JP4305643B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
その一つとして、最近では、定地式ディーゼルエンジンで実用化されている還元剤として尿素やアンモニア(NH3)を添加する構成のアンモニア添加式NOx触媒が車両用に開発されつつある。このアンモニア添加式NOx触媒では、触媒に添加された尿素やアンモニア(NH3)によってNOxが窒素(N2)及びH2Oに還元されるように反応が進行する。
このようにNOx浄化率に誤差が生じると、必然的にアンモニア添加量にずれが生じることになり、例えばNOx浄化率を少なく見積もった場合には、アンモニア添加量が不足してNOx浄化率の低下を招き、一方、NOx浄化率を多く見積もった場合には、NOx触媒にアンモニアが過剰に添加され、やはりアンモニアスリップを起こしかねず、好ましいことではない。
即ち、還元剤である尿素またはアンモニアのNOx触媒への吸着量には触媒温度に応じた限界があり、その限界量の最大値に対して略1/2の限界量が得られるときの温度を所定温度としてセンサ制御とマップ制御との切り換えを行うようにする。
また、請求項2の内燃機関の排気浄化装置によれば、尿素またはアンモニアの吸着限界量はNOx触媒の温度の増大に応じて減少するものであって、所定温度は吸着限界量が吸着限界量の最大値に対して略半減するところの温度であるので、センサ制御とマップ制御の切り換えをアンモニアスリップを生じることなく適切に行うことができる。
エンジン1は例えばディーゼルエンジンからなり、当該エンジン1の吸気通路2には吸入空気量Qaを検出するエアフローセンサ4が設けられている。
エンジン1の排気通路6には、主として排気中のNOxを浄化可能なTiO2系のNOx触媒10が介装されており、NOx触媒10の排気上流側には、還元剤として尿素またはアンモニア(NH3)を排気通路6に供給するNH3噴射弁(還元剤供給手段)12が設けられている。NH3噴射弁12は管路12aを介してNH3を貯蔵するNH3タンク13に接続されている。
ECU20は、エンジン1を含めた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタ等から構成されている。
以下、このように構成された排気浄化装置の本発明に係るNH3添加量設定制御について説明する。
そして、ステップS14では、図4或いは図5のブロックB10において、NOx触媒10に吸着すべきNH3の吸着量、即ち目標NH3吸着量Qnstを設定する。詳しくは、図6に示すように、触媒温度Tcと目標NH3吸着量Qnstとの関係がQnst設定マップとしてマップ化されており、目標NH3吸着量Qnstは当該Qnst設定マップから読み出す。なお、同図の関係は上記図2の触媒温度TcとNH3吸着限界量との関係と同じであり、NH3吸着限界量が即ち目標NH3吸着量Qnstである。つまり、目標NH3吸着量Qnstは、高温域では0に近い値に設定される。
ステップS16の判別結果が真(Yes)で、触媒温度Tcが所定温度T1以下であると判定された場合には、ステップS18に進む(第1の還元剤供給量設定手段)。
ステップS20では、これら触媒上流側のNOx濃度情報と触媒下流側のNOx濃度情報とに基づき、これらの比としてNOx浄化率ηを算出する。
ステップS24では、ブロックB12乃至ブロックB16において、上記実NH3消費量f(η, Qnox)に基づき、次式(1)からNOx触媒10に吸着する実際のNH3吸着量Qnsを推定し、併せてステップS26でNH3添加量Qndを求める。
具体的には、ブロックB14において、目標NH3吸着量Qnstと推定した実際のNH3吸着量Qnsとの大小比較を行いながら、ブロックB16において、NH3吸着量Qnsが目標NH3吸着量QnstとなるようにNH3添加量Qndを設定するようにし(ステップS26)、当該設定したNH3添加量Qndに基づいて、上記式(1)より、新たに次回のNH3吸着量Qnsを推定する(ステップS24)。
ステップS28では、図5に示すように、NOxセンサF14からの触媒上流側の実際のNOx濃度情報のみを出力値として読込む。
ステップS30では、図5のブロックB13において、目標NOx浄化率ηtをηt設定マップにおいて検索する。
そして、ステップS32では、上記NOx質量流量Qnoxと当該目標NOx浄化率ηtに基づき、NOx触媒10でNOxの還元に使用されるNH3の消費量をf(ηt, Qnox)として求める。
つまり、上述したように、NOx触媒10の温度が高くなると、NH3が酸化してNOxに変化したり或いはアンモニアスリップによってNOxが触媒下流に流出したりして、NH3がNOxセンサR16によって誤検出される可能性が高く、NH3添加量Qndを適正に設定できないのであるが、NOx触媒10の温度が低い低温域ではこのような不都合はなく、触媒温度Tcが所定温度T1以下の低い低温域にあっては、NOxセンサF14からの触媒上流の実際のNOx濃度情報及びNOxセンサR16からの触媒下流側の実際のNOx濃度情報とに基づく所謂センサ制御を行うことにより、実NH3消費量f(η, Qnox)を正確に求めることができ、これによりNH3添加量Qndを適正に設定することができる。
特に、ここでは触媒温度Tcの判別閾値、即ち所定温度T1をNH3吸着限界量の最大値に対して略1/2の吸着限界量が得られるところの温度に設定するようにしている。即ち、図2に示したように、NH3吸着限界量は触媒温度の上昇によって急激に低下する特性を有しており、触媒温度が上昇した際、NH3吸着量の少ない状態に一気に移行してしまい、アンモニアスリップを生じる可能性が高いのであるが、NH3吸着量が略半減する点(切換わり点)の温度を所定温度T1とし、当該所定温度T1においてセンサ制御からマップ制御に切り換えるようにしている。従って、触媒温度が高温側に移行した際のアンモニアスリップを抑制できるとともに適切なNH3添加制御を実現可能である。
以上で実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
また、上記実施形態では、触媒上流側のNOx濃度をNOxセンサF14によって検出するようにしているが、当該触媒上流側のNOx濃度についてはエンジン1の運転状態から間接的に求めるようにしてもよい。例えば、エンジン回転速度NeとエンジントルクとからNOx流量を求め、当該NOx流量と排気流量(吸入空気量Qa)とから触媒上流側のNOx濃度を求めるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1としてディーゼルエンジンを採用したが、エンジン1はディーゼルエンジンに限定されるものではなく、リーンバーンエンジン等のガソリンエンジンであってもよい。
4 エアフローセンサ
10 NOx触媒
12 NH3噴射弁(還元剤供給手段)
14 NOxセンサF(第1のNOx濃度検出手段)
16 NOxセンサR(第2のNOx濃度検出手段)
18 温度センサ(触媒温度検出手段)
20 ECU(電子コントロールユニット)
Claims (2)
- 内燃機関の排気通路に介装され、排気中のNOxを浄化可能なNOx触媒と、
前記NOx触媒の排気上流側に設けられ、該NOx触媒に尿素またはアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給手段と、
前記NOx触媒に流入するNOxの濃度を検出する第1のNOx濃度検出手段と、
前記NOx触媒から排出されるNOxの濃度を検出する第2のNOx濃度検出手段と、
前記NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記NOx触媒に吸着すべき前記還元剤の目標吸着量を前記NOx触媒の温度に応じて設定する目標吸着量設定手段と、
前記第1のNOx濃度検出手段及び前記第2のNOx濃度検出手段からの情報に基づき前記NOx触媒におけるNOx浄化率を求めて前記還元剤の実消費量を求め、該還元剤の実消費量に基づき、前記NOx触媒に吸着する前記還元剤の吸着量が前記目標吸着量を超えないよう前記還元剤供給手段からの還元剤供給量を設定する第1の還元剤供給量設定手段と、
目標NOx浄化率を前記NOx触媒の温度及び前記還元剤の目標吸着量に応じて予めマップとして設定しておき、該マップより前記NOx触媒の温度と前記還元剤の目標吸着量とに応じた目標NOx浄化率を求め、該目標NOx浄化率と前記第1のNOx濃度検出手段からの情報を基に前記還元剤の消費量を求め、該還元剤の消費量に基づき、前記NOx触媒に吸着する前記還元剤の吸着量が前記目標吸着量を超えないよう前記還元剤供給手段からの還元剤供給量を設定する第2の還元剤供給量設定手段とを備え、
前記還元剤供給手段は、前記触媒温度検出手段により検出される前記NOx触媒の温度が所定温度以下のときには前記第1の還元剤供給量設定手段により還元剤供給量を設定し、前記NOx触媒の温度が所定温度より大きいときには前記第2の還元剤供給量設定手段により還元剤供給量を設定して尿素またはアンモニアを還元剤として供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記NOx触媒に吸着可能な吸着限界量は前記NOx触媒の温度の増大に応じて減少するものであって、
前記所定温度は、前記吸着限界量の最大値に対して略1/2の吸着限界量が得られるところの温度であることを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
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