JP5414504B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
1.全体的構成
まず、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置(以下、単に「排気浄化装置」と称する。)の全体的構成の一例について説明する。
図1は、排気通路中に配設された選択還元触媒(以下、単に「還元触媒」と称する。)13よりも上流側で液体還元剤としての尿素水溶液を噴射供給し、還元触媒13において、尿素水溶液から生成されるアンモニアを用いて排気ガス中に含まれるNOXを選択的に還元浄化する排気浄化装置10の構成例を示している。
本実施形態の排気浄化装置10に用いられる還元触媒13は、還元剤供給装置40によって排気ガス中に噴射される尿素水溶液が加水分解を生じて生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のNOXを還元する触媒として構成されている。還元触媒13は、例えばゼオライト系の還元触媒が用いられる。
V:吸着量
a:比例定数
b:吸着速度定数K/脱離速度定数K’
p:排気圧力
還元剤供給装置40は、還元触媒13よりも上流側において排気管11に固定された還元剤噴射弁43と、液体還元剤としての尿素水溶液が貯蔵された貯蔵タンク41と、貯蔵タンク41内の液体還元剤を還元剤噴射弁43に向けて圧送する還元剤圧送手段42とによって構成されている。還元剤圧送手段42と貯蔵タンク41とは第1の供給通路44によって接続され、還元剤圧送手段42と還元剤噴射弁43とは第2の供給通路45によって接続されている。
還元触媒13よりも下流側の排気管11に設けられた通路面積絞り手段20は、排気通路の面積を絞ることによってそれよりも上流側の排気圧力を上昇させるために用いられる。特に、還元触媒13が配置された領域の排気圧力Pgasを上昇させることが目的とされる。
図3は、本実施形態の排気浄化装置10に備えられた制御装置30の構成のうち、還元剤供給装置40及び通路面積絞り手段20の制御を行う部分を機能的なブロックで表した構成例を示している。
触媒温度演算部31は、排気温度センサ26のセンサ信号を読み込むとともに、このセンサ信号を用いて算出される排気ガス温度TUgasに基づき、触媒温度Tcatを推定する。具体的な算出方法は特に制限されるものではない。
還元剤噴射量演算部32は、還元触媒13に供給すべきアンモニアの要求量を求め、要求量相当のアンモニアが生成されるような液体還元剤の目標噴射量Qudtgtを算出する。この目標噴射量Qudtgtの演算においては、還元触媒13における現在のアンモニアの推定吸着量Vactが得られるようになっており、還元剤噴射量演算部32は本発明における推定吸着量演算部の機能も兼ね備えている。
この例では、まず、触媒温度演算部31で推定される触媒温度Tcatに応じて還元剤の吸着可能量Vmaxをマップ計算し、この吸着可能量Vmaxに対して目標吸着割合Rtgtを乗じて目標吸着量Vtgtを求める。ここで用いる吸着可能量Vmaxは排気通路の面積が絞られていない状態での吸着可能量Vmaxである。その後、前回の目標噴射量演算時に求められている還元触媒13における現在のアンモニアの推定吸着量Vactを目標吸着量Vtgtから減算して、目標吸着量Vtgtに対して過不足のアンモニア量ΔVを算出するとともに、過不足のアンモニア量ΔVに応じたアンモニアの流量を求める。
還元剤供給装置制御部33は、還元剤圧送手段42の制御を行うとともに、還元剤噴射量演算部32で算出された液体還元剤の目標噴射量Qudtgtに基づいて、還元剤噴射弁43の開閉制御を行う。本実施形態の排気浄化装置10において、還元剤圧送手段42は還元剤噴射弁13に供給される液体還元剤の圧力が所定値に維持されるようにフィードバック制御される。また、本実施形態の排気浄化装置10において、還元剤噴射弁13は噴射開始時期のサイクルが決められており、目標噴射量Qudtgtに応じた還元剤噴射弁13の駆動デューティに基づいて通電制御が行われる。
通路面積絞り手段制御部34は、還元触媒13よりも下流側に備えられている通路面積絞り手段20の制御を行う。本実施形態において、通路面積絞り手段制御部34は排気通路の面積が絞られた状態と絞られていない状態のいずれかの状態となるように通路面積絞り手段20の制御を行うように設定されている。
次に、これまで説明した本実施形態の制御装置30によって行われる排気浄化装置の制御方法の一例について、図5の制御フローに基づいて具体的に説明する。なお、以下のルーチンは液体還元剤の噴射制御の実行中において常時実行される。
本発明の第2の実施の形態にかかる排気浄化装置は、通路面積絞り手段によって排気通路の面積を絞るきっかけを触媒温度Tcatの変化から判断するように設定されている点で第1の実施の形態の排気浄化装置と異なっている。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
本発明の第3の実施の形態にかかる排気浄化装置は、通路面積絞り手段によって排気通路の面積を絞るきっかけを還元触媒の下流側でのNOX濃度から判断するように設定されている点でこれまでの実施の形態の排気浄化装置と異なっている。以下、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
Claims (4)
- 還元剤を吸着可能な選択還元触媒を用いて排気ガス中の窒素酸化物を還元するための内燃機関の排気浄化装置において、
前記選択還元触媒よりも上流側の排気通路に還元剤を供給するための還元剤供給手段と、
前記選択還元触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記選択還元触媒よりも下流側の前記排気通路に備えられた通路面積絞り手段と、
前記通路面積絞り手段によって前記選択還元触媒が配置された領域の前記排気通路内の圧力を上昇させることにより前記選択還元触媒における前記還元剤の吸着可能量を増大さ
せる制御手段と、
前記選択還元触媒における前記還元剤の吸着量を推定する吸着量演算手段と、
を備え、
前記還元剤供給手段は、前記選択還元触媒における前記還元剤の吸着量が前記吸着可能量よりも少ない所定割合となるように前記還元剤を供給し、
前記制御手段は、前記還元剤の吸着量が前記吸着可能量に対して前記所定割合を超えるときに前記排気通路内の圧力を上昇させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記制御手段は、前記選択還元触媒の温度の上昇速度が所定の閾値を超えたときに前記排気通路内の圧力を上昇させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記排気浄化装置は前記選択還元触媒の下流側での前記還元剤濃度を検出する下流側還元剤濃度演算手段を備え、
前記制御手段は、前記還元剤濃度が所定値を越えたときに前記排気通路内の圧力を上昇させることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記制御手段は、前記選択還元触媒が活性化状態にあるときに前記排気通路内の圧力を上昇させる制御を実行可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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