された判定閾値以下であるときに、前記選択還元型触媒装置群の故障と判定する制御を行うように構成される請求項６または７に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
  9. 内燃機関の排気通路に、上流側より順に、尿素水供給装置、排気ガス浄化処理装置を備えるとともに、前記排気ガス浄化処理装置に、少なくとも１つ以上の選択還元型触媒装置で構成される選択還元型触媒装置群と、該選択還元型触媒装置群より下流側に配設される酸化触媒装置を備えて構成される内燃機関の排気ガス浄化方法において、
    前記尿素水供給装置からの尿素水供給時に、前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第１温度を検出して、
    この第１温度の検出時と同じエンジンの運転状態で、かつ、前記尿素水供給装置からの尿素水供給を停止した状態における、前記排気ガス浄化処理装置を通過後の排気ガスの温度である第２温度を予め設定したデータから算出するとともに、
    この第１温度と第２温度に基づいて、前記尿素水供給装置から供給される尿素水から生成されるアンモニアが前記酸化触媒装置で酸化されて発生する熱量であるアンモニア発熱量を算出して、このアンモニア発熱量に基づいて、前記選択還元型触媒装置群からのアンモニアスリップ量を算出することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。
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