WO2006016543A1 - 排気浄化装置の制御方法 - Google Patents

排気浄化装置の制御方法 Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an exhaust purification device for reducing and purifying NOx in exhaust gas.
  • a diesel engine has been equipped with a selective reduction catalyst having a property of selectively reacting NOx with a reducing agent even in the presence of oxygen in the middle of an exhaust pipe through which exhaust gas flows.
  • a necessary amount of reducing agent is added upstream of the reducing catalyst, and the reducing agent is reacted with NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas on the selective reducing catalyst, thereby reducing the NO X emission concentration.
  • NOx nitrogen oxide
  • Patent Document 1 In the case of automobiles, it is difficult to ensure safety when driving with ammonia itself, and in recent years, the use of non-toxic urea water as a reducing agent has been studied. (For example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 JP 2002-161732 A
  • urea water is added to the exhaust gas upstream of the selective catalytic reduction catalyst, the urea water is decomposed into ammonia and carbon dioxide under a temperature condition of about 170 to 180 ° C or higher.
  • the NOx in the exhaust gas is reduced and purified well by ammonia on the reductive catalyst.
  • the actual catalyst temperature may not reach the detected temperature, and the outlet temperature of the selective catalytic reduction catalyst is controlled.
  • the actual catalyst temperature may already be higher than the detected temperature, so the injection amount of urea water is controlled too early or too late, and the NOx reduction performance is sufficient. There was a fear of being unable to withdraw.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to appropriately control the injection amount of a reducing agent such as urea water so that the NOx reduction rate can be maintained high.
  • a reducing agent such as urea water
  • the present invention is equipped with a selective reduction catalyst in the middle of an exhaust pipe, and a reducing agent is added to the upstream side of the selective reduction catalyst by a reducing agent addition means to reduce and purify NOx.
  • the exhaust purifier control method detects an exhaust temperature upstream from the selective catalytic reduction catalyst, and subdivides the selective catalytic reduction catalyst using a model of a first-order lag response to the detected temperature. Estimate the temperature in multiple cell units, add the cell volume for each temperature zone based on the estimated temperature in this cell unit, and divide the total cell volume by the total catalyst volume for each temperature zone.
  • the distribution volume ratio is calculated, and the temperature distribution volume ratio is calculated with respect to the reference injection amount of the reducing agent determined in light of the current engine operating condition on the assumption that the catalyst temperature is uniformly in each temperature range. Multiply by temperature range and calculated for each temperature range These values are added together to obtain an instruction injection amount of the reducing agent to the reducing agent adding means.
  • the temperature of the selective catalytic reduction catalyst installed in the middle of the exhaust pipe changes following the temperature of the exhaust gas from the engine, so the exhaust temperature upstream of the selective catalytic reduction catalyst.
  • the response of the temperature change on the selective catalytic reduction catalyst side can be expressed as a model of the first-order lag response using mathematical formulas, but the temperature on the selective catalytic reduction catalyst side cannot be expressed as a uniform one. It must be taken into account that there is a temperature distribution in the flow direction of the exhaust gas.
  • the temperature of a plurality of division points of the selective catalytic reduction catalyst is estimated using the first-order lag response model, and the estimated temperature of each division point is appropriately interpolated, etc. If the selective reduction catalyst is assigned to a plurality of subdivided cell units, the catalyst temperature is estimated for each cell unit, and furthermore, for each of a plurality of temperature zones based on the estimated temperature for each cell unit. The temperature distribution volume ratio is determined by adding the cell volume and dividing the total cell volume by the total catalyst volume for each temperature zone.
  • FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the selective catalytic reduction catalyst of FIG. 1 with a part cut away.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a specific control procedure of the control device of FIG. 1.
  • FIGS. 1 to 3 show an embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes an engine that is a diesel engine, and the engine 1 shown here is provided with a turbocharger 2.
  • the air 4 guided from the air cleaner 3 is sent to the compressor 2a of the turbocharger 2 through the intake pipe 5, and the air 4 pressurized by the compressor 2a is further sent to the intercooler 6 to be cooled, From the intercooler 6, air 4 is guided to an unillustrated internal hold and is introduced into each cylinder of the engine 1.
  • the exhaust gas 7 from which each cylinder force of the engine 1 is also exhausted is sent to the turbine 2b of the turbocharger 2 through the exhaust motor hold 8, and the exhaust gas 7 driving the turbine 2b is transmitted. Is discharged through the exhaust pipe 9 to the outside of the vehicle.
  • a selective catalytic reduction catalyst 10 is embraced by a casing 11 and this selective catalytic reduction catalyst 10 is shown in FIG. NOx is selectively formed even in the presence of oxygen. It has the property that it can be reacted with ammonia.
  • a urea water injection valve 13 with an injection nozzle 12 is installed on the upstream side of the casing 11, and a urea water supply line 15 connects between the urea water injection valve 13 and a urea water tank 14 provided at a required location.
  • the urea water 17 (reducing agent) in the urea water tank 14 is driven through the urea water injection valve 13 by the drive of a supply pump 16 installed in the middle of the urea water supply line 15.
  • the urea water injection valve 13, the urea water tank 14, the urea water supply line 15, and the supply pump 16 constitute a urea water addition means 18 (reducing agent addition means). Speak.
  • the engine 1 is equipped with a rotation sensor 19 for detecting the engine rotation speed, and a rotation speed signal 19a from the rotation sensor 19 and an accelerator sensor 20 (detecting the depression angle of the accelerator pedal).
  • the load signal 20a from the sensor) is input to the control device 21 that forms the engine control computer (ECU Electronic Control Unit).
  • a temperature sensor 22 for detecting the exhaust gas temperature is disposed at the inlet of the casing 11 holding the selective catalytic reduction catalyst 10, and the detection signal 22a of the temperature sensor 22 is also controlled by the control. It can be input to the control device 21! (This temperature sensor 22 can be provided at the outlet of the exhaust motor 8 to detect the engine outlet temperature).
  • the amount of NOx generated is estimated based on the rotational speed signal 19 a from the rotation sensor 19, the load signal 20 a from the accelerator sensor 20, and the current operating state in which the force is also determined. Then, the base injection amount of the urea water 17 corresponding to the estimated NOx generation amount is calculated, and the temperature correction as described in detail below is performed on the base injection amount based on the detection signal 22a of the temperature sensor 22. Thus, the final commanded injection amount of the urea water 17 is calculated, and the commanded injection amount of the urea water 17 is directed toward the urea water adding means 18.
  • FIG. 3 shows a specific control procedure in the control device 21.
  • steps S1 to S3 a model of a first-order lag response to the exhaust temperature at the inlet of the selective catalytic reduction catalyst 10 is used.
  • a method of estimating the predicted catalyst temperature at a plurality of division points of the selective catalytic reduction catalyst 10 is employed.
  • the temperature of the selective catalytic reduction catalyst 10 installed in the middle of the exhaust pipe 9 changes following the temperature of the exhaust gas 7 as much as the power of the engine.
  • the response of the temperature change on the selective catalytic reduction catalyst 10 side when the exhaust gas temperature on the side is input can be expressed as a model of a first-order lag response by a mathematical formula. For example, it can be expressed as Equation 1 below. (The model shown here is a discrete model, but it may be a continuous model).
  • Temperature change (z) (Catalyst inlet temperature Catalyst temperature) Z (Time constant z Heat dissipation proportional coefficient)
  • the catalyst prediction is performed by setting a plurality of division points such as three locations in the radial direction of the inlet portion of the selective catalytic reduction catalyst 10, two locations in the radial direction of the intermediate portion, and three locations in the radial direction of the outlet portion. Estimate the temperature.
  • catalyst inlet temperature is a detected temperature measured by temperature sensor 22
  • Catalyst temperature is a previous estimated value
  • time constant and "heat dissipation proportional coefficient” are measured by current temperature sensor 22.
  • the time constant and the heat dissipation proportional coefficient at the division point are also read out in the first step S1 for multiple division points set for the selective catalytic reduction catalyst 10. Becoming! /
  • the exhaust flow rate required together with the current measured value of the temperature sensor 22 is used by the control device 21 for engine control. It should be estimated based on the known air flow value and the fuel injection command value to each cylinder.
  • step S 2 the time constant and the heat dissipation proportional coefficient obtained in the previous step S 1, the catalyst inlet temperature determined from the current measured value of the temperature sensor 22, the controller 21 In
  • the first-order lag response model using the previous catalyst temperature value is used to determine the temperature change at each division point.
  • step S3 the temperature change at each dividing point obtained in step S2 is added to the estimated value of the previous catalyst temperature at each dividing point (the same as that used in step S2). Thus, the predicted catalyst temperature at each division point is calculated.
  • step S4 mainly based on the previous command injection amount of the urea water 17! /, The endothermic amount of the cooling action due to the addition of the urea water 17 and the exothermic amount of the NOx purification reaction.
  • the temperature is corrected by taking the minutes into account.
  • the water contained in the urea water 17 adheres to the selective catalytic reduction catalyst 10 and exerts a cooling action, thereby causing endotherm, and the ammonia generated from the urea water 17 and NOx in the exhaust gas are reduced. Since heat is generated by reacting on the selective catalytic reduction catalyst 10, the endothermic amount and the amount of heat generated are corrected.
  • the predicted catalyst temperature at each division point corrected in this way is interpolated (interpolated) using a quadratic equation or the like in the next step S5, thereby further reducing the selective catalytic reduction catalyst 10.
  • the estimated temperature at the subdivided midpoint is estimated.
  • the estimated temperatures of a large number of data points obtained in the previous step S5 are assigned to a plurality of cell units obtained by subdividing the selective catalytic reduction catalyst 10. As a result, selection is performed. The catalyst temperature is estimated for each cell unit of the reduced catalyst 10.
  • step S7 a plurality of temperature zones are based on the estimated temperature in cell units.
  • the cell volume is summed for each (for example, about 10 ° C increments), and in the next step S8, the summed cell volume is divided by the total catalyst volume for each temperature zone.
  • the temperature distribution volume ratio is determined, and it is possible to accurately grasp what percentage of the area of ° C occupied in the selective catalytic reduction catalyst 10!
  • step S9 the urea water 17 standard determined in light of the current operating state of the engine 1 on the assumption that the catalyst temperature is uniformly in the temperature zone for each temperature zone.
  • the injection amount is calculated, and in the next step S10, the reference injection amount calculated for each temperature zone is multiplied by the temperature distribution volume ratio for each temperature zone, and the values calculated for each temperature zone are added together.
  • the urea water addition means 18 outputs the urea water 17 as an indicated injection amount. It is powered.
  • the reference injection amount of urea water 17 calculated in the previous step S9 is the NOx generation amount estimated based on the current operating state. This refers to an injection amount that is temperature-corrected according to the reaction rate when it is assumed that the catalyst temperature is uniformly in the relevant temperature range.
  • the exhaust purification device is controlled by such a control device 21, the exhaust temperature at the inlet of the selective catalytic reduction catalyst 10 is detected, and a model of a first-order lag response to the detected temperature is used.
  • the temperature can be estimated in units of a plurality of cells obtained by subdividing the selective catalytic reduction catalyst 10, and the cell volumes are added up for each of a plurality of temperature zones based on the estimated temperatures in the units of cells, and the sum is obtained.
  • the temperature distribution volume ratio it is possible to determine the temperature distribution volume ratio.
  • the temperature distribution volume ratio is multiplied by the temperature distribution volume ratio by the temperature distribution volume ratio for the reference injection amount of urea water 17 for each temperature band, and the temperature
  • the temperature By adding the values calculated for each band to obtain the commanded injection amount of the urea water 17 to the urea water adding means 18, there is no excess or deficiency corresponding to the volume ratio of each temperature range of the selective catalytic reduction catalyst 10.
  • the injection of urea water 17 is realized.
  • the urea water 17 can be injected without excess or deficiency according to the volume ratio of each selective reduction catalyst 10 for each temperature zone.
  • Appropriate control of the injection quantity of 17 can maximize the NOx reduction performance of the selective catalytic reduction catalyst 10 and maintain a high NOx reduction rate, and can also avoid excessive injection of urea water 17 Therefore, the consumption of the urea water 17 can be suppressed to the minimum necessary, and the possibility that the excess urea water 17 may be discharged through the selective catalytic reduction catalyst 10 while remaining unreacted can be avoided. be able to.
  • the temperature in units of a plurality of cells when the temperature is estimated in units of a plurality of cells, temperature correction is performed in consideration of the endothermic amount of the cooling action due to the addition of urea water 17 and the exothermic amount of the NOx purification reaction.
  • the temperature in units of cells can be estimated with higher accuracy and, as a result, the commanded injection amount of the urea water 17 can be controlled more accurately.
  • the volume of the temperature distribution in the control method of the exhaust gas purification apparatus of the present invention can be used, for example, when fuel is added to the upstream side of the particulate filter carrying the oxidation catalyst and the particulate filter is forcibly regenerated.
  • the fuel injection amount is switched based on the fact that the volume ratio of the area above the predetermined temperature in the particulate filter is equal to or higher than the predetermined ratio, or the volume ratio of the high temperature area is higher than the predetermined ratio. Sometimes it is possible to suppress the addition of fuel.
  • control method of the exhaust gas purification apparatus of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and as a reducing agent added to the selective catalytic reduction catalyst, light oil or the like is adopted in addition to urea water. It is also possible to develop a predictive control for avoiding abnormalities by executing temperature estimation several cycles ahead using a model of the first-order lag response. In determining the injection amount, it is possible to correct the reference injection amount by estimating the amount of reducing agent already adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst, and within the range without departing from the gist of the present invention. Of course, various changes can be obtained.

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Abstract

　尿素水などの還元剤の噴射量を過不足なく適切に制御してＮＯx低減率を高く維持する。 　排気管９途中の選択還元型触媒１０に尿素水１７（還元剤）を添加してＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置の制御方法に関し、選択還元型触媒１０より上流側の排気温度に対する一次遅れ応答のモデルを使用し、選択還元型触媒１０を細分割した複数のセル単位で温度を推定し、このセル単位での推定温度に基づき複数の温度帯ごとにセル体積を合算し、その合算したセル体積を各温度帯ごとに触媒総容積で除算して温度分布体積比を割り出し、各温度帯別に触媒温度が一様に当該温度帯にあると仮定して現在のエンジン１の運転状態に照らして決めた尿素水１７の基準噴射量に対し温度分布体積比を温度帯別に乗算し、その温度帯別に算出された値を合算して尿素水１７の指示噴射量とする。

Description

排気浄化装置の制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、排出ガス中の NOxを還元浄ィ匕する排気浄ィ匕装置の制御方法に関する ものである。
背景技術
[0002] 従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排出ガスが流通する排気管の途中に、 酸素共存下でも選択的に NOxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒 を装備し、該選択還元型触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤を選 択還元型触媒上で排出ガス中の NOx (窒素酸化物）と還元反応させ、これにより NO Xの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
[0003] 他方、プラントなどにおける工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニ ァ（NH )を用いて NOxを還元浄化する手法の有効性が既に広く知られて ヽるところ
3
であるが、自動車の場合には、アンモニアそのものを搭載して走行することに関し安 全確保が困難であるため、近年においては、毒性のない尿素水を還元剤として使用 することが研究されている（例えば、特許文献 1)。
特許文献 1 :特開 2002— 161732号公報
[0004] 即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排出ガス中に添加すれば、約 170〜1 80°C以上の温度条件下で前記尿素水がアンモニアと炭酸ガスに分解され、選択還 元型触媒上で排出ガス中の NOxがアンモニアにより良好に還元浄ィ匕されることにな る。
[0005] 斯カる排気浄ィ匕装置においては、尿素水の噴射量を過不足なく適切に制御して N Ox低減率を極力高く維持することが重要であるが、選択還元型触媒上での NOx還 元の反応率が触媒温度により大きく左右されるため、現在のエンジンの運転状態に 基づいて決定されたベースの噴射量を、選択還元型触媒の出口温度や入口温度を 触媒温度の代用値として反応率に見合うように補正する必要がある。
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、選択還元型触媒の入口温度を制御に用いた場合には、実際の触媒 温度が検出温度まで達していない可能性があり、選択還元型触媒の出口温度を制 御に用いた場合には、実際の触媒温度が検出温度よりも既に高くなつている可能性 があるので、尿素水の噴射量の制御が早過ぎたり遅過ぎたりして、 NOx低減性能が 十分に引き出せな ヽ虞れがあつた。
[0007] 本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、尿素水などの還元剤の噴射量を過不 足なく適切に制御して NOx低減率を高く維持し得るようにした排気浄ィ匕装置の制御 方法を提供することを目的として!ヽる。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明は、排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上 流側に還元剤添加手段により還元剤を添加して NOxを還元浄ィ匕するようにした排気 浄ィ匕装置の制御方法であって、選択還元型触媒より上流側の排気温度を検出し、そ の検出温度に対する一次遅れ応答のモデルを用いて、前記選択還元型触媒を細分 割した複数のセル単位で温度を推定し、このセル単位での推定温度に基づき複数 の温度帯ごとにセル体積を合算し、その合算したセル体積を各温度帯ごとに触媒総 容積で除算して温度分布体積比を割り出し、各温度帯別に触媒温度が一様に当該 温度帯にあると仮定して現在のエンジンの運転状態に照らして決めた還元剤の基準 噴射量に対し前記温度分布体積比を温度帯別に乗算し、その温度帯別に算出され た値を合算して前記還元剤添加手段への還元剤の指示噴射量とするものである。
[0009] 即ち、排気管の途中に装備されている選択還元型触媒の温度は、エンジンからの 排出ガスの温度に追従して変化してくるため、選択還元型触媒より上流側の排気温 度を入力とした場合における選択還元型触媒側の温度変化の応答は、数式による一 次遅れ応答のモデルとして表すことができるが、選択還元型触媒側の温度は一様な ものとして表せるものではなぐ排出ガスの流れ方向に温度分布が存在していること を考慮しなければならな 、。
[0010] このため、前記一次遅れ応答のモデルを使用して選択還元型触媒の複数の分割 点の温度を推定し、これら各分割点の推定温度を適切に補間するなどした上で、選 択還元型触媒を細分割した複数のセル単位に割り当てれば、該各セル単位で触媒 温度が推定されることになり、更には、このセル単位での推定温度に基づき複数の温 度帯ごとにセル体積を合算し、その合算したセル体積を各温度帯ごとに触媒総容積 で除算することで温度分布体積比が割り出される。
[0011] 而して、このようにして割り出された温度分布体積比を利用し、各温度帯別に触媒 温度が一様に当該温度帯にあると仮定して現在のエンジンの運転状態に照らして決 めた還元剤の基準噴射量に対し前記温度分布体積比を温度帯別に乗算し、その温 度帯別に算出された値を合算して前記還元剤添加手段への還元剤の指示噴射量と すれば、選択還元型触媒の各温度帯別の体積割合に応じた過不足のな 、還元剤の 噴射が実現されることになる。
[0012] また、本発明においては、複数のセル単位で温度を推定するに際し、還元剤の添 加による冷却作用の吸熱量分と NOx浄化反応の発熱量分とを加味した温度補正を 行うことが好ましぐこのようにすれば、還元剤の添加による冷却作用の吸熱量分と N Ox浄化反応の発熱量分とを考慮して、より精度の高!、セル単位での温度の推定が 可能となり、延いては、還元剤の指示噴射量をより的確に制御することが可能となる。 発明の効果
[0013] 上記した本発明の排気浄ィ匕装置の制御方法によれば、下記の如き種々の優れた 効果を奏し得る。
[0014] (I)選択還元型触媒の各温度帯別の体積割合に応じた過不足のな!、還元剤の噴 射を実現することができるので、該還元剤の噴射量の適切な制御により選択還元型 触媒の NOx低減性能を最大限に引き出して NOx低減率を高く維持することができ、 しかも、還元剤の過剰な噴射を回避できることで該還元剤の消費量を必要最小限に 抑制することができ且つ余剰の還元剤が未反応のまま選択還元型触媒を通り抜けて 排出されてしまう虞れも未然に回避することができる。
(II)複数のセル単位で温度を推定するに際し、還元剤の添加による冷却作用の吸 熱量分と NOx浄化反応の発熱量分とを加味した温度補正を行うようにすれば、還元 剤の添カ卩による冷却作用の吸熱量分と NOx浄ィ匕反応の発熱量分とを考慮して、セ ル単位での温度をより高い精度で推定することができ、延いては、還元剤の指示噴 射量をより的確に制御することができる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の一実施例を示す概略図である。
[図 2]図 1の選択還元型触媒を部分的に切り欠いて示す斜視図である。
[図 3]図 1の制御装置の具体的な制御手順を示すフローチャートである。
符号の説明
[0016] 7 排出ガス
9 排気管
10 選択還元型触媒
17 尿素水 (還元剤）
18 尿素水添加手段 (還元剤添加手段）
21 制御装置
22 温度センサ
22a 検出信号
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
図 1〜図 3は本発明の一実施例を示すもので、図 1中における符号 1はディーゼル 機関であるエンジンを示し、ここに図示しているエンジン 1では、ターボチャージャ 2が 備えられており、エアクリーナ 3から導いた空気 4が吸気管 5を介し前記ターボチヤ一 ジャ 2のコンプレッサ 2aへと送られ、該コンプレッサ 2aで加圧された空気 4が更にイン タークーラ 6へと送られて冷却され、該インタークーラ 6から図示しな ヽインテ一クマ- ホールドへと空気 4が導かれてエンジン 1の各シリンダに導入されるようにしてある。
[0018] また、このエンジン 1の各シリンダ力も排出された排出ガス 7がェキゾ一ストマ-ホー ルド 8を介し前記ターボチャージャ 2のタービン 2bへと送られ、該タービン 2bを駆動し た排出ガス 7が排気管 9を介し車外へ排出されるようにしてある。
[0019] そして、排出ガス 7が流通する排気管 9の途中には、選択還元型触媒 10がケーシ ング 11により抱持されて装備されており、この選択還元型触媒 10は、図 2に示す如き フロースルー方式のハニカム構造物として形成され、酸素共存下でも選択的に NOx をアンモニアと反応させ得るような性質を有して 、る。
[0020] 更に、ケーシング 11の上流側に噴射ノズル 12付き尿素水噴射弁 13が設置され、 該尿素水噴射弁 13と所要場所に設けた尿素水タンク 14との間が尿素水供給ライン 15により接続されており、該尿素水供給ライン 15の途中に装備した供給ポンプ 16の 駆動により尿素水タンク 14内の尿素水 17 (還元剤）を尿素水噴射弁 13を介し選択還 元型触媒 10の上流側に添加し得るようになつていて、これら尿素水噴射弁 13と尿素 水タンク 14と尿素水供給ライン 15と供給ポンプ 16とにより尿素水添加手段 18 (還元 剤添加手段）が構成されて ヽる。
[0021] また、前記エンジン 1には、その機関回転数を検出する回転センサ 19が装備されて おり、該回転センサ 19からの回転数信号 19aと、アクセルセンサ 20 (アクセルペダル の踏み込み角度を検出するセンサ）からの負荷信号 20aとがエンジン制御コンビユー タ（ECU Electronic Control Unit)を成す制御装置 21に入力されるようになっている
[0022] 更に、選択還元型触媒 10を抱持しているケーシング 11の入口には、排気温度を検 出する温度センサ 22が配設されており、該温度センサ 22の検出信号 22aも前記制 御装置 21に入力されるようになって!/、る（この温度センサ 22をェキゾ一ストマ-ホー ルド 8の出口部などに備えてエンジン出口温度を検出させることも可能)。
[0023] 他方、前記制御装置 21においては、回転センサ 19からの回転数信号 19aと、ァク セルセンサ 20からの負荷信号 20aと力も判断される現在の運転状態に基づき NOx の発生量が推定され、その推定された NOxの発生量に見合う尿素水 17のベースの 噴射量が算出され、このベースの噴射量に対し温度センサ 22の検出信号 22aに基 づいて、以下に詳述する如き温度補正を施して最終的な尿素水 17の指示噴射量を 算出し、該尿素水 17の指示噴射量を尿素水添加手段 18に向けて指示するようにな つている。
[0024] より具体的には、前記尿素水噴射弁 13に対し開弁指令信号 13aが出力されると共 に、供給ポンプ 16に対し駆動指令信号 16aが出力されるようになっており、前記尿素 水噴射弁 13の開弁作動により尿素水 17の噴射量が適切に制御され、その添加時に 必要な噴射圧力が前記供給ポンプ 16の駆動により得られるようになつている。 [0025] 図 3は前記制御装置 21における具体的な制御手順を示すもので、ステップ S1〜ス テツプ S3においては、選択還元型触媒 10の入口の排気温度に対する一次遅れ応 答のモデルを用いて、前記選択還元型触媒 10の複数の分割点における触媒予測 温度を推定するという手法が採られている。
[0026] 即ち、排気管 9の途中に装備されている選択還元型触媒 10の温度は、エンジン 1 力もの排出ガス 7の温度に追従して変化してくるため、選択還元型触媒 10より上流側 の排気温度を入力とした場合における選択還元型触媒 10側の温度変化の応答は、 数式による一次遅れ応答のモデルとして表すことが可能であり、例えば、下記の数 1 のように表すことができる（ここに例示するモデルは離散系モデルであるが連続系モ デルとしても良い）。
[数 1]
温度変化 (z) = (触媒入口温度 触媒温度) Z (時定数 z 放熱比例係数）
[0027] ただし、選択還元型触媒 10側の温度は一様なものとして表せるものではなぐ排出 ガス 7の流れ方向に温度分布が存在して ヽることを考慮しなければならな 、ため、例 えば、選択還元型触媒 10の入口部分の半径方向における三箇所、中間部分の半 径方向における二箇所、出口部分の半径方向における三箇所と 、つた具合に複数 の分割点を設定して触媒予測温度を推定するようにして 、る。
[0028] ここで、「触媒入口温度」は温度センサ 22により計測される検出温度、「触媒温度」 は前回の推定値、「時定数」及び「放熱比例係数」は現在の温度センサ 22の計測値 と排気流量のマップ力 読み出されるものであり、先ず最初のステップ S1では、選択 還元型触媒 10に設定された複数の分割点について、その分割点における時定数及 び放熱比例係数がマップ力も読み出されるようになって!/、る。
[0029] 尚、各分割点の時定数及び放熱比例係数をマップ力も読み出すにあたり、現在の 温度センサ 22の計測値と共に必要となる排気流量にっ 、ては、エンジン制御のため に制御装置 21で把握されているエアフロー値と各気筒への燃料噴射指示値とに基 づ ヽて推定させれば良 、。
[0030] 次 、で、ステップ S2にお 、ては、先のステップ S1で得られた時定数及び放熱比例 係数と、現在の温度センサ 22の計測値から判る触媒入口温度と、制御装置 21内に 記憶されて！、る触媒温度の前回値とを用いた一次遅れ応答のモデルにより、各分割 点における温度変化が求められる。
[0031] 更に、次のステップ S3では、ステップ S2で得られた各分割点における温度変化が 、各分割点の前回の触媒温度の推定値 (ステップ S2で使用したものと同じ）に加算さ れることで各分割点の触媒予測温度が算出される。
[0032] また、これに続くステップ S4においては、主として尿素水 17の前回の指示噴射量 に基づ!/、て、尿素水 17の添加による冷却作用の吸熱量分と NOx浄化反応の発熱量 分とを加味した温度補正が施される。
[0033] 即ち、尿素水 17が含んでいる水が選択還元型触媒 10に付着して冷却作用を及ぼ すことで吸熱が起こり、また、尿素水 17から生成したアンモニアと排出ガス中の NOx が選択還元型触媒 10上で反応することで発熱が起こるので、これらの吸熱量分と発 熱量分とが補正されるようにしてある。
[0034] そして、このようにして補正された各分割点の触媒予測温度は、次のステップ S5に て二次式などを用いて補間（内挿)され、これにより選択還元型触媒 10を更に細分割 した中間点の推定温度が見積もられる。
[0035] また、次のステップ S6において、先のステップ S5で得られた多数のデータ点の推 定温度が、選択還元型触媒 10を細分割して成る複数のセル単位に割り当てられる 結果、選択還元型触媒 10の各セル単位で触媒温度が推定されることになる。
[0036] 更に、ステップ S7にお 、ては、前記セル単位での推定温度に基づき複数の温度帯
(例えば約 10°Cずつ刻みの温度帯)ごとにセル体積が合算され、次のステップ S8に お!、て、その合算されたセル体積を各温度帯ごとに触媒総容積で除算することで温 度分布体積比が割り出され、選択還元型触媒 10中に何 °Cの領域が何％占めて!/ヽる かが的確に把握されることになる。
[0037] そして、ステップ S9においては、各温度帯別に触媒温度が一様に当該温度帯にあ ると仮定した上で現在のエンジン 1の運転状態に照らして決められた尿素水 17の基 準噴射量が算出され、次のステップ S10において、各温度帯ごとに算出された基準 噴射量に対し前記温度分布体積比が温度帯別に乗算され、その温度帯別に算出さ れた値が合算されて前記尿素水添加手段 18への尿素水 17の指示噴射量として出 力される。
[0038] 尚、先のステップ S9で算出される尿素水 17の基準噴射量について換言すると、こ の尿素水 17の基準噴射量は、現在の運転状態に基づいて推定された NOxの発生 量に見合うベースの噴射量を、触媒温度が一様に当該温度帯になっていると仮定し た時の反応率に応じて温度補正した噴射量のことを指している。
[0039] 而して、このような制御装置 21により排気浄ィ匕装置の制御を行えば、選択還元型 触媒 10の入口の排気温度を検出し、その検出温度に対する一次遅れ応答のモデル を用いて、前記選択還元型触媒 10を細分割した複数のセル単位で温度を推定する ことが可能となり、このセル単位での推定温度に基づき複数の温度帯ごとにセル体積 を合算し、その合算したセル体積を各温度帯ごとに触媒総容積で除算して温度分布 体積比を割り出すことが可能となる。
[0040] 更に、このようにして得られた温度分布体積比を利用して、各温度帯別の尿素水 1 7の基準噴射量に対し前記温度分布体積比を温度帯別に乗算し、その温度帯別に 算出された値を合算して前記尿素水添加手段 18への尿素水 17の指示噴射量とす れば、選択還元型触媒 10の各温度帯別の体積割合に応じた過不足のない尿素水 1 7の噴射が実現されることになる。
[0041] 従って、上記実施例によれば、選択還元型触媒 10の各温度帯別の体積割合に応 じた過不足のな 、尿素水 17の噴射を実現することができるので、該尿素水 17の噴 射量の適切な制御により選択還元型触媒 10の NOx低減性能を最大限に引き出して NOx低減率を高く維持することができ、し力も、尿素水 17の過剰な噴射を回避できる ことで該尿素水 17の消費量を必要最小限に抑制することができ且つ余剰の尿素水 1 7が未反応のまま選択還元型触媒 10を通り抜けて排出されてしまう虞れも未然に回 避することができる。
[0042] また、特に本実施例では、複数のセル単位で温度を推定するに際し、尿素水 17の 添加による冷却作用の吸熱量分と NOx浄化反応の発熱量分とを加味した温度補正 を行うようにして ヽるので、セル単位での温度をより高 、精度で推定することができ、 延いては、尿素水 17の指示噴射量をより的確に制御することができる。
[0043] 更に付言しておくと、本発明の排気浄ィ匕装置の制御方法における温度分布の体積 割合力 制御に必要な温度パラメータを算出する手法は、例えば、酸化触媒を担持 したパティキュレートフィルタの上流側に燃料を添加して前記パティキュレートフィルタ の強制再生を行う場合にも流用することが可能であり、パティキュレートフィルタ中に 占める所定温度以上の領域の体積割合が所定比以上となったことを目安に燃料の 噴射量を切り替えるようにしたり、高温領域の体積割合が所定比以上となった時に燃 料添加を抑制するようにしたりすることが可能である。
尚、本発明の排気浄ィ匕装置の制御方法は、上述の実施例にのみ限定されるもので はなぐ選択還元型触媒に添加される還元剤には、尿素水以外に軽油などを採用し ても良いこと、また、一次遅れ応答のモデルを使用して更に数サイクル先の温度推定 を実行することにより異常回避の予測制御に発展させることも可能であること、更には 、還元剤の基準噴射量を決定するに際し、選択還元型触媒に既に吸着されている還 元剤の量を推定して基準噴射量を補正しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸 脱しな 、範囲内にお 、て種々変更をカ卩ぇ得ることは勿論である。

Claims

請求の範囲
[1] 排気管の途中に選択還元型触媒を装備し且つ該選択還元型触媒の上流側に還 元剤添加手段により還元剤を添加して NOxを還元浄ィ匕するようにした排気浄ィ匕装置 の制御方法であって、選択還元型触媒より上流側の排気温度を検出し、その検出温 度に対する一次遅れ応答のモデルを用いて、前記選択還元型触媒を細分割した複 数のセル単位で温度を推定し、このセル単位での推定温度に基づき複数の温度帯 ごとにセル体積を合算し、その合算したセル体積を各温度帯ごとに触媒総容積で除 算して温度分布体積比を割り出し、各温度帯別に触媒温度が一様に当該温度帯に あると仮定して現在のエンジンの運転状態に照らして決めた還元剤の基準噴射量に 対し前記温度分布体積比を温度帯別に乗算し、その温度帯別に算出された値を合 算して前記還元剤添加手段への還元剤の指示噴射量とする排気浄化装置の制御 方法。
[2] 複数のセル単位で温度を推定するに際し、還元剤の添加による冷却作用の吸熱量 分と NOx浄化反応の発熱量分とを加味した温度補正を行う請求項 1に記載の排気 浄化装置の制御方法。
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