KR101831512B1 - 내연 기관의 배기 정화 장치 - Google Patents

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Abstract

내연 기관의 배기 정화 장치는 첨가 기구, 촉매, 및 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 첨가 기구는 요소수를 상기 내연 기관의 배기에 첨가하도록 구성된다. 상기 촉매는 상기 요소수로부터 발생하는 암모니아를 흡착하도록 구성된다. 상기 촉매는 흡착한 상기 암모니아를 이용하여 NOx 를 정화하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 촉매에 흡착하는 암모니아의 목표 흡착량을 설정하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 요소수의 배기로의 첨가량이 상기 목표 흡착량에 기초하여 산출되는 첨가량이 되도록 상기 첨가 기구를 제어하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 촉매에 유입한 NOx 량의 적산값이 소정값 이상이 된 경우에, 상기 촉매에 흡착하는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 초기화 처리를 실행하도록 구성된다.

Description

내연 기관의 배기 정화 장치{EXHAUST GAS CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연 기관의 배기 정화 장치에 관한 것이다.
배기 중의 질소 산화물 (NOx) 을 정화하는 촉매를 구비하는 내연 기관이 알려져 있다 (예를 들어 일본 공개특허공보 2014-88800호 등). 이러한 내연 기관의 배기 통로에는, 요소수를 배기에 첨가하는 첨가 기구가 형성되어 있고, 요소수로부터 발생한 암모니아가 NOx 정화용 촉매에 흡착된다. 그리고 촉매에 흡착된 암모니아를 이용하여 NOx 가 환원 정화된다.
촉매의 암모니아 흡착량이 부족하면 NOx 의 정화를 적절히 실시할 수 없게 되고, 반대로 암모니아 흡착량이 과잉으로 많아지면 암모니아 슬립이 일어나기 쉬워진다. 따라서, 촉매에 흡착시키는 암모니아의 목표 흡착량을 설정하고, 목표 흡착량에 기초하여 요소수의 첨가량을 제어하는 암모니아 흡착량 제어를 실행하는 것이 바람직하다.
여기서, 목표 흡착량과 실제의 암모니아 흡착량의 오차를 억제하는 것은, 암모니아 흡착량 제어를 실행하는 데에 있어서 중요한 사항이다. 그러나, 촉매에서는 NOx 정화에 따라 암모니아의 탈리 및 흡착이 반복됨으로써, 실제의 암모니아 흡착량은 목표 흡착량으로부터 어긋나고, 상기 오차가 누적되어 간다.
그래서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2014-88800호에 기재된 장치에서는, 암모니아 흡착량의 추정값과 실제의 암모니아 흡착량과 편차가 소정값 이상이 되었을 때에는, 배기의 승온 처리를 실행하여 촉매의 온도를 높임으로써 동 촉매로부터 암모니아의 전부를 탈리시키는 초기화 처리를 실시하도록 하고 있다. 이러한 초기화 처리를 실시하도록 하면, 누적된 오차가 해소되기 때문에, 그 후의 암모니아 흡착량 제어에 있어서, 목표 흡착량에 대한 실제의 암모니아 흡착량의 어긋남을 억제할 수 있다.
그러나, 문헌 1 에 기재된 장치에서는, 암모니아 흡착량의 추정값 자체에 오차가 있으면, 상기 서술한 편차를 정확히 산출할 수 없을 가능성이 있다. 이 경우에는, 편차가 잘못 산출됨으로써, 동 편차가 소정값 이상이 되지 않는 상태가 계속되는 경우가 있다. 그렇게 하면, 상기 초기화 처리가 실행되지 않은 상태가 계속되게 되어, 상기 오차가 증대될 우려가 있다.
본 발명은, 초기화 처리가 실행되지 않은 상태가 계속됨으로써, 목표 흡착량에 대한 실제의 암모니아 흡착량의 오차가 증대되는 것을 억지할 수 있는 내연 기관의 배기 정화 장치를 제공한다.
본 발명의 하나의 양태에 관련된 내연 기관의 배기 정화 장치는 첨가 기구, 촉매, 및 전자 제어 유닛을 포함한다. 상기 첨가 기구는 요소수를 상기 내연 기관의 배기에 첨가하도록 구성된다. 상기 촉매는 상기 요소수로부터 발생하는 암모니아를 흡착하도록 구성된다. 상기 촉매는 흡착한 상기 암모니아를 이용하여 NOx 를 정화하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 촉매에 흡착하는 암모니아의 목표 흡착량을 설정하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 요소수의 배기로의 첨가량이 상기 목표 흡착량에 기초하여 산출되는 첨가량이 되도록 상기 첨가 기구를 제어하도록 구성된다. 상기 전자 제어 유닛은 상기 촉매에 유입한 NOx 량의 적산값이 소정값 이상이 된 경우에, 상기 촉매에 흡착하는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 초기화 처리를 실행하도록 구성된다.
촉매에 유입한 NOx 량의 적산값이 많을수록, 촉매에서의 암모니아 및 NOx 의 반응 횟수는 많으므로, 암모니아의 목표 흡착량과 실제의 암모니아 흡착량의 오차의 누적값은 많아진다. 그래서, 상기 양태에서는, 촉매에 유입한 NOx 량의 적산값이 소정값 이상이 된 것을 조건으로 하여 상기 초기화 처리를 실행하도록 하고 있기 때문에, NOx 량의 적산값에 기초하여 초기화 처리가 확실히 실행된다. 따라서, 초기화 처리가 실행되지 않은 상태가 계속됨으로써, 목표 흡착량에 대한 실제의 암모니아 흡착량의 오차가 증대되는 것을 억제할 수 있게 된다.
상기 양태에 관련된 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 상기 초기화 처리로서, 상기 촉매에 유입하는 배기의 온도를 높이는 승온 처리를 실행하도록 구성될 수도 있다. 이 양태에 의하면, 승온 처리에 의해서 촉매의 온도가 상승하기 때문에, 촉매로부터의 암모니아의 탈리가 재촉되게 된다. 그 때문에, 촉매에 흡착되어 있는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 것이 가능하게 된다.
상기 양태에 관련된 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 상기 승온 처리로서, 상기 촉매로부터 암모니아가 탈리하는 온도까지 상기 배기의 온도를 승온시키도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 양태에 관련된 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 상기 초기화 처리로서, 상기 첨가 기구로부터의 요소수 첨가를 중지하도록 구성될 수도 있다. 이 양태에 의하면, 요소수 첨가가 중지되기 때문에, 촉매에 유입하는 NOx 의 환원 처리는, 요소수 첨가가 중지되기 전에 촉매에 흡착되어 있던 암모니아에 의해서 실시되게 된다. 따라서, 촉매에 흡착되어 있던 암모니아는 NOx 와의 환원 반응에 의해서 소비되어 가고, 촉매의 암모니아 흡착량은 서서히 감소해 간다. 그 때문에, 최종적으로는, 촉매에 흡착되어 있는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 것이 가능하게 된다.
상기 양태에 관련된 배기 정화 장치에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 상기 초기화 처리의 실행 시간을 계측하도록 구성될 수도 있다. 상기 전자 제어 유닛은 계측된 상기 실행 시간이 미리 정해진 임계값에 도달할 때까지 상기 초기화 처리를 실행하도록 구성될 수도 있다.
이 양태에 의하면, 상기 실행 시간의 임계값을 적절히 설정함으로써, 촉매에 흡착된 암모니아량이 「0」이 될 때까지 초기화 처리를 실행할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태들의 특징들, 이점들, 및 기술적 및 산업적 중요성이 첨부하는 도면들을 참조하여 이하에 기술될 것이며, 여기서 유사한 부호들은 유사한 엘리먼트들을 나타낸다.
도 1 은 내연 기관의 배기 정화 장치의 일 실시형태에 대해서, 이것이 적용되는 내연 기관 및 그 주변 구성을 나타내는 개략도.
도 2 는 암모니아의 최대 흡착량 및 암모니아의 탈리량과 촉매 온도의 관계를 나타내는 그래프.
도 3 은 촉매 온도와 목표 흡착량의 관계를 나타내는 그래프.
도 4 는 동 실시형태에 있어서 초기화 처리를 실행할 때의 일련의 처리 순서를 나타내는 플로 차트.
도 5 는 동 실시형태에 있어서의 초기화 처리의 작용을 나타내는 타이밍 차트.
도 6 은 동 실시형태의 변형예에 있어서의 초기화 처리의 작용을 나타내는 타이밍 차트.
이하, 내연 기관의 배기 정화 장치를 구체화한 일 실시형태에 대해서, 도 1 ∼ 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 1 에, 본 실시형태에 관련된 배기 정화 장치가 적용된 디젤 엔진 (이하, 간단히 「엔진」이라고 한다), 그리고 그것들의 주변 구성을 나타낸다.
엔진 (1) 에는 복수의 기통 (#1 ∼ #4) 이 형성되어 있다. 실린더 헤드 (2) 에는 복수의 연료 분사 밸브 (4a ∼ 4d) 가 각 기통 (#1 ∼ #4) 에 대응하여 형성되어 있다. 이들 연료 분사 밸브 (4a ∼ 4d) 는, 각 기통 (#1 ∼ #4) 의 연소실에 각각 연료를 분사한다. 또한, 실린더 헤드 (2) 에는 신기 (新氣) 를 기통 내에 도입하기 위한 흡기 포트와, 연소 가스를 기통 외로 배출하기 위한 배기 포트 (6a ∼ 6d) 가 각 기통 (#1 ∼ #4) 에 대응하여 형성되어 있다.
연료 분사 밸브 (4a ∼ 4d) 는, 고압 연료를 축압하는 커먼 레일 (9) 에 접속되어 있다. 커먼 레일 (9) 은 서플라이 펌프 (10) 에 접속되어 있다. 서플라이 펌프 (10) 는 연료 탱크 내의 연료를 흡입함과 함께 커먼 레일 (9) 에 고압 연료를 공급한다. 커먼 레일 (9) 에 공급된 고압 연료는, 각 연료 분사 밸브 (4a ∼ 4d) 의 개방시에 동 연료 분사 밸브 (4a ∼ 4d) 로부터 기통 내에 분사된다.
흡기 포트에는 인테이크 매니폴드 (7) 가 접속되어 있다. 인테이크 매니폴드 (7) 는 흡기 통로 (3) 에 접속되어 있다. 이 흡기 통로 (3) 내에는 흡입 공기량을 조정하기 위한 흡기 스로틀 밸브 (16) 가 형성되어 있다.
배기 포트 (6a ∼ 6d) 에는 이그조스트 매니폴드 (8) 가 접속되어 있다. 이그조스트 매니폴드 (8) 는 배기 통로 (26) 에 접속되어 있다. 배기 통로 (26) 의 도중에는, 기통에 도입되는 흡입 공기를 배기압을 이용하여 과급하는 터보 차저 (11) 가 형성되어 있다. 터보 차저 (11) 의 흡기측 콤프레서와 흡기 스로틀 밸브 (16) 사이의 흡기 통로 (3) 에는 인터쿨러 (18) 가 형성되어 있다. 이 인터쿨러 (18) 에 의해서, 터보 차저 (11) 의 과급에 의해 온도 상승한 흡입 공기의 냉각이 도모된다.
또한, 배기 통로 (26) 의 도중에 있고, 터보 차저 (11) 의 배기측 터빈의 하류에는, 배기를 정화하는 제 1 정화 부재 (30) 가 형성되어 있다. 이 제 1 정화 부재 (30) 의 내부에는, 배기의 흐름 방향에 대하여 직렬로 산화 촉매 (31) 및 필터 (32) 가 배치 형성되어 있다.
산화 촉매 (31) 에는, 배기 중의 HC 를 산화 처리하는 촉매가 담지되어 있다. 또한, 필터 (32) 는, 배기 중의 PM (입자상 물질) 을 포집하는 부재로서 다공질의 세라믹으로 구성되어 있고, 나아가서는 PM 의 산화를 촉진시키기 위한 촉매가 담지되어 있다. 배기 중의 PM 은, 필터 (32) 의 다공질의 벽을 통과할 때에 포집된다.
또, 이그조스트 매니폴드 (8) 의 집합부 근방에는, 배기에 연료를 첨가하기 위한 연료 첨가 밸브 (5) 가 형성되어 있다. 이 연료 첨가 밸브 (5) 는, 연료 공급관 (27) 을 개재하여 상기 서플라이 펌프 (10) 에 접속되어 있다. 또, 연료 첨가 밸브 (5) 의 배치 형성 위치는, 배기계에 있고 제 1 정화 부재 (30) 의 상류측이면 적절히 변경하는 것도 가능하다. 또한, 연료의 분사 시기를 조정하여 포스트 분사를 실시함으로써, 배기에 연료를 첨가해도 된다.
필터 (32) 에 포집된 PM 의 양이 소정값을 초과하면, 필터 (32) 의 재생 처리가 개시되어 연료 첨가 밸브 (5) 로부터는 이그조스트 매니폴드 (8) 내를 향하게 하여 연료가 분사된다. 이 연료 첨가 밸브 (5) 로부터 분사된 연료는, 산화 촉매 (31) 에 도달하면 산화되고, 이것에 의해 배기 온도의 상승이 도모된다. 그리고, 산화 촉매 (31) 로 승온된 배기가 필터 (32) 에 유입함으로써, 동 필터 (32) 는 승온되고, 이것에 의해 필터 (32) 에 퇴적한 PM 이 산화 처리되어 필터 (32) 의 재생이 도모된다.
또한, 배기 통로 (26) 의 도중에 있고, 제 1 정화 부재 (30) 의 하류에는, 배기를 정화하는 제 2 정화 부재 (40) 가 형성되어 있다. 제 2 정화 부재 (40) 의 내부에는, 암모니아를 이용하여 배기 중의 NOx 를 환원 정화하는 선택 환원형 NOx 촉매 (이하, SCR 촉매라고 한다) (41) 가 배치 형성되어 있다.
또한, 배기 통로 (26) 의 도중에 있고, 제 2 정화 부재 (40) 의 하류에는, 배기를 정화하는 제 3 정화 부재 (50) 가 형성되어 있다. 제 3 정화 부재 (50) 의 내부에는, 배기 중의 암모니아를 정화하는 암모니아 산화 촉매 (51) 가 배치 형성되어 있다.
엔진 (1) 에는, 요소수를 배기에 첨가하는 첨가 기구로서의 요소수 공급 기구 (200) 가 형성되어 있다. 요소수 공급 기구 (200) 는, 요소수를 저류하는 탱크 (210), 배기 통로 (26) 내에 요소수를 분사 공급하는 요소 첨가 밸브 (230), 요소 첨가 밸브 (230) 와 탱크 (210) 를 접속하는 공급 통로 (240), 공급 통로 (240) 의 도중에 형성된 펌프 (220) 로 구성되어 있다.
요소 첨가 밸브 (230) 는, 제 1 정화 부재 (30) 와 제 2 정화 부재 (40) 사이의 배기 통로 (26) 에 형성되어 있다. 이 요소 첨가 밸브 (230) 가 개방되면, 공급 통로 (240) 를 통하여 배기 통로 (26) 내에 요소수가 분사 공급된다.
펌프 (220) 는 전동식의 펌프이고, 정회전시에는, 탱크 (210) 로부터 요소 첨가 밸브 (230) 를 향하게 하여 요소수를 송액한다. 한편, 역회전시에는, 요소 첨가 밸브 (230) 로부터 탱크 (210) 를 향하게 하여 요소수를 송액한다. 요컨대, 펌프 (220) 의 역회전시에는, 요소 첨가 밸브 (230) 및 공급 통로 (240) 로부터 요소수가 회수되어 탱크 (210) 에 되돌아간다.
또한, 요소 첨가 밸브 (230) 와 SCR 촉매 (41) 사이의 배기 통로 (26) 내에는, 요소 첨가 밸브 (230) 로부터 분사된 요소수를 분산시킴으로써 동 요소수의 무화 (霧化) 를 촉진하는 분산판 (60) 이 형성되어 있다.
요소 첨가 밸브 (230) 로부터 분사된 요소수는, 배기의 열에 의해서 가수분해되어 암모니아가 된다. 이 암모니아가 SCR 촉매 (41) 에 도달하면 동 SCR 촉매 (41) 에 흡착된다. 그리고, SCR 촉매 (41) 에 흡착된 암모니아를 이용하여 NOx 가 환원 정화된다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, SCR 촉매 (41) 의 온도인 SCR 상온 (床溫) (ST) 이 높아질수록, SCR 촉매 (41) 가 흡착 가능한 암모니아의 최대 흡착량은 적어져 가고, SCR 상온 (ST) 이 흡착 한계 온도 (UT) 를 초과하면, SCR 촉매 (41) 는 암모니아를 흡착할 수 없게 된다. 한편, SCR 상온 (ST) 이 탈리 개시 온도 (DT) 를 초과하면, SCR 촉매 (41) 로부터 암모니아가 탈리되기 시작하게 된다. 이 탈리 개시 온도 (DT) 는, 흡착 한계 온도 (UT) 보다 낮은 온도이다. 그리고, SCR 상온 (ST) 이 높아질수록, SCR 촉매 (41) 로부터 탈리하는 암모니아의 양은 증가해 간다. 따라서, 배기 온도의 상승에 따라 SCR 상온 (ST) 이 높아질수록, 암모니아의 최대 흡착량은 감소해 가는 한편, 암모니아의 탈리량은 증대되어 간다.
그 밖에, 엔진 (1) 에는 배기 재순환 장치 (이하, EGR 장치라고 한다) 가 구비되어 있다. 이 EGR 장치는, 인테이크 매니폴드 (7) 와 이그조스트 매니폴드 (8) 를 연통하는 EGR 통로 (13), EGR 통로 (13) 에 형성된 EGR 밸브 (15), 및 EGR 통로 (13) 의 도중에 형성된 EGR 쿨러 (14) 등에 의해 구성되어 있다. 기관 운전 상태에 따라 EGR 밸브 (15) 의 개도가 조정됨으로써, 배기 통로 (26) 로부터 흡기 통로에 되돌아가는 배기의 양인 EGR 량이 조정된다. 또한, EGR 쿨러 (14) 에 의해서 EGR 통로 (13) 내를 흐르는 배기의 온도가 저하된다.
엔진 (1) 에는, 기관 운전 상태를 검출하기 위한 각종 센서가 장착되어 있다. 예를 들어, 에어플로미터 (19) 는 흡입 공기량 (GA) 을 검출한다. 스로틀 밸브 개도 센서 (20) 는 흡기 스로틀 밸브 (16) 의 개도를 검출한다. 크랭크각 센서 (21) 는 기관 회전 속도 (NE) 를 검출한다. 액셀 센서 (22) 는 액셀 패달의 밟기량, 즉 액셀 조작량 (ACCP) 을 검출한다. 외기 온도 센서 (23) 는, 외기 온도 (THout) 를 검출한다. 차속 센서 (24) 는 엔진 (1) 이 탑재된 차량의 차속 (SPD) 을 검출한다.
또한, 산화 촉매 (31) 의 상류에 형성된 제 1 배기 온도 센서 (100) 는, 산화 촉매 (31) 에 유입하기 전의 배기 온도인 제 1 배기 온도 (TH1) 를 검출한다. 차압 센서 (110) 는, 필터 (32) 의 상류측의 배기압과 하류측의 배기압의 압력차 (ΔP) 를 검출한다.
제 1 정화 부재 (30) 와 제 2 정화 부재 (40) 사이의 배기 통로 (26) 에 있고, 요소 첨가 밸브 (230) 의 상류에는, 제 2 배기 온도 센서 (120) 및 제 1 NOx 센서 (130) 가 형성되어 있다. 제 2 배기 온도 센서 (120) 는, SCR 촉매 (41) 에 유입하기 전의 배기 온도인 제 2 배기 온도 (TH2) 를 검출한다. 이 제 2 배기 온도 (TH2) 는, SCR 촉매 (41) 의 온도에 상관하는 온도로서, 상기 제 1 배기 온도 (TH1) 보다 적합하다. 제 1 NOx 센서 (130) 는, SCR 촉매 (41) 에 유입하기 전의 배기 중의 NOx 농도인 제 1 NOx 농도 (N1) 를 검출한다.
제 3 정화 부재 (50) 보다 하류의 배기 통로 (26) 에는, SCR 촉매 (41) 로 정화된 배기의 NOx 농도인 제 2 NOx 농도 (N2) 를 검출하는 제 2 NOx 센서 (140) 가 형성되어 있다.
이들 각종 센서 등의 출력은 전자 제어 유닛 (80) 에 입력된다. 이 전자 제어 유닛 (80) 은, 중앙 처리 제어 장치 (CPU), 각종 프로그램이나 맵 등을 미리 기억한 판독 전용 메모리 (ROM), CPU 의 연산 결과 등을 일시 기억하는 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 타이머 카운터, 입력 인터페이스, 출력 인터페이스 등을 구비한 마이크로 컴퓨터를 중심으로 구성되어 있다.
그리고, 전자 제어 유닛 (80) 에 의해, 예를 들어 연료 분사 밸브 (4a ∼ 4d) 나 연료 첨가 밸브 (5) 의 연료 분사량 제어나 분사 시기 제어, 서플라이 펌프 (10) 의 토출 압력 제어, 흡기 스로틀 밸브 (16) 를 개폐하는 액추에이터 (17) 의 구동량 제어, EGR 밸브 (15) 의 개도 제어 등, 엔진 (1) 의 각종 제어가 실시된다.
또한, 상기 필터 (32) 에 포집된 PM 을 연소시키는 상기 재생 처리 등의 각종 배기 정화 제어도 전자 제어 유닛 (80) 에 의해서 실시된다. 전자 제어 유닛 (80) 은, 그러한 배기 정화 제어의 하나로서, 상기 요소 첨가 밸브 (230) 에 의한 요소수의 첨가 제어도 실시한다. 이 첨가 제어에서는, 엔진 (1) 으로부터 배출되는 NOx 를 환원 처리하기 위해서 필요한 요소 첨가량 (QE) 이 기관 운전 상태 등에 기초하여 산출되고, 그 산출된 요소 첨가량 (QE) 에 상당하는 양의 요소수가 요소 첨가 밸브 (230) 로부터 분사되도록, 동 요소 첨가 밸브 (230) 의 개방 상태가 제어된다. 또한, 이 첨가 제어의 하나로서 전자 제어 유닛 (80) 은, SCR 촉매 (41) 의 암모니아 흡착량을 제어하는 암모니아 흡착량 제어도 실행한다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 이 암모니아 흡착량 제어에서는, SCR 촉매 (41) 로 NOx 환원 처리를 실시하기 위해서 필요한 암모니아의 목표 흡착량 (NHp) 이 설정된다. 또, 본 실시형태에서는, SCR 상온 (ST) 이 소정의 온도 (ST1) 이하인 경우에는, 목표 흡착량 (NHp) 으로서 일정한 고정값 (NH1) 이 설정된다. 그리고, SCR 상온 (ST) 이 상기 온도 (ST1) 를 초과한 영역에서는, 목표 흡착량 (NHp) 은 고정값 (NH1) 보다 적은 양으로 설정된다. 보다 상세하게는, SCR 상온 (ST) 이 높을수록 목표 흡착량 (NHp) 은 적은 양이 되도록 가변 설정된다. 그리고, 목표 흡착량 (NHp) 에 기초하여 상기 요소 첨가량 (QE) 을 보정함으로써, SCR 촉매 (41) 의 실제의 암모니아 흡착량 (이하, 실흡착량이라고 한다) 과 목표 흡착량 (NHp) 이 일치하도록 암모니아의 흡착량이 제어된다.
그런데, 상기 서술한 바와 같이, SCR 촉매 (41) 에서의 NOx 정화에 따라 SCR 촉매 (41) 에서는 암모니아의 탈리 및 흡착이 반복됨으로써, 실흡착량 (NHR) 은 목표 흡착량 (NHp) 으로부터 어긋나고, 목표 흡착량에 대한 실흡착량 (NHR) 의 오차가 누적되어 간다.
그래서, 전자 제어 유닛 (80) 은, 도 4 에 나타내는 일련의 처리를 실시함으로써, 그러한 오차의 증대를 억제하도록 하고 있다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 전자 제어 유닛 (80) 은, 먼저, 적산 NOx 량 (NS) 을 판독한다 (S100). 적산 NOx 량 (NS) 은, SCR 촉매 (41) 에 유입한 NOx 량의 적산값이고, 제 1 NOx 센서 (130) 의 검출값을 시간 적산한 값이다. 또, 이 적산 NOx 량 (NS) 은, 본 처리와는 별도의 처리로 산출되고 있다. 또한, 후술하는 초기화 처리가 종료한 시점이나 필터 (32) 의 재생 처리가 종료한 시점에서, 적산 NOx 량 (NS) 은 「0」으로 리셋되어 다시 적산 처리가 개시된다.
다음으로, 전자 제어 유닛 (80) 은, 적산 NOx 량 (NS) 이 임계값 (NS1) 이상인지의 여부를 판정한다 (S110). 여기서, 적산 NOx 량 (NS) 이 많을수록, SCR 촉매 (41) 에서의 암모니아 및 NOx 의 반응 횟수는 많으므로, SCR 촉매 (41) 에서는 암모니아의 탈리 및 흡착이 수많이 반복되고 있다. 따라서, 적산 NOx 량 (NS) 이 많을수록, 목표 흡착량 (NHp) 에 대한 실흡착량 (NHR) 의 오차의 누적값은 많아지고 있다고 생각할 수 있다. 그래서, 임계값 (NS1) 에는, 목표 흡착량 (NHp) 에 대한 실흡착량 (NHR) 의 오차의 누적값이 허용할 수 없을 정도로 많아지고 있는 것을 판정할 수 있는 적산 NOx 량 (NS) 의 값이, 미리 실험 등을 통하여 설정되어 있다.
그리고, 적산 NOx 량 (NS) 이 임계값 (NS1) 미만일 때에는 (S110 : 아니오), 목표 흡착량 (NHp) 에 대한 실흡착량 (NHR) 의 오차의 누적값이 그다지 많아지고 있지 않으므로, 전자 제어 유닛 (80) 은, 본 처리를 일단 종료한다.
한편, 적산 NOx 량 (NS) 이 임계값 (NS1) 이상일 때에는 (S110 : 예), 목표 흡착량 (NHp) 에 대한 실흡착량 (NHR) 의 오차의 누적값이 허용할 수 없을 정도로 많아지고 있기 때문에, 전자 제어 유닛 (80) 은, SCR 촉매 (41) 에 흡착되어 있는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 초기화 처리를 개시한다 (S120).
이 초기화 처리로서, 본 실시형태에서는, SCR 촉매 (41) 에 유입하는 배기의 온도를 상승시키는 승온 처리가 실행된다. 또, 이러한 승온 처리는, 적절히 실행할 수 있다. 예를 들어, 연료 첨가 밸브 (5) 로부터의 연료 첨가를 실행하거나, 포스트 분사를 실행하거나 함으로써, 배기의 온도를 상승시키는 것이 가능하다. 또한, 이러한 승온 처리를 실행할 때에는, SCR 촉매 (41) 로부터 암모니아가 탈리하는 온도까지 배기의 온도가 승온된다. 보다 상세하게는, SCR 촉매 (41) 로부터 탈리하는 암모니아량이 SCR 촉매 (41) 에 흡착되는 암모니아량을 초과하게 되는 온도 이상이 되도록 배기의 온도가 승온된다. 예를 들어 본 실시형태에서는, SCR 촉매 (41) 가 암모니아를 흡착할 수 없게 되는 상기 흡착 한계 온도 (UT) 까지 배기의 온도를 높이도록 하고 있다. 덧붙여서 말하면, 초기화 처리로서, 필터 (32) 의 재생 처리를 강제적으로 개시해도 된다.
이러한 초기화 처리를 개시하면, 전자 제어 유닛 (80) 은, 초기화 처리의 실행 시간 (ET) 을 계측한다 (S130). 이 실행 시간 (ET) 은, 초기화 처리를 개시하고 나서의 경과 시간을 나타내는 것이다.
다음으로, 전자 제어 유닛 (80) 은, 실행 시간 (ET) 이 임계값 (ET1) 이상인지의 여부를 판정한다 (S140). 이 임계값 (ET1) 은, SCR 촉매 (41) 에 흡착되어 있는 암모니아의 전부를 탈리시키기 위해서 필요한 실행 시간 (ET) 이 미리 설정되어 있다.
그리고, 실행 시간 (ET) 이 임계값 (ET1) 미만일 때에는 (S140 : 아니오), 전자 제어 유닛 (80) 은, 실행 시간 (ET) 이 임계값 (ET1) 이상이 될 때까지, 스텝 S130 의 처리 및 스텝 S140 의 처리를 반복 실시한다.
한편, 실행 시간 (ET) 이 임계값 (ET1) 이상이 되면, 전자 제어 유닛 (80) 은, 초기화 처리를 종료한다. 요컨대 배기의 승온 처리를 종료하여 (S150), 실행 시간 (ET) 및 적산 NOx 량 (NS) 을 「0」으로 리셋한다 (S160). 그리고, 전자 제어 유닛 (80) 은, 본 처리를 일단 종료한다.
다음으로, 도 5 를 참조하여, 본 실시형태의 작용을 설명한다. 시각 (t1) 에 있어서, 적산 NOx 량 (NS) 이 임계값 (NS1) 이상이 되면, 초기화 처리가 개시됨으로써, SCR 상온 (ST) 은 서서히 높아져 간다. 이러한 SCR 상온 (ST) 의 상승에 의해서 SCR 촉매 (41) 로부터의 암모니아의 탈리가 재촉되게 되기 때문에, 실선 (L1) 으로 나타내는 바와 같이, 실흡착량 (NHR) 은, 서서히 감소되어 가고, 최종적으로는 「0」이 된다.
또한, 이점쇄선 (L2) 으로 나타내는 바와 같이, SCR 상온 (ST) 의 상승에 따라 목표 흡착량 (NHp) 은 서서히 적어져 가고, 시각 (t2) 에 있어서 SCR 상온 (ST) 이 흡착 한계 온도 (UT) 에 도달하면, 암모니아의 흡착이 불가능해지므로, 목표 흡착량 (NHp) 은 「0」으로 설정된다. 이러한 SCR 상온 (ST) 의 상승에 따른 목표 흡착량 (NHp) 의 감량에 의해, 요소 첨가량도 서서히 적어져 가고, 시각 (t2) 에 있어서 목표 흡착량 (NHp) 이 「0」으로 설정되면, 암모니아를 흡착시키기 위한 요소 첨가량은 「0」으로 설정된다.
그리고, 시각 (t3) 에 있어서, 상기 실행 시간 (ET) 이 임계값 (ET1) 에 도달하면, 초기화 처리가 종료되어 SCR 상온 (ST) 은 저하되어 간다. 또한, 시각 (t3) 이후에서는, 요소 첨가에 의한 암모니아 흡착량 제어가 개시된다. 즉, SCR 상온 (ST) 에 기초한 목표 흡착량 (NHp) 의 설정이 실시되어, 암모니아를 흡착시키기 위한 요소 첨가가 개시됨으로써, 실흡착량 (NHR) 은 다시 증대되기 시작한다.
여기서, 시각 (t3) 에 있어서의 암모니아 흡착량 제어의 개시에 앞서 상기 초기화 처리가 실행되고 있기 때문에, 실흡착량 (NHR) 은 일단 「0」으로 리셋되어 있다. 그 때문에, 초기화 처리의 실행 개시 전에 발생한 목표 흡착량 (NHp) 에 대한 실흡착량 (NHR) 의 누적 오차 (ΔG) 는 해소되어 있다. 따라서, 시각 (t3) 이후에서는, 목표 흡착량 (NHp) 에 대한 실흡착량 (NHR) 의 어긋남이 억제된 상태로 되어 있고, SCR 촉매 (41) 의 실흡착량 (NHR) 은 목표 흡착량 (NHp) 에 따른 적절한 양으로 유지된다.
덧붙여서 말하면, 상기 도 5 에는, 초기화 처리의 실행 전에 있어서, 목표 흡착량 (NHp) 보다 실흡착량 (NHR) 이 적은 상태를 예시했지만, 목표 흡착량 (NHp) 보다 실흡착량 (NHR) 이 많은 상태이어도, 상기 초기화 처리가 실행됨으로써 상기 작용과 동일한 작용이 얻어진다.
또한, 초기화 처리의 종료 직후는, 실흡착량 (NHR) 이 「0」으로 되어 있기 때문에, 실흡착량 (NHR) 을 빠르게 증대시키는 것이 바람직하다. 그 때문에, 상기 도 5 의 시각 (t3) 에 있어서 암모니아 흡착량 제어를 개시한 직후는, SCR 상온 (ST) 에 기초하여 목표 흡착량 (NHp) 을 설정하는 것은 아니고, 비교적 큰 값을 목표 흡착량 (NHp) 으로 설정하여 실흡착량 (NHR) 을 빠르게 증대시키도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 이하의 효과를 얻을 수 있다. (1) SCR 촉매 (41) 에 유입한 NOx 량의 적산값이 임계값 (NS1) 이상이 된 것을 조건으로 하여, SCR 촉매 (41) 에 흡착되어 있는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 초기화 처리를 실행하도록 하고 있다. 그 때문에, NOx 량의 적산값에 기초하여 초기화 처리가 확실히 실행된다. 따라서, 초기화 처리가 실행되지 않은 상태가 계속됨으로써, 목표 흡착량 (NHp) 에 대한 실흡착량 (NHR) 의 오차가 증대되는 것을 억제할 수 있다.
(2) 상기 초기화 처리로서, SCR 촉매 (41) 에 유입하는 배기의 온도를 높이는 승온 처리를 실행하도록 하고 있다. 그 때문에, SCR 촉매 (41) 에 흡착되어 있는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 것이 가능하게 된다.
(3) 초기화 처리의 실행 시간 (ET) 을 계측함과 함께, 그 계측된 실행 시간 (ET) 이 미리 정해진 임계값 (ET1) 에 도달할 때까지 초기화 처리를 실행하도록 하고 있다. 따라서, 상기 임계값 (ET1) 을 적절히 설정함으로써, SCR 촉매 (41) 에 흡착된 암모니아량이 「0」이 될 때까지 초기화 처리를 실행할 수 있다.
또, 상기 실시형태는 이하와 같이 변경하여 실시할 수도 있다. ·상기 도 3 에 나타낸 바와 같이, 상기 실시형태에서는, SCR 상온 (ST) 이 소정의 온도 (ST1) 이하인 경우에는, 목표 흡착량 (NHp) 으로서 일정한 고정값 (NH1) 을 설정하도록 했지만, 목표 흡착량 (NHp) 의 설정 양태는 적절히 변경할 수 있다. 예를 들어 SCR 상온 (ST) 이 소정의 온도 (ST1) 이하인 경우라도, SCR 상온 (ST) 에 따라 목표 흡착량 (NHp) 을 가변 설정하도록 해도 된다. 또, SCR 촉매 (41) 에 유입하는 단위 시간당의 NOx 량에 기초하여 목표 흡착량 (NHp) 을 가변 설정하도록 해도 된다.
·적산 NOx 량 (NS) 은, 제 1 NOx 센서 (130) 의 검출값을 시간 적산한 값이었다. 그 밖에, SCR 촉매 (41) 에 유입하는 NOx 량을 기관 운전 상태 (예를 들어 연료 분사량이나 기관 회전 속도 등) 로부터 추정하고, 그 추정값을 시간 적산함으로써 적산 NOx 량 (NS) 을 구하도록 해도 된다.
·초기화 처리로서, SCR 촉매 (41) 에 유입하는 배기의 온도를 높이는 승온 처리를 실행하도록 하였다. 그 밖에, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 초기화 처리로서, 요소수 공급 기구 (200) 로부터의 요소수 첨가를 중지하는 처리를 실행해도 된다. 이렇게 하여 요소수 첨가를 중지하면, SCR 촉매 (41) 에 유입하는 NOx 의 환원 처리는, 요소수 첨가가 중지되기 전에 SCR 촉매 (41) 에 흡착되어 있던 암모니아에 의해서 실시되게 된다. 따라서, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 시각 (t1) 이후, SCR 촉매 (41) 에 흡착되어 있던 암모니아는 NOx 와의 환원 반응에 의해서 소비되어 가고, SCR 촉매 (41) 의 암모니아 흡착량은 서서히 감소해 간다. 그 때문에, 최종적으로는, SCR 촉매 (41) 에 흡착되어 있는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 초기화 처리로서, SCR 촉매 (41) 에 유입하는 배기의 온도를 높이는 승온 처리와, 요소수 공급 기구 (200) 로부터의 요소수 첨가를 중지하는 처리를 병용해도 된다.

Claims (5)

  1. 내연 기관의 배기 정화 장치로서,
    요소수를 상기 내연 기관의 배기에 첨가하도록 구성된 첨가 기구;
    상기 요소수로부터 발생하는 암모니아를 흡착하도록 구성된 촉매로서, 상기 촉매는 흡착한 상기 암모니아를 이용하여 NOx 를 정화하도록 구성된, 상기 촉매;
    상기 촉매에 흡착하는 암모니아의 목표 흡착량을 설정하도록 구성된 전자 제어 유닛으로서, 상기 전자 제어 유닛은 상기 요소수의 배기로의 첨가량이 상기 목표 흡착량에 기초하여 산출되는 첨가량이 되도록 상기 첨가 기구를 제어하도록 구성되고, 상기 전자 제어 유닛은 상기 촉매에 유입한 NOx 량의 적산값이 소정값 이상이 된 경우에, 상기 촉매에 흡착하는 암모니아량을 「0」까지 감소시키는 초기화 처리를 실행하도록 구성된, 상기 전자 제어 유닛을 포함하는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 초기화 처리로서, 상기 촉매에 유입하는 배기의 온도를 높이는 승온 처리를 실행하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 승온 처리로서, 상기 촉매로부터 암모니아가 탈리하는 온도까지 상기 배기의 온도를 승온시키도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 초기화 처리로서, 상기 첨가 기구로부터의 요소수 첨가를 중지하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 초기화 처리의 실행 시간을 계측하도록 구성되고, 상기 전자 제어 유닛은 계측된 상기 실행 시간이 미리 정해진 임계값에 도달할 때까지 상기 초기화 처리를 실행하도록 구성되는, 내연 기관의 배기 정화 장치.
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