JP5221647B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
また特許文献2の排気浄化装置では、選択還元触媒におけるNOx還元率に関する量として触媒の温度を検出し、この温度に基づいて還元剤の噴射量を制御する。
図29に示すように、エンジン81の排気通路82には、上流側から下流側へ向かって順に、酸化触媒83と、ユリアタンク84に貯留された還元剤としての尿素水を排気通路82内に噴射するユリア噴射弁85と、尿素水の存在下で排気中のNOxを還元する選択還元触媒86とが設けられる。また、選択還元触媒の浄化性能を監視するものとして、選択還元触媒86の温度を検出する温度センサ87と、選択還元触媒86の下流側のNOx濃度を検出するNOxセンサ88とが設けられる。
したがって、NOxセンサからの出力値のみでは、尿素水の噴射量が最適な噴射量に対して不足した状態であるか又は過剰な状態であるかを判別できない。このため、最適な量の尿素水を供給し続けて、選択還元触媒におけるNOx還元率を高く維持しながら、かつ、アンモニアの排出を抑制することは困難である。
これにより、第1選択還元触媒からアンモニアが流出した状態、すなわち、第1選択還元触媒にアンモニアが十分に貯蔵された状態を保ち、高いNOx還元率を維持することができる。特に、内燃機関の運転状態が急変することで一時的に大量のNOxが生成され、このNOxを還元するためのアンモニアの生成が間に合わなくなるような場合であっても、第1選択還元触媒において貯蔵したアンモニアにより、アンモニアの生成が完了するまでの過渡時におけるNOx還元率を高く維持することができる。
また、この場合、第1選択還元触媒においてアンモニアスリップが発生するものの、排出されたアンモニアは、第2選択還元触媒に貯蔵されるか、又は、第2選択還元触媒においてNOxの還元に消費される。これにより、高いNOx還元率を維持しつつ、選択還元触媒の最下流へアンモニアが排出するのを抑制できる。
請求項2に記載の発明によれば、第2選択還元触媒の第2ストレージ容量を、第1選択還元触媒の第1ストレージ容量の最大時と最小時との差よりも大きくした。これにより、例えば、内燃機関の運転状態が低負荷運転状態から高負荷運転状態に移行することで、第1選択還元触媒の温度が急激に上昇し、第1選択還元触媒からその下流側へアンモニアが放出した場合であっても、このアンモニアを第2選択還元触媒で貯蔵することができる。これにより、選択還元触媒の最下流へアンモニアが排出するのをさらに抑制できる。
請求項3に記載の発明によれば、アンモニア濃度検出手段により検出されるアンモニア濃度の目標濃度の値を「0」より大きな値に設定するとともに、さらに、検出されるアンモニア濃度がこの目標濃度を含む所定の範囲内に収まるように制御入力を算出し、この制御入力を含めて還元剤の供給量を算出した。
すなわち、第1選択還元触媒と第2選択還元触媒の間におけるアンモニア濃度を、目標濃度を含む所定の範囲内に収めるように還元剤の供給量を制御することで、還元剤の供給量の変動を小さくできる。これにより、NOx還元触媒におけるNOx還元率を高く維持することができる。第1選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を前提とする以上のような制御は、第1選択還元触媒の下流側に第2選択還元触媒を設けることを特徴とする本発明では、特に効果的である。
これにより、検出したアンモニア濃度が上記範囲外に含まれる場合には、過大なアンモニアスリップの発生やNOx還元率の低下を速やかに抑制し、検出したアンモニア濃度が上記範囲内に含まれる場合には、還元剤の供給量の大きな変化を防止し、NOx還元率が著しく低下するのを防止できる。
これにより、第2選択還元触媒におけるアンモニアのストレージ量が一時的に過剰になった場合、例えば、目標濃度を小さな値に設定することにより、このストレージ量を低減することができる。
したがって、上述のように内燃機関の運転状態の急激な変化に伴い、大量の第1選択還元触媒からアンモニアが排出される場合に備えて、第2選択還元触媒で貯蔵できるアンモニアのストレージ量を確保することができる。したがって、選択還元触媒の最下流へアンモニアが排出するのをさらに抑制できる。
また同時に、NOx還元率を高く維持することにより、還元剤の供給量の大きな変動を防止するとともに、この変動に伴うアンモニアスリップの発生やNOx還元率の低下をも未然に防ぐことができる。
請求項7に記載の発明によれば、第1選択還元触媒の第1ストレージ量を推定し、この推定した第1ストレージ量が所定の目標ストレージ量に収束するように制御するための制御入力を算出し、さらにこのような制御入力を含めて還元剤の供給量を決定する。
これにより、第1ストレージ量が第1ストレージ容量よりも少ない場合には、例えば、還元剤の供給量を増量することで、第1ストレージ容量に達するまでの時間を短縮し、速やかにNOx還元率を高めることができる。
また、第1ストレージ量が第1ストレージ容量に達する直前には、例えば、還元剤の供給量を減量することで第1選択還元触媒におけるアンモニアスリップの発生を防止することができる。これにより、上述のような、アンモニアスリップが発生した際に、これを抑制することを目的として還元剤の供給量を低減した場合に発生するNOx還元率の低下をも防止することができる。
特にここで、第1ストレージ量は、第1選択還元触媒に貯蔵されるアンモニア量を逐次積分することで算出されるため、その動特性は積分要素的な挙動を示す。このような第1ストレージ量と、所定の目標ストレージ量との偏差のみにより制御入力を算出すると、この制御入力が振動してしまい、結果として周期的なアンモニアスリップが発生するおそれがある。この発明によれば、推定された第1ストレージ量と目標ストレージ量との偏差に加えて、この偏差の微分、又は、第1ストレージ量の微分に基づいて制御入力を算出することで、制御入力の振動的な挙動を防止できる。
11…排気通路(排気通路)
2…排気浄化装置
23…ユリア選択還元触媒(選択還元触媒)
231…第1選択還元触媒
232…第2選択還元触媒
25…ユリア噴射装置(還元剤供給手段)
26…アンモニアセンサ(アンモニア濃度検出手段)
28…NOxセンサ
3…電子制御ユニット(第1制御入力算出手段、第2制御入力算出手段、第3制御入力算出手段、還元剤供給量決定手段、目標アンモニア濃度設定手段)
4…フィードバックコントローラ(第1制御入力算出手段、目標アンモニア濃度設定手段)
41…目標アンモニア濃度設定部(目標アンモニア濃度設定手段)
42…スライディングモードコントローラ(第1制御入力算出手段)
5…フィードフォワードコントローラ(第2制御入力算出手段)
6…ストレージ補正入力算出部(第3制御入力算出手段)
7…加算器(還元剤供給量決定手段)
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(以下「エンジン」という)1及びその排気浄化装置2の構成を示す模式図である。エンジン1は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。
ユリアタンク251は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路254及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁253に接続されている。このユリアタンク251には、ユリアレベルセンサ255が設けられている。このユリアレベルセンサ255は、ユリアタンク251内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をECU3に出力する。
ユリア噴射弁253は、ECU3に接続されており、ECU3からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気通路11内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。
このユリア選択還元触媒23の詳細な構成は、後に図2及び図3を参照して詳述する。
ところで、上述のユリア選択還元触媒23において、第1選択還元触媒231及び第2選択還元触媒232は、それぞれ、尿素から生成したアンモニアで排気中のNOxを還元する機能を有するとともに、生成したアンモニアを所定の量だけ貯蔵する機能も有する。
以下では、第1選択還元触媒231において貯蔵されたアンモニア量を第1ストレージ量とし、第1選択還元触媒231において貯蔵できるアンモニア量を第1ストレージ容量とする。また、第2選択還元触媒232において貯蔵されたアンモニア量を第2ストレージ量とし、第2選択還元触媒232において貯蔵できるアンモニア量を第2ストレージ容量とする。
しかしながら、このようにストレージ容量に近い量のアンモニアが貯蔵された状態では、アンモニアスリップが発生しやすく、車両外へアンモニアが排出される虞がある。特に、第2選択還元触媒232におけるアンモニアスリップは、極力防止することが好ましい。
このようにストレージ量が飽和した状態を維持した場合、例えば、車両を急加速することで一時的に大量のNOxが生成され、このNOxを還元するためのアンモニアの生成が間に合わなくなるような状態であっても、貯蔵したアンモニアにより、アンモニアの生成が完了するまでの過渡時におけるNOx還元率を高く維持し続けることができる。
したがって、上述の図2の(b)に示されたレイアウトでは、ストレージ量が飽和した状態を維持しているため、例えば、車両が低負荷運転状態から高負荷運転状態へ移行し、触媒温度が低温(例えば、200℃)状態から高温(例えば、500℃)状態へ移行した場合、この温度差に応じて過大なアンモニアスリップが発生する虞がある。
このレイアウトでは、アンモニアセンサ26により検出されるアンモニア濃度の値が「0」より大きな値になるように、尿素水の供給量の制御を行うことで、上述の図2の(b)に示すレイアウトと同様に、第1選択還元触媒231からアンモニアが飽和した状態を維持できる。これにより、第1選択還元触媒231における高いNOx還元率を維持することができる。
また、第1選択還元触媒231においてアンモニアが飽和した状態にすることで、図2の(b)に示すレイアウトと同様に、上述のような車両の急加速した際等の、アンモニアの生成が完了するまでの過渡時におけるNOx還元率を高く維持し続けることができる。
また、このように第1選択還元触媒231ではアンモニアスリップが発生するものの、この第1選択還元触媒231から排出されたアンモニアは、第2選択還元触媒232に貯蔵されるか、又は、第2選択還元触媒232においてNOxの還元に消費される。これにより、第1選択還元触媒231及び第2選択還元触媒232全体として高いNOx還元率を維持しつつ、第2選択触媒232の下流へアンモニアが排出するのを抑制できる。
図5〜図10を参照して、スライディングモードコントローラの詳細な構成について説明する。
上述のように、スライディングモードコントローラでは、検出アンモニア濃度NH3CONSが、目標アンモニア濃度設定部により設定された目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTに収束するように、FB噴射量GUREA_FBを算出する。このようなアンモニアセンサの出力値NH3CONSに基づくフィードバック制御を行うにあたり、本願発明者が着眼した2つの課題について説明する。
上述のように、現存するNOxセンサは、その検出原理上、NOxに対してだけでなくアンモニアに対しても感応する。一方、NOxに対しては感応せずに、アンモニアのみに対して感応するアンモニアセンサは、開発可能であることが知られている。しかしながら、このようなアンモニアセンサには検出分解能に限界があり、また、この検出分解能にも個体差があったり、経年劣化によって変化したりする。このため、アンモニアセンサからの出力値NH3CONSを目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTに厳密に制御するのは困難である。
上述のようなアンモニアセンサの分解検出能に関する課題を解決できたとしても、選択還元触媒におけるNOx還元率とアンモニアスリップのユリア噴射量GUREAに対する応答性の不一致の課題がある。具体的には、選択還元触媒におけるNOx還元率は、この選択還元触媒におけるアンモニアスリップよりも、ユリア噴射量GUREAに対する応答遅れが小さく、また感度が大きい。
図5に示すように、アンモニアセンサの出力値NH3CONSが急増し、アンモニアスリップの発生を検出したことに応じて、このアンモニアスリップを抑制するためにユリア噴射量GUREAを減少すると、アンモニアスリップが抑制される前に、NOx還元率が著しく低下してしまう。この際、検出アンモニア濃度NH3CONSが目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTに厳密に収束するように、ユリア噴射量GUREAを減少させ続けると、NOx還元率がさらに低下してしまう。
図6は、スライディングモードコントローラにおける制御の概念を説明するための図である。図6において、横軸は時間を示し、縦軸は検出アンモニア濃度NH3CONSを示す。
NH3CONSが値Bである場合には、目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTに対し過少のアンモニアスリップが発生した状態であるので、検出アンモニア濃度NH3CONSが、迅速、かつ、オーバシュートなく目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTに収束するようにFB噴射量GUREA_FBを算出する。
以下では、この応答指定型制御が実行可能に構成されたスライディングモードコントローラの動作について説明する。
図7は、横軸を前回制御時のスリップ量偏差ENH3(k−1)とし、縦軸を今回制御時のスリップ量偏差ENH3(k)と定義した位相平面を示す図である。
この位相平面において、σ(k)=0を満たすスリップ量偏差ENH3(k)及びENH3(k−1)の組み合わせは、図7に示すように、傾きが−VPOLE(k)の直線となる。特にこの直線は、切換直線と呼ばれる。また、図7に示すように、−VPOLEが「1」より小さく「0」より大きい値に設定することにより、ENH3(k−1)>ENH3(k)となるので、スリップ量偏差ENH3(k)は、「0」に収束することとなる。スライディングモード制御は、この切換直線上における偏差ENH3(k)の振る舞いに着目した制御となっている。
図8に示すように、VPOLEを「0」に近づけると、スリップ量偏差ENH3は、「0」に対して指数関数的な減衰挙動を示し、その収束速度が速くなる。また、VPOLEを「−1」に近づけると、指数関数的な減衰挙動を維持しながら、その収束速度は遅くなる。特に、VPOLEを「−1」にした場合は、ENH3は、制御開始時における初期偏差ENH3(k=0)に維持される。
なお、この図10において、実線は、本実施形態の制御結果を示し、破線は、検出アンモニア濃度NH3CONSが目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTに厳密に収束するようにユリア噴射制御を行った場合の制御結果を示す。
特に、破線に示すように検出アンモニア濃度が目標アンモニア濃度に厳密に収束するような制御を行った場合、過大なアンモニアスリップが発生すると、このアンモニアスリップを抑制するためにユリア噴射量を大幅に減少し、これによりNOx還元率が大幅に低下する場合があった。本実施形態によれば、このような過大なアンモニアスリップの発生時における、ユリア噴射量GUREAの減少量を低減し、これによりNOx還元率を高く維持することができる。
これにより、検出アンモニア濃度NH3CONSが、目標アンモニアスリップ範囲RNH3CONS_TRGT外にある場合には、過大なアンモニアスリップの発生やNOx還元率の低下を速やかに抑制する。また、検出アンモニア濃度NH3CONSが、目標アンモニアスリップ範囲RNH3CONS_TRGT内にある場合には、ユリア噴射量GUREAの大きな変化を防止し、NOx還元率が著しく低下するのを防止できる。
次に、フィードフォワードコントローラの詳細な構成について、図11〜図13を参照して説明する。
上述の(2)の課題で示したように、選択還元触媒におけるNOx還元率とアンモニアスリップのユリア噴射量GUREAに対する応答性は異なる。具体的には、選択還元触媒におけるアンモニアスリップは、この選択還元触媒におけるNOx還元率よも、ユリア噴射量GUREAに対する応答遅れが大きい。このような選択還元触媒に対してユリア噴射制御を行うにあたり、本願発明者が着眼した課題について説明する。
図11は、上述のスライディングモードコントローラのみによりユリア噴射制御を実行した場合におけるエンジンの負荷、選択還元触媒上流のNOx濃度、検出アンモニア濃度NH3CONS、ユリア噴射量GUREA、及びNOx還元率の関係を示す図である。
また、このような応答遅れの大きいアンモニアセンサの出力値NH3CONSに基づいたフィードバック制御を行うと、センサの出力値NH3CONSにオーバシュートやアンダーシュート等の振動的な挙動が発生しやすい。このため、ユリア噴射量GUREAも振動してしまい、図11に示すようなアンダーシュートによるNOx還元率の低下も発生しやすい。
図12に示すように、この制御マップでは、エンジンの回転数NE、又は、負荷パラメータTRQが大きくなるに従い、FF噴射量GUREA_FFはより大きな値に決定される。
これは、エンジンの負荷パラメータTRQが大きいほど、混合気の燃焼温度が上昇することでNOx排出量が増大し、また、エンジンの回転数NEが大きいほど、単位時間当たりのNOx排出量が増大するためである。
なお、この図13において、実線は、本実施形態の制御結果を示し、破線は、スライディングモードコントローラのみによりユリア噴射制御を行った場合の制御結果を示す。
また、このようにNOx還元率を高く維持することで、ユリア噴射量GUREAの大きな変動を防止するとともに、この変動に伴うアンモニアスリップの発生やNOx還元率の低下をも未然に防ぐことができる。
次に、ストレージ補正入力算出部の詳細な構成について、図14〜図21を参照して説明する。
上述のように第1選択還元触媒及び第2選択還元触媒は、アンモニアを貯蔵する機能を有する。このような選択還元触媒に対してユリア噴射制御を実行するにあたり、本願発明者が着眼した3つの課題について説明する。
図14は、選択還元触媒に貯蔵されたアンモニアが未飽和である状態、すなわち、選択還元触媒におけるストレージ量がそのストレージ容量よりも少ない状態からユリア噴射制御を開始した場合におけるNOx還元率と、ユリア噴射量GUREAと、検出アンモニア濃度NH3CONSと、アンモニアストレージ量との関係を示す図である。この図14に示す例では、時刻t=0において、アンモニアのストレージ量が「0」の状態からユリア噴射制御を開始し、時刻t=t1において、ストレージ量がストレージ容量に達した場合を示す。
この図14に示すように、時刻t=0〜t1の間では、アンモニアのストレージ量がストレージ容量以下であるため、選択還元触媒におけるNOx還元率が、飽和時におけるNOx還元率よりも低下してしまう。
図14に示すように、時刻t=0〜t1の間では、アンモニアのストレージ量がストレージ容量以下であるため、アンモニアスリップは発生しない。このため、時刻t=0〜t1の間では、アンモニアセンサの出力値NH3CONSは「0」である。また、この間、アンモニアセンサの出力値NH3CONSが「0」であることに応じて、上述のようなNOx還元率が低下した期間を可能な限り短縮するために、ユリア噴射量GUREAを最大値に設定する。
また、上述のように過大なアンモニアスリップが発生すると、このアンモニアスリップを抑制するために、ユリア噴射量GUREAをさらに低減する必要がある。しかしながら、この場合、NOx還元率が再び低下してしまう。
すなわち、上述の(4)の課題を解決するためには、アンモニアのストレージ量がストレージ容量に達するまでユリア噴射量GUREAを増量することで、NOx還元率が低下した期間を短縮する。また、(5)及び(6)の課題を解決するためには、上述のようにユリア噴射量GUREAを増量した上で、アンモニアが飽和してアンモニアスリップが発生する前にユリア噴射量GUREAを低減する。
このアンモニアストレージモデルは、選択還元触媒に流入する排気のNOx濃度に対するユリア噴射量に応じて、選択還元触媒におけるアンモニアのストレージ量の変化を推定するモデルである。具体的には、選択還元触媒におけるストレージ量の変化の状態を、所定のNOx濃度に対してユリア噴射量が適切な状態(図15の(a)参照)と、ユリア噴射量が過剰な状態(図15の(b)参照)と、ユリア噴射量が不足した状態(図15の(c)参照)との、3つの状態に分類する。
このストレージ補正入力算出部は、上述のようなアンモニアストレージモデルに基づいて構成された制御対象61と、この制御対象61のコントローラ62とを含んで構成される。
これは、上述の(5)に示す課題を解決できなくなる虞があるからである。つまり、上述のように目標第1ストレージ量STUREA_TRGTを第1ストレージ容量STUREA_MAX1と同じ値に設定した場合、上限のリミット処理を行うと、ユリア噴射量GUREAを低減することなく、第1ストレージ量STUREA_FBが第1ストレージ容量STUREA_MAX1に制限されてしまい、アンモニアスリップを抑制する制御を行いにくくなるからである。
図17に示すように、第1ストレージ量STUREA_FBは、目標第1ストレージ量STUREA_TRGTに対して振動的な挙動を示し、周期的にアンモニアスリップが発生する。
これは、上述のストレージモデルとしての制御対象61が、積分器611を備えた構造となっているためである。つまり、この場合、コントローラ62の比例項GUREA_ST_Pは積分項となり、また、積分項GUREA_ST_Iは積分値に対する積分項となってしまい、特に積分項GUREA_ST_Iが振動的な挙動を示すためである。
そこで以下では、このような課題を解決するストレージ補正入力算出部の第2の形態及び第3の形態について説明する。
このコントローラ62Aは、後に詳述するように、制御対象61の積分器611をコントローラの一部として捉えた拡大系PI制御を用いたコントローラである。
また、第1ストレージ量偏差EST(k)に乗算器624により積分ゲインKISTを乗算したものを、下記式(18)に示すように、積分項GUREA_ST_I(k)として定義する。
このコントローラ62Bは、上述のコントローラ62Aと同様にして制御対象61の積分器611をコントローラの一部として捉えるとともに、積分項のみに第1ストレージ量偏差EST(k)を与える拡大系I−P制御を用いたコントローラである。
なお、この図20において、実線は、本実施形態の制御結果を示し、破線は、第1ストレージ量を推定せずにユリア噴射制御を行った場合の制御結果を示す。
また、このような過大なアンモニアスリップの発生を防止することで、このアンモニアスリップを抑制することを目的としたユリア噴射量の低減量を少なくできる。これにより、NOx還元率の低下を防止できる。
ニアスリップの発生も抑制される。
これは、上記式(22)に示すように、比例項GUREA_ST_Pを、第1ストレージ量偏差ESTではなく、第1ストレージ量STUREA_FBに基づいて算出したためである。この場合、比例項GUREA_ST_Pは、第1ストレージ量偏差ESTが「0」となるように作用するのではなく、STUREA_FBが「0」となるように作用し、これにより、STUREA_FBのオーバシュートが抑制される。
次に、図22〜図27を参照して、目標アンモニア濃度設定部の詳細な構成について説明する。
上述のように、第1選択還元触媒及び第2選択還元触媒の第1ストレージ容量及び第2ストレージ容量は、各々の温度に応じて変化する。このような選択還元触媒に対してユリア噴射制御を実行するにあたり、本願発明者が着眼した課題について説明する。
図22は、一定の目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTの下でユリア噴射制御を実行した場合における第1、第2選択還元触媒の温度と、第1、第2ストレージ量と、検出アンモニア濃度NH3CONS(第1選択還元触媒直下のアンモニア濃度)と、第2選択還元触媒直下のアンモニア濃度との関係を示す図である。
図23は、第1上流NOx濃度NOXINの検索マップの一例を示す図である。
図23に示すように、第1上流NOx濃度NOXINは、エンジンの回転数NE、又は、エンジンの負荷パラメータTRQの増加に従い上昇する。
図24に示すように、基準NOx還元率RNOX_BSは、エンジンの回転数NE及び負荷パラメータTRQに基づいて決定される。第1選択還元触媒に流入する排気のNOx濃度は、エンジンの回転数NE、又は、負荷パラメータTRQが増加するに従い高くなる。このため、第1選択還元触媒におけるNOx還元率は、回転数NE及び負荷パラメータTRQが増加するに従い低くなる。
図25に示すように、検出アンモニア濃度NH3CONSが大きくなるに従い、還元率補正係数KRNOXは、大きくなるとともに漸近的に「1」に近づく。この還元率補正係数KRNOXは、第1選択還元触媒からスリップしたアンモニアの量に応じて、NOx還元率を補正する係数である。
また、図25中のNH3CONS_OPTについては、後に図26を参照して詳述する。
この検索マップによれば、第2ストレージ量NH32BED_STが大きくなるに従い、目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTは、一定であるか或いは小さくなるように設定される。
具体的には、第2ストレージ量NH32BED_STが「0」より大きく所定のNH32BED_ST_OPT以下である場合には、目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTは、NH3CONS_OPTに設定される。
第2ストレージ量NH32BED_STが所定のNH32BED_ST_OPTより大きく第2ストレージ容量NH32BED_ST_MAX以下である場合には、目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTは、第2ストレージ量NH32BED_STが大きくなるに従い、NH3CONS_OPTからNH3CONS_LOWへ向けて漸近的に減少するように設定される。
NH3CONS_LOWは、最適目標濃度NH3CONS_OPTよりも小さく、「0」より大きな値に設定される。
NH32BED_ST_OPTは、第2選択還元触媒におけるアンモニアスリップを防止できるような値に設定される。より具体的には、第1選択還元触媒に貯蔵されたアンモニアが放出された場合、このアンモニアを第2選択還元触媒で貯蔵できるように、NH32BED_ST_MAXとNH32BED_ST_OPTとの差が、第1選択還元触媒から放出され得るアンモニア量よりも大きくなるように設定される。
また、この図27に示す例では、第1、第2選択還元触媒の温度の変化に伴い、第1ストレージ容量が、ST1BED_LMTH及びST1BED_LMTLの範囲内で変化し、第2ストレージ容量が、ST2BED_LMTH及びST2BED_LMTLの範囲内で変化した場合を示す。
これにより、図27に示すように、再び第1選択還元触媒から大量のアンモニアが放出された場合であっても、このアンモニアを第2選択還元触媒で貯蔵することで、第2選択還元触媒の下流へアンモニアが排出するのを防止することができる。
図29は、ECUにより実行されるユリア噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。
このユリア噴射制御処理は、上述の手法により、ユリア噴射量GUREAを算出するものであり、所定の制御周期毎に実行される。
ステップS4では、ユリア残量警告灯を点灯し、ステップS9に移り、ユリア噴射量GUREAを「0」に設定した後に、この処理を終了する。
ステップS11では、上述のフィードフォワードコントローラにより、FF噴射量GUREA_FFを算出し、ステップS12に移る。
ステップS13では、上述のスライディングモードコントローラにより、式(2)〜(7)に基づいてFB噴射量GUREA_FBを算出し、ステップS14に移る。
ステップS14では、上述の加算器により、式(1)に基づいてユリア噴射量GUREAを算出し、この処理を終了する。
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下でアンモニアを生成し、このアンモニアで前記排気通路を流通するNOxを還元する選択還元触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記選択還元触媒は、第1選択還元触媒と、前記排気通路のうち前記第1選択還元触媒よりも下流側に設けられた第2選択還元触媒とを含んで構成され、
前記排気通路のうち前記選択還元触媒の上流側に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気通路のうち前記第1選択還元触媒と前記第2選択還元触媒との間のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度検出手段と、
当該アンモニア濃度検出手段により検出されるアンモニア濃度の値が、「0」より大きな値になるように制御するための制御入力を算出するフィードバック入力算出手段と、
前記第1選択還元触媒に貯蔵されたアンモニア量である第1ストレージ量を推定するとともに、この推定した第1ストレージ量が所定の目標ストレージ量に収束するように制御するための制御入力を算出するストレージ入力算出手段と、
前記還元剤供給手段による還元剤の供給量を、前記フィードバック入力算出手段及び前記ストレージ入力算出手段により算出された制御入力を含めて決定する還元剤供給量決定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記第1選択還元触媒において貯蔵できるアンモニア量を第1ストレージ容量とし、
前記第2選択還元触媒において貯蔵できるアンモニア量を第2ストレージ容量とし、
前記第2ストレージ容量は、前記第1ストレージ容量の最大時と最小時との差よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記アンモニア濃度検出手段により検出されるアンモニア濃度の目標濃度の値を、「0」より大きな値に設定する目標アンモニア濃度設定手段をさらに備え、
前記フィードバック入力算出手段は、
前記アンモニア濃度検出手段により検出されるアンモニア濃度が、前記目標濃度を含む所定の範囲内に収まるように前記制御入力を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記フィードバック入力算出手段は、
前記アンモニア濃度検出手段により検出されるアンモニア濃度の前記目標濃度への収束速度を設定できる応答指定型制御を実行可能に構成され、
前記アンモニア濃度検出手段により検出されたアンモニア濃度が前記所定の範囲内に含まれる場合における収束速度を、前記アンモニア濃度検出手段により検出されたアンモニア濃度が前記所定の範囲外に含まれる場合における収束速度よりも遅く設定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記第2選択還元触媒に貯蔵されたアンモニア量を第2ストレージ量とし、
前記目標アンモニア濃度設定手段は、
前記第2ストレージ量を推定するとともに、当該推定した第2ストレージ量に基づいて、前記目標濃度を設定することを特徴とする請求項3又は4に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の負荷を表す負荷パラメータに基づいて制御入力を算出するフィードフォワード入力算出手段をさらに備え、
前記還元剤供給量決定手段は、前記還元剤供給手段による還元剤の供給量を、前記フィードフォワード入力算出手段により算出された制御入力をさらに含めて決定することを特徴とする請求項3から5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記目標ストレージ量は、前記第1選択還元触媒において貯蔵できるアンモニア量である第1ストレージ容量又はその近傍に設定されることを特徴とする請求項1から6の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記ストレージ入力算出手段は、
前記推定した第1ストレージ量と前記目標ストレージ量との偏差に加えて、
当該偏差の微分、又は、前記第1ストレージ量の微分に基づいて制御入力を算出することを特徴とする請求項1又は7に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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