JP2012052510A - Exhaust emission control system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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、還元剤の存在下において排気中のNOxを還元する選択還元触媒を備えた内燃機関の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 gas purification system for an internal combustion engine including a selective reduction catalyst that reduces NOx in exhaust gas 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。 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.
選択還元触媒によるNOxの浄化性能は、NOxを構成するNO2及びNOの割合(NO2/NOx比)に応じて変化することが知られている。そこで、例えば特許文献1には、選択還元触媒に流入するNOx量と、上記NO2/NOx比を算出し、これらNOx量及びNO2/NOx比に基づいて、選択還元触媒に供給する尿素水の噴射量を決定する技術が示されている。
It is known that the NOx purification performance of the selective reduction catalyst changes according to the ratio of NO 2 and NO (NO 2 / NOx ratio) constituting NOx. Therefore, for example, in
ところで、上記特許文献1には、NO2/NOx比は、エンジン温度、噴射時期、及び空燃比などエンジンの運転状態を示すパラメータを用いることにより推定できることが示されている。しかしながら、実際のNO2/NOx比は、エンジンの運転状態だけではなく、排気管内に設けられた触媒やフィルタの状態などによっても変化すると考えられる。したがって、特許文献1の技術では、NO2/NOx比を精度良く推定できないため、結果として適切な量の尿素水を供給できず尿素水の噴射効率や浄化性能が低下するおそれがある。
Meanwhile, in Patent Document 1, NO 2 / NOx ratio, engine temperature, has been shown to be estimated by using injection timing, and a parameter indicating the operating state of the engine such as the air-fuel ratio. However, it is considered that the actual NO 2 / NOx ratio varies depending not only on the operating state of the engine but also on the state of the catalyst and filter provided in the exhaust pipe. Therefore, the technique of
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、精度良くNO2/NOx比を推定し、適切な量の尿素水を供給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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification system for an internal combustion engine that can accurately estimate the NO 2 / NOx ratio and supply an appropriate amount of urea water. .
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、後述の排気管30)に設けられ、還元剤の存在下で排気中のNOxを還元する選択還元触媒(例えば、後述の選択還元触媒61)と、前記排気系のうち前記選択還元触媒より上流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ(例えば、後述のDPF36)と、前記選択還元触媒に流入する排気中に還元剤又はその前駆体を噴射する還元剤噴射手段(例えば、後述の尿素水噴射装置62)と、を備えた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、前記フィルタにおける粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段(例えば、後述のPM堆積量推定部82)と、前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のNOx量を推定するNOx量推定手段(例えば、後述のNOx量推定部81)と、前記排気系の温度を取得する温度取得手段(例えば、後述の排気温度センサ35)と、前記推定された粒子状物質堆積量及びNOx量並びに前記温度取得手段により取得された温度に基づいて、前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のNOx量に対するNO2量の割合に相当するNO2/NOx比を推定するNO2/NOx比推定手段(例えば、後述のNO2/NOx比推定部83)と、前記推定されたNOx量(NOXHAT)及びNO2/NOx比(RNO2)に基づいて、前記還元剤噴射手段による還元剤又は前駆体の噴射量(GUREA)を決定する噴射量決定手段(例えば、後述の噴射量決定部84)と、を備える。
To achieve the above object, the present invention is provided in an exhaust system (for example, an
本発明では、フィルタにおける粒子状物質堆積量を推定し、この推定した粒子状物質堆積量と取得した排気系の温度とに基づいて、フィルタとその下流側の選択還元触媒との間の排気のNO2/NOx比を推定する。粒子状物質が堆積したフィルタでは、NO2がフィルタに堆積した粒子状物質により還元されNOが生成される反応が進行する。また、例えばフィルタとして酸化触媒が塗布されたものを用いた場合には、NOが酸化しNO2が生成される反応が進行する。したがって本発明では、排気系の温度が変化することや粒子状物質が堆積することによる、上述のNOの酸化反応やNO2の還元反応の進行度合いの変化を考慮することができるので、結果としてフィルタと選択還元触媒の間の排気のNO2/NOx比を高い精度で推定することができる。さらに本発明では、このように高い精度で推定したNO2/NOx比と、このNO2/NOx比とは別に推定した排気中のNOx量とに基づいて、還元剤噴射手段による還元剤又は前駆体の噴射量を決定する。これにより、NOx量及びNO2/NOx比に応じた適切な量の還元剤又は前駆体を供給することができる。 In the present invention, the amount of particulate matter accumulated in the filter is estimated, and based on the estimated amount of particulate matter accumulated and the acquired temperature of the exhaust system, the exhaust gas between the filter and the selective reduction catalyst on the downstream side thereof is estimated. Estimate the NO 2 / NOx ratio. The filter particulate matter deposited, the reaction NO 2 is NO is reduced is produced by particulate matter deposited on the filter progresses. For example, when a filter coated with an oxidation catalyst is used, a reaction in which NO is oxidized and NO 2 is generated proceeds. Therefore, in the present invention, since the change in the degree of progress of the oxidation reaction of NO and the reduction reaction of NO 2 due to the temperature change of the exhaust system and the accumulation of particulate matter can be taken into account, as a result The NO 2 / NOx ratio of the exhaust gas between the filter and the selective reduction catalyst can be estimated with high accuracy. Further, in the present invention, the reducing agent or precursor by the reducing agent injection means is based on the NO 2 / NOx ratio estimated with such high accuracy and the NOx amount in the exhaust gas estimated separately from the NO 2 / NOx ratio. Determine the amount of body injection. Thereby, an appropriate amount of reducing agent or precursor according to the amount of NOx and the NO 2 / NOx ratio can be supplied.
この場合、前記NOx量推定手段は、前記内燃機関の回転数(NE)と燃料噴射量(GFUEL)とに基づいて、前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のNOx量を推定することが好ましい。 In this case, the NOx amount estimating means estimates the NOx amount in the exhaust gas between the filter and the selective reduction catalyst based on the rotational speed (NE) of the internal combustion engine and the fuel injection amount (G FUEL ). It is preferable.
本発明では、内燃機関の回転数及び燃料噴射量といった、内燃機関の制御において常時取得されるパラメータに基づいてNOx量を推定することにより、NOx量を検出するためのセンサを新たに設ける必要が無くなる。したがって、センサにかかるコスト及び消費電力を抑制することができる。また、現存するNOxセンサは、精度良く還元剤又は前駆体を供給するには応答性能が十分ではない。特に過渡時に大きなセンシング遅れが生じてしまい、十分な量の還元剤又は前駆体を供給することができず、浄化性能が低下するおそれがある。これに対してNOxセンサを用いる必要のない本発明によれば、このような過渡時の浄化性能の低下を防止できる。 In the present invention, it is necessary to newly provide a sensor for detecting the NOx amount by estimating the NOx amount based on parameters that are always acquired in the control of the internal combustion engine, such as the rotational speed of the internal combustion engine and the fuel injection amount. Disappear. Therefore, the cost and power consumption required for the sensor can be suppressed. Further, existing NOx sensors do not have sufficient response performance to supply the reducing agent or precursor with high accuracy. In particular, a large sensing delay occurs during the transition, and a sufficient amount of reducing agent or precursor cannot be supplied, and the purification performance may be deteriorated. On the other hand, according to the present invention which does not require the use of a NOx sensor, it is possible to prevent such a decrease in purification performance during a transition.
この場合、前記NO2/NOx比推定手段は、前記粒子状物質堆積量の推定値(QPM)が大きくなるに従い前記NO2/NOx比の推定値(RNO2)を小さくすることが好ましい。 In this case, it is preferable that the NO 2 / NOx ratio estimation means decreases the estimated value (RNO2) of the NO 2 / NOx ratio as the estimated value (QPM) of the particulate matter deposition amount increases.
フィルタにおいて、粒子状物質の堆積量が増えると、NO2が粒子状物質を構成する炭素により還元されNOが生成される反応の進行度合いが高くなると考えられる。本発明では、この点を考慮して、粒子状物質堆積量の推定値が大きくなるに従いNO2/NOx比の推定値を小さくすることにより、排気のNO2/NOx比を高い精度で推定できる。
In the filter, the deposition amount of the particulate matter increases, NO 2 is considered to progress the reaction in which NO is reduced by the carbon that constitutes the particulate matter is generated increases. In the present invention, in consideration of this point, by reducing the estimate of
この場合、前記噴射量決定手段は、前記推定されたNO2/NOx比(RNO2)が閾値(例えば、後述の閾値RNO2TH)より大きい場合には、当該NO2/NOx比に応じて前記噴射量を増加させることが好ましい。 In this case, when the estimated NO 2 / NOx ratio (RNO2) is larger than a threshold value (for example, a threshold value RNO2 TH described later), the injection amount determining means performs the injection according to the NO 2 / NOx ratio. It is preferred to increase the amount.
選択還元触媒では、NOとNO2とを同時に還元する反応と、NOのみを還元する反応と、NO2のみを還元する反応との、主に3種類の還元反応が進行し得る。ここで、NO2のみを還元する反応では、他の2つの反応に比べてより多くの還元剤が必要となる。また、NO2/NOx比が大きくなると、このNO2のみを還元する反応の進行度合いが高くなると考えられる。そこで本発明では、NO2/NOx比が閾値より大きい場合に、NO2/NOx比に応じて還元剤又は前駆体の噴射量を増加させることにより、還元剤が不足することによる選択還元触媒におけるNOxの浄化性能の低下を抑制することができる。 In the selective reduction catalyst, three types of reduction reactions can proceed mainly: a reaction that reduces NO and NO 2 simultaneously, a reaction that reduces only NO, and a reaction that reduces only NO 2 . Here, the reaction for reducing only NO 2 requires more reducing agent than the other two reactions. Further, it is considered that when the NO 2 / NOx ratio is increased, the progress of the reaction for reducing only NO 2 is increased. Therefore, in the present invention, when the NO 2 / NOx ratio is larger than the threshold value, in the selective reduction catalyst due to the shortage of the reducing agent, the injection amount of the reducing agent or the precursor is increased according to the NO 2 / NOx ratio. Reduction in NOx purification performance can be suppressed.
この場合、前記NOx量推定手段は、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成されたニューラルネットワークに基づいて前記NOx量を推定することが好ましい。 In this case, it is preferable that the NOx amount estimating means estimates the NOx amount based on a neural network configured by connecting a plurality of neurons that output in accordance with a predetermined function.
本発明では、非線形な動特性の再現性に優れたニューラルネットワークに基づいてNOx量を推定することにより、例えば過渡時など排気中のNOx量が非線形的な挙動を示すような場合であっても、これを高い精度で推定することができるので、NOx量及びNO2/NOx比に応じた適切な量の還元剤又は前駆体を供給することができる。 In the present invention, the NOx amount is estimated based on a neural network excellent in reproducibility of nonlinear dynamic characteristics, so that even when the NOx amount in the exhaust shows a nonlinear behavior, for example, during a transient state, for example. Since this can be estimated with high accuracy, an appropriate amount of reducing agent or precursor according to the amount of NOx and the NO 2 / NOx ratio can be supplied.
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。
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
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。エンジン1には、各シリンダの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)8により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU8により制御される。
The
排気浄化システム2は、エンジン1に接続され吸気が流通する吸気管20と、エンジン1の排気が流通する排気管30と、排気の一部を吸気に還流する高圧排気還流装置(以下、「高圧EGR装置」という)40及び低圧排気還流装置(以下、「低圧EGR装置」という)45と、排気を浄化する排気浄化フィルタ(以下、「DPF(Diesel Particulate Filter)」という)36、選択還元触媒61及び尿素水噴射装置62と、エンジン1に吸気を圧送するターボチャージャ50と、を含んで構成される。
The
吸気管20は、吸気マニホールド21の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒の吸気ポートに接続されている。排気管30は、排気マニホールド31の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒の排気ポートに接続されている。また、吸気管20には、ターボチャージャ50と、インタークーラ59とが上流側からこの順で設けられている。
The
ターボチャージャ50は、排気管30に設けられたタービン51と、吸気管20に設けられたコンプレッサ52と、を備える。タービン51は、排気管30を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサ52は、タービン51の回転により駆動され、吸気を加圧する。さらに、ターボチャージャ50は、開閉動作によりタービン51の回転速度を変更する図示しない可変ベーンを備える。インタークーラ59は、ターボチャージャ50により加圧された吸気を冷却する。
The
排気管30のうち、ターボチャージャ50のタービン51の下流には、触媒コンバータ34と、DPF36と、尿素水噴射装置62と、選択還元触媒61とが、上流側からこの順で設けられている。
In the
触媒コンバータ34は、酸化触媒を内蔵し、この酸化触媒と排気との反応により排気を浄化する。また、触媒コンバータ34は、DPF36に堆積したPMを燃焼除去するDPF再生時において、例えばポスト噴射(膨張行程又は排気工程において実行され、気筒内での燃焼に寄与しない燃料噴射)の実行により供給された未燃燃料を燃焼し、これにより生じた熱で下流側のDPF36の温度を上昇させる。この酸化触媒には、例えば、触媒として作用する白金(Pt)やパラジウム(Pd)を、アルミナ(Al2O3)担体に担持させたものに、HCの吸着作用に優れたゼオライトと、HCの水蒸気改質作用に優れたロジウム(Rh)を加えて構成されたものが用いられる。
The
DPF36は、排気がフィルタ壁を微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とする粒子状物質(以下、「PM(Particulate Matter)」という)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。フィルタ壁の構成材料としては、例えば、炭化珪素(SiC)などのセラミックスの多孔体が使用される。また、このDPF36には、排気との反応により発生する熱で排気を昇温するとともに、排気中のNOをNO2に酸化し後述の選択還元触媒61におけるNOxの還元を促進する酸化触媒が塗布されている。この酸化触媒には、例えば、触媒として作用する白金(Pt)やパラジウム(Pd)を、アルミナ(Al2O3)担体に担持させたものに、HCの吸着作用に優れたゼオライトと、HCの水蒸気改質作用に優れたロジウム(Rh)を加えて構成されたものが用いられる。
When the exhaust gas passes through the fine holes in the filter wall, the
尿素水噴射装置62は、尿素水タンク621と、尿素水噴射弁623とを備える。尿素水タンク621は、選択還元触媒61における還元剤の前駆体としての尿素水を貯蔵する。尿素水噴射弁623は、ECU8に接続されており、ECU8からの制御信号により動作し、この制御信号に応じた量の尿素水を排気管30内のDPF36と選択還元触媒61との間、すなわち選択還元触媒61に流入する排気中に噴射する。すなわち、尿素水噴射制御が実行される。
The urea
選択還元触媒61は、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、尿素水噴射装置62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61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
ところで、この選択還元触媒61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貯蔵する機能も有する。以下では、選択還元触媒61において貯蔵されたアンモニア量をストレージ量とし、選択還元触媒61において貯蔵できるアンモニア量を最大ストレージ容量とする。このようにして貯蔵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61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、貯蔵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, the
高圧EGR装置40は、高圧EGR管41と、高圧EGRバルブ42と、高圧EGRクーラ43と、を含んで構成される。高圧EGR管41は、排気マニホールド31と吸気マニホールド21とを接続する。高圧EGRバルブ42は、高圧EGR管41に設けられ、この高圧EGR管41を介して還流される排気の流量を制御する。高圧EGRクーラ43は、高圧EGR管41を介して還流される排気を冷却する。高圧EGRバルブ42は、図示しないアクチュエータを介してECU8に接続されており、その開度(リフト量)はECU8により電磁的に制御される。
The high
低圧EGR装置45は、低圧EGR管46と、低圧EGRバルブ47と、低圧EGRクーラ48と、を含んで構成される。低圧EGR管46は、排気管30のうちDPF36と尿素水噴射弁623との間と、吸気管20のうちコンプレッサ52の上流側とを接続する。低圧EGRバルブ47は、低圧EGR管46に設けられ、この低圧EGR管46を介して還流される排気の流量を制御する。低圧EGRクーラ48は、低圧EGR管46を介して還流される排気を冷却する。低圧EGRバルブ47、図示しないアクチュエータを介してECU8に接続されており、その開度(リフト量)はECU8により電磁的に制御される。
The low
ECU8には、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ11、及びエンジン1により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ12が接続されており、これらセンサの検出信号は、ECU8に供給される。ここで、エンジン1の回転数NEは、クランク角度位置センサ11の出力に基づいてECU8により算出される。エンジン1の負荷を示す燃料噴射量GFUELは、アクセルセンサ12の出力に基づいてECU8により算出される。
The
これらセンサ11,12に加えて、ECU8には、排気浄化システム2の各部分における物理量を検出する吸気圧力センサ24、第1排気圧力センサ32、第2排気圧力センサ33、第1リフトセンサ13、第2リフトセンサ14、排気温度センサ35が接続されている。
吸気圧力センサ24は、吸気管20のうちインタークーラ59の下流側の吸気圧力P2を検出し、検出値に略比例した信号をECU8に送信する。第1排気圧力センサ32は、高圧EGR管41のうち高圧EGRクーラ43の上流側の排気圧力P3を検出し、検出値に略比例した信号をECU8に送信する。第2排気圧力センサ33は、排気管30のうちタービン51とDPF36との間の排気圧力P4Lを検出し、検出値に略比例した信号をECU8に送信する。第1リフトセンサ13は、高圧EGRバルブ42のリフト量LHP_ACTを検出し、検出値に略比例した信号をECU8に送信する。第2リフトセンサ14は、低圧EGRバルブ47のリフト量LLP_ACTを検出し、検出値に略比例した信号をECU8に送信する。排気温度センサ35は、排気系の温度としてDPF36の下流側の排気温度TDPFを検出し、検出値に略比例した信号をECU8に送信する。
In addition to these
The
ECU8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など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、ECU8は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、高圧EGRバルブ42、低圧EGRバルブ47、ターボチャージャ50、尿素水噴射装置62、及びエンジン1の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路と、を備える。
The
図2は、ECUに構成された尿素水噴射装置の尿素水噴射量GUREAの決定に関するモジュールを示すブロック図である。図2に示すように、本実施形態において尿素水噴射量GUREAは、NOx量推定部81と、PM堆積量推定部82と、NO2/NOx比推定部83と、噴射量決定部84と、により決定される。
FIG. 2 is a block diagram showing modules relating to determination of the urea water injection amount GUREA of the urea water injection device configured in the ECU. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the urea water injection amount G UREA includes a NOx
NOx量推定部81は、排気管のうちDPFと選択還元触媒の間の排気中のNOxの量に相当するNOx量の推定値NOXHATを、以下詳細に説明する構造を有するニューラルネットワークに基づいて算出する。
The NOx
図3は、NOx量推定部81のニューラルネットワーク構造を示す図である。
このニューラルネットワークは、所定の関数に従って出力する複数のニューロンを結合して構成され、m成分の入力ベクトルU(k)に応じて、値Y(k)を出力する。図3に示すように、このニューラルネットワークは、m個のニューロンW1j(j=1〜m)で構成された入力層と、m×(n−1)個のニューロンWij(i=2〜n,j=1〜m)で構成された中間層と、1個のニューロンYで構成された出力層との3つの層を含んで構成された階層型である。
入力層:W1j (j=1,2,…,m)
中間層:Wij (i=2,3,…,n,j=1,2,…,m)
出力層:Y
FIG. 3 is a diagram illustrating a neural network structure of the NOx
This neural network is configured by connecting a plurality of neurons that output in accordance with a predetermined function, and outputs a value Y (k) according to an m-component input vector U (k). As shown in FIG. 3, the neural network includes an input layer composed of m neurons W 1j (j = 1 to m) and m × (n−1) neurons W ij (i = 2 to 2). n, j = 1 to m), and a hierarchical type including three layers, that is, an intermediate layer composed of n, j = 1 to m) and an output layer composed of one neuron Y.
Input layer: W 1j (j = 1, 2,..., M)
Intermediate layer: W ij (i = 2, 3,..., N, j = 1, 2,..., M)
Output layer: Y
ここで、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)が今回の制御サイクル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)は前回の制御サイクル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。 Here, the symbol (k) is a symbol indicating the discretized time, and indicates that the data is detected or calculated every predetermined control period. That is, when the symbol (k) is data detected or calculated in the current control cycle, the symbol (k-1) indicates that the data is detected or calculated in the previous control cycle. In the following description, the symbol (k) is omitted as appropriate.
入力層のm個のニューロンW1j(j=1〜m)の動作について説明する。
入力層のニューロンW1jには、信号T1j(k)が入力される。この入力信号T1j(k)には、それぞれ、下記式(1)に示すように入力ベクトルU(k)のj番目の成分Uj(k)が用いられる。
A signal T 1j (k) is input to the neuron W 1j in the input layer. As this input signal T 1j (k), the j-th component U j (k) of the input vector U (k) is used as shown in the following equation (1).
入力層のニューロンW1jは、中間層のm個のニューロンW2j(j=1〜m)に所定の重みで結合しており、これら結合したm個のニューロンW2jへ信号V1j(k)を出力する。すなわち、このニューロンW1jは、下記式(2),(3)に示すように、シグモイド関数f(x)に従って、入力信号T1j(k)に応じた信号V1j(k)をm個のニューロンW2jに出力する。
図4は、シグモイド関数f(x)を示す図である。この図4には、上記式(3)において、ε=0とし、β=0.5,1.0,2.0,3.0とした場合を示す。
シグモイド関数f(x)の値域は、[ε,ε+1]となっている。また、図4に示すように、シグモイド関数f(x)は、βを大きくするに従い、x=0を中心としたステップ関数に近づく。
FIG. 4 is a diagram illustrating the sigmoid function f (x). FIG. 4 shows a case where ε = 0 and β = 0.5, 1.0, 2.0, 3.0 in the above formula (3).
The range of the sigmoid function f (x) is [ε, ε + 1]. Also, as shown in FIG. 4, the sigmoid function f (x) approaches a step function centered on x = 0 as β is increased.
上記式(3)において、係数βはシグモイド関数f(x)の傾きゲインを示し、係数εはシグモイド関数f(x)のオフセット値を示す。傾きゲインβは、後述のニューラルネットワークの学習により設定する。オフセット値εは、後述のニューラルネットワークの学習により設定するか、又は所定の値に設定しておく。 In the above equation (3), the coefficient β represents the slope gain of the sigmoid function f (x), and the coefficient ε represents the offset value of the sigmoid function f (x). The slope gain β is set by learning of a neural network described later. The offset value ε is set by learning of a neural network described later or set to a predetermined value.
次に中間層の(n−1)×m個のニューロンWij(i=2〜n,j=1〜m)の動作について説明する。
中間層のニューロンWij(i=2〜n,j=1〜m)には、結合するニューロンから出力されたm個の信号Vi−1,j(j=1〜m)のそれぞれに所定の重みωi−1,j(j=1〜m)を乗じた信号の和が入力される。したがって、中間層のニューロンWijには、下記式(4)に示すような信号Tij(k)が入力される。
An intermediate layer neuron W ij (i = 2 to n, j = 1 to m) has a predetermined value for each of m signals V i−1, j (j = 1 to m) output from the neurons to be coupled. The sum of signals multiplied by the weights ω i−1, j (j = 1 to m ) is input. Therefore, a signal T ij (k) as shown in the following equation (4) is input to the neuron W ij in the intermediate layer.
中間層のニューロンのうち出力層に結合するm個を除いたニューロン、すなわち、(n−2)×m個のニューロンWij(i=2〜n−1,j=1〜m)は、中間層のm個のニューロンWi+1,j(j=1〜m)に重みωijで結合しており、これら結合したニューロンWi+1,jへ信号Vij(k)を出力する。すなわち、このニューロンWij(i=2〜n−1,j=1〜m)は、下記式(5)に示すように、シグモイド関数f(x)に従って、入力信号Tij(k)に応じた信号Vij(k)をm個のニューロンWi+1,jに出力する。
また、中間層のm個のニューロンWnj(j=1〜m)は、出力層のニューロンYに重みωnjで結合しており、この出力層のニューロンYへ信号Vnj(k)を出力する。すなわち、これらニューロンWnj(j=1〜m)は、下記式(6)に示すように、シグモイド関数f(x)に従って、入力信号Tnj(k)に応じた信号Vnj(k)をニューロンYに出力する。
次に出力層のニューロンYの動作について説明する。
出力層のニューロンYには、結合する中間層のニューロンから出力されたm個の信号Vn,j(j=1〜m)に所定の重みωn,j(j=1〜m)を乗じた信号の和が入力される。したがって、出力層のニューロンYには、下記式(7)に示すような信号T(k)が入力される。
The neuron Y of the output layer is multiplied by a predetermined weight ω n, j (j = 1 to m) by m signals V n, j (j = 1 to m) output from the neuron of the intermediate layer to be coupled. The sum of the received signals is input. Therefore, a signal T (k) as shown in the following equation (7) is input to the neuron Y in the output layer.
出力層のニューロンYは、下記式(8)、(9)に示すように、シグモイド関数g(x)に従って、入力信号T(k)に応じた信号Y(k)を出力する。
シグモイド関数g(x)は、上述の図4に示す関数f(x)と、定性的には同じ振る舞いを示すが、値域が[δ,δ+α]である点でシグモイド関数f(x)と異なる。上記式(8)において、係数γはシグモイド関数g(x)の傾きゲインを示し、係数δはシグモイド関数g(x)のオフセット値を示す。また、係数αはニューラルネットワークの出力の取り得る自由度を設定するための出力ゲインを示す。傾きゲインγ及び出力ゲインαは、後述のニューラルネットワークの学習により設定する。オフセット値δは、後述のニューラルネットワークの学習により設定するか、又は所定の値に設定しておく。 The sigmoid function g (x) is qualitatively the same as the function f (x) shown in FIG. 4 described above, but differs from the sigmoid function f (x) in that the range is [δ, δ + α]. . In the above equation (8), the coefficient γ represents the slope gain of the sigmoid function g (x), and the coefficient δ represents the offset value of the sigmoid function g (x). The coefficient α indicates an output gain for setting the degree of freedom that the output of the neural network can take. The slope gain γ and the output gain α are set by learning with a neural network described later. The offset value δ is set by learning of a neural network described later, or set to a predetermined value.
ニューラルネットワークに対する入力ベクトルU(k)の成分を、下記式(10)に示すように定義する。このように、入力ベクトルU(k)の成分には、NOx量を推定するために必要となる複数の物理量(燃料噴射量GFUEL、吸気圧力P2、排気圧力P3、排気圧力P3L、高圧EGRバルブリフト量の検出値LHP_ACT、低圧EGRバルブリフト量の検出値LLP_ACT、エンジン回転数NE)が含まれる。また、入力ベクトルU(k)の成分には、このように異なる種類の物理量に関するデータが含まれているとともに、異なる時刻の物理量に関するデータも含まれている。このように、異なる時刻の物理量に関するデータを含めることで、過渡運転時における推定値の動的挙動の再現性をより向上することができる。
また、このような入力ベクトルU(k)に対するニューラルネットワークの出力Y(k)を、下記式(11)に示すように、NOx量の推定値NOXHAT(k)とするべく、ニューラルネットワークには、以下に示すような学習が行われる。
先ず、実際に準備したエンジン及びその排気浄化システムを運転することにより、上記式(10)の入力ベクトルUの成分(GFUEL,P2,P3,P4L,LHP_ACT,LLP_ACT,NE)の値と、そのときのDPFと選択還元触媒の間の排気中のNOx量の値との関係を記録し、学習データを準備する。
次に、取得した学習データに基づいてニューラルネットワークの学習を行う。すなわち、入力ベクトルUの成分(GFUEL,P2,P3,P4L,LHP_ACT,LLP_ACT,NE)とNOx量との関係が、ニューラルネットワークにより再現されるようにニューロンの関数f(x),g(x)の各種ゲイン(α,β,γ,δ,ε)、並びに、各ニューロンの結合の強さを示す重みωij(i=1〜n,j=1〜m)を設定する。なお、ニューラルネットワークの学習のアルゴリズムには、既知の方法が用いられる。具体的には、例えば、逆誤差伝播法などの学習アルゴリズムの他、遺伝的アルゴリズムなどの最適化アルゴリズムが挙げられる。
First, by operating the actually prepared engine and its exhaust purification system, the values of the components (G FUEL , P2, P3, P4L, L HP_ACT , L LP_ACT , NE) of the above equation (10) Then, the relationship between the NOx amount value in the exhaust gas between the DPF and the selective reduction catalyst at that time is recorded, and learning data is prepared.
Next, neural network learning is performed based on the acquired learning data. That is, the function f (x), g of the neuron so that the relationship between the components of the input vector U (G FUEL , P2, P3, P4L, L HP_ACT , L LP_ACT , NE) and the NOx amount is reproduced by the neural network. Various gains (α, β, γ, δ, ε) of (x) and weights ω ij (i = 1 to n, j = 1 to m) indicating the strength of connection of each neuron are set. A known method is used as the neural network learning algorithm. Specifically, for example, in addition to a learning algorithm such as a reverse error propagation method, an optimization algorithm such as a genetic algorithm can be used.
図2に戻って、PM堆積量推定部82は、DPFに堆積しているPMの量に相当するPM堆積量の推定値QPMを算出する。より具体的には、下記式(12)に示すように、前回の制御サイクルにおけるPM堆積量の推定値QPM(k−1)に、前回から今回の制御サイクルまでの間にDPFに捕集されたPM量ΔQPMを加算することにより、PM堆積量の推定値QPM(k)を算出する。ここで、前回から今回の制御サイクルまでの間にエンジンから排出されDPFに捕集されたPM量ΔQPMは、例えば、燃料噴射量GFUEL及びエンジン回転数NEなどに基づいて算出された基本値に、エンジンの冷却水温度や吸入空気量などに基づいて算出された補正項を加算して算出される。
NO2/NOx比推定部83は、PM堆積量推定部82により算出されたPM堆積量の推定値QPMと、排気温度TDPFとに基づいて、排気管のうちDPFと選択還元触媒の間の排気中のNOx量に対するNO2量の割合に相当するNO2/NOx比の推定値RNO2を算出する。
The NO 2 /
下記式(13)は、DPFにおける排気中のNO2の反応式である。反応式(13)に示すように、PMが堆積したDPFでは、排気中のNO2がPMを構成する炭素(C)によって還元され、COとNOが生成される。
NO2+C→CO+NO (13)
The following formula (13) is a reaction formula of NO 2 in the exhaust gas in the DPF. As shown in the reaction formula (13), in the DPF in which PM is deposited, NO 2 in the exhaust is reduced by carbon (C) constituting the PM, and CO and NO are generated.
NO 2 + C → CO + NO (13)
また、下記式(14)は、酸化触媒を内蔵した触媒コンバータ及び酸化触媒が塗布されたDPFにおける排気中のNOの反応式である。反応式(14)に示すように、酸化触媒を備えた触媒コンバータ及びDPFでは、排気中のNOが酸化し、NO2が生成される。
NO+O→NO2 (14)
Further, the following equation (14) is a reaction formula of NO in the exhaust gas in the catalytic converter incorporating the oxidation catalyst and the DPF coated with the oxidation catalyst. As shown in the reaction formula (14), in the catalytic converter and the DPF provided with the oxidation catalyst, NO in the exhaust is oxidized and NO 2 is generated.
NO + O → NO 2 (14)
以上のように、触媒コンバータ及びDPFでは、NOとNO2が相互に酸化又は還元される反応が進行することから、上記DPFと選択還元触媒の間のNO2/NOx比は、これら2つの反応の進行度合いに応じて変化する。また、これら2つの反応の進行度合いは、主に排気温度とPM堆積量とで特徴付けられると考えられる。したがって、NO2/NOx比の推定値RNO2を算出するに当たり、図5に示すようにPM堆積量の推定値QPMと排気温度TDPFとに応じてNO2/NOx比の推定値RNO2を検索するマップを設定することができる。 As described above, in the catalytic converter and the DPF, a reaction in which NO and NO 2 are mutually oxidized or reduced proceeds. Therefore, the NO 2 / NOx ratio between the DPF and the selective reduction catalyst is determined by these two reactions. It changes according to the degree of progress. Further, it is considered that the progress of these two reactions is mainly characterized by the exhaust gas temperature and the PM deposition amount. Therefore, in calculating the estimated value RNO2 of NO 2 / NOx ratio, retrieves an estimate RNO2 of NO 2 / NOx ratio according to the estimated value QPM of the PM accumulation amount as shown in FIG. 5 and the exhaust gas temperature T DPF You can set the map.
そこでNO2/NOx比推定部83では、PM堆積量の推定値QPMと、DPFの下流側の排気温度TDPFとに基づいて、図5に示すような、実験に基づいて予め設定されたマップを検索することにより、NO2/NOx比の推定値RNO2を算出する。図5に示すマップによれば、PM堆積量の推定値QPMが大きくなるに従い、NO2/NOx比の推定値RNO2は小さくなる。また、排気温度TDPFが低くなるに従い、すなわちDPFの温度が低くなるに従い、NO2/NOx比の推定値RNO2は大きくなる。なお、図5には、排気温度TDPFが230℃のときと(実線)、250℃のときと(破線)、270℃のときと(一点鎖線)におけるPM堆積量の推定値QPMとNO2/NOx比との関係のみを示す。
Therefore, in the NO 2 / NOx
噴射量決定部84は、ベース噴射量算出部85と、補正係数算出部86と、乗算器87と、を含んで構成され、NOx量推定部81により算出されたNOx量の推定値NOXHAT及びNO2/NOx比推定部83により算出されたNO2/NOx比の推定値RNO2に基づいて、尿素水噴射量GUREAを決定する。
The injection
下記式(15)〜(17)は、選択還元触媒におけるNO及びNO2の還元反応を示す反応式である。式(15)に示す反応は、排気中のNOとNO2とを同時に還元する反応であり、式(16)に示す反応は、排気中のNOのみを還元する反応であり、式(17)に示す反応は、排気中のNO2のみを還元する反応である。
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (15)
4NO+4NH3+O2→4N2+16H2O (16)
6NO2+8NH3→7N2+16H2O (17)
The following formulas (15) to (17) are reaction formulas showing the reduction reaction of NO and NO 2 in the selective reduction catalyst. The reaction shown in the equation (15) is a reaction that simultaneously reduces NO and NO 2 in the exhaust gas. The reaction shown in the equation (16) is a reaction that reduces only NO in the exhaust gas, and the equation (17). The reaction shown in FIG. 2 is a reaction that reduces only NO 2 in the exhaust gas.
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O (15)
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 16H 2 O (16)
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 16H 2 O (17)
選択還元触媒では上記式(15)〜(17)に示す反応が進行することで、排気中のNO及びNO2がNH3により還元されることとなるが、各反応の進行度合いは、NO2/NOx比に応じて変化すると考えられる。 The selective reduction catalyst by the reaction shown in the equation (15) to (17) proceeds, but so that the NO and NO 2 in exhaust gas is reduced by NH 3, progress of each reaction, NO 2 / NOx ratio is considered to change.
例えば、NO2/NOx比が“0.5”である場合、排気中のNOとNO2のモル比が1:1であることから、選択還元触媒では主として上記式(15)に示す反応が進行する。 For example, when the NO 2 / NOx ratio is “0.5”, the molar ratio of NO to NO 2 in the exhaust gas is 1: 1. Therefore, the selective reduction catalyst mainly performs the reaction represented by the above formula (15). proceed.
NO2/NOx比が“0.5”より小さい場合(NO2リーン)、すなわちNO2よりもNOの方が多い場合、上記式(15)に示す反応だけでは還元しきれないNOが残るが、この余剰分のNOは上記式(16)に示す反応が進行することで還元される。したがって、NO2/NOx比が“0.5”より小さい場合には、NO2/NOx比が小さくなるに従い、上記式(15)に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式(16)に示す反応の進行度合いが高くなる。 When the NO 2 / NOx ratio is smaller than “0.5” (NO 2 lean), that is, when NO is more than NO 2, NO remains that cannot be reduced only by the reaction shown in the above formula (15). The surplus NO is reduced by the progress of the reaction shown in the above formula (16). Therefore, when the NO 2 / NOx ratio is smaller than “0.5”, as the NO 2 / NOx ratio decreases, the degree of progress of the reaction shown in the above equation (15) decreases, and the above equation (16) The degree of progress of the reaction shown increases.
一方、NO2/NOx比が“0.5”より大きい場合(NO2リッチ)、すなわちNOよりもNO2の方が多い場合、上記式(15)に示す反応だけでは還元しきれないNO2が残るが、この余剰分のNO2は上記式(17)に示す反応が進行することで還元される。したがって、NO2/NOx比が“0.5”よりも大きい場合には、NO2/NOx比が大きくなるに従い、上記式(15)に示す反応の進行度合いが低くなり、上記式(17)に示す反応の進行度合いが高くなる。 On the other hand, NO 2 / if NOx ratio is greater than "0.5" (NO 2 rich), that is, when there are more NO 2 than NO, the only reaction shown in the equation (15) can not be reduced NO 2 However, this excess NO 2 is reduced by the progress of the reaction shown in the above formula (17). Therefore, when the NO 2 / NOx ratio is larger than “0.5”, the progress of the reaction shown in the above equation (15) decreases as the NO 2 / NOx ratio increases, and the above equation (17). The degree of progress of the reaction shown in FIG.
ここで、NOとNO2を合わせたNOxの還元に消費されるNH3の量について、各反応で比較すると、上記式(15)及び(16)に示す反応におけるNOxとNH3とのモル比は1:1となっているのに対し、上記式(17)に示す反応におけるNOxとNH3とのモル比は6:8となっている。すなわち、上記式(17)に示す反応によりNOxを還元するには、これと同量のNOxを上記式(15)及び(16)に示す反応により還元する場合と比較して、より多くのNH3が必要となり、したがってより多くの尿素水を供給する必要があることを示している。 Here, when the amount of NH 3 consumed for the reduction of NOx combined with NO and NO 2 is compared in each reaction, the molar ratio of NOx and NH 3 in the reactions shown in the above formulas (15) and (16). Is 1: 1, whereas the molar ratio of NOx to NH 3 in the reaction shown in the above formula (17) is 6: 8. That is, in order to reduce NOx by the reaction shown in the above formula (17), a larger amount of NHx than in the case of reducing the same amount of NOx by the reaction shown in the above formulas (15) and (16). 3 is required, and thus more urea water needs to be supplied.
噴射量決定部84では、以上のように選択還元触媒におけるNOxの還元反応が複数種類進行する点と、各還元反応の進行度合いに応じて、NOxの還元に必要なNH3の量が変化する点とを考慮して、最適な尿素水噴射量GUREAを決定する。以下、その詳細な構成について説明する。
In the injection
ベース噴射量算出部85は、下記式(18)に示すように、NOx量推定部81により算出されたNOx量の推定値NOXHATに、変換係数KCONV_NOX_UREAを乗算することにより、ベース噴射量GUREA_BSを算出する。下記式(18)において、変換係数KCONV_NOX_UREAは、NOx量から尿素水噴射量に変換する変換係数である。より具体的には、この変換係数KCONV_NOX_UREAは、上記式(15)又は(16)に示す反応のようにモル比1:1の下でNOxがNH3に還元されると仮定した場合における、NOxの量から、このNOxを過不足なく還元するために必要な尿素水の量に変換する変換係数である。このような変換係数KCONV_NOX_UREAを、NOx量の推定値NOXHATに乗算することにより、選択還元触媒に流入する量のNOxを還元するために必要な尿素水の量であるベース噴射量GUREA_BSを算出することができる。
補正係数算出部86は、排気中のNOx量に応じて算出されたベース噴射量を、このNOxを構成するNO2の割合に応じて適切に補正するべく、NO2/NOx比の推定値RNO2に基づいて補正係数KRNO2を算出する。より具体的には、補正係数KRNO2は、NO2/NOx比の推定値RNO2に基づいて、図6に示すようなマップを検索することにより算出される。
図6に示すマップによれば、NO2/NOx比の推定値RNO2が、“0.5”に設定された閾値RNO2TH以下である場合、上記式(17)に示す反応の進行度合いは十分に低いと判断されるので、推定値RNO2によらず補正係数KRNO2は“1”に設定される(下記式(19)参照)。
また、NO2/NOx比の推定値RNO2が上記閾値RNO2THより大きい場合には、上記式(17)に示す反応の進行度合いが高いと判断されるので、推定値RNO2に応じて補正係数KRNO2は“1”より大きな値に設定される。なお、NO2のみが流入する場合、選択還元触媒では上記式(17)に示す反応のみ進行すると考えられる。したがって、推定値RNO2が“1.0”であるときにおける補正係数KRNO2が“8/6”になるように、推定値RNO2が閾値RNO2THより大きい場合における補正係数KRNO2は、下記式(19)に示すように、推定値RNO2に比例して大きくなるように設定される。
According to the map shown in FIG. 6, when the estimated value RNO2 of the NO 2 / NOx ratio is equal to or less than the threshold value RNO2 TH set to “0.5”, the degree of progress of the reaction shown in the above equation (17) is sufficient. Therefore, the correction coefficient K RNO2 is set to “1” regardless of the estimated value RNO2 (see the following equation (19)).
Further, when the estimated value RNO2 of the NO 2 / NOx ratio is larger than the threshold value RNO2 TH, it is determined that the progress of the reaction shown in the above equation (17) is high, and therefore the correction coefficient K is determined according to the estimated value RNO2. RNO2 is set to a value larger than “1”. When only NO 2 flows, it is considered that only the reaction represented by the above formula (17) proceeds in the selective reduction catalyst. Accordingly, as the correction coefficient K RNO2 becomes "8/6" in the time estimate RNO2 is "1.0", the correction coefficient K RNO2 when the estimated value RNO2 is larger than the threshold RNO2 TH is represented by the following formula ( 19), it is set to increase in proportion to the estimated value RNO2.
尿素水噴射量GUREAは、下記式(20)に示すように、NOx量の推定値NOXHATに基づいて算出されたベース噴射量GUREA_BSに、NO2/NOx比の推定値RNO2に基づいて算出された補正係数KRNO2を乗算することにより決定される。これにより、NO2/NOx比の推定値RNO2が閾値RNO2THより大きい場合には、NO2/NOx比に応じて、尿素水噴射量GUREAは増加側へ補正される。
本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)本実施形態では、酸化触媒が塗布されたDPFにおけるPM堆積量の推定値QPMを算出し、この推定値QPMと、排気温度TDPFとに基づいて、DPFと選択還元触媒の間の排気のNO2/NOx比の推定値RNO2を算出する。酸化触媒が塗布されたDPFでは、NOが酸化しNO2が生成される反応や、NO2がフィルタに堆積したPMにより還元されNOが生成される反応が進行する。したがって本実施形態では、排気温度が変化することやPMが堆積することによる、上述のNOの酸化反応やNO2の還元反応の進行度合いの変化を考慮することができるので、結果としてDPFと選択還元触媒の間の排気のNO2/NOx比を高い精度で推定することができる。さらに本実施形態では、このように高い精度で算出したNO2/NOx比の推定値RNO2と、この推定値RNO2とは別に算出した排気中のNOx量の推定値NOXHATとに基づいて、尿素水噴射装置62による尿素水噴射量GUREAを決定する。これにより、NOx量及びNO2/NOx比に応じた適切な量の尿素水を供給することができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) In the present embodiment, an estimated value QPM of the PM accumulation amount in the DPF coated with the oxidation catalyst is calculated, and based on the estimated value QPM and the exhaust gas temperature T DPF , between the DPF and the selective reduction catalyst An estimated value RNO2 of the exhaust NO 2 / NOx ratio is calculated. In a DPF coated with an oxidation catalyst, a reaction in which NO is oxidized and NO 2 is generated, and a reaction in which NO 2 is reduced by PM deposited on the filter and NO is generated proceeds. Therefore, in the present embodiment, since the change in the degree of progress of the above-described NO oxidation reaction or NO 2 reduction reaction due to the change in exhaust gas temperature or the accumulation of PM can be taken into consideration, as a result, the DPF is selected. The NO 2 / NOx ratio of the exhaust gas between the reduction catalysts can be estimated with high accuracy. Furthermore, in the present embodiment, based on the estimated value RNO2 of the NO 2 / NOx ratio calculated with such high accuracy and the estimated value NOX HAT of the NOx amount in the exhaust gas calculated separately from the estimated value RNO2, the urea The urea water injection amount GUREA by the
(2)本実施形態では、エンジン回転数NE及び燃料噴射量GFUELといった、エンジンの制御において常時取得されているパラメータに基づいてNOx量を推定することにより、NOx量を検出するためのセンサを設ける必要が無くなる。したがって、センサにかかるコスト及び消費電力を抑制することができる。また、NOxセンサを用いた場合には生じうる過渡時の浄化性能の低下を防止できる。 (2) In the present embodiment, a sensor for detecting the NOx amount is estimated by estimating the NOx amount based on parameters that are constantly acquired in engine control, such as the engine speed NE and the fuel injection amount G FUEL. There is no need to provide it. Therefore, the cost and power consumption required for the sensor can be suppressed. In addition, it is possible to prevent a decrease in purification performance at the time of transition that may occur when a NOx sensor is used.
(3)酸化触媒が塗布されたDPFにおいて、PMの堆積量が増えると、NO2がPMを構成する炭素により還元されNOが生成される反応の進行度合いが高くなると考えられる。本実施形態では、この点を考慮して、PM堆積量の推定値QPMが大きくなるに従いNO2/NOx比の推定値RNO2を小さくすることにより、排気のNO2/NOx比を高い精度で推定できる。 (3) In the DPF coated with the oxidation catalyst, it is considered that when the amount of PM deposited increases, the progress of the reaction in which NO 2 is reduced by the carbon constituting the PM and NO is generated increases. In the present embodiment, in consideration of this point, by the estimated value QPM PM accumulation amount is reduced estimates RNO2 of NO 2 / NOx ratio in accordance with increase, estimates the NO 2 / NOx ratio of the exhaust with high precision it can.
(4)選択還元触媒では、NOとNO2とを同時に還元する反応(上記式(15)参照)と、NOのみを還元する反応と(上記式(16)参照)、NO2のみを還元する反応(上記式(17)参照)との、主に3種類の還元反応が進行し得る。ここで、NO2のみを還元する反応では、他の2つの反応に比べてより多くのNH3が必要となる。また、NO2/NOx比が大きくなると、このNO2のみを還元する反応の進行度合いが高くなると考えられる。そこで本実施形態では、NO2/NOx比が閾値RNO2THより大きい場合に、NO2/NOx比の推定値RNO2に応じて尿素水噴射量GUREAを増加させることにより、NH3が不足することによる選択還元触媒におけるNOxの浄化性能の低下を抑制することができる。
(4) In the selective reduction catalyst, a reaction that reduces NO and NO 2 simultaneously (see the above formula (15)), a reaction that reduces only NO (see the above formula (16)), and only NO 2 is reduced. Three types of reduction reactions with the reaction (see the above formula (17)) can proceed. Here, in the reaction of reducing only NO 2 , more NH 3 is required than in the other two reactions. Further, it is considered that when the NO 2 / NOx ratio is increased, the progress of the reaction for reducing only NO 2 is increased. Therefore, in the present embodiment, when the NO 2 / NOx ratio is larger than the
(5)本実施形態では、非線形な動特性の再現性に優れたニューラルネットワークに基づいてNOx量の推定値NOXHATを算出することにより、例えば過渡時など排気中のNOx量が非線形的な挙動を示すような場合であっても、これを高い精度で推定することができるので、NOx量及びNO2/NOx比に応じた適切な量の尿素水を噴射することができる。 (5) In this embodiment, the NOx amount estimated value NOX HAT is calculated based on a neural network excellent in reproducibility of nonlinear dynamic characteristics, so that the NOx amount in the exhaust gas has a nonlinear behavior, for example, during a transient state. Even in such a case, since this can be estimated with high accuracy, an appropriate amount of urea water according to the NOx amount and the NO 2 / NOx ratio can be injected.
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、排気中のNOx量に対するNO2量の割合であるNO2/NOx比の推定値RNO2を算出し、このNO2/NOx比の推定値RNO2に基づいて尿素水噴射量GUREAを補正したが、これに限らない。排気中のNOx成分のうちのNO量に対するNO2量の割合であるNO2/NO比の推定値を算出し、このNO2/NO比の推定値に基づいて尿素水噴射量GUREAを補正してもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made.
The above embodiment calculates the estimated value RNO2 of the ratio of the NO 2 amount for the amount of NOx in the
また上記実施形態では、排気系の温度を取得する温度取得手段として排気温度センサ35を設け、この排気温度センサで検出したDPFの下流側の排気温度TEXに基づいてNO2/NOx比を推定したが、NO2/NOx比の推定に用いる排気系の温度としては、DPFの下流側の排気温度の他、DPFそのものの温度であってもよい。また、温度取得手段としては、排気やDPFの温度などを直接的に検出するセンサでなく、吸入空気量、燃料噴射量、水温及び回転数などのエンジンの運転状態を示すパラメータや、排気管並びに排気管内に設けられた酸化触媒、DPF及び選択還元触媒などの熱容量などに基づいて、対象とする温度を推定する温度推定装置であってもよい。
In the above embodiment, the
また上記実施形態では、尿素水噴射弁623及び選択還元触媒61を、排気管30のうち低圧EGR管46の接続部よりも下流側に設けたが、これに限らない。例えば、尿素水噴射弁及び選択還元触媒を、排気管のうちDPFよりも下流側であって低圧EGR管の接続部よりも上流側に設けてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the urea
また上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつ、この前駆体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、アンモニアの前駆体としては、尿素水に限らず他の前駆体を用いてもよい。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。
In the above-described 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 a precursor thereof is shown, but the present invention is not limited thereto.
For example, ammonia may be supplied directly without supplying urea water and generating ammonia from the urea water. The ammonia precursor is not limited to urea water, and other precursors may be used. 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.
上記実施形態では、酸化触媒が塗布されたDPFを設け、さらのこのDPFの上流側に酸化触媒を内蔵する触媒コンバータを設けたが、本発明はこれに限らない。触媒コンバータが内蔵する触媒は、酸化触媒でなく三元触媒であってもよく、また酸化触媒が塗布されていないDPFを用いてもよい。
但し、酸化触媒が塗布されていないDPFを用いた場合、上記実施形態と異なりDPFでは反応式(14)に示す反応は殆ど起こらないので、NO2/NOx比推定部では、この点に留意し、上記実施形態とは異なる態様でNO2/NOx比の推定値RNO2を算出する必要がある。より具体的には、マップを用いて推定値RNO2を算出する場合、NO2/NOx比算出部で参照するマップには図5とは異なるものを用いる必要がある。なお、このように酸化触媒が塗布されていないDPFを用いた場合、NOが酸化しNO2を生成する反応が殆ど起こらなくなることから、NO2/NOx比の推定値RNO2は、上記実施形態と比較して減少側に補正されるようになると考えられる。
In the above embodiment, the DPF coated with the oxidation catalyst is provided, and the catalytic converter incorporating the oxidation catalyst is provided on the upstream side of the DPF. However, the present invention is not limited to this. The catalyst built in the catalytic converter may be a three-way catalyst instead of an oxidation catalyst, or a DPF not coated with an oxidation catalyst may be used.
However, when a DPF not coated with an oxidation catalyst is used, unlike the above embodiment, the reaction shown in the reaction formula (14) hardly occurs in the DPF. Therefore, the NO 2 / NOx ratio estimation unit takes note of this point. It is necessary to calculate the estimated value RNO2 of the NO 2 / NOx ratio in a manner different from the above embodiment. More specifically, when the estimated value RNO2 is calculated using a map, it is necessary to use a map different from that shown in FIG. 5 as the map referred to by the NO 2 / NOx ratio calculation unit. In addition, when the DPF not coated with the oxidation catalyst is used as described above, the NO 2 / NOx ratio estimated value RNO2 is the same as that in the above embodiment because the reaction of oxidizing NO and generating NO 2 hardly occurs. It is considered that the correction is made on the decrease side in comparison.
1…エンジン(内燃機関)
2…排気浄化システム
30…排気管(排気系)
35…排気温度センサ(温度取得手段)
36…DPF(フィルタ)
61…選択還元触媒(選択還元触媒)
62…尿素水噴射装置(還元剤供給手段)
8…ECU
81…NOx量推定部(NOx量推定手段)
82…PM堆積量推定部(堆積量推定手段)
83…NO2/NOx比推定部(NO2/NOx比推定手段)
84…噴射量決定部(噴射量決定手段)
1. Engine (internal combustion engine)
2.
35 ... Exhaust temperature sensor (temperature acquisition means)
36 ... DPF (filter)
61 ... selective reduction catalyst (selective reduction catalyst)
62 ... Urea water injection device (reducing agent supply means)
8 ... ECU
81 ... NOx amount estimating section (NOx amount estimating means)
82 ... PM accumulation amount estimation unit (deposition amount estimation means)
83... NO 2 / NOx ratio estimation unit (NO 2 / NOx ratio estimation means)
84: Injection amount determination unit (injection amount determination means)
Claims (5)
前記排気系のうち前記選択還元触媒より上流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記選択還元触媒に流入する排気中に還元剤又はその前駆体を噴射する還元剤噴射手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記フィルタにおける粒子状物質堆積量を推定する堆積量推定手段と、
前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のNOx量を推定するNOx量推定手段と、
前記排気系の温度を取得する温度取得手段と、
前記推定された粒子状物質堆積量及びNOx量並びに前記温度取得手段により取得された温度に基づいて、前記排気系のうち前記フィルタと前記選択還元触媒の間の排気中のNOx量に対するNO2量の割合に相当するNO2/NOx比を推定するNO2/NOx比推定手段と、
前記推定されたNOx量及びNO2/NOx比に基づいて、前記還元剤噴射手段による還元剤又は前駆体の噴射量を決定する噴射量決定手段と、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 provided in an exhaust system of an internal combustion engine for reducing NOx in the exhaust in the presence of a reducing agent;
A filter provided upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust system and collecting particulate matter in the exhaust;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine comprising a reducing agent injection means for injecting a reducing agent or a precursor thereof into the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst,
A deposition amount estimating means for estimating a particulate matter deposition amount in the filter;
NOx amount estimating means for estimating the amount of NOx in the exhaust between the filter and the selective reduction catalyst in the exhaust system;
Temperature acquisition means for acquiring the temperature of the exhaust system;
Based on the estimated particulate matter accumulation amount and NOx amount and the temperature acquired by the temperature acquisition means, the NO 2 amount relative to the NOx amount in the exhaust between the filter and the selective reduction catalyst in the exhaust system. and NO 2 / NOx ratio estimation means for estimating the NO 2 / NOx ratio corresponding to the ratio of
An exhaust amount of the internal combustion engine, comprising: an injection amount determining unit that determines an injection amount of the reducing agent or the precursor by the reducing agent injection unit based on the estimated NOx amount and the NO 2 / NOx ratio. Purification system.
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