JP4661452B2 - 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents
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Description
つまり、DPF装置に捕集され堆積したPMを燃焼除去するために強制再生制御を行うと、DPF装置でPMが燃焼するため、下流側に高温の排気ガスが流出する。そのため、下流側のSCR触媒装置に高温の排気ガスが流入することになり、SCR触媒が高温になり熱劣化が進行する。この熱劣化は、走行距離が増すに従って進行し、SCR触媒装置のNOx浄化性能が低下してくる。
また、選択的接触還元型触媒装置の触媒温度を指標する触媒温度指標値とは、選択的接触還元型触媒装置の触媒温度の測定値や触媒温度を推定できる物理量のことを言い、選択的接触還元型触媒装置の触媒床温度や選択的接触還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度(入口排気ガス温度)や選択的接触還元型触媒装置の前後の排気ガス温度の平均値などを採用することができる。また、エンジン負荷とエンジン回転速度などからマップデータを参照して選択的接触還元型触媒装置の触媒温度を推定する場合は、推定された触媒温度をこの触媒温度指標値とすることができる。
図1に、この実施の形態の排気ガス浄化システム1の構成を示す。この排気ガス浄化システム1は、ディーゼル内燃機関(エンジン)11の排気通路12に、上流側からディーゼルパティキュレートフィルタ装置(以下、DPF装置)13、選択的接触還元型触媒装置(以下、SCR触媒装置とする)14、酸化触媒装置15を設けて構成される。
そして、SCR触媒装置14は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造の担持体(触媒構造体)に、チタニア−バナジウム、ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。
ステップS11では、図3に示すように、ステップS11aで、エンジン11から排出される排気ガス中のNOx濃度Cnoxを算出し、ステップS11bで、重量に関係する排気ガス量Wgを算出する。そして、ステップS11cで、NOx濃度Cnoxと排気ガス量Wgと排気ガス密度ρgとからNOx排出重量Wonを算出し、ステップS11dで、このNOx排出重量Wonから第1の尿素水供給量Q1を算出する。
ステップS11dでは次のようにして、第1の尿素水供給量Q1を算出する。
尿素1モル(60g)からアンモニア2モル(34g)が発生し、アンモニア1モル(17g)がNOx1モル(46g)と反応する。従って、NOx1モル(46g)に対して尿素0.5モル(30g)が必要となる。ここで、SCR触媒装置14に供給する尿素水SをP(%)(32.5%を用いることが多い)の尿素水溶液とすると、エンジン11から発生したNOxのモル数(=NOx排出重量(Won)/46)に対して、尿素はその半分のモル数(=Q1×(P/100)/30)が必要となる。つまり、Q1=(NOx排出重量(Won)/46)×30×(100/P)となる。この第1の尿素水供給量Q1が排気ガス中のNOxを浄化するのに必要な量である。
第2の尿素水供給量Q2の上限値Quは、次のようにして算出される。
次のステップS13bで、第2の尿素水供給量Q2の上限値Quの算出を行う。この上限値Qu(kg/h)は、Qu=K×(C0×Vg/P)/(1−ηnh3/100)で算出される。ここで、C0は所定の判定濃度(ppm)、Vgは容積に関する排気ガス量(m3 /h)、Pは尿素水濃度(%)、Kは(3×10-3/22.4)である。なお、この容積に関する排気ガス量Vg(m3 /h)は重量に関する排気ガス量Wg(kg/h)を排気ガス密度ρ(kg/m3 )で除した値である。即ち、Vg=Wg/ρgである。
11 ディーゼル内燃機関(エンジン)
12 排気通路
13 DPF装置
14 選択的接触還元型触媒装置(SCR触媒装置)
15 酸化触媒装置
21 尿素水噴射弁
30 制御装置(ECU)
31 入口排気ガス温度センサ
32 出口排気ガス温度センサ
Ac エンジン負荷
Acc アクセル開度
C0 所定の判定濃度
Cnox エンジンから排出される排気ガス中のNOx濃度
Csnh3 流出アンモニア濃度
K 定数(=3×10-3/22.4)
Ne エンジン回転速度
P 尿素水濃度
Pb ブースト圧力
Q1 第1の尿素水供給量
Q2 第2の尿素水供給量
Qu 第2の尿素水供給量の上限値
T14a SCR触媒入口排気ガス温度
T14b SCR触媒出口排気ガス温度
Tc 触媒温度
Vg 容積に関する排気ガス量(容積/時間)
Wa 空気流量(吸入空気量)
Wan 処理可能なNOx重量
Wf 燃料流量
Wg 重量に関する排気ガス量(重量/時間)
Won NOx排出重量
Wcnh3 SCR触媒装置内に蓄積されたアンモニア量
ηnox NOx浄化率
ηnh3 アンモニア浄化率
ΔVsnh3 アンモニアの流出ガス量
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路に上流側から順にNOxを浄化するための選択的接触還元型触媒装置と酸化触媒装置を配設し、前記選択的接触還元型触媒装置にアンモニア系水溶液を供給する水溶液供給装置を前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に配設すると共に、前記アンモニア系水溶液の供給量を調整する水溶液供給量調整手段を備え、
前記選択的接触還元型触媒装置でNOxを還元するためのNOx還元用アンモニア系水溶液に加えて、前記選択的接触還元型触媒装置に流入する排気ガスを冷却して前記選択的接触還元型触媒装置の触媒温度を低下させるための冷却用アンモニア系水溶液を供給する排気ガス浄化システムの制御方法において、
前記アンモニア系水溶液の供給量を、前記選択的接触還元型触媒装置で消費可能なアンモニア量に相当する第1のアンモニア系水溶液供給量と、前記酸化触媒装置で消費可能なアンモニア量に相当する第2のアンモニア系水溶液供給量とに基づいて算出すると共に、 前記第1のアンモニア系水溶液供給量を、内燃機関から排出されるNOx排出量と前記選択的接触還元型触媒装置のNOx浄化率とから算出し、
前記第2のアンモニア系水溶液供給量を、内燃機関から排出される排気ガス量と前記酸化触媒装置のアンモニア変換効率とから算出し、
更に、前記冷却用アンモニア系水溶液を供給する制御の全体時間が所定の時間よりも多くなった時には異常であると判定することを特徴とする排気ガス浄化システムの制御方法。 - 前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に、排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配設し、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の強制再生制御時に、前記冷却用アンモニア系水溶液を供給することを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
- 前記酸化触媒装置の下流側に流出するアンモニア流出量が、所定の限界値以下になる量の範囲内に、前記第2のアンモニア系水溶液供給量を設定することを特徴とする請求項1又は2記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
- 前記所定の限界値を10ppmとすることを特徴とする請求項3記載の排気ガス浄化システムの制御方法。
- 内燃機関の排気通路に上流側から順にNOxを浄化するための選択的接触還元型触媒装置と酸化触媒装置を配設し、前記選択的接触還元型触媒装置にアンモニア系水溶液を供給する水溶液供給装置を前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に配設すると共に、前記アンモニア系水溶液の供給量を調整する水溶液供給量調整手段を備え、
前記選択的接触還元型触媒装置でNOxを還元するためのNOx還元用アンモニア系水溶液に加えて、前記選択的接触還元型触媒装置に流入する排気ガスを冷却して前記選択的接触還元型触媒装置の触媒温度を低下させるための冷却用アンモニア系水溶液を供給する排気ガス浄化システムにおいて、 前記水溶液供給量調整手段が、前記アンモニア系水溶液の供給量を、前記選択的接触還元型触媒装置で消費可能なアンモニア量に相当する第1のアンモニア系水溶液供給量と、前記酸化触媒装置で消費可能なアンモニア量に相当する第2のアンモニア系水溶液供給量とに基づいて算出すると共に、
前記第1のアンモニア系水溶液供給量を、内燃機関から排出されるNOx排出量と前記選択的接触還元型触媒装置のNOx浄化率とから算出し、
前記第2のアンモニア系水溶液供給量を、内燃機関から排出される排気ガス量と前記酸化触媒装置のアンモニア変換効率とから算出し、
更に、前記冷却用アンモニア系水溶液を供給する制御の全体時間が所定の時間よりも多くなった時には異常であると判定することを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 前記選択的接触還元型触媒装置の上流側に、排気ガス中の粒子状物質を浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ装置を配設し、該ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の強制再生制御時に、前記冷却用アンモニア系水溶液を供給することを特徴とする請求項5記載の排気ガス浄化システム。
- 前記水溶液供給量調整手段が、前記酸化触媒装置の下流側に流出するアンモニア流出量が、所定の限界値以下になる量の範囲内に、前記第2のアンモニア系水溶液供給量を設定することを特徴とする請求項5又は6記載の排気ガス浄化システム。
- 前記水溶液供給量調整手段が、前記所定の限界値を10ppmとすることを特徴とする請求項7記載の排気ガス浄化システム。
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