JP2010053703A - Exhaust emission control device - Google Patents
Exhaust emission control device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010053703A JP2010053703A JP2008216656A JP2008216656A JP2010053703A JP 2010053703 A JP2010053703 A JP 2010053703A JP 2008216656 A JP2008216656 A JP 2008216656A JP 2008216656 A JP2008216656 A JP 2008216656A JP 2010053703 A JP2010053703 A JP 2010053703A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ammonia
- adsorption amount
- amount
- urea water
- exhaust
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 776
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 388
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 381
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 363
- WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N urea;hydrate Chemical compound O.NC(N)=O WTHDKMILWLGDKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 212
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 150
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 83
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 33
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 22
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 14
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 14
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 12
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 25
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 abstract 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 509
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 74
- 238000000034 method Methods 0.000 description 31
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 22
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 22
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 13
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000006506 Brasenia schreberi Nutrition 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- -1 that is Chemical compound 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に排気中に供給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を選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒を備えた排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device for purifying engine exhaust, and more particularly, to an ammonia selective reduction type NOx catalyst that selectively reduces NOx in exhaust using ammonia generated from urea water supplied in the exhaust as a reducing agent. The present invention relates to an exhaust emission control device.
エンジンの排気中には、汚染物質の1つとしてNOx(窒素酸化物)が含まれており、このNOxを排気中から除去して排気を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型NOx触媒(以下SCR触媒という)を配設し、還元剤としてアンモニアをSCR触媒に供給することにより、NOxを還元して排気を浄化するようにした排気浄化装置が知られている。 The exhaust of the engine contains NOx (nitrogen oxide) as one of the pollutants. As an exhaust purification device for purifying the exhaust by removing this NOx from the exhaust, it is provided in the exhaust passage of the engine. 2. Description of the Related Art An exhaust gas purification apparatus is known in which an ammonia selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as an SCR catalyst) is disposed, and ammonia is supplied to the SCR catalyst as a reducing agent to reduce NOx and purify exhaust gas. .
このような排気浄化装置では、アンモニアをSCR触媒に供給するために、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水を排気中に供給するのが一般的であり、尿素水インジェクタなどを用いて排気中に尿素水を噴射する。尿素水インジェクタから排気中に供給された霧状の尿素水は排気の熱により加水分解し、その結果生成されるアンモニアがSCR触媒に供給される。そして、SCR触媒に供給されたアンモニアを還元剤とし、SCR触媒によって排気中のNOxが選択還元されることにより排気の浄化が行われる。 In such an exhaust purification device, in order to supply ammonia to the SCR catalyst, urea water, which is easier to handle than ammonia, is generally supplied into the exhaust gas, and the exhaust gas is exhausted using a urea water injector or the like. The urea water is injected into the tank. The atomized urea water supplied into the exhaust gas from the urea water injector is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas, and the resulting ammonia is supplied to the SCR catalyst. Then, the ammonia supplied to the SCR catalyst is used as a reducing agent, and NOx in the exhaust gas is selectively reduced by the SCR catalyst, thereby purifying the exhaust gas.
SCR触媒が活性化する温度領域において排気温度が比較的低い場合、SCR触媒に供給されたアンモニアの多くはSCR触媒に一旦吸着され、主として吸着されているアンモニアを用いてNOxの選択還元が行われる。SCR触媒におけるアンモニアの吸着量には限界がある一方、アンモニアの吸着量によってSCR触媒の浄化率が変化し、アンモニアの吸着量が多いほどSCR触媒の浄化率が向上する傾向にあるため、アンモニアの供給量を適切に調整しないと、アンモニアの過剰供給に起因するSCR触媒からのアンモニアの流出、即ちアンモニアスリップが生じたり、SCR触媒の排気浄化率を良好に維持できなくなったりするという問題が生じる。そこで、このような問題を解消するためにはSCR触媒におけるアンモニアの吸着量を適正に制御する必要があり、例えば特許文献1によってそのような制御を行うようにした排気浄化装置が提案されている。
When the exhaust gas temperature is relatively low in the temperature range where the SCR catalyst is activated, most of the ammonia supplied to the SCR catalyst is once adsorbed by the SCR catalyst, and NOx is selectively reduced mainly using the adsorbed ammonia. . While there is a limit to the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst, the purification rate of the SCR catalyst changes depending on the amount of ammonia adsorbed, and as the ammonia adsorption amount increases, the purification rate of the SCR catalyst tends to improve. If the supply amount is not adjusted appropriately, there arises a problem that ammonia flows out from the SCR catalyst due to excessive supply of ammonia, that is, ammonia slip occurs, or the exhaust purification rate of the SCR catalyst cannot be maintained satisfactorily. Therefore, in order to solve such a problem, it is necessary to appropriately control the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst. For example,
この特許文献1の排気浄化装置では、SCR触媒におけるアンモニア吸着量の推定を精度良く行うようにして、SCR触媒におけるアンモニア吸着量を適正に制御することにより、アンモニアスリップの発生を防止しながらSCR触媒の排気浄化率を良好に維持するようにしている。
ところが、排気温度が比較的低い場合に排気中に尿素水が供給されると、尿素水が排気中で気化しにくいのに加え、排気中で霧化した尿素水が排気通路の内壁面などに触れて更に温度が低下するため、排気中で霧化した尿素水が再び液状となって排気通路の内壁面上に付着し、更に水分の蒸発により尿素水から生成された尿素などの固形物(以下総称して尿素固形物という)が堆積するという問題がある。 However, if urea water is supplied into the exhaust when the exhaust temperature is relatively low, the urea water is not easily vaporized in the exhaust, and the urea water atomized in the exhaust is applied to the inner wall surface of the exhaust passage. Since the temperature drops further when touched, the urea water atomized in the exhaust gas becomes liquid again and adheres to the inner wall surface of the exhaust passage, and solid matter such as urea generated from the urea water by evaporation of water ( (Hereinafter collectively referred to as urea solids).
このため、排気温度の比較的低い場合に、単にSCR触媒へのアンモニア吸着量を適正にするべく、SCR触媒においてNOxの選択還元に必要な尿素水供給量に、SCR触媒にアンモニアを吸着させるための尿素水供給量を加えて尿素水の供給を行うと、尿素水供給量が増加するのに伴い、上述したような尿素固形物の堆積が生じやすくなるという問題がある。排気通路などに尿素固形物が堆積すると、排気流動抵抗の増大に伴いエンジンの運転効率が低下するほか、SCR触媒へのアンモニアの供給量が低下してSCR触媒の排気浄化率が低下するという問題が生じる。 Therefore, when the exhaust gas temperature is relatively low, in order to make the SCR catalyst adsorb ammonia to the urea water supply amount necessary for the selective reduction of NOx in the SCR catalyst in order to make the ammonia adsorption amount to the SCR catalyst appropriate. When the urea water supply amount is added and the urea water supply amount is increased, the urea water supply amount increases, so that there is a problem that the urea solids as described above are likely to be deposited. When urea solid matter accumulates in the exhaust passage or the like, the engine operating efficiency is reduced with an increase in exhaust flow resistance, and the amount of ammonia supplied to the SCR catalyst is reduced, resulting in a reduction in the exhaust purification rate of the SCR catalyst. Occurs.
また、このような問題を解消するため、一律に尿素水供給量を減少させてしまうだけでは、SCR触媒に十分な量のアンモニアを吸着させることができず、NOxの選択還元におけるSCR触媒の排気浄化効率が低下するという問題が生じる。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、尿素水から生成される尿素固形物の堆積を抑制しながら、SCR触媒に適正な量のアンモニアを吸着させて良好な排気浄化効率を実現可能な排気浄化装置を提供することにある。
Further, in order to solve such problems, it is not possible to adsorb a sufficient amount of ammonia to the SCR catalyst by simply reducing the urea water supply amount, and the exhaust of the SCR catalyst in the selective reduction of NOx. There arises a problem that the purification efficiency is lowered.
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to adsorb an appropriate amount of ammonia to the SCR catalyst while suppressing deposition of urea solids generated from urea water. Another object of the present invention is to provide an exhaust emission control device capable of realizing good exhaust emission purification efficiency.
上記の目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、アンモニアを還元剤としてエンジンの排気中のNOxを選択還元するアンモニア選択還元型NOx触媒と、上記アンモニア選択還元型NOx触媒の上流側で上記排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、上記アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量が所定の目標吸着量となるように上記アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを吸着させながら、上記NOxの選択還元に必要なアンモニアが上記アンモニア選択還元型NOx触媒に供給されるように上記尿素水供給手段を制御するための吸着制御を実行する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記実吸着量が上記目標吸着量に向けて増大するのに従い、上記実吸着量を上記目標吸着量に向けて増大させるための上記排気中への尿素水の供給量が減少するように上記尿素水供給手段を制御することを特徴とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, an exhaust emission control device of the present invention includes an ammonia selective reduction type NOx catalyst that selectively reduces NOx in engine exhaust using ammonia as a reducing agent, and an upstream side of the ammonia selective reduction type NOx catalyst. Urea water supply means for supplying urea water into the exhaust, and the ammonia selective reduction type NOx so that the actual adsorption amount, which is the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst, becomes a predetermined target adsorption amount. Control means for performing adsorption control for controlling the urea water supply means so that ammonia necessary for the selective reduction of NOx is supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst while adsorbing ammonia to the catalyst; And the control means is configured to increase the actual adsorption amount toward the target adsorption amount when executing the adsorption control. The urea water supply means is controlled so that the supply amount of urea water into the exhaust gas for increasing the actual adsorption amount toward the target adsorption amount is decreased (Claim 1). .
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段が吸着制御を行って尿素水供給手段を制御することにより、アンモニア選択還元型NOx触媒の上流側で尿素水供給手段から排気中に尿素水が供給される。こうして供給された排気中の尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、排気と共にアンモニア選択還元型NOx触媒に流入する。アンモニア選択還元型NOx触媒では、流入した排気中のアンモニアの一部がアンモニア選択還元型NOx触媒に一旦吸着すると共に、残りのアンモニア及びアンモニア選択還元型NOx触媒に吸着しているアンモニアを還元剤として排気中のNOxが選択還元され排気が浄化される。このとき、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が所定の目標吸着量に向けて増大していく。 According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the control unit performs adsorption control to control the urea water supply unit, so that urea is introduced into the exhaust gas from the urea water supply unit upstream of the ammonia selective reduction type NOx catalyst. Water is supplied. The urea water in the exhaust gas supplied in this way is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas to generate ammonia. The produced ammonia flows into the ammonia selective reduction type NOx catalyst together with the exhaust gas. In the ammonia selective reduction type NOx catalyst, a part of the ammonia in the exhaust gas that has flowed in is temporarily adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst, and the remaining ammonia and ammonia adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst are used as a reducing agent. NOx in the exhaust is selectively reduced, and the exhaust is purified. At this time, the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst increases toward a predetermined target adsorption amount.
このような吸着制御において制御手段は、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が目標吸着量に向けて増大するのに伴い、実吸着量を目標吸着量に向けて増大させるための排気中への尿素水の供給量が減少するように尿素水供給手段を制御する。これにより、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるNOxの選択還元に必要とされるアンモニアの量が同じときには、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的少ない場合の方が、比較的多い場合よりも多量の尿素水が排気中に供給されることになる。 In such adsorption control, the control means is an exhaust for increasing the actual adsorption amount toward the target adsorption amount as the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst increases toward the target adsorption amount. The urea water supply means is controlled so that the amount of urea water supplied therein decreases. Thereby, when the amount of ammonia required for the selective reduction of NOx in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is the same, the case where the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is relatively small is relatively large. A larger amount of urea water is supplied into the exhaust than in the case.
この結果、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的少ない場合は、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量の増大を優先して尿素水の供給が行われ、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率の低下が抑制される。一方、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的多い場合は、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率が低下する可能性が低いので、尿素水から生成される尿素などの固形物の堆積防止を優先して尿素水の供給量を減少させ、尿素などの固形物の堆積が抑制される。 As a result, when the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is relatively small, the urea water is supplied in preference to the increase in the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst. A reduction in exhaust purification efficiency of the reduced NOx catalyst is suppressed. On the other hand, when the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is relatively large, there is a low possibility that the exhaust gas purification efficiency of the ammonia selective reduction type NOx catalyst is lowered. Priority is given to preventing the accumulation of substances, and the supply amount of urea water is reduced, so that the deposition of solid substances such as urea is suppressed.
また具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量に基づいて上記目標吸着量を設定し、上記目標吸着量と上記実吸着量との関係に基づき、上記実吸着量の増大に応じて段階的に上記尿素水供給手段からの尿素水の供給量を減少させることを特徴とする(請求項2)。 More specifically, in the exhaust purification apparatus, the control means sets the target adsorption amount based on an upper limit adsorption amount of ammonia that can be adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst when the adsorption control is executed. Then, based on the relationship between the target adsorption amount and the actual adsorption amount, the urea water supply amount from the urea water supply means is decreased stepwise in accordance with the increase in the actual adsorption amount ( Claim 2).
アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が上限吸着量に達すると、更にアンモニア選択還元型NOx触媒に供給されたアンモニアは、そのままアンモニア選択還元型NOx触媒から流出し、いわゆるアンモニアスリップが発生する。そこで、このようなアンモニアスリップの発生を防止しながら、できるだけ多くのアンモニアをアンモニア選択還元型NOx触媒に吸着させるために、上限吸着量に基づいて目標吸着量が設定される。上限吸着量はエンジンの運転状態などによって変化するため、目標吸着量も上限吸着量の変化に伴って変化する。制御手段は吸着制御において、アンモニアの実吸着量が増大して目標吸着量に近づくに従い、段階的に尿素水供給手段からの尿素水の供給量を減少させることにより、上述のようなアンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率を優先した尿素水供給量から、尿素などの固形物の堆積防止を優先した尿素水供給量に変更していく。このような吸着制御により、エンジンの運転状態の変化などにより上限吸着量が変化しても、上限吸着量の変化に伴い変化する目標吸着量を用い、尿素などの固形物の堆積の可能性を低下させながら、できるだけ迅速にアンモニアの実吸着量を目標吸着量まで増大させ、できるだけ多くのアンモニアをアンモニア選択還元型NOx触媒に吸着させることができる。 When the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst reaches the upper limit adsorption amount, the ammonia further supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst flows out of the ammonia selective reduction type NOx catalyst as it is, and so-called ammonia slip occurs. To do. Therefore, the target adsorption amount is set based on the upper limit adsorption amount in order to adsorb as much ammonia as possible to the ammonia selective reduction type NOx catalyst while preventing such ammonia slip. Since the upper limit adsorption amount changes depending on the operating state of the engine or the like, the target adsorption amount also changes as the upper limit adsorption amount changes. In the adsorption control, the control means reduces the supply amount of urea water from the urea water supply means step by step as the actual adsorption amount of ammonia increases and approaches the target adsorption amount. The urea water supply amount giving priority to the exhaust gas purification efficiency of the NOx catalyst is changed to the urea water supply amount giving priority to the prevention of solid substances such as urea. By such adsorption control, even if the upper limit adsorption amount changes due to a change in the operating state of the engine, etc., the target adsorption amount that changes with the change in the upper limit adsorption amount can be used to reduce the possibility of solid substances such as urea being deposited. While decreasing, the actual adsorption amount of ammonia can be increased to the target adsorption amount as quickly as possible, and as much ammonia as possible can be adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
また上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御を実行中に上記アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が上記目標吸着量を上回ると、上記排気中への尿素水の供給を停止するように上記尿素水供給手段を制御することを特徴とする(請求項3)。
アンモニアの実吸着量が目標吸着量に達した後も尿素水の供給が継続されると、尿素水から生成されるアンモニアの過剰供給によって、アンモニア選択還元型NOx触媒からアンモニアスリップが生じるおそれがある。しかし上記のように構成された排気浄化装置によれば、吸着制御においてアンモニアの実吸着量が目標吸着量を上回ると、制御手段が尿素水供給手段からの尿素水の供給を停止させるので、このようなアンモニアスリップの発生が防止される。
In the exhaust emission control device, the control means supplies urea water into the exhaust gas when the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst exceeds the target adsorption amount during execution of the adsorption control. The urea water supply means is controlled so as to stop the operation (Claim 3).
If the supply of urea water is continued even after the actual adsorption amount of ammonia reaches the target adsorption amount, ammonia slip may occur from the ammonia selective reduction type NOx catalyst due to excessive supply of ammonia generated from the urea water. . However, according to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, if the actual adsorption amount of ammonia exceeds the target adsorption amount in the adsorption control, the control unit stops the urea water supply from the urea water supply unit. Such ammonia slip is prevented from occurring.
また具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記アンモニア選択還元型NOx触媒において排気中のNOxを選択還元するのに必要な尿素水の第1目標供給量と、上記実吸着量を上記目標吸着量に向けて増大させるために必要な尿素水の第2目標供給量との和に基づいて上記尿素水供給手段を制御し、上記実吸着量が増大するのに従って、上記第2目標供給量を減少させることにより、上記排気中への尿素水の供給量を減少させることを特徴とする(請求項4)。 More specifically, in the exhaust purification apparatus, the control means performs a first reduction of urea water necessary for selectively reducing NOx in the exhaust in the ammonia selective reduction type NOx catalyst when the adsorption control is executed. The urea water supply means is controlled based on the sum of the target supply amount and the second target supply amount of urea water necessary for increasing the actual adsorption amount toward the target adsorption amount, and the actual adsorption amount The amount of urea water supplied into the exhaust gas is reduced by decreasing the second target supply amount as the value increases (claim 4).
このように構成された排気浄化装置によれば、吸着制御における尿素水供給手段からの尿素水の供給は、アンモニア選択還元型NOx触媒において排気中のNOxを選択還元するのに必要な尿素水の第1目標供給量と、アンモニアの実吸着量を目標吸着量に向けて増大させるために必要な尿素水の第2目標供給量との和に基づいて行われる。そして、アンモニアの実吸着量が増大するのに従って第2目標供給量を減少させることにより、尿素水の供給量を減少させるので、尿素水供給量を減少させて尿素などの固形物の堆積を抑制する際にも、アンモニア選択還元型NOx触媒において排気中のNOxを選択還元するのに必要なアンモニアの供給量を確実に確保することが可能となる。 According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the urea water supply from the urea water supply means in the adsorption control is the urea water necessary for selectively reducing NOx in the exhaust gas in the ammonia selective reduction type NOx catalyst. This is performed based on the sum of the first target supply amount and the second target supply amount of urea water necessary for increasing the actual adsorption amount of ammonia toward the target adsorption amount. As the actual adsorption amount of ammonia increases, the second target supply amount is decreased to reduce the urea water supply amount, thereby reducing the urea water supply amount and suppressing the deposition of solid substances such as urea. In this case as well, it is possible to ensure the supply amount of ammonia necessary for selectively reducing NOx in the exhaust gas in the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
また、具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量の低下する運転状態として予め設定された所定運転状態に上記エンジンがあるか否かを判定し、上記エンジンが上記所定運転状態にある場合には、上記アンモニア選択還元型NOx触媒において選択還元されるNOxに対して当量比が1となる量のアンモニアが上記アンモニア選択還元型NOx触媒に供給されるように上記尿素水供給手段を制御するための当量比制御を行う一方、上記エンジンが上記所定運転状態にない場合には、上記吸着制御を行うことを特徴とする(請求項5)。 Specifically, in the exhaust emission control device, the control means causes the engine to enter a predetermined operating state preset as an operating state in which the upper limit adsorption amount of ammonia that can be adsorbed to the ammonia selective reduction type NOx catalyst decreases. When the engine is in the predetermined operating state, an ammonia having an equivalent ratio of 1 to NOx selectively reduced in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is selected by the ammonia selection. Equivalence ratio control for controlling the urea water supply means so as to be supplied to the reduced NOx catalyst is performed, while the adsorption control is performed when the engine is not in the predetermined operation state. (Claim 5).
上述したように、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量はエンジンの運転状態などによって変化し、上限吸着量が減少してアンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアがあまり吸着されなくなる場合がある。このような場合にアンモニアの吸着を前提とした吸着制御を行うと、実情にそぐわない制御となり、アンモニア選択還元型NOx触媒へのアンモニアの供給量が不適切なものとなってアンモニアスリップの発生やアンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率の低下を招くおそれがある。 As described above, the upper limit adsorption amount of ammonia that can be adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst varies depending on the operating state of the engine, etc., and the upper limit adsorption amount decreases, so that ammonia is not adsorbed so much on the ammonia selective reduction type NOx catalyst. There is a case. In such a case, if the adsorption control based on ammonia adsorption is performed, the control is not suitable for the actual situation, and the amount of ammonia supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst becomes inadequate, causing the occurrence of ammonia slip and ammonia. There is a possibility that the exhaust purification efficiency of the selective reduction type NOx catalyst is lowered.
そこで、上限吸着量が大幅に低下する運転状態として予め設定された所定運転状態でエンジンが運転されていると判定した場合、制御手段はアンモニア選択還元型NOx触媒において選択還元されるNOxに対して当量比が1となる量のアンモニアがアンモニア選択還元型NOx触媒に供給されるように、当量比制御を行って尿素水供給手段を制御する。
上限吸着量が大幅に低下した場合、アンモニア選択還元型NOx触媒に供給されるアンモニアのほとんどは、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着せずにそのままアンモニア選択還元型NOx触媒に流入するNOxの選択還元に使用される。このとき、上述の当量比制御によりアンモニア選択還元型NOx触媒において選択還元されるNOxに対して当量比が1となる量のアンモニアがアンモニア選択還元型NOx触媒に供給されるので、アンモニアスリップの発生を防止しながらアンモニア選択還元型NOx触媒に適正な量のアンモニアを供給して、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。
Therefore, when it is determined that the engine is operating in a predetermined operation state set in advance as an operation state in which the upper limit adsorption amount is significantly reduced, the control means performs the NOx selectively reduced in the ammonia selective reduction type NOx catalyst. The urea water supply means is controlled by performing equivalent ratio control so that an amount of ammonia with an equivalent ratio of 1 is supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
When the upper limit adsorption amount is significantly reduced, most of the ammonia supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst is not adsorbed to the ammonia selective reduction type NOx catalyst, but directly flows into the ammonia selective reduction type NOx catalyst. Used for. At this time, ammonia equivalent to the NOx selectively reduced in the ammonia selective reduction type NOx catalyst by the equivalent ratio control described above is supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst, so that ammonia slip occurs. Therefore, it is possible to supply an appropriate amount of ammonia to the ammonia selective reduction type NOx catalyst while preventing the exhaust gas purification efficiency of the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
一方、上限吸着量が大幅には低下しない運転状態でエンジンが運転されており、エンジンが所定運転状態にないと判定した場合、制御手段は吸着制御により尿素水供給手段を制御する。この場合には、アンモニア選択還元型NOx触媒に供給されるアンモニアの一部がアンモニア選択還元型NOx触媒に一旦吸着すると共に、残りのアンモニア及びアンモニア選択還元型NOx触媒に吸着しているアンモニアがNOxの選択還元に使用される。このとき、制御手段は吸着制御を行うので、尿素などの固形物が堆積する可能性をできるだけ低く抑えると共に、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を適正に調整しながら、アンモニア選択還元型NOx触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。 On the other hand, when the engine is operated in an operation state in which the upper limit adsorption amount does not decrease significantly and it is determined that the engine is not in a predetermined operation state, the control unit controls the urea water supply unit by adsorption control. In this case, a part of the ammonia supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst is once adsorbed to the ammonia selective reduction type NOx catalyst, and the remaining ammonia and the ammonia adsorbed to the ammonia selective reduction type NOx catalyst are NOx. Used for selective reduction of At this time, since the control means performs adsorption control, the possibility of depositing solid substances such as urea is suppressed as low as possible, and the ammonia selective reduction type while appropriately adjusting the ammonia adsorption amount in the ammonia selective reduction type NOx catalyst. It is possible to ensure good exhaust purification efficiency of the NOx catalyst.
より具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする(請求項6)。
上限吸着量は、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度に応じて変動し、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が上昇するに従い減少する傾向にある。従って、制御手段は、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
More specifically, in the exhaust purification apparatus, when the control means determines that the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined reference catalyst temperature, the engine is in the predetermined operation state. It is characterized by determining (Claim 6).
The upper limit adsorption amount varies according to the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst, and tends to decrease as the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst increases. Accordingly, when the control means determines that the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst is equal to or higher than the predetermined reference catalyst temperature, the control means determines that the engine is in the predetermined operation state, thereby actually reducing the upper limit adsorption amount. It is possible to accurately determine the operation state to be performed. As a result, it is possible to appropriately switch between the equivalence ratio control and the adsorption control.
或いは、より具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると共に、上記エンジンの排気流量が所定の基準排気流量以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする(請求項7)。
上限吸着量はエンジンの排気流量によっても影響を受け、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度に変化がない状態では排気流量の増大に従い減少する傾向にある。従って、制御手段は、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が基準触媒温度以上であると共に、排気流量が所定の基準排気流量以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
Alternatively, more specifically, in the exhaust purification apparatus, the control means is configured such that the temperature of the ammonia selective reduction NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined reference catalyst temperature, and the exhaust flow rate of the engine is equal to or higher than a predetermined reference exhaust flow rate. When it is determined that the engine is in the predetermined operating state, it is determined that the engine is in the predetermined operating state (claim 7).
The upper limit adsorption amount is also affected by the exhaust gas flow rate of the engine, and tends to decrease as the exhaust gas flow rate increases in the state where the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst does not change. Therefore, when the control means determines that the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst is equal to or higher than the reference catalyst temperature and the exhaust flow rate is equal to or higher than the predetermined reference exhaust flow rate, it determines that the engine is in the predetermined operating state. By doing so, it is possible to accurately determine the operation state in which the upper limit adsorption amount actually decreases. As a result, it is possible to appropriately switch between the equivalence ratio control and the adsorption control.
もしくは、より具体的には上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記エンジンの回転数が所定の基準回転数以上であると共に、上記エンジンの負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする(請求項8)。
エンジンの回転数が所定の基準回転数以上になると共に、エンジンの負荷が所定の基準負荷以上となることによって、エンジンの排気温度は高温になると共に排気流量が増大する。エンジンの排気温度が高温となることによってアンモニア選択還元型NOx触媒の温度も高温となり、上限吸着量がアンモニア選択還元型NOx触媒の温度の上昇や排気流量の増大に従って減少する。そこで制御手段は、エンジンの回転数が所定の基準回転数以上であると共に、エンジンの負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
Or more specifically, in the exhaust emission control device, the control means determines that the engine speed is equal to or higher than a predetermined reference speed and the engine load is equal to or higher than a predetermined reference load. In addition, it is determined that the engine is in the predetermined operating state (claim 8).
When the engine speed becomes equal to or higher than the predetermined reference speed and the engine load becomes equal to or higher than the predetermined reference load, the exhaust temperature of the engine becomes high and the exhaust flow rate increases. As the exhaust temperature of the engine becomes high, the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst also becomes high, and the upper limit adsorption amount decreases as the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst increases or the exhaust flow rate increases. Therefore, the control means determines that the engine is in the predetermined operating state when it is determined that the engine speed is equal to or higher than the predetermined reference speed and the engine load is equal to or higher than the predetermined reference load. Thus, it is possible to accurately determine the operation state in which the upper limit adsorption amount actually decreases. As a result, it is possible to appropriately switch between the equivalence ratio control and the adsorption control.
或いは、より具体的には上記排気浄化装置において、上記エンジンは、排気中に含まれるパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタを備え、上記制御手段は、上記パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする(請求項9)。
パティキュレートフィルタの強制再生を実行する際には、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを除去するために、パティキュレートが燃焼する程度の高温まで排気を昇温する。従って、パティキュレートフィルタの強制再生の際にも、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が上昇することにより上限吸着量が大幅に減少する。従って、制御手段は、パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
Alternatively, more specifically, in the exhaust gas purification apparatus, the engine includes a particulate filter that collects particulates contained in the exhaust gas, and the control means performs forced regeneration of the particulate filter. It is determined that the engine is in the predetermined operation state when the vehicle is on.
When the forced regeneration of the particulate filter is executed, the exhaust gas is heated to a temperature high enough to burn the particulates in order to remove the particulates accumulated on the particulate filter. Therefore, even when the particulate filter is forcibly regenerated, the upper limit adsorption amount is significantly reduced by increasing the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst. Therefore, the control means can accurately determine the operation state in which the upper limit adsorption amount actually decreases by determining that the engine is in the predetermined operation state when forced regeneration of the particulate filter is being performed. Can do. As a result, it is possible to appropriately switch between the equivalence ratio control and the adsorption control.
また、上記排気浄化装置において、上記制御手段は、上記吸着制御から上記当量比制御に切り換える際には、上記アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が所定の下限吸着量を下回ったと判断するまで、上記尿素水供給手段による尿素水の供給を中止することを特徴とする(請求項10)。
アンモニア選択還元型NOx触媒にある程度の量のアンモニアが吸着している状態で定量比制御を開始してしまうと、吸着されているアンモニアがアンモニア選択還元型NOx触媒から放出されたときに余剰となってアンモニアスリップが発生する可能性がある。そこで制御手段は、吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水供給手段による尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニア吸着量が所定の下限吸着量を下回ったと判断してから当量比制御を行う。
In the exhaust emission control device, the control means determines that the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst has fallen below a predetermined lower limit adsorption amount when switching from the adsorption control to the equivalent ratio control. Until then, the urea water supply by the urea water supply means is stopped (claim 10).
If quantitative ratio control is started in a state where a certain amount of ammonia is adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst, an excess will be caused when the adsorbed ammonia is released from the ammonia selective reduction type NOx catalyst. May cause ammonia slip. Therefore, when the control means switches from adsorption control to equivalent ratio control, the supply of urea water by the urea water supply means is temporarily stopped, and it is determined that the ammonia adsorption amount in the ammonia selective reduction type NOx catalyst has fallen below a predetermined lower limit adsorption amount. Then, the equivalence ratio control is performed.
従って、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着されていたアンモニアの放出による大量のアンモニアスリップが発生する可能性が低くなってから、当量比制御による尿素水の供給が開始される。また、尿素水の供給が中止されている間は、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着していたアンモニアがNOxの選択還元に使用されるので、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率は良好に維持される。 Therefore, the supply of urea water by the equivalence ratio control is started after the possibility that a large amount of ammonia slip is generated due to the release of ammonia adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst is reduced. Further, while the supply of urea water is stopped, ammonia adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst is used for selective reduction of NOx, so that the exhaust gas purification efficiency of the ammonia selective reduction type NOx catalyst is good. Maintained.
具体的には上記排気浄化装置において、上記下限吸着量は、上記当量比制御を実行しても、上記アンモニア選択還元型NOx触媒からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量として設定されることを特徴とする(請求項11)。
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段は、吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水供給手段による尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が、当量比制御を実行してもアンモニア選択還元型NOx触媒からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量を下回ったと判断してから当量比制御を開始する。
Specifically, in the exhaust purification apparatus, the lower limit adsorption amount is set as an ammonia adsorption amount that does not cause ammonia slip from the ammonia selective reduction type NOx catalyst even when the equivalence ratio control is executed. (Claim 11).
According to the exhaust purification apparatus configured as described above, when the control unit switches from the adsorption control to the equivalence ratio control, the supply of the urea water by the urea water supply unit is temporarily stopped, and the ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is temporarily stopped. The equivalence ratio control is started after it is determined that the actual adsorption amount falls below the ammonia adsorption amount at which ammonia slip from the ammonia selective reduction type NOx catalyst does not occur even when the equivalence ratio control is executed.
より具体的には、上記下限吸着量は、上記アンモニア選択還元型NOx触媒においてアンモニアが実質的に吸着してないと見なすことが可能な吸着量であることを特徴とする(請求項12)。
このように構成された排気浄化装置によれば、制御手段は、吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水供給手段による尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアが実質的に吸着していない状態となってから当量比制御を開始する。
More specifically, the lower limit adsorption amount is an adsorption amount that can be considered that ammonia is not substantially adsorbed in the ammonia selective reduction type NOx catalyst (claim 12).
According to the exhaust purification apparatus configured as described above, when the control unit switches from the adsorption control to the equivalence ratio control, the urea water supply unit temporarily stops supplying the urea water, and the ammonia selective reduction type NOx catalyst is supplied with ammonia. The equivalence ratio control is started after the state of substantially no adsorption.
本発明の排気浄化装置によれば、制御手段が吸着制御を実行する際に、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的少ない場合は、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量の増大を優先して比較的多めに尿素水が排気中に供給されるので、アンモニアの実吸着量が迅速に増大し、アンモニア選択還元型NOx触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。一方、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が比較的多い場合は、尿素水から生成された尿素などの固形物の堆積防止を優先して比較的少なめの尿素水が排気中に供給されるので、尿素水から生成される尿素などの固形物の堆積を抑制することができる。即ち、制御手段がこのような吸着制御を実行することにより、尿素水から生成される尿素などの固形物の堆積を抑制しながら、実吸着量を目標吸着量に向けてできるだけ迅速に増大させ、アンモニア選択還元型NOx触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。 According to the exhaust emission control device of the present invention, when the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is relatively small when the control means executes the adsorption control, the actual amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is determined. Since a relatively large amount of urea water is supplied into the exhaust gas in preference to the increase in the adsorption amount, the actual adsorption amount of ammonia can be increased rapidly, and good exhaust purification efficiency of the ammonia selective reduction type NOx catalyst can be ensured. Is possible. On the other hand, when the ammonia adsorption amount in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is relatively large, a relatively small amount of urea water is supplied into the exhaust gas in order to prevent the solid matter such as urea generated from the urea water from being deposited. Therefore, deposition of solid substances such as urea generated from urea water can be suppressed. That is, when the control means executes such adsorption control, the actual adsorption amount is increased as quickly as possible toward the target adsorption amount while suppressing the accumulation of solid substances such as urea generated from urea water, It is possible to ensure good exhaust purification efficiency of the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
また、請求項2の排気浄化装置によれば、アンモニアの実吸着量が増大して目標吸着量に近づくに従い、段階的に尿素水の供給量が減少するので、エンジンの運転状態の変化などにより上限吸着量が変化しても、上限吸着量の変化に伴い変化する目標吸着量を用い、尿素などの固形物の堆積を抑制しながら、できるだけ迅速にアンモニアの実吸着量を目標吸着量まで増大させ、アンモニア選択還元型NOx触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。 Further, according to the exhaust purification device of the second aspect, as the actual adsorption amount of ammonia increases and approaches the target adsorption amount, the supply amount of urea water decreases step by step. Even if the upper limit adsorption amount changes, the target adsorption amount that changes as the upper limit adsorption amount changes is used, and the actual adsorption amount of ammonia is increased to the target adsorption amount as quickly as possible while suppressing the accumulation of solid substances such as urea. Thus, it is possible to ensure good exhaust purification efficiency of the ammonia selective reduction type NOx catalyst.
また、請求項3の排気浄化装置によれば、吸着制御においてアンモニアの実吸着量が目標吸着量を上回ると尿素水の供給が停止するので、アンモニアの実吸着量が目標吸着量に達した後も尿素水の供給が継続されることに起因したアンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。
また、請求項4の排気浄化装置によれば、吸着制御でアンモニアの実吸着量の増大に応じて尿素水の供給量を減少させる際には、実吸着量を目標吸着量に向けて増大させるために必要な尿素水の第2目標供給量を減少させるので、アンモニア選択還元型NOx触媒において排気中のNOxを選択還元するのに必要な量のアンモニアを確実に確保することができる。この結果、尿素などの固形物の堆積を抑制しながら、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。
According to the exhaust emission control device of
According to the exhaust emission control device of
また、請求項5の排気浄化装置によれば、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着可能なアンモニアの上限吸着量が大きく低下する所定運転状態でエンジンが運転されている場合、制御手段は当量比制御を行う。これにより、アンモニアの過剰供給に伴うアンモニアスリップの発生を防止しながら、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるNOxの選択還元に対して適正な量のアンモニアが確保され、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率を良好に維持することができる。一方、上限吸着量が大幅には低下しない運転状態でエンジンが運転されている場合、制御手段はエンジンが上記所定運転状態にないと判定して吸着制御を行うことにより、尿素などの固形物が堆積する可能性をできるだけ低く抑えると共に、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着量を適正に調整しながら、アンモニア選択還元型NOx触媒の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
According to the exhaust purification device of
また、請求項6の排気浄化装置によれば、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が所定の基準触媒温度以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
また、請求項7の排気浄化装置によれば、アンモニア選択還元型NOx触媒の温度が基準触媒温度以上であると共に、排気流量が所定の基準排気流量以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
According to the exhaust purification device of
According to the exhaust purification device of claim 7, when it is determined that the temperature of the ammonia selective reduction type NOx catalyst is equal to or higher than the reference catalyst temperature and the exhaust flow rate is equal to or higher than the predetermined reference exhaust flow rate, the engine By determining that it is in the predetermined operation state, it is possible to accurately determine the operation state in which the upper limit adsorption amount actually decreases. As a result, it is possible to appropriately switch between the equivalence ratio control and the adsorption control.
また、請求項8の排気浄化装置によれば、エンジンの回転数が所定の基準回転数以上であると共に、エンジンの負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。 According to the exhaust emission control device of claim 8, when it is determined that the engine speed is equal to or higher than the predetermined reference speed and the engine load is equal to or higher than the predetermined reference load, the engine performs the predetermined operation. By determining that it is in the state, it is possible to accurately determine the operation state in which the upper limit adsorption amount actually decreases. As a result, it is possible to appropriately switch between the equivalence ratio control and the adsorption control.
また、請求項9の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、エンジンが上記所定運転状態にあると判定することで、実際に上限吸着量の低下する運転状態を的確に判定することができる。この結果、当量比制御と吸着制御とを適切に切り換えることが可能となる。
また、請求項10の排気浄化装置によれば、制御手段は吸着制御から当量比制御に切り換える際に、尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニア吸着量が所定の下限吸着量を下回ったと判断してから当量比制御による尿素水の供給を開始する。従って、吸着制御から当量比制御への切り換え後に、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着されていたアンモニアが上限吸着量の減少に伴って放出されることに起因したアンモニアスリップの発生を防止することが可能となる。そして、尿素水の供給が中止されている間は、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着していたアンモニアがNOxの選択還元に使用されるので、アンモニア選択還元型NOx触媒の排気浄化効率は良好に維持される。
According to the exhaust emission control device of claim 9, when the forced regeneration of the particulate filter is being performed, it is determined that the engine is in the predetermined operation state, so that the operation for actually reducing the upper limit adsorption amount is performed. The state can be accurately determined. As a result, it is possible to appropriately switch between the equivalence ratio control and the adsorption control.
According to the exhaust emission control device of
また、請求項11の排気浄化装置によれば、吸着制御から当量比制御に切り換える際に尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実吸着量が、当量比制御を実行してもアンモニア選択還元型NOx触媒からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量を下回ったと判断してから当量比制御による尿素水の供給を開始する。従って、吸着制御から当量比制御への切り換え後に、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着されていたアンモニアが上限吸着量の減少に伴って放出されることに起因したアンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。 According to the exhaust emission control device of claim 11, when switching from the adsorption control to the equivalence ratio control, the supply of urea water is temporarily stopped, and the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst is controlled by the equivalence ratio control. After it is determined that the ammonia adsorption amount from which ammonia slip from the ammonia selective reduction type NOx catalyst does not occur is less than the ammonia adsorption amount, the supply of urea water by the equivalence ratio control is started. Therefore, after switching from the adsorption control to the equivalence ratio control, it is possible to reliably prevent the occurrence of ammonia slip caused by the release of the ammonia adsorbed on the ammonia selective reduction type NOx catalyst as the upper limit adsorption amount decreases. It becomes possible.
また、請求項12の排気浄化装置によれば、吸着制御から当量比制御に切り換える際に尿素水の供給を一旦中止し、アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアが実質的に吸着していない状態となってから当量比制御を開始する。従って、吸着制御から当量比制御への切り換え後に、アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着されていたアンモニアが上限吸着量の減少に伴い放出されることに起因したアンモニアスリップの発生を確実に防止することが可能となる。
According to the exhaust purification device of
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置が適用された4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)の全体構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置について説明する。
エンジン1は各気筒共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)2を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール2に蓄えられた高圧の燃料が各気筒に設けられた燃料噴射弁4に供給され、各燃料噴射弁4からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied, and the exhaust emission control device according to the present invention is based on FIG. Will be described.
The
吸気通路6にはターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路6からターボチャージャ8のコンプレッサ8aへと流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10及び吸気制御弁12を介して吸気マニホールド14に導入される。また、吸気通路6のコンプレッサ8aより上流側には、エンジン1への吸入空気流量を検出する吸気量センサ16が設けられている。
The
一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド18を介して排気管20に接続されている。なお、排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、EGR弁22を介して排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通することにより、エンジン1の排気の一部を吸気側に還流するEGR通路24が設けられている。
On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust is discharged from each cylinder of the
排気管20は、ターボチャージャ8のタービン8b及び排気絞り弁26を経由して排気後処理装置28に接続されている。また、タービン8bの回転軸はコンプレッサ8aの回転軸と機械的に連結されており、タービン8bが排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動するようになっている。
排気後処理装置28は、排気管20に接続された筒状の上流側ケーシング30と、上流側ケーシング30の下流側に連通路32で連通された筒状の下流側ケーシング34とで構成される。排気管20から上流側ケーシング30内に流入した排気は、上流側ケーシング30内を通過した後に連通路32を介して下流側ケーシング34内に流入し、下流側ケーシング34内を通過した排気は、テールパイプ36から大気中に排出される。
The
The
上流側ケーシング30内には、前段酸化触媒38が収容されると共に、この前段酸化触媒38の下流側にはパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)40が収容されている。フィルタ40はハニカム型のセラミック体からなり、エンジン1の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。前段酸化触媒38は排気中のNO(一酸化窒素)を酸化させてNO2(二酸化窒素)を生成するので、このように前段酸化触媒38とフィルタ40とを配置することにより、フィルタ40に捕集され堆積しているパティキュレートは前段酸化触媒38から供給されたNO2と反応して酸化し、これによってフィルタ40の連続再生が行われるようになっている。
A
一方、下流側ケーシング34内には、排気中のアンモニアを還元剤として、排気中のNOx(窒素酸化物)を選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型NOx触媒(以下SCR触媒という)42が収容されると共に、SCR触媒42の下流側には、SCR触媒42から流出したアンモニアを排気中から除去するための後段酸化触媒44が収容されている。この後段酸化触媒44は、後述するフィルタ40の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するCO(一酸化炭素)を酸化し、CO2(二酸化炭素)として大気中に排出する機能も有している。
On the other hand, in the
前段酸化触媒38によって生成されたNO2の一部は、上述したようにフィルタ40の連続再生に使用されるが、残りのNO2はSCR触媒42に供給され、排気中のNOに対するNO2の比率を高めることによってSCR触媒42の排気浄化効率を上昇させる。
なお、上流側ケーシング30のフィルタ40下流側には、フィルタ40から流出して連通路32へと流入する排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ(尿素水供給手段)46が設けられており、図示しない尿素水タンクから尿素水インジェクタ46に対して尿素水が供給されるようになっている。
A part of the NO 2 generated by the front-
A urea water injector (urea water supply means) 46 for supplying urea water into the exhaust gas flowing out from the
尿素水インジェクタ46から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、還元剤としてSCR触媒42に供給される。SCR触媒42は供給されたアンモニアと排気中のNOxとの脱硝反応を促進することにより、NOxを還元して無害なN2などに変換する。なお、このときアンモニアがNOxと反応せずにSCR触媒42から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒44によって排気中から除外されるようになっている。
The urea water injected from the
上流側ケーシング30には、フィルタ40上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ48がフィルタ40の上流側に設けられると共に、フィルタ40下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ50がフィルタ40の下流側に設けられている。また、尿素水インジェクタ46の近傍には、フィルタ40から流出して連通路32に流入する排気の温度を検出する第1排気温度センサ52が設けられている。
The
尿素水インジェクタ46及び第1排気温度センサ52は、図1に示されるように円筒状の上流側ケーシング30の周面から中心軸線に近づく方向に形成された段部に装着されている。このような位置に尿素水インジェクタ46及び第1排気温度センサ52を装着することにより、第1排気温度センサ52の排気温度検出点を、フィルタ40から流出する排気の中央部分に近づけて排気温度の検出精度を向上させると共に、尿素水インジェクタ46から噴射された尿素水がフィルタ40から流出する排気中にできるだけ均等に拡散するようにしている。
As shown in FIG. 1, the
また尿素水インジェクタ46は、上流側ケーシング30と連通路32との接続部分に対向する位置に装着されており、図1中に一点鎖線で示すように、尿素水の噴射方向が連通路32に向けられている。このように連通路32内に向けて尿素水インジェクタ46から尿素水を噴射することにより、噴射された尿素水が連通路32の内側壁面に衝突するのをできるだけ回避するようにして、連通路32の内側壁面への尿素などの固形物(以下では総称して尿素固形物という)の堆積を抑制している。
Further, the
下流側ケーシング34には、SCR触媒42を通過した後に後段酸化触媒44に流入する排気の温度を検出する第2排気温度センサ54が設けられている。
ECU(制御手段)56は、エンジン1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
The
The ECU (control means) 56 is a control device for performing comprehensive control including the operation control of the
ECU56の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ16、上流圧力センサ48、下流圧力センサ50、第1排気温度センサ52及び第2排気温度センサ54のほか、エンジン1の回転数を検出する回転数センサ58、及びアクセルペダル(図示せず)の踏込量を検出するアクセル開度センサ60などの各種センサ類が接続されている。また、ECU56の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒の燃料噴射弁4、吸気制御弁12、EGR弁22、排気絞り弁26及び尿素水インジェクタ46などの各種デバイス類が接続されている。
In addition to the intake
エンジン1の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づく燃料噴射弁4からの燃料供給制御もECU56によって行われる。エンジン1の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ58によって検出されたエンジン1の回転数とアクセル開度センサ60によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出されて決定される。各気筒に供給される燃料の量は、燃料噴射弁4の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各燃料噴射弁4が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン1の運転に必要な燃料量が供給される。
The
ECU56は、このようなエンジン1の運転制御のほか、排気後処理装置28による排気浄化機能を良好に維持するための様々な制御を行っており、その1つとしてフィルタ40を強制再生して機能回復させるための強制再生制御も行う。
フィルタ40に堆積したパティキュレートは、前述したように前段酸化触媒38からフィルタ40に流入するNO2との反応による連続再生によって酸化除去されるが、排気温度が低い運転状態が長時間続いた場合などでは、このような連続再生だけでは堆積したパティキュレートが十分に酸化除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ40内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ40が目詰まりを起こすおそれがある。そこでECU56は、フィルタ40におけるパティキュレートの堆積状況に応じ、ECU56は適宜フィルタ40の強制再生を行う。
In addition to the operation control of the
Particulates deposited on the
パティキュレートの堆積状況は、フィルタ40の上流側及び下流側にそれぞれ設けられた上流圧力センサ48及び下流圧力センサ50や吸気量センサ16の検出値などに基づき推定され、ECU56はフィルタ40へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断すると強制再生の制御を開始する。
強制再生制御では、第1排気温度センサ52が検出した排気温度に基づき、必要に応じて吸気制御弁12や排気絞り弁26を閉方向に制御して排気温度を上昇させると共に、エンジン1の膨張行程や排気行程で燃料噴射弁4からポスト噴射による排気中への燃料供給を行い、フィルタ40に堆積したパティキュレートを焼却することが可能な温度(例えば600℃)までフィルタ40に流入する排気の温度を上昇させる。
The accumulation state of the particulates is estimated based on the detection values of the
In forced regeneration control, based on the exhaust temperature detected by the first
即ち、燃料噴射弁4からのポスト噴射によって排気中に供給されたHCは前段酸化触媒38に達し、前段酸化触媒38でのHCの酸化反応によって温度が上昇した高温の排気がフィルタ40内に流入する。フィルタ40に堆積したパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ40が強制再生される。
またECU56は、排気後処理装置28による排気浄化機能を良好に維持するためのもう1つの制御として、排気中のNOxを選択還元して排気を浄化するために必要な量のアンモニアをSCR触媒42に供給するための尿素水供給制御も行う。
That is, the HC supplied into the exhaust gas by the post injection from the
As another control for maintaining the exhaust purification function of the exhaust after-
図2は、ECU56が実行する尿素水供給制御のフローチャートを示しており、ECU56は、エンジン1が始動されてから停止されるまでの間、図2のフローチャートに従って所定の制御周期で尿素水供給制御を実行する。
尿素水供給制御が開始されると、ECU56はステップS1で、尿素水供給を可能とする条件が成立したか否かを判定する。具体的には、第1排気温度センサ52が検出した排気温度に基づき、排気中に供給された尿素水が気化可能な温度であるか否かを確認すると共に、第1排気温度センサ52及び第2排気温度センサ54がそれぞれ検出した排気温度に基づき、SCR触媒42が活性化しているか否かを確認する。そして、第1排気温度センサ52が検出した排気温度が尿素水が気化可能な温度であると共に、SCR触媒42が活性化していると判断したとき、ECU56は尿素水供給を可能とする条件が成立したと判定する。
FIG. 2 shows a flowchart of urea water supply control executed by the
When the urea water supply control is started, the
ステップS1で尿素水の供給が可能ではないと判定した場合、ECU56は処理をステップS5に進めて尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給を停止状態とした後、その制御周期を終了する。そしてECU56は、次の制御周期で再びステップS1から処理を開始し、尿素水供給を可能とする条件が成立したか否かを判定する。従って、ステップS1で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判定するまでは、ステップS1及びステップS5の処理が制御周期毎に繰り返され、尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給は停止された状態が継続する。そして、ステップS1で尿素水供給を可能とする条件が成立したと判定すると、ECU56は処理をステップS2に進める。以下では、尿素水供給を可能とする条件が成立しているものとして説明を行う。
If it is determined in step S1 that urea water cannot be supplied, the
ステップS2でECU56は、エンジン1の運転状態が、SCR触媒42に吸着可能なアンモニア吸着量の限界値である上限吸着量が大きく低下する運転状態として予め設定された所定の高温運転状態(所定運転状態)であるか否かを判定する。
SCR触媒42におけるアンモニアの上限吸着量は、SCR触媒42の触媒温度Tcによって影響を受ける。図3は、排気流量を一定と仮定した場合の、触媒温度Tcと上限吸着量との関係の一例を示すグラフであるが、図3に示されるように上限吸着量は触媒温度Tcが上昇するのに従って減少する傾向にある。
In step S2, the
The upper limit adsorption amount of ammonia in the
そこで本実施形態では、触媒温度Tcが所定の基準触媒温度Tr以上であるか否かを判断することにより、エンジン1が高温運転状態にあるか否かを判定する。ここで用いられる基準触媒温度Trは、これ以上触媒温度Tcが上昇した場合に、SCR触媒42におけるアンモニアの上限吸着量が大幅に低下するものとして予め設定された温度であり、例えば300℃に設定される。また、触媒温度Tcは、第1排気温度センサ52が検出した排気温度と、第2排気温度センサ54が検出した排気温度との平均値、即ち、SCR触媒42の上流側及び下流側のそれぞれにおける排気温度の平均値が用いられる。
Therefore, in this embodiment, it is determined whether or not the
触媒温度Tcが基準触媒温度Trに達しておらず、エンジン1が高温運転状態にないと判定した場合、ECU56は処理をステップS3に進めて吸着制御モードを選択し、尿素水インジェクタ46による尿素水の供給制御として、SCR触媒42におけるアンモニアの吸着を前提とした制御である吸着制御を行う。
ECU56は、ステップS3で吸着制御モードを選択するとその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップS1から処理を開始する。そして、続くステップS2においてエンジン1が高温運転状態にあるか否かを判定する。従って、触媒温度Tcが基準触媒温度Trに達していない状態が継続している間、ECU56はステップS2においてエンジン1が高温運転状態にないとの判定を制御周期ごとに繰り返すことにより、ステップS3で吸着制御モードが選択され、吸着制御が継続して実行されることになる。
When it is determined that the catalyst temperature Tc has not reached the reference catalyst temperature Tr and the
When the suction control mode is selected in step S3, the
上述したように、吸着制御はSCR触媒42におけるアンモニアの吸着を前提とした制御であり、ステップS3で吸着制御モードが選択されると、図2のフローチャートとは別のルーチンで実行される。エンジン1が高温運転状態にない場合には、上限吸着量がさほど減少しておらず、SCR触媒42にある程度の量のアンモニアを吸着することが可能であるので、ECU56はSCR触媒42におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量が所定の目標吸着量となるように、尿素水インジェクタ46からの尿素水供給量を制御する。吸着制御の詳細については後述する。
As described above, the adsorption control is based on the assumption that ammonia is adsorbed on the
なお、上述したように本実施形態では、触媒温度Tcが所定の基準触媒温度Tr以上であるか否かを判断することにより、エンジン1が高温運転状態にあるか否かを判定している。しかしながら、エンジン1が高温運転状態にあるか否かを判定するための手法は、これに限定されるものではなく様々な手法を採用することが可能である。
例えば、上述のようにSCR触媒42の触媒温度Tcは、SCR触媒42の上流側及び下流側のそれぞれにおける排気温度から求めているので、エンジン1の排気温度が所定の基準排気温度以上であるときに、エンジン1が高温運転状態にあると判定するようにしてもよい。
As described above, in this embodiment, it is determined whether or not the
For example, as described above, the catalyst temperature Tc of the
また、SCR触媒42におけるアンモニアの上限吸着量は、SCR触媒42の触媒温度Tcのほかに、エンジン1から排出される排気の流量によっても影響を受ける。図4は、触媒温度Tcを一定と仮定した場合の、エンジン1の排気流量と上限吸着量との関係の一例を示すグラフである。従って、図3及び図4に示されるように上限吸着量は、SCR触媒42の触媒温度Tcが高いほど減少し、またSCR触媒42における排気流量が増大するほど減少する傾向にある。そこで、SCR触媒42の触媒温度Tcが所定の基準触媒温度以上であると共に、エンジン1の排気流量が所定の基準排気流量以上である場合にエンジン1が高温運転状態にあると判定するようにしてもよい。この場合の基準触媒温度は本実施形態におけるステップS2の判定で用いる基準触媒温度Trと同一としてもよいし、排気流量の併用を考慮して異なる値を用いるようにしてもよい。更にこの場合も、上述のように触媒温度Tcに代えてエンジン1の排気温度で判断するようにしてもよい。なお、ここで用いられる排気流量は、吸気量センサ16が検出した吸入空気流量、回転数センサ62が検出したエンジン回転数及びECU56内で演算された燃料噴射量に基づいて演算を行うことにより求めることができる。
Further, the upper limit adsorption amount of ammonia in the
また、エンジン1の回転数が上昇すると共に、エンジン1の負荷が増大することによって、エンジン1の排気温度が高温になると共に排気流量が増大する。エンジン1の排気温度が上昇することでSCR触媒42の触媒温度が上昇し、上限吸着量が触媒温度の上昇や排気流量の増大に従って減少することは上述した通りであるので、エンジン1の回転数が所定の基準回転数以上であると共に、エンジン1の負荷が所定の基準負荷以上であると判断したときに、エンジン1が高温運転状態にあると判定してもよい。この場合、図3及び図4に示される関係から、上限吸着量が大きく減少する触媒温度及び排気流量となるエンジン回転数及びエンジン負荷を予め求め、これらエンジン回転数及びエンジン負荷に基づき、基準回転数及び基準負荷を設定すればよい。なお、エンジン負荷としては、例えばECU56が演算した燃料噴射量や、アクセル開度センサ60が検出したアクセルペダルの踏込量を用いても良い。即ち、エンジン負荷として燃料噴射量を用いる場合には、基準負荷として所定の基準燃料噴射量が用いられ、アクセルペダルの踏込量を用いる場合には、基準負荷として所定の基準踏込量が用いられる。また、エンジン1の回転数は回転数センサ58の検出値を用いることができる。
Further, as the rotational speed of the
更に、フィルタ38の強制再生を実行する際には、前述したようにフィルタ38に堆積しているパティキュレートを除去するために、パティキュレートが燃焼する程度の高温まで排気が昇温される。従って、フィルタ38の強制再生の際にも、SCR触媒40の触媒温度が大きく上昇することになるため、SCR触媒40におけるアンモニアの上限吸着量が大幅に減少する。従って、フィルタ38の強制再生が実行されているときに、エンジン1が高温運転状態にあると判定するようにしてもよい。
Further, when the forced regeneration of the
このように、エンジン1が高温運転状態にあるか否かの判定には様々な方法があるが、いずれの方法においても、SCR触媒40におけるアンモニアの上限吸着量が実際に大幅に減少する運転状態を的確に判定することができる。
このようにして尿素水供給制御で吸着制御モードが選択され、吸着制御が行われているときに、図2のステップS2においてエンジン1が高温運転状態にあると判定すると、ECU56は処理をステップS2からステップS4に進める。
As described above, there are various methods for determining whether or not the
When the adsorption control mode is selected in the urea water supply control and the adsorption control is performed in this way, if it is determined in step S2 of FIG. 2 that the
ステップS4でECU56は、その時点のSCR触媒42におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量Qaが所定の下限吸着量Qoを下回ったか否を判定する。この下限吸着量Qoは、後述する当量比制御を実行しても、SCR触媒42からのアンモニアスリップが生じることのないアンモニア吸着量として予め設定されるものであり、本実施形態ではSCR触媒42においてアンモニアが実質的に吸着してないと見なすことが可能な微少な吸着量が下限吸着量Qoとして設定されている。
In step S4, the
SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaは吸着制御の際にも必要であって、ECU56は吸着制御を実行しているときから継続して実吸着量Qaを演算により求めている。具体的には、ECU56は、SCR触媒42におけるNOxの選択還元のためのアンモニア消費量と、尿素水供給制御によるSCR触媒42へのアンモニア供給量とから実吸着量Qaを求める。
The actual adsorption amount Qa of ammonia in the
ここでSCR触媒42におけるアンモニア消費量は次のようにして求められる。即ち、エンジン1のNOx排出量とSCR触媒42の浄化率とから、SCR触媒42において選択還元されるNOxの量を求める。そして、この選択還元されるNOxの量に対応し、このNOxを選択還元するのに必要なアンモニアの量をSCR触媒42におけるアンモニア消費量として求める。
Here, the ammonia consumption amount in the
より具体的に説明すると、まずECU56は、予め記憶している浄化率マップを用い、SCR触媒42のNOxの還元による排気の浄化率を求める。SCR触媒42のNOxの還元による排気の浄化率は、そのときの実吸着量Qaに応じて変動するほか、SCR触媒42の触媒温度Tcによっても変動する。実吸着量Qaと浄化率との関係は、触媒温度Tcを一定とした場合に図5のグラフのようになり、実吸着量Qaが多いほど浄化率が上昇する傾向にある。また、SCR触媒42の触媒温度Tcと浄化率との関係は、アンモニアの実吸着量Qaを一定とした場合に図6のグラフのようになり、触媒温度Tcが上昇するほど浄化率が上昇する傾向にある。ECU56が記憶している浄化率マップは、予め実験などによりエンジン1の運転状態を変化させることによってこれらの関係を求め、マップにしたものである。ECU56は、こうして設定された浄化率マップを用い、それまでに求められたSCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaと、SCR触媒42の触媒温度Tcとに基づき、その時点のSCR触媒42の浄化率を求める。
More specifically, the
次にECU56は、燃料供給制御において演算したエンジン1の単位時間あたりの燃料噴射量と、回転数センサ58が検出したエンジン回転数とに基づき、エンジン1からの単位時間あたりのNOx排出量を求める。更にECU56は、SCR触媒42の浄化率とエンジン1の単位時間あたりのNOx排出量とから、SCR触媒42で単位時間あたりに選択還元されるNOxの量を求め、この選択還元されるNOxの量に対応してNOxの選択還元に必要となる単位時間あたりのアンモニアの量を、SCR触媒42における単位時間あたりのアンモニア消費量として求める。
Next, the
SCR触媒42への単位時間あたりのアンモニア供給量は、尿素水供給制御によって尿素水インジェクタ46を介して排気中に供給された尿素水の単位時間あたりの供給量から求めることができるので、ECU56は、このアンモニア供給量から、上述のようにして求められたアンモニア消費量を減じることにより、SCR触媒42における単位時間あたりの実吸着量を求めることができる。ECU56は、SCR触媒42にアンモニアが全く吸着していない状態から、このような演算によりSCR触媒42における単位時間あたりの実吸着量を把握しているので、その積算によりその時点のSCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaを求めることができる。
Since the ammonia supply amount per unit time to the
尿素水供給制御のステップS4においてアンモニアの実吸着量Qaが下限吸着量Qoを下回っていないと判定した場合、ECU56は処理をステップS5に進め、尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給を停止した後、その制御周期を終了する。従って、それまで吸着制御モードが選択されていた場合には、その吸着制御モードの選択が解除され、尿素水の供給制御における制御モードの選択はなされていない状態となる。
If it is determined in step S4 of the urea water supply control that the actual adsorption amount Qa of ammonia is not lower than the lower limit adsorption amount Qo, the
次の制御周期で再びステップS1から処理を開始し、ステップS2でエンジン1が高温運転状態にあると判定した場合、ECU56は再びステップS4で実際のアンモニア吸着量Qaが下限吸着量Qoを下回ったか否かを判定する。従って、エンジン1が高温運転状態にある場合は、ステップS4においてアンモニアの実吸着量Qaが下限吸着量Qoを下回っていないと判定する限り、ステップS5の処理によって尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給が停止されたままとなる。
In the next control cycle, the process starts again from step S1, and if it is determined in step S2 that the
このようにして尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給が停止されることにより、SCR触媒42に吸着しているアンモニアは、SCR触媒42におけるNOxの選択還元に消費され、SCR触媒42におけるアンモニア吸着量は減少していく。
尿素水の供給停止によりSCR触媒42におけるアンモニア吸着量が減少し、ステップS4においてアンモニアの実吸着量Qaが下限吸着量Qoを下回ったと判定すると、ECU56は処理をステップS4からステップS6に進める。ステップS6でECU56は、尿素水インジェクタ46による尿素水の供給制御として当量比制御モードを選択し、当量比制御を実行する。この当量比制御では、アンモニアがSCR触媒42にほとんど吸着せずに、供給されたアンモニアがそのままNOxの選択還元に使用される状態を前提とし、適正な量の尿素水の供給を行うようにECU56が尿素水インジェクタ46を制御する。
By stopping the supply of the urea water from the
If the ammonia adsorption amount in the
ECU56は、ステップS6で当量比制御モードを選択すると、その制御周期を終了する。そして、ECU56は次の制御周期で再びステップS1から処理を開始し、エンジン1が高温運転状態にある場合には、ステップS4でアンモニアの実吸着量Qaが下限吸着量Qoを下回ったか否かの判定を行う。上述のように実際のアンモニア吸着量Qaは既に下限吸着量Qoを下回っているので、ECU56は更に処理をステップS6に進めて当量比制御モードを選択する。従って、アンモニアの実吸着量Qaが下限吸着量Qoを下回ったと判定した後は、エンジン1が高温運転状態にある限り、ステップS6で当量比制御モードが制御周期毎に繰り返し選択され、当量比制御が継続して実行されることになる。
When the
上述したように当量比制御は、供給されたアンモニアがSCR触媒42にほとんど吸着せずに、そのままNOxの選択還元に使用される状態を前提とした制御であって、ステップS6で当量比制御モードが選択されると、図2のフローチャートとは別のルーチンで実行される。当量比制御では、SCR触媒42において選択還元されるNOxに対して当量比が1となるアンモニア供給量から求められた尿素水の目標供給量Qinjに基づいて、ECU56が尿素水インジェクタ46を制御する。
As described above, the equivalence ratio control is a control based on the premise that the supplied ammonia is hardly adsorbed on the
前述したように、エンジン1が高温運転状態にある場合、SCR触媒42におけるアンモニアの上限吸着量は大幅に減少し、SCR触媒42にはアンモニアがほとんど吸着しなくなる。従って、SCR触媒42に供給されたアンモニアのほとんどは、SCR触媒42に吸着せずに、そのままSCR触媒42におけるNOxの選択還元に用いられて消費される。そこで、エンジン1が高温運転状態にある場合には、このような状況を前提として当量比制御を行うことにより、SCR触媒42におけるNOxの選択還元に必要な量のアンモニアが供給されるよう尿素水インジェクタ46を制御する。ECU56が行う当量比制御の詳細は以下の通りである。
As described above, when the
ECU56は、前述したようにして浄化率マップを用い、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaと触媒温度Tcとに基づき、その時点のSCR触媒42の浄化率を求める。次にECU56は、エンジン1の単位時間あたりの燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき求めたエンジン1からの単位時間あたりのNOx排出量と、SCR触媒42の浄化率とから、SCR触媒42において単位時間あたりに選択還元されるNOxの量を求める。ECU56は、こうして求められた選択還元されるNOxの量に対して当量比が1となるアンモニアの量をアンモニアの目標供給量として求め、このアンモニアの目標供給量を得るための尿素水の単位時間あたりの供給量を尿素水の目標供給量Qinjとして設定する。そして、このようにして求められた目標供給量Qinjの尿素水が尿素水インジェクタ46から噴射されるよう、ECU56は尿素水インジェクタ46を制御する。
The
尿素水インジェクタ46から噴射された霧状の尿素水は、前述したように、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、このアンモニアがSCR触媒42に供給される。SCR触媒42に供給されたアンモニアのほとんどはSCR触媒42に吸着せずに、SCR触媒42の触媒作用によって排気中のNOxの選択還元に使用され、NOxが還元されて無害なN2などが生成される。
As described above, the mist-like urea water injected from the
エンジン1が高温運転状態にある場合には、このようにして当量比制御が行われることにより、SCR触媒42にほとんど吸着することなくそのままNOxの選択還元に用いられるアンモニアの量を、NOxの選択還元に必要な適正な量に制御することができる。この結果、アンモニア供給量の不足に伴うSCR触媒42の排気浄化効率の低下や、アンモニアの過剰供給によるアンモニアスリップの発生を良好に防止することが可能となる。
When the
また、エンジン1の運転状態が高温運転状態となった直後から当量比制御を開始してしまうと、それまでにSCR触媒42に吸着したアンモニアがSCR触媒から放出された際に、放出されたアンモニアがNOxの選択還元において余剰となってしまう。そこで本実施形態では、上述したように、エンジン1の運転状態が高温運転状態に移行すると、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaが下限吸着量Qoを下回るまでの間、尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給を停止するようにしたので、当量比制御を開始したときにSCR触媒42にはアンモニアがほとんど吸着していない状態となる。従って、上述したような当量比制御を開始したときに、SCR触媒42においてアンモニアが余剰となるのを防止することができる。この結果、吸着制御から当量比制御への切り換えの際における、SCR触媒42からのアンモニアスリップの発生を良好に防止することが可能となる。
Further, if the equivalence ratio control is started immediately after the operating state of the
更に、本実施形態では下限吸着量Qoとして、SCR触媒42においてアンモニアが実質的に吸着してないと見なすことが可能な微少な吸着量を用いたので、上述のように吸着制御から当量比制御に切り換える際のアンモニアスリップの発生を確実に防止することができる。なお、下限吸着量Qoとしては、当量比制御に移行したときに、SCR触媒42からのアンモニアスリップの発生を抑制できるアンモニア吸着量であればよい。即ち、例えば本実施形態で用いた下限吸着量Qoよりも大きめの下限吸着量を用いた場合、当量比制御に移行したときに、わずかにアンモニアスリップが発生する可能性があるが、この場合にも、直ちに当量比制御に移行した場合に比べればアンモニアスリップの発生を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, as the lower limit adsorption amount Qo, a minute adsorption amount that can be considered that ammonia is not substantially adsorbed in the
このようにしてステップS6で当量比制御モードが選択されて当量比制御が行われている間に、エンジン1の運転状態が高温運転状態ではなくなると、ステップS2の判定によってECU56は処理をステップS3に進めるので、その後の各制御周期における尿素水の供給は、前述した吸着制御によって行われるようになる。
次に、ステップS3で吸着制御モードが選択されたときにECU56が実行する吸着制御の詳細について説明する。前述したように吸着制御はSCR触媒42におけるアンモニアの吸着を前提とした制御であり、SCR触媒42に比較的アンモニアが吸着しやすい状態のもとで行われる。
In this way, when the equivalence ratio control mode is selected in step S6 and the equivalence ratio control is being performed, if the operation state of the
Next, details of the suction control executed by the
従って、SCR触媒42に供給されたアンモニアの多くは、SCR触媒42に一旦吸着し、残りのアンモニア及びSCR触媒42に吸着しているアンモニアがSCR触媒42におけるNOxの選択還元に用いられて消費される。前述したように、SCR触媒42のNOxの選択還元による排気の浄化率は、SCR触媒42の触媒温度Tcを一定にして比較した場合、図5に示されるようにSCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaが多いほど高くなる傾向にある。即ち、SCR触媒42には上限吸着量を超えない範囲で可能な限り多くのアンモニアを吸着させた方が、より高い排気の浄化率を達成することができる。そこで吸着制御では、アンモニアの実吸着量Qaが、上限吸着量に基づき設定された所定の目標吸着量Qtとなるように尿素水インジェクタ46が制御される。
Therefore, most of the ammonia supplied to the
ECU56は、尿素水供給制御において図2のフローチャートのステップS3で吸着制御モードが選択されている間、これら目標吸着量Qt及び実吸着量Qaに基づき、図7のフローチャートに従って、所定の周期ごとに繰り返し吸着制御を実行する。吸着制御が開始されると、まずECU56はステップS11で実吸着量Qaを演算すると共に、目標吸着量Qtを演算して設定する。ここで、目標吸着量Qt及び実吸着量Qaの演算方法は以下の通りである。
While the adsorption control mode is selected in step S3 of the flowchart of FIG. 2 in the urea water supply control, the
SCR触媒42におけるアンモニアの上限吸着量は、前述したようにSCR触媒42の触媒温度Tcとエンジン1の排気流量とによって変化し、触媒温度Tc及び排気流量に対して図3及び図4に例示するような関係がある。ECU56は、予め実験などによりエンジン1の運転状態を様々に変化させた際の、触媒温度Tc及び排気流量に対する上限吸着量の関係に基づいて設定された上限吸着量マップを記憶している。そしてECU56は、この上限吸着量マップを用い、第1排気温度センサ52及び第2排気温度センサ54がそれぞれ検出した排気温度の平均値である触媒温度Tcと、前述のようにして演算により吸入空気流量、エンジン回転数及び燃料噴射量から求めたエンジン1の排気流量とに対応する上限吸着量を求める。
As described above, the upper limit adsorption amount of ammonia in the
ECU56は、こうして求めた上限吸着量に安全係数(例えば0.9)を乗算することにより、SCR触媒42に対するアンモニアの目標吸着量Qtを設定する。ここで安全係数を乗算するのは、上限吸着量までアンモニアを吸着させようとすると、何らかの要因によるエンジン1の運転状態急変、或いはSCR触媒42の排気浄化特性やエンジン1の運転性能のばらつきなどによって上限吸着量に対して過剰なアンモニアが供給されてしまう可能性があるので、これを避けるためである。なお、安全係数の値はSCR触媒42やエンジン1の特性などに応じて適切な値に変更することができる。
The
一方ECU56は、前述したようにしてSCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaを求める。即ち、SCR触媒42の浄化率とエンジン1からの単位時間あたりのNOx排出量とから、SCR触媒42で単位時間あたりに選択還元されるNOxの量を求め、この選択還元されるNOxの量から、単位時間あたりのアンモニア消費量を求める。そして、この単位時間あたりのアンモニア消費量と、SCR触媒42への単位時間あたりのアンモニア供給量とから、SCR触媒42における単位時間あたりのアンモニアの実吸着量を求め、これを積算することにより、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaを求める。
On the other hand, the
ステップS11で実吸着量Qa及び目標吸着量Qtを求めると、ECU56は処理をステップS12に進め、目標吸着量Qtに対する実吸着量Qaの比であるQa/Qtが1以上であるか否かを判定する。上述したように目標吸着量Qtは上限吸着量に安全係数を乗じたものであるため、Qa/Qtが1以上となった場合には、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaが上限吸着量に近接し、更にアンモニアを供給が継続すると、余剰となったアンモニアがSCR触媒42から流出してアンモニアスリップが生じるおそれがある。
When the actual adsorption amount Qa and the target adsorption amount Qt are obtained in step S11, the
そこで、ステップS12においてQa/Qtが1以上であると判定した場合、ECU56は処理をステップS13に進め、尿素水インジェクタ46を制御して尿素水の供給を停止し、その制御周期を終了する。次の制御周期でも、ECU56はステップS11で上述のようにして実吸着量Qa及び目標吸着量Qtを求めた後、ステップS12でQa/Qtが1以上であるか否かを判定する。従って、吸着制御においてステップS12でQa/Qtが1以上であると判定する限り、尿素水インジェクタ46からの尿素水の供給は停止された状態となる。従って、アンモニアの実吸着量Qaが上限吸着量に近接した状態から更にアンモニアがSCR触媒42に供給されるような事態が回避され、アンモニアの過剰供給に起因したSCR触媒42からのアンモニアスリップの発生を確実に防止することができる。
Therefore, when it is determined in step S12 that Qa / Qt is 1 or more, the
ステップS12でQa/Qtが1以上であると判定して尿素水の供給が停止されることにより、SCR触媒42に吸着しているアンモニアがNOxの選択還元に消費され、アンモニアの実吸着量Qaは徐々に減少していく。こうしてアンモニアの実吸着量Qaが減少し、ステップS12においてQa/Qtが1を下回ったと判定すると、ECU56は処理をステップS12からステップS14に進める。
When it is determined in step S12 that Qa / Qt is 1 or more and the supply of urea water is stopped, the ammonia adsorbed on the
なお、目標吸着量QtはステップS11において制御周期ごとに求められ、目標吸着量Qtのベースとなる上限吸着量は、前述したように触媒温度Tcや排気流量などによって変動するため、ステップS12においてQa/Qtが1を下回ったと判定されるのは実吸着量Qaの変動のみに起因するものではなく、目標吸着量Qtの変動もステップS12の判定に影響を与える。 The target adsorption amount Qt is obtained for each control cycle in step S11, and the upper limit adsorption amount serving as the base of the target adsorption amount Qt varies depending on the catalyst temperature Tc, the exhaust flow rate, etc., as described above. It is determined that / Qt is less than 1 not only due to fluctuations in the actual adsorption amount Qa, but fluctuations in the target adsorption amount Qt also affect the determination in step S12.
このような目標吸着量Qtの変動を考慮すると共に、実吸着量Qaが目標吸着量Qt近傍にあるときのステップS12における判定の反転の繰り返しを回避するため、ステップS12からステップS13へ処理を進める場合と、ステップS12からステップS14へ処理を進める場合とで、Qa/Qtの判定値を変更するようにしても良い。即ち、例えばQa/Qtが1以上のときにはステップS12からステップS13へ処理が進むようにする一方、一旦Qa/Qtが1以上であると判定した後は、Qa/Qtが0.8を下回るまで、引き続きステップS12からステップS13へ処理を進め、Qa/Qtが0.8を下回るとステップS12からステップS14へ処理を進めるようにしてもよい。この場合、一旦Qa/Qtが0.8を下回ったと判定した後は、Qa/Qtが1以上となるまで、引き続きステップS12からステップS14へ処理を進めることになる。なお、この例では判定値を1と0.8としたが、これらの値については必要に応じて適切な値に変更することが可能である。 In consideration of such fluctuations in the target adsorption amount Qt, the process proceeds from step S12 to step S13 in order to avoid repeated reversal of determination in step S12 when the actual adsorption amount Qa is in the vicinity of the target adsorption amount Qt. The Qa / Qt determination value may be changed depending on whether the process proceeds from step S12 to step S14. That is, for example, when Qa / Qt is 1 or more, the process proceeds from step S12 to step S13. On the other hand, once Qa / Qt is determined to be 1 or more, Qa / Qt is less than 0.8. Then, the process may continue from step S12 to step S13, and the process may proceed from step S12 to step S14 when Qa / Qt falls below 0.8. In this case, once it is determined that Qa / Qt is less than 0.8, the process continues from step S12 to step S14 until Qa / Qt becomes 1 or more. In this example, the determination values are 1 and 0.8. However, these values can be changed to appropriate values as necessary.
図7のフローチャートのステップS12でQa/Qtが1を下回ると判定した場合、ECU56は処理をステップS14に進め、その次のステップS15で尿素水の目標供給量Qinjを演算する際に使用する増量係数Kの値を設定する。増量係数Kの値は、予め設定された増量係数マップとしてECU56に記憶されている。この増量係数マップでは、Qa/Qtをパラメータとして増量係数Kが定められており、Qa/Qtと増量係数Kとの関係は、例えば図8に示されるようになっている。即ち、Qa/Qtが0.5以下である場合には増量係数KがK1に設定され、Qa/Qtが0.5を上回ると共に0.75以下である場合には増量係数KがK2に設定され、Qa/Qtが0.75を上回ると共に1以下である場合には増量係数KがK3に設定される。ここで、K1,K2,K3の大小関係は、K1>K2>K3となっており、例えばK1=1、K2=0.5、K3=0.25となっている。
If it is determined in step S12 in the flowchart of FIG. 7 that Qa / Qt is less than 1, the
このようにしてステップS14でQa/Qtに基づき増量係数Kを設定すると、ECU56は処理をステップS15に進め、設定された増量係数K及び尿素水の基準供給量Qbを用いて下記式(1)により目標供給量Qinjを算出する。
Qinj=(1+K)・Qb ・・・ (1)
式(1)で用いられる基準供給量Qbは、SCR触媒42において単位時間あたりに選択還元されるNOxの量に対して当量比が1となるアンモニアの量を得るために必要な尿素水の単位時間あたりの供給量である。SCR触媒42において選択還元されるNOxの量は、前述したようにしてエンジン1の燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき求めたエンジン1からのNOx排出量と、SCR触媒42の浄化率とから求められる。ECU56は、こうして求められた選択還元されるNOxの量に対して当量比が1となるアンモニアの量を得るための尿素水の供給量をステップS15で制御周期ごとに基準供給量Qbとして求め、上記式(1)に用いる。
Thus, when the increase coefficient K is set based on Qa / Qt in step S14, the
Qinj = (1 + K) · Qb (1)
The reference supply amount Qb used in the formula (1) is a unit of urea water necessary for obtaining an amount of ammonia having an equivalent ratio of 1 with respect to the amount of NOx selectively reduced per unit time in the
上記式(1)に示されるように、尿素水の目標供給量Qinjは、基準供給量Qbと基準供給量Qbに増量係数Kを乗じて得られる供給量との和として求められる。基準供給量Qbは、SCR触媒42において選択還元されるNOxの量に対して当量比が1となるアンモニアの量を得るために必要な尿素水の供給量(第1目標供給量)であるので、基準供給量Qbに増量係数Kを乗じて得られる供給量は、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaを増大させるための尿素水供給量(第2目標供給量)となる。
As shown in the above equation (1), the target supply amount Qinj of urea water is obtained as the sum of the reference supply amount Qb and the supply amount obtained by multiplying the reference supply amount Qb by the increase coefficient K. The reference supply amount Qb is the supply amount of urea water (first target supply amount) necessary to obtain the amount of ammonia with an equivalent ratio of 1 with respect to the amount of NOx selectively reduced in the
上述したように増量係数Kは、Qa/Qtに応じて大きさが変更され、Qa/Qtが小さいほど増量係数Kが大きく設定されるようになっている。従って、Qa/Qtが小さいほどSCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaを増大させるための尿素水供給量が大きく設定されることになる。言い換えれば、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaが目標吸着量Qtに近づくのに従い、アンモニアの実吸着量Qaを増大させるための尿素水供給量が小さく設定される。
As described above, the increase coefficient K is changed in size according to Qa / Qt, and the increase coefficient K is set to be larger as Qa / Qt is smaller. Therefore, the smaller the Qa / Qt is, the larger the urea water supply amount for increasing the actual adsorption amount Qa of ammonia in the
具体的には、Qa/Qtが0.5以下である場合、増量係数Kは本実施形態において最も大きいK1に設定され、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaを増大させるための尿素水供給量が比較的多めに算出される。ここで、Qa/Qtが0.5以下である場合は、目標吸着量Qtに対して実吸着量Qaが小さいことを意味する。従って、SCR触媒42には十分なアンモニアの吸着量が確保されていないことになり、前述した図5の関係からSCR触媒42の浄化効率は比較的低い状態にある。そこでQa/Qtが0.5以下である場合には、SCR触媒42における実吸着量Qaを迅速に増大させて、SCR触媒42の良好な浄化率を実現するため、増量係数Kを本実施形態において最も大きいK1とし、基準供給量Qbに対する増量を比較的多めに行って目標供給量Qinjを設定している。
Specifically, when Qa / Qt is 0.5 or less, the increase coefficient K is set to the largest K1 in the present embodiment, and urea water supply for increasing the actual adsorption amount Qa of ammonia in the
また、Qa/Qtが0.75を上回る場合、増量係数Kは本実施形態において最も小さいK3に設定され、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaを増大させるための尿素水供給量が比較的少なめに算出される。ここで、Qa/Qtが0.75を上回る場合は、実吸着量Qaが目標吸着量Qtに近接していることを意味する。従って、SCR触媒42にはある程度のアンモニアの吸着量が確保されていることになり、前述した図5の関係からSCR触媒42の浄化効率は比較的良好に維持された状態にある。従って、Qa/Qtが0.75を上回る場合には、SCR触媒42における実吸着量Qaを迅速に増大させるよりも、多量の尿素水が排気中に供給されることによる尿素水からの尿素固形物の堆積抑制を優先するため、増量係数Kを本実施形態において最も小さいK3とし、基準供給量Qbに対する増量を少なく抑えて目標供給量Qinjを設定している。
When Qa / Qt exceeds 0.75, the increase coefficient K is set to the smallest K3 in this embodiment, and the urea water supply amount for increasing the actual adsorption amount Qa of ammonia in the
更に、Qa/Qtが0.5を上回ると共に0.75以下である場合は、上述した2つの場合の中間にあるので、SCR触媒42の浄化効率は、Qa/Qtが0.5以下である場合よりも改善されているものの、Qa/Qtが0.75を上回る場合よりも低下していることになる。そこで増量係数Kも中間の大きさのK2とし、Qa/Qtが0.5以下である場合よりも基準供給量Qbに対する増量を抑えて尿素固形物がの堆積を抑制しつつも、できるだけ早期にアンモニアの実吸着量Qaが目標吸着量Qtに向けて増大するようにしている。
Furthermore, when Qa / Qt exceeds 0.5 and is 0.75 or less, the purification efficiency of the
こうしてステップS16において尿素水の目標供給量Qinjを求めると、ECU56は処理をステップS16に進め、ステップS15で求めた目標供給量の尿素水が供給されるように尿素水インジェクタ46を制御して、その制御周期を終了する。
次の制御周期においても、ECU56はステップS11から処理を開始し、ステップS11でアンモニアの実吸着量Qa及び目標吸着量Qtを求めた後、ステップS12で目標吸着量Qtに対する実吸着量Qaの比Qa/Qtが1以上となったか否かを判定する。そして、Qa/Qtが1に達していなければ、ECU56は処理をステップS14に進め、上述したようにしてそのときのQa/Qtに対応する増量係数を増量係数マップから求める。更にECU56は、ステップS15で目標供給量Qinjを演算し、求められた目標供給量Qinjに従い尿素水インジェクタ46を制御する。従って、吸着制御が行われてQa/Qtが1に達するまでの間は、制御周期ごとにステップS14で求めた増量係数を用いてステップS15で算出した目標供給量Qinjに従い、尿素水インジェクタ46から排気中に尿素水が供給される。
Thus, when the target supply amount Qinj of urea water is obtained in step S16, the
Also in the next control cycle, the
上述したように、吸着制御における目標供給量Qinjは、SCR触媒42においてNOxを選択還元するのに必要な尿素水の供給量である基準供給量Qbに、アンモニアの実吸着量Qaを増大させるための尿素水供給量を加えたものであるので、このようにしてステップS11,S12,S14乃至S16の処理が繰り返されることにより、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaが目標吸着量Qtに向けて徐々に増大していく。そして、実吸着量Qaが目標吸着量Qtに近づくのに従い、Qa/Qtが増大していくので、増量係数Kは段階的に小さい値に切り換えられ、アンモニアの実吸着量Qaを増大させるための尿素水供給量が増量係数の変化に応じて減少することにより、目標供給量Qinjも段階的に減少していく。
As described above, the target supply amount Qinj in the adsorption control is to increase the actual ammonia adsorption amount Qa to the reference supply amount Qb that is the supply amount of urea water necessary for the selective reduction of NOx in the
従って、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaが目標吸着量Qtに対して比較的少ない場合は、アンモニアの実吸着量Qaの増大を優先して比較的多めに尿素水が排気中に供給されるので、アンモニアの実吸着量Qaが迅速に増大し、SCR触媒42の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
一方、アンモニアの実吸着量Qaが比較的多く、目標吸着量Qtに近い場合は、SCR触媒42の排気浄化効率がある程度確保されているので、尿素水から生成される尿素固形物の堆積防止を優先して比較的少なめの尿素水が排気中に供給され、尿素固形物の堆積を良好に抑制することができる。即ち、このような吸着制御を実行することにより、尿素固形物の堆積を抑制しながら、実吸着量Qaを目標吸着量Qtに向けてできるだけ迅速に増大させ、SCR触媒42の良好な排気浄化効率を確保することが可能となる。
Therefore, when the actual adsorption amount Qa of ammonia in the
On the other hand, when the actual adsorption amount Qa of ammonia is relatively large and close to the target adsorption amount Qt, the exhaust purification efficiency of the
また、目標吸着量Qtは上限吸着量に基づき設定されるので、上限吸着量の変動に伴って目標吸着量Qtも変化する。従って、SCR触媒42の実吸着量Qaがこのように上限吸着量の変動に伴って変化する目標吸着量Qtに近づくように、ECU56が吸着制御を行うことにより、尿素固形物の堆積を抑制すると共にアンモニアスリップの発生を防止しながら、できるだけ多くのアンモニアをSCR触媒42に吸着させて、SCR触媒42の排気浄化効率を良好に維持することが可能となる。
Further, since the target adsorption amount Qt is set based on the upper limit adsorption amount, the target adsorption amount Qt also changes as the upper limit adsorption amount changes. Therefore, the
なお、ステップS14乃至S16の処理によりSCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaの増加が進んで目標吸着量Qtに達すると、ECU56はステップS12でQa/Qtが1以上であると判定して処理をステップS13に進め、前述したように尿素水の供給を停止するように尿素水インジェクタ46を制御する。従って、尿素水の過剰供給によるSCR触媒46からのアンモニアスリップの発生を確実に防止することができる。
When the actual adsorption amount Qa of ammonia in the
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば上記実施形態の吸着制御では、SCR触媒42におけるアンモニアの実吸着量Qaが目標吸着量Qtに近づくのに従い、段階的に増量係数KをK1からK2,K3へと切り換えて、尿素水の目標供給量Qinjを段階的に減少させるようにしたが、目標供給量Qinjの減少のさせ方はこれに限定されるものではない。即ち、例えば増量係数Kを連続的に減少させ、尿素水の目標供給量Qinjを連続的に減少させるようにしてもよい。この場合、例えば図8に示される目標吸着量Qtに対する実吸着量Qaの比Qa/Qtと増量係数Kとの関係を階段状とせずに、Qa/Qtに対して増量係数Kを直性的もしくは曲線的に変化させるようにしても良い。
Although the description of the exhaust emission control device according to one embodiment of the present invention is finished above, the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the adsorption control of the above embodiment, as the actual adsorption amount Qa of ammonia in the
或いは、増量係数Kを用いず、別の方法によって尿素水の目標供給量Qinjを減少させるようにしても良い。この場合にも、基準供給量Qb以上の供給量を目標供給量Qinjとし、基準供給量Qbからの増量分を、アンモニアの実吸着量Qaが目標吸着量Qtに近づくのに従い減少させるようにすればよい。
更に、上記実施形態のように尿素水の目標供給量Qinjを段階的に変化させる場合であっても、増量係数Kは上記実施形態のようにK1乃至K3の3つに限定されるものではなく、より多くの増量係数を定めて更に多段階に変化させても良いし、2つの増量係数のみを用いて2段階で変化させても良い。更に、上記実施形態で用いた増量係数Kの値は一例であって、必要に応じて様々に変更することが可能である。
Alternatively, the target supply amount Qinj of urea water may be reduced by another method without using the increase coefficient K. Also in this case, the supply amount equal to or higher than the reference supply amount Qb is set as the target supply amount Qinj, and the increase from the reference supply amount Qb is reduced as the actual adsorption amount Qa of ammonia approaches the target adsorption amount Qt. That's fine.
Further, even when the target supply amount Qinj of urea water is changed stepwise as in the above embodiment, the increase coefficient K is not limited to three of K1 to K3 as in the above embodiment. Further, more increase coefficients may be determined and changed in multiple stages, or only two increase coefficients may be used and changed in two stages. Furthermore, the value of the increase coefficient K used in the above embodiment is an example, and can be variously changed as necessary.
また、上記実施形態では、SCR触媒42の触媒温度Tcとして、第1排気温度センサ52及び第2排気温度センサ54がそれぞれ検出した、SCR触媒42の上流側及び下流側の排気温度の平均値を用いるようにしたが、触媒温度Tcの検出方法はこれに限定されるものではない。例えば、第1排気温度センサ52及び第2排気温度センサ54の両検出値のいずれか一方のみを用いて触媒温度Tcを求めても良いし、両検出値にそれぞれ重み付けをして触媒温度Tcを求めるようにしても良い。更に、エンジン1の運転状態を表すパラメータなどにより触媒温度Tcを推定するようにしても良い。
Further, in the above embodiment, the average values of the upstream and downstream exhaust temperatures of the
また、排気後処理装置28の構成は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、排気中に供給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用いるSCR触媒42を備えた排気後処理装置であれば本発明を適用可能である。
更に、上記実施形態では、エンジン1を4気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジン1の気筒数や形式は、これに限定されるものではない。
Further, the configuration of the
Furthermore, in the above embodiment, the
1 エンジン
40 パティキュレートフィルタ
42 SCR触媒(アンモニア選択還元型NOx触媒)
46 尿素水インジェクタ(尿素水供給手段)
56 ECU(制御手段)
1
46 Urea water injector (urea water supply means)
56 ECU (control means)
Claims (12)
上記アンモニア選択還元型NOx触媒の上流側で上記排気中に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
上記アンモニア選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの実際の吸着量である実吸着量が所定の目標吸着量となるように上記アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを吸着させながら、上記NOxの選択還元に必要なアンモニアが上記アンモニア選択還元型NOx触媒に供給されるように上記尿素水供給手段を制御するための吸着制御を実行する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記吸着制御を実行する際に、上記実吸着量が上記目標吸着量に向けて増大するのに従い、上記実吸着量を上記目標吸着量に向けて増大させるための上記排気中への尿素水の供給量が減少するように上記尿素水供給手段を制御することを特徴とする排気浄化装置。 An ammonia selective reduction type NOx catalyst that selectively reduces NOx in engine exhaust using ammonia as a reducing agent;
Urea water supply means for supplying urea water into the exhaust gas upstream of the ammonia selective reduction type NOx catalyst;
Necessary for selective reduction of NOx while adsorbing ammonia on the ammonia selective reduction type NOx catalyst so that the actual adsorption amount, which is the actual adsorption amount of ammonia in the ammonia selective reduction type NOx catalyst, becomes a predetermined target adsorption amount. Control means for performing adsorption control for controlling the urea water supply means so that fresh ammonia is supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst,
The control means, when executing the adsorption control, in the exhaust for increasing the actual adsorption amount toward the target adsorption amount as the actual adsorption amount increases toward the target adsorption amount. An exhaust emission control device, wherein the urea water supply means is controlled so that the amount of urea water supplied to the water decreases.
上記制御手段は、上記パティキュレートフィルタの強制再生が実行されているときに、上記エンジンが上記所定運転状態にあると判定することを特徴とする請求項5に記載の排気浄化装置。 The engine includes a particulate filter that collects particulates contained in the exhaust,
6. The exhaust emission control device according to claim 5, wherein the control means determines that the engine is in the predetermined operation state when forced regeneration of the particulate filter is being executed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008216656A JP2010053703A (en) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | Exhaust emission control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008216656A JP2010053703A (en) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | Exhaust emission control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010053703A true JP2010053703A (en) | 2010-03-11 |
Family
ID=42069893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008216656A Pending JP2010053703A (en) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | Exhaust emission control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010053703A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012047119A (en) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust emission control device of internal combustion engine |
JP2012050912A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | Denitration controller and denitration control method |
JP2012067667A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Toyota Motor Corp | Exhaust gas control apparatus and control method for the same |
WO2013190658A1 (en) | 2012-06-20 | 2013-12-27 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust purification system for internal combustion engine |
JP2014005741A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Toyota Motor Corp | Exhaust cleaning device of internal combustion engine |
JP2016089729A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | ヤンマー株式会社 | engine |
CN105804841A (en) * | 2014-09-17 | 2016-07-27 | 现代自动车株式会社 | Method of controlling ammonia amount absorbed in selective catalytic reduction catalyst and exhaust system using the same |
JP2017040226A (en) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
JP2018119458A (en) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 日野自動車株式会社 | Exhaust emission control device |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005226504A (en) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Hino Motors Ltd | Method for controlling exhaust emission control device |
-
2008
- 2008-08-26 JP JP2008216656A patent/JP2010053703A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005226504A (en) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Hino Motors Ltd | Method for controlling exhaust emission control device |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012047119A (en) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | Mitsubishi Motors Corp | Exhaust emission control device of internal combustion engine |
JP2012050912A (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Nippon Steel Engineering Co Ltd | Denitration controller and denitration control method |
US9297287B2 (en) | 2010-09-22 | 2016-03-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas control apparatus and control method for exhaust gas control apparatus |
CN103119260A (en) * | 2010-09-22 | 2013-05-22 | 丰田自动车株式会社 | Exhaust gas control apparatus and control method for exhaust gas control apparatus |
JP2012067667A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | Toyota Motor Corp | Exhaust gas control apparatus and control method for the same |
WO2013190658A1 (en) | 2012-06-20 | 2013-12-27 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust purification system for internal combustion engine |
US9593610B2 (en) | 2012-06-20 | 2017-03-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust gas purification system for internal combustion engine |
JP2014005741A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Toyota Motor Corp | Exhaust cleaning device of internal combustion engine |
CN105804841A (en) * | 2014-09-17 | 2016-07-27 | 现代自动车株式会社 | Method of controlling ammonia amount absorbed in selective catalytic reduction catalyst and exhaust system using the same |
US9494070B2 (en) | 2014-09-17 | 2016-11-15 | Hyundai Motor Company | Method of controlling ammonia amount absorbed in selective catalytic reduction catalyst and exhaust system using the same |
CN105804841B (en) * | 2014-09-17 | 2019-08-09 | 现代自动车株式会社 | Control is adsorbed on the method for ammonia amount and the exhaust system using this method in catalyst converter |
JP2016089729A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | ヤンマー株式会社 | engine |
JP2017040226A (en) * | 2015-08-21 | 2017-02-23 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
JP2018119458A (en) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 日野自動車株式会社 | Exhaust emission control device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5880731B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP4789242B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP5118331B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2010053703A (en) | Exhaust emission control device | |
JP5843699B2 (en) | Exhaust gas purification system for internal combustion engine | |
JP6187385B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP5054607B2 (en) | Exhaust purification device | |
US20100058741A1 (en) | Exhaust purification device of internal combustion engine | |
JP4986915B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP4986973B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP6358191B2 (en) | Control device for internal combustion engine | |
JP4592504B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP5159739B2 (en) | Engine exhaust purification system | |
JP5251711B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP4821737B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP2008157188A (en) | Emission purifying device | |
EP3073083B1 (en) | Exhaust gas control apparatus | |
JP4521824B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP2008138619A (en) | Exhaust emission control device of internal combustion engine | |
JP2010249076A (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP5570188B2 (en) | Engine exhaust purification system | |
JP6398402B2 (en) | Exhaust purification system | |
JP5249400B2 (en) | Exhaust purification device | |
JP4729990B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP2018145832A (en) | Exhaust emission control system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110329 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120319 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120411 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120515 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121010 |