JP6972967B2

JP6972967B2 - 後処理制御装置および後処理制御方法

Info

Publication number: JP6972967B2
Application number: JP2017227004A
Authority: JP
Inventors: 美由紀日▲高▼
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-11-27
Also published as: JP2019094878A

Description

本開示は、内燃機関から排出される排ガスの後処理を制御する後処理制御装置および後処理制御方法に関する。

従来、車両の内燃機関から排出される排ガス中のＮＯｘを低減する触媒であるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）を備えた後処理装置において、排ガスを高温かつリッチ状態に制御し、ＳＣＲに蓄積された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する硫黄除去処理（以下、硫黄パージという）を実行することにより、ＮＯｘ浄化性能を回復させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１１０５１３号公報

しかしながら、硫黄パージの実行により排ガスが高温になると、ＳＣＲが熱劣化するおそれがある。

本開示の目的は、ＳＣＲの熱劣化を抑制できる後処理制御装置および後処理制御方法を提供することである。

本開示の態様の後処理制御装置は、車両の内燃機関から排出された排ガスが流れる排気通路にＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）が設けられた後処理装置を制御する後処理制御装置であって、前記ＳＣＲの上流側に設けられた電熱体を加熱するように制御する加熱制御部と、前記電熱体の温度が、尿素がアンモニアに加水分解する温度以上になった後、前記電熱体に対して尿素水の噴射を開始するように制御する噴射制御部と、前記尿素水の噴射が開始された後、硫黄パージを開始するように制御する硫黄パージ制御部と、を有し、前記加熱制御部および前記噴射制御部は、それぞれ、前記硫黄パージが開始された後の所定時間の間、前記電熱体の加熱および前記尿素水の噴射を実行するように制御する。

本開示の態様の後処理制御方法は、車両の内燃機関から排出された排ガスが流れる排気通路にＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）が設けられた後処理装置を制御する後処理制御方法であって、前記ＳＣＲの上流側に設けられた電熱体を加熱し、前記電熱体の温度が、尿素がアンモニアに加水分解する温度以上になった後、前記電熱体に対して尿素水の噴射を開始し、前記尿素水の噴射が開始された後、硫黄パージを開始し、前記硫黄パージが開始された後の所定時間の間、前記電熱体の加熱および前記尿素水の噴射を実行する。

本開示によれば、ＳＣＲの熱劣化を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る後処理装置の構成の一例を示す模式図本発明の実施の形態に係る後処理制御装置の構成の一例を示すブロック図本発明の実施の形態に係る後処理制御装置の動作の一例を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

まず、本実施の形態に係る後処理装置１０について、図１を用いて説明する。図１は、後処理装置１０の構成の一例を示す模式図である。

図１に示す後処理装置１０は、車両に搭載され、内燃機関（図示略）から排出される排ガスを浄化する装置である。内燃機関は、例えば、ディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンである。

排気通路（排気管ともいう）１の上流側（図中の左側）は、内燃機関に接続された排気マニホールド（図示略）の下流側に接続されている。よって、排気マニホールドから排出された排ガスは、排気通路１を、図中の左側から右側へ流れる（図中の矢印参照）。

排気通路１には、その上流側から順に、尿素水噴射装置２、電熱体３、ＳＣＲ（尿素ＳＣＲ触媒）４、ＡＳＣ（Ammonia Slip Catalyst）５が設けられている。

尿素水噴射装置２は、排気通路１内に設けられた電熱体３に直接当たるように尿素水を噴射する。尿素水噴射装置２の尿素水噴射処理は、後述する後処理制御装置１００によって制御される（詳細は後述）。

電熱体３は、例えば、板状に形成されており、排気通路１の内壁から排ガスの流れ方向（図中の矢印参照）に垂直な方向に沿って突出するように設けられている。

また、電熱体３は、例えば車載バッテリ（図示略）と電気的に接続されており、その車載バッテリから電力の供給を受けて加熱される。電熱体３の加熱処理は、後述する後処理制御装置１００によって制御される（詳細は後述）。

ＳＣＲ４は、排ガス中のＮＯｘを低減する選択還元型触媒である。ＳＣＲ４には、噴射された尿素水から発生したアンモニアが供給される。これにより、ＳＣＲ４において、排ガス中のＮＯｘは窒素に還元される。

ＳＣＲ４は、例えば、銅（Ｃｕ）が活性主成分の触媒であればよく、銅のみで構成されてもよいし、銅以外が含まれてもよい。

ＡＳＣ５は、ＳＣＲ４で消費しきれなかったアンモニアを酸化、分解する。これにより、アンモニアが大気中に排出されることを防止できる。

ＳＣＲ４およびＡＳＣ５を通過した排ガスは、排出口（図示略）から車外へ排出される。

なお、排気通路１には、尿素水噴射装置２よりも上流側に、排ガス中の一酸化窒素や炭化水素を酸化させて二酸化窒素と水を生成する酸化触媒（例えば、ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）や、排ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集して取り除く微粒子捕集フィルタ（例えば、ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）が設けられてもよい。

以上、後処理装置１０の構成について説明した。

次に、本実施の形態に係る後処理制御装置１００の構成について、図２を用いて説明する。

後処理制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ、および通信回路などを有する。以下に説明する図２の各部の機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。

後処理制御装置１００は、上述した後処理装置１０を制御する装置であり、図２に示すように、加熱制御部１１０、噴射制御部１２０、および硫黄パージ制御部１３０を有する。

加熱制御部１１０は、硫黄パージが実行されていないとき（後述する硫黄パージ不実行時間）に、車載バッテリから電熱体３へ電力が供給されるように制御する（例えば、車載バッテリと電熱体３との間に設けられたスイッチをオンに制御する）ことで、電熱体３の加熱を開始させる。

また、加熱制御部１１０は、尿素水の噴射が終了したときに、車載バッテリから電熱体３へ電力が供給されないように制御する（例えば、車載バッテリと電熱体３との間に設けられたスイッチをオフに制御する）ことで、電熱体３の加熱を終了させる。

噴射制御部１２０は、電熱体３の加熱が開始されてから予め設定された時間（以下、第１設定時間という）が経過したときに、尿素水の噴射を開始するように尿素水噴射装置２を制御する。

第１設定時間は、電熱体３の温度が、尿素水が効率良くアンモニアに加水分解する温度（例えば、１３０度）以上になるまでに要する時間である。この第１設定時間は、予め実施された実験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。

なお、第１設定時間は、排気通路１内の温度に応じて、複数設定されていてもよい。その場合、噴射制御部１２０は、複数の第１設定時間の中から、排気通路１内の温度を検出可能なセンサ（図示略）で検出された温度に対応する第１設定時間を選択して用いてもよい。

また、噴射制御部１２０は、噴射された尿素水の量が予め設定された量に達したときに、尿素水の噴射を終了するように尿素水噴射装置２を制御する。

硫黄パージ制御部１３０は、尿素水の噴射が開始されてから予め設定された時間（以下、第２設定時間という）が経過したときに、硫黄パージを開始するように燃料噴射装置（図示略）を制御する。硫黄パージは、例えば、内燃機関のポスト噴射またはアフター噴射で、ＳＣＲ４に流入する排ガスを高温かつリッチ状態に制御することにより実現される。

第２設定時間は、活性主成分であるＣｕの被毒状態を回復させる量のアンモニアの発生に要する時間である。この第２設定時間は、予め実施された実験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。

また、硫黄パージ制御部１３０は、硫黄パージの開始から予め設定された時間（以下、硫黄パージ実行時間という）が経過したときに、硫黄パージを終了するように燃料噴射装置を制御する。

硫黄パージ実行時間は、予め設定されている。また、硫黄パージが終了してから次の硫黄パージが開始されるまでの時間（以下、硫黄パージ不実行時間という）も、予め設定されている。硫黄パージ不実行時間は、硫黄パージ実行時間よりも長い。また、硫黄パージ実行時間は、尿素水の噴射が実行される時間よりも長い。

以上、後処理制御装置１００の構成について説明した。

次に、本実施の形態に係る後処理制御装置１００の動作について、図３を用いて説明する。図３のフローのスタート時は、例えば、内燃機関の始動時である。また、図３のフローは、車両の走行中、繰り返し行われる。

まず、加熱制御部１１０は、硫黄パージ不実行時間中に、電熱体３の加熱を開始させる（ステップＳ１０１）。

次に、噴射制御部１２０は、電熱体３の加熱開始から第１設定時間が経過したら、尿素水噴射装置２に尿素水の噴射を開始させる（ステップＳ１０２）。

これにより、電熱体３へ噴射された尿素水からアンモニアが発生し、そのアンモニアは、排ガスに混じってＳＣＲ４に供給される。

次に、硫黄パージ制御部１３０は、尿素水の噴射開始から第２設定時間が経過したら、硫黄パージを開始するように燃料噴射装置を制御する（ステップＳ１０３）。硫黄パージが開始された後も、電熱体３の加熱および尿素水の噴射は、引き続き実行される。

次に、噴射制御部１２０は、噴射された尿素水の量が予め設定された量に達したときに、尿素水の噴射を終了するように尿素水噴射装置２を制御し、加熱制御部１１０は、電熱体３の加熱を終了させる（ステップＳ１０４）。

次に、硫黄パージ制御部１３０は、硫黄パージの開始から硫黄パージ実行時間が経過したら、硫黄パージを終了するように燃料噴射装置を制御する（ステップＳ１０５）。

以上、後処理制御装置１００の動作について説明した。

次に、本実施の形態の後処理制御装置１００の作用効果について説明する。

本実施の形態によれば、硫黄パージの実行中にＳＣＲ４にアンモニアを供給するため、そのアンモニアによって脱硫黄が促進され、ＳＣＲ４に蓄積された硫黄酸化物（ＳＯｘ）を効率良く除去することができる。よって、硫黄パージの実行回数を減らすことができ、ＳＣＲ４の熱劣化を抑制できる。

また、本実施の形態によれば、電熱体３を充分に加熱してからその電熱体３に対して尿素水の噴射を行うため、効率良くアンモニアを発生させることができ、尿素水の無駄を省くことができる。

また、本実施の形態によれば、硫黄パージの開始前に、電熱体３を加熱し、その電熱体３に対して尿素水の噴射を行うため、脱硫黄を促進するために充分なアンモニアを発生させてから硫黄パージを実行することができる。よって、ＳＣＲ４に蓄積された硫黄酸化物を効率良く除去できる。

また、本実施の形態によれば、硫黄パージの開始前に、電熱体３を加熱し、その電熱体３に対して尿素水の噴射を行うため、排ガスの温度が低い状況（例えば、内燃機関の始動時）であっても、効率良く尿素水からアンモニアを発生させることができる。

また、本実施の形態によれば、板状の電熱体３を排気通路１の内壁から排ガスの流れ方向に垂直な方向に沿って突出するように設けたため、排ガスの一部の流れが阻害され、電熱体３の下流側かつＳＣＲ４の上流側の排ガスに乱流を発生させることができる。これにより、排ガス中のアンモニアを均一にすることができ、ＳＣＲ４の上流側端面にアンモニアを満遍なく供給することができる。その結果、効率良く硫黄酸化物を除去できる。

以上、後処理制御装置１００の作用効果について説明した。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。以下、各変形例について説明する。

［変形例１］
実施の形態では、板状の電熱体３を排気通路１の内壁から排ガスの流れ方向に垂直な方向に沿って突出するように設ける場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。電熱体３は、電熱体３の下流側かつＳＣＲ４の上流側を流れる排ガスに乱流を発生させることができる角度（排ガスの流れ方向に対する角度）、形状、および長さを備えるものであればよい。

［変形例２］
実施の形態では、後処理制御装置１００が加熱制御部１１０、噴射制御部１２０、および硫黄パージ制御部１３０を備える場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、加熱制御部１１０、噴射制御部１２０、および硫黄パージ制御部１３０は、それぞれ、異なる制御装置（例えば、ＥＣＵ：Electric Control Unit）に備えられてもよい。

以上、各変形例について説明した。

本発明は、内燃機関から排出される排ガスの後処理を制御する技術に適用できる。

１排気通路
２尿素水噴射装置
３電熱体
４ＳＣＲ
５ＡＳＣ
１０後処理装置
１００後処理制御装置
１１０加熱制御部
１２０噴射制御部
１３０硫黄パージ制御部

Claims

車両の内燃機関から排出された排ガスが流れる排気通路にＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）が設けられた後処理装置を制御する後処理制御装置であって、
前記ＳＣＲの上流側に設けられた電熱体を加熱するように制御する加熱制御部と、
前記電熱体の温度が、尿素がアンモニアに加水分解する温度以上になった後、前記電熱体に対して尿素水の噴射を開始するように制御する噴射制御部と、
前記尿素水の噴射が開始された後、硫黄パージを開始するように制御する硫黄パージ制御部と、を有し、
前記加熱制御部および前記噴射制御部は、それぞれ、
前記硫黄パージが開始された後の所定時間の間、前記電熱体の加熱および前記尿素水の噴射を実行するように制御する、
後処理制御装置。
前記硫黄パージ制御部は、
前記尿素水の噴射の開始から、硫黄被毒物が活性化する量のアンモニアの発生に要する時間が経過した後で、前記硫黄パージを開始するように制御する、
請求項１に記載の後処理制御装置。
前記電熱体は、
前記電熱体の下流側かつ前記ＳＣＲの上流側を流れる前記排ガスに乱流を発生させる角度、形状、および長さを有する、
請求項１または２に記載の後処理制御装置。
前記ＳＣＲは、
活性主成分が銅である、
請求項１から３に記載の後処理制御装置。
車両の内燃機関から排出された排ガスが流れる排気通路にＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）が設けられた後処理装置を制御する後処理制御方法であって、
前記ＳＣＲの上流側に設けられた電熱体を加熱し、
前記電熱体の温度が、尿素がアンモニアに加水分解する温度以上になった後、前記電熱体に対して尿素水の噴射を開始し、
前記尿素水の噴射が開始された後、硫黄パージを開始し、
前記硫黄パージが開始された後の所定時間の間、前記電熱体の加熱および前記尿素水の噴射を実行する、
後処理制御方法。