(57)【要約】      （修正有）【課題】ＮＯｘ浄化率を向上させ、エミッション安定化をはかるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置および方法を提供する。【解決手段】本発明は、吸蔵されたアンモニアを利用してＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒、ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度を検出する第１、２温度センサー、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサー、および前記ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度によってＳＣＲ触媒の内部を互いに異なる温度を有するＮ個のブロックに区分し、ブロック別必要アンモニア量を計算し、ブロック別に計算される必要アンモニア量を合算してＳＣＲ触媒全体の必要アンモニア量を計算して、吸蔵量を制御する制御部、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
2011058485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸蔵されたアンモニアを利用してＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒、
ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度を検出する第１、２温度センサー、
ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサー、および
前記ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度によってＳＣＲ触媒の内部を互いに異なる温度を有するＮ個のブロックに区分し、ブロック別必要アンモニア量を計算し、ブロック別に計算される必要アンモニア量を合算してＳＣＲ触媒全体の必要アンモニア量を計算して、吸蔵量を制御する制御部、
を含むことを特徴とするＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、ブロック別温度によって設定されたマップからブロック別実際体積によるアンモニア吸蔵可能量を計算し、
ＳＣＲ触媒に入力されるアンモニア量とＮＯｘ量およびＮＯｘ浄化率から実際アンモニア吸蔵量を計算し、
前記ブロック別アンモニア吸蔵可能量と実際アンモニア吸蔵量との差からブロック別必要アンモニア量を計算することを特徴とする請求項１に記載のＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、第１、２温度センサーから検出されるＳＣＲ触媒の前端および後端の温度に設定された軸方向温度モデルを適用して、互いに異なる温度を有するＮ個のブロックに区分することを特徴とする請求項１に記載のＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置。
【請求項４】
ＳＣＲ触媒の前端および後端のセンサーから諸般の情報を収集する過程、
ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度によってＳＣＲ触媒の内部を温度差が維持されるＮ個のブロックに区分する過程、
前記区分された各ブロック別必要アンモニア量を計算する過程、および
ブロック別に計算される必要アンモニア量を合算しＳＣＲ触媒全体の必要アンモニア量を計算して、吸蔵量を制御する過程、
を含むことを特徴とするＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御方法。
【請求項５】
前記ＳＣＲ触媒のブロック区分は、
ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度によって設定された軸方向温度勾配によって温度差が維持されるＮ個のブロックに区分することを特徴とする請求項４に記載のＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御方法。
【請求項６】
前記ブロック別必要アンモニア量の計算は、
ブロック別温度によって設定されたマップからブロック別実際体積によるアンモニア吸蔵可能量を計算する過程、
ＳＣＲ触媒に入力されるアンモニア量とＮＯｘ量およびＮＯｘ浄化率から実際アンモニア吸蔵量を計算する過程、および、
前記ブロック別アンモニア吸蔵可能量と実際アンモニア吸蔵量との差からブロック別必要アンモニア量を計算する過程、
を含むことを特徴とする請求項４に記載のＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御方法。
【請求項７】
前記ＣＲ触媒の前端および後端のセンサーから収集される情報は、
尿素から生成されてＳＣＲ触媒に入力されるアンモニア量、
排気ガスに含まれて入力されるＮＯｘ量、および
ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度、
を含むことを特徴とする請求項４に記載のＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置および方法に係り、より詳しくは、ディーゼル車両に装着されるＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒の軸方向温度差を考慮して、アンモニアの吸蔵量を制御するＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンを搭載する車両には、北米ディーゼルＴｉｅｒ２／ＢＩＮ５規制やヨーロッパ６の排気ガス規制によって、排気ガスに含まれているＮＯｘ、ＣＯ、ＴＨＣ、および粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒｓ）などの有害物質を除去するための多様な形態の後処理装置が装着される。
後処理装置には、エンジンと近接して配置されＣＯを酸化するＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）、粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒｓ：ＰＭ）を捕集するＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）、および還元作用によってＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒を含む。
【０００３】
ＳＣＲ触媒は、ＮＯｘを浄化するための還元剤としてアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ＮＯｘに対する選択度が非常に優れているだけでなく、酸素が存在する場合でもＮＯｘとアンモニアとの間の反応が促進される長所がある。
ＳＣＲ触媒は、ＮＯｘ浄化性能を一定の水準以上に維持するためにＳＣＲ触媒の前端部に配置されるドージングモジュール（Ｄｏｓｉｎｇ  Ｍｏｄｕｌｅ）で尿素（Ｕｒｅａ）を噴射し、噴射された尿素の蒸発および分解によって生成されるアンモニアを取得してＳＣＲ触媒の内部にアンモニアを吸蔵し、アンモニア吸蔵量はＳＣＲ触媒の温度に反比例する。
従来車両ではＳＣＲ触媒内部の温度に差がないと仮定し、ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度を検出した後に平均してＳＣＲ触媒の温度として抽出し、設定されたマップに温度値を適用してＳＣＲ触媒の体積によるアンモニア吸蔵可能量を予測して、目標のアンモニア吸蔵量を決め、ＳＣＲ触媒の目標のアンモニア吸蔵量と現在のアンモニア吸蔵量との差によって必要なアンモニア量を決定していた。
【０００４】
ＳＣＲ触媒において、アンモニア吸蔵量は、ＳＣＲ触媒の温度が低い場合には吸着が遅く進められ、吸着可能量が多いため前端および後端の吸蔵量の差は大きくなり、温度が高い場合には吸着が速く進められ、吸着可能量が少ないため前端および後端の吸蔵量の差は小さくなる。
このようにＳＣＲ触媒に温度差が存在する場合には軸方向にアンモニア吸蔵可能量の差が存在するので、一定水準の安全率を考慮して一定量で噴射されたアンモニアはＳＣＲ触媒の軸方向に均等に分布されず、ＮＯｘ浄化率を低下させる。
例えば、ＳＣＲ触媒の前端ではＮＯｘの浄化が安定的に行われるが、後端ではＮＯｘの浄化損失が発生してＮＯｘスリップが発生するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１７０３８３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題を解決するためになされたもので、その目的は、ＳＣＲ触媒の軸方向温度差を考慮したアンモニア吸蔵量制御を行ってＳＣＲ触媒内の均一なアンモニア分布を提供することによって、ＮＯｘ浄化率を向上させ、より正確な尿素の噴射量によりアンモニアスリップが発生しないようにしてエミッション安定化をはかるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、吸蔵されたアンモニアを利用してＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒、ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度を検出する第１、２温度センサー、ＳＣＲ触媒に流入するＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサー、および前記ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度によってＳＣＲ触媒の内部を互いに異なる温度を有するＮ個のブロックに区分し、ブロック別必要アンモニア量を計算し、ブロック別に計算される必要アンモニア量を合算してＳＣＲ触媒全体の必要アンモニア量を計算して、吸蔵量を制御する制御部、を含むことを特徴とする。
【０００８】
前記制御部は、ブロック別温度によって設定されたマップからブロック別実際体積によるアンモニア吸蔵可能量を計算し、ＳＣＲ触媒に入力されるアンモニア量とＮＯｘ量およびＮＯｘ浄化率から実際アンモニア吸蔵量を計算し、前記ブロック別アンモニア吸蔵可能量と実際アンモニア吸蔵量との差からブロック別必要アンモニア量を計算することを特徴とする。
【０００９】
前記制御部は、第１、２温度センサーから検出されるＳＣＲ触媒の前端および後端の温度に設定された軸方向温度モデルを適用して、互いに異なる温度を有するＮ個のブロックに区分することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、ＳＣＲ触媒の前端および後端のセンサーから諸般の情報を収集する過程、ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度によってＳＣＲ触媒の内部を温度差が維持されるＮ個のブロックに区分する過程、前記区分された各ブロック別必要アンモニア量を計算する過程、およびブロック別に計算される必要アンモニア量を合算しＳＣＲ触媒全体の必要アンモニア量を計算して、吸蔵量を制御する過程、を含むことを特徴とする。
【００１１】
前記ＳＣＲ触媒のブロック区分は、ＳＣＲ触媒の前端および後端の温度によって設定された軸方向温度勾配によって温度差が維持されるＮ個のブロックに区分することを特徴とする請求項４に記載のＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御方法。
【００１２】
前記ブロック別必要アンモニア量の計算は、ブロック別温度によって設定されたマップからブロック別実際体積によるアンモニア吸蔵可能量を計算する過程、
ＳＣＲ触媒に入力されるアンモニア量とＮＯｘ量およびＮＯｘ浄化率から実際アンモニア吸蔵量を計算する過程、および、前記ブロック別アンモニア吸蔵可能量と実際アンモニア吸蔵量との差からブロック別必要アンモニア量を計算する過程、を含むことを特徴とする。
【００１３】
前記ＣＲ触媒の前端および後端のセンサーから収集される情報は、尿素から生成されてＳＣＲ触媒に入力されるアンモニア量、排気ガスに含まれて入力されるＮＯｘ量、およびＳＣＲ触媒の前端および後端の温度、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＳＣＲ触媒内に均一なアンモニアの分布を提供して、ＮＯｘ浄化率を極大化し、アンモニアスリップを排除してエミッションを安定化することができる。
また、排気条件の速い変化に対してＮＯｘ浄化の応答性およびＳＣＲ触媒上でアンモニア消費量予測精度が向上することで、アンモニア生成のための正確な尿素水溶液の噴射制御を提供し、アンモニアの過多或いは過少生成を予防することでエミッションを安定的に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例によるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施例によるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御手続を示すフローチャートである。
【図３】図２の軸方向反応モデルモジュールの細部手続を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例によるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照し、本発明について詳しく説明する。
［実施例］
図１は、本発明の実施例によるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御装置を概略的に示す図である。
本発明は動力源であるエンジン２、エンジン２から燃焼した排気ガスを排出させる排気パイプ６、ＳＣＲ触媒１０、第１ＮＯｘセンサー１２、第２ＮＯｘセンサー１４、第１温度センサー１６、第２温度センサー１８、ドージングモジュール２０、ミキサー２２、尿素タンク３０、ポンプ３２、尿素供給ライン３４、圧力センサー３６および制御部４０を含む。
ＳＣＲ触媒１０は、Ｖ２Ｏ５／ＴｉＯ２またはＰｔ／Ａｌ２Ｏ３またはゼオライト（Ｚｅｏｌｉｔｅ）からなり、動力源であるエンジン２と連結される排気パイプ６の所定の位置に配置されて、ドージングモジュール２０から噴射される尿素から取得されて吸蔵されたアンモニアとＮＯｘとを還元反応させてＮＯｘを浄化する。
【００１７】
第１ＮＯｘセンサー１２はドージングモジュール２０の前端に配置され、ＳＣＲ触媒１０に流入する排気ガスに含まれているＮＯｘ量を検出して、その情報を制御部４０に提供する。
第２ＮＯｘセンサー１４はＳＣＲ触媒１０の後端（出口側）に配置され、ＳＣＲ触媒１０を通じて浄化された排気ガスに含まれているＮＯｘ量を検出して、その情報を制御部４０に提供する。
第１温度センサー１６はＳＣＲ触媒１０の前端に配置され、ＳＣＲ触媒１０の前端の温度を検出して、その情報を制御部４０に提供する。
第２温度センサー１８はＳＣＲ触媒１０の後端に配置され、ＳＣＲ触媒１０の後端の温度を検出して、その情報を制御部４０に提供する。
ドージングモジュール２０は、制御部４０の制御によってインジェクターが作動してＳＣＲ触媒１０で吸蔵に必要なアンモニアを生成させるための尿素を噴射する。
【００１８】
ミキサー２２はドージングモジュール２０とＳＣＲ触媒１０との間に配置され、ドージングモジュール２０を通じて噴射される液状尿素粒子を衝突させて粒子を割る役割を果たし、これによって排気ガスと噴射された尿素粒子とが均等に混ざって、ＳＣＲ触媒１０の入口端での均一性を良好にして、排気ガス内のＮＯｘと尿素から取得されたアンモニアとを最適に混合させる。
尿素タンク３０には尿素液が受容され、内部に装着されるポンプ３２の駆動によって尿素供給ライン３４に設定された均等な圧力を形成させることによって、ドージングモジュール２０が作動する場合にＳＣＲ触媒１０の前端に液状尿素の高圧噴射が提供されるようにする。
【００１９】
圧力センサー３６は尿素供給ライン３４に形成される圧力を検出し、それに関する情報を制御部４０に提供することによって、エンジン２が始動オンを維持している状態で常に設定された圧力が維持できるようにする。
制御部４０は第１、２温度センサー１６、１８を通じて検出されるＳＣＲ触媒１０の前端および後端の温度に軸方向温度モデルを適用して、ＳＣＲ触媒１０の内部を互いに異なる温度を有するＮ個（例えば５〜１０個）のブロックに区分し、軸方向反応モデルモジュールによってブロック別に必要アンモニア量を計算する。
軸方向温度モデルを適用すれば、温度によって各ブロックの必要アンモニア量を計算することができる。
Ｎ個のブロックは、ＳＣＲ触媒１０の長さ方向に沿って一定の範囲の温度を有する任意の区間に選定する。
【００２０】
前ブロック別必要アンモニア量の計算は、各ブロック別温度（Ｔ．ＳＣＲ）を体積当たりアンモニア吸蔵可能量マップに適用し、ここに区分されたブロック別実際体積を適用して、温度差による各ブロック別アンモニア吸蔵可能量を計算する。
体積当たりアンモニア吸蔵可能量マップは実験によって選定されて貯蔵された値である。
また、ＳＣＲ触媒１０に入力されるアンモニア量（ＮＨ３．Ｉｎ）とＮＯｘ量（ＮＯｘ．Ｉｎ）およびＮＯｘ浄化率から実際アンモニア吸蔵量を計算し、アンモニア吸蔵可能量と実際アンモニア吸蔵量の差から必要アンモニア量を計算する。
そして、各ブロック別に計算される必要アンモニア量を合算してＳＣＲ触媒１０全体で吸蔵に必要な必要アンモニア量を計算する。
前記のように、ＳＣＲ触媒１０で吸蔵に必要な必要アンモニア量を計算して、ドージングモジュール２０を通じて噴射される尿素の量を制御する。
【００２１】
図２は、本発明の実施例によるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御手続を示したフローチャートであり、図３は、図２で軸方向反応モデルモジュールの細部手続を示したフローチャートである。
以下、本発明の作動状況について説明する。
図２および図３に示す通り、本発明が適用されるディーゼル車両のエンジンが始動オンされると、制御部４０はＳＣＲ触媒１０の前端および後端に設けられる多様なセンサーを通してアンモニア吸蔵量制御に必要な諸般の情報を収集する（Ｓ１１０）。
例えば、第１温度センサー１６からＳＣＲ触媒１０の前端の温度（Ｔ．Ｉｎ）を検出し、第２温度センサー１８からＳＣＲ触媒１０の後端の温度（Ｔ．Ｏｕｔ）を検出し、ドージングモジュール２０から噴射される尿素水溶液により生成されるアンモニア噴射量（ＮＨ３噴射量）を検出し、第１ＮＯｘセンサー１２からＳＣＲ触媒１０に流入するＮＯｘ量（ＮＯｘ．Ｉｎ）を検出する。
【００２２】
その後、第１、２温度センサー１６、１８から検出されるＳＣＲ触媒１０の前端および後端の温度を設定された軸方向温度モデルに適用して（Ｓ１２０）、ＳＣＲ触媒１０の内部で温度差を有するＮ個のブロック（Ｔ．１〜Ｔ．５）に区分する（Ｓ１３０）。
設定された軸方向温度モデルの適用は、軸方向温度勾配によって設定される。
前記のように、ＳＣＲ触媒１０が温度モデルを通してＮ個のブロックに区分されると、それぞれのブロックに軸方向反応モデルモジュールを適用して（Ｓ１４０）、ブロック別に必要アンモニア量を計算する（Ｓ１５０）。
前記ブロック別必要アンモニア量の計算は、図３に示すように、各ブロック別温度（Ｔ．ＳＣＲ）を体積当たりアンモニア吸蔵可能量マップに適用して、体積当たりアンモニア吸蔵可能量を抽出し（Ｓ１５１）、ここに区分されたブロック別実際体積を適用して、温度差による各ブロック別アンモニア吸蔵可能量を計算する（Ｓ１５２）。
【００２３】
また、ＳＣＲ触媒１０に入力されるアンモニア量（ＮＨ３．Ｉｎ）とＮＯｘ量（ＮＯｘ．Ｉｎ）およびＮＯｘ浄化率から実際アンモニア吸蔵量を計算し（Ｓ１５３）、Ｓ１５２で計算されたアンモニア吸蔵可能量とＳ１５３で計算された実際アンモニア吸蔵量との差から必要アンモニア量を計算する。
前記のように、ＳＣＲ触媒１０を温度差によって複数個に分離した各ブロック別に必要アンモニア量が計算した後、各ブロックで計算された必要アンモニア量を合算してＳＣＲ触媒１０全体で要求される必要アンモニア量を計算する（Ｓ１６０）。
前記のようにＳＣＲ触媒１０全体で要求される必要アンモニア量が計算されると、ドージングモジュール２０を通じて尿素噴射量を制御する。
図４は、本発明の実施例によるＳＣＲ触媒のアンモニア吸蔵量制御結果を示すグラフである。
図４に示すように、ＳＣＲ触媒１０の軸方向にアンモニア吸蔵量が均一な分布に維持されてＮＯｘの浄化率を向上させ、アンモニアスリップを防止することができる。
【００２４】
以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
２    エンジン
６    排気パイプ
１０  ＳＣＲ触媒
１２  第１ＮＯｘセンサー
１４  第２ＮＯｘセンサー
１６  第１温度センサー
１８  第２温度センサー
２０  ドージングモジュール
２２  ミキサー
３０  尿素タンク
４０  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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