JP2010096039A - Urea water injection amount control device and urea water injection control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のNOxを還元するNOx還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに適用され、尿素水の噴射量を制御する尿素水噴射量制御装置及びその制御システムに関する。 The present invention is applied to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine equipped with a NOx reduction catalyst that uses ammonia generated from urea water to reduce NOx in exhaust gas, and controls the injection amount of urea water. The present invention relates to a control device and a control system thereof.
従来、尿素水から生成されるアンモニアNH3を使用して排気中の窒素酸化物NOx(主にNOとNO2)を還元するNOx還元触媒が知られており、その還元反応は主に以下の反応式(1)〜(3)によるものと考えられる。 Conventionally, a NOx reduction catalyst for reducing nitrogen oxide NOx (mainly NO and NO2) in exhaust gas using ammonia NH3 generated from urea water is known, and the reduction reaction is mainly performed by the following reaction formula. This is considered to be due to (1) to (3).
NH3+1/2NO+1/2NO2→N2+3/2H2O ・・・(1)
NH3+NO+1/4O2→N2+3/2H2O ・・・(2)
NH3+3/4NO2→7/8N2+3/2H2O ・・・(3)
このことは、NOx還元触媒に流入するNO、NO2がいずれの反応式(1)〜(3)にしたがって還元されるのかに応じて、還元に用いられるNH3の量が異なってくることを意味する。そのため、単純にNOx量を推定してその推定値に基づき尿素水の噴射量を制御した場合には、NO及びNO2の割合(以下「NO/NO2割合」と記載)によってはNH3供給量の過不足が生じる。NH3が不足するとNOx浄化率の低下を招き、NH3が過剰であるとNOx還元触媒からNH3の過剰分が排出されるといったアンモニアスリップを招く。そこで従来では、NO/NO2割合を推定し、その推定結果に応じて尿素水の噴射量を制御することで、NH3供給量の過不足抑制を図っていた(特許文献1参照)。
NH 3 + 1 / 2NO + 1 / 2NO 2 → N 2 + 3 / 2H 2 O (1)
NH 3 + NO + 1 / 4O 2 → N 2 + 3 / 2H 2 O (2)
NH 3 + 3 / 4NO 2 → 7 / 8N 2 + 3 / 2H 2 O (3)
This means that the amount of NH3 used for the reduction varies depending on which of the reaction formulas (1) to (3) the NO and NO2 flowing into the NOx reduction catalyst are reduced. . Therefore, when the amount of NOx is simply estimated and the injection amount of urea water is controlled based on the estimated value, depending on the ratio of NO and NO2 (hereinafter referred to as “NO / NO2 ratio”), the excess of NH3 supply amount may be increased. A shortage occurs. When NH3 is insufficient, the NOx purification rate is lowered, and when NH3 is excessive, an ammonia slip is caused such that excess NH3 is discharged from the NOx reduction catalyst. Therefore, conventionally, the NO / NO2 ratio is estimated, and the injection amount of urea water is controlled in accordance with the estimation result, thereby suppressing excess / deficiency of the NH3 supply amount (see Patent Document 1).
特許文献1では、NOx還元触媒の排気上流側に配置された酸化触媒において、排気中のNOが以下の反応式(4)にしたがってNO2に酸化されることに着目し、その酸化によるNO2への変換率(NO2変換率)に基づきNO/NO2割合を推定している。
2NO+O2→2NO2 ・・・(4)
ちなみに、上記反応式(1)〜(3)の中では反応式(1)の反応速度が最も速い。そして、上記酸化触媒に流入するNOxの大半はNOであるが、上記反応式(4)の如くNOの一部をNO2に変換することで、NOx還元触媒に流入するNO2量をNO量に近づけるよう酸化触媒は機能し、これにより、NOx還元触媒において反応式(1)による反応が促進され、ひいてはNOx浄化率の向上が図られることとなる。
Incidentally, among the reaction formulas (1) to (3), the reaction rate of the reaction formula (1) is the fastest. Most of the NOx flowing into the oxidation catalyst is NO, but by converting part of the NO into NO2 as in the above reaction formula (4), the amount of NO2 flowing into the NOx reduction catalyst is brought close to the NO amount. The oxidation catalyst functions so that the reaction according to the reaction formula (1) is promoted in the NOx reduction catalyst, and as a result, the NOx purification rate is improved.
しかしながら、酸化触媒上でのNO2変換率に基づきNO/NO2割合を推定する従来制御では、その推定精度を向上させる余地があることを本発明者らは見出した。 However, the present inventors have found that there is room for improving the estimation accuracy in the conventional control in which the NO / NO2 ratio is estimated based on the NO2 conversion rate on the oxidation catalyst.
すなわち、排気中の炭素系微粒子(PM:particulate matters)を捕集するフィルタ(DPF:diesel particulate filter)をNOx還元触媒の排気上流側に配置した排気浄化システムにおいては、DPFに捕集されたPMの主成分である煤(C)が以下の反応式(5)にしたがってNO2により酸化される。すると、このような煤の酸化に伴いNO2がNOに変換される。
That is, in an exhaust purification system in which a filter (DPF: diesel particulate filter) that collects carbon-based particulate matter (PM) in exhaust gas is disposed upstream of the NOx reduction catalyst, PM collected by DPF主 成分 (C), which is the main component, is oxidized by
C+2NO2→CO2+2NO ・・・(5)
したがって、NO/NO2割合は、酸化触媒上でのNO2変換率に応じて変化するのみならず、DPF上にて煤が酸化されることに伴いNO2がNOへ変換される率(NO変換率)に応じても変化する、との知見を本発明者らは得た。
C + 2NO 2 → CO 2 + 2NO (5)
Therefore, the NO / NO2 ratio not only changes according to the NO2 conversion rate on the oxidation catalyst, but also the rate at which NO2 is converted to NO as NOx is oxidized on the DPF (NO conversion rate). The present inventors have obtained the knowledge that it changes depending on the condition.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、NO/NO2割合の推定精度を向上させることで、NH3供給量の過不足低減を促進できる尿素水噴射量制御装置及び尿素水噴射制御システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the estimation accuracy of the NO / NO2 ratio so as to promote the excess / deficiency reduction of the NH3 supply amount. And providing a urea water injection control system.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.
請求項1記載の発明は、内燃機関の排気管に配置され、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のNOxを還元するNOx還元触媒と、前記NOx還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のNOをNO2に酸化しうる酸化触媒と、前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、を備える内燃機関の排気浄化システムに適用されたものである。
The invention according to
そして、前記酸化触媒においてNOが酸素により酸化されてNO2に変換されるNO2変換率と、前記フィルタにおいて炭素がNO2により酸化されることに伴いNO2がNOへ変換されるNO変換率とに基づき、前記NOx還元触媒へ流入するNOとNO2との割合(NO/NO2割合)を推定する割合推定手段と、前記割合推定手段により推定されたNO/NO2割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、を備えることを特徴とする。 And based on the NO2 conversion rate in which NO is oxidized by oxygen in the oxidation catalyst and converted to NO2, and the NO conversion rate in which NO2 is converted to NO as the carbon is oxidized by NO2 in the filter, Ratio estimating means for estimating the ratio of NO and NO2 flowing into the NOx reduction catalyst (NO / NO2 ratio), and urea injected from the injection valve based on the NO / NO2 ratio estimated by the ratio estimating means And an injection amount control means for controlling the injection amount of water.
本発明は、本発明者らによる上記知見、つまり「NO/NO2割合は、酸化触媒上におけるNO2変換率に応じて変化するのみならず、フィルタ上におけるNO変換率に応じても変化する」との知見に基づきなされたものであり、酸化触媒上でのNO2変換率に加え、フィルタ上でのNO変換率にも基づきNO/NO2割合を推定するので、その推定精度を向上させることができる。よって、尿素水の噴射量過不足低減を促進でき、ひいては、NH3供給量の過不足低減を促進することができる。
The present invention is based on the above findings by the present inventors, that is, “the NO /
請求項2記載の発明では、前記フィルタでの炭素系微粒子(PM)の堆積量を取得するPM堆積量取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記PM堆積量取得手段により取得したPM堆積量に基づき前記NO変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a PM deposition amount acquisition unit that acquires a deposition amount of carbon-based fine particles (PM) on the filter, and the ratio estimation unit is configured to acquire the PM deposition amount acquired by the PM deposition amount acquisition unit. The ratio is estimated by estimating the NO conversion rate based on the above.
先述した反応式(5)から明らかなように、PMの主成分である煤(C)の量に応じてNO変換率は変化する。この点に着目し、上記請求項2記載の発明では、PM堆積量に基づきNO変換率を推定することでNO/NO2割合を推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。 As is clear from the above-described reaction formula (5), the NO conversion rate changes according to the amount of soot (C) which is the main component of PM. Focusing on this point, in the invention according to the second aspect, the NO / NO2 ratio is estimated by estimating the NO conversion rate based on the PM accumulation amount, so that it is easy to ensure sufficient accuracy for the estimation. realizable.
また、PM堆積量が多いほど反応式(5)中のCの量が多くなり、ひいてはNO2がNOに変換される率(NO変換率)が多くなる。よって、請求項3記載の如く前記堆積量が多いほど前記NO変換率が多くなるよう推定することが望ましい。 Further, as the PM deposition amount increases, the amount of C in the reaction formula (5) increases, and as a result, the rate at which NO2 is converted to NO (NO conversion rate) increases. Therefore, it is desirable to estimate that the NO conversion rate increases as the accumulation amount increases.
請求項4記載の発明では、前記フィルタの温度を取得するフィルタ温度取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記フィルタ温度取得手段により取得したフィルタ温度に基づき前記NO変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする。 In invention of Claim 4, it comprises the filter temperature acquisition means which acquires the temperature of the filter, The ratio estimation means estimates the NO conversion rate based on the filter temperature acquired by the filter temperature acquisition means, The ratio is estimated.
先述した反応式(5)の反応速度はフィルタ温度に依存する。つまり、PM堆積量が同じであっても、フィルタ温度に応じてNO2がNOに変換される量(NO変換率)は異なる。この点に着目し、上記請求項4記載の発明では、フィルタ温度に基づきNO変換率を推定することでNO/NO2割合を推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。 The reaction rate of the above-described reaction formula (5) depends on the filter temperature. That is, even if the PM accumulation amount is the same, the amount of NO2 converted to NO (NO conversion rate) varies depending on the filter temperature. Focusing on this point, the invention according to claim 4 estimates the NO / NO2 ratio by estimating the NO conversion rate based on the filter temperature, so that it is easy to ensure sufficient accuracy for the estimation. it can.
また、NO変換率とフィルタ温度との関係について説明すると、NO変換率はフィルタ温度が所定温度の時に極大となる。よって、請求項5記載の如く、前記フィルタ温度に基づき前記NO変換率を推定するにあたり、前記フィルタ温度が所定温度である時に前記NO変換率が極大となるよう推定することが望ましい。 Further, the relationship between the NO conversion rate and the filter temperature will be described. The NO conversion rate becomes maximum when the filter temperature is a predetermined temperature. Therefore, as described in claim 5, when estimating the NO conversion rate based on the filter temperature, it is desirable to estimate the NO conversion rate to be maximum when the filter temperature is a predetermined temperature.
請求項6記載の発明では、排気の流速を取得する排気流速取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記NO変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, the apparatus includes an exhaust gas flow rate acquisition unit that acquires a flow rate of exhaust gas, and the ratio estimation unit calculates the estimated value of the NO conversion rate as the exhaust flow rate acquired by the oxidation catalyst temperature acquisition unit increases. It is characterized by correcting less.
排気流速が速いほど反応式(5)の反応がなされることなくNO2がフィルタを通過してしまう割合が高くなる。この点に鑑みた上記請求項6記載の発明では、排気流速が速いほどNO変換率の推定値を少なく補正するので、NO変換率の推定精度を向上でき、ひいてはNO/NO2割合の推定精度を向上できる。 The higher the exhaust gas flow rate, the higher the rate at which NO2 passes through the filter without the reaction of reaction formula (5). In the invention according to claim 6 in view of this point, the estimated value of the NO conversion rate is corrected to be smaller as the exhaust gas flow rate is faster, so that the estimation accuracy of the NO conversion rate can be improved, and consequently the estimated accuracy of the NO / NO2 ratio is improved. Can be improved.
請求項7記載の発明では、前記酸化触媒の温度を取得する酸化触媒温度取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した酸化触媒温度に基づき前記NO2変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする。 The invention according to claim 7 further comprises an oxidation catalyst temperature acquisition means for acquiring the temperature of the oxidation catalyst, and the ratio estimation means estimates the NO2 conversion rate based on the oxidation catalyst temperature acquired by the oxidation catalyst temperature acquisition means. Thus, the ratio is estimated.
先述した反応式(4)の反応速度は酸化触媒温度に依存する。つまり、酸化触媒へ流入するNOの量が同じであっても、酸化触媒温度に応じてNOがNO2に変換される率(NO2変換率)は異なる。この点に着目し、上記請求項7記載の発明では、酸化触媒温度に基づきNO2変換率を推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。 The reaction rate of the above-mentioned reaction formula (4) depends on the oxidation catalyst temperature. That is, even if the amount of NO flowing into the oxidation catalyst is the same, the rate at which NO is converted to NO2 (NO2 conversion rate) varies depending on the oxidation catalyst temperature. Focusing on this point, in the invention according to the seventh aspect, the NO2 conversion rate is estimated based on the oxidation catalyst temperature, so that it is possible to easily achieve sufficient accuracy for the estimation.
また、NO2変換率と酸化触媒温度との関係について説明すると、NO2変換率は酸化触媒温度が所定温度の時に極大となる。よって、請求項8記載の如く、前記酸化触媒温度に基づき前記NO2変換率を推定するにあたり、前記酸化触媒温度が所定温度である時に前記NO2変換率が極大となるよう推定することが望ましい。 The relationship between the NO2 conversion rate and the oxidation catalyst temperature will be described. The NO2 conversion rate becomes maximum when the oxidation catalyst temperature is a predetermined temperature. Therefore, as described in claim 8, when estimating the NO2 conversion rate based on the oxidation catalyst temperature, it is desirable to estimate the NO2 conversion rate to be maximum when the oxidation catalyst temperature is a predetermined temperature.
請求項9記載の発明では、排気の流速を取得する排気流速取得手段を備え、前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記NO2変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, the exhaust gas flow rate acquisition means for acquiring the flow velocity of the exhaust gas is provided, and the ratio estimation means calculates the estimated value of the NO2 conversion rate as the exhaust flow velocity acquired by the oxidation catalyst temperature acquisition means increases. It is characterized by correcting less.
排気流速が速いほど反応式(4)の反応がなされることなくNOが酸化触媒を通過してしまう割合が高くなる。この点に鑑みた上記請求項9記載の発明では、排気流速が速いほどNO2変換率の推定値を少なく補正するので、NO2変換率の推定精度を向上でき、ひいてはNO/NO2割合の推定精度を向上できる。 The faster the exhaust gas flow rate, the higher the rate at which NO passes through the oxidation catalyst without the reaction of the reaction formula (4). In the invention according to claim 9 in view of this point, the estimated value of the NO2 conversion rate is corrected to be smaller as the exhaust gas flow rate is faster. Therefore, the estimation accuracy of the NO2 conversion rate can be improved, and thus the estimated accuracy of the NO / NO2 ratio is improved. Can be improved.
請求項10記載の発明は、内燃機関の排気管に配置され、尿素水から生成されるアンモニアを使用して排気中のNOxを還元するNOx還元触媒と、/前記NOx還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、/前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のNOをNO2に酸化しうる酸化触媒と、/前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、を備える内燃機関の排気浄化システムに適用され、/前記フィルタでの炭素系微粒子(PM)の堆積量を取得するPM堆積量取得手段と、/前記PM堆積量取得手段により取得した炭素系微粒子の堆積量に基づき前記NOx還元触媒に流入するNOとNO2との割合を推定する割合推定手段と、/前記割合推定手段により推定されたNOとNO2との割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、を備えることを特徴とする。
The invention according to
これによれば、フィルタにおいて炭素がNO2により酸化されることに伴いNO2がNOへ変換される率(NO変換率)と相関のあるPM堆積量に基づきNO/NO2割合を推定するので、その推定精度を向上させることができる。よって、尿素水の噴射量過不足低減を促進でき、ひいては、NH3供給量の過不足低減を促進することができる。 According to this, since the NO / NO2 ratio is estimated based on the PM accumulation amount correlated with the rate of conversion of NO2 to NO (NO conversion rate) as the carbon is oxidized by NO2 in the filter, the estimation is performed. Accuracy can be improved. Therefore, it is possible to promote the reduction in excess and deficiency of the injection amount of urea water, and consequently promote the reduction in excess and deficiency of the NH 3 supply amount.
請求項11記載の発明は、上記尿素水噴射量制御装置と、前記NOx還元触媒、前記噴射弁、前記酸化触媒及び前記フィルタの少なくとも1つと、を備えることを特徴とする尿素水噴射制御システムである。この尿素水噴射制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。
The invention according to
以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、車載ディーゼルエンジン用の排気浄化システムとして本発明を具体化しており、その詳細な構成を以下に説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment embodies the present invention as an exhaust purification system for a vehicle-mounted diesel engine, and its detailed configuration will be described below.
はじめに、図1を参照して、本実施形態に係る排気浄化システムの構成について説明する。図1に示す排気浄化システムは、エンジン(内燃機関)の排気系に取り付けられ、同エンジンの排気中に含まれるHC、CO、NOx、PMを主に浄化するものである。 First, the configuration of the exhaust purification system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The exhaust purification system shown in FIG. 1 is attached to the exhaust system of an engine (internal combustion engine) and mainly purifies HC, CO, NOx, and PM contained in the exhaust of the engine.
具体的には、酸化触媒11aを有する酸化装置(DOC11:diesel oxidation catalyst)、排気中の炭素系微粒子(PM)を捕集するフィルタ(DPF12)、NOx還元触媒13aを有する還元装置(SCR13:selective catalytic reduction)を、排気上流側から順に並べて排気管10に取り付けて構成されている。また、排気管10のうちSCR13の上流側かつDPF12の下流側に位置する部分には、尿素水を排気中に噴射供給する噴射弁14が取り付けられている。
Specifically, an oxidation device (DOC11: diesel oxidation catalyst) having an oxidation catalyst 11a, a filter (DPF12) for collecting carbon-based fine particles (PM) in exhaust gas, and a reduction device (SCR13: selective) having a NOx reduction catalyst 13a. catalytic reduction) are arranged in order from the exhaust upstream side and attached to the
DOC11は、基材11bに白金系の酸化触媒11aを担持して構成されており、排気中の未燃燃料HC及びCOを酸化して浄化するとともに、排気中のNOを酸化してNO2に変換する。DPF12は、コーディエライト等の耐熱性セラミックからなる多孔質隔壁構造に形成され、排気中のPMを捕集する連続再生式のフィルタである。例えばメインの燃料噴射後のポスト噴射等で捕集PMを繰り返し燃焼除去する(再生処理に相当)ことにより継続的に使用することができる。
The
車両には、尿素を純水に溶け込ませてなる尿素水を貯蔵する尿素水タンク15が搭載されている。尿素水タンク15に貯蔵された尿素水は、電動ポンプ16により汲み上げられ、フィルタ17を介して噴射弁14へ供給される。電動ポンプ16は、エンジン運転中常時駆動するよう電子制御装置(ECU20)により制御されており、図示しないレギュレータにより噴射弁14への尿素水の供給圧力が一定となるよう制御される。
The vehicle is equipped with a urea water tank 15 for storing urea water obtained by dissolving urea in pure water. The urea water stored in the urea water tank 15 is pumped up by the
噴射弁14は、電動ポンプ16から供給された尿素水を、排気管10内のうちSCR13の排気上流側に噴射する。より詳細に説明すると、噴射弁14は、噴孔を開閉するニードル(図示せず)を備えており、ニードルの作動をECU20が制御することで噴孔の開閉状態を制御する。そして、所定時間あたりに噴孔を開く時間を制御することで、尿素水の噴射量をECU20は制御する。
The
噴射弁14から噴射された尿素水は、排気の熱によってアンモニア(NH3)に変換され(次式(6)参照)、排気共々下流のSCR13へ供給される。
The urea water injected from the
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2 ・・・(6)
SCR13は、基材13bに酸化バナジウム等のNOx還元触媒13aを担持して構成されており、酸素共存下でも選択的に排気中のNOxをアンモニアと反応させて(上記式(1)〜(3)参照)、NOxを還元して浄化する。ちなみに、DOC11に流入するNOxの大半はNOであるが、上記反応式(4)の如くNOの一部をNO2に変換することで、SCR13に流入するNO2量はNO量に近づくこととなるので、SCR13において上記反応式(1)による反応が促進され、ひいてはNOx浄化率の向上が図られることとなる。
(NH 2 ) 2CO + H 2 O → 2NH 3 + CO 2 (6)
The
ECU20は、周知のマイクロコンピュータ(図示略)を備え、エアフロメータ21、アクセル開度センサ22、クランク角センサ23等の各種センサの検出値に基づいて、1燃焼サイクル当たりに燃焼室に吸入される吸気量、エンジンの要求トルク、クランク軸の回転速度(エンジン回転速度)等を算出する。そして、これらの算出値に基づきエンジンの運転状態(例えば燃料噴射量、噴射タイミング、EGR量、過給圧等)を制御する。
The
さらにECU20は、SCR13に流入するNO量及びNO2量を算出し、これらの量のNOxを還元するのに必要なアンモニアに相当する尿素水の量を算出し、算出した量の尿素水を噴射するよう噴射弁14の作動を制御する。
Further, the
次に、SCR13にアンモニアを過不足なく供給するような尿素水噴射量を算出する手順について、図2の機能ブロック図を用いて説明する。ECU20のマイコンは、所定プログラムを実行することで尿素水噴射量を算出するが、その算出処理の過程で実行される各種処理内容を、図2中の各推定部20a,20b,20c及び算出部20dにて示している。
Next, a procedure for calculating the urea water injection amount for supplying ammonia to the
<NOx量推定部20a>
先ず、NOx量推定部20aは、エンジン運転状態(例えばエンジン回転速度、燃料噴射量及び吸気量)に基づき、燃焼室からの排気(つまりDOC11に流入する排気)に含まれるNOx量を算出する。なお、このようにエンジン運転状態に基づきNOx量を算出することに替え、NOxセンサをDOC11の排気上流側に設けて、当該NOxセンサの検出値に基づきNOx量を算出するようにしてもよい。
<NOx
First, the NOx
<DOCでのNO/NO2割合推定部20b>
上述した反応式(4)によりDOC11にてNOがNO2に変換される量は、当該反応の雰囲気温度つまりDOC11の温度(以下「DOC温度」と記載)に依存する。そこで、NO/NO2割合推定部20b(割合推定手段)では、DOC温度(厳密には、基材11bの温度又は酸化触媒11aの温度)に基づき、図3(a)のマップを用いてNO2変換率を算出する。このマップは、DOC温度が所定温度である時にNO2変換率が極大となるよう設定されている。NO2変換率の算出に用いるDOC温度は、DOC11上流側に設置された排気温度センサ24の検出値に基づき取得すればよい。なお、DOC11上流側以外の場所に配置された排気温度センサの検出値に基づき、応答遅れ時間を考慮してDOC温度を推定するようにしてもよい。
<NO /
The amount of NO converted to NO2 in the
また、反応式(4)の反応速度は、吸気量(厳密には、単位時間当たりに流れる吸気流量又は1燃焼サイクル当たりに燃焼室に吸入される吸気量)が多いほど遅くなる。つまり、反応式(4)にしたがったDOC11でのNO2変換率は、吸気量(つまり排気量(厳密には排気流速))が多いほど小さくなる。そこで、NO/NO2割合推定部20bでは、図3(a)のマップに基づき算出したNO2変換率を、吸気量に応じて補正している。例えば、吸気量とNO2変換率補正値(NOx反応量補正値)との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図3(d)のマップを用いてNO2変換率を補正すればよい。
Further, the reaction rate of the reaction formula (4) becomes slower as the intake air amount (strictly speaking, the intake air flow rate per unit time or the intake air amount taken into the combustion chamber per one combustion cycle) increases. That is, the NO2 conversion rate in the
換言すれば、DOC11でのNO2変換率は、DOC11に流入するNOx量(絶対量)が多いほど低くなる。そこで、図3(a)のマップに基づき算出したNO2変換率を、図3(e)に示すマップを用いてNOx量に応じて補正するようにしてもよい。
In other words, the NO2 conversion rate in the
そして、NO/NO2割合推定部20bは、このように算出したNO2変換率と、NOx量推定部20aで算出したNOx量とに基づき、DOC11から流出してDPF12へ流入するNO量及びNO2量を算出する。
Then, the NO / NO2
<DPFでのNO/NO2割合推定部20c>
上述した反応式(5)によりDPF12にてNO2がNOに変換される量は、当該反応の雰囲気温度つまりDPF12のフィルタ温度(以下「DPF温度」と記載)と、DPF12にて捕集されたPMの堆積量(厳密には、PM中に含まれる炭素成分の量)に依存する。そこで、NO/NO2割合推定部20c(割合推定手段)では、DPF12でのPM堆積量及びDPF温度に基づきNO変換率を算出している。
<NO / NO2 ratio estimation unit 20c in DPF>
The amount of NO2 converted to NO in the
具体的には、先ず、差圧センサ25,26の検出値に基づき、DPF12の上流側及び下流側の排気圧力の差(DPF差圧)を取得する。そして、取得したDPF差圧に基づき、図3(b)のマップを用いてPM堆積量を算出する。なお、DPF差圧が同じであってもその時の排気流量に応じてPM堆積量は異なってくるので、図3(b)のマップは排気流量に応じたPM堆積量を算出できるよう設定されている。
Specifically, first, based on the detection values of the
次に、このように算出したPM堆積量及びDPF温度に基づき、図3(c)のマップを用いてNO変換率を算出する。このマップは、PM堆積量が多いほどNO変換率が大きくなるよう設定されるとともに、DPF温度が所定温度である時にNO変換率が極大となるよう設定されている。NO変換率の算出に用いるDPF温度は、DOC11上流側に配置された先述の排気温度センサ24の検出値に基づき、応答遅れ時間を考慮して推定される。なお、DOC11上流側以外の場所(例えばDPF12とDOC11の間、DPF12とSCR13の間、或いはSCR13の下流側)に排気温度センサを設置して、当該センサの検出値に基づきDPF温度を算出するようにしてもよい。
Next, based on the PM deposition amount and the DPF temperature calculated in this way, the NO conversion rate is calculated using the map of FIG. This map is set so that the NO conversion rate increases as the PM deposition amount increases, and the NO conversion rate becomes maximum when the DPF temperature is a predetermined temperature. The DPF temperature used for calculating the NO conversion rate is estimated in consideration of the response delay time based on the detected value of the exhaust
また、反応式(5)の反応速度は、吸気量(つまり排気量(厳密には排気流速))が多いほど遅くなる。つまり、反応式(5)にしたがったDPF12でのNO変換率は、吸気量が多いほど小さくなる。そこで、NO/NO2割合推定部20cでは、図3(b)(c)のマップに基づき算出したNO変換率を、吸気量に応じて補正している。例えば、吸気量とNO変換率補正値(NOx反応量補正値)との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図3(d)のマップを用いてNO変換率を補正すればよい。
Further, the reaction rate of the reaction formula (5) becomes slower as the intake air amount (that is, the exhaust gas amount (strictly, the exhaust gas flow rate)) increases. That is, the NO conversion rate in the
換言すれば、DPF12でのNO変換率は、DPF12に流入するNOx量(絶対量)が多いほど低くなる。そこで、図3(b)(c)のマップに基づき算出したNO変換率を、図3(e)に示すマップを用いてNOx量に応じて補正するようにしてもよい。
In other words, the NO conversion rate in the
そして、NO/NO2割合推定部20cは、このように算出したNO変換率と、NO/NO2割合推定部20bで算出したNO量及びNO2量とに基づき、DPF12から流出してSCR13へ流入するNO量及びNO2量を算出する。
The NO / NO2 ratio estimation unit 20c then flows out from the
<尿素水の噴射量算出部20d>
SCR13において、O2及びNOx等の酸化物を含む排気成分の中からNOxを選択的に還元するにあたり、NO及びNO2は先述した反応式(1)〜(3)にしたがって還元される。そこで、尿素水の噴射量算出部20d(噴射量制御手段)では、NO/NO2割合推定部20cで算出したNO量及びNO2量に基づき、反応式(1)〜(3)にてNH3が過不足なく供給されることとなるよう、噴射弁14からの尿素水噴射量を算出する。
<Urea water injection
In the
以上により、本実施形態によれば以下の効果が得られるようになる。 As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)DOC11でNOがNO2に変換されることに加え、DPF12でNO2がNOに変換されることをも加味してSCR13へ流入するNO量及びNO2量を算出するので、DOC11でのNO2への変換のみを加味して算出した場合に比べ、NO量及びNO2量の算出精度を向上できる。よって、尿素水の噴射量過不足低減を促進でき、ひいては、NH3供給量の過不足低減を促進することができる。 (1) In addition to the fact that NO is converted to NO2 at DOC11 and the fact that NO2 is converted to NO at DPF12, the amount of NO flowing into SCR13 and the amount of NO2 are calculated, so NO2 at DOC11 The calculation accuracy of the NO amount and the NO2 amount can be improved as compared with the case where the calculation is performed by taking into account only the conversion. Therefore, it is possible to promote the reduction in excess and deficiency of the injection amount of urea water, and consequently promote the reduction in excess and deficiency of the NH 3 supply amount.
(2)具体的には、DOC11でのNO2変換率をDOC温度に基づき推定し、推定したNO2変換率に基づきDPF12へ流入するNO量及びNO2量を算出する。そして、DPF11でのNO変換率を、DPF温度及びPM堆積量に基づき推定し、推定したNO変換率に基づきSCR13へ流入するNO量及びNO2量を算出する。要するに、DOC温度、DPF温度及びPM堆積量に基づき、SCR13へ流入するNO量及びNO2量を算出する。
(2) Specifically, the NO2 conversion rate in the
このように、NO2変換率をDOC温度に基づき推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。また、NO変換率をDPF温度及びPM堆積量に基づき推定するので、その推定について十分な精度を確保することを容易に実現できる。 Thus, since the NO2 conversion rate is estimated based on the DOC temperature, it is possible to easily realize sufficient accuracy for the estimation. Further, since the NO conversion rate is estimated based on the DPF temperature and the PM deposition amount, it is possible to easily realize sufficient accuracy for the estimation.
(3)NO変換率及びNO2変換率を推定するにあたり、吸気量が多いほど(つまり排気流速が速いほど)これらの変換率を小さくするよう補正して推定するので、推定精度の向上を促進できる。 (3) In estimating the NO conversion rate and the NO2 conversion rate, as the intake air amount increases (that is, the exhaust flow rate increases), the conversion rate is estimated to be reduced so that the estimation accuracy can be improved. .
(4)NO変換率及びNO2変換率は、DOC温度又はDPF温度が所定温度である時に極大となるとの知見に基づき、図3(a)及び図3(c)のマップを設定しているので、これら変換率の推定精度向上を促進できる。 (4) Since the NO conversion rate and the NO2 conversion rate are based on the knowledge that the DOC temperature or the DPF temperature is maximized when the temperature is a predetermined temperature, the maps of FIGS. 3A and 3C are set. Therefore, it is possible to improve the estimation accuracy of these conversion rates.
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above-described embodiments, and the characteristic configurations of the respective embodiments may be arbitrarily combined. In addition, each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記実施形態では、差圧センサ25,26の検出値に基づき、NO変換率の算出に用いるPM堆積量を算出しているが、この差圧センサ25,26を廃止して、エンジン運転状態に基づきPM堆積量を算出するようにしてもよい。その算出手法の具体例を以下に説明する。
In the above embodiment, the PM accumulation amount used for calculating the NO conversion rate is calculated based on the detection values of the
先ず、エンジン回転速度及び燃料噴射量に基づき、燃焼室から排出されるPMの量(PM排出量)を推定する。例えば、エンジン回転速度及び燃料噴射量とPM排出量との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図4(a)のマップを用いてPM排出量を推定すればよい。次に、DPF温度に基づきDPF12で燃焼して除去されるPMの量(PM燃焼量)を推定する。例えば、DPF温度とPM燃焼量との関係を予め試験により取得しておき、当該関係を記憶してなる図4(b)のマップを用いてPM燃焼量を推定すればよい。そして、推定したPM排出量からPM燃焼量を減算して得られた値をPM堆積量として算出する。 First, the amount of PM discharged from the combustion chamber (PM discharge amount) is estimated based on the engine speed and the fuel injection amount. For example, the relationship between the engine rotational speed, the fuel injection amount, and the PM emission amount may be acquired in advance by testing, and the PM emission amount may be estimated using the map of FIG. . Next, the amount of PM burned and removed by the DPF 12 (PM combustion amount) is estimated based on the DPF temperature. For example, the relationship between the DPF temperature and the PM combustion amount may be acquired in advance by a test, and the PM combustion amount may be estimated using the map of FIG. 4B in which the relationship is stored. Then, a value obtained by subtracting the PM combustion amount from the estimated PM emission amount is calculated as the PM accumulation amount.
・上記実施形態では、図1に示すようにDOC11とDPF12とをそれぞれ別々に構成した排気浄化システムに本発明を適用させているが、DOC11とDPF12とを一体化した構成、具体的には、DPF12のフィルタ上に酸化触媒11aを担持させた酸化触媒付DPFを備えた排気浄化システムに本発明を適用させてもよい。
In the above embodiment, the present invention is applied to the exhaust purification system in which the
・上記実施形態では、ディーゼルエンジンに本発明を適用させているが、点火式エンジン(ガソリンエンジン)であっても、理論空燃比よりもリーンの混合気で燃焼させるエンジン等、SCR13が搭載されたエンジンであれば本発明を適用させることができる。
In the above embodiment, the present invention is applied to a diesel engine. However, even an ignition engine (gasoline engine) is equipped with an
11a…DOC11が有する酸化触媒、12…DPF(フィルタ)、13a…SCR13が有するNOx還元触媒、14…噴射弁、20…ECU(PM堆積量取得手段、フィルタ温度取得手段、排気流速取得手段、酸化触媒温度取得手段)、20b…NO/NO2割合推定部(割合推定手段)、20c…NO/NO2割合推定部(割合推定手段)、20d…尿素水噴射量算出部(噴射量制御手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11a ... Oxidation catalyst which DOC11 has, 12 ... DPF (filter), 13a ... NOx reduction catalyst which SCR13 has, 14 ... Injection valve, 20 ... ECU (PM accumulation amount acquisition means, filter temperature acquisition means, exhaust gas flow rate acquisition means, oxidation Catalyst temperature acquisition means), 20b... NO / NO2 ratio estimation section (ratio estimation means), 20c... NO / NO2 ratio estimation section (ratio estimation means), 20d... Urea water injection amount calculation section (injection amount control means).
Claims (11)
前記NOx還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、
前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のNOをNO2に酸化しうる酸化触媒と、
前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、
を備える内燃機関の排気浄化システムに適用され、
前記酸化触媒においてNOが酸素により酸化されてNO2に変換されるNO2変換率と、前記フィルタにおいて炭素がNO2により酸化されることに伴いNO2がNOへ変換されるNO変換率とに基づき、前記NOx還元触媒へ流入するNOとNO2との割合を推定する割合推定手段と、
前記割合推定手段により推定されたNOとNO2との割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする尿素水噴射量制御装置。 A NOx reduction catalyst that is disposed in the exhaust pipe of the internal combustion engine and reduces NOx in the exhaust using ammonia generated from urea water;
An injection valve that injects urea water on the exhaust upstream side of the NOx reduction catalyst;
An oxidation catalyst disposed upstream of the NOx reduction catalyst and capable of oxidizing NO in the exhaust to NO2;
A filter that is disposed upstream of the NOx reduction catalyst and collects carbon-based fine particles in the exhaust;
Applied to an exhaust gas purification system of an internal combustion engine comprising:
Based on the NO2 conversion rate at which NO is oxidized by oxygen in the oxidation catalyst and converted to NO2, and the NO conversion rate at which NO2 is converted to NO as the carbon is oxidized by NO2 in the filter, the NOx. A ratio estimating means for estimating a ratio of NO and NO2 flowing into the reduction catalyst;
An injection amount control means for controlling the injection amount of urea water injected from the injection valve based on the ratio of NO and NO2 estimated by the ratio estimation means;
A urea water injection amount control device comprising:
前記割合推定手段は、前記PM堆積量取得手段により取得した炭素系微粒子の堆積量に基づき前記NO変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする請求項1に記載の尿素水噴射量制御装置。 PM accumulation amount acquisition means for acquiring the accumulation amount of carbon-based fine particles in the filter,
2. The urea according to claim 1, wherein the ratio estimation unit estimates the ratio by estimating the NO conversion rate based on a deposition amount of carbon-based fine particles acquired by the PM deposition amount acquisition unit. Water injection amount control device.
前記割合推定手段は、前記フィルタ温度取得手段により取得したフィルタ温度に基づき前記NO変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の尿素水噴射量制御装置。 Comprising a filter temperature acquisition means for acquiring the temperature of the filter;
The said ratio estimation means estimates the said ratio by estimating the said NO conversion rate based on the filter temperature acquired by the said filter temperature acquisition means, The ratio is any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Urea water injection amount control device.
前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記NO変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1つに記載の尿素水噴射量制御装置。 An exhaust flow rate acquisition means for acquiring the exhaust flow rate is provided.
The said ratio estimation means correct | amends the estimated value of the said NO conversion rate fewly, so that the exhaust gas flow velocity acquired by the said oxidation catalyst temperature acquisition means is quick. Urea water injection amount control device.
前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した酸化触媒温度に基づき前記NO2変換率を推定することで、前記割合を推定することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の尿素水噴射量制御装置。 An oxidation catalyst temperature acquisition means for acquiring the temperature of the oxidation catalyst;
The said ratio estimation means estimates the said ratio by estimating the said NO2 conversion rate based on the oxidation catalyst temperature acquired by the said oxidation catalyst temperature acquisition means, The said ratio is any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. The urea water injection amount control device described in 1.
前記割合推定手段は、前記酸化触媒温度取得手段により取得した排気流速が速いほど、前記NO2変換率の推定値を少なく補正することを特徴とする請求項7又は8に記載の尿素水噴射量制御装置。 An exhaust flow rate acquisition means for acquiring the exhaust flow rate is provided,
9. The urea water injection amount control according to claim 7, wherein the ratio estimating unit corrects the estimated value of the NO 2 conversion rate to be smaller as the exhaust flow rate acquired by the oxidation catalyst temperature acquiring unit is faster. apparatus.
前記NOx還元触媒の排気上流側にて尿素水を噴射供給する噴射弁と、
前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中のNOをNO2に酸化しうる酸化触媒と、
前記NOx還元触媒の排気上流側に配置され、排気中の炭素系微粒子を捕集するフィルタと、
を備える内燃機関の排気浄化システムに適用され、
前記フィルタでの炭素系微粒子の堆積量を取得するPM堆積量取得手段と、
前記PM堆積量取得手段により取得した炭素系微粒子の堆積量に基づき前記NOx還元触媒に流入するNOとNO2との割合を推定する割合推定手段と、
前記割合推定手段により推定されたNOとNO2との割合に基づき、前記噴射弁から噴射される尿素水の噴射量を制御する噴射量制御手段と、
を備えることを特徴とする尿素水噴射量制御装置。 A NOx reduction catalyst that is disposed in the exhaust pipe of the internal combustion engine and reduces NOx in the exhaust using ammonia generated from urea water;
An injection valve that injects urea water on the exhaust upstream side of the NOx reduction catalyst;
An oxidation catalyst disposed upstream of the NOx reduction catalyst and capable of oxidizing NO in the exhaust to NO2;
A filter that is disposed upstream of the NOx reduction catalyst and collects carbon-based fine particles in the exhaust;
Applied to an exhaust gas purification system of an internal combustion engine comprising:
PM accumulation amount acquisition means for acquiring the accumulation amount of carbon-based fine particles in the filter;
A ratio estimating means for estimating a ratio of NO and NO2 flowing into the NOx reduction catalyst based on a deposition amount of carbon-based fine particles obtained by the PM deposition amount obtaining means;
An injection amount control means for controlling the injection amount of urea water injected from the injection valve based on the ratio of NO and NO2 estimated by the ratio estimation means;
A urea water injection amount control device comprising:
前記NOx還元触媒、前記噴射弁、前記酸化触媒及び前記フィルタの少なくとも1つと、
を備えることを特徴とする尿素水噴射制御システム。 A urea water injection amount control device according to any one of claims 1 to 10,
At least one of the NOx reduction catalyst, the injection valve, the oxidation catalyst, and the filter;
A urea water injection control system comprising:
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