(57)【要約】【課題】アイドリング停車状態においても良好なＮＯx浄化性能を確保する。【解決手段】選択還元型触媒１０におけるアンモニアの飽和吸着量に基づき必要なＮＯx浄化性能を得るための目標吸着量を定め、アンモニアの実吸着量が目標吸着量となるように尿素水１４の添加量を制御する一方、選択還元型触媒１０まで到達できない尿素水１４の結晶化を回避し得るよう排気流量と排気温度に基づき尿素水１４の添加量に上限値を設定し、アイドリング停車状態で実吸着量が目標吸着量よりも規定以上に少ないと判断された場合に通常のアイドリング停車状態での回転数よりエンジン１の回転数を上げて尿素水１４の添加量の上限値を底上げする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に尿素水を添加して該尿素水から生成されるアンモニアを還元剤としてＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置の制御方法であって、選択還元型触媒におけるアンモニアの飽和吸着量に基づき必要なＮＯx浄化性能を得るための目標吸着量を定め、アンモニアの実吸着量が目標吸着量となるように尿素水の添加量を制御する一方、選択還元型触媒まで到達できない尿素水の結晶化を回避し得るよう排気流量と排気温度に基づき尿素水の添加量に上限値を設定し、アイドリング停車状態で実吸着量が目標吸着量よりも規定以上に少ないと判断された場合に通常のアイドリング停車状態での回転数よりエンジンの回転数を上げて尿素水の添加量の上限値を底上げすることを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
【請求項２】
排気流量と排気温度とに基づき現状の選択還元型触媒におけるアンモニアの目標吸着量を制御マップから読み出し、ＮＯx発生量と排気流量と排気温度とに基づき現状の選択還元型触媒におけるアンモニアの実吸着量を数理モデルにより算出することを特徴とする請求項１に記載の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】
他方、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、有害性のあるアンモニア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、無害な尿素水を還元剤として使用することが提案されている。
【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、約１７０℃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】
尚、この種の排気浄化装置の制御方法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等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１１３５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図４にグラフで示す通り、この種の選択還元型触媒においては、該選択還元型触媒へのアンモニアの吸着量が多いほどＮＯx浄化率が高くなることが判っているが、そうであるからといって過剰に尿素水を添加してしまうと、排気流量の少ない運転領域にて尿素水が選択還元型触媒まで到達できずに排気管の内壁面に多く付着する結果を招き、ここで尿素の結晶化が進行して尿素の析出により背圧が上昇して燃費性能に悪影響が及ぶことが危惧されている。
【０００８】
このため、従来においては、図５に示す如く、排気流量と排気温度に基づく制御マップにより尿素水の添加量の上限値を適切に選定して尿素水の添加制御を行うようにしており、排気流量と排気温度が低くなるほど尿素水の添加量の上限値を低く抑えるようにしているが、排気流量と排気温度が大幅に低くなるアイドリング停車状態にあっては、尿素水の添加量が不足がちになって良好なＮＯx浄化性能が得られない虞れがあった。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、アイドリング停車状態においても良好なＮＯx浄化性能が確保されるようにした排気浄化装置の制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、排気管の途中に酸素共存下でも選択的にＮＯxをアンモニアと反応せしめる選択還元型触媒を装備し、該選択還元型触媒の上流側に尿素水を添加して該尿素水から生成されるアンモニアを還元剤としてＮＯxを還元浄化するようにした排気浄化装置の制御方法であって、選択還元型触媒におけるアンモニアの飽和吸着量に基づき必要なＮＯx浄化性能を得るための目標吸着量を定め、アンモニアの実吸着量が目標吸着量となるように尿素水の添加量を制御する一方、選択還元型触媒まで到達できない尿素水の結晶化を回避し得るよう排気流量と排気温度に基づき尿素水の添加量に上限値を設定し、アイドリング停車状態で実吸着量が目標吸着量よりも規定以上に少ないと判断された場合に通常のアイドリング停車状態での回転数よりエンジンの回転数を上げて尿素水の添加量の上限値を底上げすることを特徴とするものである。
【００１１】
而して、このようにすれば、排気流量と排気温度が大幅に低くなるアイドリング停車状態であっても、選択還元型触媒におけるアンモニアの実吸着量が目標吸着量よりも規定以上に少なくなっている場合に、エンジンの回転数が通常のアイドリング停車状態での回転数より上げられて排気流量と排気温度が上昇し、これに伴い尿素水の添加量の上限値が底上げされるので、不足のない十分な添加量で尿素水の添加が実施されて排気ガス中のＮＯxが効果的に還元浄化される。
【００１２】
他方、アイドリング停車状態でも選択還元型触媒におけるアンモニアの実吸着量が十分にあれば、通常のアイドリング停車状態での回転数を維持すれば良く、この場合、尿素水の添加量の上限値を底上げしなくても、選択還元型触媒に吸着しているアンモニアによりＮＯxが効果的に還元浄化される。
【００１３】
更に、本発明をより具体的に実施するにあたっては、排気流量と排気温度とに基づき現状の選択還元型触媒におけるアンモニアの目標吸着量を制御マップから読み出し、ＮＯx発生量と排気流量と排気温度とに基づき現状の選択還元型触媒におけるアンモニアの実吸着量を数理モデルにより算出することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明の排気浄化装置の制御方法によれば、アイドリング停車状態で選択還元型触媒におけるアンモニアの実吸着量が不足していても適宜にエンジンの回転数を上げて尿素水の添加量の上限値を底上げし、不足のない十分な添加量で尿素水の添加を実施する措置を取ることができるので、アイドリング停車状態での良好なＮＯx浄化性能を確保することができ、しかも、排気流量と排気温度に基づく尿素水の添加量の上限値を従前通りに適用して尿素の析出を防ぐこともできるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の制御方法を適用する排気浄化装置の一例を示す概略図である。
【図２】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。
【図３】本形態例の制御結果を従来例と比較したグラフである。
【図４】ＮＯx浄化率とアンモニアの吸着量との関係を示すグラフである。
【図５】尿素水の添加量の上限値を読み出すための制御マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
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から図示しないインテークマニホールドへと空気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の各シリンダから排出された排気ガス７がエキゾーストマニホールド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を駆動した排気ガス７が排気管９を介し車外へ排出されるようにしてあるが、この排気ガス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が備えられている。
【００１９】
更に、ケーシング１１の上流側に電磁式の尿素水添加弁１２が配置されており、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１３からの制御信号１２ａにより前記尿素水添加弁１２が開弁操作され、適切に制御された添加量の尿素水１４が排気管９内に添加されるようになっている。
【００２０】
即ち、前記制御装置１３においては、選択還元型触媒１０におけるアンモニアの飽和吸着量に基づき必要なＮＯx浄化性能を得るための目標吸着量が定められ、アンモニアの実吸着量が目標吸着量となるように尿素水１４の添加量が制御される一方、選択還元型触媒１０まで到達できない尿素水１４の結晶化を回避し得るよう排気流量と排気温度に基づき尿素水１４の添加量に上限値が設定されるようにしてある。
【００２１】
ここで、選択還元型触媒１０における飽和吸着量は、排気温度と排気流量（触媒表面との接触時間）により変動するものであるが、この飽和吸着量をそのまま目標吸着量としてしまうと、吸着量に余裕が無さ過ぎて未処理のまま選択還元型触媒１０を通過するアンモニアが生じ易くなるため、これより少し余裕を持たせて飽和吸着量から僅かに下げた吸着量を目標吸着量として決定するようにしており、より具体的には、排気流量と排気温度とに基づき現状の選択還元型触媒１０におけるアンモニアの目標吸着量を制御マップから読み出すようにしている。
【００２２】
尚、尿素水１４の添加量に関する上限値については、既に背景技術で説明した通り、制御マップ（図５参照）から排気流量と排気温度に基づいて尿素水の添加量の上限値を読み出すようにすれば良く、この読み出しに用いる排気流量及び排気温度については、排気管９途中の図示しないセンサ類により実測されて制御装置１３に入力される検出値を用いれば良い。
【００２３】
更に、本形態例においては、アイドリング停車状態にて実吸着量が目標吸着量よりも規定以上に少ないと制御装置１３で判断された場合に、通常のアイドリング停車状態での回転数よりエンジン１の回転数を上げるべくメイン噴射の一回当たりの噴射量を増加させるようにしており、これによって、尿素水１４の添加量の上限値を底上げし得るようにしている。
【００２４】
即ち、通常のアイドリング停車状態での回転数よりエンジン１の回転数を上げれば、排気流量と排気温度が何れも上昇するので、結果的に制御マップ（図５参照）から排気流量と排気温度に基づいて読み出される尿素水１４の添加量の上限値が底上げされることになる。
【００２５】
図２は尿素水１４の添加量の底上げに関する制御手順の具体的なフローチャートを示したもので、ステップＳ１にてアイドリング停車状態であることが確認されたら、次のステップＳ２で目標吸着量から実吸着量を引いた差が所定の閾値以上であるか否かが判定され、「ＹＥＳ」の場合はステップＳ３へ進んでアイドリング停車状態での回転数が底上げされて再び先のステップＳ２における判定に戻され、ステップＳ２における判定が「ＮＯ」の場合はステップＳ４へ進んで通常のアイドリング停車状態での回転数が維持されるようにしてある。
【００２６】
ここで、選択還元型触媒１０におけるアンモニアの実吸着量は、ＮＯx発生量と排気流量と排気温度とに基づき数理モデルを用いて制御装置１３で算出することが可能であり、ＮＯx発生量については、ＮＯxセンサ等で実測しても良いが、制御装置１３でエンジン１の制御のために把握されているエンジン１の回転数及び負荷を基に制御マップから読み出すようにしても良く、更には、その読み出された値に冷却水温度や燃料噴射量、吸入空気量等といった他の監視要素を加味して推定するようにしても良い。
【００２７】
尚、アイドリング停車状態であることの検知は、例えば、エンジン１の回転数が比較的低い所定の回転数域にあること、アクセルオフ（負荷が零）、ギヤ位置がニュートラルポジションにあること、サイドブレーキが引かれていること、車速が零であること等を確認して行えば良く、これらの情報を全て用いなくても、いくつかを組み合わせることでアイドリング停車状態を検知することが可能である。
【００２８】
而して、以上のように構成された排気浄化装置を制御するにあたり、制御装置１３にて選択還元型触媒１０におけるアンモニアの飽和吸着量に基づき必要なＮＯx浄化性能を得るための目標吸着量を定め、アンモニアの実吸着量が目標吸着量となるように尿素水１４の添加量を制御する一方、選択還元型触媒１０まで到達できない尿素水１４の結晶化を回避し得るよう排気流量と排気温度に基づき尿素水１４の添加量に上限値を設定し、アイドリング停車状態で実吸着量が目標吸着量よりも規定以上に少ないと判断された場合に通常のアイドリング停車状態での回転数よりエンジン１の回転数を上げて尿素水１４の添加量の上限値を底上げする。
【００２９】
このようにすれば、排気流量と排気温度が大幅に低くなるアイドリング停車状態であっても、選択還元型触媒１０におけるアンモニアの実吸着量が目標吸着量よりも規定以上に少なくなっている場合に、エンジン１の回転数が通常のアイドリング停車状態での回転数より上げられて排気流量と排気温度が上昇し、これに伴い尿素水１４の添加量の上限値が底上げされるので、不足のない十分な添加量で尿素水１４の添加が実施されて排気ガス７中のＮＯxが効果的に還元浄化されることになる。即ち、図３にグラフで示す如く、アイドリング停車状態において、従来の制御方法を用いた場合よりもクロスハッチで示す吸着量分が増加した状態で効率の良いＮＯxの還元浄化が図られる。
【００３０】
他方、アイドリング停車状態でも選択還元型触媒１０におけるアンモニアの実吸着量が十分にあれば、通常のアイドリング停車状態での回転数が維持されるが、尿素水１４の添加量の上限値を底上げしなくても、選択還元型触媒１０に吸着しているアンモニアによりＮＯxが効果的に還元浄化されることになる。
【００３１】
従って、上記形態例によれば、アイドリング停車状態で選択還元型触媒１０におけるアンモニアの実吸着量が不足していても適宜にエンジンの回転数を上げて尿素水１４の添加量の上限値を底上げし、不足のない十分な添加量で尿素水１４の添加を実施する措置を取ることができるので、アイドリング停車状態での良好なＮＯx浄化性能を確保することができ、しかも、排気流量と排気温度に基づく尿素水１４の添加量の上限値を従前通りに適用して尿素の析出を防ぐこともできる。
【００３２】
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。
【符号の説明】
【００３３】
１      エンジン
７      排気ガス
９      排気管
１０    選択還元型触媒
１２    尿素水添加弁
１４    尿素水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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