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JP2006037771A - 排気浄化装置のＮＯｘ低減率測定方法 - Google Patents

排気浄化装置のＮＯｘ低減率測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】排気浄化装置のＮＯｘ低減率を精度よく測定できるようにする。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の排気経路５に組み込んだＮＯｘ還元触媒６の上流側へ添加ノズル７により尿素水Ｕを噴射し、排気Ｇに含まれているＮＯｘの還元浄化を図る場合に、添加ノズル７よりも上流側のＮＯｘ濃度センサ９の計測値とＮＯｘ還元触媒６の下流側のＮＯｘ濃度センサ１２の計測値の双方を、排気Ｇの流量及び排気温度に依存した一次応答モデルを用いて補正したうえ、これらのＮＯｘ濃度補正値に基づきＮＯｘ低減率を求め、排気Ｇの流量が少ない場合の上流側ＮＯｘ濃度センサ９の計測値に対する下流側ＮＯｘ濃度センサ１２計測値の時間的な遅れや、排気温度が低い場合のＮＯｘの還元処理速度の低下に起因した誤差を更正する。
【選択図】図１

Description

本発明はＮＯｘ低減率測定方法に関するものである。
酸素共存状態であっても選択的に窒素酸化物（ＮＯｘ）が還元剤と反応可能な選択還元触媒（ＮＯｘ還元触媒）を車両用ディーゼルエンジンの排気経路に組み込み、アンモニアよりも取り扱いが容易な尿素水を還元剤に用いてＮＯｘ排出濃度の低減を図るようにした排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
このような排気浄化装置は、ＮＯｘ還元触媒の上流側へ尿素水を添加するためのノズル（還元剤添加手段）を備え、触媒温度が約２００℃を上回る状態で尿素水を添加すると、当該尿素水がアンモニアと二酸化炭素に分解し、次いで、ＮＯｘ還元触媒とアンモニアにより排気に含まれているＮＯｘが還元処理される。
また、余剰のアンモニアはＮＯｘ還元触媒に一旦吸着した後、ＮＯｘの還元処理に寄与する。
特開２００２ー１６１７３２号公報 特表２００２−５１３１１０号公報
上述したような排気浄化装置では、還元剤の添加位置よりも上流側のＮＯｘ濃度計測値と触媒下流側のＮＯｘ濃度計測値の差からＮＯｘ低減率を求め、この低減率から尿素水の消費量やＮＯｘ還元触媒の上流側へ添加すべき尿素水の量を制御することになる。
ところが、排気流量が少ない場合は上流側のＮＯｘ濃度計測値に対する下流側のＮＯｘ濃度計測値の時間的な遅れが大きくなり、排気温度が低い場合はＮＯｘの還元処理速度が低くなるため、上流側のＮＯｘ濃度計測値から下流側ＮＯｘ濃度計測値を差し引いただけでは、ＮＯｘ低減率を精度よく検出することができない。
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、排気浄化装置のＮＯｘ低減率を精度よく測定できるようにすることを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、エンジン排気経路に組み込んであるＮＯｘ還元触媒の上流側へ還元剤を添加し、排気中のＮＯｘの還元浄化を図る排気浄化装置のＮＯｘ低減率検出方法であって、還元剤の添加位置よりも上流側のＮＯｘ濃度計測値と触媒下流側のＮＯｘ濃度計測値を、排気流量及び排気温度に依存した一次応答モデルを用いて補正し、これらのＮＯｘ濃度補正値に基づきＮＯｘ低減率を求める。
本発明においては、エンジン排気に含まれているＮＯｘの低減率を求めるときに、排気流量及び排気温度に依存した一次応答モデルによって、還元剤添加前の排気のＮＯｘ濃度計測値とＮＯｘ還元触媒通過後のＮＯｘ濃度計測値を補正する。
本発明の排気浄化装置のＮＯｘ低減率測定方法によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
（１）排気流量及び排気温度に依存した一次応答モデルをＮＯｘ濃度計測値の補正手段としたので、排気流量が少ない場合の上流側のＮＯｘ濃度計測値に対する下流側のＮＯｘ濃度計測値の時間的な遅れや、排気温度が低い場合のＮＯｘの還元処理速度の低下に起因した誤差が更正され、ＮＯｘ低減率を精度よく測定することが可能になる。
（２）一次応答モデルによる補正ではフィルタ効果が得られるので、ＮＯｘ濃度計測値のノイズを低減できる。
（３）ＮＯｘ低減率からＮＯｘ還元触媒の上流側に添加すべき還元剤の量を適切に管理することもでき、還元剤の節約が図れる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１乃至図４は本発明の実施の形態の一例を示すもので、ディーゼルエンジン１の排気マニホールド２からターボチャージャ３のタービン４を経た排気Ｇが流通する排気経路５に組み込んだＮＯｘ還元触媒６と、該ＮＯｘ還元触媒６の上流側で排気Ｇに対して尿素水Ｕを噴霧する添加ノズル７と、演算ユニット８とを備えている。
排気経路５には、ＮＯｘ濃度センサ９が添加ノズル７よりも上流側に位置するように、また、温度センサ１０がＮＯｘ還元触媒６入口に位置するように、更に、温度センサ１１及びＮＯｘ濃度センサ１２がＮＯｘ還元触媒６出口に位置するように組み込んである。
エアクリーナ１３からターボチャージャ３のコンプレッサ１４へ至る吸気経路１５には、空気Ｎの流量を検出するエアフローセンサ１６が組み込んである。
添加ノズル７には、タンク１７に貯留してある尿素水Ｕを吸引送出するポンプ１８が、電磁弁１９を介して接続されている。
演算ユニット８は、排気流量推定機能Ｐ、上流側濃度補正機能Ｑ、下流側濃度補正機能Ｒ、ＮＯｘ低減率算出機能Ｖ、及び還元剤吸着量算出機能Ｗを具備している。
排気流量推定機能Ｐは、エンジン回転数と燃料噴射量に基づき排気Ｇの流量を推定するように構成してあるが、エアフローセンサ１６で得た空気Ｎの流量（吸入空気量）と温度センサ２０で得た外気温度に基づき排気Ｇの流量を推定する構成としてもよい。
上流側濃度補正機能Ｑは、排気流量と温度センサ１０で得た排気温度に基づき、ＮＯｘ濃度センサ９の計測値を一次応答モデルで補正するように構成してあり、下流側濃度補正機能Ｒは、排気流量と温度センサ１１で得た排気温度に基づき、ＮＯｘ濃度センサ１２の計測値を一次応答モデルで補正するように構成してある。
上流側濃度補正値＝上流側濃度計測値（ｍ−ｘ）（Ａ＋Ｂｓ）／（１＋Ｃｓ）
下流側濃度補正値＝下流側濃度計測値（ｎ）（Ｄ＋Ｅｓ）／（１＋Ｆｓ）
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，ｘは係数、ｓはラプラス演算子
係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，ｘはいずれも実験により得たもので、Ｃ，Ｆは排気温度による反応速度成分、ｘは排気流量による時間遅れ成分である。
つまり、図３に示すように、ある時間帯におけるＮＯｘ濃度センサ９，１２のそれぞれの計測値変化曲線の間には、上流側のセンサ９から下流側のセンサ１２までの距離や排気Ｇの流速に起因した時間遅れ、あるいは排気温度に起因したＮＯｘの還元処理速度の誤差が含まれているが、この時間遅れや誤差は上流側濃度補正機能Ｑと下流側濃度補正機能Ｒによって取り除かれ、図４に示すように更正されることになる。
また、一次応答モデルによる補正ではフィルタ効果が得られるので、ＮＯｘ濃度センサ９，１２の計測値が含んでいるノイズを低減できる。
ＮＯｘ低減率算出機能Ｖは、ＮＯｘ濃度センサ９，１２の補正値に基づきＮＯｘ低減率を算出するように構成してあり、還元剤吸着量算出機能Ｗは、ＮＯｘ低減率からＮＯｘの還元に寄与した尿素水Ｕの量を算出し、この算出値と添加ノズル７から排気Ｇへ添加した尿素水Ｕの量に基づきＮＯｘ還元触媒６へのアンモニアの吸着量を求めるように構成してある。
すなわち、時間遅れや還元処理速度の誤差を排除してＮＯｘ低減率を精度よく測定することが可能になり、また、ＮＯｘ還元触媒６の上流側に添加すべき尿素水Ｕの量を適切に管理することができ、尿素水Ｕの節約が図れる。
なお、本発明の排気浄化装置のＮＯｘ低減率測定方法は、上述した実施の形態だけに特に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において変更を加え得ることは勿論である。
本発明の排気浄化装置のＮＯｘ低減率測定方法は、様々な車種に適用できる。
本発明の対象となる排気浄化装置の一例を示す概念図である。 図１における演算ユニットのブロック図である。 更正前のＮＯｘ計測値変化を示す線図である。 更正後のＮＯｘ計測値変化を示す線図である。
符号の説明
１ ディーゼルエンジン
５ 排気経路
６ ＮＯｘ還元触媒
Ｇ 排気
Ｕ 尿素水（還元剤）

Claims (1)

  1. エンジン排気経路に組み込んであるＮＯｘ還元触媒の上流側へ還元剤を添加し、排気中のＮＯｘの還元浄化を図る排気浄化装置のＮＯｘ低減率検出方法であって、還元剤の添加位置よりも上流側のＮＯｘ濃度計測値と触媒下流側のＮＯｘ濃度計測値を、排気流量及び排気温度に依存した一次応答モデルを用いて補正し、これらのＮＯｘ濃度補正値に基づきＮＯｘ低減率を求めることを特徴とする排気浄化装置のＮＯｘ低減率測定方法。
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