JP2012026375A - Exhaust emission control system for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system for an internal combustion engine that prevents a captured reducing agent from being discharged to the downstream side even when a drastic temperature change occurs in a selective reduction catalyst.SOLUTION: The exhaust emission control system includes: a first selective reduction catalyst that purifies exhaust under the presence of ammonia; a urea injection device that injects urea water to the upstream side of the first selective reduction catalyst; a catalyst-temperature prediction part 53 that predicts a predicted temperature equivalent to a temperature of the first selective reduction catalyst after the prediction time TPRE from the current time; a storage amount estimating part 56 that estimates a storage amount of the selective reduction catalyst; a target storage amount calculating part 55 that calculates a target storage amount on the basis of the estimated predicted temperature T; and a storage injection amount calculating part 52 that calculates a storage injection amount G, being a part of a urea injection amount Ginjected by the urea injection device, so that the estimated storage amount STmay become the target storage amount ST.

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、還元剤の存在下で排気のNOxを還元する選択還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an exhaust purification system including a selective reduction catalyst that reduces NOx in exhaust in the presence of a reducing agent.

従来、排気中のNOxを浄化する排気浄化システムの1つとして、アンモニア等の還元剤により排気中のNOxを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側から尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでアンモニアを生成し、このアンモニアにより排気中のNOxを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなアンモニアの化合物を加熱することでアンモニアを生成し、このアンモニアを直接添加するシステムも提案されている。以下では、尿素添加式のシステムについて説明する。   Conventionally, as an exhaust purification system for purifying NOx in exhaust, a system in which a selective reduction catalyst for selectively reducing NOx in exhaust with a reducing agent such as ammonia is provided in an exhaust passage has been proposed. For example, in a urea addition type exhaust gas purification system, urea water is supplied from the upstream side of the selective reduction catalyst, and ammonia is generated from the urea water by thermal decomposition or hydrolysis with the heat of the exhaust gas. NOx is selectively reduced. In addition to such a urea addition type system, for example, a system in which ammonia is generated by heating an ammonia compound such as ammonia carbide and this ammonia is directly added has also been proposed. Hereinafter, a urea addition type system will be described.

このような選択還元触媒には、排気中のNOxの還元に供されなかったアンモニアを吸着する能力がある。すなわち、選択還元触媒に流入するNOx量に対し尿素水の供給量が多い場合、NOxの還元に供されずに余剰となったアンモニアは選択還元触媒に吸着され、逆に選択還元触媒に流入するNOx量に対し尿素水の供給量が少ない場合、選択還元触媒に吸着されていたアンモニアがNOxの還元に供される。したがって、尿素水の供給量を増減することにより、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量を制御することができる。   Such a selective reduction catalyst has an ability to adsorb ammonia that has not been used to reduce NOx in the exhaust gas. That is, when the amount of urea water supplied is larger than the amount of NOx flowing into the selective reduction catalyst, the excess ammonia that is not used for NOx reduction is adsorbed by the selective reduction catalyst, and conversely flows into the selective reduction catalyst. When the supply amount of urea water is smaller than the NOx amount, ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst is used for NOx reduction. Therefore, the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst can be controlled by increasing / decreasing the supply amount of urea water.

NOx浄化の観点からは、選択還元触媒にできるだけ多くのアンモニアが吸着されていることが好ましいものの、選択還元触媒で吸着できるアンモニアの量には限界がある。選択還元触媒にこの限界量を超えるアンモニアが供給されると、吸着しきれなかったアンモニアは下流側へ排出されてしまうこととなる。また、特許文献1に記載されているように、この限界量は、選択還元触媒の温度が高くなるに従って少なくなる特性がある。したがって、例えば、選択還元触媒に限界量に近い量のアンモニアが吸着されている状態でその温度が上昇すると、吸着していたアンモニアの一部が下流側へ排出されてしまう。このため、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量は、限界量を上回らないようにその温度に応じて適切な量に制御する必要がある。   From the viewpoint of NOx purification, it is preferable that as much ammonia as possible be adsorbed on the selective reduction catalyst, but the amount of ammonia that can be adsorbed by the selective reduction catalyst is limited. If ammonia exceeding this limit amount is supplied to the selective reduction catalyst, ammonia that cannot be adsorbed will be discharged downstream. Further, as described in Patent Document 1, this limit amount has a characteristic of decreasing as the temperature of the selective reduction catalyst increases. Therefore, for example, when the temperature rises in a state where an amount of ammonia close to the limit amount is adsorbed to the selective reduction catalyst, a part of the adsorbed ammonia is discharged downstream. For this reason, the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst needs to be controlled to an appropriate amount according to the temperature so as not to exceed the limit amount.

特開2009−293444号公報JP 2009-293444 A

以上のように、尿素水を増減することでアンモニアの吸着量を制御できるものの、このときの吸着量の変化速度と、選択還元触媒の温度変化に起因した限界量の変化速度を比較すると、温度変化が急であると限界量の変化速度の方が速くなる場合がある。
例えば、選択還元触媒が高温になると限界量も少なくなるので、それまでに選択還元触媒に吸着されていたアンモニアが下流側へ排出されないように、限界量の減少速度よりも速く吸着量を減少させる必要がある。しかしながら、上述のように急激に温度が上昇した場合、吸着量の減少速度よりも限界量の減少速度が勝ってしまい、吸着しきれずに限界量を超えた分のアンモニアが下流側へ排出してしまうこととなる。
As described above, although the adsorption amount of ammonia can be controlled by increasing / decreasing urea water, the rate of change of the adsorption amount at this time is compared with the change rate of the limit amount due to the temperature change of the selective reduction catalyst. If the change is sudden, the change rate of the limit amount may be faster.
For example, when the selective reduction catalyst becomes hot, the limit amount decreases, so the adsorption amount is decreased faster than the reduction amount of the limit amount so that ammonia previously adsorbed on the selective reduction catalyst is not discharged downstream. There is a need. However, when the temperature suddenly rises as described above, the rate of decrease of the limit amount wins over the rate of decrease of the amount of adsorption, and ammonia that exceeds the limit amount is exhausted downstream without being completely adsorbed. It will end up.

本発明は、選択還元触媒に急激な温度変化があった場合であっても、捕捉しておいた還元剤が下流側へ排出するのを抑制できる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine that can prevent the captured reducing agent from being discharged downstream even when the selective reduction catalyst undergoes a rapid temperature change. And

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関(例えば、後述のエンジン1)の排気系(例えば、後述の排気通路11)に設けられ、還元剤の存在下で排気を浄化し、かつこの還元剤を捕捉する選択還元触媒(例えば、後述の第1選択還元触媒231)と、前記排気系のうち前記選択還元触媒の上流側に還元剤(例えば、アンモニア)又は還元剤の元となる添加剤(例えば、尿素水)を供給する還元剤供給手段(例えば、後述のユリア噴射装置25)と、を備える内燃機関の排気浄化システム(例えば、後述の排気浄化システム2)を提供する。前記排気浄化システムは、前記選択還元触媒の現在から所定時間(TPRE)後の温度に相当する予測温度を推定する温度予測手段(例えば、後述の触媒温度予測部53)と、前記選択還元触媒に捕捉されている還元剤の量に相当するストレージ量を推定するストレージ量推定手段(例えば、後述のストレージ量推定部56)と、前記推定された予測温度(TCAT_PRE)に基づいて、前記ストレージ量の目標値に相当する目標ストレージ量を算出する目標ストレージ量算出手段(例えば、後述の目標ストレージ量算出部55)と、前記推定されたストレージ量(STUREA)が前記算出された目標ストレージ量(STUREA_TRGT)になるように、前記還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量(GUREA,GUREA_ST)を算出する供給量算出手段(例えば、後述のユリア噴射制御部5及びストレージ噴射量算出部52)と、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention is provided in an exhaust system (for example, an exhaust passage 11 described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 described later), purifies exhaust gas in the presence of a reducing agent, and performs this reduction. A selective reduction catalyst (for example, a first selective reduction catalyst 231 described later) that captures the agent, and a reducing agent (for example, ammonia) or an additive that is a source of the reducing agent upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust system. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine (for example, an exhaust gas purification system 2 to be described later) including a reducing agent supply means (for example, a urea injection device 25 to be described later) for supplying (for example, urea water) is provided. The exhaust purification system includes a temperature prediction unit (for example, a catalyst temperature prediction unit 53 described later) for estimating a predicted temperature corresponding to a temperature after a predetermined time (TPRE) from the present time of the selective reduction catalyst, and a selective reduction catalyst. Based on the storage amount estimation means (for example, a storage amount estimation unit 56 described later) that estimates the storage amount corresponding to the amount of the reducing agent that is captured, and the estimated temperature (T CAT — PRE ), the storage amount Target storage amount calculation means for calculating a target storage amount corresponding to the target value of the target storage amount (for example, a target storage amount calculation unit 55 described later), and the estimated storage amount (ST UREA ) is the calculated target storage amount ( so that the ST UREA - TRGT), the supply amount of reducing agent or additive according to the reducing agent supply means (G UREA, G Supply amount calculating means for calculating a REA_ST) (e.g., includes the urea injection control unit 5 and a storage injection amount calculation section 52) described below, a.

本発明では、選択還元触媒の現在から所定時間後の温度に相当する予測温度を推定し、この予測温度に基づいて目標ストレージ量を算出し、ストレージ量が目標ストレージ量になるように還元剤供給手段による供給量を算出する。したがって、例えば、現在から所定時間後に急激に温度が上昇することが予測された場合には、これに応じて目標ストレージ量を現在よりも減少させ、ストレージ量をこの目標ストレージ量に合わせて少なくすることができる。したがって、上記所定時間後に実際の限界量が低下するよりも速く実際のストレージ量を減少させることができるので、捕捉されていた還元剤が選択還元触媒から下流側へ排出するのを抑制することができる。   In the present invention, a predicted temperature corresponding to a temperature after a predetermined time from the present time of the selective reduction catalyst is estimated, a target storage amount is calculated based on the predicted temperature, and the reducing agent is supplied so that the storage amount becomes the target storage amount. The supply amount by means is calculated. Therefore, for example, when it is predicted that the temperature will suddenly rise after a predetermined time from the present time, the target storage amount is decreased according to this, and the storage amount is reduced according to the target storage amount. be able to. Therefore, since the actual storage amount can be reduced faster than the actual limit amount decreases after the predetermined time, it is possible to suppress the trapped reducing agent from being discharged from the selective reduction catalyst to the downstream side. it can.

この場合、前記排気浄化システムは、前記排気系の温度を制御する排気系温度制御手段(例えば、後述の排気系温度制御部4)をさらに備え、前記温度予測手段は、前記排気系温度制御手段による温度制御時における前記選択還元触媒の目標温度を予測温度とすることが好ましい。   In this case, the exhaust purification system further includes exhaust system temperature control means (for example, an exhaust system temperature control unit 4 described later) for controlling the temperature of the exhaust system, and the temperature prediction means is the exhaust system temperature control means. It is preferable to set the target temperature of the selective reduction catalyst at the time of temperature control by the predicted temperature.

本発明では、排気系温度制御手段により排気系の温度を制御しながら、このときの選択還元触媒の目標温度を予測温度とし、この予測温度に基づいて目標ストレージ量を算出し、この目標ストレージ量になるようにストレージ量を制御する。このように選択還元触媒のストレージ量の制御を排気系の温度制御と協調させることにより、選択還元触媒にできるだけ多くの還元剤を捕捉させながら、還元剤が下流側へ排出されるのを抑制することができる。   In the present invention, while controlling the exhaust system temperature by the exhaust system temperature control means, the target temperature of the selective reduction catalyst at this time is set as the predicted temperature, the target storage amount is calculated based on the predicted temperature, and this target storage amount is calculated. Control the amount of storage so that In this way, by coordinating the control of the storage amount of the selective reduction catalyst with the temperature control of the exhaust system, the selective reduction catalyst captures as much reducing agent as possible and suppresses the reducing agent from being discharged downstream. be able to.

この場合、前記排気浄化システムは、前記排気系に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ(例えば、後述のDPF22)をさらに備え、前記排気系温度制御手段は、前記排気浄化フィルタを昇温し、捕集された粒子状物質を燃焼除去することにより当該排気浄化フィルタを再生し、前記温度予測手段は、前記排気浄化フィルタの再生の際には、予め学習されたフィルタ再生時における選択還元触媒の温度変化態様に基づいて予測温度を推定することが好ましい。   In this case, the exhaust purification system further includes an exhaust purification filter (for example, DPF 22 described later) that is provided in the exhaust system and collects particulate matter in the exhaust, and the exhaust system temperature control means includes the exhaust system temperature control means. The temperature of the purification filter is raised, and the collected particulate matter is burned and removed to regenerate the exhaust purification filter. The temperature predicting means is a filter that has been learned in advance when the exhaust purification filter is regenerated. It is preferable to estimate the predicted temperature based on the temperature change mode of the selective reduction catalyst during regeneration.

本発明では、排気浄化フィルタの再生の際には、予め学習されたフィルタ再生時における選択還元触媒の温度変化態様に基づいて予測温度を推定することにより、選択還元触媒の温度が急激に上昇することを予測できる。したがって、この予測に応じて、選択還元触媒の温度が上昇する前に尿素水の供給量を減量することができるので、排気浄化フィルタの再生前に選択還元触媒に捕捉されていた還元剤が、再生中に排出されてしまうのを抑制することができる。   In the present invention, when the exhaust purification filter is regenerated, the temperature of the selective reduction catalyst is rapidly increased by estimating the predicted temperature based on the temperature change mode of the selective reduction catalyst at the time of filter regeneration learned in advance. I can predict that. Therefore, since the supply amount of urea water can be reduced before the temperature of the selective reduction catalyst rises according to this prediction, the reducing agent captured by the selective reduction catalyst before regeneration of the exhaust purification filter is It is possible to suppress discharge during reproduction.

この場合、前記温度予測手段は、前記内燃機関の始動時は、予め学習された内燃機関始動時における選択還元触媒の温度変化態様に基づいて予測温度を推定することが好ましい。   In this case, when the internal combustion engine is started, the temperature predicting means preferably estimates the predicted temperature based on the previously learned temperature change mode of the selective reduction catalyst when the internal combustion engine is started.

本発明では、内燃機関の始動時は、予め学習された内燃機関始動時における選択還元触媒の温度変化態様に基づいて予測温度を推定することにより、選択還元触媒の温度が上昇することを予測できる。したがって、この予測に応じて選択還元触媒の温度が上昇する前に尿素水の供給量を減量することができるので、内燃機関の始動前に選択還元触媒に捕捉されていた還元剤が、内燃機関始動時に排出されてしまうのを抑制することができる。   In the present invention, when the internal combustion engine is started, it is possible to predict that the temperature of the selective reduction catalyst will increase by estimating the predicted temperature based on the temperature change mode of the selective reduction catalyst that was learned in advance when the internal combustion engine was started. . Therefore, since the supply amount of urea water can be reduced before the temperature of the selective reduction catalyst rises according to this prediction, the reducing agent captured by the selective reduction catalyst before the start of the internal combustion engine is reduced. It can suppress discharging at the time of starting.

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of an engine and its exhaust gas purification system concerning one embodiment of the present invention. 上記実施形態に係る選択還元触媒におけるNOx浄化率と、選択還元触媒の温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the NOx purification rate in the selective reduction catalyst which concerns on the said embodiment, and the temperature of a selective reduction catalyst. 上記実施形態に係るユリア噴射装置によるユリア噴射量の算出に係るブロック図である。It is a block diagram which concerns on calculation of the urea injection quantity by the urea injection apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る目標ストレージ量を算出するためのマップの一例である。It is an example of the map for calculating the target storage amount which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る選択還元触媒のストレージモデルの概念を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the concept of the storage model of the selective reduction catalyst which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る排気浄化システムの制御例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the example of control of the exhaust gas purification system which concerns on the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(以下「エンジン」という)1及びその排気浄化システム2の構成を示す模式図である。エンジン1は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and an exhaust purification system 2 thereof according to an embodiment of the present invention. The engine 1 is a lean burn operation type gasoline engine or diesel engine, and is mounted on a vehicle (not shown).

排気浄化システム2は、エンジン1の排気通路11に設けられた酸化触媒21と、排気通路11に設けられ、排気中の粒子状物質(以下、「PM(Particulate Matter)」という)を捕集する排気浄化フィルタ(以下、「DPF(Diesel Particulate Filter)」という)22と、排気通路11に設けられ、この排気通路11を流通する排気中の窒素酸化物(以下、「NOx」という)を還元剤としてのアンモニアの存在下で浄化するユリア選択還元触媒23と、排気通路11のうちユリア選択還元触媒23の上流側に、還元剤の元となる尿素水を供給するユリア噴射装置25と、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)3とを含んで構成される。   The exhaust purification system 2 is provided with an oxidation catalyst 21 provided in the exhaust passage 11 of the engine 1 and a particulate matter (hereinafter referred to as “PM (Particulate Matter)”) provided in the exhaust passage 11. An exhaust purification filter (hereinafter referred to as “DPF (Diesel Particulate Filter)”) 22 and a nitrogen oxide (hereinafter referred to as “NOx”) in the exhaust gas that is provided in the exhaust passage 11 and flows through the exhaust passage 11 are reduced. A urea selective reduction catalyst 23 that purifies in the presence of ammonia, a urea injection device 25 that supplies urea water as a reducing agent upstream of the urea selective reduction catalyst 23 in the exhaust passage 11, and electronic control And a unit (hereinafter referred to as “ECU”) 3.

ユリア噴射装置25は、ユリアタンク251と、ユリア噴射弁253とを備える。
ユリアタンク251は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路254及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁253に接続されている。ユリア噴射弁253は、ECU3に接続されており、ECU3からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気通路11内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。
The urea injection device 25 includes a urea tank 251 and a urea injection valve 253.
The urea tank 251 stores urea water, and is connected to the urea injection valve 253 via a urea supply path 254 and a urea pump (not shown). The urea injection valve 253 is connected to the ECU 3, operates in accordance with a control signal from the ECU 3, and injects urea water into the exhaust passage 11 in accordance with this control signal. That is, urea injection control is executed.

酸化触媒21は、排気通路11のうちDPF22よりも上流側に設けられ、排気中のNOを酸化してNOに変換し、これにより、ユリア選択還元触媒23におけるNOxの還元を促進する。また、後述のDPF再生時にポスト噴射を実行することで供給された未燃燃料を燃焼することにより、下流側のDPF22を昇温する。
DPF22は、排気通路11のうち酸化触媒21よりも下流側に設けられ、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするPMを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。
The oxidation catalyst 21 is provided on the upstream side of the DPF 22 in the exhaust passage 11 and oxidizes NO in the exhaust to convert it into NO 2 , thereby promoting NOx reduction in the urea selective reduction catalyst 23. Further, the DPF 22 on the downstream side is heated by burning the unburned fuel supplied by performing post injection during DPF regeneration described later.
The DPF 22 is provided on the downstream side of the oxidation catalyst 21 in the exhaust passage 11, and when the exhaust passes through the fine holes in the filter wall, the PM mainly composed of carbon in the exhaust is converted into the surface of the filter wall and the filter. Collect by depositing in holes in the wall.

ユリア選択還元触媒23は、第1選択還元触媒231と、排気通路11のうち第1選択還元触媒231よりも下流側に設けられた第2選択還元触媒232とを含んで構成される。これら選択還元触媒231,232は、それぞれ、アンモニア等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のNOxを選択的に還元する。具体的には、ユリア噴射装置25により尿素水を噴射すると、この尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解されて還元剤としてのアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、選択還元触媒231,232に供給され、これらアンモニアにより、排気中のNOxが選択的に還元される。   The urea selective reduction catalyst 23 includes a first selective reduction catalyst 231 and a second selective reduction catalyst 232 provided downstream of the first selective reduction catalyst 231 in the exhaust passage 11. These selective reduction catalysts 231 and 232 selectively reduce NOx in the exhaust gas in an atmosphere in which a reducing agent such as ammonia exists. Specifically, when urea water is injected by the urea injection device 25, this urea water is thermally decomposed or hydrolyzed by the heat of the exhaust to generate ammonia as a reducing agent. The produced ammonia is supplied to the selective reduction catalysts 231 and 232, and NOx in the exhaust is selectively reduced by these ammonia.

ところで、これら選択還元触媒231,232は、尿素水から生成したアンモニアで排気中のNOxを還元する機能を有するとともに、生成したアンモニアを所定の量だけ吸着する機能も有する。本実施形態では、選択還元触媒において吸着されたアンモニア量をストレージ量といい、このストレージ量の限界を最大ストレージ容量という。このようにして吸着されたアンモニアは、排気中のNOxの還元にも適宜消費される。このため、ストレージ量が大きくなるに従い、選択還元触媒におけるNOx還元率は高くなる。また、エンジンから排出されたNOxの量に対し尿素水の供給量が少ない場合等には、吸着されたアンモニアが、この尿素水の不足分を補うようにしてNOxの還元に消費される。   By the way, these selective reduction catalysts 231 and 232 have a function of reducing NOx in the exhaust gas with ammonia generated from urea water, and also have a function of adsorbing a predetermined amount of the generated ammonia. In the present embodiment, the amount of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst is referred to as a storage amount, and the limit of the storage amount is referred to as a maximum storage capacity. The ammonia adsorbed in this way is also consumed as appropriate in the reduction of NOx in the exhaust. For this reason, as the storage amount increases, the NOx reduction rate in the selective reduction catalyst increases. Further, when the supply amount of urea water is small with respect to the amount of NOx discharged from the engine, the adsorbed ammonia is consumed for the reduction of NOx so as to compensate for the shortage of urea water.

ここで、選択還元触媒において、最大ストレージ容量を超えてアンモニアが生成された場合、生成されたアンモニアは、選択還元触媒の下流側へ排出される。このようにしてアンモニアが選択還元触媒に吸着されず、その下流側へ排出されることを、以下では「アンモニアスリップ」という。本実施形態では、後に詳述するように、第1選択還元触媒のストレージ量が所定の目標値に維持されるようにユリア噴射制御を行うことにより、ユリア選択還元触媒23全体としてのNOx浄化率を高く維持しながら、アンモニアスリップの発生も極力抑制する。   Here, in the selective reduction catalyst, when ammonia is generated exceeding the maximum storage capacity, the produced ammonia is discharged to the downstream side of the selective reduction catalyst. In this way, the fact that ammonia is not adsorbed by the selective reduction catalyst and is discharged downstream is referred to as “ammonia slip”. In the present embodiment, as will be described in detail later, by performing urea injection control so that the storage amount of the first selective reduction catalyst is maintained at a predetermined target value, the NOx purification rate of the urea selective reduction catalyst 23 as a whole is increased. While maintaining high, the occurrence of ammonia slip is suppressed as much as possible.

ECU3には、NOxセンサ28、クランク角度位置センサ14、及びアクセル開度センサ15、イグニッションスイッチ16等が接続されている。   The ECU 3 is connected to a NOx sensor 28, a crank angle position sensor 14, an accelerator opening sensor 15, an ignition switch 16, and the like.

NOxセンサ28は、第1選択還元触媒231に流入する排気のNOxの濃度(以下、「NOx濃度」という)NOXCONSを検出し、検出したNOx濃度NOXCONSに略比例した検出信号をECU3に供給する。 The NOx sensor 28 detects the NOx concentration of exhaust gas flowing into the first selective reduction catalyst 231 (hereinafter referred to as “NOx concentration”) NOX CONS , and supplies a detection signal substantially proportional to the detected NOx concentration NOX CONS to the ECU 3. To do.

クランク角度位置センサ14は、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するとともに、クランク角1度ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をECU3に供給する。エンジン1の回転数は、このパルス信号に基づいてECU3により算出される。アクセル開度センサ15は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下、「アクセル開度」という)を検出し、検出したアクセル開度に略比例した検出信号をECU3に供給する。ECU3では、このアクセル開度及びエンジン回転数に応じて、エンジン1の要求トルクが算出される。イグニッションスイッチ16は、図示しない車両の運転席に設けられ、エンジンの始動又は停止を指令する信号をECU3に送信する。   The crank angle position sensor 14 detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, generates a pulse at every crank angle, and supplies the pulse signal to the ECU 3. The rotational speed of the engine 1 is calculated by the ECU 3 based on this pulse signal. The accelerator opening sensor 15 detects a depression amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle (hereinafter referred to as “accelerator opening”) and supplies a detection signal substantially proportional to the detected accelerator opening to the ECU 3. In the ECU 3, the required torque of the engine 1 is calculated according to the accelerator opening and the engine speed. The ignition switch 16 is provided in a driver's seat of a vehicle (not shown), and transmits a signal for instructing start or stop of the engine to the ECU 3.

ECU3は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU3は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン1やユリア噴射弁253等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。   The ECU 3 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter “ CPU ”). In addition, the ECU 3 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, and an output circuit that outputs a control signal to the engine 1, the urea injection valve 253, and the like.

以下、このECU3に構成された、排気系の温度制御の実行に係る排気系温度制御部4と、この排気系の温度制御と協調したユリア噴射制御の実行に係るユリア噴射制御部5の構成について、順に説明する。   Hereinafter, the configuration of the exhaust system temperature control unit 4 related to the execution of the exhaust system temperature control and the urea injection control unit 5 related to the execution of the urea injection control coordinated with the temperature control of the exhaust system, which is configured in the ECU 3. Will be described in order.

[排気系温度制御部4]
先ず、排気系温度制御部4について説明する。
図2は、選択還元触媒におけるNOx浄化率と、選択還元触媒の温度との関係を示す図である。選択還元触媒におけるNOx浄化率は、触媒温度に対し上に凸の特性を示す。したがって選択還元触媒には、NOx浄化率を高く維持するために最適な温度が存在する。図2に示す例では、この最適温度は約250℃となっている。
[Exhaust system temperature control unit 4]
First, the exhaust system temperature control unit 4 will be described.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the NOx purification rate in the selective reduction catalyst and the temperature of the selective reduction catalyst. The NOx purification rate in the selective reduction catalyst shows an upward characteristic with respect to the catalyst temperature. Therefore, the selective reduction catalyst has an optimum temperature for maintaining a high NOx purification rate. In the example shown in FIG. 2, this optimum temperature is about 250 ° C.

図1に戻って、排気系温度制御部4では、選択還元触媒231,232におけるNOx浄化性能を高く維持するため、上記最適温度を第1選択還元触媒231の目標温度として設定し、第1選択還元触媒231の温度をこの目標温度に維持するように、エンジン1の点火時期や目標空燃比を変更したり、ポスト噴射(排気工程中における燃料噴射)を実行したりする。   Returning to FIG. 1, the exhaust system temperature control unit 4 sets the optimum temperature as the target temperature of the first selective reduction catalyst 231 in order to maintain the NOx purification performance of the selective reduction catalysts 231 and 232 at a high level. The ignition timing and target air-fuel ratio of the engine 1 are changed so that the temperature of the reduction catalyst 231 is maintained at the target temperature, or post injection (fuel injection during the exhaust process) is executed.

ところで、DPF22におけるPMの堆積量が大きくなると圧損が大きくなりエンジン1の燃費が悪化したり出力が低下したりするので、DPF22に堆積したPMを燃焼除去することによりDPF22を再生する必要がある。   By the way, if the amount of PM accumulated in the DPF 22 increases, the pressure loss increases and the fuel consumption of the engine 1 deteriorates or the output decreases.

そこで、排気系温度制御部4は、燃料噴射量やエンジン回転数などからDPF22におけるPM堆積量QPMを積算し、このPM堆積量QPMが所定の閾値QPMREG_STARTを上回った場合にはDPF22を再生する時期に達したと判断し、DPF22に捕集されたPMを燃焼除去しDPFを再生するべく、DPF22を昇温する。この際、排気系温度制御部4は、PMの燃焼温度である約600℃をDPF22の目標温度として設定し、DPF22の温度をこの目標温度に所定期間にわたって維持するように、エンジン1の点火時期や目標空燃比を変更したり、ポスト噴射を実行したりする。 Accordingly, the exhaust system temperature control unit 4 integrates the PM accumulation amount QPM in the DPF 22 from the fuel injection amount, the engine speed, and the like, and regenerates the DPF 22 when the PM accumulation amount QPM exceeds a predetermined threshold value QPM REG_START. It is determined that the time has come, and the DPF 22 is heated to regenerate the DPF by burning and removing the PM collected by the DPF 22. At this time, the exhaust system temperature control unit 4 sets about 600 ° C., which is the combustion temperature of PM, as the target temperature of the DPF 22, and the ignition timing of the engine 1 so as to maintain the temperature of the DPF 22 at this target temperature for a predetermined period. Or change the target air-fuel ratio or perform post-injection.

[ユリア噴射制御部5]
次に、ユリア噴射制御部5について説明する。
図3は、ユリア噴射装置によるユリア噴射量GUREAの算出に係るブロック図である。
ユリア噴射制御部5は、フィードフォワード噴射量算出部51と、触媒温度予測部53と、触媒温度推定部54と、目標ストレージ量算出部55と、ストレージ量推定部56と、ストレージ噴射量算出部52とを含んで構成される。
[Yurea injection control unit 5]
Next, the urea injection control unit 5 will be described.
FIG. 3 is a block diagram relating to calculation of the urea injection amount G UREA by the urea injection device.
The urea injection control unit 5 includes a feedforward injection amount calculation unit 51, a catalyst temperature prediction unit 53, a catalyst temperature estimation unit 54, a target storage amount calculation unit 55, a storage amount estimation unit 56, and a storage injection amount calculation unit. 52.

図3及び下記式(1)に示すように、ユリア噴射量GUREAは、フィードフォワード噴射量算出部51により算出されたフィードフォワード噴射量GUREA_FFと、触媒温度予測部53、触媒温度推定部54、目標ストレージ量算出部55、ストレージ量推定部56、及びストレージ噴射量算出部52により算出されたストレージ噴射量GUREA_STとの和により決定される。

Figure 2012026375
As shown in FIG. 3 and the following formula (1), the urea injection amount G UREA has a feedforward injection amount G UREA - FF calculated by the feedforward injection amount calculation unit 51, the catalyst temperature prediction unit 53, the catalyst temperature estimating unit 54 And the storage injection amount G UREA_ST calculated by the target storage amount calculation unit 55, the storage amount estimation unit 56, and the storage injection amount calculation unit 52.
Figure 2012026375

以下、詳細に説明するように、フィードフォワード噴射量GUREA_FFは、エンジンから排出されたNOxを過不足無く還元するために必要なユリア噴射量に相当し、ストレージ噴射量GUREA_STは、第1選択還元触媒のストレージ量を後述の目標値に維持するためのユリア噴射量に相当する。 Hereinafter, as will be described in detail, the feedforward injection amount GUREA_FF corresponds to the urea injection amount necessary to reduce NOx discharged from the engine without excess or deficiency, and the storage injection amount GUREA_ST is the first selection. This corresponds to a urea injection amount for maintaining the storage amount of the reduction catalyst at a target value described later.

また、記号(k)は、離散化した時間を示す記号であり、所定の制御周期ごとに検出又は算出されたデータであることを示す。すなわち、記号(k)が今回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであるとした場合、記号(k−1)は前回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであることを示す。なお、以下の説明においては、記号(k)を適宜、省略する。   The symbol (k) is a symbol indicating the discretized time, and indicates that the data is detected or calculated for each predetermined control period. That is, when the symbol (k) is data detected or calculated at the current control timing, the symbol (k-1) indicates data detected or calculated at the previous control timing. In the following description, the symbol (k) is omitted as appropriate.

フィードフォワード噴射量GUREA_FFの算出に係るフィードフォワード噴射量算出部51は、下記式(2)に示すように、NOxセンサの検出値NOXCONSに、変換係数KCONV_NOX_UREAを乗算することにより、フィードフォワード噴射量GUREA_FFを決定する。下記式(2)において、変換係数KCONV_NOX_UREAは、NOx量からユリア噴射量に変換する変換係数である。より具体的には、変換係数KCONV_NOX_UREAは、所定の量のNOxを還元するために必要なユリア噴射量である。

Figure 2012026375
Feedforward injection amount calculation unit 51 according to the calculation of the feedforward injection amount G UREA - FF, as shown in the following formula (2), the detected value NOX CONS of the NOx sensor, by multiplying the conversion factor K CONV_NOX_UREA, feedforward The injection amount GUREA_FF is determined. In the following equation (2), the conversion coefficient K CONV_NOX_UREA is a conversion coefficient for converting from the NOx amount to the urea injection amount. More specifically, the conversion coefficient K CONV_NOX_UREA is a urea injection amount necessary for reducing a predetermined amount of NOx.
Figure 2012026375

以下、ストレージ噴射量GUREA_STの算出に係る触媒温度推定部54、触媒温度予測部53、目標ストレージ量算出部55、ストレージ量推定部56、及びストレージ噴射量算出部52の構成について、順に説明する。 Hereinafter, the configurations of the catalyst temperature estimation unit 54, the catalyst temperature prediction unit 53, the target storage amount calculation unit 55, the storage amount estimation unit 56, and the storage injection amount calculation unit 52 related to the calculation of the storage injection amount G UREA_ST will be described in order. .

触媒温度推定部54は、エンジン1及びその排気を熱源と見立てた排気系の所定の熱伝導モデルに基づいて、現在の第1選択還元触媒の温度に相当する現在触媒温度TCATを推定する。この熱伝導モデルとしては、例えば、本願出願人による特開2006−250945号公報や特許第4373909号などに記載されているような、ニュートンの冷却則に従って定式化された排気系のモデルが用いられる。ここで、熱伝導モデルに対する入力としては、エンジン回転数、燃料噴射量、燃料噴射時期、吸気量、EGR量、外気温度、及び車速などの車両の走行状態を示すパラメータが用いられる。 The catalyst temperature estimation unit 54 estimates a current catalyst temperature TCAT corresponding to the current temperature of the first selective reduction catalyst, based on a predetermined heat conduction model of the exhaust system in which the engine 1 and its exhaust are regarded as heat sources. As the heat conduction model, for example, an exhaust system model formulated according to Newton's cooling law as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-250945 and Japanese Patent No. 4373909 by the applicant of the present application is used. . Here, as the input to the heat conduction model, parameters indicating the running state of the vehicle such as the engine speed, fuel injection amount, fuel injection timing, intake air amount, EGR amount, outside air temperature, and vehicle speed are used.

触媒温度予測部53は、第1予測温度算出部531と、第2予測温度算出部532と、第3予測温度算出部533と、第4予測温度算出部534と、予測温度セレクタ535とを含んで構成され、これらにより現在から所定の予測時間TPRE後の第1選択還元触媒の温度に相当する予測温度TCAT_PREを推定する。より具体的には、各予測温度算出部531,…,534により算出された第1予測温度TCAT_PRE_1、第2予測温度TCAT_PRE_2、第3予測温度TCAT_PRE_3、及び第4予測温度TCAT_PRE_4のうち、予測温度として最も適したものを予測温度セレクタ535により選択し、これを予測温度TCAT_PREとして出力する。 The catalyst temperature prediction unit 53 includes a first predicted temperature calculation unit 531, a second predicted temperature calculation unit 532, a third predicted temperature calculation unit 533, a fourth predicted temperature calculation unit 534, and a predicted temperature selector 535. Thus, a predicted temperature T CAT_PRE corresponding to the temperature of the first selective reduction catalyst after a predetermined predicted time TPRE from the present is estimated. More specifically, among the first predicted temperature T CAT_PRE_1 , the second predicted temperature T CAT_PRE_2 , the third predicted temperature T CAT_PRE_3 , and the fourth predicted temperature T CAT_PRE_4 calculated by the predicted temperature calculation units 531 ,. The most suitable predicted temperature is selected by the predicted temperature selector 535, and this is output as the predicted temperature TCAT_PRE .

第1予測温度算出部531は、上述の排気系温度制御部による温度制御時における第1選択還元触媒の目標温度を第1予測温度TCAT_PRE_1として出力する。上述のように、排気系温度制御部では、DPF再生の時以外、基本的には第1選択還元触媒の温度を上記目標温度に制御することから、この目標温度は、現在から予測時間TPRE後における第1選択還元触媒の温度に相当するといえる。 The first predicted temperature calculation unit 531 outputs the target temperature of the first selective reduction catalyst at the time of temperature control by the exhaust system temperature control unit as the first predicted temperature T CAT_PRE_1 . As described above, the exhaust system temperature control unit basically controls the temperature of the first selective reduction catalyst to the target temperature except at the time of DPF regeneration. It can be said that this corresponds to the temperature of the first selective reduction catalyst in FIG.

第2予測温度算出部532は、触媒温度予測部53における熱伝導モデルと同等のモデルに基づいて、現在から予測時間TPRE後の第1選択還元触媒の温度を推定し、これを第2予測温度TCAT_PRE_2として出力する。ここで、上記熱伝導モデルに基づいて将来の第1選択還元触媒の温度を予測するためには、現在から予測時間TPRE後までの間における上述のような車両の走行状態を示すパラメータが必要となる。そこで第2予測温度算出部532では、現在の走行状態が予測時間TPRE後まで維持されるとの仮定の下で、現在から予測時間TPRE後までの間における上記走行状態を示すパラメータを仮定し、この入力に基づいて上記熱伝導モデルを繰り返し演算することにより、現在から予測時間TPRE後における第1選択還元触媒の温度を推定し、これを第2予測温度TCAT_PRE_2として出力する。 The second predicted temperature calculation unit 532 estimates the temperature of the first selective reduction catalyst after the predicted time TPRE from the current time based on a model equivalent to the heat conduction model in the catalyst temperature prediction unit 53, and uses this as the second predicted temperature. Output as TCAT_PRE_2 . Here, in order to predict the temperature of the first first selective reduction catalyst in the future based on the heat conduction model, the parameter indicating the traveling state of the vehicle as described above from the present time to after the predicted time TPRE is required. Become. Therefore, in the second predicted temperature calculation unit 532, assuming that the current traveling state is maintained until after the predicted time TPRE, a parameter indicating the traveling state from the present to the predicted time TPRE is assumed, By repeatedly calculating the heat conduction model based on this input, the temperature of the first selective reduction catalyst after the predicted time TPRE is estimated from the present time, and this is output as the second predicted temperature TCAT_PRE_2 .

第3予測温度算出部533は、予め学習されたDPF再生時における第1選択還元触媒の昇温態様に基づいて、現在から予測時間TPRE後の第1選択還元触媒の温度を推定し、これを第3予測温度TCAT_PRE_3として出力する。 The third predicted temperature calculation unit 533 estimates the temperature of the first selective reduction catalyst after the predicted time TPRE from the current time based on the temperature increase mode of the first selective reduction catalyst at the time of DPF regeneration learned in advance. It outputs as 3rd estimated temperature TCAT_PRE_3 .

第4予測温度算出部534は、目標温度と、エンジン始動時に運転状態に応じて推定されたエンジン始動時温度との偏差に応じて、エンジン始動時における第1選択還元触媒の最大温度を推定するとともに、予め学習されたエンジン始動時における第1選択還元触媒の昇温態様及び上記推定した最大温度に基づいて、現在から予測時間TPRE後の第1選択還元触媒の温度を推定し、これを第4予測温度TCAT_PRE_4として出力する。
後に図6を参照して詳述するように、エンジン始動直後における第1選択還元触媒は、目標温度(約250℃)より十分に低い外気温度とほぼ等しい状態にあるため、エンジン始動時にはこの目標温度からオーバーシュートが発生するほど早急に昇温し、その浄化性能を活性化する必要がある。上記エンジン始動時における第1選択還元触媒の最大温度とは、このオーバーシュートの発生を見込んで推定されたものである。
The fourth predicted temperature calculation unit 534 estimates the maximum temperature of the first selective reduction catalyst at the time of engine start according to the deviation between the target temperature and the temperature at the time of engine start estimated according to the operating state at the time of engine start. At the same time, the temperature of the first selective reduction catalyst after the predicted time TPRE from the present time is estimated based on the temperature learning mode of the first selective reduction catalyst at the time of engine start learned in advance and the estimated maximum temperature. 4 Output as predicted temperature TCAT_PRE_4 .
As will be described in detail later with reference to FIG. 6, the first selective reduction catalyst immediately after engine startup is in a state substantially equal to the outside air temperature sufficiently lower than the target temperature (about 250 ° C.). It is necessary to raise the temperature as quickly as overshoot occurs from the temperature and to activate the purification performance. The maximum temperature of the first selective reduction catalyst at the time of starting the engine is estimated in consideration of the occurrence of this overshoot.

先ず、予測温度セレクタ535は、イグニッションスイッチ16が操作されエンジンの始動要求を検出した場合には、この始動要求を検出してから第1選択還元触媒の温度が目標温度の近傍に収束するまで第2予測温度TCAT_PRE_2及び第4予測温度TCAT_PRE_4のうち何れか高い方を選択し、これを予測温度TCAT_PREとして出力する。
その後、予測温度セレクタ535は、PM堆積量QPMが、DPF再生の開始を判定するための上述の閾値QPMREG_STARTよりも小さな値である閾値QPMREG_PREを上回ったか否かを判別し、PM堆積量QPMが閾値QPMREG_PREを上回った場合には、予測時間TPRE後にDPF再生が開始すると予測し、これに応じて第3予測温度TCAT_PRE_3を選択し、これを予測温度TCAT_PREとして出力する。
一方、PM堆積量QPMが閾値QPMREG_PRE以下である場合には、第1予測温度TCAT_PRE_1及び第2予測温度TCAT_PRE_2のうち何れか高い方を選択し、これを予測温度TCAT_PREとして出力する。
First, when the ignition switch 16 is operated and an engine start request is detected, the predicted temperature selector 535 detects the start request and then detects the start temperature until the temperature of the first selective reduction catalyst converges near the target temperature. The higher one of the two predicted temperatures T CAT_PRE_2 and the fourth predicted temperature T CAT_PRE_4 is selected, and this is output as the predicted temperature T CAT_PRE .
Thereafter, the predicted temperature selector 535 determines whether or not the PM deposition amount QPM exceeds a threshold value QPM REG_PRE that is smaller than the above-described threshold value QPM REG_START for determining the start of DPF regeneration, and the PM deposition amount QPM When the value exceeds the threshold value QPM REG_PRE , it is predicted that DPF regeneration will start after the predicted time TPRE , and the third predicted temperature T CAT_PRE_3 is selected according to this, and this is output as the predicted temperature T CAT_PRE .
On the other hand, when the PM accumulation amount QPM is equal to or less than the threshold value QPM REG_PRE , the higher one of the first predicted temperature T CAT_PRE_1 and the second predicted temperature T CAT_PRE_2 is selected, and this is output as the predicted temperature T CAT_PRE .

目標ストレージ量算出部55は、触媒温度予測部53により推定された予測温度TCAT_PREと触媒温度推定部54により推定された現在触媒温度TCATとに基づいて、ストレージ量推定部56により推定されるストレージ量STUREAの目標値に相当する目標ストレージ量STUREA_TRGTを算出する。 The target storage amount calculation unit 55 is estimated by the storage amount estimation unit 56 based on the predicted temperature T CAT_PRE estimated by the catalyst temperature prediction unit 53 and the current catalyst temperature T CAT estimated by the catalyst temperature estimation unit 54. It calculates a target storage amount ST UREA - TRGT corresponding to the target value of the storage amount ST UREA.

より具体的には、予測温度TCAT_PRE及び現在触媒温度TCATのうち何れか高い方を温度パラメータTMAPとして定義し、この温度パラメータTMAPに基づいて所定のマップを検索することにより、目標ストレージ量STUREA_TRGTを算出する。このように、予測温度TCAT_PRE及び現在触媒温度TCATのうち何れか高い方の温度に基づいて目標ストレージ量STUREA_TRGTを算出することにより、上述のようなオーバーシュートの発生を見込んで目標ストレージ量STUREA_TRGTを算出することができるので、その後、実際に触媒温度が高くなってもアンモニアスリップが発生するのを抑制することができる。 More specifically, by any higher of predicted temperature T CAT_PRE and current catalyst temperature T CAT defined as the temperature parameter T MAP, searching a predetermined map based on the temperature parameter T MAP, target storage The quantity ST UREA_TRGT is calculated. In this way, by calculating the target storage amount ST UREA_TRGT based on the higher one of the predicted temperature T CAT_PRE and the current catalyst temperature T CAT , the target storage amount can be estimated in consideration of the occurrence of the above-described overshoot. Since ST UREA_TRGT can be calculated, it is possible to suppress the occurrence of ammonia slip even if the catalyst temperature actually increases thereafter.

図4は、目標ストレージ量STUREA_TRGTを算出するためのマップの一例である。実線は、第1選択還元触媒の最大ストレージ容量のマップ値であり、破線は、目標ストレージ量のマップ値である。このマップによれば、目標ストレージ量は最大ストレージ容量よりもやや小さな値に設定される。このように、触媒温度が高くなると最大ストレージ容量が低下する。これに伴い、目標ストレージ量のマップ値も低下する。 FIG. 4 is an example of a map for calculating the target storage amount ST UREA_TRGT . The solid line is the map value of the maximum storage capacity of the first selective reduction catalyst, and the broken line is the map value of the target storage amount. According to this map, the target storage amount is set to a value slightly smaller than the maximum storage capacity. Thus, the maximum storage capacity decreases as the catalyst temperature increases. Along with this, the map value of the target storage amount also decreases.

図3に戻って、ストレージ量推定部56は、以下に示す選択還元触媒のストレージモデルに基づいて、第1選択還元触媒に吸着されているアンモニアの量に相当するストレージ量STUREAを推定する。 Returning to FIG. 3, the storage amount estimation unit 56 estimates a storage amount ST UREA corresponding to the amount of ammonia adsorbed on the first selective reduction catalyst, based on the storage model of the selective reduction catalyst shown below.

図5は、選択還元触媒のストレージモデルの概念を示す模式図である。
このアンモニアストレージモデルは、選択還元触媒に流入する排気のNOx量に対するユリア噴射量に応じて、選択還元触媒におけるアンモニアのストレージ量の変化を推定するモデルである。具体的には、選択還元触媒におけるストレージ量の変化の状態を、所定のNOx量に対してユリア噴射量が適切な状態(図5の(a)参照)と、ユリア噴射量が過剰な状態(図5の(b)参照)と、ユリア噴射量が不足した状態(図5の(c)参照)との、3つの状態に分類する。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the concept of the storage model of the selective reduction catalyst.
This ammonia storage model is a model for estimating a change in the storage amount of ammonia in the selective reduction catalyst according to the urea injection amount with respect to the NOx amount of the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst. Specifically, the state of change of the storage amount in the selective reduction catalyst includes a state where the urea injection amount is appropriate with respect to a predetermined NOx amount (see FIG. 5A) and a state where the urea injection amount is excessive ( These are classified into three states, that is, a state in which the urea injection amount is insufficient (see FIG. 5C).

図5の(a)に示すように、選択還元触媒に流入するNOxに対して、ユリア噴射量が適切な状態である場合、すなわち、排気中のNOxを最も効率良く還元できるアンモニアの量と、供給した尿素水から生成されるアンモニアの量とが略一致した場合には、ストレージ量の変化はない。   As shown in FIG. 5A, when the urea injection amount is in an appropriate state with respect to NOx flowing into the selective reduction catalyst, that is, the amount of ammonia that can most efficiently reduce NOx in the exhaust gas, When the amount of ammonia generated from the supplied urea water substantially matches, there is no change in the storage amount.

図5の(b)に示すように、選択還元触媒に流入するNOxに対して、ユリア噴射量が過剰な状態である場合、すなわち、供給した尿素水から生成されたアンモニアの量が、排気中のNOxを最も効率良く還元できる量より多い場合には、この余剰分のアンモニアが選択還元触媒に吸着される。したがって、このような供給過剰(Over−dosing)状態では、ストレージ量は増加する。   As shown in FIG. 5B, when the urea injection amount is excessive with respect to NOx flowing into the selective reduction catalyst, that is, the amount of ammonia generated from the supplied urea water is reduced in the exhaust gas. When the amount of NOx is larger than the amount that can be most efficiently reduced, this excess ammonia is adsorbed by the selective reduction catalyst. Therefore, in such an over-dosing state, the storage amount increases.

図5の(c)に示すように、選択還元触媒に流入するNOxに対して、ユリア噴射量が不足した状態である場合、すなわち、供給した尿素水から生成されたアンモニアの量が、排気中のNOxを最も効率良く還元できる量より少ない場合には、この不足分は吸着されたアンモニアから補われる。したがって、このような供給不足(Under−dosing)状態では、ストレージ量は減少する。   As shown in FIG. 5C, when the urea injection amount is insufficient with respect to NOx flowing into the selective reduction catalyst, that is, the amount of ammonia generated from the supplied urea water is reduced in the exhaust gas. If the amount of NOx is less than the amount that can be most efficiently reduced, this deficiency is compensated by the adsorbed ammonia. Accordingly, in such an under-supply state, the storage amount decreases.

図3に戻って、ストレージ量推定部56では、以上のようなストレージモデルに基づいてストレージ量STUREAを推定する。より具体的には、下記式(3)〜(6)に基づいて算出する。 Returning to FIG. 3, the storage amount estimation unit 56 estimates the storage amount ST UREA based on the above storage model. More specifically, it is calculated based on the following formulas (3) to (6).

先ず、選択還元触媒に流入したNOxを還元するために必要な量のユリア噴射量GUREA_IDEAL(k)は、下記式(3)に示すように、NOxセンサの検出値NOXCONSに基づいて算出される。

Figure 2012026375
First, the urea injection amount G UREA_IDEAL (k) necessary for reducing NOx flowing into the selective reduction catalyst is calculated based on the detected value NOX CONS of the NOx sensor as shown in the following equation (3). The
Figure 2012026375

ストレージ量を増減する要因となるユリア噴射量の余剰分DUREA(k)は、下記式(4)に示すように、実際のユリア噴射量GUREA(k)から還元に必要なユリア噴射量GUREA_IDEAL(k)を減算することにより算出される。

Figure 2012026375
The excess urea injection amount D UREA (k) that causes the storage amount to increase or decrease is calculated from the actual urea injection amount G UREA (k) as shown in the following equation (4). Calculated by subtracting UREA_IDEAL (k).
Figure 2012026375

したがって、ストレージ量の推定値STUREA(k)は、最大ストレージ容量STUREA_MAX(k)を上限値として、下記式(5)及び(6)に示すように、ユリア噴射量の余剰分DUREA(k)に基づいて算出される。

Figure 2012026375
Figure 2012026375
Therefore, the estimated value ST UREA (k) of the storage amount has the maximum storage capacity ST UREA_MAX (k) as an upper limit value, and, as shown in the following formulas (5) and (6), the surplus amount of the urea injection amount D UREA ( k).
Figure 2012026375
Figure 2012026375

ここで、最大ストレージ容量STUREA_MAX(k)は、触媒温度TCATに応じて、上述の図4に示すようなマップを検索することにより設定される。 Here, the maximum storage capacity ST UREA_MAX (k) is set by searching the map as shown in FIG. 4 described above according to the catalyst temperature T CAT .

ストレージ噴射量算出部52は、以上のように推定されたストレージ量STUREAが目標ストレージ量STUREA_TRGTになるように、下記式(7)〜(10)に示すような手順によりストレージ噴射量GUREA_ST(k)を算出する。 Storage injection amount calculation unit 52, as estimated storage amount ST UREA becomes the target storage amount ST UREA - TRGT Thus, storage injection amount G UREA - ST by proceeding as shown in the following formula (7) - (10) (K) is calculated.

先ず、下記式(7)に示すように、推定したストレージ量STUREA(k)と算出した目標ストレージ量STUREA_TRGT(k)との偏差EST(k)を算出する。

Figure 2012026375
First, as shown in the following equation (7), a deviation E ST (k) between the estimated storage amount ST UREA (k) and the calculated target storage amount ST UREA_TRGT (k) is calculated.
Figure 2012026375

次に、偏差EST(k)に積分ゲインKISTを乗算したものを、下記式(8)に示すように、積分項GUREA_ST_I(k)として定義する。

Figure 2012026375
Next, the product of the deviation E ST (k) and the integral gain KI ST is defined as an integral term G UREA_ST_I (k) as shown in the following equation (8).
Figure 2012026375

一方、ストレージ量の推定値の微分値STUREA(k)−STUREA(k−1)を算出し、この微分値に比例ゲインKPSTを乗算したものを、下記式(9)に示すように、比例項GUREA_ST_P(k)として定義する。

Figure 2012026375
On the other hand, a differential value ST UREA (k) −ST UREA (k−1) of the estimated value of the storage amount is calculated, and this differential value is multiplied by the proportional gain KP ST as shown in the following formula (9). , Defined as the proportional term G UREA_ST_P (k).
Figure 2012026375

次に、下記式(10)に示すように、比例項GUREA_ST_P(k)と積分項GUREA_ST_I(k)の和を算出し、これをストレージ噴射量GUREA_ST(k)として決定する。

Figure 2012026375
Next, as shown in the following formula (10), the sum of the proportional term G UREA_ST_P (k) and the integral term G UREA_ST_I (k) is calculated and determined as the storage injection amount G UREA_ST (k).
Figure 2012026375

図6は、以上のように構成された排気浄化システムの制御例を示すタイムチャートである。図6において、上段は、排気系温度制御部による温度制御に係る目標温度(実線)、触媒温度予測部により推定された予測温度TCAT_PRE(破線)、及び触媒温度推定部により推定された現在触媒温度TCAT(一点鎖線)の時間変化を示す。中段は、予測温度TCAT_PRE及び現在触媒温度TCATに基づいて目標ストレージ量を算出する本実施形態の排気浄化システムにおける目標ストレージ量(実線)と、本実施形態とは異なり現在触媒温度TCATのみに基づいて目標ストレージ量を算出する比較例の排気浄化システムにおける目標ストレージ量(破線)と、の時間変化を示す。また、下段は、本実施形態のアンモニアスリップ量(実線)と、比較例のアンモニアスリップ量(破線)と、の時間変化を示す。なお、以下では、時刻t0〜t3の間におけるエンジン始動時と、時刻t4〜t6の間における高負荷運転時と、時刻t8以降のDPF再生時との3つに分けて説明する。 FIG. 6 is a time chart showing a control example of the exhaust purification system configured as described above. In FIG. 6, the upper row shows a target temperature (solid line) related to temperature control by the exhaust system temperature control unit, a predicted temperature T CAT_PRE (broken line) estimated by the catalyst temperature prediction unit, and a current catalyst estimated by the catalyst temperature estimation unit. The time change of temperature TCAT (a dashed-dotted line) is shown. The middle row shows the target storage amount (solid line) in the exhaust purification system of the present embodiment that calculates the target storage amount based on the predicted temperature T CAT_PRE and the current catalyst temperature T CAT , and only the current catalyst temperature T CAT unlike the present embodiment. The time change with the target storage amount (broken line) in the exhaust purification system of the comparative example which calculates the target storage amount based on FIG. Moreover, the lower stage shows the time change of the ammonia slip amount (solid line) of the present embodiment and the ammonia slip amount (broken line) of the comparative example. In the following description, the engine is divided into three parts: at the time of engine start between times t0 and t3, at high load operation between times t4 and t6, and at DPF regeneration after time t8.

<エンジン始動時>
時刻t0においてイグニッションスイッチをオンにし、エンジンの始動を開始すると、排気系温度制御部は、選択還元触媒で最も効率的にNOxを浄化できる最適温度に目標温度を設定するとともに、第1選択還元触媒をこの目標温度へ向けて昇温する。特にエンジン始動直後の時刻t0における第1選択還元触媒の温度は目標温度よりもかなり低くなっているため、早急な昇温が行われる。このため、実際の第1選択還元触媒の温度は、時刻t2において目標温度をオーバーシュートした後、時刻t3において目標温度に収束する(上段の一点鎖線参照)。
触媒温度予測部では、エンジン始動時には予め学習されたエンジン始動時における第1選択還元触媒の昇温態様及び最大温度に基づいて算出された第4予測温度TCAT_PRE_4と目標温度に設定された第2予測温度TCAT_PRE_2とのうち何れか高い方を予測温度TCAT_PREとする。時刻t0からt1までの間では、第2予測温度TCAT_PRE_2は第4予測温度TCAT_PRE_4(上段の細破線参照)よりも高いため、目標温度が予測温度TCAT_PREとなる。その後、時刻t1からt3までの間では、第4予測温度TCAT_PRE_4が目標温度よりも高くなったことに応じて、第4予測温度TCAT_PRE_4が予測温度TCAT_PREとなる。エンジン始動時における第1選択還元触媒の温度が目標温度に収束するまでのこの第1選択還元触媒の昇温態様は、始動の度に大きく変化するとは考えにくいので、予め学習された昇温態様及び最大温度に基づいて算出しても、比較的高い精度で現在から予測時間TPRE後の温度を予測することができる(上段の破線参照)。
このとき比較例では、現在触媒温度TCATのみに基づいて目標ストレージ量を算出する。したがって、時刻t0〜t3において、上昇する現在触媒温度TCATに応じて目標ストレージ量を徐々に減少させるものの(中段の破線参照)、実際のストレージ量をこれに応じて速やかに減少させることが出来ない。このため、時刻t2〜t3の間において、現在触媒温度TCATが目標温度を大きくオーバーシュートするに伴い、第1選択還元触媒において大きなアンモニアスリップが発生する場合がある(下段の破線参照)。
これに対して本実施形態では、時刻t0〜t1までの間、目標温度を予測温度TCAT_PREとし、この予測温度に基づいて目標ストレージ量を算出することにより(中段の実線参照)、十分なストレージ量を確保するとともにアンモニアスリップを最大限抑制することができる(下段の実線参照)。また、時刻t1において第4予測温度TCAT_PRE_4が目標温度を超えてからは、この予測温度TCAT_PREに基づいて目標ストレージ量を算出することにより、予測時間TPRE後に発生する現在触媒温度TCATのオーバーシュートに備えて目標ストレージ量を適切な値に設定できるので(中段の実線参照)、アンモニアスリップを最大限抑制することができる(下段の実線参照)。
<When starting the engine>
When the ignition switch is turned on at time t0 and engine start is started, the exhaust system temperature control unit sets the target temperature to the optimum temperature at which NOx can be purified most efficiently by the selective reduction catalyst, and the first selective reduction catalyst. Is raised to this target temperature. In particular, since the temperature of the first selective reduction catalyst at time t0 immediately after engine startup is considerably lower than the target temperature, rapid temperature increase is performed. For this reason, the actual temperature of the first selective reduction catalyst overshoots the target temperature at time t2, and then converges to the target temperature at time t3 (see the upper dashed line).
In the catalyst temperature prediction unit, the fourth predicted temperature T CAT_PRE_4 calculated based on the temperature increase mode and the maximum temperature of the first selective reduction catalyst at the time of engine start learned in advance at the time of engine start and the second set as the target temperature. the predicted temperature T CAT_PRE any higher of the predicted temperature T CAT_PRE_2. Between time t0 and t1, since 2nd predicted temperature TCAT_PRE_2 is higher than 4th predicted temperature TCAT_PRE_4 (refer the thin broken line of the upper stage), target temperature becomes predicted temperature TCAT_PRE . Thereafter, in the period from time t1 to t3, in response to the fourth predicted temperature T CAT_PRE_4 is higher than the target temperature, the fourth predicted temperature T CAT_PRE_4 is predicted temperature T CAT_PRE. The temperature increase mode of the first selective reduction catalyst until the temperature of the first selective reduction catalyst at the start of the engine converges to the target temperature is unlikely to change greatly every time the engine is started. Even if it is calculated based on the maximum temperature, it is possible to predict the temperature after the predicted time TPRE from the present with a relatively high accuracy (see the upper broken line).
At this time, in the comparative example, the target storage amount is calculated based only on the current catalyst temperature TCAT . Thus, at time t0 to t3, but gradually decreasing the target storage amount in accordance with the current catalyst temperature T CAT rise (see a broken line of the middle), it can be reduced quickly in response to the actual storage amount to Absent. During this reason, the time t2 to t3, with the increase overshoot current catalyst temperature T CAT is the target temperature, there are cases where a large ammonia slip occurs in the first selective reduction catalyst (see the broken line in the lower).
On the other hand, in the present embodiment, the target temperature is set to the predicted temperature T CAT_PRE from time t0 to t1, and the target storage amount is calculated based on the predicted temperature (see the solid line in the middle stage), so that sufficient storage is achieved. Along with securing the amount, ammonia slip can be suppressed to the maximum (see the solid line at the bottom). Further, after the fourth predicted temperature T CAT_PRE_4 exceeds the target temperature at the time t1, the target storage amount is calculated based on the predicted temperature T CAT_PRE , thereby exceeding the current catalyst temperature T CAT generated after the predicted time TPRE. In preparation for the chute, the target storage amount can be set to an appropriate value (see the middle solid line), so that ammonia slip can be suppressed to the maximum (see the lower solid line).

また、時刻t3〜t4では、第1選択還元触媒が目標温度付近まで昇温され、エンジンの始動が終了したことに応じて、触媒温度予測部では、排気系温度制御部における目標温度である第1予測温度TCAT_PRE_1を予測温度TCAT_PREとする(上段の実線参照)。 Further, at times t3 to t4, the first selective reduction catalyst is heated to near the target temperature, and in response to the completion of the engine start, the catalyst temperature prediction unit sets the first temperature that is the target temperature in the exhaust system temperature control unit. 1 Predicted temperature TCAT_PRE_1 is assumed to be predictive temperature TCAT_PRE (see the solid line in the upper stage).

<高負荷運転時>
時刻t4では、ドライバの操作により高負荷運転が開始される。このとき、実際の第1選択還元触媒の温度は、図6に示すように、所定の遅れをもって時刻t5から上昇し始める(上段の一点鎖線参照)。また、このとき、触媒温度予測部では、第2予測温度TCAT_PRE_2を予測温度TCAT_PREとする。この第2予測温度TCAT_PRE_2は、熱伝導モデルに基づいて推定されたものであるため、時刻t5以降における第1選択還元触媒の温度上昇を予測時間TPRE前の時刻t4から予測することができる(上段の破線参照)。
このとき、比較例では、現在触媒温度TCATのみに基づいて目標ストレージ量を算出するため、目標ストレージ量を減少させるのは時刻t5以降となり(中段の破線参照)、したがってストレージ量を減少させる制御を開始するのも時刻t5以降となる。このため、時刻t5以降において、第1選択還元触媒の温度が上昇し、最大ストレージ容量が減少するのに対して、吸着しきれなくなったアンモニアがスリップしてしまう(下段の破線参照)。
これに対して本実施形態では、現在触媒温度TCAT及び予測温度TCAT_PREのうち大きい方、すなわち予測温度TCAT_PREに基づいて目標ストレージ量を算出する。このため、時刻t4から目標ストレージ量を減少させ(中段の実線参照)、これに伴ってストレージ量を減少させる制御を開始することができる。このため、時刻t5以降において、第1選択還元触媒の温度が上昇し、最大ストレージ容量が減少しはじめても、このとき既に、吸着していたアンモニアの多くをNOxの還元に消費しているので、比較例とは異なり大きなアンモニアスリップが発生することもない(下段の実線参照)。
<During high load operation>
At time t4, the high load operation is started by the operation of the driver. At this time, the actual temperature of the first selective reduction catalyst begins to rise from time t5 with a predetermined delay, as shown in FIG. 6 (see the upper one-dot chain line). At this time, the catalyst temperature prediction unit sets the second predicted temperature T CAT_PRE_2 as the predicted temperature T CAT_PRE . Since the second predicted temperature T CAT_PRE_2 is estimated based on the heat conduction model, the temperature increase of the first selective reduction catalyst after time t5 can be predicted from time t4 before the predicted time TPRE ( (See the upper dashed line).
At this time, in the comparative example, since the target storage amount is calculated based only on the current catalyst temperature TCAT , the target storage amount is decreased after time t5 (refer to the broken line in the middle stage). Therefore, the control for decreasing the storage amount is performed. Starts after time t5. For this reason, after time t5, the temperature of the first selective reduction catalyst rises and the maximum storage capacity decreases, whereas ammonia that cannot be adsorbed slips (see the broken line in the lower stage).
In contrast, in this embodiment, the larger of the current catalyst temperature T CAT and predicted temperature T CAT_PRE, i.e. calculates a target storage amount based on the predicted temperature T CAT_PRE. For this reason, it is possible to start the control for decreasing the target storage amount from time t4 (see the solid line in the middle stage) and reducing the storage amount accordingly. For this reason, even after the time t5, even if the temperature of the first selective reduction catalyst rises and the maximum storage capacity starts to decrease, much of the ammonia already adsorbed at this time is consumed for the reduction of NOx. Unlike the comparative example, a large ammonia slip does not occur (see the lower solid line).

また、時刻t6〜t7では、排気系温度制御部により第1選択還元触媒の温度を目標温度に維持される。これにより、触媒温度予測部では、この排気系温度制御部における目標温度である第1予測温度TCAT_PRE_1を予測温度TCAT_PREとする(上段の破線参照)。 Also, from time t6 to t7, the temperature of the first selective reduction catalyst is maintained at the target temperature by the exhaust system temperature control unit. As a result, the catalyst temperature prediction unit sets the first predicted temperature T CAT_PRE_1 , which is the target temperature in the exhaust system temperature control unit, as the predicted temperature T CAT_PRE (see the upper broken line).

<DPF再生時>
時刻t8では、DPF再生が開始される。このとき、排気系温度制御部はDPFの温度をPMの燃焼温度まで昇温する制御を行うとともに、第1選択還元触媒の目標温度も急激に高くなる。また、DPF再生を開始すると、先に説明した高負荷運転時やエンジン始動時における速度よりも速く第1選択還元触媒の温度が急激に上昇する(上段の一点鎖線参照)。
これに対し、触媒温度予測部では、DPF再生が開始することを時刻t8の予測時間TPRE前である時刻t7において予測し、これに応じて、予め学習されたDPF再生時における第1選択還元触媒の昇温態様に基づいて算出された第3予測温度TCAT_PRE_3を予測温度TCAT_PREとする。DPF再生時における第1選択還元触媒の温度がPMの燃焼温度付近の目標温度に達するまでのこの第1選択還元触媒の昇温態様は、DPF再生の度に大きく変化するとは考えにくいので、予め学習された昇温態様に基づいて算出しても、比較的高い精度で現在から予測時間TPRE後の温度を予測することができる(上段の破線参照)。
このとき、比較例では、予測温度TCAT_PREよりも緩やかに上昇する現在触媒温度TCATのみに基づいて目標ストレージ量を算出する。したがって、時刻t8以降において、急激に上昇する現在触媒温度TCATに応じて目標ストレージ量を減少させ(中段の破線参照)、これに伴ってストレージ量を減少させる制御を行うものの、ストレージ量を減少させる速度よりも最大ストレージ容量が減少する速度の方が速く、したがって過大なアンモニアスリップが発生してしまう(下段の破線参照)。
これに対して本実施形態では、現在触媒温度TCAT及び予測温度TCAT_PREのうち大きい方、すなわち予測温度TCAT_PREに基づいて目標ストレージ量を算出する。このため、実際にDPF再生が開始する時刻t8より予測時間TPRE前の時刻t7から速やかに目標ストレージ量が小さく設定される(中段の実線参照)。このように、本実施形態では、DPF再生が開始される前から、目標ストレージ量を速やかに小さく設定するとともに、これに応じて速やかにストレージ量を小さくする制御を行うことができるので、比較例のように過大なアンモニアスリップが発生することもない(下段の実線参照)。
<DPF regeneration>
At time t8, DPF regeneration is started. At this time, the exhaust system temperature control unit performs control to raise the temperature of the DPF to the combustion temperature of PM, and the target temperature of the first selective reduction catalyst also rapidly increases. Further, when the DPF regeneration is started, the temperature of the first selective reduction catalyst rapidly rises faster than the speed at the time of the high load operation or the engine start described above (see the upper one-dot chain line).
In contrast, the catalyst temperature prediction unit predicts that DPF regeneration starts at time t7, which is before the prediction time TPRE of time t8, and accordingly, the first selective reduction catalyst at the time of DPF regeneration learned in advance. The third predicted temperature T CAT_PRE_3 calculated based on the temperature rise mode is set as the predicted temperature T CAT_PRE . The temperature increase mode of the first selective reduction catalyst until the temperature of the first selective reduction catalyst at the time of DPF regeneration reaches a target temperature near the combustion temperature of PM is unlikely to change greatly every time the DPF regeneration is performed. Even if the calculation is based on the learned temperature increase mode, the temperature after the prediction time TPRE can be predicted from the present with a relatively high accuracy (see the broken line in the upper stage).
At this time, in the comparative example, the target storage amount is calculated based only on the current catalyst temperature T CAT that gradually rises above the predicted temperature T CAT_PRE . Therefore, after the time t8, the target storage amount is decreased according to the current catalyst temperature T CAT that rapidly increases (see the broken line in the middle stage), and the storage amount is reduced accordingly, but the storage amount is decreased. The rate at which the maximum storage capacity decreases is faster than the rate at which it is caused to occur, and thus excessive ammonia slip occurs (see the dashed line at the bottom).
In contrast, in this embodiment, the larger of the current catalyst temperature T CAT and predicted temperature T CAT_PRE, i.e. calculates a target storage amount based on the predicted temperature T CAT_PRE. For this reason, the target storage amount is quickly set to be small from time t7 before the predicted time TPRE from time t8 when DPF regeneration actually starts (see the solid line in the middle stage). As described above, in this embodiment, since the target storage amount can be quickly set to be small before the DPF regeneration is started, the storage amount can be quickly reduced in accordance with the target storage amount. Thus, an excessive ammonia slip does not occur (see the solid line at the bottom).

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつ、この還元剤の元となる添加剤として尿素水を供給する尿素添加式の排気浄化システムに、本発明を適用した例を示したが、これに限るものではない。
例えば、尿素水を供給しこの尿素水からアンモニアを生成せずに、直接アンモニアを供給してもよい。また、アンモニアの元となる添加剤としては、尿素水に限らず他の添加剤を用いてもよい。また、NOxを還元するための還元剤はアンモニアに限るものではない。本発明は、NOxを還元するための還元剤として、アンモニアの代わりに、例えば炭化水素を用いた排気浄化システムに適用することもできる。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made.
In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a urea addition type exhaust gas purification system that uses ammonia as a reducing agent and supplies urea water as an additive that is the source of the reducing agent has been shown. It is not limited.
For example, ammonia may be supplied directly without supplying urea water and generating ammonia from the urea water. Moreover, as an additive used as the origin of ammonia, you may use not only urea water but another additive. Further, the reducing agent for reducing NOx is not limited to ammonia. The present invention can also be applied to an exhaust purification system using, for example, hydrocarbons instead of ammonia as a reducing agent for reducing NOx.

1…エンジン(内燃機関)
11…排気通路(排気系)
2…排気浄化システム
22…DPF(排気浄化フィルタ)
23…ユリア選択還元触媒
231…第1選択還元触媒(選択還元触媒)
25…ユリア噴射装置(還元剤供給手段)
3…ECU
4…排気系温度制御部(排気系温度制御手段)
5…ユリア噴射制御部(供給量算出手段)
52…ストレージ噴射量算出部52(供給量算出手段)
53…触媒温度予測部(触媒温度予測手段)
55…目標ストレージ量算出部(目標ストレージ量算出手段)
56…ストレージ量推定部(ストレージ量推定手段)
1. Engine (internal combustion engine)
11 ... Exhaust passage (exhaust system)
2 ... Exhaust gas purification system 22 ... DPF (Exhaust gas purification filter)
23 ... urea selective reduction catalyst 231 ... first selective reduction catalyst (selective reduction catalyst)
25 ... Urea injection device (reducing agent supply means)
3 ... ECU
4. Exhaust system temperature control unit (exhaust system temperature control means)
5. Urea injection control unit (supply amount calculation means)
52... Storage injection amount calculation unit 52 (supply amount calculation means)
53 ... Catalyst temperature prediction section (catalyst temperature prediction means)
55. Target storage amount calculation unit (target storage amount calculation means)
56: Storage amount estimation unit (storage amount estimation means)

Claims (4)

内燃機関の排気系に設けられ、還元剤の存在下で排気を浄化し、かつこの還元剤を捕捉する選択還元触媒と、
前記排気系のうち前記選択還元触媒の上流側に還元剤又は還元剤の元となる添加剤を供給する還元剤供給手段と、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記選択還元触媒の現在から所定時間後の温度に相当する予測温度を推定する温度予測手段と、
前記選択還元触媒に捕捉されている還元剤の量に相当するストレージ量を推定するストレージ量推定手段と、
前記推定された予測温度に基づいて、前記ストレージ量の目標値に相当する目標ストレージ量を算出する目標ストレージ量算出手段と、
前記推定されたストレージ量が前記算出された目標ストレージ量になるように、前記還元剤供給手段による還元剤又は添加剤の供給量を算出する供給量算出手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
A selective reduction catalyst that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine, purifies exhaust gas in the presence of a reducing agent, and captures the reducing agent;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent supply means for supplying a reducing agent or an additive that is a source of the reducing agent to the upstream side of the selective reduction catalyst in the exhaust system,
Temperature prediction means for estimating a predicted temperature corresponding to a temperature after a predetermined time from the present of the selective reduction catalyst;
Storage amount estimation means for estimating a storage amount corresponding to the amount of reducing agent trapped by the selective reduction catalyst;
A target storage amount calculating means for calculating a target storage amount corresponding to a target value of the storage amount based on the estimated predicted temperature;
A supply amount calculating means for calculating a supply amount of the reducing agent or additive by the reducing agent supply means so that the estimated storage amount becomes the calculated target storage amount. Engine exhaust purification system.
前記排気系の温度を制御する排気系温度制御手段をさらに備え、
前記温度予測手段は、前記排気系温度制御手段による温度制御時における前記選択還元触媒の目標温度を予測温度とす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システム。
An exhaust system temperature control means for controlling the temperature of the exhaust system;
2. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the temperature prediction unit sets a target temperature of the selective reduction catalyst at the time of temperature control by the exhaust system temperature control unit as a predicted temperature.
前記排気系に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタをさらに備え、
前記排気系温度制御手段は、前記排気浄化フィルタを昇温し、捕集された粒子状物質を燃焼除去することにより当該排気浄化フィルタを再生し、
前記温度予測手段は、前記排気浄化フィルタの再生の際には、予め学習されたフィルタ再生時における選択還元触媒の温度変化態様に基づいて予測温度を推定することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
An exhaust purification filter that is provided in the exhaust system and collects particulate matter in the exhaust;
The exhaust system temperature control means raises the temperature of the exhaust purification filter, regenerates the exhaust purification filter by burning and removing the collected particulate matter,
The said temperature estimation means estimates the estimated temperature based on the temperature change aspect of the selective reduction catalyst at the time of filter regeneration learned in advance when the exhaust purification filter is regenerated. Exhaust gas purification system for internal combustion engines.
前記温度予測手段は、前記内燃機関の始動時は、予め学習された内燃機関始動時における選択還元触媒の温度変化態様に基づいて予測温度を推定す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システム。   The said temperature prediction means estimates the estimated temperature based on the temperature change mode of the selective reduction catalyst at the start of the internal combustion engine learned in advance when the internal combustion engine is started. Exhaust gas purification system for internal combustion engines.
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