JP2009133291A - Exhaust emission control device for internal combustion engine and its control method - Google Patents

Exhaust emission control device for internal combustion engine and its control method Download PDF

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JP2009133291A JP2007312017A JP2007312017A JP2009133291A JP 2009133291 A JP2009133291 A JP 2009133291A JP 2007312017 A JP2007312017 A JP 2007312017A JP 2007312017 A JP2007312017 A JP 2007312017A JP 2009133291 A JP2009133291 A JP 2009133291A
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Kenichi Tanioka
謙一 谷岡
Fumihiro Kuroki
史宏 黒木
Takeshi Miyamoto
武司 宮本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To quickly raise a temperature of a reduction catalyst and early start injection control of a reduction agent by switching a flowing direction of exhaust gas from a normal direction to a reverse direction, when the temperature of the exhaust gas is raised while the temperature of the reduction catalyst becomes less than a reference temperature and the injection control of the reduction agent is stopped. <P>SOLUTION: This exhaust emission control device includes exhaust gas flow path switch means for switching a flowing direction of exhaust gas to a normal direction directing to a reduction catalyst from a particulate filter or a reverse direction directing to the particulate filter from the reduction catalyst. The device includes a control device including a reduction agent injection control part for controlling injection of the reduction agent from a reduction agent supplying part while the temperature of the reduction catalyst is not less than a predetermined temperature, and a control part of the exhaust gas flow path switch means for controlling the exhaust gas flow path switch means so that the flowing direction of the exhaust gas becomes a reverse direction when the temperature of the reduction catalyst is less than a predetermined temperature and the temperature of the exhaust gas is determined as raising. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法に関するものである。特に、パティキュレートフィルタ及び還元触媒をともに備え、排気ガス中のパティキュレート及びNOXを浄化するための内燃機関の排気浄化装置及びその制御方法に関するものである。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine and a control method therefor. In particular, with both particulate filter and reduction catalyst, it relates to an exhaust purifying apparatus and a control method thereof for an internal combustion engine for purifying particulate matter and NO X in the exhaust gas.

ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、パティキュレートやNOX(窒素酸化物)等の汚染物質が含まれている。そのため、従来、内燃機関には排気ガスを浄化するための排気浄化装置が備えられている。 The exhaust gas discharged from diesel engines, contain contaminants such as particulates and NO X (nitrogen oxides). Therefore, conventionally, an internal combustion engine has been provided with an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas.

このうち、パティキュレートについては、パティキュレートフィルタを排気通路に配設し、通過する排気ガス中のパティキュレートを捕集するようにしている。
また、NOXについては、エンジンの排気通路に選択還元型の還元触媒(SCR触媒)を配設し、還元剤としてアンモニアを還元触媒に供給することにより、通過する排気ガス中のNOXを還元させて浄化するようにしたSCRシステムが知られている。このSCRシステムでは、尿素溶液が還元触媒の上流側に供給され、この尿素溶液が排気ガスの熱により熱分解されるとともに、触媒上でさらに加水分解されてアンモニアが生成され、一旦還元触媒に吸着される。そして、通過する排気ガス中のNOXとアンモニアとの間の脱硝反応が還元触媒によって促進されて、窒素や水、二酸化炭素等に効率的に分解されて放出されるものである。
Among these, for particulates, a particulate filter is disposed in the exhaust passage so as to collect particulates in the exhaust gas passing therethrough.
For NO x , a selective reduction type reduction catalyst (SCR catalyst) is provided in the exhaust passage of the engine, and ammonia is supplied to the reduction catalyst as a reducing agent, thereby reducing NO x in the exhaust gas passing therethrough. There is known an SCR system which is made to purify. In this SCR system, the urea solution is supplied to the upstream side of the reduction catalyst, and this urea solution is thermally decomposed by the heat of the exhaust gas and further hydrolyzed on the catalyst to produce ammonia, which is once adsorbed on the reduction catalyst. Is done. A denitration reaction between NO x and ammonia in the exhaust gas passing therethrough is promoted by the reduction catalyst, and is efficiently decomposed and released into nitrogen, water, carbon dioxide, and the like.

近年、排気ガスの浄化基準が高められていることもあり、これらのパティキュレートフィルタと還元触媒とを両方備え、排気ガス中のパティキュレート及びNOXをともに除去することを目的とした排気浄化装置の実用化が進められている(例えば、特許文献1及び2参照)。 Recently, sometimes it is enhanced purifying reference exhaust gas, includes both these particulate filter and reduction catalyst, the exhaust gas purifying device intended both to remove particulates and NO X in the exhaust gas Is being put to practical use (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2007−239486号公報 (図3)JP 2007-239486 A (FIG. 3) 特開2007−255285号公報 (図3)JP2007-255285A (FIG. 3)

ところで、パティキュレートフィルタは、捕集されたパティキュレートの量が多大になると排気ガスの圧力損失が大きくなって内燃機関等に不具合を生じさせるおそれがある。そのため、パティキュレートの捕集量が一定量を超えた場合には、パティキュレートを強制的に燃焼させるパティキュレートフィルタの強制再生が行われている。また、この強制再生以外にも、パティキュレートフィルタの上流側に酸化触媒を配設し、通常の運転状態において排気ガス中のNO(一酸化窒素)が酸化されて生成されるNO2(二酸化窒素)を利用して、パティキュレートフィルタに捕集されたパティキュレートを酸化(燃焼)させる、連続再生が行われている。 By the way, in the particulate filter, when the amount of the collected particulates becomes large, the pressure loss of the exhaust gas becomes large, which may cause a problem in the internal combustion engine or the like. Therefore, when the collected amount of particulates exceeds a certain amount, forced regeneration of the particulate filter that forcibly burns the particulates is performed. In addition to this forced regeneration, an oxidation catalyst is disposed upstream of the particulate filter, and NO 2 (nitrogen dioxide) produced by oxidizing NO (nitrogen monoxide) in the exhaust gas in a normal operation state. ) Is used to oxidize (burn) the particulates collected by the particulate filter, and continuous regeneration is performed.

特許文献1及び2に例示されるような、パティキュレートフィルタ及び還元触媒をともに備えた排気浄化装置では、上述のように排気ガス中のNO2を利用してパティキュレートフィルタの連続再生を実行するためには、上流側から酸化触媒、パティキュレートフィルタ、還元触媒の順に配置される必要がある。すなわち、還元触媒をパティキュレートフィルタの上流側に配置した場合には、排気ガス中のNO2が還元触媒で還元されてしまうからである。 In the exhaust gas purification apparatus provided with both the particulate filter and the reduction catalyst as exemplified in Patent Documents 1 and 2, the particulate filter is continuously regenerated using NO 2 in the exhaust gas as described above. For this purpose, it is necessary to arrange the oxidation catalyst, the particulate filter, and the reduction catalyst in this order from the upstream side. That is, when the reduction catalyst is arranged on the upstream side of the particulate filter, NO 2 in the exhaust gas is reduced by the reduction catalyst.

一方、SCRシステムは、内燃機関の始動時やアイドリング運転状態等、排気ガスの温度が低く還元触媒の温度が低いときには、尿素溶液を噴射してもアンモニアの生成効率が低いため、NOXの還元効率が低下するとともに尿素溶液が排気通路内に付着してしまうおそれがある。そのため、SCRシステムでは、還元触媒の温度が基準温度以上の場合にのみ尿素溶液の噴射制御を行うようになっている。
ところが、SCRシステムに用いられる還元触媒は、低温になるほどアンモニアの飽和吸着量が大きくなるという特性を有している一方、尿素溶液からアンモニアを生成するためには120〜140℃程度の温度が必要なため、低温では十分な量のアンモニアが得られなくなる。そのため、還元触媒の温度が低下して尿素溶液の噴射を停止させた場合には、アンモニアの吸着率が低下する一方になってNOXの還元効率が低下しやすくなっている。したがって、内燃機関の始動後に排気ガスの温度が上昇してきた場合や、アイドリング運転後に再び通常運転状態に戻される場合等においては、早期に還元触媒の温度を上昇させて尿素溶液の噴射を可能にし、還元触媒におけるNOXの還元効率を上昇させることが望まれる。
On the other hand, SCR system startup and idling of the internal combustion engine, when the temperature temperature is lower reduction catalyst in the exhaust gas is low, because of low production efficiency of the ammonia be injected urea solution, reduction of the NO X The efficiency may decrease and the urea solution may adhere to the exhaust passage. Therefore, in the SCR system, the urea solution injection control is performed only when the temperature of the reduction catalyst is equal to or higher than the reference temperature.
However, the reduction catalyst used in the SCR system has a characteristic that the amount of saturated adsorption of ammonia increases as the temperature decreases, while a temperature of about 120 to 140 ° C. is required to generate ammonia from the urea solution. Therefore, a sufficient amount of ammonia cannot be obtained at low temperatures. Therefore, when the temperature of the reduction catalyst is lowered and the urea solution injection is stopped, the ammonia adsorption rate is reduced and the NO x reduction efficiency is easily lowered. Therefore, when the temperature of the exhaust gas rises after starting the internal combustion engine, or when the exhaust gas temperature is returned to the normal operation state after the idling operation, the temperature of the reduction catalyst is raised early so that the urea solution can be injected. It is desirable to increase the NO x reduction efficiency in the reduction catalyst.

しかしながら、特許文献1及び2に記載されたような、還元触媒の上流側にパティキュレートフィルタが配設された排気浄化装置では、排気ガスの温度が上昇し始めた場合であっても、下流側の還元触媒に到達する前に、まず上流側のパティキュレートフィルタに熱を奪われるようになっている。そのため、還元触媒の温度が上昇して還元剤の噴射制御が行われる基準温度以上に到達するまでに時間がかかってしまい、NOXの効率的な還元反応が再開されるまでにかなりの時間がかかってしまう。 However, in the exhaust gas purification apparatus in which the particulate filter is arranged on the upstream side of the reduction catalyst as described in Patent Documents 1 and 2, even if the temperature of the exhaust gas starts to rise, the downstream side Before reaching the reduction catalyst, heat is first taken away by the upstream particulate filter. Therefore, it takes time until the temperature of the reduction catalyst rises and reaches the reference temperature or higher at which the reducing agent injection control is performed, and a considerable amount of time is required until the efficient reduction reaction of NO x is resumed. It will take.

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、排気ガスの流れ方向を正方向又は逆方向に切り換える手段を設け、還元剤の噴射制御が停止している状態において排気ガスの温度が上昇し始めたときに排気ガスの流れ方向を逆方向に切り換えることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明の目的は、還元触媒の温度が基準温度未満となって還元剤の噴射制御が停止している状態で、排気ガスの温度が上昇する場合には、排気ガスの流れ方向を正方向から逆方向に切換え、還元触媒の温度を速やかに上昇させ、還元剤の噴射制御を早期に開始させることができる内燃機関の排気浄化装置及び内燃機関の排気浄化装置の制御方法を提供することである。   Therefore, the inventors of the present invention have made diligent efforts to provide means for switching the flow direction of the exhaust gas to the forward direction or the reverse direction, and the temperature of the exhaust gas starts to rise in a state where the injection control of the reducing agent is stopped. The present inventors have found that such a problem can be solved by switching the flow direction of the exhaust gas in the reverse direction. That is, the object of the present invention is to correct the flow direction of the exhaust gas when the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature and the injection control of the reducing agent is stopped and the exhaust gas temperature rises. To provide an exhaust purification device for an internal combustion engine and a control method for the exhaust purification device for an internal combustion engine capable of switching from the direction to the reverse direction, quickly increasing the temperature of the reduction catalyst, and starting the injection control of the reducing agent at an early stage It is.

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配設された還元触媒と、還元触媒よりも排気上流側に設けられ排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、還元剤供給部よりも排気上流側で排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、排気ガスの流れ方向を、パティキュレートフィルタから還元触媒へと向かう正方向、又は還元触媒からパティキュレートフィルタへと向かう逆方向に切り換えるための排気ガス流路切換手段を備えるとともに、還元触媒の温度を検出する触媒温度検出部と、還元触媒の温度が所定温度以上の状態で、還元剤供給部からの還元剤の噴射制御を行う還元剤噴射制御部と、排気ガスの温度を検出する排気温度検出部と、還元触媒の温度が所定温度未満のときに、排気ガスの温度が上昇するか否かを判定する排気ガス温度上昇判定部と、排気ガス温度上昇判定部で排気ガスの温度が上昇すると判定された場合に、排気ガスの流れ方向が逆方向となるように排気ガス流路切換手段を制御する排気ガス流路切換手段の制御部と、を含む制御装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。   According to the present invention, the reduction catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, the reducing agent supply unit that is provided upstream of the reduction catalyst and supplies the reducing agent into the exhaust passage, and the reducing agent supply unit And a particulate filter disposed in the exhaust passage on the exhaust upstream side, and an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the exhaust gas flows in a forward direction from the particulate filter toward the reduction catalyst, or In addition to the exhaust gas flow path switching means for switching in the reverse direction from the reduction catalyst to the particulate filter, the catalyst temperature detection unit for detecting the temperature of the reduction catalyst, and the temperature of the reduction catalyst is a predetermined temperature or higher, A reducing agent injection control unit that controls the injection of reducing agent from the reducing agent supply unit, an exhaust temperature detection unit that detects the temperature of the exhaust gas, and an exhaust gas when the temperature of the reduction catalyst is less than a predetermined temperature. When the exhaust gas temperature rise determination unit for determining whether the temperature of the exhaust gas rises and the exhaust gas temperature rise determination unit determine that the temperature of the exhaust gas rises, the flow direction of the exhaust gas is reversed. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, characterized by comprising a control device including an exhaust gas flow path switching means control unit for controlling the exhaust gas flow path switching means, and to solve the above-described problems Can do.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、排気通路は、パティキュレートフィルタの上流側に設けられ、還元触媒の下流側と連通する第1の分岐部と、第1の分岐部と還元触媒との間に設けられ、正方向に流れる排気ガスをさらに下流側に流す第2の分岐部と、第1の分岐部とパティキュレートフィルタとの間に設けられ、逆方向に流れる排気ガスをさらに下流側に流す第3の分岐部と、を備えるとともに、排気ガス流路切換手段は、第1の分岐部、第2の分岐部及び第3の分岐部に備えられた流路切換弁からなることが好ましい。   In configuring the exhaust emission control device of the present invention, the exhaust passage is provided on the upstream side of the particulate filter, and communicates with the downstream side of the reduction catalyst, the first branch portion, and the reduction catalyst. Between the first branch portion and the particulate filter, the exhaust gas flowing in the opposite direction is further passed The exhaust gas flow path switching means comprises a flow path switching valve provided in the first branch section, the second branch section, and the third branch section. It is preferable.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、パティキュレートフィルタと還元触媒との間で排気通路を折り返し、パティキュレートフィルタと還元触媒とを近接させることが好ましい。   In configuring the exhaust emission control device of the present invention, it is preferable that the exhaust passage is folded back between the particulate filter and the reduction catalyst so that the particulate filter and the reduction catalyst are brought close to each other.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、第3の分岐部とパティキュレートフィルタとの間、及び第2の分岐部と還元触媒との間に、それぞれ酸化触媒を備えること
が好ましい。
In configuring the exhaust emission control device of the present invention, it is preferable that an oxidation catalyst is provided between the third branch portion and the particulate filter and between the second branch portion and the reduction catalyst.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、第1の分岐部の上流側に酸化触媒を備えることが好ましい。   In configuring the exhaust emission control device of the present invention, it is preferable to provide an oxidation catalyst upstream of the first branch portion.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、排気ガス温度上昇判定部は、排気ガスの温度が所定時間以上継続して上昇するかを判定することが好ましい。   In configuring the exhaust emission control device of the present invention, it is preferable that the exhaust gas temperature rise determination unit determine whether the temperature of the exhaust gas continuously rises for a predetermined time or more.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、排気ガス温度上昇判定部は、排気ガスの温度が上昇して基準温度を超えるか否かを判定することが好ましい。   Further, in configuring the exhaust emission control device of the present invention, it is preferable that the exhaust gas temperature increase determination unit determines whether or not the temperature of the exhaust gas increases and exceeds the reference temperature.

また、本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路に配設された還元触媒と、還元触媒よりも排気上流側に設けられ排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、還元剤供給部よりも排気上流側で排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、を備えた内燃機関の排気浄化装置の制御方法であって、
排気浄化装置は、排気ガスの流れ方向を、パティキュレートフィルタから還元触媒へと向かう正方向、又は還元触媒からパティキュレートフィルタへと向かう逆方向に切り換えるための排気ガス流路切換手段を備えるとともに、還元触媒の温度が所定温度以上の状態で、還元剤供給部からの還元剤の噴射制御を行うようになっており、
還元触媒の温度が所定温度未満であり、還元剤の噴射制御が停止している状態で、排気ガスの温度が上昇するか否かを判定し、排気ガスの温度が上昇すると判定された場合に、排気ガスの流れ方向が逆方向となるように排気ガス流路切換手段を制御する内燃機関の排気浄化装置の制御方法である。
According to another aspect of the present invention, there is provided a reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, a reducing agent supply unit that is provided upstream of the reduction catalyst and supplies a reducing agent into the exhaust passage, And a particulate filter disposed in the exhaust passage upstream of the agent supply unit, and a control method for an exhaust gas purification device for an internal combustion engine comprising:
The exhaust purification device includes an exhaust gas flow switching means for switching the flow direction of the exhaust gas to the forward direction from the particulate filter to the reduction catalyst, or to the reverse direction from the reduction catalyst to the particulate filter, In a state where the temperature of the reduction catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature, the injection of the reducing agent from the reducing agent supply unit is controlled.
When the temperature of the reduction catalyst is lower than the predetermined temperature and the injection control of the reducing agent is stopped, it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas is increased, and when it is determined that the temperature of the exhaust gas is increased This is a control method for an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that controls the exhaust gas flow path switching means so that the flow direction of the exhaust gas is opposite.

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガス流路切換手段及びその制御部を備えていることにより、排気ガス温度上昇判定手段によって排気ガスの温度が上昇すると判定された際に、排気ガスがパティキュレートフィルタよりも先に還元触媒を通過するように排気ガスの流路が切り換えられる。したがって、内燃機関から排出された排気ガスの熱量をパティキュレートフィルタに奪われることなく還元触媒を効率的に昇温させることができる。その結果、排気ガスの流路を正方向に戻し、還元剤の噴射制御を開始するまでの時間が大幅に短縮され、還元触媒のアンモニアの吸着率が速やかに上昇し、NOXの効率的な還元反応が早期に開始される。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, when the exhaust gas flow rate switching means and the control unit thereof are provided, when the exhaust gas temperature rise determination means determines that the temperature of the exhaust gas rises, The flow path of the exhaust gas is switched so that the exhaust gas passes through the reduction catalyst before the particulate filter. Therefore, it is possible to efficiently raise the temperature of the reduction catalyst without taking the amount of heat of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine by the particulate filter. As a result, the time taken to return the exhaust gas flow path to the positive direction and start the injection control of the reducing agent is greatly shortened, the ammonia adsorption rate of the reduction catalyst increases rapidly, and the NO x efficiency increases. The reduction reaction starts early.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、排気通路の構成を複数の分岐部を有する構成とするとともに、それぞれの分岐部に流路切り換え弁を備えることにより、排気ガスの流路を正方向又は逆方向に容易に切り換えることができる。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust passage is configured to have a plurality of branch portions, and a flow path switching valve is provided at each branch portion, so that the flow path of the exhaust gas is corrected. It can be easily switched in the direction or the reverse direction.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタと還元触媒との間で排気通路を折り返し、パティキュレートフィルタと還元触媒とを近接させることにより、排気浄化装置の保温性が高められ、還元触媒の温度を低下しにくくすることができる。   Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the heat retention of the exhaust gas purification apparatus can be improved by folding the exhaust passage between the particulate filter and the reduction catalyst and bringing the particulate filter and the reduction catalyst close to each other. The temperature of the reduction catalyst can be made difficult to decrease.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、第3の分岐部とパティキュレートフィルタとの間に酸化触媒を備えることにより、排気ガスが正方向に流れる際には、酸化触媒によってHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)を酸化させ、パティキュレートフィルタの連続再生の実施及び還元触媒での還元効率の向上を可能にすることができる。また、排気浄化装置が、第2の分岐部と還元触媒との間に酸化触媒を備えることにより、NOXの還元に用いられなかったアンモニアを酸化触媒によって分解し、大気中へのアンモニアの放出を防ぐことができる。
また、排気ガスが逆方向に流れる際には、第2の分岐部と還元触媒との間の酸化触媒によるHCやCOの酸化作用により、排気ガスの温度がさらに上昇させられて還元触媒に流入するため、還元触媒の加熱効率が向上され、還元剤の噴射制御の開始までの時間を大幅に短縮させることができる。
Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, by providing an oxidation catalyst between the third branch portion and the particulate filter, when the exhaust gas flows in the positive direction, HC (carbonization) is caused by the oxidation catalyst. Hydrogen) and CO (carbon monoxide) can be oxidized to enable continuous regeneration of the particulate filter and improvement of reduction efficiency with the reduction catalyst. An exhaust purification device, by providing the oxidation catalyst between the reduction catalyst second branch portion, to decompose the ammonia that has not been used in the reduction of the NO X by the oxidation catalyst, the release of ammonia into the atmosphere Can be prevented.
Further, when the exhaust gas flows in the opposite direction, the temperature of the exhaust gas is further raised by the oxidation action of HC and CO by the oxidation catalyst between the second branch part and the reduction catalyst and flows into the reduction catalyst. Therefore, the heating efficiency of the reduction catalyst is improved, and the time until the start of the injection control of the reducing agent can be greatly shortened.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、第1の分岐部の上流側の排気通路に酸化触媒を備えることにより、排気ガスが正方向又は逆方向いずれの方向に流れる場合であっても、排気ガスを、酸化触媒を通過させた後、パティキュレートフィルタ又は還元触媒に流入させることができる。したがって、一つの酸化触媒によって、パティキュレータの連続再生や還元触媒の効率的な昇温等を実現することができる。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust gas may flow in either the forward direction or the reverse direction by providing an oxidation catalyst in the exhaust passage upstream of the first branch portion. The exhaust gas can pass through the oxidation catalyst and then flow into the particulate filter or the reduction catalyst. Therefore, with one oxidation catalyst, it is possible to realize continuous regeneration of the particulater, efficient temperature increase of the reduction catalyst, and the like.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス温度上昇判定部が、排気ガスの温度が所定時間以上継続して上昇するか否かを判定することにより、排気ガスの温度が一時的に上昇しその後再び下降するような場合に排気ガスの流路が逆方向に切り換えられることを防ぐことができる。   Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the exhaust gas temperature rise determination unit determines whether or not the exhaust gas temperature continuously rises for a predetermined time or longer, whereby the temperature of the exhaust gas is temporarily increased. It is possible to prevent the flow path of the exhaust gas from being switched in the reverse direction when it rises and then falls again.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、排気ガス温度上昇判定部が、排気ガスの温度が上昇して基準温度を超えるか否かを判定することにより、還元触媒の温度が、還元剤の噴射制御が行われる温度に到達しないような場合に排気ガスの流路が逆方向に切り換えられることを防ぐことができる。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust gas temperature increase determination unit determines whether or not the temperature of the exhaust gas rises and exceeds a reference temperature, whereby the temperature of the reduction catalyst is reduced. When the temperature at which the injection control is performed is not reached, it is possible to prevent the flow path of the exhaust gas from being switched in the reverse direction.

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置の制御方法によれば、排気ガス温度上昇判定手段によって排気ガスの温度が上昇すると判定された際に、排気ガスがパティキュレートフィルタよりも先に還元触媒を通過するように排気ガスの流路を切り換えることにより、内燃機関から排出された排気ガスの熱量によって還元触媒を効率的に昇温させることができる。したがって、排気ガスの流れ方向を正方向に戻し、還元剤の噴射制御を開始するまでの時間が大幅に短縮され、アンモニアの吸着率を速やかに上昇させることができる。その結果、NOXの効率的な還元反応が早期に開始され、排気ガスの浄化効率を高めることができる。 Further, according to the control method for the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, when the exhaust gas temperature increase determining means determines that the temperature of the exhaust gas increases, the exhaust gas is reduced before the particulate filter. By switching the flow path of the exhaust gas so as to pass through, the temperature of the reduction catalyst can be efficiently raised by the amount of heat of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. Therefore, the time from returning the exhaust gas flow direction to the positive direction and starting the injection control of the reducing agent is greatly shortened, and the ammonia adsorption rate can be quickly increased. As a result, an efficient reduction reaction of NO x is started at an early stage, and the exhaust gas purification efficiency can be increased.

以下、図面を参照して、本発明の内燃機関の排気浄化装置及び内燃機関の排気浄化装置の制御方法に関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments relating to an exhaust purification device for an internal combustion engine and a control method for the exhaust purification device for an internal combustion engine according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. However, this embodiment shows one aspect of the present invention and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.
In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same member, and description is abbreviate | omitted suitably.

1.内燃機関の排気浄化装置
図1は、本実施形態にかかる内燃機関の排気浄化装置(以下、単に「排気浄化装置」と称する。)の構成の概略を示す図である。
図1に示す排気浄化装置10は、内燃機関11の排気系に接続され、パティキュレートフィルタ20によってパティキュレートを捕集するとともに、還元剤として尿素水溶液を用いて、還元触媒21でNOXを選択的に還元する排気浄化装置10である。この排気浄化装置10は、第1の酸化触媒19と、パティキュレートフィルタ20と、還元触媒21と、第2の酸化触媒22と、還元触媒21の上流側で排気通路中に還元剤を噴射するための還元剤噴射弁(還元剤供給装置)35とが備えられている。また、還元触媒21の上流側には上流側NOXセンサ33及び第1の温度センサ31が配置され、還元触媒21の下流側には第2の温度センサ32が配置され、第2の酸化触媒22の下流側には下流側NOXセンサ34が配置されている。さらに、内燃機関11に接続された排気通路12においても第3の温度センサ30が配置されている。
1. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as “exhaust gas purification device”) according to the present embodiment.
An exhaust purification device 10 shown in FIG. 1 is connected to an exhaust system of an internal combustion engine 11, collects particulates by a particulate filter 20, and selects NO x by a reduction catalyst 21 using a urea aqueous solution as a reducing agent. This is an exhaust purification device 10 that reduces automatically. The exhaust purification device 10 injects a reducing agent into the exhaust passage upstream of the first oxidation catalyst 19, the particulate filter 20, the reduction catalyst 21, the second oxidation catalyst 22, and the reduction catalyst 21. And a reducing agent injection valve (reducing agent supply device) 35 for this purpose. An upstream NO x sensor 33 and a first temperature sensor 31 are disposed upstream of the reduction catalyst 21, and a second temperature sensor 32 is disposed downstream of the reduction catalyst 21, and the second oxidation catalyst. A downstream side NO X sensor 34 is disposed downstream of 22. Further, the third temperature sensor 30 is also disposed in the exhaust passage 12 connected to the internal combustion engine 11.

また、排気浄化装置10は、還元剤噴射弁35を介して排気通路中に噴射供給する還元剤の量を制御するための制御装置(以下、「DCU:Dosing Control Unit」と称する。)29を備えている。このDCU29は、排気浄化装置10に備えられたあらゆるセンサ等の情報が入力されるようになっているだけでなく、内燃機関の運転状態を制御するためのコントロールユニット(以下、「ECU:Engine Control Unit」と称する場合がある。)13と接続され、燃料噴射量や噴射タイミング、回転数等をはじめとする内燃機関11の運転状態に関する情報が入力されるようになっている。そして、DCU29は、後述するように、入力される様々な信号をもとにして、還元剤噴射弁35を含む還元剤供給装置(図示せず)の駆動制御を行うようになっている。
なお、本実施形態では、ECU13とDCU29とが別のコントロールユニットからなり、互いに情報のやり取りができるようにされているが、これらのECU13とDCU29とが一つのコントロールユニットとして構成されていても構わない。
The exhaust emission control device 10 also has a control device (hereinafter referred to as “DCU: Dosing Control Unit”) 29 for controlling the amount of reducing agent injected and supplied into the exhaust passage via the reducing agent injection valve 35. I have. The DCU 29 not only receives information from various sensors and the like provided in the exhaust emission control device 10 but also a control unit (hereinafter referred to as “ECU: Engine Control”) for controlling the operating state of the internal combustion engine. It is sometimes referred to as “Unit”.) 13 is connected, and information regarding the operating state of the internal combustion engine 11 including the fuel injection amount, the injection timing, the rotational speed, and the like is input. As will be described later, the DCU 29 performs drive control of a reducing agent supply device (not shown) including the reducing agent injection valve 35 based on various signals that are input.
In the present embodiment, the ECU 13 and the DCU 29 are composed of separate control units so that information can be exchanged between them. However, the ECU 13 and the DCU 29 may be configured as a single control unit. Absent.

図1において、内燃機関11には、内燃機関11から排出される排気ガスが流通する排気通路12が接続されており、この排気通路12は下流側にてマフラー(図示せず)に接続されている。排気ガスを排出する内燃機関11としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、現状においてパティキュレートやNOXの浄化が課題とされるディーゼルエンジンを対象とすることが適している。また、内燃機関11の回転数や燃料噴射量、燃料噴射タイミング等の内燃機関の運転状態がECU13によって検出されるようになっている。 In FIG. 1, an exhaust passage 12 through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 flows is connected to the internal combustion engine 11, and this exhaust passage 12 is connected to a muffler (not shown) on the downstream side. Yes. As the internal combustion engine 11 that exhausts exhaust gas, a diesel engine or a gasoline engine is typical, but it is suitable to target a diesel engine in which purification of particulates or NO x is currently a problem. Further, the ECU 13 detects the operating state of the internal combustion engine such as the rotational speed of the internal combustion engine 11, the fuel injection amount, and the fuel injection timing.

また、内燃機関11に接続された排気通路12は、第1の分岐部14において上流側排気通路16と下流側排気通路17とに分岐している。このうち、上流側排気通路16には、第1の酸化触媒19及びパティキュレートフィルタ20が配設され、下流側排気通路17には、還元触媒21及び第2の酸化触媒22が配設されている。そして、この上流側排気通路16及び下流側排気通路17は途中折り返されて連通するとともに、上流側排気通路16と下流側排気通路17とが互いに接しており、上流側排気通路16に配設されたパティキュレートフィルタ20と、下流側排気通路17に配設された還元触媒21とが、近接して配置されている。このように、上流側排気通路16及び下流側排気通路17が折り返され互いに接していることにより、排気浄化装置10がコンパクト化されている。また、排気浄化装置10がコンパクト化され、パティキュレートフィルタ20及び還元触媒21が近接配置されることにより、排気熱が外部に放熱されることが軽減され、保温性が高められている。   Further, the exhaust passage 12 connected to the internal combustion engine 11 branches into an upstream exhaust passage 16 and a downstream exhaust passage 17 at the first branch portion 14. Among these, the upstream side exhaust passage 16 is provided with a first oxidation catalyst 19 and a particulate filter 20, and the downstream side exhaust passage 17 is provided with a reduction catalyst 21 and a second oxidation catalyst 22. Yes. The upstream exhaust passage 16 and the downstream exhaust passage 17 are folded back and communicated with each other, and the upstream exhaust passage 16 and the downstream exhaust passage 17 are in contact with each other, and are disposed in the upstream exhaust passage 16. Further, the particulate filter 20 and the reduction catalyst 21 disposed in the downstream side exhaust passage 17 are disposed close to each other. Thus, the exhaust gas purification device 10 is made compact by the upstream exhaust passage 16 and the downstream exhaust passage 17 being folded back and in contact with each other. Further, the exhaust emission control device 10 is made compact, and the particulate filter 20 and the reduction catalyst 21 are arranged close to each other, so that the exhaust heat is radiated to the outside and the heat retention is improved.

また、この上流側排気通路16と下流側排気通路17とが分岐する第1の分岐部14には、内燃機関11から流れてくる排気ガスの流れを、上流側排気通路16側又は下流側排気通路17側に切り換えるための、第1の流路切換弁23及び第2の流路切換弁24が備えられている。通常の運転状態においては、第2の流路切換弁24が閉じられる一方、第1の流路切換弁23が開かれており、排気ガスが上流側排気通路16側に流されるようになっている。
なお、本実施形態の排気浄化装置10の例では、第1の分岐部14に2つの流路切換弁を備えた構成となっているが、弁の構成によっては、1つの流路切換弁によって流路を切り換えるように構成することもできる。
Further, in the first branch portion 14 where the upstream exhaust passage 16 and the downstream exhaust passage 17 branch, the flow of the exhaust gas flowing from the internal combustion engine 11 is sent to the upstream exhaust passage 16 side or the downstream exhaust passage. A first flow path switching valve 23 and a second flow path switching valve 24 for switching to the passage 17 side are provided. In a normal operation state, the second flow path switching valve 24 is closed, while the first flow path switching valve 23 is opened so that the exhaust gas flows to the upstream exhaust passage 16 side. Yes.
In addition, in the example of the exhaust gas purification apparatus 10 of the present embodiment, the first branch portion 14 has two flow path switching valves. However, depending on the configuration of the valve, one flow path switching valve may be used. It can also be configured to switch the flow path.

また、下流側排気通路17における第2の流路切換弁24と第2の酸化触媒22との間には第2の分岐部15が設けられ、当該第2の分岐部15には正方向排出路26が接続されている。この正方向排出路26には第3の流路切換弁27が備えられ、正方向排出路26への排気ガスの流入の可否を切り換えるようになっている。
同様に、上流側排気通路16における第1の流路切換弁23と第1の酸化触媒19との間には第3の分岐部18が設けられ、当該第3の分岐部18には逆方向排出路25が接続されている。この逆方向排出路25には第4の流路切換弁28が備えられ、逆方向排出路25への排気ガスの流入の可否を切り換えるようになっている。
Further, a second branch portion 15 is provided between the second flow path switching valve 24 and the second oxidation catalyst 22 in the downstream side exhaust passage 17, and the second branch portion 15 is discharged in the forward direction. A path 26 is connected. The forward discharge path 26 is provided with a third flow path switching valve 27 for switching whether or not exhaust gas can flow into the forward discharge path 26.
Similarly, a third branch portion 18 is provided between the first flow path switching valve 23 and the first oxidation catalyst 19 in the upstream exhaust passage 16, and the third branch portion 18 has a reverse direction. A discharge path 25 is connected. The reverse direction discharge path 25 is provided with a fourth flow path switching valve 28 for switching whether or not exhaust gas can flow into the reverse direction discharge path 25.

このように、本実施形態の排気浄化装置10には、排気ガス流路切換手段として第1〜第4の流路切換弁23、24、27、28が備えられており、後述するDCU29に設けられた排気ガス流路切換手段の制御部によって、各弁の開閉制御が行われるようになっている。
例えば、内燃機関が通常の運転状態にあり、排気ガスの流れ方向を正方向にする場合には、図2(a)に示すように、第1の流路切換弁23及び第3の流路切換弁27が開かれる一方、第2の流路切換弁24及び第4の流路切換弁28が閉じられる。この場合には、内燃機関11から排出された排気ガスは、第1の酸化触媒19、パティキュレートフィルタ20、還元触媒21、第2の酸化触媒22の順に通過し、正方向排出路26に流される。
また、排気ガスの流れ方向を逆方向にする場合には、図2(b)に示すように、第2の流路切換弁24及び第4の流路切換弁28が開かれる一方、第1の流路切換弁23及び第3の流路切換弁27が閉じられる。この場合には、内燃機関11から排出された排気ガスは、第2の酸化触媒22、還元触媒21、パティキュレートフィルタ20、第1の酸化触媒19の順に通過し、逆方向排出路25に流される。
As described above, the exhaust gas purification apparatus 10 of the present embodiment includes the first to fourth flow path switching valves 23, 24, 27, and 28 as exhaust gas flow path switching means, and is provided in the DCU 29 described later. The opening / closing control of each valve is performed by the controller of the exhaust gas flow path switching means.
For example, when the internal combustion engine is in a normal operation state and the exhaust gas flow direction is set to the positive direction, as shown in FIG. 2A, the first flow path switching valve 23 and the third flow path While the switching valve 27 is opened, the second flow path switching valve 24 and the fourth flow path switching valve 28 are closed. In this case, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 passes through the first oxidation catalyst 19, the particulate filter 20, the reduction catalyst 21, and the second oxidation catalyst 22 in this order, and flows into the forward discharge path 26. It is.
When the exhaust gas flow direction is reversed, the second flow path switching valve 24 and the fourth flow path switching valve 28 are opened, as shown in FIG. The flow path switching valve 23 and the third flow path switching valve 27 are closed. In this case, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 passes through the second oxidation catalyst 22, the reduction catalyst 21, the particulate filter 20, and the first oxidation catalyst 19 in this order, and then flows into the reverse discharge path 25. It is.

また、図1に示す排気浄化装置10において、上流側排気通路16に配設されたパティキュレートフィルタ20は、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するためのものであり、第1の酸化触媒19の下流側に配設されている。
また、第1の酸化触媒19は、主として、排気ガスが正方向に流される状態において排気ガス中のNOを酸化してNOを生成するとともに、HCやCOを酸化するために用いられる。生成されたNO2は、パティキュレートフィルタ20に捕集されたパティキュレートを酸化(燃焼)させ、パティキュレートフィルタ20の連続再生に用いられる。また、パティキュレートの酸化に用いられなかったNO2とNOとの比率によって、還元触媒21におけるNOXの還元速度が最適化されるようにもなっている。
これらの第1の酸化触媒19及びパティキュレートフィルタ20については、それぞれ公知のものを使用することができる。
Further, in the exhaust gas purification apparatus 10 shown in FIG. 1, the particulate filter 20 disposed in the upstream side exhaust passage 16 is for collecting particulates contained in the exhaust gas, and is used for the first oxidation. It is disposed downstream of the catalyst 19.
The first oxidation catalyst 19 is mainly used for oxidizing NO in the exhaust gas to generate NO 2 and oxidizing HC and CO in a state where the exhaust gas flows in the forward direction. The generated NO 2 oxidizes (combusts) the particulates collected by the particulate filter 20 and is used for continuous regeneration of the particulate filter 20. In addition, the reduction rate of NO x in the reduction catalyst 21 is optimized by the ratio of NO 2 and NO not used for particulate oxidation.
As the first oxidation catalyst 19 and the particulate filter 20, known ones can be used.

また、下流側排気通路17に配設された還元触媒21は、排気ガスが正方向に流される状態において、還元剤を用いて排気ガス中に含まれるNOXを還元浄化するために用いられる。本実施形態の排気浄化装置10に備えられた還元触媒21は、還元剤噴射弁35から噴射供給される還元剤が分解して生成されるアンモニアを吸着し、流入してくる排気ガス中に含まれるNOXを選択的に還元する機能を持った触媒である。使用できる還元触媒21としては、アンモニアを吸着する機能を備えているものであれば特に制限されるものではなく、例えば、ゼオライト系の材料で構成された触媒を用いることができる。 Further, the reduction catalyst 21 disposed in the downstream side exhaust passage 17 is used for reducing and purifying NO x contained in the exhaust gas using a reducing agent in a state where the exhaust gas flows in the forward direction. The reduction catalyst 21 provided in the exhaust purification apparatus 10 of the present embodiment adsorbs ammonia generated by decomposition of the reducing agent injected and supplied from the reducing agent injection valve 35 and is included in the inflowing exhaust gas. the are NO X is a catalyst having a function of selectively reducing. The reduction catalyst 21 that can be used is not particularly limited as long as it has a function of adsorbing ammonia. For example, a catalyst made of a zeolite-based material can be used.

図3及び図4は、このようなアンモニア吸着機能を有する還元触媒の特性を示す図である。
図3は、アンモニア吸着機能を有する還元触媒の温度とアンモニアの飽和吸着量との関係を示す飽和吸着量曲線を示している。図3中の実線Aが飽和吸着量曲線を示しており、還元触媒の温度と飽和吸着量とが反比例の関係にあり、高温になるにつれて飽和吸着量が減少する特性を有していることが理解される。
また、図4は、アンモニア吸着機能を有する還元触媒における、飽和吸着量に対するアンモニアの実際の吸着率とNOXの還元効率との関係を示しており、アンモニアの吸着率が高くなるにつれてNOXの還元効率が良好になる特性を有していることが理解される。
3 and 4 are diagrams showing the characteristics of such a reduction catalyst having an ammonia adsorption function.
FIG. 3 shows a saturated adsorption amount curve showing the relationship between the temperature of the reduction catalyst having an ammonia adsorption function and the saturated adsorption amount of ammonia. A solid line A in FIG. 3 shows a saturated adsorption amount curve, and the temperature of the reduction catalyst and the saturated adsorption amount are in an inversely proportional relationship, and the saturated adsorption amount decreases as the temperature increases. Understood.
Further, FIG. 4, in the reduction catalyst having ammonia adsorption function shows the relationship between the reduction efficiency of the actual adsorption rate and NO X of ammonia to saturation adsorption amount, of the NO X as the adsorption rate of ammonia is high It is understood that the reduction efficiency is good.

また、図1に示す排気浄化装置10において、第2の酸化触媒22は、還元触媒21の下流側に配設され、主として、排気ガスが正方向に流される状態において、NOXの還元反応に用いられずに還元触媒21を通過したアンモニアを酸化浄化するために用いられる。すなわち、アンモニアが還元触媒21に吸着されずにスリップして下流側に流出した際に、アンモニアを酸化させて、相対的に毒性の低いNOXにして放出させるために用いられるものである。また、排気ガスが逆方向に流される状態においては、排気ガスが第2の酸化触媒22を通過する際に、排気ガス中のHCやCOが酸化されて発生する酸化熱によって排気ガスが昇温され、還元触媒21を効率的に昇温できるようになっている。
この第2の酸化触媒22についても、公知のものを使用することができる。
Further, in the exhaust purification apparatus 10 shown in FIG. 1, the second oxidation catalyst 22 is disposed downstream of the reduction catalyst 21, and mainly performs NO X reduction reaction in a state where the exhaust gas flows in the forward direction. It is used to oxidize and purify ammonia that has passed through the reduction catalyst 21 without being used. That is, when the flowing downstream ammonia slip without being adsorbed by the reduction catalyst 21, by oxidizing ammonia, and is used to release to the relatively low toxicity NO X. Further, in a state where the exhaust gas flows in the reverse direction, the temperature of the exhaust gas is raised by oxidation heat generated by oxidation of HC and CO in the exhaust gas when the exhaust gas passes through the second oxidation catalyst 22. Thus, the temperature of the reduction catalyst 21 can be increased efficiently.
As the second oxidation catalyst 22, a known catalyst can be used.

また、上流側排気通路16と下流側排気通路17とを連通する折り返し位置には、還元剤噴射弁35が取付けられている。この還元剤噴射弁35は、還元剤供給装置(図示せず)の一部を構成し、排気ガスが正方向に流れる状態で液体の還元剤を還元触媒21の上流側で排気通路中に噴射供給するものである。本発明においては還元剤供給装置(図示せず)の構成は特に限定されるものではなく、例えば、ポンプで圧送される還元剤を、還元剤噴射弁を介して噴射供給する形式以外にも、高圧エアを用いて液体の還元剤を霧状にした上で排気通路内に供給する、エアアシスト式を使用することもできる。   Further, a reducing agent injection valve 35 is attached at a turn-back position where the upstream side exhaust passage 16 and the downstream side exhaust passage 17 communicate with each other. The reducing agent injection valve 35 constitutes a part of a reducing agent supply device (not shown), and injects a liquid reducing agent into the exhaust passage upstream of the reduction catalyst 21 while the exhaust gas flows in the forward direction. To supply. In the present invention, the configuration of the reducing agent supply device (not shown) is not particularly limited. For example, in addition to the form of supplying the reducing agent pumped by the pump through the reducing agent injection valve, It is also possible to use an air assist type in which a liquid reducing agent is atomized using high pressure air and then supplied into the exhaust passage.

また、還元剤としては、還元触媒に到達するまでにアンモニアが生成されるものであれば好適に使用することができ、代表的なものとしては尿素水溶液やアンモニア水溶液が挙げられる。
例えば、尿素水溶液を使用した場合には、排気通路中に噴射された尿素が排気ガス中の熱によって熱分解されてアンモニアが生成されるとともに、還元触媒において加水分解されてさらにアンモニアが生成され、還元触媒に吸着される。このアンモニアが、還元触媒に流入してくる排気ガス中のNOXと反応することにより、窒素(N2)と二酸化炭素(CO2)と水(H2O)に分解されて放出される。
Moreover, as a reducing agent, if ammonia is produced | generated by the time it reaches | attains a reduction catalyst, it can use suitably, A urea aqueous solution and ammonia aqueous solution are mentioned as a typical thing.
For example, when an aqueous urea solution is used, urea injected into the exhaust passage is thermally decomposed by heat in the exhaust gas to generate ammonia, and further hydrolyzed in the reduction catalyst to further generate ammonia. Adsorbed on the reduction catalyst. This ammonia reacts with NO x in the exhaust gas flowing into the reduction catalyst, and is decomposed into nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and water (H 2 O) and released.

また、第1の温度センサ31、第2の温度センサ32及び第3の温度センサ30は、それぞれの箇所での排気ガスの温度を測定するために用いられる。そして、DCU29では、第1の温度センサ31及び第2の温度センサ32から出力される温度信号を利用して、還元触媒21の温度を推定するようになっている。これらの各温度センサについては、公知のものを使用することができる。
なお、内燃機関11から排出される排気ガスの温度を、内燃機関の運転状態をもとにして推定する場合には、第3の温度センサ30を省略することができる。また、還元触媒21に直接温度センサを備えることができる場合には、第1の温度センサ31及び第2の温度センサ32を省略することができる。
Moreover, the 1st temperature sensor 31, the 2nd temperature sensor 32, and the 3rd temperature sensor 30 are used in order to measure the temperature of the exhaust gas in each location. The DCU 29 estimates the temperature of the reduction catalyst 21 using temperature signals output from the first temperature sensor 31 and the second temperature sensor 32. About each of these temperature sensors, a well-known thing can be used.
Note that when the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 is estimated based on the operating state of the internal combustion engine, the third temperature sensor 30 can be omitted. In addition, when the reduction catalyst 21 can be directly provided with a temperature sensor, the first temperature sensor 31 and the second temperature sensor 32 can be omitted.

また、上流側NOXセンサ33及び下流側NOXセンサ34は、それぞれの箇所での排気ガス中のNOX濃度を測定するために用いられる。上流側NOXセンサ33の検出値によって内燃機関から排出されるNOX量が求められるため、DCU29では、排出NOX量に応じて還元剤の噴射量が演算されるようになっている。この上流側NOXセンサ33を省略して、内燃機関11の運転状態をもとにして排出NOX量を推定する構成とすることもできる。
また、下流側NOXセンサ34の検出値によって、還元触媒21において還元されずに大気中に放出されるNOX量が求められるため、本実施形態の排気浄化装置10のDCU29では、このNOX量も考慮して還元剤の噴射量が演算されるようになっている。
Further, the upstream-side NO X sensor 33 and the downstream-side NO X sensor 34 is used to measure the concentration of NO X exhaust gas at each occurrence. Since the NO x amount discharged from the internal combustion engine is obtained from the detected value of the upstream NO x sensor 33, the DCU 29 calculates the injection amount of the reducing agent according to the discharged NO x amount. The upstream NO x sensor 33 may be omitted, and the exhaust NO x amount may be estimated based on the operating state of the internal combustion engine 11.
Further, the detection value of the downstream NO X sensor 34, since the amount of NO X discharged into the atmosphere without being reduced in the reduction catalyst 21 is required, the DCU29 of the exhaust gas purifying apparatus 10 of the present embodiment, the NO X The amount of reducing agent injection is calculated in consideration of the amount.

2.排気浄化装置の制御装置(DCU)
本実施形態の排気浄化装置10に備えられたDCU29は、公知の構成からなるマイクロコンピュータを中心に構成されている。図5は、DCU29のうち、還元剤の噴射制御及び排気ガス流路の切換制御に関する部分について、機能的なブロックに表された構成例を示したものである。
2. Exhaust purification control unit (DCU)
The DCU 29 provided in the exhaust purification device 10 of the present embodiment is configured around a microcomputer having a known configuration. FIG. 5 shows an example of the configuration of the DCU 29 related to the reducing agent injection control and the exhaust gas flow path switching control, expressed in functional blocks.

本実施形態の排気浄化装置に備えられたDCU29は、還元触媒の温度を検出する触媒温度検出部(図5では「触媒温度検出」と表記)と、還元触媒の温度の推移を予測する触媒温度推移判定部(図5では「触媒温度推移判定」と表記)と、還元触媒におけるアンモニアの実吸着量を演算する実吸着量演算部(図5では「実吸着量演算」と表記)と、還元剤の噴射量の制御を第1の目標吸着量に応じて行う第1の噴射制御部(図5では「第1噴射制御」と表記)と、還元剤の噴射量の制御を第2の目標吸着量に応じて行う第2の噴射制御部(図5では「第2噴射制御」と表記)と、還元触媒の温度が基準温度未満のときに噴射を停止させる噴射停止制御部(図5では「噴射停止制御」と表記)と、内燃機関から排出される排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出部(図5では「排気温度検出」と表記)と、還元触媒の温度が基準温度未満のときに、予測される排気ガスの温度推移が上昇するか否かを判定する排気ガス温度上昇判定部(図5では「排気温度上昇判定」と表記)と、排気ガスの流れ方向が正方向又は逆方向となるように排気ガス流路切換手段を制御する排気ガス流路切換手段の制御部(図5では「流路切換制御」)等を主要な要素として構成されている。これらの各部は、具体的にはマイクロコンピュータ(図示せず)によるプログラムの実行によって実現されるものである。また、図示しないものの、DCU29には、還元触媒の温度情報や還元剤の噴射指示値等を記憶させておくRAM(Random Access Memory)が備えられている。   The DCU 29 provided in the exhaust purification apparatus of the present embodiment includes a catalyst temperature detection unit (indicated as “catalyst temperature detection” in FIG. 5) that detects the temperature of the reduction catalyst, and a catalyst temperature that predicts the transition of the temperature of the reduction catalyst. A transition determination unit (indicated as “catalyst temperature transition determination” in FIG. 5), an actual adsorption amount calculation unit (indicated as “actual adsorption amount calculation” in FIG. 5) for calculating the actual adsorption amount of ammonia in the reduction catalyst, a reduction A first injection control unit (indicated as “first injection control” in FIG. 5) that controls the injection amount of the agent in accordance with the first target adsorption amount, and a control of the injection amount of the reducing agent to the second target. A second injection control unit (indicated as “second injection control” in FIG. 5) performed according to the amount of adsorption, and an injection stop control unit (in FIG. 5) that stops injection when the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature. "Injection stop control") and the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine Exhaust gas temperature detection unit (indicated as “exhaust gas temperature detection” in FIG. 5) and exhaust gas for determining whether or not the predicted temperature transition of the exhaust gas rises when the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature An exhaust gas flow path switching means that controls the exhaust gas flow path switching means so that the flow direction of the exhaust gas is the forward direction or the reverse direction. The control unit ("channel switching control" in FIG. 5) and the like are configured as main elements. Each of these units is specifically realized by executing a program by a microcomputer (not shown). Although not shown, the DCU 29 is provided with a RAM (Random Access Memory) for storing the temperature information of the reduction catalyst, the injection instruction value of the reducing agent, and the like.

このうち、触媒温度検出部では、第1の温度センサ31及び第2の温度センサ32で検出された温度信号をもとに、還元触媒の温度を推定するようになっている。還元触媒21に直接温度センサを備えることができる場合には、触媒温度検出部は、当該温度センサからの温度信号を受信できるようになっていればよい。
また、排気ガス温度検出部では、第3の温度センサ30によって検知される排気ガスの温度信号を検出するようになっている。第3の温度センサ30を備えない構成の場合には、排気ガス温度検出部は、ECU13から出力されてくる内燃機関の回転数信号、吸入空気量、燃料噴射量、燃料噴射タイミング等をもとにして、排出される排気ガスの温度を演算によって求めるように構成される。
Among these, the catalyst temperature detection unit estimates the temperature of the reduction catalyst based on the temperature signals detected by the first temperature sensor 31 and the second temperature sensor 32. In the case where the reduction catalyst 21 can be directly provided with a temperature sensor, the catalyst temperature detection unit only needs to be able to receive a temperature signal from the temperature sensor.
Further, the exhaust gas temperature detection unit detects an exhaust gas temperature signal detected by the third temperature sensor 30. In the case where the third temperature sensor 30 is not provided, the exhaust gas temperature detection unit is based on the engine speed signal, the intake air amount, the fuel injection amount, the fuel injection timing, etc. output from the ECU 13. Thus, the temperature of the exhaust gas to be discharged is determined by calculation.

また、本実施形態のDCU29における触媒温度推移判定部では、ECU13から送られてくる内燃機関の回転数信号やトルク信号をもとにして、還元触媒の温度の推移を予測し、還元触媒の温度が、還元剤の噴射制御が行われる基準温度を下回るか否かが判定されるようになっている。
例えば、内燃機関の回転数が所定のしきい値を下回る場合やトルクがマイナスになっている状態が継続するような場合に、還元触媒の温度が基準温度を下回るものと予測される。これ以外にも、第3の温度センサによって検出される排気ガスの温度信号や、触媒温度検出部で算出される還元触媒の温度を継続的に読み取り、その結果から温度推移を予測し判定するようにしてもよい。
In addition, the catalyst temperature transition determination unit in the DCU 29 of the present embodiment predicts the transition of the reduction catalyst temperature based on the rotational speed signal and torque signal of the internal combustion engine sent from the ECU 13, and reduces the temperature of the reduction catalyst. However, it is determined whether or not the temperature falls below a reference temperature at which the reducing agent injection control is performed.
For example, the temperature of the reduction catalyst is predicted to be lower than the reference temperature when the rotational speed of the internal combustion engine is lower than a predetermined threshold value or when the torque is negative. In addition to this, the temperature signal of the exhaust gas detected by the third temperature sensor and the temperature of the reduction catalyst calculated by the catalyst temperature detection unit are continuously read, and the temperature transition is predicted and determined from the result. It may be.

また、噴射停止制御部では、触媒温度検出部で算出された還元触媒の温度が予め定められた基準温度未満となったときに、還元剤供給装置に対して噴射停止の制御信号を送るようになっている。この基準温度は、還元触媒において、還元剤が加水分解されることによるアンモニアの生成が生じにくくなるような温度(触媒活性温度)に設定される。一例としては120〜140℃の範囲内の値である。したがって、還元触媒の温度が、規定された基準温度未満の状態では還元剤が供給されずに、還元触媒におけるアンモニアの実吸着量は継続的に低下する状態となる。すなわち、現在の還元触媒の温度が触媒の活性温度領域に到達していなければ、還元剤を添加しても還元触媒上でNOXを効率的に還元させることができないことから、本実施形態の排気浄化装置では、還元触媒21の温度が活性温度領域に到達している条件下でのみ還元剤の噴射制御が行われるようになっている。 Further, the injection stop control unit sends an injection stop control signal to the reducing agent supply device when the temperature of the reduction catalyst calculated by the catalyst temperature detection unit becomes lower than a predetermined reference temperature. It has become. This reference temperature is set to a temperature (catalytic activity temperature) at which it is difficult for the reduction catalyst to produce ammonia due to hydrolysis of the reducing agent. As an example, it is a value within the range of 120 to 140 ° C. Therefore, when the temperature of the reduction catalyst is lower than the prescribed reference temperature, the reducing agent is not supplied, and the actual adsorption amount of ammonia in the reduction catalyst is continuously reduced. That is, if the current temperature of the reduction catalyst does not reach the activation temperature range of the catalyst, NO x cannot be efficiently reduced on the reduction catalyst even if a reducing agent is added. In the exhaust emission control device, the reducing agent injection control is performed only under the condition that the temperature of the reduction catalyst 21 reaches the activation temperature region.

また、実吸着量演算部では、還元触媒に実際に吸着されているアンモニアの量を推定するようになっている。例えば、実際に噴射された還元剤の量に対応するアンモニアの生成量から、排気ガスに含まれるNOXの還元に使用されるアンモニアの量を引いた値を積算し、さらに還元触媒にすでに吸着されているアンモニアの量を加算することによって、還元触媒におけるアンモニアの実吸着量が演算される。 In addition, the actual adsorption amount calculation unit estimates the amount of ammonia actually adsorbed on the reduction catalyst. For example, the value obtained by subtracting the amount of ammonia used to reduce NO x contained in the exhaust gas from the amount of ammonia generated corresponding to the amount of reducing agent actually injected is added to the reduction catalyst, and is already adsorbed on the reduction catalyst. By adding the amount of ammonia that has been added, the actual adsorption amount of ammonia in the reduction catalyst is calculated.

また、第1の噴射制御部では、触媒温度推移判定部において、還元触媒の温度が基準温度を下回ることがないと予測されている場合に、還元触媒の飽和吸着量よりも小さい値である第1の目標吸着量に応じて還元剤の噴射量を決定し、還元剤供給装置に対して制御信号を送るようになっている。すなわち、還元触媒の温度が基準温度以上に維持される場合には、この第1の噴射制御部によって通常モードでの噴射制御が行われるようになっている。   Further, in the first injection control unit, when the catalyst temperature transition determination unit predicts that the temperature of the reduction catalyst does not fall below the reference temperature, the first injection control unit has a value smaller than the saturated adsorption amount of the reduction catalyst. The injection amount of the reducing agent is determined according to the target adsorption amount of 1, and a control signal is sent to the reducing agent supply device. That is, when the temperature of the reduction catalyst is maintained at the reference temperature or higher, the first injection control unit performs the injection control in the normal mode.

本実施形態のDCU29における第1の噴射制御部は、還元触媒の温度と第1の目標吸着量との関係を示す第1の目標吸着量曲線をもとに、触媒温度推移判定時の還元触媒の温度に対応する第1の目標吸着量を読み取り、実吸着量演算部によって算出されたアンモニアの実吸着量との差に値する量のアンモニアが還元触媒に吸着されるように、還元剤の噴射量が演算されるように構成されている。
この第1の目標吸着量曲線は、図3中に破線Bで示すように、飽和吸着量に対して、例えば70〜90%程度の割合となるように設定される。第1の目標吸着量を飽和吸着量よりも小さくすることによって、還元触媒の飽和吸着量を超える量のアンモニアが供給され、還元触媒の下流側へ流出することを防ぐことができる。また、還元触媒の急激な温度上昇が起きた場合でも、還元触媒下流側へのアンモニアスリップを防ぐことができる。さらに、このような割合で第1の目標吸着量を設定した場合には、NOXの還元効率が著しく低下することもない。
The first injection control unit in the DCU 29 of the present embodiment is a reduction catalyst at the time of determining the catalyst temperature transition based on the first target adsorption amount curve indicating the relationship between the temperature of the reduction catalyst and the first target adsorption amount. The first target adsorption amount corresponding to the temperature is read, and the reducing agent is injected so that an amount of ammonia corresponding to the difference from the actual adsorption amount of ammonia calculated by the actual adsorption amount calculation unit is adsorbed to the reduction catalyst. The quantity is configured to be calculated.
The first target adsorption amount curve is set so as to have a ratio of, for example, about 70 to 90% with respect to the saturated adsorption amount, as indicated by a broken line B in FIG. By making the first target adsorption amount smaller than the saturated adsorption amount, it is possible to prevent ammonia from being supplied in an amount exceeding the saturated adsorption amount of the reduction catalyst and flowing out to the downstream side of the reduction catalyst. Further, even when the temperature of the reduction catalyst suddenly increases, ammonia slip to the downstream side of the reduction catalyst can be prevented. Further, when the first target adsorption amount is set at such a ratio, the NO x reduction efficiency does not significantly decrease.

また、第2の噴射制御部では、触媒温度推移判定部において、還元触媒の温度が規準温度を下回ると予測される場合に、第1の目標吸着量よりも大きくかつ飽和吸着量よりも小さい値である第2の目標吸着量に応じて還元剤の噴射量を決定し、還元剤供給装置に対して制御信号を送るようになっている。すなわち、内燃機関がアイドリング状態に移行する場合や減速時、内燃機関が停止される場合などにおいて、還元触媒の温度が基準温度を下回る場合には、この第2の噴射制御部によって増量モードでの噴射制御が行われるようになっている。   In the second injection control unit, when the catalyst temperature transition determination unit predicts that the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature, the value is larger than the first target adsorption amount and smaller than the saturated adsorption amount. The injection amount of the reducing agent is determined in accordance with the second target adsorption amount, and a control signal is sent to the reducing agent supply device. That is, when the internal combustion engine shifts to an idling state, or when the internal combustion engine is stopped at the time of deceleration, etc., when the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature, the second injection control unit performs the increase mode. Injection control is performed.

本実施形態のDCU29における第2の噴射制御部は、還元触媒の温度と第2の目標吸着量との関係を示す第2の目標吸着量曲線をもとに、温度推移判定時の還元触媒の温度に対応する第2の目標吸着量を読み取り、実吸着量演算部によって算出されたアンモニアの実吸着量との差に値する量のアンモニアが還元触媒に吸着されるように、還元剤の噴射量が演算されるように構成されている。
この第2の目標吸着量曲線は、図3中に一点鎖線Cで示すように、飽和吸着量に対して、例えば85〜95%程度の割合となるように設定することができる。第2の目標吸着量を第1の目標吸着量よりも大きい値とすることにより、飽和吸着量が継続的に増加する一方でアンモニアが生成されにくくなっていく状態においても、常に比較的多くのアンモニアを吸着させておくことができる。また、飽和吸着量が継続的に増加していく状態であれば、還元剤の噴射量を増量した場合であっても、還元触媒の飽和吸着量を超える量のアンモニアが供給され、還元触媒の下流側へ流出するおそれも少なくなる。
The second injection control unit in the DCU 29 of the present embodiment uses the second target adsorption amount curve indicating the relationship between the temperature of the reduction catalyst and the second target adsorption amount to determine the reduction catalyst at the time of temperature transition determination. The second target adsorption amount corresponding to the temperature is read, and the injection amount of the reducing agent so that the amount of ammonia corresponding to the difference from the actual adsorption amount of ammonia calculated by the actual adsorption amount calculation unit is adsorbed to the reduction catalyst. Is calculated.
This second target adsorption amount curve can be set to have a ratio of, for example, about 85 to 95% with respect to the saturated adsorption amount, as indicated by a one-dot chain line C in FIG. By setting the second target adsorption amount to a value larger than the first target adsorption amount, a relatively large amount is always maintained even in a state where the saturated adsorption amount continuously increases while ammonia is hardly generated. Ammonia can be adsorbed. In addition, if the saturated adsorption amount is continuously increased, even when the injection amount of the reducing agent is increased, an amount of ammonia exceeding the saturated adsorption amount of the reduction catalyst is supplied. The possibility of flowing out downstream is also reduced.

特に、本実施形態のように、還元触媒の温度が基準温度未満のときに還元剤の噴射制御が停止されるように構成されている場合には、還元触媒の温度が低下して基準温度未満になるおそれがあるときに増量モードでの噴射制御を行い、還元剤の噴射が停止されるときまでに比較的多くのアンモニアを還元触媒に吸着させておくことができるようになる。そのため、還元触媒の温度が低く、還元剤が加水分解されないために新たにアンモニアを吸着させることができないような温度状態であっても、NOXの還元効率が著しく低下することを防ぐことができる。 In particular, as in the present embodiment, when the reduction catalyst injection control is stopped when the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature, the temperature of the reduction catalyst decreases and is lower than the reference temperature. When there is a possibility that the amount of fuel is reduced, injection control in the increase mode is performed, and a relatively large amount of ammonia can be adsorbed on the reduction catalyst until the injection of the reducing agent is stopped. Therefore, even when the temperature of the reduction catalyst is low and the reducing agent is not hydrolyzed and ammonia cannot be newly adsorbed, it is possible to prevent the NO x reduction efficiency from being significantly reduced. .

また、本実施形態のDCU29における排気ガス温度上昇判定部では、冷寒始動時やアイドリング状態等、還元触媒の温度が基準温度未満になっており、還元剤の噴射制御が停止している間、ECU13から出力されてくる内燃機関の回転数信号、トルク信号、吸入空気量、燃料噴射量等、及び排気ガス温度検出部によって検出される排気ガスの温度情報をもとにして、排気ガスの温度の推移を予測し、排気ガスの温度が上昇するか否かが判定されるようになっている。
このとき、排気ガスの温度が所定時間以上継続して上昇するか否かを判定するようにすれば、排気ガスの温度上昇が一時的なものでなく、還元触媒の温度を活性化温度まで確実に上昇させることができる状態を判定することができるようになる。この所定時間は任意に設定されるが、例えば、還元触媒の温度を、活性化温度まで上昇させられるか否かを基準に設定することができる。
あるいは、排気ガスの温度が上昇する結果、排気ガスの温度が所定のしきい値を超えるか否かを判定するようにすることによっても、還元触媒の温度を活性化温度まで確実に上昇させることができる状態を判定することができるようになる。
Further, in the exhaust gas temperature rise determination unit in the DCU 29 of the present embodiment, while the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature at the cold start or idling state, etc., while the reducing agent injection control is stopped, The temperature of the exhaust gas is determined based on the rotational speed signal, torque signal, intake air amount, fuel injection amount, etc. output from the ECU 13 and the exhaust gas temperature information detected by the exhaust gas temperature detector. It is determined whether or not the temperature of the exhaust gas will rise.
At this time, if it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas continuously increases for a predetermined time or more, the temperature increase of the exhaust gas is not temporary, and the temperature of the reduction catalyst is surely increased to the activation temperature. It is possible to determine the state in which it can be raised. Although this predetermined time is arbitrarily set, for example, it can be set based on whether or not the temperature of the reduction catalyst can be raised to the activation temperature.
Alternatively, as a result of the rise in the exhaust gas temperature, it is possible to reliably raise the temperature of the reduction catalyst to the activation temperature by determining whether or not the exhaust gas temperature exceeds a predetermined threshold value. It becomes possible to determine the state where the user can

また、排気ガス流路切換手段の制御部では、排気ガスの流れ方向を正方向又は逆方向に切り換えるために、第1〜第4の流路切換弁の操作信号を出力するようになっている。
本実施形態の排気浄化装置では、内燃機関が通常の運転状態にあるときには、第1の流路切換弁及び第3の流路切換弁に対して開弁信号が出力される一方、第2の流路切換弁及び第4の流路切換弁に対して閉弁信号が出力される。その結果、排気ガスが正方向に流され、第1の酸化触媒、パティキュレートフィルタ、還元触媒、第2の酸化触媒の順に通過して、正方向排出路へと流される。
一方、排気ガス温度上昇判定部において排気ガスの温度が上昇すると判定されたときには、第2の流路切換弁及び第4の流路切換弁に対して開弁信号が出力される一方、第1の流路切換弁及び第3の流路切換弁に対して閉弁信号が出力される。その結果、排気ガスが逆方向に流され、第2の酸化触媒、還元触媒、パティキュレートフィルタ、第1の酸化触媒の順に通過して、逆方向排出路に流される。
Further, the control unit of the exhaust gas flow path switching means outputs operation signals for the first to fourth flow path switching valves in order to switch the flow direction of the exhaust gas to the forward direction or the reverse direction. .
In the exhaust purification system of this embodiment, when the internal combustion engine is in a normal operating state, the valve opening signal is output to the first flow path switching valve and the third flow path switching valve, while the second A valve closing signal is output to the flow path switching valve and the fourth flow path switching valve. As a result, the exhaust gas flows in the forward direction, passes through the first oxidation catalyst, the particulate filter, the reduction catalyst, and the second oxidation catalyst in this order, and then flows into the forward discharge path.
On the other hand, when the exhaust gas temperature increase determination unit determines that the temperature of the exhaust gas increases, a valve opening signal is output to the second flow path switching valve and the fourth flow path switching valve, while the first A valve closing signal is output to the flow path switching valve and the third flow path switching valve. As a result, the exhaust gas flows in the reverse direction, passes through the second oxidation catalyst, the reduction catalyst, the particulate filter, and the first oxidation catalyst in this order, and then flows into the reverse discharge path.

第1〜第4の流路切換弁の開閉制御によって、内燃機関が通常の運転状態にある場合に排気ガスを正方向に流すことにより、排気ガスの流れ方向の上流側にパティキュレートフィルタが配置され、下流側に還元触媒が配置されるため、排気ガス中に存在するNO2を利用したパティキュレートフィルタの連続再生が可能になる。一方、還元触媒の温度が低下して還元剤の噴射制御が停止している状態において、排気ガスの温度が上昇する場合に排気ガスを逆方向に流すことにより、排気ガスの流れ方向の上流側に還元触媒が配置され、下流側にパティキュレートフィルタが配置されるため、排気ガスの持つ熱量がパティキュレートフィルタに奪われることなく還元触媒に伝達され、還元触媒の温度を効率的に上昇させることができる。したがって、還元触媒の温度が速やかに基準温度以上に上昇し、再び排気ガスの流れを正方向に戻しつつ、第1の噴射制御部による還元剤の噴射制御が早期に再開されるようになる。 When the internal combustion engine is in a normal operation state by opening / closing control of the first to fourth flow path switching valves, the particulate filter is arranged upstream in the exhaust gas flow direction by flowing the exhaust gas in the forward direction. In addition, since the reduction catalyst is disposed on the downstream side, it is possible to continuously regenerate the particulate filter using NO 2 present in the exhaust gas. On the other hand, in a state where the temperature of the reduction catalyst is lowered and the injection control of the reducing agent is stopped, when the exhaust gas temperature rises, the exhaust gas is allowed to flow in the reverse direction, thereby upstream of the exhaust gas flow direction Because the reduction catalyst is placed in the downstream and the particulate filter is placed on the downstream side, the heat quantity of the exhaust gas is transferred to the reduction catalyst without being taken away by the particulate filter, and the temperature of the reduction catalyst is efficiently raised. Can do. Therefore, the temperature of the reduction catalyst quickly rises to the reference temperature or higher, and the injection control of the reducing agent by the first injection control unit is resumed early while returning the exhaust gas flow to the positive direction again.

3.内燃機関の排気浄化装置の制御方法
次に、図1に示す本実施形態の排気浄化装置の制御装置を用いて行われる排気浄化装置の制御方法のルーチンの一例について、図6から図8のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、このルーチンは、内燃機関の運転状態において常時実行されるようになっている。
3. Control Method of Exhaust Gas Purification Device for Internal Combustion Engine Next, an example of a routine of a control method of the exhaust gas purification device performed using the control device of the exhaust gas purification device of the present embodiment shown in FIG. Will be described with reference to FIG. This routine is always executed in the operating state of the internal combustion engine.

まず、図6のフローチャートを参照して、還元剤の噴射制御方法について説明する。
スタート後のステップS11において、DCUは内燃機関の回転数NeやトルクTrを示す信号を読み取る。次いで、ステップS12において、読み取った内燃機関の回転数Ne及びトルクTrが、あらかじめ規定されたしきい値Ne0、Tr0以下となっているか否かが判別される。内燃機関の回転数Ne及びトルクTrのいずれかがあらかじめ規定されたしきい値Ne0、Tr0を超える場合には、ステップS12においてNOと判定されてステップS20に進む。
First, the reducing agent injection control method will be described with reference to the flowchart of FIG.
In step S11 after the start, the DCU reads signals indicating the rotational speed Ne and torque Tr of the internal combustion engine. Next, at step S12, it is determined whether or not the read rotational speed Ne and torque Tr of the internal combustion engine are equal to or less than predetermined threshold values Ne0 and Tr0. If either the rotational speed Ne or the torque Tr of the internal combustion engine exceeds the predetermined threshold values Ne0, Tr0, NO is determined in step S12 and the process proceeds to step S20.

本実施形態では、ステップS11〜ステップS12において、還元触媒の温度推移の予測を、内燃機関におけるエンジン回転数NeやトルクTrの値から予測しているが、この予測方法は種々考えられる。例えば、エンジン回転数NeやトルクTrの変化推移から予測したり、第3の温度センサによって検出される排気ガスの温度の変化推移から予測したり、さらには、第1の温度センサ及び第2の温度センサによって演算される還元触媒の推定温度の変化推移から予測することができる。   In this embodiment, in steps S11 to S12, the prediction of the temperature transition of the reduction catalyst is predicted from the values of the engine speed Ne and the torque Tr in the internal combustion engine, but various prediction methods are conceivable. For example, it is predicted from changes in the engine speed Ne and torque Tr, predicted from changes in the temperature of the exhaust gas detected by the third temperature sensor, and further, the first temperature sensor and the second temperature sensor. It can be predicted from the change transition of the estimated temperature of the reduction catalyst calculated by the temperature sensor.

ステップS20以降では通常モードによる還元剤の噴射制御が行われる。
通常モードによる還元剤の噴射制御は、まず、ステップS20において、第1の温度センサ及び第2の温度センサによって検出される温度信号をもとに還元触媒の温度Ttを演算した後、ステップS21で、還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0以上となっているか否かを判別する。このステップS21では、還元触媒の温度Ttが、還元剤が加水分解されてアンモニアが生成される温度以上になっているか否かが判別される。還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0よりも低い場合には、ステップS21においてNOと判定され、還元剤の噴射を行わずに後述するステップS41へ進む。一方、還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0以上の場合には、ステップS21においてYESと判定され、ステップS22で、第1の目標吸着量曲線NT1から、還元触媒の温度Ttに対応するアンモニアの目標吸着量NTを求め、ステップS16に進む。
After step S20, the reducing agent injection control in the normal mode is performed.
In the control of the reducing agent in the normal mode, first, in step S20, the temperature Tt of the reduction catalyst is calculated based on the temperature signals detected by the first temperature sensor and the second temperature sensor, and then in step S21. Then, it is determined whether or not the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than a predetermined reference temperature Tt0. In step S21, it is determined whether or not the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than the temperature at which the reducing agent is hydrolyzed and ammonia is generated. When the temperature Tt of the reduction catalyst is lower than the predetermined reference temperature Tt0, it is determined as NO in Step S21, and the process proceeds to Step S41 described later without performing the injection of the reducing agent. On the other hand, if the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than the predetermined reference temperature Tt0, YES is determined in step S21, and in step S22, ammonia corresponding to the temperature Tt of the reduction catalyst is determined from the first target adsorption amount curve NT1. The target adsorption amount NT is obtained, and the process proceeds to step S16.

一方、上述のステップS12において、内燃機関の回転数Ne及びトルクTrが、ともにあらかじめ規定されたしきい値Ne0、Tr0以下となっている場合には、YESと判定されてステップS13に進む。この場合には、還元触媒の温度Ttがこのまま継続的に低下して基準温度Tt0未満となるおそれがあるため、ステップS13以降で増量モードによる還元剤の噴射制御が行われる。   On the other hand, if both the rotational speed Ne and the torque Tr of the internal combustion engine are equal to or less than the predetermined threshold values Ne0 and Tr0 in step S12 described above, it is determined as YES and the process proceeds to step S13. In this case, there is a possibility that the temperature Tt of the reduction catalyst continuously decreases and becomes lower than the reference temperature Tt0. Therefore, the injection control of the reducing agent in the increasing mode is performed after step S13.

増量モードによる還元剤の噴射制御は、まず、ステップS13において、第1の温度センサ及び第2の温度センサによって検出される温度信号をもとに還元触媒の温度Ttを演算した後、ステップS14において、還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0以上となっているか否かを判別する。このステップS14では、ステップS21と同様、還元触媒の温度Ttが、還元剤が加水分解されてアンモニアが生成される温度以上になっているか否かが判別される。還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0よりも低い場合には、ステップS14においてNOと判定され、還元剤の噴射を行わずに後述するステップS41へ進む。一方、還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0以上の場合には、ステップS14においてYESと判定され、ステップS15において、第2の目標吸着量曲線NT2から、還元触媒の温度Ttに対応するアンモニアの目標吸着量NTを求め、ステップS16に進む。   In the reducing agent injection control in the increasing mode, first, in step S13, the temperature Tt of the reducing catalyst is calculated based on the temperature signals detected by the first temperature sensor and the second temperature sensor, and then in step S14. Then, it is determined whether or not the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than a predetermined reference temperature Tt0. In step S14, as in step S21, it is determined whether or not the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than the temperature at which the reducing agent is hydrolyzed and ammonia is generated. When the temperature Tt of the reduction catalyst is lower than the predetermined reference temperature Tt0, it is determined as NO in Step S14, and the process proceeds to Step S41 described later without performing the injection of the reducing agent. On the other hand, if the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than the predetermined reference temperature Tt0, YES is determined in step S14, and ammonia corresponding to the temperature Tt of the reduction catalyst is determined from the second target adsorption amount curve NT2 in step S15. The target adsorption amount NT is obtained, and the process proceeds to step S16.

ステップS15又はステップS22において目標吸着量NTが求められて進んだステップS16においては、現在還元触媒に吸着されているアンモニアの実吸着量NRを演算する。例えば、ここまでに実際に噴射された還元剤の量に対応するアンモニアの量から排気ガスに含まれるNOXの還元に使用されたアンモニアの量を引いた値を積算し、さらに還元触媒にすでに吸着されているアンモニアの量(前回値)を加算することによって、還元触媒におけるアンモニアの実吸着量NRが演算される。 In step S16, where the target adsorption amount NT is obtained in step S15 or step S22, the actual adsorption amount NR of ammonia currently adsorbed on the reduction catalyst is calculated. For example, the value obtained by subtracting the amount of ammonia used for the reduction of NO x contained in the exhaust gas from the amount of ammonia corresponding to the amount of reducing agent actually injected so far is added to the reduction catalyst. By adding the amount of ammonia adsorbed (previous value), the actual adsorption amount NR of ammonia in the reduction catalyst is calculated.

次いで、ステップS17において、ステップS15又はステップS22で求めたアンモニアの目標吸着量NTから、ステップS16で求めたアンモニアの現在吸着量NRを引き、不足量ΔNを算出する。次いで、ステップS18において、ステップS17で求めたアンモニアの不足量ΔNの値が0以上となっているか否かを判別する。その結果、0未満となっている場合にはNOと判定され、アンモニアを新たに供給する必要がないために処理を終了する。一方、0以上である場合にはYESと判定されてステップS19に進み、還元剤供給装置から噴射させる還元剤量の値である還元剤噴射指示値Uを演算する。   Next, in step S17, the current ammonia adsorption amount NR obtained in step S16 is subtracted from the ammonia target adsorption amount NT obtained in step S15 or step S22 to calculate a shortage amount ΔN. Next, in step S18, it is determined whether or not the value of the ammonia shortage amount ΔN obtained in step S17 is 0 or more. As a result, when it is less than 0, it is determined as NO, and it is not necessary to newly supply ammonia, and thus the process ends. On the other hand, if it is 0 or more, it is determined as YES and the process proceeds to step S19, where a reducing agent injection instruction value U that is a value of the reducing agent amount to be injected from the reducing agent supply device is calculated.

ここで、ステップS19で行われる還元剤噴射指示値Uの演算のフローの一例を図7に示す。
この例では、まずステップS31において、ステップS17で算出したアンモニアの不足量ΔN分のアンモニアが生成されうる還元剤必要量U1を演算する。
次いで、ステップS32において、内燃機関から排出される排気ガス流量Gfと上流側NOXセンサで検出される排出NOX濃度Ndとを示す信号を読み取った後、ステップS33において、これらの排気ガス流量Gf及び排出NOX濃度Ndから排出NOX量Nfを演算する。そして、ステップS34において、排出NOX量Nf分のNOXを還元するために必要なアンモニアの量NCを演算し、ステップS35において、アンモニアの量NC分のアンモニアが生成されうる還元剤必要量U2を演算する。
次いで、ステップS36において、ステップS21で算出された還元剤必要量U1とステップS35で算出された還元剤必要量U2とを加算し、還元剤噴射指示値Uを算出する。
Here, an example of a flow of calculation of the reducing agent injection instruction value U performed in step S19 is shown in FIG.
In this example, first, in step S31, a reducing agent required amount U1 that can generate ammonia for the ammonia shortage amount ΔN calculated in step S17 is calculated.
Then, in step S32, after reading the signal indicating the exhaust NO X concentration Nd detected by the exhaust gas flow rate Gf and the upstream-side NO X sensor discharged from the internal combustion engine, in step S33, these exhaust gas flow rate Gf and it calculates the discharge amount of NO X Nf from exhaust NO X concentration Nd. Then, in step S34, it calculates the amount NC ammonia required for reducing the emission amount of NO X Nf content of NO X, in step S35, the reducing agent required amount amount NC partial ammonia ammonia can be generated U2 Is calculated.
Next, in step S36, the reducing agent required amount U1 calculated in step S21 and the reducing agent required amount U2 calculated in step S35 are added to calculate a reducing agent injection instruction value U.

この図7の例では、そのときに流れている排出NOX量Nfを求め、この排出NOX量Nfに対応するアンモニア量NCを還元剤の噴射指示値U1に加算するようにしているが、ステップS32〜ステップS36を省略し、排出されるNOX量Nfを考慮せずに目標吸着量NTのみを考慮して、ステップS21で算出される還元剤必要量U1をそのまま噴射指示値Uとしてもよい。 In the example of FIG. 7, determine the discharge amount of NO X Nf flowing at that time, although the amount of ammonia NC corresponding to the discharge amount of NO X Nf to be added to the injection instruction value U1 of the reducing agent, step S32~ skip step S36, only in consideration of the target adsorption amount NT without considering the amount of NO X Nf discharged, also a reducing agent required amount U1 calculated in step S21 as it is as the injection instruction value U Good.

このようにして還元剤噴射指示値Uを算出した後、ステップS20において、還元剤噴射指示値Uに応じた制御信号を還元剤供給装置に対して出力して処理を終了する。   After calculating the reducing agent injection instruction value U in this manner, in step S20, a control signal corresponding to the reducing agent injection instruction value U is output to the reducing agent supply device, and the process is terminated.

次に、上述のステップS14やステップS21において還元触媒の温度が基準温度を下回っていると判定され、還元剤の噴射制御が停止している状態で行われる排気ガス流路の切換制御方法について、図8のフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、スタート後のステップS41において、DCU29は、内燃機関の回転数Ne、トルクTr、吸入空気量As、燃料噴射量Q、及び第3の温度センサによって検出される温度Tgを読み取り、ステップS42に進む。
Next, regarding the exhaust gas flow path switching control method that is performed in the state in which it is determined in step S14 or step S21 described above that the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature and the reducing agent injection control is stopped, This will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S41 after the start, the DCU 29 reads the rotational speed Ne, the torque Tr, the intake air amount As, the fuel injection amount Q, and the temperature Tg detected by the third temperature sensor of the internal combustion engine, and then proceeds to step S42. move on.

次いで、ステップS42において、ステップS41において読み取られた内燃機関の回転数Ne、トルクTr、吸入空気量As、燃料噴射量Q、及び排気ガスの温度Tgをもとにして、排気ガスの温度Tgが今後上昇するか否かを予測する。
排気ガスの温度Tgが上昇する状況にないと予測される場合には、ステップS42においてNOと判定され、スタート位置に戻される。一方、排気ガスの温度Tgが上昇すると予測される場合には、ステップS42においてYESと判定され、ステップS43に進む。
Next, in step S42, the exhaust gas temperature Tg is determined based on the internal combustion engine speed Ne, torque Tr, intake air amount As, fuel injection amount Q, and exhaust gas temperature Tg read in step S41. Predict whether it will rise in the future.
If it is predicted that the temperature Tg of the exhaust gas will not rise, NO is determined in step S42 and the process returns to the start position. On the other hand, when it is predicted that the temperature Tg of the exhaust gas will rise, YES is determined in step S42, and the process proceeds to step S43.

次いで、ステップS43において、第2の流路切換弁V2及び第4の流路切換弁V4が閉じられている一方、第1の流路切換弁V1及び第3の流路切換弁V3が開かれた状態にあるか否かが判別される。このステップS43では、排気ガスの流路が、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過した後、還元触媒を通過するような正方向となっているか否かが判別される。還元触媒の温度が基準温度を下回り、還元剤の噴射制御が停止された後、初めて排気ガスの温度が上昇すると判定されたときには、ステップS43において必ずYESと判別されることになる。   Next, in step S43, the second flow path switching valve V2 and the fourth flow path switching valve V4 are closed, while the first flow path switching valve V1 and the third flow path switching valve V3 are opened. It is determined whether or not it is in the state. In step S43, it is determined whether or not the flow path of the exhaust gas is in a positive direction so that the exhaust gas passes through the reduction catalyst after passing through the particulate filter. When it is determined that the temperature of the exhaust gas will rise for the first time after the temperature of the reduction catalyst falls below the reference temperature and the reducing agent injection control is stopped, YES is always determined in step S43.

ステップS43においてYESと判定された場合には、ステップS44において、第2の流路切換弁V2及び第4の流路切換弁V4を開く一方、第1の流路切換弁V1及び第3の流路切換弁V3を閉じ、排気ガスが還元触媒を通過した後、パティキュレートフィルタを通過するように、排気ガスの流路は逆方向に切り換えられてステップS45に進む。一方、ステップS43において、排気ガスの流れ方向がすでに逆方向になっている場合にはNOと判定され、ステップS45に進む。すなわち、ステップS45に進む段階では、必ず排気ガスの流れ方向が逆方向に切り換えられ、排気ガスがパティキュレートフィルタよりも先に還元触媒を通過するようになっている。そのため、排気ガスの熱量がパティキュレートフィルタに奪われることなく、還元触媒を効率的に昇温させることができるようになる。   If YES is determined in step S43, the second flow path switching valve V2 and the fourth flow path switching valve V4 are opened in step S44, while the first flow path switching valve V1 and the third flow path are opened. The path switching valve V3 is closed, and after the exhaust gas passes through the reduction catalyst, the flow path of the exhaust gas is switched in the reverse direction so as to pass through the particulate filter, and the process proceeds to step S45. On the other hand, if the flow direction of the exhaust gas has already been reversed in step S43, it is determined as NO and the process proceeds to step S45. That is, at the stage of proceeding to step S45, the flow direction of the exhaust gas is always switched to the reverse direction, so that the exhaust gas passes through the reduction catalyst before the particulate filter. Therefore, the reduction catalyst can be efficiently heated without the heat quantity of the exhaust gas being taken away by the particulate filter.

次いで、ステップS45において、還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0以上になっているか否かを判別する。このステップS45では、還元触媒の温度Ttが、還元剤が加水分解されてアンモニアが生成される温度以上になっているか否かが判別される。還元触媒の温度Ttが、基準温度Tt0未満となっている場合には、ステップS45においてNOと判定され、スタート位置に戻される。なお、ステップS45からステップS41に戻された場合の流路切換弁の状態は、第2の流路切換弁V2及び第4の流路切換弁V4が開かれる一方、第1の流路切換弁V1及び第3の流路切換弁V3が閉じられている。そのため、次のステップS43の判別においては必ずNOと判定され、ステップS45に進むようになる。   Next, in step S45, it is determined whether or not the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than a predetermined reference temperature Tt0. In step S45, it is determined whether or not the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than the temperature at which the reducing agent is hydrolyzed and ammonia is generated. If the temperature Tt of the reduction catalyst is lower than the reference temperature Tt0, NO is determined in step S45, and the process returns to the start position. The state of the flow path switching valve when it is returned from step S45 to step S41 is that the second flow path switching valve V2 and the fourth flow path switching valve V4 are opened while the first flow path switching valve is open. V1 and the third flow path switching valve V3 are closed. Therefore, in the determination of the next step S43, it is always determined as NO, and the process proceeds to step S45.

一方、ステップS45において、還元触媒の温度Ttが所定の基準温度Tt0以上となっている場合には、ステップS45においてYESと判定され、ステップS46に進む。ステップS46においては、第2の流路切換弁V2及び第4の流路切換弁V4が閉じられる一方、第1の流路切換弁V1及び第3の流路切換弁V3が開かれ、排気ガスがパティキュレートフィルタを通過した後、還元触媒を通過するように、排気ガスの流れが正方向に切り換えられる。このステップS46を終えた後は、図6のフローに従って、再び還元剤の噴射制御が行われる。   On the other hand, when the temperature Tt of the reduction catalyst is equal to or higher than the predetermined reference temperature Tt0 in step S45, YES is determined in step S45, and the process proceeds to step S46. In step S46, the second flow path switching valve V2 and the fourth flow path switching valve V4 are closed, while the first flow path switching valve V1 and the third flow path switching valve V3 are opened, and the exhaust gas. After passing through the particulate filter, the flow of exhaust gas is switched in the positive direction so as to pass through the reduction catalyst. After step S46 is completed, the reducing agent injection control is performed again according to the flow of FIG.

以上のように、本実施形態の排気浄化装置の制御方法によれば、還元触媒の温度が、還元剤の噴射制御が停止される基準温度未満になることが予測される場合には、あらかじめ、触媒に吸着させるアンモニアの量を多めに設定して還元剤の噴射制御を行うことにより、還元剤の噴射制御が停止した後のNOXの還元効率を、通常の噴射制御を行った場合と比較して、相対的に向上させることができる。
また、還元剤の噴射制御が停止している間において、排気ガスの温度が上昇すると予測される場合には、排気ガスが、パティキュレートフィルタよりも先に還元触媒を通過するように排気ガスの流路を切り換えることにより、排気ガスの熱量がパティキュレートフィルタに奪われることなく、効率的に還元触媒が昇温される。したがって、還元触媒の温度を還元剤の噴射制御が行われる基準温度以上に速やかに上昇させることができ、再び排気ガスの流路を正方向に切り換えてNOXの効率的な還元浄化を早期に再開させることができる。
As described above, according to the control method of the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, when it is predicted that the temperature of the reduction catalyst becomes lower than the reference temperature at which the injection control of the reducing agent is stopped, Compared with normal injection control, NO x reduction efficiency after reducing agent injection control is stopped by controlling the injection of reducing agent with a larger amount of ammonia adsorbed on the catalyst. And can be improved relatively.
In addition, when the exhaust gas temperature is predicted to rise while the reducing agent injection control is stopped, the exhaust gas is allowed to pass through the reduction catalyst before the particulate filter. By switching the flow path, the temperature of the reduction catalyst can be raised efficiently without the amount of heat of the exhaust gas being taken away by the particulate filter. Therefore, the temperature of the reduction catalyst can be quickly increased to or higher than the reference temperature at which the injection control of the reducing agent takes place, an efficient reduction and purification of the NO X early by switching again the flow path of the exhaust gas in the forward direction It can be resumed.

4.変形例
本発明における内燃機関の排気浄化装置の構成は、図1に示すような構成に限られるものではなく、種々の変形が可能である。以下、図を参照しながら排気浄化装置の変形例について説明する。それぞれの図中、図1と同一の符号が付されているものについては同一の部材を表しており、図1の排気浄化装置の構成と異なる点を中心に説明する。
4). Modifications The configuration of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and various modifications are possible. Hereinafter, modifications of the exhaust emission control device will be described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same members, and the description will focus on the differences from the configuration of the exhaust gas purification apparatus in FIG.

(1)第1の変形例
図9は、排気浄化装置の第1の変形例を示している。
図9に示す排気浄化装置40の例では、排気ガス流路切換手段によって正方向又は逆方向に切り換えられる排気ガスの流路構成は、図1に示す排気浄化装置と同様である。ただし、図1に示す上流側排気通路16の第1の酸化触媒21及び下流側排気通路17の第2の酸化触媒22の代わりに、内燃機関11に接続された排気通路12に一つの酸化触媒36が配設されて構成されている。
この排気浄化装置40の構成では、排気ガスの流れ方向が正方向の場合には、図10(a)に示すように、第1の流路切換弁23及び第3の流路切換弁27が開かれる一方、第2の流路切換弁24及び第4の流路切換弁28が閉じられる。したがって、内燃機関11から排出された排気ガスは、酸化触媒36、パティキュレートフィルタ20、還元触媒21を順次通過し、正方向排出路26に流される。
一方、排気ガスの流れ方向が逆方向の場合には、図10(b)に示すように、第2の流路切換弁24及び第4の流路切換弁28が開かれる一方、第1の流路切換弁23と第3の流路切換弁27が閉じられる。したがって、内燃機関11から排出された排気ガスは、酸化触媒36、還元触媒21、パティキュレートフィルタ20を順次通過し、逆方向排出路25に流される。
(1) First Modification FIG. 9 shows a first modification of the exhaust emission control device.
In the example of the exhaust gas purification apparatus 40 shown in FIG. 9, the exhaust gas flow path configuration switched in the forward direction or reverse direction by the exhaust gas flow path switching means is the same as that of the exhaust gas purification apparatus shown in FIG. However, instead of the first oxidation catalyst 21 in the upstream exhaust passage 16 and the second oxidation catalyst 22 in the downstream exhaust passage 17 shown in FIG. 1, one oxidation catalyst is provided in the exhaust passage 12 connected to the internal combustion engine 11. 36 is arranged.
In the configuration of the exhaust gas purification device 40, when the flow direction of the exhaust gas is positive, the first flow path switching valve 23 and the third flow path switching valve 27 are provided as shown in FIG. While being opened, the second flow path switching valve 24 and the fourth flow path switching valve 28 are closed. Therefore, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 sequentially passes through the oxidation catalyst 36, the particulate filter 20, and the reduction catalyst 21, and flows to the forward discharge path 26.
On the other hand, when the flow direction of the exhaust gas is reverse, as shown in FIG. 10B, the second flow path switching valve 24 and the fourth flow path switching valve 28 are opened, while the first flow path switching valve 24 is opened. The flow path switching valve 23 and the third flow path switching valve 27 are closed. Therefore, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 sequentially passes through the oxidation catalyst 36, the reduction catalyst 21, and the particulate filter 20, and flows to the reverse discharge path 25.

この排気浄化装置40の例では、使用する酸化触媒36が一つであるにもかかわらず、排気ガスが正方向又は逆方向のいずれの方向に流れる場合であっても、必ず酸化触媒36を通過させることができる。したがって、排気ガス中のNOやHC、COの一部が酸化されてNO2やCO2等が生成されるため、排気ガスが正方向に流れる場合においては、パティキュレートフィルタの連続再生及びNOXの還元効率の向上を可能にするとともに、排気ガスが逆方向に流れる場合においては、排気ガスの温度がさらに上昇し、還元触媒を効率的に昇温させることができる。
ただし、このように構成する場合には、排気ガスが正方向に流され、還元剤の噴射制御が行われる場合において、還元触媒でNOXの還元に使用されなかったアンモニアが酸化触媒を通過することがないため、より高精度な還元剤の噴射制御が要求される。
In this example of the exhaust gas purification device 40, even if only one oxidation catalyst 36 is used, the exhaust gas always passes through the oxidation catalyst 36 regardless of whether the exhaust gas flows in the forward direction or the reverse direction. Can be made. Therefore, part of NO, HC, and CO in the exhaust gas is oxidized to generate NO 2 , CO 2, and the like. Therefore, when the exhaust gas flows in the forward direction, the particulate filter is continuously regenerated and NO X is generated. When the exhaust gas flows in the opposite direction, the temperature of the exhaust gas further increases, and the reduction catalyst can be efficiently heated.
However, in such a configuration, when exhaust gas is flowed in the positive direction and injection control of the reducing agent is performed, ammonia that has not been used for reduction of NO x by the reduction catalyst passes through the oxidation catalyst. Therefore, more precise control of the reducing agent injection is required.

(2)第2の変形例
図11は、排気浄化装置の第2の変形例を示している。
図11に示す排気浄化装置50の例では、主たる排気通路51が折り返されることなく直線状に構成されており、第1の酸化触媒53、パティキュレートフィルタ20、還元触媒21及び第2の酸化触媒55が、上流側からこの順にしたがって配設されている。また、排気通路51には、第1の酸化触媒53よりも上流側に第1の分岐部57が設けられ、当該第1の分岐部57には第2の酸化触媒55よりも下流側の第3の分岐部59に通じる第1のバイパス通路61が接続されている。また、排気通路51の第1の分岐部57と第1の酸化触媒53との間には第2の分岐部63が設けられ、当該第2の分岐部63には、第3の分岐部59よりもさらに下流側の第4の分岐部65に通じる第2のバイパス通路67が接続されている。
(2) Second Modification FIG. 11 shows a second modification of the exhaust emission control device.
In the example of the exhaust emission control device 50 shown in FIG. 11, the main exhaust passage 51 is configured in a straight line without being folded back, and the first oxidation catalyst 53, the particulate filter 20, the reduction catalyst 21, and the second oxidation catalyst. 55 are arranged in this order from the upstream side. Further, the exhaust passage 51 is provided with a first branch portion 57 upstream of the first oxidation catalyst 53, and the first branch portion 57 has a first branch portion downstream of the second oxidation catalyst 55. A first bypass passage 61 leading to the three branch portions 59 is connected. A second branch part 63 is provided between the first branch part 57 of the exhaust passage 51 and the first oxidation catalyst 53, and the second branch part 63 includes a third branch part 59. A second bypass passage 67 that leads to the fourth branching portion 65 on the further downstream side is connected.

また、第1の分岐部57と第2の分岐部63との間の排気通路51には第1の流路切換弁71が配置され、第1のバイパス通路61の第1の分岐部57の近傍には第2の流路切換弁73が配置され、さらに第2のバイパス通路67の第2の分岐部63の近傍には第3の流路切換弁75が配置されている。
同様に、第3の分岐部59と第4の分岐部65との間の排気通路51には第4の流路切換弁77が配置され、第1のバイパス通路61の第3の分岐部59の近傍には第5の流路切換弁79が配置され、さらに第2のバイパス通路67の第4の分岐部65の近傍には第6の流路切換弁81が配置されている。
A first flow path switching valve 71 is disposed in the exhaust passage 51 between the first branch portion 57 and the second branch portion 63, and the first branch portion 57 of the first bypass passage 61 A second flow path switching valve 73 is disposed in the vicinity, and a third flow path switching valve 75 is disposed in the vicinity of the second branch portion 63 of the second bypass passage 67.
Similarly, a fourth flow path switching valve 77 is disposed in the exhaust passage 51 between the third branch portion 59 and the fourth branch portion 65, and the third branch portion 59 of the first bypass passage 61. A fifth flow path switching valve 79 is disposed in the vicinity of the second bypass passage 67, and a sixth flow path switching valve 81 is disposed in the vicinity of the fourth branch portion 65 of the second bypass passage 67.

図11に示す排気浄化装置50の例では、排気ガス流路切換手段として第1〜第6の流路切換弁71、73、75、77、79、81が備えられており、これら各弁を開閉制御することによって、排気ガスの流れ方向が正方向又は逆方向に切り換えられるようになっている。
すなわち、排気ガスの流れ方向が正方向の場合には、図12(a)に示すように、第1の流路切換弁71と第4の流路切換弁77が開かれる一方、第2の流路切換弁73、第3の流路切換弁75、第5の流路切換弁79及び第6の流路切換弁81が閉じられる。したがって、内燃機関11から排出された排気ガスは、第1の酸化触媒53、パティキュレートフィルタ20、還元触媒21、第2の酸化触媒55を順次通過し、下流側に流される。
一方、排気ガスの流れ方向が逆方向の場合には、図12(b)に示すように、第2の流路切換弁73、第3の流路切換弁75、第5の流路切換弁79及び第6の流路切換弁81が開かれる一方、第1の流路切換弁71及び第4の流路切換弁77が閉じられる。したがって、内燃機関11から排出された排気ガスは、第1の分岐部57において第1のバイパス通路61側に流れ込み、第2の酸化触媒55、還元触媒21、パティキュレートフィルタ20、第1の酸化触媒53を順次通過し、第2のバイパス通路67を介して下流側に流される。
In the example of the exhaust gas purification device 50 shown in FIG. 11, first to sixth flow path switching valves 71, 73, 75, 77, 79, 81 are provided as exhaust gas flow path switching means. By controlling the opening and closing, the flow direction of the exhaust gas can be switched between the forward direction and the reverse direction.
That is, when the exhaust gas flow direction is positive, as shown in FIG. 12 (a), the first flow path switching valve 71 and the fourth flow path switching valve 77 are opened, while the second flow path switching valve 77 is opened. The flow path switching valve 73, the third flow path switching valve 75, the fifth flow path switching valve 79, and the sixth flow path switching valve 81 are closed. Therefore, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 sequentially passes through the first oxidation catalyst 53, the particulate filter 20, the reduction catalyst 21, and the second oxidation catalyst 55, and flows downstream.
On the other hand, when the flow direction of the exhaust gas is opposite, as shown in FIG. 12B, the second flow path switching valve 73, the third flow path switching valve 75, and the fifth flow path switching valve. 79 and the sixth flow path switching valve 81 are opened, while the first flow path switching valve 71 and the fourth flow path switching valve 77 are closed. Therefore, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 flows into the first bypass passage 61 side at the first branch portion 57, and the second oxidation catalyst 55, the reduction catalyst 21, the particulate filter 20, and the first oxidation filter. The catalyst 53 sequentially passes and flows downstream via the second bypass passage 67.

この排気浄化装置50の例は、図1に示す排気浄化装置10のようにコンパクト化され、保温性が高められた構成ではないものの、還元触媒の温度が基準温度を下回り、還元剤の噴射制御が停止している状態において、排気ガスの温度が上昇すると予測される場合には、排気ガスの流れが逆方向になるように排気ガスの流路を切り換えることができる。したがって、排気ガスの熱量がパティキュレートフィルタに奪われることなく、還元触媒を効率的に昇温させることができる。   The example of the exhaust gas purification device 50 is compact as the exhaust gas purification device 10 shown in FIG. 1 and does not have a structure with improved heat retention, but the temperature of the reduction catalyst is lower than the reference temperature, and the injection control of the reducing agent is performed. When the temperature of the exhaust gas is predicted to rise while the engine is stopped, the flow path of the exhaust gas can be switched so that the flow of the exhaust gas is reversed. Therefore, the reduction catalyst can be efficiently heated without the heat quantity of the exhaust gas being taken away by the particulate filter.

本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine of this embodiment. 正方向及び逆方向に流れる排気ガスの流路について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow path of the exhaust gas which flows into a normal direction and a reverse direction. 還元触媒の温度とアンモニアの飽和吸着量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a reduction catalyst, and the saturated adsorption amount of ammonia. アンモニアの吸着率とNOXの還元効率との関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the reduction efficiency of the adsorption rate and NO X ammonia. 排気浄化装置の制御装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the control apparatus of an exhaust gas purification apparatus. 還元剤の噴射制御方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the injection control method of a reducing agent. 還元剤の噴射指示値の演算方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the calculation method of the injection instruction value of a reducing agent. 排気ガス流路の切換制御の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of switching control of an exhaust gas flow path. 排気浄化装置の第1の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 1st modification of an exhaust gas purification apparatus. 排気浄化装置の第1の変形例における正方向及び逆方向に流れる排気ガスの流路について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow path of the exhaust gas which flows into the normal | positive direction and the reverse direction in the 1st modification of an exhaust gas purification apparatus. 排気浄化装置の第2の変形例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd modification of an exhaust gas purification apparatus. 排気浄化装置の第2の変形例における正方向及び逆方向に流れる排気ガスの流路について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow path of the exhaust gas which flows into the normal direction and the reverse direction in the 2nd modification of an exhaust gas purification apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10:排気浄化装置(SCRシステム)、11:内燃機関、12:排気通路、13:ECU、14:第1の分岐部、15:第2の分岐部、16:上流側排気通路、17:下流側排気通路、18:第3の分岐部、19:第1の酸化触媒、20:パティキュレートフィルタ、21:還元触媒、22:第2の酸化触媒、23:第1の流路切換弁、24:第2の流路切換弁、25:逆方向排出路、26:正方向排出路、27:第3の流路切換弁、28:第4の流路切換弁、29:制御装置(DCU)、30:第3の温度センサ、31:第1の温度センサ、32:第2の温度センサ、33:上流側NOXセンサ、34:下流側NOXセンサ、35:還元剤噴射弁、36:酸化触媒、40:排気浄化装置、50:排気浄化装置、51:排気通路、53:第1の酸化触媒、55:第2の酸化触媒、57:第1の分岐部、59:第3の分岐部、61:第1のバイパス通路、63:第2の分岐部、65:第4の分岐部、67:第2のバイパス通路、71:第1の流路切換弁、73:第2の流路切換弁、75:第3の流路切換弁、77:第4の流路切換弁、79:第5の流路切換弁、81:第6の流路切換弁 10: exhaust purification device (SCR system), 11: internal combustion engine, 12: exhaust passage, 13: ECU, 14: first branching portion, 15: second branching portion, 16: upstream exhaust passage, 17: downstream Side exhaust passage, 18: third branch, 19: first oxidation catalyst, 20: particulate filter, 21: reduction catalyst, 22: second oxidation catalyst, 23: first flow path switching valve, 24 : Second flow path switching valve, 25: reverse discharge path, 26: forward discharge path, 27: third flow path switching valve, 28: fourth flow path switching valve, 29: control unit (DCU) , 30: third temperature sensor, 31: a first temperature sensor, 32: second temperature sensor, 33: upstream NO X sensor, 34: downstream NO X sensor, 35: reducing agent injection valve, 36: Oxidation catalyst, 40: exhaust purification device, 50: exhaust purification device, 51: exhaust passage, 53: first Oxidation catalyst, 55: second oxidation catalyst, 57: first branch, 59: third branch, 61: first bypass passage, 63: second branch, 65: fourth branch Part, 67: second bypass passage, 71: first flow path switching valve, 73: second flow path switching valve, 75: third flow path switching valve, 77: fourth flow path switching valve, 79: Fifth flow path switching valve, 81: Sixth flow path switching valve

Claims (8)

内燃機関の排気通路に配設された還元触媒と、前記還元触媒よりも排気上流側に設けられ前記排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、前記還元剤供給部よりも排気上流側で前記排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
排気ガスの流れ方向を、前記パティキュレートフィルタから前記還元触媒へと向かう正方向、又は前記還元触媒から前記パティキュレートフィルタへと向かう逆方向に切り換えるための排気ガス流路切換手段を備えるとともに、
前記還元触媒の温度を検出する触媒温度検出部と、
前記還元触媒の温度が所定温度以上の状態で、前記還元剤供給部からの前記還元剤の噴射制御を行う還元剤噴射制御部と、
前記排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出部と、
前記還元触媒の温度が前記所定温度未満のときに、前記排気ガスの温度が上昇するか否かを判定する排気ガス温度上昇判定部と、
前記排気ガス温度上昇判定部で前記排気ガスの温度が上昇すると判定された場合に、前記排気ガスの流れ方向が前記逆方向となるように前記排気ガス流路切換手段を制御する前記排気ガス流路切換手段の制御部と、
を含む制御装置を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; a reducing agent supply unit that is provided upstream of the reduction catalyst and supplies a reducing agent into the exhaust passage; and an exhaust upstream of the reducing agent supply unit An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a particulate filter disposed in the exhaust passage on a side;
An exhaust gas flow switching means for switching the flow direction of the exhaust gas to the forward direction from the particulate filter to the reduction catalyst or the reverse direction from the reduction catalyst to the particulate filter;
A catalyst temperature detector for detecting the temperature of the reduction catalyst;
A reducing agent injection control unit that performs injection control of the reducing agent from the reducing agent supply unit in a state where the temperature of the reducing catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature;
An exhaust gas temperature detector for detecting the temperature of the exhaust gas;
An exhaust gas temperature increase determination unit that determines whether or not the temperature of the exhaust gas increases when the temperature of the reduction catalyst is lower than the predetermined temperature;
The exhaust gas flow for controlling the exhaust gas flow path switching means so that the flow direction of the exhaust gas becomes the opposite direction when the exhaust gas temperature rise determination unit determines that the temperature of the exhaust gas rises A control unit of the path switching means;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising: a control device including:
前記排気通路は、前記パティキュレートフィルタの上流側に設けられ、前記還元触媒の下流側と連通する第1の分岐部と、前記第1の分岐部と前記還元触媒との間に設けられ、前記正方向に流れる前記排気ガスをさらに下流側に流す第2の分岐部と、前記第1の分岐部と前記パティキュレートフィルタとの間に設けられ、前記逆方向に流れる前記排気ガスをさらに下流側に流す第3の分岐部と、を備えるとともに、
前記排気ガス流路切換手段は、前記第1の分岐部、前記第2の分岐部及び前記第3の分岐部に備えられた流路切換弁からなる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。
The exhaust passage is provided on the upstream side of the particulate filter, and is provided between the first branch portion communicating with the downstream side of the reduction catalyst, the first branch portion, and the reduction catalyst, A second branch part that allows the exhaust gas flowing in the forward direction to flow further downstream; and a second branch part that is provided between the first branch part and the particulate filter, and further flows the exhaust gas that flows in the reverse direction further downstream. And a third branch that flows through
2. The exhaust gas flow path switching means comprises flow path switching valves provided in the first branch section, the second branch section, and the third branch section. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
前記パティキュレートフィルタと前記還元触媒との間で前記排気通路を折り返し、前記パティキュレートフィルタと前記還元触媒とを近接させ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。   3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust passage is folded between the particulate filter and the reduction catalyst, and the particulate filter and the reduction catalyst are brought close to each other. 前記第3の分岐部と前記パティキュレートフィルタとの間、及び前記第2の分岐部と前記還元触媒との間に、それぞれ酸化触媒を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The internal combustion engine according to claim 2 or 3, further comprising an oxidation catalyst between the third branch portion and the particulate filter and between the second branch portion and the reduction catalyst. Engine exhaust purification system. 前記第1の分岐部の上流側に酸化触媒を備えることを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 or 3, further comprising an oxidation catalyst upstream of the first branch portion. 前記排気ガス温度上昇判定部は、前記排気ガスの温度が所定時間以上継続して上昇するかを判定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust purification of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas temperature increase determination unit determines whether the temperature of the exhaust gas continuously increases for a predetermined time or more. apparatus. 前記排気ガス温度上昇判定部は、前記排気ガスの温度が上昇して基準温度を超えるか否かを判定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。   The exhaust of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas temperature rise determination unit determines whether or not the temperature of the exhaust gas rises and exceeds a reference temperature. Purification equipment. 内燃機関の排気通路に配設された還元触媒と、前記還元触媒よりも排気上流側に設けられ前記排気通路中に還元剤を供給する還元剤供給部と、前記還元剤供給部よりも排気上流側で前記排気通路に配設されたパティキュレートフィルタと、を備えた内燃機関の排気浄化装置の制御方法において、
前記排気浄化装置は、排気ガスの流れ方向を、前記パティキュレートフィルタから前記還元触媒へと向かう正方向、又は前記還元触媒から前記パティキュレートフィルタへと向かう逆方向に切り換えるための排気ガス流路切換手段を備えるとともに、前記還元触媒の温度が所定温度以上の状態で、前記還元剤供給部からの前記還元剤の噴射制御を行うようになっており、
前記還元触媒の温度が前記所定温度未満であり、前記還元剤の噴射制御が停止している状態で、前記排気ガスの温度が上昇するか否かを判定し、前記排気ガスの温度が上昇すると判定された場合に、前記排気ガスの流れ方向が前記逆方向となるように前記排気ガス流路切換手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置の制御方法。
A reduction catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine; a reducing agent supply unit that is provided upstream of the reduction catalyst and supplies a reducing agent into the exhaust passage; and an exhaust upstream of the reducing agent supply unit In a control method of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising a particulate filter disposed on the exhaust side on the side,
The exhaust gas purification device switches the exhaust gas flow path for switching the flow direction of the exhaust gas in the forward direction from the particulate filter to the reduction catalyst or in the reverse direction from the reduction catalyst to the particulate filter. Means for controlling the injection of the reducing agent from the reducing agent supply unit in a state where the temperature of the reduction catalyst is equal to or higher than a predetermined temperature.
In a state where the temperature of the reduction catalyst is lower than the predetermined temperature and the injection control of the reducing agent is stopped, it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas is increased, and when the temperature of the exhaust gas is increased A control method for an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein, when judged, the exhaust gas flow path switching means is controlled so that the flow direction of the exhaust gas is in the opposite direction.
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