(57)【要約】【課題】ＳＣＲのアンモニアの推定吸着量と実吸着量の乖離を抑制する。【解決手段】制御装置１００は、尿素水噴射装置５０から噴射された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ４０に吸着されているアンモニアの推定吸着量を取得する推定吸着量取得部１２２と、推定吸着量に基づいて尿素水噴射装置５０に尿素水を噴射させる噴射制御部１２３と、ＳＣＲ４０のＮＯｘ浄化率を取得する浄化率取得部１２１と、尿素水噴射装置５０が尿素水を噴射していない際にＮＯｘ浄化率が第１閾値Ｃ１よりも低下したか否かを判定する判定部１２４と、を備え、噴射制御部１２３は、判定部１２４によってＮＯｘ浄化率が第１閾値Ｃ１よりも低下したと判定された場合には、上流側ＮＯｘセンサ６０が検出した上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素水噴射部から噴射された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化する選択的還元触媒に吸着されているアンモニアの推定吸着量を取得する推定吸着量取得部と、
前記推定吸着量に基づいて、前記尿素水噴射部に尿素水を噴射させる噴射制御部と、
前記選択的還元触媒のＮＯｘ浄化率を取得する浄化率取得部と、
前記尿素水噴射部が前記尿素水を噴射していない際に前記ＮＯｘ浄化率が第１閾値よりも低下したか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記噴射制御部は、前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が前記第１閾値よりも低下したと判定された場合には、排気通路において前記選択的還元触媒よりも上流側のＮＯｘ値を検出するＮＯｘ検出部が検出した上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射させる第１噴射制御を行う、排気浄化制御装置。
【請求項２】
前記噴射制御部は、前記第１噴射制御の実行中に前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が第２閾値を超えたと判定された場合には、予め設定された目標吸着量と前記推定吸着量とに基づいて前記尿素水を噴射させる第２噴射制御を行う、
請求項１に記載の排気浄化制御装置。
【請求項３】
前記第２噴射制御において前記尿素水が噴射されていない際に前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が第３閾値よりも低下したと判定された場合には、前記推定吸着量取得部が取得した推定吸着量を補正する推定吸着量補正部を更に備える、
請求項２に記載の排気浄化制御装置。
【請求項４】
前記噴射制御部は、前記第２噴射制御において前記尿素水が噴射されていない際に前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が第３閾値よりも低下したと判定された場合には、前記上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量及び前記目標吸着量に相当する噴射量の尿素水を噴射させる第３噴射制御を行う、
請求項２又は３に記載の排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気中のＮＯｘを還元浄化する選択的還元触媒（以下、ＳＣＲとも呼ぶ）を用いて排気を浄化する排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化するＳＣＲを備えた排気浄化システムが知られている。このような排気浄化システムとして、例えば、下記の特許文献１には、各種センサのセンサ値等に基づいて算出したＳＣＲのアンモニアの推定吸着量と目標吸着量との差に応じて尿素水噴射量を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アンモニアの推定吸着量が、ＳＣＲに実際に吸着されているアンモニアの実吸着量に対して乖離する場合がある。例えば、排気温度が低い場合には、尿素水からアンモニアが生成され難くなるため、推定吸着量が実吸着量よりも大幅に大きくなる場合がある。推定吸着量が大きい場合には尿素水の噴射が停止されるため、その後、実際にはＮＯｘの浄化が必要であっても、尿素水の噴射停止に起因してＮＯｘの浄化がされず、浄化率の異常が検出されてしまう。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ＳＣＲのアンモニアの推定吸着量と実吸着量の乖離を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様においては、尿素水噴射部から噴射された尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを浄化する選択的還元触媒に吸着されているアンモニアの推定吸着量を取得する推定吸着量取得部と、前記推定吸着量に基づいて、前記尿素水噴射部に尿素水を噴射させる噴射制御部と、前記選択的還元触媒のＮＯｘ浄化率を取得する浄化率取得部と、前記尿素水噴射部が前記尿素水を噴射していない際に前記ＮＯｘ浄化率が第１閾値よりも低下したか否かを判定する判定部と、を備え、前記噴射制御部は、前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が前記第１閾値よりも低下したと判定された場合には、排気通路において前記選択的還元触媒よりも上流側のＮＯｘ値を検出するＮＯｘ検出部が検出した上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射させる第１噴射制御を行う、排気浄化制御装置を提供する。
かかる排気浄化制御装置によれば、選択的還元触媒のアンモニアの推定吸着量が目標吸着量よりも大きくなって尿素水が噴射されていない際に判定部によってＮＯｘ浄化率が第１閾値よりも低下したと判定された場合には、ＮＯｘ検出部が検出した上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射させる。かかる場合には、排気温度が小さいことに起因してアンモニアの推定吸着量が実際の吸着量に対して過大に乖離しても、上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射することで、アンモニアの推定吸着量と実吸着量との乖離を抑制できる。
【０００７】
また、前記噴射制御部は、前記第１噴射制御の実行中に前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が第２閾値を超えたと判定された場合には、予め設定された目標吸着量と前記推定吸着量とに基づいて前記尿素水を噴射させる第２噴射制御を行うこととしてもよい。
【０００８】
また、前記排気浄化制御装置は、前記第２噴射制御において前記尿素水が噴射されていない際に前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が第３閾値よりも低下したと判定された場合には、前記推定吸着量取得部が取得した推定吸着量を補正する推定吸着量補正部を更に備えることとしてもよい。
【０００９】
また、前記噴射制御部は、前記第２噴射制御において前記尿素水が噴射されていない際に前記判定部によって前記ＮＯｘ浄化率が第３閾値よりも低下したと判定された場合には、前記上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量及び前記目標吸着量に相当する噴射量の尿素水を噴射させる第３噴射制御を行うこととしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＳＣＲのアンモニアの推定吸着量と実吸着量の乖離を抑制できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一の実施形態に係る排気浄化システムＳの構成を示す模式図である。
【図２】一の実施形態に係る制御装置１００の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】浄化率の推移と尿素水の噴射量との関係を説明するための模式図である。
【図４】上流側ＮＯｘ値と尿素水の噴射量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜排気浄化システムの構成＞
図１を参照しながら、本発明の一の実施形態に係る排気浄化システムＳの構成について説明する。
【００１３】
図１は、一の実施形態に係る排気浄化システムＳの構成を示す模式図である。図１に示すように、排気浄化システムＳは、エンジン１０と、排気通路２０と、ディーゼルパティキュレート（以下、ＤＰＦと呼ぶ）３０と、選択的還元触媒（以下、ＳＣＲと呼ぶ）４０と、尿素水噴射装置５０と、上流側ＮＯｘセンサ６０と、下流側ＮＯｘセンサ６５と、制御装置１００とを有する。排気浄化システムＳは、トラック等の車両に搭載されており、エンジン１０の排気中のＮＯｘを浄化する。
【００１４】
エンジン１０は、ここでは４気筒のディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、４気筒以外のエンジンであってもよい。エンジン１０は、燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。エンジン１０は、排気通路２０が接続されている多岐管である排気マニホールド１２を有する。
【００１５】
排気通路２０は、排気マニホールド１２で集合した排気を車両の外部へ排出するための通路である。排気通路２０には、ＤＰＦ３０、ＳＣＲ４０及び尿素水噴射装置５０等が設けられている。
【００１６】
ＤＰＦ３０は、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタである。ＤＰＦ３０は、例えば、金属やセラミックス製のハニカム体で構成されている。なお、ＤＰＦ３０は、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、捕集したＰＭを燃焼処理する。
【００１７】
ＳＣＲ４０は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製の担持体の表面に、ゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ４０は、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを備える。ＳＣＲ４０は、還元剤として尿素水噴射装置５０から供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアによってＳＣＲ４０を通過する排気中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００１８】
尿素水噴射装置５０は、ＤＰＦ３０とＳＣＲ４０の間に設けられ、排気通路２０に尿素水を噴射する。尿素水噴射装置５０が噴射した尿素水から、ＳＣＲ４０に吸着されるアンモニアが生成される。尿素水噴射装置５０は、尿素水添加弁５１と、尿素水タンク５２と、尿素水ポンプ５３とを有する。尿素水タンク５２から尿素水ポンプ５３によって圧送された尿素水が、尿素水添加弁５１から噴射される。
【００１９】
上流側ＮＯｘセンサ６０は、排気通路２０においてＳＣＲ４０の上流側に設けられ、下流側ＮＯｘセンサ６５は、ＳＣＲ４０の下流側に設けられている。上流側ＮＯｘセンサ６０は、ＳＣＲ４０の入口のＮＯｘの濃度（上流側ＮＯｘ値）を検出し、下流側ＮＯｘセンサ６５は、ＳＣＲ４０の出口のＮＯｘの濃度（下流側ＮＯｘ値）を検出する。なお、上流側ＮＯｘセンサ６０及び下流側ＮＯｘセンサ６５は、排気中のＮＯｘを検出する。このため、上流側ＮＯｘセンサ６０の検出値である上流側ＮＯｘ値と、下流側ＮＯｘセンサ６５の検出値である下流側ＮＯｘ値との差から、ＳＣＲ４０に添加されているアンモニアの量を推定できる。
【００２０】
制御装置１００は、排気浄化システムＳの動作を制御する。本実施形態では、制御装置１００は、尿素水噴射装置５０、上流側ＮＯｘセンサ６０及び下流側ＮＯｘセンサ６５の動作を制御して、排気中のＮＯｘの浄化を制御する排気浄化制御装置として機能する。
【００２１】
＜制御装置の詳細構成＞
図２を参照しながら、制御装置１００の詳細構成の一例について説明する。
図２は、一の実施形態に係る制御装置１００の詳細構成を示すブロック図である。制御装置１００は、記憶部１１０と、制御部１２０とを有する。
【００２２】
記憶部１１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部１１０は、制御部１２０が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。例えば、記憶部１１０は、尿素水噴射の制御の際に用いる、ＳＣＲ４０に吸着されるアンモニアの目標吸着量を記憶する。
【００２３】
制御部１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部１２０は、記憶部１１０に記憶されたプログラムを実行することにより、排気浄化システムＳの動作を制御する。本実施形態では、制御部１２０は、浄化率取得部１２１と、推定吸着量取得部１２２と、噴射制御部１２３と、判定部１２４と、推定吸着量補正部１２５として機能する。
【００２４】
浄化率取得部１２１は、ＳＣＲ４０のＮＯｘ浄化率を取得する。例えば、浄化率取得部１２１は、ＳＣＲ４０よりも上流側の上流側ＮＯｘセンサ６０が検出した上流側ＮＯｘ値と、ＳＣＲ４０よりも下流側の下流側ＮＯｘセンサ６５が検出した下流側ＮＯｘ値とに基づいて、ＳＣＲ４０のＮＯｘ浄化率を算出する。
【００２５】
推定吸着量取得部１２２は、ＳＣＲ４０に吸着されているアンモニアの推定吸着量を取得する。例えば、推定吸着量取得部１２２は、浄化率取得部１２１が取得したＮＯｘ浄化率から、ＳＣＲ４０によって消費されたアンモニアの総消費量を算出する。そして、推定吸着量取得部１２２は、総消費量を、ＳＣＲ４０に供給されたアンモニアの総供給量から減算することで、現在の推定吸着量を算出する。なお、アンモニアの推定吸着量の算出方法は、上記に限定されず、他の公知の算出方法であってもよい。
【００２６】
噴射制御部１２３は、推定吸着量取得部１２２が取得した推定吸着量に基づいて、尿素水噴射装置５０による尿素水の噴射を制御する。例えば、噴射制御部１２３は、予め設定されたアンモニアの目標吸着量（例えば、記憶部１１０に記憶された目標吸着量）と、推定吸着量との差に基づいて、尿素水を噴射させる。
【００２７】
判定部１２４は、浄化率取得部１２１が取得したＮＯｘ浄化率と所定の閾値とを比較する。例えば、判定部１２４は、噴射制御部１２３による尿素水の噴射制御中に、ＮＯｘ浄化率が図３に示す第１閾値Ｃ１、第２閾値Ｃ２及び第３閾値Ｃ３よりも低下したか又は上昇したかを判定する。第１閾値Ｃ１〜第３閾値Ｃ３は、例えば記憶部１１０に記憶されている。
【００２８】
推定吸着量補正部１２５は、推定吸着量取得部１２２が取得した推定吸着量を補正する。例えば、推定吸着量補正部１２５は、ＮＯｘ浄化率が図３に示す第３閾値Ｃ３よりも低下すると、推定吸着量を補正する。
【００２９】
本実施形態では、噴射制御部１２３は、尿素水の噴射に伴いＮＯｘ浄化率が変動する際に、判定部１２４による判定結果に応じて尿素水の噴射を制御する。また、推定吸着量補正部１２５は、判定部１２４による判定結果に基づいて推定吸着量を補正する。ここでは、図３を参照しながら、具体的に説明する。
【００３０】
図３は、浄化率の推移と尿素水の噴射量との関係を説明するための模式図である。図３では、浄化率の推移が太線で示されている。また、時刻ｔ１の前には、推定吸着量が目標吸着量よりも多いため、尿素水噴射装置５０尿素水を噴射していないものとする。このため、ＮＯｘ浄化率が次第に低下し、時刻ｔ１の際に、ＮＯｘ浄化率が第１閾値Ｃ１よりも低下している。
【００３１】
噴射制御部１２３は、判定部１２４によってＮＯｘ浄化率が第１閾値Ｃ１よりも低下したと判定された場合には、上流側ＮＯｘセンサ６０が検出した上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射させる第１噴射制御を行う。すなわち、噴射制御部１２３は、推定吸着量には左右されずに、上流側ＮＯｘ値に応じて尿素水を噴射する。この際、推定吸着量の更新は停止される。上流側ＮＯｘに応じて尿素水の噴射量が増える場合には、推定吸着量の更新を続けると推定吸着量が増えて実吸着量との乖離が広がる恐れがあるので、推定吸着量の更新を停止することで上記の問題を抑制できる。
【００３２】
図３では、噴射制御部１２３は、時刻ｔ１〜ｔ２の間に第１噴射制御を行っている。これにより、推定吸着量と実吸着量に乖離があっても、第１噴射制御を行うことで乖離を抑制できる。第１噴射制御における尿素水の噴射量は、予め設定された係数に対応する量である。ここで、係数は、アンモニアスリップを抑制するために設定されており、目標吸着量での推定浄化率、実浄化率、排気温度、排気流量等に基づいて補正されたものである。なお、推定浄化率と実浄化率の差が小さい場合には、尿素水の噴射量は少なく、推定浄化率と実浄化率の差が大きい場合には、尿素水の噴射量は多い。また、排気温度及び排気流量は、噴射量の上限に関係する。
【００３３】
図４は、上流側ＮＯｘ値と尿素水の噴射量との関係を示すグラフである。グラフの横軸が、上流側ＮＯｘセンサ６０が検出した上流側ＮＯｘ値を示し、縦軸が、尿素水噴射装置５０による尿素水の噴射量を示す。噴射制御部１２３は、上流側ＮＯｘ値が大きくなるにつれて噴射量も大きくなるように、尿素水を噴射させる。
【００３４】
図３に戻り、上述した第１噴射制御によりＮＯｘ浄化率が改善され、時刻ｔ２の際にＮＯｘ浄化率が第２閾値Ｃ２よりも上昇しているものとする。ここでは、第２閾値Ｃ２は、第１閾値Ｃ１よりも若干大きいが、これに限定されず、例えば第２閾値Ｃ１と同じ大きさであってもよい。
そして、噴射制御部１２３は、第１噴射制御の実行中に判定部１２４によってＮＯｘ浄化率が第２閾値Ｃ２を超えたと判定された場合には、目標吸着量と推定吸着量とに基づいて尿素水を噴射させる第２噴射制御を行う。すなわち、噴射制御部１２３は、正常な状態に復帰したものと判断し、通常の尿素水の噴射制御を行う。図３では、噴射制御部１２３は、時刻ｔ２〜ｔ３の間に第２噴射制御を行っている。この際の尿素水の噴射量は、時刻ｔ１〜ｔ２の間の噴射量よりも多い。
【００３５】
なお、所定時間経過してもＮＯｘ浄化率が第２閾値Ｃ２を超えないと判定部１２４が判定した場合には、制御部１２０は、排気浄化システムＳにおいて何らかの故障が発生したものと判断する。
【００３６】
図３において、時刻ｔ３の後は、推定吸着量が目標吸着量よりも多くなり、尿素水が噴射されていない。ここでは、装置の異常等に起因してＮＯｘ浄化率が次第に低下し、時刻ｔ４の際に、ＮＯｘ浄化率が第３閾値Ｃ３よりも低下するものとする。第３閾値Ｃ３は、第２閾値Ｃ２よりも小さい値である。
【００３７】
噴射制御部１２３は、判定部１２４によってＮＯｘ浄化率が第３閾値Ｃ３よりも低下したと判定された場合には、上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量及び前記目標吸着量に相当する噴射量の尿素水を噴射させる第３噴射制御を行う。噴射制御部１２３は、時刻ｔ４〜ｔ５の間に第３噴射制御を行い、一時的に多くの尿素水を噴射する。
【００３８】
噴射制御部１２３は、時刻ｔ５の後、時刻ｔ２〜ｔ３と同様に通常の尿素水の噴射制御を行う。そして、噴射制御部１２３は、ＮＯｘ浄化率が第２閾値Ｃ２を超えた場合には、通常の尿素水の噴射制御を続ける。
一方で、上記の第３噴射制御を行っても、ＮＯｘ浄化率が改善されない場合（具体的には、判定部１２４によってＮＯｘ浄化率が第２閾値Ｃ２を超えないと判定された場合）には、制御部１２０は、排気浄化システムＳにおいて故障が発生したものと判断する。
【００３９】
推定吸着量補正部１２５は、判定部１２４によってＮＯｘ浄化率が第３閾値Ｃ３よりも低下したと判定された場合には、推定吸着量が実吸着量と乖離していると判断し、推定吸着量取得部１２２が取得した推定吸着量を補正する。すなわち、推定吸着量補正部１２５は、推定吸着量を実吸着量に近い値に補正する。これにより、ＮＯｘ浄化率が正常に戻り、適正な尿素水の噴射を行うことができる。
【００４０】
なお、上述した第１噴射制御を行っても、ＮＯｘ浄化率が０に近い値になった場合や、ＮＯｘ浄化率の減少度合いが大きい場合には、噴射制御部１２３が第３噴射制御を実行してもよい。
【００４１】
＜本実施形態における効果＞
上述した制御装置１００は、ＳＣＲ４０のアンモニアの推定吸着量が目標吸着量よりも大きくなって尿素水が噴射されていない際に判定部１２４によってＮＯｘ浄化率が第１閾値Ｃ１よりも低下したと判定された場合には、上流側ＮＯｘセンサ６０が検出した上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射させる。
【００４２】
かかる場合には、排気温度が小さいことに起因してアンモニアの推定吸着量が実吸着量に対して過大に乖離しても、上流側ＮＯｘ値に応じた噴射量の尿素水を噴射することで、推定吸着量と実吸着量との乖離を抑制できる。
一方で、下流側ＮＯｘ値を考量して噴射量を制御する場合には、実際のアンモニアの吸着量が不明な状態で噴射するため噴射量が過大になり、アンモニアスリップが発生する恐れがある。これに対して、本実施形態のように上流側ＮＯｘ値に応じて少ない尿素水を噴射することで、アンモニアスリップの発生を抑制できる。
【００４３】
上記では、排気浄化システムＳがトラック等の車両に搭載されていることとしたが、これに限定されない。例えば、排気浄化システムＳは、発電機、建設機械、船舶等に搭載されていてもよい。
【００４４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４５】
４０    ＳＣＲ
５０    尿素水噴射装置
６０    上流側ＮＯｘセンサ
１００    制御装置
１２１    浄化率取得部
１２２    推定吸着量取得部
１２３    噴射制御部
１２４    判定部
１２５    推定吸着量補正部
【図１】
2017141703.tif 000003
【図２】
2017141703.tif 000004
【図３】
2017141703.tif 000005
【図４】
2017141703.tif 000006