(57)【要約】【課題】バーナの燃焼時に選択還元型触媒から多量のアンモニアが脱離される虞れを未然に回避し得るようにする。【解決手段】排気管１１途中に備えた選択還元型触媒１５の入側に尿素水を添加してＮＯxを還元浄化すると共に、その上流側に備えたパティキュレートフィルタ１２により排気ガス９中のパティキュレートを捕集し、その入側でバーナ１３を燃焼して捕集済みパティキュレートを焼却することでパティキュレートフィルタ１２の再生を図るようにした排気浄化装置の制御方法に関し、パティキュレートフィルタ１２の再生が必要となった時に、尿素水の添加量を減量して選択還元型触媒１５における吸着アンモニアをＮＯxの還元浄化の反応に利用し、これにより吸着アンモニアが消費されて選択還元型触媒１５におけるアンモニアの吸着量が許容値以下に低下したところでバーナ１３の燃焼を開始する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管途中に備えた選択還元型触媒の入側に尿素水を添加してＮＯxを還元浄化すると共に、前記選択還元型触媒より上流側に備えたパティキュレートフィルタにより排気ガス中のパティキュレートを捕集し、前記パティキュレートフィルタの入側でバーナを燃焼して捕集済みパティキュレートを焼却することで前記パティキュレートフィルタの再生を図るようにした排気浄化装置の制御方法であって、パティキュレートフィルタの再生が必要となった時に、尿素水の添加量を減量して選択還元型触媒における吸着アンモニアをＮＯxの還元浄化の反応に利用し、これにより吸着アンモニアが消費されて選択還元型触媒におけるアンモニアの吸着量が許容値以下に低下したところでバーナの燃焼を開始することを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化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、排気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気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させ、これによりＮＯxの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
また、プラント等における工業的な排煙脱硝処理の分野では、還元剤にアンモニア（ＮＨ3）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いるところであるが、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。
【０００４】
即ち、尿素水を選択還元型触媒の上流側で排気ガス中に添加すれば、該排気ガス中で尿素水がアンモニアと炭酸ガスに熱分解され、選択還元型触媒上で排気ガス中のＮＯxがアンモニアにより良好に還元浄化されることになる。
【０００５】
他方、ディーゼルエンジンの排気浄化を図る場合、排気ガス中のＮＯxを除去するだけでは十分ではなく、排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）についてもパティキュレートフィルタを通して捕集する必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させるようにしている。
【０００６】
即ち、このような酸化触媒を担持させたパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。
【０００７】
ただし、斯かるパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
【０００８】
そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。
【０００９】
つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加すれば、その添加燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
【００１０】
ただし、渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い運転状態が長く続く運行形態の車輌にあっては、前段の酸化触媒が十分な触媒活性を発揮し得る触媒床温度まで昇温し難く、該酸化触媒における添加燃料の酸化反応が活発化してこないため、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生することができないという問題があった。
【００１１】
このため、近年においては、パティキュレートフィルタの入側にバーナを設け、車輌の運転状態に拘わらず前記バーナの燃焼により捕集済みパティキュレートを焼却し、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生させることが検討されている。
【００１２】
尚、この種の排気浄化触媒や排気ガスをバーナを用いて加熱する技術に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１や特許文献２がある。
【特許文献１】特開平５−８６８４５号公報
【特許文献２】特開平６−１６７２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、選択還元型触媒にはＮＯxの還元浄化反応で余剰したアンモニアが吸着されて多量に貯溜されていることがあるため、バーナの燃焼により急激に排気温度が上げられると、選択還元型触媒の触媒床温度も急激に上昇して一度に多量のアンモニアが脱離し、高濃度のアンモニアガスとして排気ガスと共に排出されてしまう虞れがあった。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、バーナの燃焼時に選択還元型触媒から多量のアンモニアが脱離される虞れを未然に回避し得るようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、排気管途中に備えた選択還元型触媒の入側に尿素水を添加してＮＯxを還元浄化すると共に、前記選択還元型触媒より上流側に備えたパティキュレートフィルタにより排気ガス中のパティキュレートを捕集し、前記パティキュレートフィルタの入側でバーナを燃焼して捕集済みパティキュレートを焼却することで前記パティキュレートフィルタの再生を図るようにした排気浄化装置の制御方法であって、パティキュレートフィルタの再生が必要となった時に、尿素水の添加量を減量して選択還元型触媒における吸着アンモニアをＮＯxの還元浄化の反応に利用し、これにより吸着アンモニアが消費されて選択還元型触媒におけるアンモニアの吸着量が許容値以下に低下したところでバーナの燃焼を開始することを特徴とするものである。
【００１６】
而して、このようにすれば、パティキュレートフィルタの再生が必要となっても、選択還元型触媒におけるアンモニアの吸着量が所定値を上回っているうちはバーナの燃焼が開始されず、選択還元型触媒における吸着アンモニアがＮＯxの還元浄化の反応で消費されてアンモニアの吸着量が許容値以下に低下してからバーナの燃焼が開始されるので、バーナの燃焼時に急激に温度上昇した選択還元型触媒から多量のアンモニアが脱離してしまう事態が起こらなくなる。
【発明の効果】
【００１７】
上記した本発明の排気浄化装置の制御方法によれば、パティキュレートフィルタの再生が必要となった時に、バーナを直ぐに燃焼させずに尿素水の添加量を減量し、選択還元型触媒における吸着アンモニアをＮＯxの還元浄化の反応に利用して消費し、これによりアンモニアの吸着量が許容値以下に低下したところでバーナの燃焼を開始するようにしているので、バーナの燃焼時に選択還元型触媒から多量のアンモニアが脱離される虞れを未然に回避することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっており、また、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へと送り出されるようになっている。
【００２０】
更に、前記排気管１１の途中に、酸化触媒を一体的に担持したパティキュレートフィルタ１２が装備されていると共に、該パティキュレートフィルタ１２の前段には、適量の燃料を噴射して着火燃焼せしめるバーナ１３が装備されており、該バーナ１３は、図示しない燃料タンクからの適量の燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、その噴射口から噴射された燃料に点火するための点火プラグとを備えて構成されるようになっている。
【００２１】
ここで、前記バーナ１３に対しては、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの下流から分岐した燃焼用空気供給管１４が接続されており、該燃焼用空気供給管１４により前記コンプレッサ２ａで過給された吸気４の一部を抜き出して燃焼用空気として導き得るようにしてある。
【００２２】
また、前記パティキュレートフィルタ１２より下流の排気管１１には、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性質を備えた選択還元型触媒１５が装備されており、この選択還元型触媒１５の入側には、図示しない尿素水タンクから導いた尿素水を排気ガス９中に添加し得るよう尿素水噴射ノズル１６が設けられ、該尿素水噴射ノズル１６による尿素水の添加位置と前記選択還元型触媒１５との間には、尿素水と排気ガス９との混合促進を図り得るようガスミキサ１７が設けられている。
【００２３】
尚、前記尿素水噴射ノズル１６による尿素水の添加位置とパティキュレートフィルタ１２との間には、排気ガス９中の未燃ＨＣを酸化処理し且つ排気ガス９中のＮＯのＮＯ2への酸化反応を促す酸化触媒１８が介装されている。
【００２４】
更に、図示しない運転席のアクセルにアクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１９（負荷センサ）が装備されていると共に、ディーゼルエンジン１の機関回転数を検出する回転センサ２０が前記ディーゼルエンジン１の適宜位置に装備されており、これらアクセルセンサ１９からの負荷信号１９ａと、回転センサ２０からの回転数信号２０ａが制御装置２１に入力されるようにしてある。
【００２５】
そして、この制御装置２１においては、前記アクセルセンサ１９及び回転センサ２０からの負荷信号１９ａ及び回転数信号２０ａに基づき、ディーゼルエンジン１の各気筒８における燃料噴射量を決定して燃焼噴射系に指示するようになっているが、この燃料噴射量と前記ディーゼルエンジン１の回転数とによるパティキュレートの発生量マップからディーゼルエンジン１の現在の運転状態に基づくパティキュレートの基本的な発生量を推定し、この基本的な発生量に対しパティキュレートの発生にかかわる各種の条件を考慮した補正係数を掛け且つ現在の運転状態におけるパティキュレートの処理量を減算して最終的な発生量を求め、この最終的な発生量を時々刻々積算してパティキュレートの堆積量を推定するようにもなっている。
【００２６】
ただし、このようなパティキュレートの堆積量を推定する方法には各種の考え方があり、ここに例示した推定方法以外の手法を用いてパティキュレートの堆積量を推定することも勿論可能であり、パティキュレートフィルタ１２の前後の差圧に基づいてパティキュレートの堆積量を推定したり、運転時間や走行距離を目安としてパティキュレートの堆積量を推定したりすることも可能である。
【００２７】
また、前記制御装置２１においては、ディーゼルエンジン１の回転数や燃料噴射量等に基づきＮＯxの発生量も推定され、このＮＯxの発生量に見合う基本的な尿素水の添加量が決定されるようになっているが、本形態例においては、選択還元型触媒１５のアンモニアの吸着特性を積極的に利用してＮＯxの還元効率を高めるアンモニア吸着制御が採用されており、選択還元型触媒１５におけるアンモニアの吸着量に応じて尿素水の添加量が適宜に修正されるようになっている。
【００２８】
即ち、図２に示す如く、選択還元型触媒１５の触媒床温度と該選択還元型触媒１５へのアンモニアの飽和吸着量との関係を表す飽和吸着量曲線を低温側（例えば２０℃程度低い側）へ移行させた目標吸着量曲線を前記制御装置２１に設定した上、選択還元型触媒１５の触媒床温度に対応するアンモニアの目標吸着量を算定し、選択還元型触媒１５へのアンモニアの実吸着量を求め、該アンモニアの実吸着量が目標吸着量に達した時に尿素水の添加量を減らし且つ目標吸着量を下回った時には増やすように尿素水の添加量を制御するようにしてある。
【００２９】
例えば、図３に示す如く、尿素水の最適等量が実線の曲線Ａのようになる場合、アンモニアの実吸着量が零であれば、一点鎖線の曲線Ｂのように最適等量を上回る添加量に増やされ、アンモニアの実吸着量が十分であれば、一点鎖線の曲線Ｃのように最適等量を下回る添加量に減らされるようになっている。
【００３０】
ここで、選択還元型触媒１５の触媒床温度は、該選択還元型触媒１５の前後に配置した温度センサ２２，２３からの検出信号２２ａ，２３ａに基づいて把握されるようになっており、また、アンモニアの実吸着量は、尿素水噴射ノズル１６上流と選択還元型触媒１５下流に配置したＮＯxセンサ２４，２５からの検出信号２４ａ，２５ａに基づきＮＯx濃度の差からＮＯx低減濃度を算出し、このＮＯx低減濃度から排気流量に基づいて低減ＮＯx流量を求め、これを元に尿素水の消費量を算出して該消費量を実際の添加量から差し引き、その値をアンモニアに換算した上で積算してアンモニアの実吸着量とするようになっている。
【００３１】
そして、本形態例においては、パティキュレートフィルタ１２の再生が必要となった時に、前述した如きアンモニア吸着制御により決められた尿素水の添加量を減量して選択還元型触媒１５における吸着アンモニアをＮＯxの還元浄化の反応に利用し、これにより吸着アンモニアが消費されて選択還元型触媒１５におけるアンモニアの吸着量が許容値（バーナ１３の燃焼時にアンモニアの脱離が生じない量）以下に低下したところで制御装置２１からバーナ１３に向け燃焼指令信号１３ａが出力されてバーナ１３の燃焼が開始されるようになっている。
【００３２】
即ち、図４にフローチャートで示す如く、エンジン制御と尿素ＳＣＲシステムとバーナシステムとが連携して制御が行われるようになっており、先ず、エンジン制御においては、ステップＳ１でパティキュレートの堆積量がカウントされた後、ステップＳ２でパティキュレートの堆積量が基準値Ａ以上であるか否かが判定され、ＹＥＳの場合にステップＳ３へ進んで尿素ＳＣＲシステム（ステップＳ１１）へアンモニアの吸着量を減らす指示が出される一方、ＮＯの場合はステップＳ１に戻るようになっている。
【００３３】
更に、次のステップＳ４では、パティキュレートの推定値が前記基準値Ａより大きな基準値Ｂ以上で且つ選択還元型触媒１５におけるアンモニアの吸着量が許容値以下であるか否かが判定され、ＹＥＳの場合にステップＳ５へ進んでバーナシステム（ステップＳ１９）へパティキュレートフィルタ１２の再生指示が出され且つ尿素ＳＣＲシステム（ステップＳ１７）に向けアンモニアの吸着量を考慮した制御への復帰指示が出される一方、ＮＯの場合はステップＳ１に戻るようになっている。
【００３４】
そして、次のステップＳ６では、図示しない温度センサによりパティキュレートフィルタ１２における再生温度を測定し、その再生温度での継続時間から捕集済みパティキュレートの処理量（燃焼量）を推定し、この処理量を次のステップＳ７にてパティキュレートの堆積量から差し引きして該堆積量が零となったところで再生完了を判定し、次のステップＳ８にてバーナシステムへパティキュレートフィルタ１２の再生完了指示が出されるようになっている。
【００３５】
尚、ステップＳ７で再生完了の判定に到らない間は、ステップＳ６における捕集済みパティキュレートの処理量の推定と堆積量からの差し引きが繰り返されるようになっており、また、ステップＳ８でバーナシステム（ステップＳ２１）への再生完了指示が出された後はステップＳ１に戻るようになっている。
【００３６】
一方、尿素ＳＣＲシステムにおいては、ステップＳ９でアンモニア吸着制御が実施され、次のステップＳ１０で選択還元型触媒１５におけるアンモニアの吸着量（実吸着量）がカウントされるようになっている。
【００３７】
そして、次のステップＳ１１では、前述したエンジン制御のステップＳ３からアンモニアの吸着量を減らす指示が出されたか否かが判定され、ＹＥＳの場合にステップＳ１２へ進んで尿素水の添加量（噴射量）を減らす制御が実行される一方、ＮＯの場合はステップＳ９に戻るようになっている。
【００３８】
更に、次のステップＳ１３では、先のステップＳ１２における尿素水の添加量の減量により選択還元型触媒１５におけるアンモニアの吸着量がどれだけ減ったかがカウントされるようになっており、次のステップＳ１４でアンモニアの吸着量が許容値以下に低下したか否かが判定され、ＹＥＳの場合にステップＳ１５へ進んでエンジン制御のステップＳ４へアンモニアの吸着量が許容値以下に低下した情報を送り、ＮＯの場合はステップＳ１２に戻るようになっている。
【００３９】
尚、アンモニアの吸着量をカウントするにあたっては、減量して実際に添加した尿素水の添加量と、ＮＯxセンサ２４，２５により実測されたＮＯxの低減結果から求められる尿素水の消費量とが判っているので、尿素水の添加量の不足により吸着アンモニアから補われたであろうアンモニア量を計算して求めれば、選択還元型触媒１５におけるアンモニアの吸着量がどれだけ減ったかがカウントできる。
【００４０】
次いで、ステップＳ１６では、アンモニアの吸着量を考慮せずにＮＯxの発生量に見合うだけの尿素水の添加量を指示する基本制御に切り替えられ、次のステップＳ１７でアンモニア吸着制御への復帰指示がエンジン制御のステップＳ５から出されたことが確認されるまで基本制御が継続される一方、エンジン制御のステップＳ５からのアンモニア吸着制御への復帰指示が確認された場合には、ステップＳ９へ戻ってアンモニア吸着制御へ復帰するようになっている。
【００４１】
また、バーナシステムにおいては、ステップＳ１８の待機状態が次のステップＳ１９ででパティキュレートフィルタ１２の再生指示がエンジン制御のステップＳ５から出されたことが確認されるまで継続される一方、エンジン制御のステップＳ５からのパティキュレートフィルタ１２の再生指示が確認された場合には、ステップＳ２０へ進んでバーナ１３の燃焼によるパティキュレートフィルタ１２の再生が開始されるようになっている。
【００４２】
そして、次のステップＳ２１で再生完了指示がエンジン制御のステップＳ８から出されたことが確認されるまでバーナ１３の燃焼が継続される一方、エンジン制御のステップＳ８からの再生完了指示が確認された場合には、ステップＳ１８へ戻って待機状態に戻るようになっている。
【００４３】
従って、上記形態例によれば、パティキュレートフィルタ１２の再生が必要となった時に、バーナ１３を直ぐに燃焼させずに尿素水の添加量を減量し、選択還元型触媒１５における吸着アンモニアをＮＯxの還元浄化の反応に利用して消費し、これによりアンモニアの吸着量が許容値以下に低下したところでバーナ１３の燃焼を開始するようにしているので、バーナ１３の燃焼時に選択還元型触媒１５から多量のアンモニアが脱離される虞れを未然に回避することができる
【００４４】
尚、本発明の排気浄化装置の制御方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】アンモニアの目標吸着量について説明する線図である。
【図３】アンモニア吸着量と尿素水添加量との関係を説明する線図である。
【図４】図１の制御装置で行われる制御手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
９  排気ガス
１１  排気管
１２  パティキュレートフィルタ
１３  バーナ
１５  選択還元型触媒
１６  尿素水噴射ノズル
２１  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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