JP2023012658A - 噴射量算出装置、噴射量制御方法及び排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、噴射量算出装置、噴射量制御方法及び排気浄化装置に関する。
特許文献1には、排気浄化システムが記載されている。この排気浄化システムは、エンジンの排気管に順に設けられた酸化触媒、DPF、及び、選択還元触媒を有している。また、この排気浄化システムは、DPFと選択還元触媒との間に尿素水を噴射するためのインジェクタを有している。選択還元触媒は、アンモニア等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のNOxを選択的に還元する。インジェクタは、制御装置で発生した駆動パルスが印加されると開弁し、尿素水を選択還元触媒の上流側に噴射する。インジェクタにより噴射された尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解される。これにより、還元剤としてのアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、選択還元触媒に供給される。
ところで、上述した排気浄化システム等が搭載された車両の運転状態が、軽負荷から高負荷に急激に変化した場合(例えば急加速が生じた場合)、図4に示されるように、まず、排ガス流量F1及び排気温度T1が上昇する。その後、排気温度T1の上昇から遅れて、触媒上流温度T2及び触媒温度T3が上昇する。触媒温度T3が上昇すると、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量が減少する。このため、触媒温度T3の上昇が検出された場合には、アンモニアスリップの増大を避ける目的から、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量の目標値Q1を低減させ、選択還元触媒への尿素水の噴射量I1を低減させることが考えられる(図4の(c)のQ2は、実際のアンモニアの吸着量(計算値)を示す)。
一方、車両の運転状態が軽負荷から高負荷に急激に変化した時点では、触媒温度T3の上昇が生じていないため、元々の高い目標値Q1に応じた噴射量I1での尿素水の噴射が行われている。このため、上述した様に、その後に触媒温度T3が上昇した際には、アンモニアが吸着可能量を超えて選択還元触媒に供給されることとなり、アンモニアスリップS1が増加してしまう。このようなアンモニアスリップS1の増加が発生しないように目標値Q1を一定のマージンをもって低下させると、NOx低減性能の低下を招いてしまう。
そこで、本発明は、NOx低減性能の低下を抑制すると共にアンモニアスリップを抑制可能な噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法を提供することを目的とする。
本発明に係る噴射量算出装置は、排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒が設けられた車両に搭載されており、還元触媒への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置であって、車両における現在のセンサ値の入力を受け、現在のセンサ値と、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が目標値に近づくように噴射量を算出する第1噴射量算出部と、現在のセンサ値の入力を受け、現在のセンサ値に基づいた将来予測によって、目標値の修正値である修正目標値を算出する将来予測部と、を備え、第1噴射量算出部は、将来予測部が算出した修正目標値に基づいて噴射量を算出する。
また、本発明に係る噴射量制御方法は、車両の排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒への尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法であって、車両における現在のセンサ値に基づいた将来予測により、還元触媒においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、アンモニア吸着量が目標値修正工程で修正された目標値に近づくように噴射量を制御する噴射量制御工程と、を備える。
これらの装置及び方法では、車両の現在のセンサ値に基づいた将来予測によって、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を修正する。よって、例えば現時点のアンモニア吸着量の目標値に応じた尿素水の噴射量では、将来的にアンモニアスリップの増加が見込まれるような状況では、当該アンモニアスリップが発生しないようにアンモニア吸着量の目標値を小さく修正可能である。一方で、将来的にアンモニアスリップの増加が予測されないよう状況では、アンモニア吸着量の目標値を不必要に小さく修正することを避けることが可能である。よって、これらの装置及び方法によれば、NOx低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。
一方、この装置においては、アンモニア吸着量が目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する部分(第1噴射量算出部)と、将来予測によって当該目標値の修正値である修正目標値を算出する部分(将来予測部)とが別個に構成されており、且つ、それぞれに対して車両のセンサ値が入力される。よって、例えば、相対的に高負荷である将来予測部に対して、車両に搭載されたコンピュータの専用のコアを用意しつつ、相対的に低負荷である第1噴射量算出部を別のコアに振り分けることが可能である。
本発明に係る噴射量算出装置においては、将来予測部は、センサ値のうち、車両の還元触媒を含む触媒ユニットに導入される前の排気ガス温度を用いて将来予測を行ってもよい。このように、例えば触媒温度等と比較して、運転状況の変化に対して応答の早い排気ガス温度を用いて将来予測を行うことにより、より適切なアンモニア吸着量の目標値の修正が可能となる。
本発明に係る噴射量算出装置においては、将来予測部は、現在のセンサ値と、現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように噴射量を算出する第2噴射量算出部と、第2噴射量算出部が算出した噴射量と、現在目標値よりも大きく設定された第1仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第1仮目標値のコストである第1コストを算出する第1コスト算出部と、第2噴射量算出部が算出した噴射量と、現在目標値よりも小さく設定された第2仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第2仮目標値のコストである第2コストを算出する第2コスト算出部と、第1コストと第2コストとを比較することにより、第1仮目標値と第2仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する修正目標値設定部と、を有してもよい。このように、アンモニア吸着量の目標値の修正のための将来予測に対して、コストを導入することにより、将来予測部の負荷が低減される。
本発明に係る噴射量算出装置においては、第1コスト算出部は、還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第1コストを算出し、第2コスト算出部は、還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第2コストを算出してもよい。この場合、アンモニアスリップを確実に低減できる。この結果、アンモニアスリップ触媒の小型化による原価低減が実現され得る。
本発明によれば、NOx低減性能の低下を抑制すると共にアンモニアスリップを抑制可能な噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法を提供することできる。
一態様に係る排気浄化装置は、内燃機関によって発生した排気ガスが流れる排気通路に設けられた第1の選択還元触媒と、排気通路における第1の選択還元触媒の下流側に設けられた酸化触媒と、排気通路における酸化触媒の下流側に設けられた第2の選択還元触媒と、第1の選択還元触媒の上流側で排気通路内に尿素水を噴射する第1の噴射装置と、第1の選択還元触媒の下流側で、且つ、第2の選択還元触媒の上流側で排気通路内に尿素水を噴射する第2の噴射装置と、第1の噴射装置及び第2の選択還元触媒によって噴射される尿素水の噴射量を決定する噴射量算出装置と、排気ガスの温度又は第1の選択還元触媒の温度をセンサ値として取得する温度センサと、を備え、噴射量算出装置は、センサ値と第1の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、第1の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量が目標値に近づくように第1の噴射装置の尿素水の噴射量を決定する算出部と、センサ値に基づいて、将来時点での第1の選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を予測すると共に、アンモニアスリップの発生が予測された場合に目標値を低くする予測部と、を含む。
上記の通り、一態様の排気浄化装置によれば、NOx低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。さらに、この排気浄化装置では、アンモニアスリップを抑制することで酸化触媒に導入されるアンモニア量を減少させることができるので、亜酸化窒素(N2O)の生成を抑制することができる。
なお、センサは、第1の選択還元触媒の上流側において排気ガスの温度をセンサ値として取得してもよい。
(第1実施形態)
以下、図面を参照して第1実施形態に係る排気浄化装置について詳細に説明する。図1は、排気浄化装置の一例を示す模式図である。図1に示される排気浄化装置100は、例えばディーゼルエンジン(内燃機関)50を備える車両に搭載されている。排気浄化装置100は、制御装置(噴射量算出装置)1と、触媒ユニット110と、噴射部120と、を備えている。触媒ユニット110は、排気マニホルド52を介してディーゼルエンジン50の排気ポートに接続された排気管101に設けられている。触媒ユニット110は、排気管101の上流側から順に配置された酸化触媒103、DPF(Diesel Particulate Filter)104、選択還元触媒(還元触媒)105、及び、アンモニア低減触媒106を含む。
以下、図面を参照して第1実施形態に係る排気浄化装置について詳細に説明する。図1は、排気浄化装置の一例を示す模式図である。図1に示される排気浄化装置100は、例えばディーゼルエンジン(内燃機関)50を備える車両に搭載されている。排気浄化装置100は、制御装置(噴射量算出装置)1と、触媒ユニット110と、噴射部120と、を備えている。触媒ユニット110は、排気マニホルド52を介してディーゼルエンジン50の排気ポートに接続された排気管101に設けられている。触媒ユニット110は、排気管101の上流側から順に配置された酸化触媒103、DPF(Diesel Particulate Filter)104、選択還元触媒(還元触媒)105、及び、アンモニア低減触媒106を含む。
酸化触媒103は、排気ガスAの酸化処理を行う。DPF104は、排気ガスA中の微粒子状物質を捕集する。選択還元触媒105は、還元剤の供給を受け、排気ガスA中の窒素酸化物(NOx)を還元する。還元剤は、例えばアンモニアである。噴射部120は、選択還元触媒105に対して尿素水を噴射する(排気ガスAに尿素水を添加する)。これにより、尿素水がアンモニアと炭酸ガスとに熱分解され、選択還元触媒105にアンモニアが供給される。
選択還元触媒105は、アンモニアを用いて排気ガスA中の窒素酸化物を還元する。アンモニア低減触媒106は、余剰のアンモニアを酸化処理する。なお、排気浄化装置100は、ディーゼルエンジン50と排気管101との接続部と触媒ユニット110との間において排気管101に設けられたATC(After Turbo Catalyst)102をさらに備えてもよい。
また、排気浄化装置100は、温度センサ107,108,109を備えている。温度センサ107は、ディーゼルエンジン50と排気管101との接続部の直下であって、触媒ユニット110の上流側(ここではATC102の更に上流側)に設けられている。温度センサ107は、触媒ユニット110の上流側における排気ガスAの温度(以下、「排気ガス温度」という場合がある)を検出して制御装置1に入力する。
温度センサ108は、触媒ユニット110内において、選択還元触媒105の上流側に設けられている。温度センサ108は、選択還元触媒105の上流側における排気ガスAの温度(以下、「触媒上流温度」という場合がある)を検出して制御装置1に入力する。温度センサ109は、選択還元触媒105に設けられている。温度センサ109は、選択還元触媒105の温度(以下、「触媒温度」という場合がある)を検出して制御装置1に入力する。
制御装置1は、上述した様に、温度センサ107~109を用いて、排気ガス温度、触媒上流温度、及び、触媒温度を取得可能とされている。また、制御装置1は、図示しない他のセンサを用いて、排気ガスAの流量、噴射部120における尿素水の噴射量、外気温、排気ガスA中の酸素濃度、選択還元触媒105の上流側における排気ガスA中の窒素酸化物の濃度等を取得可能とされている。
制御装置1は、物理的には、CPU(Central Processing Unit)、主記憶装置であるRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、データ送受信デバイスである通信モジュール等を含むコンピュータシステムとして構成されている。以下の図2に示される各機能部は、上記のハードウェア上に所定のプログラムを読み込ませることにより、CPUの制御のもとで、通信モジュールを動作させるとともにRAM等におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現され得る。
図2は、図1に示された制御装置の一部の機能的な構成を示す図である。図2に示される制御装置1は、選択還元触媒105への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置として機能する。そのために、制御装置1は、算出部(第1噴射量算出部)10と予測部(将来予測部)20とを備えている。算出部10は、吸着量算出部11と噴射量算出部12とを含む。
吸着量算出部11は、車両の現在のセンサ値A1の入力を受け、センサ値A1に基づいて選択還元触媒105における現在のアンモニア吸着量を算出する。センサ値A1は、上述したように制御装置1が取得可能な各種の値であり、一例として排気ガス温度である。吸着量算出部11は、算出したアンモニア吸着量A2を噴射量算出部12に出力する。
噴射量算出部12は、吸着量算出部11からアンモニア吸着量A2の入力を受ける。噴射量算出部12は、アンモニア吸着量A2(すなわち、センサ値A1)と選択元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、アンモニア吸着量A2が当該目標値に近づくように、噴射部120からの尿素水の噴射量を算出する。アンモニア吸着量の目標値は、予め設定されている。制御装置1は、噴射量算出部12が算出した噴射量での尿素水の噴射が行われるように、噴射部120に対して制御信号を出力する。
予測部20は、リファレンスガバナ制御といった予測制御による将来予測によって、アンモニア吸着量の目標値を修正する。そのために、予測部20は、噴射量算出部(第2噴射量算出部)21、モデル生成部22、コスト算出部(第1コスト算出部、第2コスト算出部)23、及び、目標値設定部(修正目標値設定部)24と、を含む。噴射量算出部21は、車両の現在のセンサ値B1の入力を受ける。センサ値B1は、制御装置1が取得可能な各種の値であり、例えばセンサ値A1と同じく排気ガス温度である。
噴射量算出部21は、現在のセンサ値B1と、アンモニア吸着量の現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する。噴射量算出部21は、算出した尿素水の噴射量B2をモデル生成部22に出力する。モデル生成部22は、噴射量B2の入力を受け、噴射量B2と現在目標値とに基づいた将来予測のモデルを生成する。
ここでは、モデル生成部22は、噴射量B2と、現在目標値よりも大きく設定された第1仮目標値と、に基づいた将来予測のための第1モデルを生成する。また、モデル生成部22は、噴射量B2と、現在目標値よりも小さく設定された第2仮目標値と、に基づいた将来予測のための第2モデルを生成する。モデル生成部22は、生成した第1モデル及び第2モデルを示す情報B3をコスト算出部23に出力する。
コスト算出部23は、情報B3の入力を受け、第1モデルによる将来予測によって第1仮目標値のコストである第1コストを算出すると共に、第2モデルによる将来予測によって第2仮目標値のコストである第2コストを算出する。より具体的には、コスト算出部23は、選択還元触媒105におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第1コストを算出すると共に、選択還元触媒105におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第2コストを算出する。
このように、コスト算出部23は、第1コストを算出する第1コスト算出部及び第2コストを算出する第2コスト算出部として機能する。コスト算出部23は、算出した第1コスト及び第2コストを示す情報B4を目標値設定部24に出力する。
目標値設定部24は、情報B4の入力を受け、第1コストと第2コストとを比較することにより、第1仮目標値と第2仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する。一例として、目標値設定部24は、第1仮目標値に基づいた第1モデルでの将来予測によって算出された第1コストが、第2仮目標値に基づいた第2モデルでの将来予測によって算出された第2コストよりも小さい場合には、第1仮目標値を修正目標値と設定する。
予測部20では、以上の一連の動作を繰り返し実施することにより、修正目標値を更新することができる。すなわち、予測部20では、目標値設定部24が設定した修正目標値を基準とした仮目標値(第1及び第2仮目標値)に応じてモデル(第1及び第2モデル)を生成すると共に、当該モデルのコスト(第1及び第2コスト)を算出して比較することにより、修正目標値をさらに修正することができる。このように、予測部20では、所定の回数(或いは、所定の閾値以下のコストを与える目標値が得られるまで)、将来予測及び目標値の修正を繰り返すことができる。
目標値設定部24は、設定した(修正した)修正目標値B5を算出部10の噴射量算出部12に出力する。したがって、噴射量算出部12は、予測部20が算出した修正目標値に基づいて、尿素水の噴射量を算出することができる。
以上のように、制御装置1では、尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法が実施される。特に、上述した様に、第1コスト及び第2コストが、アンモニアスリップを考慮したものとされている(アンモニアスリップが生じる場合に、アンモニアスリップが生じない場合よりも大きくなる)。換言すれば、制御装置1では、車両における現在のセンサ値B1に基づいた将来予測により、選択還元触媒105においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、選択還元触媒105におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、アンモニア吸着量が目標値修正工程で修正された目標値に近づくように尿素水の噴射量を制御する噴射量制御工程と、を実施することとなる。
引き続いて、排気浄化装置100の作用・効果について説明する。車両の運転状態が、軽負荷から高負荷に急激に変化した場合(例えば急加速が生じた場合)、図3に示されるように、まず、排ガス流量F1及び排気温度T1が上昇する。その後、排気温度T1の上昇から遅れて、触媒上流温度T2及び触媒温度T3が上昇する。
触媒温度T3が上昇すると、選択還元触媒105におけるアンモニアの吸着可能量が減少する。このため、触媒温度T3の上昇が検出された場合には、アンモニアスリップの増大を避ける目的から、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量の目標値Q1を低減させ、選択還元触媒への尿素水の噴射量I1を低減させることが考えられる(図3の(c)のQ2は、実際のアンモニアの吸着量(計算値)を示す)。
一方、車両の運転状態が軽負荷から高負荷に急激に変化した時点では、触媒温度T3の上昇が生じていないため、元々の高い目標値Q1に応じた噴射量I1での尿素水の噴射が行われている。このため、上述した様に、その後に触媒温度T3が上昇した際には、アンモニアが吸着可能量を超えて選択還元触媒に供給されることとなり、アンモニアスリップS1が増加してしまう。このようなアンモニアスリップS1の増加が発生しないように、目標値Q1を一定のマージンをもって低下させると、NOx低減性能の低下を招いてしまう。
これに対して、制御装置1、及び、制御装置1の噴射量制御方法では、車両の現在のセンサ値B1に基づいた将来予測によって、選択還元触媒105におけるアンモニア吸着量の目標値Q1を修正する(図3の(c)のQ3は、修正された目標値を示す)。よって、例えば現時点のアンモニア吸着量の目標値Q1に応じた尿素水の噴射量では、将来的にアンモニアスリップS1の増加が見込まれるような状況では、当該アンモニアスリップS1が発生しないようにアンモニア吸着量の目標値Q1を小さく修正可能である。これにより、図3の(e)に示されるように、アンモニアスリップS2の増大が避けられる。一方で、将来的にアンモニアスリップの増加が予測されないよう状況では、アンモニア吸着量の目標値Q1を不必要に小さく修正することを避けることが可能である。よって、制御装置1、及び、制御装置1の噴射量制御方法によれば、NOx低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。
一方、制御装置1においては、アンモニア吸着量が目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する部分(算出部10)と、将来予測によって当該目標値の修正値である修正目標値を算出する部分(予測部20)とが別個に構成されており、且つ、それぞれに対して車両のセンサ値A1,B1が入力される。よって、例えば、相対的に高負荷である予測部20に対して、車両に搭載されたコンピュータの専用のコアを用意しつつ、相対的に低負荷である算出部10を別のコアに振り分けることが可能である。
また、制御装置1においては、予測部20は、センサ値B1のうち、選択還元触媒105を含む触媒ユニット110に導入される前の排気ガス温度を用いて将来予測を行うことができる。このように、例えば触媒温度等と比較して、運転状況の変化に対して応答の早い排気ガス温度を用いて将来予測を行うことにより、より適切なアンモニア吸着量の目標値の修正が可能となる。
また、制御装置1においては、予測部20は、現在のセンサ値B1と、現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように噴射量を算出する噴射量算出部21と、噴射量算出部21が算出した噴射量と、現在目標値よりも大きく設定された第1仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第1仮目標値のコストである第1コストを算出する第1コスト算出部(コスト算出部23)と、噴射量算出部21が算出した噴射量と、現在目標値よりも小さく設定された第2仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第2仮目標値のコストである第2コストを算出する第2コスト算出部(コスト算出部23)と、第1コストと第2コストとを比較することにより、第1仮目標値と第2仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する目標値設定部24と、を有している。このように、アンモニア吸着量の目標値の修正のための将来予測に対して、コストを導入することにより、予測部20の負荷が低減される。
さらに、制御装置1においては、コスト算出部23は、選択還元触媒105におけるアンモニアスリップが大きくなるほど大きな値となるように第1コストを算出すると共に、アンモニアスリップが大きくなるほど大きな値となるように第2コストを算出する。このため、アンモニアスリップを確実に低減できる。この結果、アンモニアスリップ触媒(例えばアンモニア低減触媒106)の小型化による原価低減が実現され得る。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る排気浄化装置について説明する。以下では、第1実施形態に係る排気浄化装置100との相違点について主に説明し、重複する説明は省略する。
次に、第2実施形態に係る排気浄化装置について説明する。以下では、第1実施形態に係る排気浄化装置100との相違点について主に説明し、重複する説明は省略する。
図5は、第2実施形態に係る排気浄化装置200を概略的に示す図である。図5に示すように、この排気浄化装置200は、触媒ユニット110に代えて触媒ユニット210を備えている。触媒ユニット210は、排気通路を提供する排気管101に設けられ、第1の選択還元触媒201、酸化触媒202、DPF203、第2の選択還元触媒204及びアンモニア低減触媒205を含んでいる。
第1の選択還元触媒201は、排気管101におけるATC102の下流側に設けられている。第1の選択還元触媒201は、例えばアンモニアを還元剤として用いて排気ガスに含まれるNOxを窒素(N2)及び水(H2O)に還元する。酸化触媒202は、第1の選択還元触媒201よりも排気管101の下流側に設けられている。酸化触媒202は、排気ガスに含まれる炭化水素(HC)等を酸化して浄化する。
DPF203は、排気管101における酸化触媒202の下流側に設けられている。酸化触媒202は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する。第2の選択還元触媒204は、排気管101におけるDPF203の下流側に設けられている。第2の選択還元触媒204は、例えばアンモニアを還元剤として用いて排気ガスに含まれるNOxを窒素及び水に還元する。アンモニア低減触媒205は、余剰のアンモニアを酸化処理する。
排気浄化装置200は、第1の噴射装置220及び第2の噴射装置221を更に備えている。第1の噴射装置220は、第1の選択還元触媒201の上流側で還元剤として尿素水を排気管101内に噴射する。排気管101内に噴射された尿素水は、排気ガスの熱で加水分解されてアンモニアになり、第1の選択還元触媒201に供給される。第1の選択還元触媒201へ供給されたアンモニアは、第1の選択還元触媒201上でNOxを還元する。
第2の噴射装置221は、第1の選択還元触媒201の下流側で、且つ、第2の選択還元触媒204の上流側で還元剤として尿素水を排気管101内に噴射する。排気管101内に噴射された尿素水は、排気ガスの熱で加水分解されてアンモニアになり、第2の選択還元触媒204に供給される。第2の選択還元触媒204へ供給されたアンモニアは、第2の選択還元触媒204上でNOxを還元する。
なお、触媒ユニット210には温度センサ208,209が設けられていてもよい。温度センサ208は、第1の選択還元触媒201上流側に設けられ、第1の選択還元触媒201上流側の排気ガスの温度を検出する。温度センサ209は、第1の選択還元触媒201の温度を検出する。温度センサ208,209は、検出された排気ガス又は第1の選択還元触媒201の温度を示す情報を制御装置1に出力する。
第1実施形態に係る排気浄化装置100と同様に、制御装置1は、リファレンスガバナ制御等を用いた予測モデルによって、第1の選択還元触媒201のアンモニアスリップ量を予測し、当該アンモニアスリップ量が減少するように第1の選択還元触媒201のアンモニア吸着量の目標値を修正する。
図2及び図6を参照して、制御装置1によって行われる処理の一例について詳細に説明する。図6は、排気浄化装置200を用いて行われる噴射量制御方法の例を示すフローチャートである。
図6に示すように、まず吸着量算出部11が、現時点での第1の選択還元触媒201のアンモニア吸着量A2を算出する(ステップST1)。第1の選択還元触媒201のアンモニア吸着量A2は、例えばセンサ値A1、排気ガス中のNOx濃度、及び、第1の噴射装置220に基づいて算出される。次に、噴射量算出部12は、現時点でのアンモニア吸着量A2とアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、第1の噴射装置220によって噴射されるべき尿素水の噴射量を決定する(ステップST2)。このとき、噴射量算出部12は、第1の選択還元触媒のアンモニア吸着量A2がアンモニア吸着量の目標値に近づくように尿素水の噴射量を決定する。
次に、モデル生成部22が、決定された尿素水の噴射量B2とアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、将来時点での第1の選択還元触媒201のアンモニアスリップ量を予測する(ステップST3)。より具体的には、モデル生成部22は、アンモニア吸着量の目標値よりも所定値だけ大きい第1仮目標値、及び、アンモニア吸着量の目標値よりも所定値だけ小さい第2仮目標値を設定する。そして、モデル生成部22は、第1の選択還元触媒201のアンモニア吸着量が第1仮目標値になるように制御したと想定した場合の第1予測モデルの下で第1の選択還元触媒201のアンモニアスリップ量を予測すると共に、第1の選択還元触媒201のアンモニア吸着量が第2仮目標値になるように制御したと想定した場合の第2予測モデルの下で第1の選択還元触媒201のアンモニアスリップ量を予測する。なお、モデル生成部22は、アンモニアスリップ量に加えて、第1予測モデルに基づいて第1の選択還元触媒201のNOx低減量を予測すると共に、第2予測モデルに基づいて第1の選択還元触媒201のNOx低減量を予測してもよい。
次に、コスト算出部23が、第1予測モデル及び第2予測モデルによって予測された第1の選択還元触媒201のアンモニアスリップ量に基づいて、第1コスト及び第2コストを算出する(ステップST4)。例えば、コスト算出部23は、予測されるアンモニアスリップ量が大きいほど、第1コスト及び第2コストを大きくする。
次に、目標値設定部24は、第1コスト及び第2のコストに基づいて、第1の選択還元触媒201のアンモニア吸着量の目標値を修正する(ステップST5)。例えば、目標値設定部24は、第1コストが第2コストよりも小さい場合には、アンモニア吸着量の目標値を第1仮目標値に変更する。一方、第1コストが第2コストよりも大きい場合には、目標値設定部24は、アンモニア吸着量の目標値を第2仮目標値に変更する。すなわち、目標値設定部24は、第1の選択還元触媒201においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合には、アンモニアスリップ量が小さくなるようにアンモニア吸着量の目標値を低くする。目標値設定部24は、変更後のアンモニア吸着量の目標値を修正目標値として噴射量算出部12に出力する。
次に、噴射量算出部12は、修正目標値に基づいて第1の噴射装置220によって噴射されるべき尿素水の噴射量を決定する(ステップST6)。これにより、第1の選択還元触媒201のアンモニア吸着量が修正目標値になるように第1の噴射装置220の尿素水の噴射量が修正される。
第1の選択還元触媒201においてアンモニアスリップが発生すると、第1の選択還元触媒201を通過したアンモニアが酸化触媒202によって酸化され、温室効果ガスである亜酸化窒素(N2O)が生成される。これに対して、上述のように、第2実施形態に係る排気浄化装置200では、第1の選択還元触媒201においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合には、アンモニアスリップ量が小さくなるようにアンモニア吸着量の目標値を小さくするので、酸化触媒202に導入されるアンモニアが減少する。その結果、N2Oの生成を抑制することができる。
以上の実施形態は、本発明の一形態を説明したものである。したがって、本発明は、上記実施形態に限定されることなく変形され得る。
例えば、コスト算出部23は、第1の選択還元触媒201のNOx低減率が大きくなるほど第1のコスト及び第2のコストが小さくなり、第1の選択還元触媒201のNOx低減率が小さくなるほど第1のコスト及び第2のコストが大きくなるように第1のコスト及び第2のコストを算出してもよい。このように第1のコスト及び第2のコストを算出することによって、NOxを効果的に低減しつつアンモニアスリップを抑制することができる。
1…制御装置(噴射量算出装置)、10…算出部(第1噴射量算出部)、20…予測部(将来予測部)、21…噴射量算出部(第2噴射量算出部)、23…コスト算出部(第1コスト算出部、第2コスト算出部)、24…目標値設定部(修正目標値設定部)、50…ディーゼルエンジン(内燃機関)、100,200…排気浄化装置、103,202…酸化触媒、105…選択還元触媒(還元触媒)、107~109,208,209…温度センサ、201…第1の選択還元触媒、204…第2の選択還元触媒、220…第1の噴射装置,221…第2の噴射装置。
Claims (7)
- 排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒が設けられた車両に搭載されており、前記還元触媒への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置であって、
前記車両における現在のセンサ値の入力を受け、現在の前記センサ値と、前記還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、前記アンモニア吸着量が前記目標値に近づくように前記噴射量を算出する第1噴射量算出部と、
現在の前記センサ値の入力を受け、現在の前記センサ値に基づいた将来予測によって、前記目標値の修正値である修正目標値を算出する将来予測部と、
を備え、
前記第1噴射量算出部は、前記将来予測部が算出した前記修正目標値に基づいて前記噴射量を算出する、
噴射量算出装置。 - 前記将来予測部は、前記センサ値のうち、前記車両の前記還元触媒を含む触媒ユニットに導入される前の排気ガス温度を用いて前記将来予測を行う、
請求項1に記載の噴射量算出装置。 - 前記将来予測部は、
現在の前記センサ値と、現在の前記目標値である現在目標値とに基づいて、前記アンモニア吸着量が前記現在目標値に近づくように前記噴射量を算出する第2噴射量算出部と、
前記第2噴射量算出部が算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも大きく設定された第1仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第1仮目標値のコストである第1コストを算出する第1コスト算出部と、
前記第2噴射量算出部が算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも小さく設定された第2仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第2仮目標値のコストである第2コストを算出する第2コスト算出部と、
前記第1コストと前記第2コストとを比較することにより、前記第1仮目標値と前記第2仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を前記修正目標値として設定する修正目標値設定部と、
を有する、
請求項1又は2に記載の噴射量算出装置。 - 前記第1コスト算出部は、前記還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように前記第1コストを算出し、
前記第2コスト算出部は、前記還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように前記第2コストを算出する、
請求項3に記載の噴射量算出装置。 - 内燃機関によって発生した排気ガスが流れる排気通路に設けられた第1の選択還元触媒と、
前記排気通路における前記第1の選択還元触媒の下流側に設けられた酸化触媒と、
前記排気通路における前記酸化触媒の下流側に設けられた第2の選択還元触媒と、
前記第1の選択還元触媒の上流側で前記排気通路内に尿素水を噴射する第1の噴射装置と、
前記第1の選択還元触媒の下流側で、且つ、前記第2の選択還元触媒の上流側で前記排気通路内に尿素水を噴射する第2の噴射装置と、
前記第1の噴射装置及び前記第2の選択還元触媒によって噴射される尿素水の噴射量を決定する噴射量算出装置と、
前記排気ガスの温度又は前記第1の選択還元触媒の温度をセンサ値として取得する温度センサと、
を備え、
前記噴射量算出装置は、
前記センサ値と前記第1の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、前記第1の選択還元触媒におけるアンモニア吸着量が前記目標値に近づくように前記第1の噴射装置の尿素水の噴射量を決定する算出部と、
前記センサ値に基づいて、将来時点での前記第1の選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を予測すると共に、前記アンモニアスリップの発生が予測された場合に前記目標値を低くする予測部と、
を含む、排気浄化装置。 - 前記センサは、前記第1の選択還元触媒の上流側において前記排気ガスの温度を前記センサ値として取得する、請求項5に記載の噴射量算出装置。
- 車両の排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒への尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法であって、
前記車両における現在のセンサ値に基づいた将来予測により、前記還元触媒においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、前記還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、
前記アンモニア吸着量が前記目標値修正工程で修正された目標値に近づくように前記噴射量を制御する噴射量制御工程と、
を備える噴射量制御方法。
Priority Applications (2)
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