JP2012189007A - 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 capable of utilizing NOx purification function by a second selective reduction catalyst at a downstream side to the maximum while suppressing discharge of a reduction agent from a tail pipe.SOLUTION: This exhaust emission control system includes: a first selective reduction catalyst and a second selective reduction catalyst, provided in series in an exhaust pipe; a second consumption amount estimation part 51 estimating an NOx amount flowing into the second selective reduction catalyst and an NOx purification rate of the second selective reduction catalyst and estimating an NHamount consumed for purifying the flowing amount of NOx by the second selective reduction catalyst on the basis of the NOx purification rate and the NOx amount; a target NHconcentration determination part 52 determining a target value VNH3for an NHsensor so that NHin the amount equivalent to the estimated NHconsumption amount is re-adsorbed in the second selective reduction catalyst; and a controller 53 determining a corrected injection amount G_so that an output value VNH3 of the sensor becomes the determined target value VNH3.

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中の窒素酸化物(NOx)を浄化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 gas purification system including a selective reduction catalyst that purifies nitrogen oxides (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(NH)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アンモニアの前駆体である尿素水を供給し、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 one of exhaust purification systems 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 (NH 3 ) is provided in the exhaust passage has been proposed. ing. For example, in a urea addition type exhaust purification system, urea water, which is a precursor of ammonia, 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 exhaust gas. This ammonia selectively reduces NOx in the exhaust gas. 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、アンモニアの存在下で排気中のNOxを浄化するとともに、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ストレージ量を制御することができる。   Such a selective reduction catalyst has the capability of purifying NOx in the exhaust in the presence of ammonia and adsorbing ammonia that has not been used for NOx reduction. 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 storage amount of ammonia in the selective reduction catalyst can be controlled by increasing or decreasing the supply amount of urea water.

また、選択還元触媒におけるNOx浄化率を高くするには、できるだけ多くの量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。近年では、このようなNOx浄化率の向上とアンモニアスリップの抑制とを両立することを目的とした排気浄化システムが提案されている。   In order to increase the NOx purification rate of the selective reduction catalyst, it is preferable that as much ammonia as possible is adsorbed, but there is a limit to the amount of ammonia that can be adsorbed by the selective reduction catalyst. When ammonia exceeding this limit amount is supplied to the selective reduction catalyst, ammonia that has not been adsorbed is discharged downstream. In recent years, an exhaust gas purification system has been proposed that aims to achieve both improvement in the NOx purification rate and suppression of ammonia slip.

例えば特許文献1の排気浄化システムでは、第1選択還元触媒と第2選択還元触媒との2つの選択還元触媒を排気通路に直列に設け、これら触媒の間に設けられたアンモニアセンサの出力値に基づいて尿素水の噴射量を決定する。このシステムによれば、第1選択還元触媒に貯蔵可能な量のアンモニアが貯蔵された状態を維持しそのNOx浄化性能を最大にしつつ、第1選択還元触媒から排出されたアンモニアをその下流側の第2選択還元触媒で吸着するか又はNOxの還元に消費することにより、テールパイプからアンモニアが排出されるのを抑制することができる。   For example, in the exhaust purification system of Patent Document 1, two selective reduction catalysts, a first selective reduction catalyst and a second selective reduction catalyst, are provided in series in the exhaust passage, and the output value of an ammonia sensor provided between these catalysts is set. Based on this, the injection amount of urea water is determined. According to this system, while maintaining the state in which the amount of ammonia that can be stored in the first selective reduction catalyst is maintained and the NOx purification performance is maximized, the ammonia discharged from the first selective reduction catalyst is reduced downstream. By adsorbing with the second selective reduction catalyst or consuming it for the reduction of NOx, it is possible to suppress the discharge of ammonia from the tail pipe.

国際公開第2009/128169号International Publication No. 2009/128169

ところで、上記特許文献1に示されたシステムでは、その図26に示すように、第2選択還元触媒のストレージ量の推定値NH32BED_STが所定値NH3CONS_OPT以下である場合にはアンモニアセンサの出力値NH3CONSに対する目標値を所定の最適値NH3CONS_OPTに設定し、ストレージ量の推定値NH32BED_STが上記NH3CONS_OPTより大きくなった場合には第2選択還元触媒のストレージ量の過剰な増加を抑制するため、目標値を上記NH3CONS_OPTよりも小さな値NH3CONS_LOWに設定し第2選択還元触媒に流入するアンモニアの量を少なくする。 By the way, in the system shown in Patent Document 1, as shown in FIG. 26, when the estimated value NH3 2BED_ST of the storage amount of the second selective reduction catalyst is equal to or less than the predetermined value NH3 CONS_OPT , the output value of the ammonia sensor In order to suppress an excessive increase in the storage amount of the second selective reduction catalyst when the target value for NH3 CONS is set to a predetermined optimum value NH3 CONS_OPT and the estimated value NH3 2BED_ST of the storage amount becomes larger than the NH3 CONS_OPT , the target value to reduce the amount of ammonia flowing into the second selective reduction catalyst is set to a smaller value NH3 CONS - than the NH3 CONS - OPT.

このように、上記特許文献1のシステムでは、第2選択還元触媒のストレージ量が大きくなった場合にはアンモニアセンサの目標値を小さく設定し、第1選択還元触媒から排出されるアンモニアの量を少なくすることにより、第2選択還元触媒のストレージ量の過剰な増加、ひいてはテールパイプからのアンモニアの排出を抑制できる。しかしながら、この技術のようにストレージ量に応じて略2値的に目標値を切り替えるのみでは、常に最適な量のアンモニアが貯蔵されるように第2選択還元触媒の状態を維持できるわけではなく、したがって第2選択還元触媒のNOx浄化性能は最大限に活かされているとはいえなかった。   As described above, in the system disclosed in Patent Document 1, when the storage amount of the second selective reduction catalyst becomes large, the target value of the ammonia sensor is set small, and the amount of ammonia discharged from the first selective reduction catalyst is reduced. By reducing the amount, it is possible to suppress an excessive increase in the storage amount of the second selective reduction catalyst, and in turn, discharge of ammonia from the tail pipe. However, the state of the second selective reduction catalyst cannot always be maintained so that an optimal amount of ammonia is always stored only by switching the target value approximately in binary according to the storage amount as in this technique. Therefore, the NOx purification performance of the second selective reduction catalyst was not fully utilized.

本発明は、テールパイプからの還元剤の排出を抑制しつつ、下流側の第2選択還元触媒によるNOx浄化性能を最大限に活かしきることが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 fully utilize the NOx purification performance of the downstream second selective reduction catalyst while suppressing discharge of the reducing agent from the tail pipe. 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)の排気通路(例えば、後述の排気管11)に設けられ、還元剤の存在下で排気中のNOxを浄化しかつこの還元剤を吸着する第1選択還元触媒(例えば、後述の第1選択還元触媒231)と、前記排気通路のうち前記第1選択還元触媒より下流側に設けられた第2選択還元触媒(例えば、後述の第2選択還元触媒232)と、前記排気通路のうち前記第1選択還元触媒より上流側に還元剤又はその前駆体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、前記第2選択還元触媒に流入したNOx量を推定又は検出する第2NOx流入量取得手段(例えば、後述の第2NOx流入量推定部511、又はNOxセンサなど)と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第2選択還元触媒のNOx浄化率を推定する第2NOx浄化率推定手段(例えば、後述の第2NOx浄化率推定部516)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。この排気浄化システムは、前記第2選択還元触媒におけるNOx浄化率(η2nd)及び前記第2選択還元触媒に流入したNOx量(QNO2nd,QNO22nd)に基づいて、当該流入した量のNOxを前記第2選択還元触媒により浄化するために消費された還元剤の量を推定する第2還元剤消費量推定手段(例えば、後述の第2NH消費量推定部515)と、前記推定された還元剤の消費量(QNH3cons)と等量の還元剤が前記第2選択還元触媒に再吸着されるように、前記消費量に基づいて前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量(GUREA_FB、ひいてはGUREA)を決定する還元剤供給量決定手段(例えば、後述の、目標NH濃度決定部52及びスライディングモードコントローラ53)と、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention is provided in an exhaust passage (for example, an exhaust pipe 11 described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 1 described later), purifies NOx in the exhaust in the presence of a reducing agent, and A first selective reduction catalyst (for example, a first selective reduction catalyst 231 to be described later) that adsorbs the reducing agent, and a second selective reduction catalyst (for example, provided downstream of the first selective reduction catalyst in the exhaust passage) A second selective reduction catalyst 232) to be described later, and a reducing agent supply means for supplying a reducing agent or a precursor thereof upstream of the first selective reduction catalyst in the exhaust passage (for example, a urea injection device 25 to be described later). A second NOx inflow amount acquisition means (for example, a second NOx inflow amount estimation unit 511 described later or a NOx sensor) that estimates or detects the amount of NOx that has flowed into the second selective reduction catalyst, and an operating condition of the internal combustion engine An exhaust gas purification system for an internal combustion engine (for example, described later), comprising: a second NOx purification rate estimating means (for example, a second NOx purification rate estimating unit 516 described later) for estimating the NOx purification rate of the second selective reduction catalyst based on An exhaust gas purification system 2) is provided. The exhaust purification system calculates the inflow amount of NOx based on the NOx purification rate (η 2nd ) in the second selective reduction catalyst and the NOx amount (QNO 2nd , QNO2 2nd ) that flows into the second selective reduction catalyst. A second reducing agent consumption estimating means (for example, a second NH 3 consumption estimating unit 515 described later) for estimating the amount of reducing agent consumed for purification by the second selective reduction catalyst, and the estimated reduction The amount of reducing agent or precursor supplied by the reducing agent supply means based on the amount of consumption so that an amount of reducing agent equivalent to the amount of agent consumed (QNH3 cons ) is re-adsorbed to the second selective reduction catalyst ( Reducing agent supply amount determining means for determining G UREA_FB ( and hence G UREA ) (for example, a target NH 3 concentration determining unit 52 and a sliding mode controller 53 described later) And comprising.

本発明では、内燃機関の運転状態に応じて変化する第2選択還元触媒のNOx浄化率を推定し、この第2選択還元触媒に流入したNOx量を推定又は検出し、さらにこれらNOx浄化率及び流入したNOx量に基づいて第2選択還元触媒における還元剤の消費量を推定する。そして、ここで推定した還元剤の消費量と等量の還元剤が第2選択還元触媒に再吸着されるように、上記推定した消費量に基づいて還元剤又は前駆体の供給量を決定する。このように、第2選択還元触媒において実際に消費された分を再び補うようにして、新たに供給する還元剤又は前駆体の供給量を決定することにより、第2選択還元触媒における還元剤のストレージ量が過剰に増加してしまい、その下流側へ還元剤が排出されるのを抑制することができる。また、消費した分だけ再吸着させることにより、第2選択還元触媒における還元剤のストレージ量が過剰に低下してしまい、そのNOx浄化率が低下するのを抑制することができる。
また、第2選択還元触媒を第1選択還元触媒の下流側に設けたので、還元剤は、第2選択還元触媒へ、第1選択還元触媒で貯蔵可能な量を超えて供給されて初めて流入することとなる。したがって、第2選択還元触媒に対して、消費した分の還元剤が再吸着するように還元剤又は前駆体の供給量を決定することにより、第1選択還元触媒には貯蔵可能な量の還元剤を貯蔵させ続けることができるので、第1選択還元触媒におけるNOx浄化率も高く維持できる。
In the present invention, the NOx purification rate of the second selective reduction catalyst that changes in accordance with the operating state of the internal combustion engine is estimated, the amount of NOx flowing into the second selective reduction catalyst is estimated or detected, and further, the NOx purification rate and The consumption of the reducing agent in the second selective reduction catalyst is estimated based on the amount of inflowing NOx. Then, the supply amount of the reducing agent or the precursor is determined based on the estimated consumption amount so that the reducing agent equivalent to the estimated consumption amount of the reducing agent is re-adsorbed to the second selective reduction catalyst. . Thus, the amount of the reducing agent in the second selective reduction catalyst is determined by determining the supply amount of the reducing agent or precursor to be newly supplied by supplementing the amount actually consumed in the second selective reduction catalyst. It can be suppressed that the storage amount increases excessively and the reducing agent is discharged downstream. Moreover, by re-adsorbing only the consumed amount, it is possible to suppress the reduction amount of the reducing agent in the second selective reduction catalyst from being excessively reduced and the NOx purification rate from being reduced.
In addition, since the second selective reduction catalyst is provided on the downstream side of the first selective reduction catalyst, the reducing agent does not flow into the second selective reduction catalyst until it exceeds the amount that can be stored in the first selective reduction catalyst. Will be. Therefore, the amount of reduction that can be stored in the first selective reduction catalyst is determined by determining the supply amount of the reducing agent or the precursor so that the consumed amount of the reducing agent is re-adsorbed with respect to the second selective reduction catalyst. Since the agent can continue to be stored, the NOx purification rate in the first selective reduction catalyst can also be maintained high.

この場合、前記第2選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第2ストレージ量推定手段(例えば、後述の第2ストレージ量推定部521)と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第2選択還元触媒における還元剤の目標ストレージ量を設定する第2目標ストレージ量設定手段(例えば、後述の第2目標ストレージ量設定部523)と、をさらに備え、前記還元剤供給量決定手段は、前記推定された還元剤のストレージ量(ST2nd)が前記設定された目標ストレージ量(ST2nd_CMD)未満である場合には、前記推定された還元剤の消費量(QNH3cons)と等量の還元剤が前記第2選択還元触媒に再吸着されるように、前記消費量(QNH3cons)に基づいて前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量(GUREA,GUREA_FB)を決定し、前記推定された還元剤のストレージ量(ST2nd)が前記設定された目標ストレージ量(ST2nd_CMD)以上である場合には、前記推定された還元剤の消費量(QNH3cons)より少ない量の還元剤が前記第2選択還元触媒に再吸着されるように、前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量(GUREA,GUREA_FB)を決定することが好ましい。 In this case, the second storage amount estimation means for estimating the storage amount of the reducing agent in the second selective reduction catalyst (for example, a second storage amount estimation unit 521 described later) and the second storage amount estimation unit based on the operating state of the internal combustion engine. A second target storage amount setting unit (for example, a second target storage amount setting unit 523 described later) that sets a target storage amount of the reducing agent in the two-selective reduction catalyst, and the reducing agent supply amount determination unit includes: When the estimated amount of storage of the reducing agent (ST 2nd ) is less than the set target storage amount (ST 2nd_CMD ), the amount of reduction equivalent to the estimated amount of reducing agent consumption (QNH3 cons ) agent as is re-adsorbed on the second selective reduction catalyst, a reducing agent by the reducing agent supply unit based on the consumption (QNH3 cons) the The supply amount of precursor (G UREA, G UREA_FB) determines, wherein when the storage amount of the estimated reducing agent (ST 2nd) is the set target storage amount (ST 2nd_CMD) above, the estimated The amount of reducing agent or precursor supplied by the reducing agent supply means (G UREA , so that an amount of reducing agent less than the consumed amount of reducing agent (QNH 3 cons ) is re-adsorbed to the second selective reduction catalyst. Preferably, G UREA_FB ) is determined.

本発明では、第2選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定するとともに、内燃機関の運転状態に基づいてストレージ量に対する目標ストレージ量を設定する。そして、ストレージ量が目標ストレージ量未満であり、ストレージ量に余裕があると判断できる場合には、上述のように消費量と等量の還元剤が再吸着されるように還元剤又は前駆体の供給量を決定する。また、ストレージ量が目標ストレージ量以上であり、ストレージ量に余裕が無いと判断できる場合には、上記消費量より少ない量の還元剤が再吸着されるように還元剤又は前駆体の供給量を決定することにより、第2選択還元触媒のストレージ量を目標ストレージ量へ向けて低下させる。これにより、第2選択還元触媒のストレージ量を目標ストレージ量の近傍に制御できるので、そのNOx浄化率を高く維持しつつ、またテールパイプから過剰な量の還元剤が排出するのを抑制することができる。   In the present invention, the storage amount of the reducing agent in the second selective reduction catalyst is estimated, and the target storage amount with respect to the storage amount is set based on the operating state of the internal combustion engine. If the storage amount is less than the target storage amount and it can be determined that the storage amount is sufficient, as described above, the reducing agent or the precursor can be re-adsorbed so that the same amount of reducing agent as the consumption amount is re-adsorbed. Determine the supply. In addition, when the storage amount is equal to or greater than the target storage amount and it can be determined that there is no room for the storage amount, the supply amount of the reducing agent or precursor is reduced so that a smaller amount of the reducing agent than the consumption amount is re-adsorbed. By determining, the storage amount of the second selective reduction catalyst is decreased toward the target storage amount. As a result, the storage amount of the second selective reduction catalyst can be controlled in the vicinity of the target storage amount, so that the NOx purification rate can be maintained high, and the excessive amount of reducing agent can be prevented from being discharged from the tail pipe. Can do.

この場合、前記推定された還元剤のストレージ量(ST2nd)が前記設定された目標ストレージ量(ST2nd_CMD)以上である場合には、前記第2選択還元触媒に再吸着される還元剤の量が0又は0近傍の所定量になるように、前記消費量に基づいて前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量(GUREA,GUREA_FB)を決定することが好ましい。 In this case, when the estimated storage amount of the reducing agent (ST 2nd ) is equal to or larger than the set target storage amount (ST 2nd_CMD ), the amount of the reducing agent that is re-adsorbed on the second selective reduction catalyst. It is preferable to determine the supply amount (G UREA , G UREA_FB ) of the reducing agent or the precursor by the reducing agent supply means based on the consumption amount so that the value becomes 0 or a predetermined amount in the vicinity of 0.

本発明によれば、第2選択還元触媒のストレージ量が上記目標ストレージ量以上である場合には、第2選択還元触媒に再吸着される還元剤の量が0又は0近傍の所定値になるように、すなわち第2選択還元触媒のストレージ量が確実に低下するように、還元剤又は前駆体の供給量を決定する。これにより、テールパイプから還元剤が排出されないように、速やかにストレージ量を低下させることができる。   According to the present invention, when the storage amount of the second selective reduction catalyst is equal to or greater than the target storage amount, the amount of reducing agent re-adsorbed on the second selective reduction catalyst becomes 0 or a predetermined value near zero. That is, that is, the supply amount of the reducing agent or the precursor is determined so that the storage amount of the second selective reduction catalyst is surely lowered. As a result, the storage amount can be quickly reduced so that the reducing agent is not discharged from the tail pipe.

この場合、前記排気浄化システムは、前記第1選択還元触媒と前記第2選択還元触媒との間の排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段(例えば、後述のNHセンサ26)をさらに備え、前記還元剤供給量決定手段は、前記還元剤検出手段の出力値(VNH3)が所定の目標値(VNH3CMD)になるように前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量を決定するフィードバック制御手段(例えば、後述のスライディングモードコントローラ53)と、前記還元剤検出手段の出力値に対する目標値を、前記消費量に応じた0より大きな値に設定する目標値設定手段(例えば、後述の目標NH濃度決定部52)と、を含むことが好ましい。 In this case, the exhaust purification system includes a reducing agent detection means (for example, an NH 3 sensor described later) that detects a reducing agent concentration or a reducing agent amount of exhaust gas between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst. 26) further wherein the reducing agent supply amount determination means, wherein the reducing agent by the reducing agent supply means so that the output value (VNH3) becomes a predetermined target value (VNH3 CMD) of the reducing agent detection means or precursor A target value setting for setting a target value for the output value of the feedback control means (for example, sliding mode controller 53 described later) and the reducing agent detection means to a value larger than 0 corresponding to the consumption. Means (for example, a target NH 3 concentration determination unit 52 described later).

本発明によれば、第1選択還元触媒と第2選択還元触媒の間に設けられた還元剤検出手段の出力値に基づくフィードバック制御を行うことにより、第2選択還元触媒に流入する排気中のアンモニアの量をより正確に把握できるので、より確実に第2選択還元触媒におけるNOx浄化率を高く維持しつつ、かつテールパイプからのアンモニアの排出を抑制できる。   According to the present invention, by performing feedback control based on the output value of the reducing agent detection means provided between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst, the exhaust gas flowing into the second selective reduction catalyst Since the amount of ammonia can be grasped more accurately, it is possible to more reliably maintain the NOx purification rate in the second selective reduction catalyst at a high level and suppress the discharge of ammonia from the tail pipe.

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. ECUに構成された尿素水噴射量の決定に係るブロック図である。It is a block diagram which concerns on determination of the urea water injection amount comprised by ECU. 補正噴射量決定部の第2消費量推定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 2nd consumption estimation part of a correction | amendment injection quantity determination part. 補正噴射量決定部の目標NH濃度決定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing the configuration of a target NH 3 concentration determination section of the correction injection amount determining unit. 第2消費量推定部及び目標NH濃度決定部における、各パラメータの変化の一例を示すタイムチャートである。In the second consumption estimating unit and the target NH 3 concentration determination section is a time chart showing an example of change in each parameter. 第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値と、目標NH濃度決定部により決定された目標値との関係を示すタイムチャートである。The estimated value of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is a time chart showing the relationship between the target value determined by the target NH 3 concentration determination unit. 切換関数設定パラメータVPOLEの設定テーブルを示す図である。It is a figure which shows the setting table of the switching function setting parameter VPOLE. 尿素水噴射量を決定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which determines the urea water injection amount.

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の排気管11に設けられた酸化触媒21と、排気管11に設けられ、排気中のスートを捕集するCSF(Catalyzed Soot Filter)22と、排気管11に設けられ、この排気管11を流通する排気中の窒素酸化物(NOx)を還元剤としてのアンモニア(NH)の存在下で浄化するユリア選択還元触媒23と、排気管11のうちユリア選択還元触媒23の上流側に、NHの前駆体であ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 includes an oxidation catalyst 21 provided in the exhaust pipe 11 of the engine 1, a CSF (Catalyzed Soot Filter) 22 provided in the exhaust pipe 11 for collecting soot in the exhaust, and provided in the exhaust pipe 11. A urea selective reduction catalyst 23 for purifying nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 11 in the presence of ammonia (NH 3 ) as a reducing agent, and a urea selective reduction catalyst in the exhaust pipe 11. A urea injection device 25 that supplies urea water, which is a precursor of NH 3 , and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 3 are configured on the upstream side of 23.

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。このユリアタンク251には、ユリアレベルセンサ255が設けられている。このユリアレベルセンサ255は、ユリアタンク251内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をECU3に出力する。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管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). This urea tank 251 is provided with a urea level sensor 255. The urea level sensor 255 detects the water level of the urea water in the urea tank 251 and outputs a detection signal substantially proportional to the water level to the ECU 3. 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 pipe 11 in accordance with this control signal. That is, urea injection control is executed.

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。このユリアタンク251には、ユリアレベルセンサ255が設けられている。このユリアレベルセンサ255は、ユリアタンク251内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をECU3に出力する。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管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). This urea tank 251 is provided with a urea level sensor 255. The urea level sensor 255 detects the water level of the urea water in the urea tank 251 and outputs a detection signal substantially proportional to the water level to the ECU 3. 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 pipe 11 in accordance with this control signal. That is, urea injection control is executed.

酸化触媒21は、排気管11のうちCSF22よりも上流側に設けられ、排気中のHC及びCOを酸化し浄化する他、排気中のNOをNOに変換する。
CSF22は、排気管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。また、このフィルタ壁には、酸化触媒が塗布されているため、上述の酸化触媒21と同様に、排気中のCO、HC、及びNOを酸化する機能を有する。
これら酸化触媒21及びCSF22をユリア選択還元触媒23の上流側に設けることにより、ユリア選択還元触媒23に流入する排気のNO−NOx比(NOとNOを合わせたNOxに対するNOのモル比)は、そのNOx浄化率が最大となる最適値(例えば、0.5)近傍に制御される。
The oxidation catalyst 21, CSF 22 provided upstream of the of the exhaust pipe 11, another for oxidizing HC and CO in the exhaust gas purification, to convert the NO in the exhaust to NO 2.
The CSF 22 is provided on the downstream side of the oxidation catalyst 21 in the exhaust pipe 11, and when the exhaust gas passes through the fine holes in the filter wall, the PM mainly composed of carbon in the exhaust gas is converted into the surface of the filter wall and the filter. Collect by depositing in holes in the wall. In addition, since an oxidation catalyst is applied to the filter wall, the filter wall has a function of oxidizing CO, HC, and NO in the exhaust similarly to the oxidation catalyst 21 described above.
By providing the oxidation catalyst 21 and the CSF 22 on the upstream side of the urea selective reduction catalyst 23, the NO 2 -NOx ratio of the exhaust gas flowing into the urea selective reduction catalyst 23 (the molar ratio of NO 2 to NOx that combines NO and NO 2). ) Is controlled in the vicinity of an optimum value (for example, 0.5) at which the NOx purification rate becomes maximum.

ユリア選択還元触媒23は、第1選択還元触媒231と、排気管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、NH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NHが生成される。生成されたNHは、選択還元触媒231,232に供給され、これらNH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 pipe 11. Each of these selective reduction catalysts 231 and 232 selectively reduces NOx in the exhaust in an atmosphere in which a reducing agent such as NH 3 exists. Specifically, when urea water is injected by the urea injection device 25, the urea water is thermally decomposed or hydrolyzed by the heat of the exhaust to generate NH 3 as a reducing agent. The produced NH 3 is supplied to the selective reduction catalysts 231 and 232, and NOx in the exhaust is selectively reduced by these NH 3 .

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NH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NHを吸着し所定の量だけ貯蔵する機能も有する。本実施形態では、選択還元触媒231,232において吸着されたNH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NH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浄化率は高くなる。 By the way, these selective reduction catalysts 231 and 232 have a function of reducing NOx in the exhaust with NH 3 generated from urea water, and also have a function of adsorbing the generated NH 3 and storing a predetermined amount. In the present embodiment, the amount of NH 3 adsorbed by the selective reduction catalysts 231 and 232 is referred to as a storage amount, and the limit of the storage amount is referred to as a maximum storage capacity. The NH 3 adsorbed in this way is also consumed as appropriate for the reduction of NOx in the exhaust gas. For this reason, as the storage amount increases, the NOx purification rate in the selective reduction catalyst increases.

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NH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が、各々の最大ストレージ容量を超えてNHが生成された場合、生成されたNHは、選択還元触媒231,232の下流側へ排出される。 Further, when the supply amount of urea water is small relative to the amount of NOx discharged from the engine, the adsorbed NH 3 is consumed for the reduction of NOx so as to compensate for the shortage of urea water. When NH 3 is generated exceeding the maximum storage capacity, the generated NH 3 is discharged downstream of the selective reduction catalysts 231 and 232.

以上のようなエンジン1及び排気浄化システム2の状態を検出するため、ECU3には、NHセンサ26、排気温度センサ27、NOxセンサ28、エアフローメータ29、クランク角度位置センサ14等が接続されている。 In order to detect the states of the engine 1 and the exhaust purification system 2 as described above, the ECU 3 is connected with an NH 3 sensor 26, an exhaust temperature sensor 27, an NOx sensor 28, an air flow meter 29, a crank angle position sensor 14, and the like. Yes.

NHセンサ26は、排気管11のうち第1選択還元触媒231と第2選択還元触媒232との間における排気のNH濃度を検出し、検出したNH濃度に略比例した出力信号VNH3をECU3に供給する。排気温度センサ27は、第2選択還元触媒232の下流側の排気の温度を検出し、検出した温度に略比例した出力信号をECU3に供給する。NOxセンサ28は、第1選択還元触媒231に流入する排気のNOxの濃度を検出し、検出したNOx濃度に略比例した出力信号VNOxをECU3に供給する。エアフローメータ29は、図示しない吸気通路を流通する吸入空気量(質量流量)を検出し、検出した吸入空気量に略比例した出力信号をECU3に供給する。 The NH 3 sensor 26 detects the NH 3 concentration of the exhaust gas between the first selective reduction catalyst 231 and the second selective reduction catalyst 232 in the exhaust pipe 11, and outputs an output signal VNH3 substantially proportional to the detected NH 3 concentration. The ECU 3 is supplied. The exhaust temperature sensor 27 detects the temperature of the exhaust downstream of the second selective reduction catalyst 232 and supplies an output signal to the ECU 3 that is substantially proportional to the detected temperature. The NOx sensor 28 detects the NOx concentration of the exhaust gas flowing into the first selective reduction catalyst 231 and supplies the ECU 3 with an output signal VNOx that is substantially proportional to the detected NOx concentration. The air flow meter 29 detects an intake air amount (mass flow rate) flowing through an intake passage (not shown), and supplies an output signal to the ECU 3 that is substantially proportional to the detected intake air amount.

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、所定クランク角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NEは、このパルス信号に基づいてECU3により算出される。酸化触媒21やCSF22の温度(以下、まとめてCSF温度とする)TCSF、及び第1、第2選択還元触媒の温度(以下、まとめて選択還元触媒温度とする)TSCRなど排気系の温度は、例えば排気温度センサの出力値、及びエンジン回転数NEなどの入力に基づいて、ECU3により算出される。また、排気流量Gexは、吸入空気量に略比例したエアフローメータの出力値やエンジン回転数NEなどに基づいて、ECU3により算出される。   The crank angle position sensor 14 detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, generates a pulse at every predetermined crank angle, and supplies the pulse signal to the ECU 3. The engine speed NE of the engine 1 is calculated by the ECU 3 based on this pulse signal. The temperature of the exhaust system such as the temperature of the oxidation catalyst 21 and the CSF 22 (hereinafter collectively referred to as the CSF temperature) TCSF, the temperature of the first and second selective reduction catalysts (hereinafter collectively referred to as the selective reduction catalyst temperature) TSCR, For example, it is calculated by the ECU 3 based on the output value of the exhaust temperature sensor and the input such as the engine speed NE. Further, the exhaust flow rate Gex is calculated by the ECU 3 based on the output value of the air flow meter, the engine speed NE, and the like that are substantially proportional to the intake air amount.

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及びユリア噴射弁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 control signals to the engine 1, the urea injection valve 253, and the like.

図2は、ECUに構成された尿素水噴射量GUREAの決定に係るブロック図である。
本実施形態では、下記式(1)に示すように、フィードフォワード噴射量決定部4により算出されたFF噴射量GUREA_FFに、補正噴射量決定部5により算出された補正噴射量GUREA_FBを加算することにより、尿素水噴射量GUREAを決定する。

Figure 2012189007
FIG. 2 is a block diagram relating to determination of the urea water injection amount G UREA configured in the ECU.
In the present embodiment, as shown in the following equation (1), the corrected injection amount G UREA_FB calculated by the corrected injection amount determination unit 5 is added to the FF injection amount G UREA_FF calculated by the feedforward injection amount determination unit 4. By doing so, the urea water injection amount GUREA is determined.
Figure 2012189007

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。また、以下の説明における単位時間とは、ECUにおける一制御周期に相当するものとする。   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 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. The unit time in the following description corresponds to one control cycle in the ECU.

フィードフォワード噴射量決定部4は、第1、第2選択還元触媒におけるNOx浄化率が最大値に維持されるように、NOxセンサの出力値VNOx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FF噴射量GUREA_FFを決定する。すなわち、このFF噴射量GUREA_FFは、当量比αが1になるように算出された尿素水の噴射量に相当する。 The feedforward injection amount determination unit 4 searches a map set in advance based on the output value VNOx of the NOx sensor so that the NOx purification rate in the first and second selective reduction catalysts is maintained at the maximum value. The FF injection amount GUREA_FF is determined. That is, the FF injection amount G UREA_FF corresponds to the urea water injection amount calculated so that the equivalence ratio α is 1.

ここで、尿素水の当量比αとは、単位時間当りの尿素水の流入量(NHとして流入する分も含む)と、単位時間当りのNOxの流入量との比(尿素水流入量/NOx流入量)である。選択還元触媒に流入するNOxに対し、このNOxを過不足なく還元できる量の尿素水が流入した場合、この当量比αは1となる。すなわち、対象とする選択還元触媒に流入するNOxに対し、流入するNOxを還元するために必要な量の尿素水が供給されなかった場合、当量比αは1より小さな値となり、流入するNOxを還元するために必要な量より多くの尿素水が供給された場合、当量比αは1より大きな値となる。 Here, the equivalent ratio α of urea water is the ratio of the inflow amount of urea water per unit time (including the amount that flows in as NH 3 ) to the inflow amount of NOx per unit time (urea water inflow amount / NOx inflow amount). When the amount of urea water that can reduce NOx without excess or deficiency flows into NOx flowing into the selective reduction catalyst, the equivalent ratio α is 1. That is, when the amount of urea water necessary for reducing the inflowing NOx is not supplied to the NOx flowing into the target selective reduction catalyst, the equivalence ratio α becomes a value smaller than 1, and the inflowing NOx is reduced. When more urea water than the amount necessary for reduction is supplied, the equivalent ratio α becomes a value larger than 1.

補正噴射量決定部5は、第2消費量推定部51と、目標NH濃度決定部52と、スライディングモードコントローラ53と、を含んで構成される。
第2消費量推定部51は、第2選択還元触媒に流入したNOxについて、これを浄化するために第2選択還元触媒で消費されたNHの量を推定する。目標NH濃度決定部52は、第2消費量推定部51により推定されたNHの消費量に基づいて、第2選択還元触媒に流入する排気のNH濃度の目標値、すなわちNHセンサの出力値VNH3に対する目標値VNH3CMDを決定する。スライディングモードコントローラ53は、NHセンサの出力値VNH3が、決定された目標値VNH3CMDの近傍に収束するように補正噴射量GUREA_FBを決定する。以下、これら補正噴射量決定部5を構成する各ブロックの構成について、順に詳細に説明する。
The corrected injection amount determination unit 5 includes a second consumption amount estimation unit 51, a target NH 3 concentration determination unit 52, and a sliding mode controller 53.
The second consumption estimation unit 51 estimates the amount of NH 3 consumed by the second selective reduction catalyst for purifying NOx flowing into the second selective reduction catalyst. Target NH 3 concentration determination unit 52, based on consumption of NH 3 that is estimated by the second consumption amount estimation unit 51, a target value of the NH 3 concentration in exhaust gas flowing into the second selective reduction catalyst, i.e. NH 3 sensor The target value VNH3 CMD for the output value VNH3 is determined. The sliding mode controller 53 determines the corrected injection amount G UREA_FB so that the output value VNH3 of the NH 3 sensor converges in the vicinity of the determined target value VNH3 CMD . Hereinafter, the configuration of each block constituting the corrected injection amount determination unit 5 will be described in detail in order.

図3は、第2消費量推定部51の構成を示すブロック図である。
第2消費量推定部51は、図3に示すように、第1選択還元触媒からその下流側へ排出したNOx量、すなわち単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNOx量(NO量とNO量とを合わせた量)を推定する第2NOx流入量推定部511と、この流入した量のNOxを第2選択還元触媒により浄化するために単位時間当りに消費されたNHの量を推定する第2NH消費量推定部515と、で構成される。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the second consumption amount estimation unit 51.
As shown in FIG. 3, the second consumption amount estimation unit 51, the NOx amount discharged from the first selective reduction catalyst to the downstream side thereof, that is, the NOx amount that flows into the second selective reduction catalyst per unit time (NO amount and and the 2NOx inflow amount estimating unit 511 for estimating the quantity) of the combination of the NO 2 content, the amount of NH 3 consumed per unit time in order to purify NOx in the inflow amounts by the second selective reduction catalyst And a second NH 3 consumption estimation unit 515 for estimation.

第2NOx流入量推定部511は、第1選択還元触媒に流入したNO量及びNO量を推定する第1NOx流入量推定部512と、エンジンの運転状態に基づいて第1選択還元触媒のNOx浄化率を推定する第1NOx浄化率推定部513と、を含んで構成される。 The 2NOx inflow amount estimating unit 511, a first 1NOx inflow amount estimating unit 512 for estimating the amount of NO introduced into the first selective reduction catalyst and NO 2 amount, NOx purification of the first selective reduction catalyst based on the operating state of the engine And a first NOx purification rate estimation unit 513 that estimates the rate.

第1NOx流入量推定部512は、第1選択還元触媒に流入した排気のNO−NOx比を推定するとともに、推定したNO−NOx比及び単位時間当りに第1選択還元触媒に流入したNOx量QNOx1stなどに基づいて、単位時間当りに第1選択還元触媒に流入したNO量の推定値QNO1st及びNO量の推定値QNO21stを算出する。ここで、第1選択還元触媒に流入した排気のNO−NOx比は、例えば、CSF温度TSCFや酸化触媒及びCSFにおける排気の空間速度SVなどにより算出される。ここで、酸化触媒及びCSFにおける排気の空間速度SVとしては、例えば排気流量Gex及びこれら酸化触媒及びCSFの容量に基づいて算出されたものが用いられる。また、単位時間当りに第1選択還元触媒に流入したNOx量QNOx1stは、排気のNOx濃度に略比例したNOxセンサの出力値VNOxに排気流量Gexを乗算するなどして、濃度[ppm]を単位とした値から量[g]を単位とした値へ単位変換することで得られた値が用いられる。 The first NOx inflow amount estimating unit 512 estimates the NO 2 -NOx ratio of the exhaust gas flowing into the first selective reduction catalyst, and the NOx flowing into the first selective reduction catalyst per unit time with the estimated NO 2 -NOx ratio. based like amount QNOx 1st, we calculate an estimated value QNO2 1st estimate QNO 1st and NO 2 of NO quantity flowing into the first selective reduction catalyst per unit time. Here, the NO 2 -NOx ratio of the exhaust gas flowing into the first selective reduction catalyst is calculated by, for example, the CSF temperature TSCF, the oxidation catalyst, and the exhaust space velocity SV in the CSF. Here, as the space velocity SV of the exhaust gas in the oxidation catalyst and the CSF, for example, a value calculated based on the exhaust flow rate Gex and the capacities of the oxidation catalyst and the CSF is used. Further, the NOx amount QNOx 1st flowing into the first selective reduction catalyst per unit time is set to a concentration [ppm] by multiplying the NOx sensor output value VNOx substantially proportional to the NOx concentration of the exhaust by the exhaust flow rate Gex. A value obtained by unit conversion from a value in units to a value in units of quantity [g] is used.

第1NOx浄化率推定部513は、選択還元触媒温度TSCR、選択還元触媒における排気の空間速度SV、及び第1選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST1stなどに基づいて、予め定められたマップを検索することにより第1選択還元触媒のNOx浄化率の推定値η1stを算出する。NOx浄化率の推定値η1stは、空間速度SVが高くなるほど小さな値に設定され、またNHストレージ量の推定値ST1stが大きくなるほど大きな値に設定される。また、選択還元触媒温度TSCRが所定の活性温度範囲内又はその近傍にあるときには大きな値に設定され、上記活性温度範囲から離れるに従い小さな値になるように設定される。ここで、選択還元触媒における排気の空間速度SVとしては、例えば排気流量Gex及び選択還元触媒の容量により算出されたものが用いられる。また、第1選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST1stとしては、従来既知のアルゴリズムに基づいて推定された値が用いられる。より具体的には、例えば、本願出願人による国際公開第2009/128169号において図16〜図21を参照して説明されているアルゴリズムが用いられる。 The first NOx purification rate estimation unit 513 is determined in advance based on the selective reduction catalyst temperature TSCR, the exhaust space velocity SV in the selective reduction catalyst, the estimated value ST 1st of the NH 3 storage amount of the first selective reduction catalyst, and the like. By searching the map, an estimated value η 1st of the NOx purification rate of the first selective reduction catalyst is calculated. The estimated value η 1st of the NOx purification rate is set to a smaller value as the space velocity SV becomes higher, and is set to a larger value as the estimated value ST 1st of the NH 3 storage amount becomes larger. The selective reduction catalyst temperature TSCR is set to a large value when it is within or near the predetermined active temperature range, and is set to a small value as the distance from the active temperature range is increased. Here, as the exhaust space velocity SV in the selective reduction catalyst, for example, the one calculated by the exhaust flow rate Gex and the capacity of the selective reduction catalyst is used. Further, as the estimated value ST 1st of the NH 3 storage amount of the first selective reduction catalyst, a value estimated based on a conventionally known algorithm is used. More specifically, for example, an algorithm described with reference to FIGS. 16 to 21 in International Publication No. 2009/128169 by the present applicant is used.

単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNO量の推定値QNO2ndは、図3に示すように、単位時間当りに第1選択還元触媒に流入したNO量の推定値QNO1stから、単位時間当りに第1選択還元触媒で還元されたNO量(QNO1st×η1st)を減算することにより算出される。また、単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNO量の推定値QNO22ndは、単位時間当りに第1選択還元触媒に流入したNO量の推定値QNO21stから、単位時間当りに第1選択還元触媒で還元されたNO量(QNO21st×η1st)を減算することにより算出される。 The estimated value QNO 2nd of the NO amount flowing into the second selective reduction catalyst per unit time is calculated from the estimated value QNO 1st of the NO amount flowing into the first selective reduction catalyst per unit time, as shown in FIG. It is calculated by subtracting the amount of NO reduced by the first selective reduction catalyst per hour (QNO 1st × η 1st ). Further, the estimated value QNO2 2nd of the NO 2 amount flowing into the second selective reduction catalyst per unit time is calculated from the estimated value QNO2 1st of the NO 2 amount flowing into the first selective reduction catalyst per unit time per unit time. It is calculated by subtracting the amount of NO 2 reduced by the first selective reduction catalyst (QNO2 1st × η 1st ).

第2NH消費量推定部515は、エンジンの運転状態に基づいて第2選択還元触媒のNOx浄化率を推定する第2NOx浄化率推定部516と、還元反応演算部517と、を含んで構成される。 The second NH 3 consumption estimation unit 515 includes a second NOx purification rate estimation unit 516 that estimates the NOx purification rate of the second selective reduction catalyst based on the operating state of the engine, and a reduction reaction calculation unit 517. The

第2NOx浄化率推定部516は、選択還元触媒温度TSCR、選択還元触媒における排気の空間速度SV、及び第2選択還元触媒のNHストレージ量ST2ndに基づいて、予め定められたマップを検索することにより第2選択還元触媒のNOx浄化率の推定値η2ndを算出する。NOx浄化率の推定値η2ndは、空間速度SVが高くなるほど小さな値に設定され、またNHストレージ量の推定値ST2ndが大きくなるほど大きな値になるように設定される。また、選択還元触媒温度TSCRが所定の活性温度範囲内又はその近傍にあるときには大きな値に設定され、上記活性温度範囲から離れるに従い小さな値になるように設定される。なお、この第2NOx浄化率推定部516において、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndの具体的な値としては、例えば、後述の目標NH濃度決定部52において算出された値が用いられる。 The second NOx purification rate estimation unit 516 searches a predetermined map based on the selective reduction catalyst temperature TSCR, the exhaust space velocity SV in the selective reduction catalyst, and the NH 3 storage amount ST 2nd of the second selective reduction catalyst. Thus, the estimated value η 2nd of the NOx purification rate of the second selective reduction catalyst is calculated. The estimated value η 2nd of the NOx purification rate is set to a smaller value as the space velocity SV becomes higher, and is set to become a larger value as the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount becomes larger. The selective reduction catalyst temperature TSCR is set to a large value when it is within or near the predetermined active temperature range, and is set to a small value as the distance from the active temperature range is increased. In the second NOx purification rate estimation unit 516, the specific value of the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is calculated by, for example, a target NH 3 concentration determination unit 52 described later. A value is used.

また、第2選択還元触媒に流入したNO及びNOのうち、単位時間当りに第2選択還元触媒において還元されたNO量及びNO量は、単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNO量及びNO量の推定値QNO2nd,QNO22ndにNOx浄化率の推定値η2ndを乗算することで算出される。 In addition, among NO and NO 2 flowing into the second selective reduction catalyst, the amount of NO and NO 2 reduced in the second selective reduction catalyst per unit time flowed into the second selective reduction catalyst per unit time. It is calculated by multiplying the estimated values QNO 2nd and QNO2 2nd of the NO amount and NO 2 amount by the estimated value η 2nd of the NOx purification rate.

還元反応演算部517は、下記式(2−1)〜(2−3)に示すような反応の下でNHによりNO及びNOが還元されると仮定し、第2選択還元触媒に流入したNO及びNOを第2選択還元触媒により還元するために単位時間当りに消費されたNH量の推定値QNH3consを、単位時間当りに第2選択還元触媒で還元されたNO量及びNO量から算出する。式(2−1)に示す反応は、排気中のNOとNOとを同時に還元する反応であり、Fast SCR(Slective Catarytic Reduction)と称される。式(2−2)に示す反応は、排気中のNOのみを還元する反応であり、Standard SCRと称される。式(2−3)に示す反応は、排気中のNOのみを還元する反応であり、Slow SCRと称される。なお、これら3種類の反応の反応速度は異なっており、式(2−1)のFast SCRが最も速く、式(2−2)のStandard SCRが最も遅くなっている。

Figure 2012189007
The reduction reaction calculation unit 517 assumes that NO and NO 2 are reduced by NH 3 under the reactions shown in the following formulas (2-1) to (2-3), and flows into the second selective reduction catalyst. The estimated value QNH3 cons of the amount of NH 3 consumed per unit time for reducing the NO and NO 2 by the second selective reduction catalyst is used as the amount of NO and NO reduced by the second selective reduction catalyst per unit time. Calculate from 2 quantities. The reaction shown in Formula (2-1) is a reaction that simultaneously reduces NO and NO 2 in the exhaust gas, and is called Fast SCR (Selective Catalytic Reduction). The reaction shown in Formula (2-2) is a reaction that reduces only NO in the exhaust gas, and is called Standard SCR. The reaction shown in Formula (2-3) is a reaction that reduces only NO 2 in the exhaust, and is called Slow SCR. Note that the reaction rates of these three types of reactions are different, the Fast SCR of Formula (2-1) being the fastest, and the Standard SCR of Formula (2-2) being the slowest.
Figure 2012189007

還元反応演算部571では、例えば第2選択還元触媒で還元されたNO量とNO量とが等しい場合には、式(2−1)に示す反応のみによりNHが消費されたと仮定することにより推定値QNH3consを算出する。第2選択還元触媒で消費されたNO量がNO量より多い場合には、NOとNOの等量分は式(2−1)に示す反応によりNHが消費されたと仮定し、さらにNOの余剰分は式(2−2)に示す反応によりNHが消費されたと仮定することにより推定値QNH3consを算出する。また、第2選択還元触媒で消費されたNO量がNO量より多い場合には、NOとNOの等量分は式(2−1)に示す反応によりNHが消費されたと仮定し、さらにNOの余剰分は式(2−3)に示す反応によりNHが消費されたと仮定することにより推定値QNH3consを算出する。 In the reduction reaction calculation unit 571, for example, when the amount of NO reduced by the second selective reduction catalyst is equal to the amount of NO 2, it is assumed that NH 3 is consumed only by the reaction shown in Formula (2-1). To calculate the estimated value QNH3 cons . When the amount of NO consumed by the second selective reduction catalyst is larger than the amount of NO 2 , it is assumed that the equivalent amount of NO and NO 2 has consumed NH 3 by the reaction shown in Formula (2-1), As for the surplus of NO, an estimated value QNH3 cons is calculated by assuming that NH 3 has been consumed by the reaction shown in Formula (2-2). In addition, when the amount of NO 2 consumed by the second selective reduction catalyst is larger than the amount of NO, it is assumed that the equivalent amount of NO and NO 2 has consumed NH 3 by the reaction shown in Formula (2-1). Further, the surplus of NO 2 is calculated as an estimated value QNH 3 cons by assuming that NH 3 is consumed by the reaction shown in Formula (2-3).

以上、本実施形態では単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNOx量を、第2NOx流入量推定部511により推定したが、これに限らずNOxセンサを用いて検出するようにしてもよい。すなわち、上記第2NOx流入量推定部511に替えて、第1選択還元触媒と第2選択還元触媒の間の排気のNOx濃度を検出するNOxセンサを新たに設け、このNOxセンサの出力値に基づいて単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNOx量を算出するようにしてもよい。なお、現存するNOxセンサは、NOxだけでなくNHに対する検出能も有するため、NOxセンサの出力値からNHセンサの出力値を減算するなどの処理を施しておくことが好ましい。 As described above, in the present embodiment, the NOx amount flowing into the second selective reduction catalyst per unit time is estimated by the second NOx inflow amount estimating unit 511. However, the present invention is not limited to this, and it may be detected using a NOx sensor. . That is, instead of the second NOx inflow amount estimating unit 511, a NOx sensor for detecting the NOx concentration of exhaust gas between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst is newly provided, and based on the output value of the NOx sensor. Thus, the amount of NOx flowing into the second selective reduction catalyst per unit time may be calculated. Incidentally, NOx sensors extant, since it has also detectability for NH 3 not only NOx, it is preferable to performing processing such as subtracting the output value of the NH 3 sensor from the output value of the NOx sensor.

図4は、目標NH濃度決定部52の構成を示すブロック図である。
目標NH濃度決定部52は、図4に示すように、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndを算出する第2ストレージ量推定部521と、エンジンの運転状態に基づいて第2選択還元触媒のNHストレージ量に対する目標値ST2nd_CMDを設定する第2目標ストレージ量設定部523と、これらNHストレージ量の推定値ST2ndとその目標値ST2nd_CMDに応じてNHセンサの出力値に対する目標値VNH3CMDを決定するNHセンサ目標値決定部527と、を含んで構成される。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the target NH 3 concentration determination unit 52.
As shown in FIG. 4, the target NH 3 concentration determination unit 52 is based on the second storage amount estimation unit 521 that calculates the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst, and the operating state of the engine. A second target storage amount setting unit 523 that sets a target value ST 2nd_CMD for the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst, and an NH 3 sensor according to the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount and the target value ST 2nd_CMD. And an NH 3 sensor target value determining unit 527 that determines a target value VNH3 CMD for the output value.

第2ストレージ量推定部521は、単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNH量QNH32ndから、単位時間当りに第2選択還元触媒で消費されたNH量の推定値QNH3consを減算した値QNH32nd−QNH3consを積算することにより、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndを算出する。なお、この第2ストレージ量推定部521における上記積算演算では、後述の第2最大ストレージ容量推定部524により算出された第2選択還元触媒の最大ストレージ容量ST2nd_maxを上限値とし、0を下限値とする。また、単位時間当りに第2選択還元触媒に流入したNH量QNH32ndは、排気のNH濃度に略比例したNHセンサの出力値VNH3に排気流量Gexを乗算するなどして、濃度[ppm]を単位とした値から量[g]を単位とした値へ単位変換することで得られた値が用いられる。 The second storage amount estimation unit 521 calculates an estimated value QNH3 cons of the amount of NH 3 consumed by the second selective reduction catalyst per unit time from the NH 3 amount QNH3 2nd flowing into the second selective reduction catalyst per unit time. The estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is calculated by integrating the subtracted values QNH 3 2nd -QNH 3 cons . Note that, in the integration calculation in the second storage amount estimation unit 521, the maximum storage capacity ST 2nd_max of the second selective reduction catalyst calculated by the second maximum storage capacity estimation unit 524 described later is set as the upper limit value, and 0 is set as the lower limit value. And The NH 3 amount QNH3 2nd flowing into the second selective reduction catalyst per unit time is obtained by multiplying the output value VNH3 of the NH 3 sensor approximately proportional to the NH 3 concentration of the exhaust by the exhaust flow rate Gex, etc. A value obtained by unit conversion from a value in units of ppm] to a value in units of amount [g] is used.

第2目標ストレージ量設定部523は、第2最大ストレージ容量推定部524と許容ファクタ設定部525と、を含んで構成される。
第2最大ストレージ容量推定部524は、選択還元触媒温度TSCRに基づいて、予め定められたマップを検索することにより、第2選択還元触媒の最大NHストレージ容量の推定値ST2nd_maxを算出する。推定値ST2nd_maxは、選択還元触媒温度TSCRが高くなるに従い小さな値になるように設定される。
The second target storage amount setting unit 523 includes a second maximum storage capacity estimation unit 524 and an allowable factor setting unit 525.
The second maximum storage capacity estimation unit 524 calculates an estimated value ST 2nd_max of the maximum NH 3 storage capacity of the second selective reduction catalyst by searching a predetermined map based on the selective reduction catalyst temperature TSCR. The estimated value ST 2nd_max is set to become a smaller value as the selective reduction catalyst temperature TSCR becomes higher.

許容ファクタ設定部525は、選択還元触媒で貯蔵できるNHの最大量に対し実際に貯蔵されているNHの量の割合をストレージ率と定義し、選択還元触媒温度TSCRに基づいて予め定められたマップを検索することにより、第2選択還元触媒に対し許容できるストレージ率の上限値を設定する。すなわち、第2選択還元触媒では、その最大ストレージ容量を超えた量のNHが流入し、下流側へ排出されてしまった場合には、そのままテールパイプから車両外へ排出されてしまうことになるため、第1選択還元触媒とは異なり、上述のようなストレージ率の上限値を設定することでNHストレージ量に余裕を持たせておくことが好ましい。また、許容ファクタ設定部525では、選択還元触媒温度TSCRが高くなり、上述のように最大NHストレージ容量が小さくなるに従い大きな値になるように設定される。 The allowable factor setting unit 525 defines a ratio of the amount of NH 3 actually stored with respect to the maximum amount of NH 3 that can be stored in the selective reduction catalyst as a storage rate, and is determined in advance based on the selective reduction catalyst temperature TSCR. By searching the map, the upper limit value of the storage rate allowable for the second selective reduction catalyst is set. That is, in the second selective reduction catalyst, when an amount of NH 3 exceeding the maximum storage capacity flows in and is discharged to the downstream side, it is directly discharged from the tail pipe to the outside of the vehicle. For this reason, unlike the first selective reduction catalyst, it is preferable that the NH 3 storage amount has a margin by setting the upper limit value of the storage rate as described above. Further, in the allowable factor setting unit 525, the selective reduction catalyst temperature TSCR is set so as to increase as the maximum NH 3 storage capacity decreases as described above.

そして、第2選択還元触媒のNHストレージ量に対する目標値ST2nd_CMDは、最大NHストレージ容量の推定値ST2nd_maxに、許容ファクタ設定部525により設定されたストレージ率の上限値を乗算することにより算出される。 The target value ST 2nd_CMD for the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is obtained by multiplying the estimated value ST 2nd_max of the maximum NH 3 storage capacity by the upper limit value of the storage rate set by the allowable factor setting unit 525. Calculated.

NHセンサ目標値決定部527は、第2選択還元触媒において単位時間当りに消費された分のNHを再吸着させるために第2選択還元触媒に供給する必要のある排気のNH濃度VNH3consと、このNH濃度VNH3consより小さくかつ0より大きな値に設定された所定の下限値VNH3(0<VNH3<VNH3cons)との2つの値のうち、何れかを目標値VNH3CMDとして決定する。なお、上記NH濃度NH3consは、単位時間当りに第2選択還元触媒において消費されたNH量の推定値QNH3consに排気流量Gexを除算するなどして、量[g]を単位とした値から濃度[ppm]を単位とした値へ単位変換することで得られた値が用いられる。 The NH 3 sensor target value determination unit 527 has a NH 3 concentration VNH3 of exhaust that needs to be supplied to the second selective reduction catalyst in order to resorb the amount of NH 3 consumed per unit time in the second selective reduction catalyst. cons and a predetermined lower limit value VNH3 L (0 <VNH3 L <VNH3 cons ) set to a value smaller than this NH 3 concentration VNH3 cons and greater than 0, either of which is a target value VNH3 CMD Determine as. The NH 3 concentration NH3 cons is expressed in units of the amount [g] by dividing the exhaust gas flow rate Gex by the estimated value QNH3 cons of the amount of NH 3 consumed in the second selective reduction catalyst per unit time. A value obtained by converting the value into a value with the concentration [ppm] as a unit is used.

NHセンサ目標値決定部527では、下記式(3)に示すように、第2選択還元触媒のNHストレージ量に対する目標値ST2nd_CMDと、NHストレージ量の推定値ST2ndとを比較し、推定値ST2ndが目標値ST2nd_CMD未満である場合には、上述のように消費した量QNH3consを単位変換することで算出されたNH濃度VNH3consをNHセンサの目標値VNH3CMDとして決定する。以上のようにして目標値VNH3CMDを設定した上で、後述のスライディングモードコントローラによりNH3センサの出力値VNH3がこの目標値VNH3CMDに収束するように補正噴射量GUREA_FBを決定することにより、消費した量と等量のNHを第2選択還元触媒に再吸着させることができる。
また、推定値ST2ndが目標値ST2nd_CMD以上である場合には、上述のようにNH濃度VNH3consより小さくかつ0より大きな値に設定された下限値VNH3をNHセンサの目標値VNH3CMDとして決定する。これにより、上記消費した量QNH3consよりも少ない量のNH3が第2選択還元触媒に再吸着させ、したがって第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndを目標値ST2nd_CMDに向けて徐々に低下させることができる。特にこの下限値VNH3を0の近傍の量に設定することにより、第2選択還元触媒に再吸着されるNHの量を0又は0の近傍にできるので、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndを目標値ST2nd_CMDに向けて速やかに減少させることができる。

Figure 2012189007
In NH 3 sensor target value decision unit 527, as shown in the following formula (3), compares the target value ST 2Nd_CMD for NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst, the estimated value ST 2nd of NH 3 storage amount When the estimated value ST 2nd is less than the target value ST 2nd_CMD , the NH 3 concentration VNH3 cons calculated by unit conversion of the consumed amount QNH3 cons as described above is used as the target value VNH3 CMD of the NH 3 sensor. decide. After setting the target value VNH3 CMD as described above, the consumption amount is determined by determining the corrected injection amount GUREA_FB so that the output value VNH3 of the NH3 sensor converges to the target value VNH3 CMD by a sliding mode controller described later. The amount of NH 3 equal to the amount obtained can be re-adsorbed on the second selective reduction catalyst.
When the estimated value ST 2nd is equal to or larger than the target value ST 2nd_CMD , the lower limit value VNH3 L set to a value smaller than the NH 3 concentration VNH3 cons and larger than 0 as described above is used as the target value VNH3 of the NH 3 sensor. Determine as CMD . Thereby, an amount of NH3 smaller than the consumed amount QNH3 cons is re-adsorbed by the second selective reduction catalyst, and therefore the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is directed toward the target value ST 2nd_CMD. Can be gradually reduced. Particularly, by setting the lower limit value VNH3 L to the amount in the neighborhood of 0, since the amount of NH 3 to be re-adsorbed by the second selective reduction catalyst can be in the vicinity of 0 or 0, NH 3 in the second selective reduction catalyst The estimated value ST 2nd of the storage amount can be quickly decreased toward the target value ST 2nd_CMD .
Figure 2012189007

図5は、以上のように構成された第2消費量推定部51及び目標NH濃度決定部52における、各パラメータ(第1選択還元触媒に流入するNOx量QNOx1st、第1選択還元触媒のNOx浄化率η1st、第1選択還元触媒から第2選択還元触媒にスリップするNO量QNO2nd及びNO量QNO22nd、NHセンサ目標値VNH3CMD)の変化の一例を示すタイムチャートである。 FIG. 5 shows the parameters (NOx amount QNOx 1st flowing into the first selective reduction catalyst, QNOx 1st and first selective reduction catalyst) in the second consumption estimation unit 51 and the target NH 3 concentration determination unit 52 configured as described above. 6 is a time chart showing an example of changes in NOx purification rate η 1st , NO amount QNO 2nd and NO 2 amount QNO2 2nd , NH 3 sensor target value VNH3 CMD ) slipping from the first selective reduction catalyst to the second selective reduction catalyst.

図5に示すように、エンジンが中負荷にある状態から高負荷に移行すると、第1選択還元触媒に流入するNOx量が増加する(QNOx1st増加)。また、このとき、排気の空間速度が高くなることにより、第1選択還元触媒のNOx浄化率が低下する(η1st減少)。そして、第1選択還元触媒に流入するNOx量が増加しかつ浄化率が低下することにより、第1選択還元触媒から第2選択還元触媒にスリップするNOx量は増加する(QNO2nd,QNO22nd増加)。
このように、第2選択還元触媒に流入するNOx量が増加すると、これを還元するために第2選択還元触媒で消費されたNH量QNH3consも増加するため、ここで消費されたNHを第2選択還元触媒に再吸着させるべく、NHセンサの出力値VNH3に対する目標値VNH3CMDがより大きな値に設定される。
As shown in FIG. 5, when the engine shifts from a medium load to a high load, the amount of NOx flowing into the first selective reduction catalyst increases (QNOx 1st increase). Further, at this time, the NOx purification rate of the first selective reduction catalyst decreases (η 1st decrease) due to an increase in the space velocity of the exhaust gas. By NOx amount is increased and purification rate flowing into the first selective reduction catalyst is decreased, the amount of NOx slipping from the first selective reduction catalyst in the second selective reduction catalyst is increased (QNO 2nd, QNO2 2nd increase ).
Thus, when the amount of NOx flowing into the second selective reduction catalyst increases, the amount of NH 3 consumed by the second selective reduction catalyst to reduce the amount of Qx3 cons also increases, so that the NH 3 consumed here Is re-adsorbed to the second selective reduction catalyst, the target value VNH3 CMD for the output value VNH3 of the NH 3 sensor is set to a larger value.

また逆に、エンジンが中負荷にある状態から低負荷に移行すると、第1選択還元触媒に流入するNOx量が減少し(QNOx1st減少)、第1選択還元触媒のNOx浄化率が上昇する(η1st上昇)。そして、第1選択還元触媒に流入するNOx量が減少しかつ浄化率が上昇することにより、第1選択還元触媒から第2選択還元触媒にスリップするNOx量は減少する(QNO2nd,QNO22nd減少)。
このように、第2選択還元触媒に流入するNOx量が減少すると、これを還元するために第2選択還元触媒で消費されたNH量QNH3consも減少するため、NHセンサの出力値VNH3に対する目標値VNH3CMDがより小さな値に設定される。
Conversely, when the engine shifts from a medium load to a low load, the amount of NOx flowing into the first selective reduction catalyst decreases (QNOx 1st decrease), and the NOx purification rate of the first selective reduction catalyst increases ( η 1st increase). By NOx amount is reduced and the purification rate flowing into the first selective reduction catalyst increases, the amount of NOx slipping from the first selective reduction catalyst in the second selective reduction catalyst decreases (QNO 2nd, QNO2 2nd reduction ).
Thus, when the amount of NOx flowing into the second selective reduction catalyst decreases, the NH 3 amount QNH3 cons consumed by the second selective reduction catalyst to reduce this also decreases, so the output value VNH3 of the NH 3 sensor The target value VNH3 CMD for is set to a smaller value.

図6は、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2nd(下段)と、目標NH濃度決定部により決定された目標値VNH3CMD(上段)との関係を示すタイムチャートである。
図6に示すように、第2選択還元触媒のNHストレージ量の目標値ST2nd_CMDは、最大ストレージ容量ST2nd_maxに対し、ストレージ率の上限値を乗算した分だけ小さな値に設定される。このように、目標値ST2nd_CMDと最大ストレージ容量ST2nd_maxとの間に余裕を持たせることにより、急加速や急昇温等により第1選択還元触媒から過剰な量のNHが排出された場合であっても、テールパイプから排出されないように第2選択還元触媒に吸着させることができる。
FIG. 6 is a time chart showing the relationship between the estimated value ST 2nd (lower stage) of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst and the target value VNH 3 CMD (upper stage) determined by the target NH 3 concentration determination unit. .
As shown in FIG. 6, the target value ST 2nd_CMD of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is set to a smaller value by the product of the maximum storage capacity ST 2nd_max and the upper limit value of the storage rate. As described above, when an excess amount of NH 3 is discharged from the first selective reduction catalyst due to rapid acceleration, rapid temperature increase, or the like by providing a margin between the target value ST 2nd_CMD and the maximum storage capacity ST 2nd_max. Even so, it can be adsorbed by the second selective reduction catalyst so as not to be discharged from the tail pipe.

また、上記式(3)に示すように、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndがその目標値ST2nd_CMD未満である場合には、第2選択還元触媒において消費した分のNHが再吸着されるように、NHセンサの目標値VNH3CMDは、単位時間当りのNH消費量QNH3consに応じた値に設定される。そして、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndがその目標値ST2nd_CMD以上である場合には、NHストレージ量を減少させるべく、NHセンサの目標値VNH3CMDは、NH消費量QNH3consによらず下限値VNH3に設定される。 Further, as shown in the above formula (3), when the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is less than the target value ST 2nd_CMD , the amount consumed in the second selective reduction catalyst The target value VNH3 CMD of the NH 3 sensor is set to a value corresponding to the NH 3 consumption QNH3 cons per unit time so that NH 3 is adsorbed again. Then, when the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is equal to or greater than the target value ST 2nd_CMD , the NH 3 sensor target value VNH 3 CMD is NH to reduce the NH 3 storage amount. 3 The lower limit value VNH3 L is set regardless of the consumption QNH3 cons .

図2に戻って、スライディングモードコントローラ53の構成について説明する。
スライディングモードコントローラ53は、NHセンサの出力値VNH3が、上記設定された目標値VNH3CMDの近傍に収束するように、補正噴射量GUREA_FBを決定する。以下詳細に説明するように、本実施形態では、NHセンサの出力値VNH3の目標値VNH3CMDへの収束速度を設定できる応答指定型制御により補正噴射量GUREA_FBを決定するが、この他、従来既知のフィードバックアルゴリズムを用いてもよい。
Returning to FIG. 2, the configuration of the sliding mode controller 53 will be described.
Sliding mode controller 53, the output value VNH3 of NH 3 sensor, so as to converge in the vicinity of the set target value VNH3 CMD, determines the correction injection amount G UREA - FB. As will be described in detail below, in the present embodiment, the corrected injection amount GUREA_FB is determined by response designating control that can set the convergence speed of the output value VNH3 of the NH 3 sensor to the target value VNH3 CMD . A conventionally known feedback algorithm may be used.

先ず、下記式(4)に示すように、NH3センサの検出値VNH3と目標値VNH3CMDとの偏差を算出し、これをスリップ量偏差ENH3として定義する。

Figure 2012189007
First, as shown in the following equation (4), the deviation between the detected value VNH3 of the NH3 sensor and the target value VNH3 CMD is calculated and defined as the slip amount deviation ENH3.
Figure 2012189007

次に、所定のVPOLE設定テーブルに基づいて、出力値VNH3に応じた切換関数設定パラメータVPOLEを算出する。さらに、下記式(5)に示すように、このVPOLE(k)とスリップ量偏差の前回値ENH3(k−1)との積と、スリップ量偏差の現在値ENH3(k)との和を算出し、これを切換関数σ(k)として定義する。

Figure 2012189007
Next, a switching function setting parameter VPOLE corresponding to the output value VNH3 is calculated based on a predetermined VPOLE setting table. Further, as shown in the following equation (5), the sum of the product of this VPOLE (k) and the previous value ENH3 (k-1) of the slip amount deviation and the current value ENH3 (k) of the slip amount deviation is calculated. This is defined as the switching function σ (k).
Figure 2012189007

例えば、横軸を偏差の前回値ENH3(k−1)とし、縦軸を誤差の現在値ENH3(k)とした位相平面を定義すると、式(5)で定義される切換関数σ(k)が0となる偏差ENH3(k)とENH3(k−1)の組み合わせは、傾きが−VPOLEの切換直線となる。また、この切換直線上では、−VPOLEを1より小さく0より大きい値に設定することにより、ENH3(k−1)>ENH3(k)となるので、偏差ENH3は、0に収束することとなる。すなわち、切換関数設定パラメータVPOLEは、誤差ENH3の収束性を指定するパラメータとなっている。   For example, when the phase plane is defined with the horizontal axis representing the previous value ENH3 (k−1) of the deviation and the vertical axis representing the current value ENH3 (k) of the error, the switching function σ (k) defined by Equation (5) is defined. The combination of the deviations ENH3 (k) and ENH3 (k-1) for which becomes 0 becomes a switching line having a slope of -VPOLE. On this switching straight line, by setting -VPOLE to a value smaller than 1 and larger than 0, ENH3 (k-1)> ENH3 (k) is satisfied, so that the deviation ENH3 converges to 0. . That is, the switching function setting parameter VPOLE is a parameter that specifies the convergence of the error ENH3.

図7は、切換関数設定パラメータVPOLEの設定テーブルを示す図である。ここで、横軸はNH3センサの出力値VNH3(k)を示し、縦軸は切換関数設定パラメータVPOLE(k)を示す。本実施形態では、決定された目標値VNH3CMDを含むように、出力値VNH3に対し0より大きな領域に範囲[VNH3CMD_L,VNH3CMD_H]を設定する。そして、出力値VNH3が上記範囲内にある場合には、切換関数設定パラメータVPOLEを−1近傍の低収束値(例えば、−0.95)に設定することにより、出力値VNH3が上記範囲内を漂うように制御する。また、出力値VNH3が上記範囲の上限値VNH3CMD_Hより大きい場合には、切換関数設定パラメータVPOLEを、上記低収束値よりも大きな値に設定された中収束値(例えば、−0.4)に設定し、出力値VNH3が上記範囲の下限値VNH3CMD_Lより小さい場合には、切換関数設定パラメータVPOLEを、上記中収束値よりもさらに大きな値に設定された高収束値(例えば、−0.2)に設定することにより、出力値VNH3が上記範囲内に速やかに収束するように制御する。 FIG. 7 is a diagram showing a setting table for the switching function setting parameter VPOLE. Here, the horizontal axis indicates the output value VNH3 (k) of the NH3 sensor, and the vertical axis indicates the switching function setting parameter VPOLE (k). In the present embodiment, the range [VNH3 CMD_L , VNH3 CMD_H ] is set in a region larger than 0 with respect to the output value VNH3 so as to include the determined target value VNH3 CMD . When the output value VNH3 is within the above range, the output value VNH3 is within the above range by setting the switching function setting parameter VPOLE to a low convergence value near -1 (for example, -0.95). Control to drift. Further, when the output value VNH3 is larger than the upper limit VNH3 CMD_H the above range, the switching function setting parameter VPOLE, the low convergence value convergence value among which is set to a value greater than (e.g., -0.4) to set, the output value VNH3 when the lower limit VNH3 CMD_L less than the above range, the switching function setting parameter VPOLE, high convergence value that is further set to a value greater than the in convergence value (e.g., -0.2 ), The output value VNH3 is controlled so as to quickly converge within the above range.

以上のように算出された切換関数σ(k)に基づいて、到達則入力URCH(k)、非線形入力UNL(k)、及び適応則入力UADP(k)を算出し、さらに下記式(6)に示すように、これらURCH(k)、UNL(k)、及びUADP(k)の和を算出し、これを補正噴射量GUREA_FB(k)として定義する。

Figure 2012189007
Based on the switching function σ (k) calculated as described above, the reaching law input U RCH (k), the nonlinear input U NL (k), and the adaptive law input U ADP (k) are calculated. As shown in (6), the sum of these U RCH (k), U NL (k), and U ADP (k) is calculated and defined as a corrected injection amount G UREA_FB (k).
Figure 2012189007

到達則入力URCH(k)は、偏差状態量を切換直線上に載せるための入力であり、下記式(7)に示すように、切換関数σ(k)に所定の到達則制御ゲインKRCHを乗算することで算出される。

Figure 2012189007
The reaching law input U RCH (k) is an input for placing the deviation state quantity on the switching straight line. As shown in the following equation (7), the switching function σ (k) has a predetermined reaching law control gain K RCH. It is calculated by multiplying.
Figure 2012189007

非線形入力UNL(k)は、非線形モデル化誤差を抑制し、偏差状態量を切換直線上に載せるための入力であり、下記式(8)に示すように、sign(σ(k))に所定の非線形入力ゲインKNLを乗算することで算出される。ここで、sign(σ(k))は、符号関数であり、σ(k)が正の値のとき1となり、σ(k)が負の値のとき−1となる。

Figure 2012189007
The nonlinear input U NL (k) is an input for suppressing the nonlinear modeling error and placing the deviation state quantity on the switching straight line. As shown in the following equation (8), sign (σ (k)) It is calculated by multiplying by a predetermined nonlinear input gain KNL . Here, sign (σ (k)) is a sign function, and is 1 when σ (k) is a positive value, and is −1 when σ (k) is a negative value.
Figure 2012189007

適応則入力UADP(k)は、モデル化誤差や外乱の影響を抑制し、偏差状態量を切換直線に載せるための入力であり、下記式(9)に示すように、切換関数σ(k)と所定の適応則ゲインKADPを乗算したものと、適応則入力の前回値UADP(k−1)との和により算出される。

Figure 2012189007
The adaptive law input U ADP (k) is an input for suppressing the influence of modeling error and disturbance and placing the deviation state quantity on the switching line. As shown in the following equation (9), the switching function σ (k ) Multiplied by a predetermined adaptive law gain K ADP and the previous value U ADP (k−1) of the adaptive law input.
Figure 2012189007

図8は、尿素水噴射量GUREAを決定する手順を示すフローチャートである。この処理は、以上のようなECUにより上記制御周期ごとに実行される。
S1では、排気浄化システムが正常であるか否かを判別する。より具体的には、例えば、ユリア噴射装置が正常であるか否か、第1、第2選択還元触媒が劣化又は故障していないか否か、ユリアタンク内の尿素水の残量が規定値以上であるか否か、エンジン始動後の暖機が完了しているか否か、NHセンサ、NOxセンサ、排気温度センサなど各種センサが故障していないか否か、及びこれらセンサが活性に達しているか否か、などが判別される。S1の判別がNOであり装置が正常でないと判別された場合にはS2に移り、尿素水の供給を停止し、すなわち尿素水噴射量GUREAを0に設定した後に、この処理を終了する。S1の判別がYESである場合にはS3に移る。
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for determining the urea water injection amount GUREA . This process is executed by the ECU as described above for each control cycle.
In S1, it is determined whether or not the exhaust purification system is normal. More specifically, for example, whether or not the urea injection device is normal, whether or not the first and second selective reduction catalysts have deteriorated or failed, and the remaining amount of urea water in the urea tank is a specified value. Whether or not warming up after engine startup has been completed, whether or not various sensors such as the NH 3 sensor, NOx sensor, exhaust temperature sensor have failed, and these sensors have become active. Or not. If the determination in S1 is NO and it is determined that the apparatus is not normal, the process proceeds to S2, and the supply of urea water is stopped, that is, the urea water injection amount GUREA is set to 0, and then this process ends. If the determination in S1 is YES, the process proceeds to S3.

S3では、尿素水噴射が可能な状態であるか否かを判別する。ここで、尿素水噴射が可能でない場合とは、例えば、選択還元触媒の温度が低く尿素水を噴射しても選択還元触媒によるNOxの還元が見込めない場合や、排気温度が低く尿素水を噴射してもNHに加水分解されない場合などが挙げられる。この判別がNOである場合にも、S2に移り、尿素水の供給を停止し、この処理を終了する。 In S3, it is determined whether or not urea water injection is possible. Here, when urea water injection is not possible, for example, when the temperature of the selective reduction catalyst is low and urea water is injected, NOx reduction by the selective reduction catalyst cannot be expected, or when the exhaust temperature is low and urea water is injected. etc. If not hydrolyzed and the like in the NH 3 also. Even when this determination is NO, the process proceeds to S2, the supply of urea water is stopped, and this process is terminated.

S3における判別がYESである場合には、S4においてFF噴射量GUREA_FFを決定し(図2のフィードフォワード噴射量決定部4参照)、S5において第1、第2選択還元触媒のNOx浄化率の推定値η1st,η2ndなどを算出し(図3の第1NOx浄化率推定部513及び第2NOx浄化率推定部516など参照)、S6において第2選択還元触媒で単位時間の間に消費されたNH量の推定値QNH3consを算出する(図3の還元反応演算部517参照)。 If the determination in S3 is YES, the FF injection amount GUREA_FF is determined in S4 (see the feedforward injection amount determination unit 4 in FIG. 2), and the NOx purification rates of the first and second selective reduction catalysts are determined in S5. Estimated values η 1st , η 2nd and the like are calculated (see the first NOx purification rate estimation unit 513 and the second NOx purification rate estimation unit 516 in FIG. 3), and consumed in the second selective reduction catalyst in unit time in S6. The estimated value QNH3 cons of the NH 3 amount is calculated (see the reduction reaction calculation unit 517 in FIG. 3).

S7では、第2選択還元触媒のNHストレージ量の推定値ST2ndが、その目標値ST2nd_CMD未満であるか否かを判別する(上記式(3)参照)。この判別がYESであり、NHストレージ量の推定値ST2ndが目標値ST2nd_CMD未満である場合には、S8に移り、NHセンサの目標値VNH3CMDを、第2選択還元触媒において消費されたNH量QNH3consに応じて設定された濃度VNH3consに設定する。この判別がNOであり、NHストレージ量の推定値ST2ndが目標値ST2nd_CMD以上である場合には、S9に移り、NHセンサの目標値VNH3CMDを、下限値VNH3に設定する。 In S7, it is determined whether or not the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst is less than the target value ST 2nd_CMD (see the above formula (3)). When this determination is YES and the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount is less than the target value ST 2nd_CMD , the process proceeds to S8, and the target value VNH3 CMD of the NH 3 sensor is consumed in the second selective reduction catalyst. The concentration VNH3 cons is set according to the NH 3 amount QNH3 cons . If this determination is NO and the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount is equal to or larger than the target value ST 2nd_CMD , the process proceeds to S9, and the target value VNH3 CMD of the NH 3 sensor is set to the lower limit value VNH3 L.

以上のようにしてNHセンサの目標値VNH3CMDを設定した後、S10においてこの目標値VNH3CMDにNHセンサの出力値VNH3が収束するように補正噴射量GUREA_FBを算出し(図2のスライディングモードコントローラ53参照)、S11においてこの補正噴射量GUREA_FBとFF噴射量GUREA_FFとを合算したものを尿素水噴射量GUREAとして決定し、この処理を終了する。 After setting the target value VNH3 CMD of the NH 3 sensor as described above, the output value VNH3 of NH 3 sensor to the target value VNH3 CMD calculates the correction injection amount G UREA - FB so as to converge at S10 (in FIG. 2 In S11, the sum of the corrected injection amount G UREA_FB and the FF injection amount G UREA_FF is determined as the urea water injection amount G UREA , and this process is terminated.

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態では、エンジンの運転状態に応じて変化する第2選択還元触媒のNOx浄化率の推定値η2ndを算出し、この第2選択還元触媒に流入したNO量及びNO量の推定値QNO2nd,QNO22ndを算出し、さらにこれら推定値η2nd,QNO2nd,QNO22ndに基づいて第2選択還元触媒におけるNHの消費量の推定値QNH3consを算出する。そして、ここで推定したNHの消費量と等量のNHが第2選択還元触媒に再吸着されるように、上記推定値QNH3consに基づいて補正噴射量GUREA_FBひいては尿素水噴射量GUREAを決定する。このように、第2選択還元触媒において実際に消費された量を再び補うようにして、新たに供給する尿素水噴射量GUREAを決定することにより、第2選択還元触媒のNHストレージ量が過剰に増加してしまい、その下流側へNHが排出されるのを抑制することができる。また、消費した分だけ再吸着させることにより、第2選択還元触媒のNHストレージ量が過剰に低下してしまい、そのNOx浄化率が低下するのを抑制することができる。
また、第2選択還元触媒を第1選択還元触媒の下流側に設けたので、NHは、第2選択還元触媒へ、第1選択還元触媒で貯蔵可能な量を超えて供給されて初めて流入することとなる。したがって、第2選択還元触媒に対して、消費した分のNHが再吸着するように尿素水噴射量GUREAを決定することにより、第1選択還元触媒には貯蔵可能な量の還元剤を貯蔵させ続けることができるので、第1選択還元触媒におけるNOx浄化率も高く維持できる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the estimated value η 2nd of the NOx purification rate of the second selective reduction catalyst that changes according to the operating state of the engine is calculated, and the NO amount and NO 2 amount that have flowed into the second selective reduction catalyst Estimated values QNO 2nd and QNO 2 2nd are calculated, and further, an estimated value QNH 3 cons of NH 3 consumption in the second selective reduction catalyst is calculated based on these estimated values η 2nd , QNO 2nd and QNO 2 2nd . And here so that consumption and an equivalent amount of NH 3 in NH 3 estimated is re-adsorption in the second selective reduction catalyst, the correction injection amount based on the estimated value QNH3 cons G UREA_FB hence urea water injection amount G Determine UREA . In this way, the amount of NH 3 storage in the second selective reduction catalyst is determined by determining the urea water injection amount G UREA to be newly supplied by making up for the amount actually consumed in the second selective reduction catalyst again. It can be suppressed that NH 3 is excessively increased and discharged to the downstream side. Moreover, by re-adsorbing only the consumed amount, it is possible to suppress the NH 3 storage amount of the second selective reduction catalyst from being excessively reduced and the NOx purification rate from being reduced.
In addition, since the second selective reduction catalyst is provided on the downstream side of the first selective reduction catalyst, NH 3 does not flow into the second selective reduction catalyst until it is supplied beyond the amount that can be stored in the first selective reduction catalyst. Will be. Therefore, by determining the urea water injection amount GUREA so that the consumed NH 3 is re-adsorbed with respect to the second selective reduction catalyst, a storable amount of the reducing agent is contained in the first selective reduction catalyst. Since it can be kept stored, the NOx purification rate in the first selective reduction catalyst can also be maintained high.

(2)本実施形態では、第2選択還元触媒におけるNHストレージ量の推定値ST2ndを算出するとともに、エンジンの運転状態に基づいてストレージ量ST2ndに対する目標ストレージ量ST2nd_CMDを設定する。そして、ストレージ量ST2ndが目標ストレージ量ST2nd_CMD未満であり、ストレージ量に余裕があると判断できる場合には、上述のように消費量の推定値QNH3consと等量のNHが再吸着されるように補正噴射量GUREA_FBを決定する。また、ストレージ量ST2ndが目標ストレージ量ST2nd_CMD以上であり、ストレージ量に余裕が無いと判断できる場合には、上記消費量の推定値QNH3consより少ない量のNHが再吸着されるように補正噴射量GUREA_FBを決定することにより、第2選択還元触媒のストレージ量ST2ndを目標ストレージ量ST2nd_CMDへ向けて低下させる。これにより、第2選択還元触媒のストレージ量ST2ndを目標ストレージ量ST2nd_CMDの近傍に制御できるので、そのNOx浄化率を高く維持しつつ、またテールパイプから過剰な量の還元剤が排出するのを抑制することができる。 (2) In the present embodiment, the estimated value ST 2nd of the NH 3 storage amount in the second selective reduction catalyst is calculated, and the target storage amount ST 2nd_CMD for the storage amount ST 2nd is set based on the operating state of the engine. When the storage amount ST 2nd is less than the target storage amount ST 2nd_CMD and it can be determined that the storage amount is sufficient, the NH 3 equivalent to the estimated amount of consumption QNH3 cons is re-adsorbed as described above. Thus, the corrected injection amount GUREA_FB is determined. In addition, when the storage amount ST 2nd is equal to or larger than the target storage amount ST 2nd_CMD and it can be determined that there is no room for the storage amount, an amount of NH 3 smaller than the estimated consumption amount QNH3 cons is re-adsorbed. By determining the corrected injection amount G UREA_FB , the storage amount ST 2nd of the second selective reduction catalyst is decreased toward the target storage amount ST 2nd_CMD . As a result, the storage amount ST 2nd of the second selective reduction catalyst can be controlled in the vicinity of the target storage amount ST 2nd_CMD , so that an excessive amount of reducing agent is discharged from the tail pipe while maintaining the NOx purification rate high. Can be suppressed.

(3)本実施形態によれば、第2選択還元触媒のストレージ量ST2ndが上記目標ストレージ量ST2nd_CMD以上である場合には、第2選択還元触媒に再吸着されるNHの量が0又は0近傍の所定値になるように、すなわち第2選択還元触媒のストレージ量ST2ndが確実に低下するように、補正噴射量GUREA_FBを決定する。これにより、テールパイプから還元剤が排出されないように、速やかにストレージ量ST2ndを低下させることができる。 (3) According to the present embodiment, when the storage amount ST 2nd of the second selective reduction catalyst is equal to or larger than the target storage amount ST 2nd_CMD , the amount of NH 3 re-adsorbed on the second selective reduction catalyst is 0. Alternatively, the corrected injection amount G UREA_FB is determined so as to be a predetermined value near 0, that is, the storage amount ST 2nd of the second selective reduction catalyst is surely decreased. As a result, the storage amount ST 2nd can be quickly reduced so that the reducing agent is not discharged from the tail pipe.

(4)本実施形態によれば、第1選択還元触媒と第2選択還元触媒の間に設けられたNHセンサの出力値VNH3に基づくフィードバック制御を行うことにより、第2選択還元触媒に流入する排気中のNHの量をより正確に把握できるので、より確実に第2選択還元触媒におけるNOx浄化率を高く維持しつつ、かつテールパイプからのアンモニアの排出を抑制できる。 (4) According to the present embodiment, the feedback control based on the output value VNH3 of the NH 3 sensor provided between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst allows the flow into the second selective reduction catalyst. Since the amount of NH 3 in the exhaust gas to be obtained can be grasped more accurately, it is possible to more reliably maintain the NOx purification rate in the second selective reduction catalyst at a high level and suppress the discharge of ammonia from the tail pipe.

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。
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 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 additives 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.

1…エンジン(内燃機関)
2…排気浄化システム
231…第1選択還元触媒
232…第2選択還元触媒
25…ユリア噴射装置(還元剤供給手段)
26…NHセンサ(還元剤検出手段)
3…ECU
5…補正噴射量決定部
51…第2消費量推定部
511…第2NOx流入量推定部(第2NOx流入量取得手段)
515…第2NH消費量推定部(第2還元剤消費量推定手段)
516…第2NOx浄化率推定部(第2NOx浄化率推定手段)
52…目標NH濃度決定部(還元剤供給量決定手段、目標値設定手段)
521…第2ストレージ量推定部(第2ストレージ量推定手段)
523…第2目標ストレージ量設定部(第2目標ストレージ量設定手段)
53…スライディングモードコントローラ(還元剤供給量決定手段、フィードバック制御手段)
1. Engine (internal combustion engine)
2 ... Exhaust purification system 231 ... 1st selective reduction catalyst 232 ... 2nd selective reduction catalyst 25 ... Urea injection device (reducing agent supply means)
26 ... NH 3 sensor (reducing agent detection means)
3 ... ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Correction injection amount determination part 51 ... 2nd consumption estimation part 511 ... 2nd NOx inflow amount estimation part (2nd NOx inflow amount acquisition means)
515 ... second 2NH 3 consumption estimation unit (second reducing agent consumption estimating means)
516 ... 2nd NOx purification rate estimation part (2nd NOx purification rate estimation means)
52 ... Target NH 3 concentration determination unit (reducing agent supply amount determination means, target value setting means)
521 ... Second storage amount estimation unit (second storage amount estimation means)
523 ... Second target storage amount setting unit (second target storage amount setting means)
53. Sliding mode controller (reducing agent supply amount determining means, feedback control means)

Claims (4)

内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の存在下で排気中のNOxを浄化しかつこの還元剤を吸着する第1選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記第1選択還元触媒より下流側に設けられた第2選択還元触媒と、
前記排気通路のうち前記第1選択還元触媒より上流側に還元剤又はその前駆体を供給する還元剤供給手段と、
前記第2選択還元触媒に流入したNOx量を推定又は検出する第2NOx流入量取得手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第2選択還元触媒のNOx浄化率を推定する第2NOx浄化率推定手段と、を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記第2選択還元触媒におけるNOx浄化率及び前記第2選択還元触媒に流入したNOx量に基づいて、当該流入した量のNOxを前記第2選択還元触媒により浄化するために消費された還元剤の量を推定する第2還元剤消費量推定手段と、
前記推定された還元剤の消費量と等量の還元剤が前記第2選択還元触媒に再吸着されるように、前記消費量に基づいて前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量を決定する還元剤供給量決定手段と、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 first selective reduction catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, purifies NOx in the exhaust in the presence of the reducing agent, and adsorbs the reducing agent;
A second selective reduction catalyst provided downstream of the first selective reduction catalyst in the exhaust passage;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent or a precursor thereof upstream of the first selective reduction catalyst in the exhaust passage;
Second NOx inflow amount acquisition means for estimating or detecting the amount of NOx flowing into the second selective reduction catalyst;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising: a second NOx purification rate estimating means for estimating a NOx purification rate of the second selective reduction catalyst based on an operating state of the internal combustion engine,
Based on the NOx purification rate in the second selective reduction catalyst and the amount of NOx flowing into the second selective reduction catalyst, the amount of reducing agent consumed to purify the inflowing amount of NOx by the second selective reduction catalyst. Second reducing agent consumption estimation means for estimating the amount;
The supply amount of the reducing agent or the precursor by the reducing agent supply means based on the consumption amount so that the reduced agent equivalent to the estimated consumption amount of the reducing agent is re-adsorbed to the second selective reduction catalyst. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, comprising: a reducing agent supply amount determining means for determining
前記第2選択還元触媒における還元剤のストレージ量を推定する第2ストレージ量推定手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記第2選択還元触媒における還元剤の目標ストレージ量を設定する第2目標ストレージ量設定手段と、をさらに備え、
前記還元剤供給量決定手段は、
前記推定された還元剤のストレージ量が前記設定された目標ストレージ量未満である場合には、前記推定された還元剤の消費量と等量の還元剤が前記第2選択還元触媒に再吸着されるように、前記消費量に基づいて前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量を決定し、
前記推定された還元剤のストレージ量が前記設定された目標ストレージ量以上である場合には、前記推定された還元剤の消費量より少ない量の還元剤が前記第2選択還元触媒に再吸着されるように、前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量を決定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。
Second storage amount estimation means for estimating a storage amount of the reducing agent in the second selective reduction catalyst;
Second target storage amount setting means for setting a target storage amount of the reducing agent in the second selective reduction catalyst based on an operating state of the internal combustion engine,
The reducing agent supply amount determination means includes
When the estimated storage amount of the reducing agent is less than the set target storage amount, an amount of reducing agent equivalent to the estimated amount of reducing agent consumption is re-adsorbed on the second selective reduction catalyst. And determining the supply amount of the reducing agent or precursor by the reducing agent supply means based on the consumption amount,
When the estimated storage amount of the reducing agent is greater than or equal to the set target storage amount, a smaller amount of reducing agent than the estimated reducing agent consumption is re-adsorbed on the second selective reduction catalyst. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the supply amount of the reducing agent or precursor by the reducing agent supply means is determined.
前記推定された還元剤のストレージ量が前記設定された目標ストレージ量以上である場合には、前記第2選択還元触媒に再吸着される還元剤の量が0又は0近傍の所定量になるように、前記消費量に基づいて前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量を決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。   When the estimated storage amount of the reducing agent is equal to or larger than the set target storage amount, the amount of the reducing agent re-adsorbed on the second selective reduction catalyst is 0 or a predetermined amount in the vicinity of 0. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the supply amount of the reducing agent or the precursor by the reducing agent supply means is determined based on the consumption amount. 前記第1選択還元触媒と前記第2選択還元触媒との間の排気の還元剤濃度又は還元剤量を検出する還元剤検出手段をさらに備え、
前記還元剤供給量決定手段は、
前記還元剤検出手段の出力値が所定の目標値になるように前記還元剤供給手段による還元剤又は前駆体の供給量を決定するフィードバック制御手段と、
前記還元剤検出手段の出力値に対する目標値を、前記消費量に応じた0より大きな値に設定する目標値設定手段と、を含むことを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
A reducing agent detecting means for detecting a reducing agent concentration or a reducing agent amount of exhaust gas between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst;
The reducing agent supply amount determination means includes
Feedback control means for determining a supply amount of the reducing agent or precursor by the reducing agent supply means so that an output value of the reducing agent detection means becomes a predetermined target value;
4. A target value setting means for setting a target value for an output value of the reducing agent detection means to a value larger than 0 corresponding to the consumption amount, according to any one of claims 1 to 3. An exhaust purification system for an internal combustion engine.
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