JP6086533B2 - 排気浄化装置及び排気浄化装置の制御方法 - Google Patents
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Description
(1)全体構成
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置10とその周辺の構成の一例を示している。この排気浄化装置10は、内燃機関5の排気通路11に接続されており、還元触媒20と、還元剤噴射装置30と、制御装置60等を備えており、内燃機関5から排出される排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を、還元剤としての尿素水溶液を用いて浄化する尿素SCRシステムとして構成されている。ただし、本実施形態において使用できる還元剤は尿素水溶液に限られるものではなく、例えばアンモニア水等、アンモニアが生成されるものであればよい。
還元剤噴射装置30は、貯蔵タンク31と、還元剤噴射弁34と、ポンプ41等を主たる要素として構成されている。貯蔵タンク31とポンプ41とは第1の還元剤供給通路57で接続され、ポンプ41と還元剤噴射弁34とは第2の還元剤供給通路58で接続されている。このうち第2の還元剤供給通路58には圧力センサ43が設けられている。圧力センサ43のセンサ信号は制御装置60に送信され、制御装置60ではこのセンサ信号に基づいて第2の還元剤供給通路58内の圧力が算出される。
指示噴射量Q=(現在のNOx流量に相当する噴射量A)+(還元触媒の吸着可能量B)
・・・(1)
次に、図2に基づいて、本実施形態に係る排気ガスの流れ方向の切換機構について説明する。図2(A)及び図2(B)は、排気ガスの流れ方向の切換機構80を備えた還元触媒20を示す模式図である。本実施形態では、排気ガスの流れ方向の切換機構80により還元触媒20に流れる排気ガスの流れ方向を切り換えて、還元触媒20へのアンモニアの吸着時間(アンモニアの充填時間)を短縮し、NOxの排出量を低減させる。
次に、本実施形態に係る排気ガスの流れ方向の切換制御について説明する。先ず、前提として、アンモニアの吸着量とNOx浄化率との関係、触媒温度とアンモニアの吸着量との関係について説明する。還元触媒20の性能は、触媒温度とアンモニアの吸着量によって異なる。図3は、還元触媒20へのアンモニア(NH3)の吸着量(横軸)とNOx浄化効率(縦軸)との関係を触媒温度毎に示す特性図である。図3に示すように、還元触媒20へのアンモニアの吸着量が大きくなるほど、NOx浄化効率が向上する。また、触媒温度が高いほど、少ないアンモニア吸着量でNOx浄化効率を高めることができる。換言すれば、触媒温度が低い場合は、アンモニアの吸着量をより多くしないとNOx浄化効率を高めることができない。従って、アンモニアの吸着速度を高めることで、NOx浄化効率が向上することが判る。
図9は、本実施形態の排気浄化装置10に備えられた制御装置60の構成のうち、上述した排気ガス流れ方向の切換機構80の制御に係る部分について機能的なブロックで示したものである。図9に示すように、制御装置60は、実吸着量算出部62、目標吸着量算出部64、目標中間吸着量算出部66、切換実行部68、実吸着量初期化部70を有して構成される。この制御装置60は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されており、各構成要素はマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現される。
11 排気通路
20 還元触媒
34 還元剤噴射弁
60 制御装置
62 実吸着量算出部
64 目標吸着量算出部
66 目標中間吸着量算出部
68 切換実行部
70 実吸着量初期化部
80 切換機構
82,84,86,88 流路
90 第1のバルブ
92 第2のバルブ
94 第3のバルブ
Claims (7)
- 排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤を排気通路に噴射する還元剤噴射弁と、
前記還元剤噴射弁よりも下流の前記排気通路に設けられた還元触媒と、
前記還元触媒における排気ガスの流れ方向を正方向と逆方向との間で切り換える切換機構と、
前記切換機構を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記還元剤噴射弁の開閉時間に基づいて、前記還元触媒への還元剤の実吸着量を算出する実吸着量算出部と、
前記還元触媒の触媒温度に基づいて、前記還元触媒への還元剤の目標吸着量の1/2に相当する目標中間吸着量を求める目標中間吸着量算出部と、
前記実吸着量が前記目標中間吸着量以上の場合は、前記切換機構による切り換えを実行させる切換実行部と、を備えることを特徴とする、排気浄化装置。 - 前記切換機構は、
排気ガスを前記還元触媒の両端に導入する2つの通路と、
排気ガスを前記還元触媒の両端から排出する通路と、
排気ガスを前記2つの通路のいずれか一方に導入するバルブと、
を有することを特徴とする、請求項1に記載の排気浄化装置。 - 前記制御部は、
前記切換実行部により前記切り換えが実行されると前記実吸着量を初期化する実吸着量初期化部を更に有する、請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 - 前記切換機構は、
前記排気通路を2つに分離して前記還元触媒の第1及び第2の端部にそれぞれ接続される第1及び第2の通路と、
一端が前記還元触媒の前記第1の端部に接続され、他端が排気通路に接続される第3の通路と、
一端が前記還元触媒の前記第2の端部に接続され、他端が排気通路に接続される第4の通路と、
前記排気通路が前記第1及び第2の通路によって2つに分離される位置に設けられ、排気通路と前記第1及び第2の通路のいずれか一方とを接続する第1のバルブと、
前記還元触媒の前記第1の端部に設けられ、前記第3の通路への排気ガスの流入を制御する第2のバルブと、
前記還元触媒の前記第2の端部に設けられ、前記第4の通路への排気ガスの流入を制御する第3のバルブと、を有し、
前記第1のバルブが前記排気通路と前記第1の通路を接続した状態では、前記第2のバルブが閉状態とされて前記第3のバルブが開状態とされ、
前記第1のバルブが前記排気通路と前記第2の通路を接続した状態では、前記第2のバルブが開状態とされて前記第3のバルブが閉状態とされることを特徴とする、請求項1に記載の排気浄化装置。 - 排気ガス中の窒素酸化物を還元する還元剤を排気通路に噴射するステップと、
前記還元剤の噴射に基づいて、還元触媒への還元剤の実吸着量を算出するステップと、
前記還元触媒の触媒温度に基づいて、前記還元触媒への還元剤の目標吸着量を求めるステップと、
前記目標吸着量と前記実吸着量とを比較した結果に基づいて、前記還元触媒における排気ガスの流れ方向を正方向と逆方向との間で切り換える切換機構によって、前記還元触媒における排気ガスの流れ方向を切り換えるステップと、
を備えることを特徴とする、排気浄化装置の制御方法。 - 前記目標吸着量を求めるステップでは、前記還元触媒への還元剤の目標吸着量の1/2に相当する目標中間吸着量を求め、
前記排気ガスの流れ方向を切り換えるステップでは、前記実吸着量が前記目標中間吸着量以上の場合に、前記還元触媒における排気ガスの流れ方向を切り換える、ことを特徴とする、請求項5に記載の排気浄化装置の制御方法。 - 前記還元触媒における排気ガスの流れ方向の切り換えとともに、前記実吸着量を初期化するステップを更に備えることを特徴とする、請求項5又は6に記載の排気浄化装置の制御方法。
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