JP2009167940A

JP2009167940A - Exhaust emission control device of internal combustion engine

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Publication number: JP2009167940A
Application number: JP2008008253A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Toshioka; 俊祐利岡; Tomihisa Oda; 富久小田; Yoshitaka Nakamura; 好孝中村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2009-07-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the concentration of urea water by an inexpensive method, by using a NO<SB>X</SB>sensor. <P>SOLUTION: The exhaust emission control device is arranged with a NO<SB>X</SB>selective reducing catalyst 15 and an oxidation catalyst 12 in an engine exhaust passage. In addition to a first urea water supplying valve 17 for supplying urea water to the NO<SB>X</SB>selective reducing catalyst 15, a second urea water supplying valve 21 for supplying the urea water to the oxidation catalyst 12 are provided. NO<SB>X</SB>and ammonia flowing out from the oxidation catalyst 12 when the urea water is supplied from the second urea water supplying valve 21, are detected by a NO<SB>X</SB>sensor 40. The concentration of the urea water is detected from a detection value of the NO<SB>X</SB>sensor 40. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.

機関排気通路内にＮＯ_X選択還元触媒を配置し、尿素水タンク内に貯留された尿素水をＮＯ_X選択還元触媒に供給して尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、尿素水の異常を検出するために尿素水タンク内に尿素水濃度センサを配置した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
特開２００５−８３２２３号公報 An NO _x selective reduction catalyst is disposed in the engine exhaust passage, and urea water stored in the urea water tank is supplied to the NO _x selective reduction catalyst, so that NO _x contained in the exhaust gas is reduced by ammonia generated from the urea water. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that selectively reduces, an internal combustion engine in which a urea water concentration sensor is disposed in a urea water tank in order to detect an abnormality in urea water is known (see, for example, Patent Document 1). ).
JP 2005-83223 A

しかしながらこの尿素水濃度センサは高価であり、より廉価な他の方法を使用したいのが現状である。
本発明は、廉価でかつ確実に尿素水の異常を検出することのできる排気浄化装置を提供することにある。 However, this urea water concentration sensor is expensive, and at present, it is desired to use another less expensive method.
An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device that can reliably detect abnormality of urea water at low cost.

本発明によれば、機関排気通路内にＮＯ_X選択還元触媒を配置し、尿素水タンク内に貯留された尿素水をＮＯ_X選択還元触媒に供給して尿素水から発生するアンモニアにより排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元するようにした内燃機関の排気浄化装置において、機関排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置すると共に、ＮＯ_X選択還元触媒に尿素水を供給するための第１の尿素水供給弁に加え、酸化機能を有する触媒に尿素水を供給するための第２の尿素水供給弁を具備しており、第２の尿素水供給弁から尿素水を供給したときに酸化機能を有する触媒から流出するＮＯ_XおよびアンモニアをＮＯ_Xセンサにより検出してＮＯ_Xセンサの検出値から尿素水の濃度を検出するようにしている。 According to the present invention, the NO _x selective reduction catalyst is disposed in the engine exhaust passage, the urea water stored in the urea water tank is supplied to the NO _x selective reduction catalyst, and the ammonia generated from the urea water in the exhaust gas In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that selectively reduces NO _x contained in the engine, a catalyst having an oxidation function is disposed in the engine exhaust passage, and urea water is supplied to the NO _x selective reduction catalyst. In addition to the first urea water supply valve, a second urea water supply valve for supplying urea water to the catalyst having an oxidation function is provided, and when urea water is supplied from the second urea water supply valve and to detect the concentration of the urea water NO _X and ammonia flowing out from the catalyst having an oxidation function is detected by the NO _X sensor from the detected value of the NO _X sensor.

ＮＯ_Xセンサを用いた廉価な方法でもって尿素水の濃度を検出することができ、従って廉価な方法でもって尿素水の異常を検出することができる。 The concentration of urea water can be detected by an inexpensive method using an NO _x sensor, and therefore the abnormality of urea water can be detected by an inexpensive method.

図１に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。 FIG. 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber 2, 4 is an intake manifold, and 5 is an exhaust manifold. Respectively. The intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7 a of the exhaust turbocharger 7 via the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7 a is connected to the air cleaner 9 via the intake air amount detector 8. A throttle valve 10 driven by a step motor is disposed in the intake duct 6, and a cooling device 11 for cooling intake air flowing through the intake duct 6 is disposed around the intake duct 6. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 11, and the intake air is cooled by the engine cooling water.

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は酸化機能を有する触媒１２に連結される。図１の示される実施例ではこの酸化機能を有する触媒１２は酸化触媒からなる。酸化触媒１２の下流には酸化触媒１２に隣接して排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１３が配置され、このパティキュレートフィルタ１３の出口は排気管１４を介してＮＯ_X選択還元触媒１５の入口に連結される。このＮＯ_X選択還元触媒１５の出口には酸化機能を有する触媒１６が連結される。図１に示される実施例ではこの酸化機能を有する触媒１６は酸化触媒からなる。 On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust turbine 7b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7b is connected to the catalyst 12 having an oxidation function. In the embodiment shown in FIG. 1, the catalyst 12 having this oxidation function comprises an oxidation catalyst. Downstream of the oxidation catalyst 12, a particulate filter 13 for collecting particulate matter contained in the exhaust gas is disposed adjacent to the oxidation catalyst 12, and an outlet of the particulate filter 13 is disposed via the exhaust pipe 14. And connected to the inlet of the NO _x selective reduction catalyst 15. A catalyst 16 having an oxidation function is connected to the outlet of the NO _x selective reduction catalyst 15. In the embodiment shown in FIG. 1, the catalyst 16 having this oxidation function is an oxidation catalyst.

ＮＯ_X選択還元触媒１５上流の排気管１４内にはＮＯ_X選択還元触媒１５に尿素水を供給するための第１の尿素水供給弁１７が配置され、この第１の尿素水供給弁１７は供給管１８、供給ポンプ１９を介して尿素水タンク２０に連結される。尿素水タンク２０内に貯蔵されている尿素水は供給ポンプ１９によって第１の尿素水供給弁１７から排気管１４内を流れる排気ガス中に噴射され、尿素から発生したアンモニア（（ＮＨ₂）₂ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂）によって排気ガス中に含まれるＮＯ_XがＮＯ_X選択還元触媒１５において還元される。 The _the NO _X selective reducing catalyst 15 upstream of the exhaust pipe 14 is disposed a first urea water supply valve 17 for supplying urea water into _the NO _X selective reducing catalyst 15, the first urea water supply valve 17 It is connected to a urea water tank 20 through a supply pipe 18 and a supply pump 19. The urea water stored in the urea water tank 20 is injected from the first urea water supply valve 17 into the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 14 by the supply pump 19, and ammonia ((NH ₂ ) ₂ generated from urea. _{_{CO + H 2 O → 2NH 3}} + CO NO X contained in the exhaust gas by ₂₎ is reduced in _the NO _X selective reducing catalyst 15.

また、図１に示されるように第１の尿素水供給弁１７に加え、酸化触媒１２の上流には第２の尿素水供給弁２１が設けられており、この第２の尿素水供給弁２１は供給管１８、供給ポンプ１９を介して尿素水タンク２０に連結されている。この第２の尿素水供給弁２１にも供給ポンプ１９によって尿素水タンク２０内の尿素水が供給され、この尿素水は第２の尿素水供給弁２１から酸化触媒１２に供給される。 As shown in FIG. 1, in addition to the first urea water supply valve 17, a second urea water supply valve 21 is provided upstream of the oxidation catalyst 12, and this second urea water supply valve 21. Is connected to a urea water tank 20 through a supply pipe 18 and a supply pump 19. The urea water in the urea water tank 20 is also supplied to the second urea water supply valve 21 by the supply pump 19, and this urea water is supplied from the second urea water supply valve 21 to the oxidation catalyst 12.

一方、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁２３が配置される。また、ＥＧＲ通路２３周りにはＥＧＲ通路２３内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２４が配置される。図１の示される実施例では機関冷却水が冷却装置２４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管２５を介してコモンレール２６に連結され、このコモンレール２６は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７を介して燃料タンク２８に連結される。燃料タンク２８内に貯蔵されている燃料は燃料ポンプ２７によってコモンレール２６内に供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁３に供給される。 On the other hand, the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 22, and an electronically controlled EGR control valve 23 is disposed in the EGR passage 22. A cooling device 24 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 23 is disposed around the EGR passage 23. In the embodiment shown in FIG. 1, the engine cooling water is guided into the cooling device 24, and the EGR gas is cooled by the engine cooling water. On the other hand, each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 26 via a fuel supply pipe 25, and this common rail 26 is connected to a fuel tank 28 via an electronically controlled fuel pump 27 with variable discharge amount. The fuel stored in the fuel tank 28 is supplied into the common rail 26 by the fuel pump 27, and the fuel supplied into the common rail 26 is supplied to the fuel injection valve 3 through each fuel supply pipe 25.

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。パティキュレートフィルタ１３下流の排気管１４内には第１のＮＯ_Xセンサ４０が配置されており、酸化触媒１６の下流には第２のＮＯ_Xセンサ４１が配置されている。また、図１に示される実施例では酸化触媒１２の温度を検出するために酸化触媒１２に温度センサ４２が取付けられている。 The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. A first NO _x sensor 40 is disposed in the exhaust pipe 14 downstream of the particulate filter 13, and a second NO _x sensor 41 is disposed downstream of the oxidation catalyst 16. In the embodiment shown in FIG. 1, a temperature sensor 42 is attached to the oxidation catalyst 12 in order to detect the temperature of the oxidation catalyst 12.

これら第１のＮＯ_Xセンサ４０、第２のＮＯ_Xセンサ４１、温度センサ４２および吸入空気量検出器８の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４５にはアクセルペダル４５の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４６が接続され、負荷センサ４６の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４７が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、第１の尿素水供給弁１７、供給ポンプ１９、第２の尿素水供給弁２１、ＥＧＲ制御弁２３および燃料ポンプ２７に接続される。 The output signals of the first NO _X sensor 40, the second NO _X sensor 41, the temperature sensor 42, and the intake air amount detector 8 are input to the input port 35 via corresponding AD converters 37, respectively. The accelerator pedal 45 is connected to a load sensor 46 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 45, and the output voltage of the load sensor 46 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. Further, a crank angle sensor 47 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected via a corresponding drive circuit 38 to the fuel injection valve 3, the step motor for driving the throttle valve 10, the first urea water supply valve 17, the supply pump 19, the second urea water supply valve 21, It is connected to the EGR control valve 23 and the fuel pump 27.

酸化触媒１２は例えば白金のような貴金属触媒を担持しており、パティキュレートフィルタ１３も白金のような貴金属触媒からなる酸化触媒を担持している。従ってパティキュレートフィルタ１３は酸化機能を有する触媒であるとも言える。一方、ＮＯ_X選択還元触媒１５は低温で高いＮＯ_X浄化率を有するアンモニア吸着タイプのＦｅゼオライトから構成することもできるし、アンモニアの吸着機能がないチタニア・バナジウム系の触媒から構成することもできる。酸化触媒１６は例えば白金からなる貴金属触媒を担持しており、この酸化触媒１６はＮＯ_X選択還元触媒１５から漏出したアンモニアを酸化する作用をなす。 The oxidation catalyst 12 carries a noble metal catalyst such as platinum, for example, and the particulate filter 13 also carries an oxidation catalyst made of a noble metal catalyst such as platinum. Therefore, it can be said that the particulate filter 13 is a catalyst having an oxidation function. On the other hand, the NO _x selective reduction catalyst 15 can be composed of an ammonia adsorption type Fe zeolite having a high NO _x purification rate at a low temperature, or can be composed of a titania / vanadium catalyst having no ammonia adsorption function. . The oxidation catalyst 16 carries a noble metal catalyst made of, for example, platinum, and this oxidation catalyst 16 functions to oxidize ammonia leaked from the NO _x selective reduction catalyst 15.

次に図２について説明すると、図２において実線ＮＯ_Xは第１のＮＯ_Xセンサ４０および第２のＮＯ_Xセンサ４１の出力電圧Ｖと排気ガス中のＮＯ_X濃度との関係を示しており、実線ＮＨ₃は第１のＮＯ_Xセンサ４０および第２のＮＯ_Xセンサ４１の出力電圧Ｖと排気ガス中のアンモニアＮＨ₃の濃度との関係を示している。図２に示されるように各ＮＯ_Xセンサ４０，４１の出力電圧Ｖは排気ガス中のＮＯ_X濃度およびアンモニア濃度に比例しており、従って各ＮＯ_Xセンサ４０，４１は排気ガス中に含まれるＮＯ_XおよびアンモニアＮＨ₃を共に検出していることがわかる。 Next, FIG. 2 will be described. In FIG. 2, the solid line NO _X indicates the relationship between the output voltage V of the first NO _X sensor 40 and the second NO _X sensor 41 and the NO _X concentration in the exhaust gas. A solid line NH ₃ indicates the relationship between the output voltage V of the first NO _X sensor 40 and the second NO _X sensor 41 and the concentration of ammonia NH _{3 in} the exhaust gas. The output voltage V of the NO _X sensor 40 and 41 as shown in FIG. 2 is proportional to the NO _X concentration and the ammonia concentration in the exhaust gas, therefore the NO _X sensor 40 and 41 contained in the exhaust gas It can be seen that both NO _x and ammonia NH ₃ are detected.

さて、図１に示される実施例では排気ガス中に含まれるＮＯ_Xは第１の尿素水供給弁１７からＦ₁で示されるようにＮＯ_X選択還元触媒１５に向けて噴射された尿素水によりＮＯ_X選択還元触媒１５において還元される。このとき尿素水から生成されたアンモニアＮＨ₃の一部がＮＯ_X選択還元触媒１５をすり抜けたとしてもこのすり抜けたアンモニアＮＨ₃は酸化触媒１６において酸化される。これに対し、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xの一部がＮＯ_X選択還元触媒１５をすり抜けるとこのＮＯ_Xは酸化触媒１６もすり抜ける。このときＮＯ_X選択還元触媒１５をすり抜けたＮＯ_Xの量は第２のＮＯ_Xセンサ４１により検出される。 In the embodiment shown in FIG. 1, the NO _x contained in the exhaust gas is caused by urea water injected from the first urea water supply valve 17 toward the NO _x selective reduction catalyst 15 as indicated by F _1. The NO _x selective reduction catalyst 15 reduces the catalyst. At this time, even if a part of the ammonia NH ₃ generated from the urea water slips through the NO _X selective reduction catalyst 15, the slipped ammonia NH ₃ is oxidized in the oxidation catalyst 16. In contrast, the NO _X part of NO _X contained in the exhaust gas when slip through _the NO _X selective reducing catalyst 15 is slipping through the oxidation catalyst 16. At this time, the amount of NO _X that has passed through the NO _X selective reduction catalyst 15 is detected by the second NO _X sensor 41.

ところで機関の運転状態が定まると機関から排出されるＮＯ_X量、正確に言うと機関から単位時間当り排出されるＮＯ_X量が定まり、従ってＮＯ_X選択還元触媒１５に単位時間当り流入するＮＯ_X量が定まる。これに対し、第２のＮＯ_Xセンサ４１により検出されたＮＯ_X濃度に単位時間当りの排気ガス量、即ち単位時間当りの吸入空気量を乗算するとこの乗算結果はＮＯ_X選択還元触媒１５から浄化されることなく単位時間当り排出されるＮＯ_X量となる。従って第２のＮＯ_Xセンサ４１によりＮＯ_X選択還元触媒１５によるＮＯ_X浄化率を検出できることになる。 By the way, when the operating state of the engine is determined, the amount of NO _x discharged from the engine, more precisely, the amount of NO _x discharged from the engine per unit time is determined, and therefore NO _x flowing into the NO _x selective reduction catalyst 15 per unit time. The amount is fixed. On the other hand, when the NO _X concentration detected by the second NO _X sensor 41 is multiplied by the exhaust gas amount per unit time, that is, the intake air amount per unit time, this multiplication result is purified from the NO _X selective reduction catalyst 15. The amount of NO _x discharged per unit time without being discharged. Therefore, the NO _X purification rate by the NO _X selective reduction catalyst 15 can be detected by the second NO _X sensor 41.

さて、本発明による実施例では使用すべき正規の尿素水が予め定められており、この正規の尿素水の濃度は例えば３２．５％の一定値とされている。一方、上述した如く機関の運転状態が定まると機関から排出されるＮＯ_X量は定まり、第１の尿素水供給弁１７からは機関から排出されるＮＯ_Xを還元するのに必要な量の尿素水、即ち機関から排出されるＮＯ_X量に対して当量比＝１となる量の尿素水が供給される。このとき、正規の尿素水が使用され、ＮＯ_X量に対して当量比＝１となる量の尿素水が供給され、ＮＯ_X選択還元触媒１５が劣化していない限り、ＮＯ_X選択還元触媒１５によるＮＯ_X浄化率は一定値、例えば９０％となる。 In the embodiment according to the present invention, the normal urea water to be used is determined in advance, and the concentration of this normal urea water is set to a constant value of 32.5%, for example. On the other hand, when the operating state of the engine is determined as described above, the amount of NO _x discharged from the engine is determined, and the amount of urea necessary for reducing the NO _x discharged from the engine from the first urea water supply valve 17 is determined. Water, that is, an amount of urea water with an equivalent ratio = 1 to the amount of NO _x discharged from the engine is supplied. At this time, regular urea water is used, and an amount of urea water with an equivalent ratio = 1 with respect to the amount of NO _x is supplied, and the NO _x selective reduction catalyst 15 is not deteriorated unless the NO _x selective reduction catalyst 15 is deteriorated. The NO _x purification rate due to is a constant value, for example 90%.

このような状態で例えば正規の尿素水が使用されず、正規の尿素水よりも濃度の低い尿素水が使用され、このとき正規の尿素水の供給時と同じ量の尿素水が供給されたとすると第２のＮＯ_Xセンサ４１により検出されるＮＯ_X浄化率が低下する。ところがＮＯ_X選択還元触媒１５が劣化したときにも第２のＮＯ_Xセンサ４１により検出されるＮＯ_X浄化率が低下する。従って第２のＮＯ_Xセンサ４１により検出されるＮＯ_X浄化率が低下したからと言ってただちに尿素水の濃度が低下したと判断することができない。 In this state, for example, regular urea water is not used, urea water having a lower concentration than regular urea water is used, and at this time, the same amount of urea water is supplied as when regular urea water was supplied. The NO _x purification rate detected by the second NO _x sensor 41 decreases. However, even when the NO _X selective reduction catalyst 15 deteriorates, the NO _X purification rate detected by the second NO _X sensor 41 decreases. Therefore, just because the NO _x purification rate detected by the second NO _x sensor 41 has decreased, it cannot be immediately determined that the concentration of urea water has decreased.

そこで本発明では尿素水の濃度を正確に検出するために、機関排気通路内に酸化機能を有する触媒、例えば酸化触媒１２を配置すると共に、ＮＯ_X選択還元触媒１５に尿素水を供給するための第１の尿素水供給弁１７に加え、この酸化機能を有する触媒１２に尿素水を供給するための第２の尿素水供給弁２１を具備しており、第２の尿素水供給弁２１から尿素水を供給したときに酸化機能を有する触媒１２から流出するＮＯ_Xおよびアンモニアを第１のＮＯ_Xセンサ４０により検出してこの第１のＮＯ_Xセンサ４０の検出値から尿素水の濃度を検出するようにしている。 Therefore, in the present invention, in order to accurately detect the concentration of urea water, a catalyst having an oxidation function, for example, the oxidation catalyst 12 is disposed in the engine exhaust passage, and the urea water is supplied to the NO _x selective reduction catalyst 15. In addition to the first urea water supply valve 17, a second urea water supply valve 21 for supplying urea water to the catalyst 12 having this oxidation function is provided. the NO _X and ammonia flowing out from the catalyst 12 having an oxidation function when water was fed is detected by the first of the NO _X sensor 40 for detecting the concentration of the urea water from the detected value of the first of the NO _X sensor 40 I am doing so.

なお、図１に示される実施例では酸化機能を有する触媒、即ち酸化触媒１２およびパティキュレートフィルタ１３がＮＯ_X選択還元触媒１５の上流に配置されており、第１のＮＯ_Xセンサ４０がこれら酸化機能を有する触媒１２，１３とＮＯ_X選択還元触媒１５との間に配置されている。また、第２の尿素水供給弁２１からはＦ₂で示されるように酸化触媒１２に向けて尿素水が噴射される。 In the embodiment shown in FIG. 1, the catalyst having an oxidation function, that is, the oxidation catalyst 12 and the particulate filter 13 are arranged upstream of the NO _x selective reduction catalyst 15, and the first NO _x sensor 40 is oxidized. The catalysts 12 and 13 having a function and the NO _x selective reduction catalyst 15 are disposed. Further, the urea water is injected from the second urea water supply valve 21 toward the oxidation catalyst 12 as indicated by F _2.

第２の尿素水供給弁２１から噴射された尿素水は酸化触媒１２において酸化されてアンモニアＮＨ₃又はＮＯ_Xとなり、これらアンモニアＮＨ₃およびＮＯ_Xの濃度が第１のＮＯ_Xセンサ４０により検出される。この場合、機関から排出される排気ガス中にはＮＯ_Xが含まれているので第１のＮＯ_Xセンサ４０により検出されたアンモニアＮＨ₃およびＮＯ_Xの濃度の増大分が供給された尿素水によるものである。 The urea water injected from the second urea water supply valve 21 is oxidized in the oxidation catalyst 12 to become ammonia NH ₃ or NO _x , and the concentrations of these ammonia NH ₃ and NO _x are detected by the first NO _x sensor 40. The In this case, with ammonia NH ₃ and NO _X urea water increment is supplied at a concentration of which is detected by the first of the NO _X sensor 40 because it contains NO _X in the exhaust gas discharged from the engine Is.

このアンモニアＮＨ₃およびＮＯ_Xの濃度の増大分に単位時間当りの排気ガス量、即ち吸入空気量を乗算すると単位時間当り増大したアンモニアＮＨ₃およびＮＯ_X量となり、この単位時間当り増大したアンモニアＮＨ₃およびＮＯ_X量を積算するとこの積算値は供給された尿素水中に含まれている尿素量を表している。従ってこの積算値と尿素水の供給量から尿素水の濃度を算出できることになる。 Exhaust gas amount per unit time increment of the concentration of ammonia NH ₃ and NO _X, i.e. the intake air amount becomes ammonia NH ₃ and _the amount of NO _X was increased per Multiplying unit time, increased ammonia NH per unit time _{When 3} and the amount of NO _x are integrated, this integrated value represents the amount of urea contained in the supplied urea water. Therefore, the concentration of urea water can be calculated from this integrated value and the supply amount of urea water.

ところで酸化触媒１２の温度が高いとき、例えば３００℃以上のときには上述した如く供給された尿素水はアンモニアＮＨ₃又はＮＯ_Xに酸化されるが、酸化触媒１２の温度が低いとき、例えば２００℃前後のときには生成されたアンモニアＮＨ₃によりＮＯ_Xが選択還元されてＮ₂Ｏが生成される。しかしながらこのＮ₂ＯはＮＯ_Xセンサ４０，４１では検出することができず、従ってこのようなＮ₂Ｏが生成されると第１のＮＯ_Xセンサ４０の検出値から尿素水の濃度を正確に検出しえなくなる。 By the way, when the temperature of the oxidation catalyst 12 is high, for example, when it is 300 ° C. or higher, the urea water supplied as described above is oxidized to ammonia NH ₃ or NO _x , but when the temperature of the oxidation catalyst 12 is low, for example, around 200 ° C. In this case, NO _x is selectively reduced by the produced ammonia NH ₃ to produce N ₂ O. However, this N ₂ O cannot be detected by the NO _x sensors 40 and 41. Therefore, when such N ₂ O is generated, the concentration of urea water is accurately determined from the detection value of the first NO _x sensor 40. It cannot be detected.

そこで本発明による一実施例では酸化機能を有する触媒、例えば酸化触媒１２の温度が、第２の尿素水供給弁２１から供給された尿素水を第１のＮＯ_Xセンサ４０では検出しえない成分、例えばＮ₂Ｏに変化させる温度領域にあるとき、例えば３００℃以下のときには尿素水の濃度の検出を禁止するようにしている。 Component Therefore, in one embodiment according to the present invention is a catalyst having an oxidation function, for example, the temperature of the oxidation catalyst 12 is not be a urea water supplied from the second urea water supply valve 21 is detected in the first of the NO _X sensor 40 For example, when the temperature is changed to N ₂ O, for example, when the temperature is 300 ° C. or lower, detection of the concentration of urea water is prohibited.

図３に尿素水濃度の検出方法の一例を示す。この尿素水濃度の検出は機関の運転が開始されてから終了するまでの間において検出条件が成立したときに例えば一回だけ行われる。図３に示されるように検出条件が成立すると、例えば温度センサ４２により検出された酸化触媒１２の温度が３００℃よりも高くなると第１のＮＯ_Xセンサ４０の出力電圧Ｖが基準値Ｖ_bとして読込まれる。基準値Ｖ_bが読込まれると図３に示されるように第２の尿素水供給弁２１から尿素水が噴射される。 FIG. 3 shows an example of a method for detecting the urea water concentration. The urea water concentration is detected only once, for example, when the detection condition is satisfied from the start to the end of engine operation. When the detection condition is satisfied as shown in FIG. 3, for example, when the temperature of the oxidation catalyst 12 detected by the temperature sensor 42 becomes higher than 300 ° C., the output voltage V of the first NO _X sensor 40 becomes the reference value V _b. Read. When the reference value _Vb is read, urea water is injected from the second urea water supply valve 21 as shown in FIG.

第２の尿素水供給弁２１から尿素水が噴射されると第１のＮＯ_Xセンサ４０の出力電圧Ｖは図３においてＶ_sで示されるように変化し、このとき図３においてＶ_bとＶ_sとで囲まれたハッチングで示す領域の面積が尿素水中に含まれる尿素量を表わしている。従って図３に示される例では図３のハッチングで示される領域の面積を求めるために検出条件が成立するとその後一定期間ＴＸが経過するまでの間、Ｖ_sとＶ_bとの差が積算される。 When urea water is injected from the second urea water supply valve 21, the output voltage V of the first NO _x sensor 40 changes as indicated by V _s in FIG. 3, and at this time, V _b and V in FIG. _The area of the hatched area surrounded by _s represents the amount of urea contained in the urea water. Therefore, in the example shown in FIG. 3, when the detection condition is satisfied in order to obtain the area of the area shown by hatching in FIG. 3, the difference between V _s and V _b is accumulated until a certain period TX passes thereafter. .

図４は図３に示される例を実行するための尿素水濃度の検出ルーチンを示している。
図４を参照するとまず初めにステップ５０において検出条件が成立しているか否かが判別される。検出条件が成立したときにはステップ５１に進んで第１のＮＯ_Xセンサ４０の出力電圧Ｖが取込まれ、ステップ５２においてこの出力電圧Ｖが基準値Ｖ_bとされる。次いでステップ５３では尿素水供給量Ｑと図３に示される一定期間ＴＸが取込まれる。次いでステップ５４では第２の尿素水供給弁２１から尿素水が量Ｑだけ噴射される。 FIG. 4 shows a urea water concentration detection routine for executing the example shown in FIG.
Referring to FIG. 4, first, at step 50, it is judged if the detection condition is satisfied. When the detection condition is satisfied captured output voltage V of the first of the NO _X sensor 40 proceeds to step 51, the output voltage V is the reference value V _b at step 52. Next, at step 53, the urea water supply amount Q and the fixed period TX shown in FIG. Next, at step 54, urea water is injected by the amount Q from the second urea water supply valve 21.

次いでステップ５５では一定期間ＴＸが経過したか否かが判別される。一定期間ＴＸが経過していないときはステップ５６に進んで第１のＮＯ_Xセンサ４０の出力電圧Ｖが取込まれ、次いでステップ５７においてこの出力電圧ＶがＶ_sとされる。次いでステップ５８ではＶ_sと基準値Ｖ_bとの差（Ｖ_s−Ｖ_b）が積算値ΣＶに加算される。次いでステップ５９では出力電圧Ｖの取込み間隔を表す予め定められた一定時間Δｔが経過するまで待ち、ステップ５５に戻る。ステップ５５において一定期間ＴＸが経過したと判断されたときにはステップ６０において積算値ΣＶに定数Ｃを乗算することによって尿素水中の尿素量ＤＤ（＝Ｃ・ΣＶ）が算出される。次いでステップ６１では尿素水供給量Ｑと尿素量ＤＤから尿素水の濃度が算出される。 Next, at step 55, it is judged if a certain period TX has elapsed. When the predetermined period TX has not elapsed, the routine proceeds to step 56, where the output voltage V of the first NO _x sensor 40 is taken, and then at step 57, this output voltage V is set to V _s . Next, at step 58, the difference (V _s -V _b ) between V _s and the reference value V _b is added to the integrated value ΣV. Next, at step 59, the process waits until a predetermined time Δt representing the output voltage V take-in interval elapses, and returns to step 55. When it is determined in step 55 that the predetermined period TX has elapsed, the urea amount DD (= C · ΣV) in the urea water is calculated by multiplying the integrated value ΣV by a constant C in step 60. Next, at step 61, the concentration of urea water is calculated from the urea water supply amount Q and the urea amount DD.

図５に図１の変形例を示す。図５に示される変形例では、酸化機能を有する触媒が酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタ１３と、パティキュレートフィルタ１３の上流に配置された酸化触媒１２からなり、第２の尿素水供給弁２１からパティキュレートフィルタ１３の尿素水が供給される。また、この変形例では温度センサ４２がパティキュレートフィルタ１３に取付けられる。この変形例では検出条件が成立したとき、例えばパティキュレートフィルタ１３の温度が３００℃以上になったときに第２の尿素水供給弁２１から尿素水が供給される。 FIG. 5 shows a modification of FIG. In the modification shown in FIG. 5, the catalyst having an oxidation function includes a particulate filter 13 carrying an oxidation catalyst, and an oxidation catalyst 12 disposed upstream of the particulate filter 13, and a second urea water supply valve 21. To supply the urea water of the particulate filter 13. In this modification, the temperature sensor 42 is attached to the particulate filter 13. In this modification, when the detection condition is satisfied, for example, when the temperature of the particulate filter 13 becomes 300 ° C. or higher, urea water is supplied from the second urea water supply valve 21.

図６（Ａ）に別の実施例を示す。図６（Ａ）に示される実施例では第２の尿素水供給弁２１および酸化機能を有する触媒、例えば酸化触媒１６がＮＯ_X選択還元触媒１５の下流に配置されている。更にこの実施例では温度センサ４２が酸化触媒１６に取付けられており、また酸化触媒１６の下流にＮＯ_Xセンサ４０が一つだけ設けられている。図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示される実施例の変形例を示しており、図６（Ｂ）に示される変形例ではパティキュレートフィルタ１３が酸化触媒１６の下流に配置されている。 FIG. 6A shows another embodiment. In the embodiment shown in FIG. 6A, the second urea water supply valve 21 and a catalyst having an oxidation function, for example, the oxidation catalyst 16 are arranged downstream of the NO _x selective reduction catalyst 15. Further, in this embodiment, the temperature sensor 42 is attached to the oxidation catalyst 16, and only one NO _x sensor 40 is provided downstream of the oxidation catalyst 16. FIG. 6B shows a modification of the embodiment shown in FIG. 6A. In the modification shown in FIG. 6B, the particulate filter 13 is arranged downstream of the oxidation catalyst 16. .

図６（Ａ）に示される実施例および図６（Ｂ）に示される変形例では検出条件が成立したとき、例えば酸化触媒１６の温度が３００℃を越えたときに第２の尿素水供給弁２１から尿素水が供給され、この尿素水は酸化触媒１６においてアンモニアＮＨ₃又はＮＯ_Xに酸化される。このときこのアンモニアＮＨ₃又はＮＯ_Xの濃度はＮＯ_Xセンサ４０により検出され、このＮＯ_Xセンサ４０の検出値から尿素水の濃度が検出される。 In the embodiment shown in FIG. 6A and the modification shown in FIG. 6B, when the detection condition is satisfied, for example, when the temperature of the oxidation catalyst 16 exceeds 300 ° C., the second urea water supply valve The urea water is supplied from 21, and this urea water is oxidized into ammonia NH ₃ or NO _x in the oxidation catalyst 16. In this case the concentration of ammonia NH ₃ or NO _X is detected by NO _X sensor 40, the concentration of the urea water from the detection value of the NO _X sensor 40 is detected.

ところで図６（Ａ）および（Ｂ）に示される例ではＮＯ_X選択還元触媒１５においてＮＯ_Xの除去された排気ガスが酸化触媒１６に送り込まれる。従ってこれらの例では尿素水の濃度の算出時に基準値Ｖ_bの検出誤差の影響を受けなくなり、従って尿素水の濃度の検出精度を高めることができるという利点がある。また、図６（Ａ）および（Ｂ）に示される例では一つのＮＯ_Xセンサ４０によって尿素水の濃度に加え、ＮＯ_X浄化率を検出することができるという利点がある。 By the way, in the example shown in FIGS. 6A and 6B, the exhaust gas from which NO _X has been removed by the NO _X selective reduction catalyst 15 is sent to the oxidation catalyst 16. Therefore, in these examples, there is an advantage that it is not affected by the detection error of the reference value V _b when calculating the concentration of urea water, and therefore the detection accuracy of the concentration of urea water can be improved. In addition, the example shown in FIGS. 6A and 6B has an advantage that the NO _X purification rate can be detected in addition to the concentration of urea water by one NO _X sensor 40.

圧縮着火式内燃機関の全体図である。1 is an overall view of a compression ignition type internal combustion engine. ＮＯ_Xセンサの出力電圧Ｖを示す図である。It is a diagram showing an output voltage V of the NO _X sensor. 尿素水の濃度の検出方法を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the detection method of the density | concentration of urea water. 尿素水の濃度を検出するためのフローチャートである。It is a flowchart for detecting the density | concentration of urea water. 図１の一部について別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example about a part of FIG. 図１の一部について更に別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example about a part of FIG.

Explanation of symbols

４吸気マニホルド
５排気マニホルド
１２，１６酸化触媒
１３パティキュレートフィルタ
１５ＮＯ_X選択還元触媒
１７第１の尿素水供給弁
２１第２の尿素水供給弁
４１，４１ＮＯ_Xセンサ 4 Intake manifold 5 Exhaust manifold 12, 16 Oxidation catalyst 13 Particulate filter 15 NO _X selective reduction catalyst 17 First urea water supply valve 21 Second urea water supply valve 41, 41 NO _X sensor

Claims

NO _X selective reduction catalyst is disposed in the engine exhaust passage, and urea water stored in the urea water tank is supplied to the NO _X selective reduction catalyst, and NO contained in the exhaust gas by ammonia generated from the urea water _In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that selectively reduces _X , a catalyst having an oxidation function is disposed in the engine exhaust passage, and a first aqueous solution for supplying urea water to the NO _X selective reduction catalyst. In addition to the urea water supply valve, a second urea water supply valve for supplying urea water to the catalyst having the oxidation function is provided, and when urea water is supplied from the second urea water supply valve exhaust purification system of an internal combustion engine to detect the concentration of the urea water from the detection value of the NO _X sensor detects the NO _X and ammonia flowing out from the catalyst having the oxidizing function by NO _X sensor.

The catalyst having the oxidation function is disposed upstream of the NO _x selective reduction catalyst, and the NO _x sensor is disposed between the catalyst having the oxidation function and the NO _x selective reduction catalyst. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1.

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the catalyst having an oxidation function is an oxidation catalyst, and urea water is supplied to the oxidation catalyst from the second urea water supply valve.

The catalyst having the oxidation function comprises a particulate filter carrying an oxidation catalyst and an oxidation catalyst disposed upstream of the particulate filter, and urea water is supplied to the particulate filter from the second urea water supply valve. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2.

The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein another NO _x sensor for detecting the NO _x purification rate is arranged downstream of the NO _x selective reduction catalyst.

The second urea water supply valve and the catalyst having the oxidation function are disposed downstream of the NO _x selective reduction catalyst, and the NO _x purification rate is detected in addition to the urea water concentration by the NO _x sensor. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.

The temperature of the catalyst having the oxidizing function, inhibits the detection of the concentration of the urea water when in the temperature range of changing the components which can not be detected urea water supplied by the NO _X sensor from the second urea water supply valve The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.