JP2014118945A - Exhaust purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、尿素水の品質診断に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine, and more particularly to quality diagnosis of urea water.
ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンは、燃料と空気との混合気中に酸素が多く含まれることから排ガス中への窒素酸化物(NOx)の排出量が多くなる。
そこで、従来より、ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジンでは、選択還元型触媒や、NOxトラップ触媒等を排気流路に設けている。特にディーゼルエンジンでは、高回転速度・高負荷運転時にNOxの排出量が多くなることから、尿素水を排気流路中の排ガスに添加して、尿素水が加水分解して発生したアンモニア(NH3)にてNOxを還元浄化する選択還元型触媒装置が用いられている。
In diesel engines and lean-burn gasoline engines, the amount of nitrogen oxide (NOx) discharged into the exhaust gas increases because the mixture of fuel and air contains a large amount of oxygen.
Therefore, conventionally, in a diesel engine or a lean burn gasoline engine, a selective reduction catalyst, a NOx trap catalyst, or the like is provided in the exhaust passage. Particularly in a diesel engine, the amount of NOx emission increases during high rotation speed and high load operation. Therefore, ammonia water (NH3) generated by adding urea water to the exhaust gas in the exhaust passage and hydrolyzing the urea water A selective catalytic reduction device that reduces and purifies NOx is used.
このような、選択還元型触媒装置では、選択還元型触媒の上下流にNOxセンサを配設し、当該NOxセンサの検出値に基づいて、選択還元型触媒やNOxセンサの異常を検出する技術が開発されている(特許文献1)。 In such a selective catalytic reduction apparatus, a NOx sensor is disposed upstream and downstream of the selective catalytic reduction catalyst, and a technology for detecting abnormalities in the selective catalytic reduction catalyst or the NOx sensor based on the detected value of the NOx sensor is known. It has been developed (Patent Document 1).
上記特許文献1の内燃機関の排気浄化装置では、選択還元型触媒やNOxセンサの異常検出を行って、選択還元型触媒にてNOxを浄化している。
ところで、上記特許文献1の内燃機関の排気浄化装置では、尿素水の尿素濃度を検出する検出手段を有していないため、選択還元型触媒に尿素の濃度が適正でない尿素水が用いられると、選択還元型触媒やNOxセンサが正常に機能していたとしても、NOxの排出量に対してアンモニアの量が不足し、選択還元型触媒にて適切にNOxが還元浄化されずにNOxが排出されたり、また、NOxの排出量に対してアンモニアの量が多くなり選択還元型触媒にてNOxの還元浄化に全てのアンモニアが使用されずにアンモニアが排出されたりする虞がある。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine disclosed in Patent Document 1, abnormality is detected in the selective reduction catalyst and the NOx sensor, and NOx is purified by the selective reduction catalyst.
By the way, since the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of Patent Document 1 does not have detection means for detecting the urea concentration of urea water, when urea water whose urea concentration is not appropriate is used for the selective catalytic reduction catalyst, Even if the selective reduction catalyst and NOx sensor function normally, the amount of ammonia is insufficient relative to the NOx emission amount, and NOx is not properly reduced and purified by the selective reduction catalyst, but NOx is discharged. In addition, there is a possibility that the amount of ammonia increases with respect to the NOx emission amount, and ammonia is discharged without using all ammonia for NOx reduction purification in the selective reduction catalyst.
このように、NOxやアンモニアが大気に排出されることは好ましいことではない。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、尿素水の濃度を診断することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
Thus, it is not preferable that NOx or ammonia is discharged into the atmosphere.
The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can diagnose the concentration of urea water.
上記の目的を達成するために、請求項1の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排ガスに含まれる窒素酸化物を尿素水供給手段により供給される尿素水にて還元浄化する選択還元型触媒と、前記選択還元型触媒に流入する前記窒素酸化物の濃度を検出する第1濃度検出手段と、前記選択還元型触媒より流出する前記窒素酸化物の濃度を検出する第2濃度検出手段と、前記選択還元型触媒に吸着した炭化水素の脱離処理を行う炭化水素脱離手段と、前記炭化水素脱離手段による前記炭化水素の脱離処理の完了後に、前記第1濃度検出手段と前記第2濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記尿素水の濃度を判定する濃度判定手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, a selective reduction type that reduces and purifies nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine with urea water supplied by urea water supply means. A catalyst, first concentration detecting means for detecting the concentration of the nitrogen oxide flowing into the selective catalytic reduction catalyst, and second concentration detecting means for detecting the concentration of the nitrogen oxide flowing out of the selective catalytic reduction catalyst. , Hydrocarbon desorption means for desorbing hydrocarbons adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst, and after completion of the hydrocarbon desorption processing by the hydrocarbon desorption means, the first concentration detection means and the Concentration determining means for determining the concentration of the urea water based on the detection result of the second concentration detecting means.
また、請求項2の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1において、前記炭化水素脱離手段は、前記選択還元型触媒に吸着されている前記炭化水素の吸着量に基づいて、前記炭化水素の脱離処理を行うことを特徴とする。
また、請求項3の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1或いは2において、前記尿素水供給手段の上流に、前記排ガス中の微粒子状物質を除去するディーゼルパティキュレートフィルタを備え、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理は、前記炭化水素の脱離処理を兼ねることを特徴とする。
Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust purification apparatus for an internal combustion engine according to the first or second aspect, further comprising a diesel particulate filter for removing particulate matter in the exhaust gas upstream of the urea water supply means. The filter regeneration process also serves as the hydrocarbon desorption process.
また、請求項4の内燃機関の排気浄化装置では、請求項3において、前記濃度判定手段は、前記ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理中であって、該再生処理の開始から所定時間経過後に前記尿素水の濃度判定を実施することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect, wherein the concentration determining means is in the regeneration process of the diesel particulate filter and the urea is filtered after a lapse of a predetermined time from the start of the regeneration process. It is characterized by carrying out water concentration determination.
請求項1の発明によれば、選択還元型触媒に吸着した炭化水素の脱離処理を行った後に、第1濃度検出手段と第2濃度検出手段の検出結果に基づいて、尿素水供給手段により供給される尿素水の濃度を判定している。
このように、尿素水の濃度判定前に、選択還元型触媒に吸着している炭化水素を脱離することで、炭化水素の吸着による窒素酸化物の浄化効率の低下を防止することができる。
According to the first aspect of the present invention, after the desorption treatment of the hydrocarbons adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst is performed, the urea water supply means is used based on the detection results of the first concentration detection means and the second concentration detection means. The concentration of the supplied urea water is determined.
Thus, by desorbing the hydrocarbons adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst prior to the determination of the urea water concentration, it is possible to prevent a reduction in the purification efficiency of nitrogen oxides due to the adsorption of hydrocarbons.
したがって、尿素水の濃度判定時に、選択還元型触媒での窒素酸化物の浄化効率を安定させることができるので、精度良く尿素水の濃度を判定することができる。
請求項2の発明によれば、炭化水素脱離手段は、選択還元型触媒の炭化水素の吸着量に基づいて、炭化水素の脱離処理を行うようにしている。
したがって、例えば、選択還元型触媒に吸着されている炭化水素の吸着量が多い場合には、炭化水素の脱離処理の時間を長くすることで、確実に炭化水素を脱離することができる。
Therefore, when the concentration of urea water is determined, the nitrogen oxide purification efficiency of the selective catalytic reduction catalyst can be stabilized, so that the concentration of urea water can be accurately determined.
According to the second aspect of the invention, the hydrocarbon desorption means performs the hydrocarbon desorption process based on the hydrocarbon adsorption amount of the selective catalytic reduction catalyst.
Therefore, for example, when the adsorption amount of the hydrocarbon adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst is large, the hydrocarbon can be surely desorbed by lengthening the hydrocarbon desorption treatment time.
よって、尿素水の濃度判定前に、確実に選択還元型触媒に吸着している炭化水素を脱離することができるので、精度良く尿素水の濃度を判定することができる。
また、請求項3の発明によれば、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理が選択還元型触媒に吸着している炭化水素の脱離処理を兼ねている。
即ち、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理での排ガス温度は、選択還元型触媒から炭化水素が離脱する温度以上となるので、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理は、選択還元型触媒に吸着している炭化水素の脱離処理を兼ねることが可能である。
Therefore, since the hydrocarbon adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst can be desorbed before the urea water concentration is determined, the urea water concentration can be determined with high accuracy.
According to the invention of claim 3, the regeneration process of the diesel particulate filter also serves as the desorption process of the hydrocarbon adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst.
That is, the exhaust gas temperature in the regeneration process of the diesel particulate filter is equal to or higher than the temperature at which the hydrocarbons are desorbed from the selective reduction catalyst. Therefore, the regeneration process of the diesel particulate filter is performed by the carbonization adsorbed on the selective reduction catalyst. It can also serve as a hydrogen desorption process.
したがって、選択還元型触媒に吸着している炭化水素の吸着量に基づいて、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理を行うことで、確実に炭化水素の脱離を行うことができ、精度良く尿素水の濃度を判定することができる。
また、請求項4の発明によれば、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理中であって、該再生処理の開始から所定時間経過後に尿素水の濃度判定を実施している。
Therefore, by performing the regeneration process of the diesel particulate filter based on the adsorption amount of the hydrocarbon adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst, the hydrocarbon can be desorbed reliably and the urea water can be accurately obtained. The concentration can be determined.
According to the invention of claim 4, during the regeneration process of the diesel particulate filter, the concentration of urea water is determined after a lapse of a predetermined time from the start of the regeneration process.
ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理中は、ディーゼルパティキュレートフィルタ内の微粒子状物質を燃焼させるために排ガスの温度が高温となっている。当該排ガスの温度は、一般的に尿素水を加水分解してアンモニアの生成を開始する温度よりも高くなっている。
したがって、尿素水よりアンモニアが生成される量が多くなる、即ち、アンモニア生成率が高くなる。
During the regeneration process of the diesel particulate filter, the temperature of the exhaust gas is high in order to burn the particulate matter in the diesel particulate filter. The temperature of the exhaust gas is generally higher than the temperature at which urea water is hydrolyzed and ammonia production starts.
Therefore, the amount of ammonia produced is greater than that of urea water, that is, the ammonia production rate is increased.
よって、尿素水からのアンモニア生成率が高く、尿素水が加水分解されずに選択還元型触媒より排出されることを抑制することができるので、第2濃度検出手段にて選択還元型触媒より排出される窒素酸化物の排出量のみを正確に検出することができる。
また、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理中は、排ガスの温度を高温としているために窒素酸化物の排出量が多くなる。
Therefore, the ammonia production rate from the urea water is high, and it is possible to suppress the urea water from being discharged from the selective catalytic reduction catalyst without being hydrolyzed, so that the second concentration detection means discharges from the selective catalytic reduction catalyst. Only the amount of nitrogen oxide discharged can be accurately detected.
Further, during the regeneration process of the diesel particulate filter, the exhaust gas temperature is kept high, and thus the amount of nitrogen oxide discharged increases.
したがって、選択還元型触媒に流入する窒素酸化物の流入量が多いので、選択還元型触媒での窒素酸化物の浄化効率の変化を容易に判定することができる。
よって、第1濃度検出手段と第2濃度検出手段の検出結果に基づいて、選択還元型触媒での窒素酸化物の浄化効率を算出して、当該浄化効率より尿素水の濃度を判定することで、精度良く尿素水の濃度を判定することができる。
Therefore, since the amount of nitrogen oxide flowing into the selective reduction catalyst is large, it is possible to easily determine the change in the purification efficiency of nitrogen oxide in the selective reduction catalyst.
Therefore, the nitrogen oxide purification efficiency of the selective reduction catalyst is calculated based on the detection results of the first concentration detection means and the second concentration detection means, and the concentration of urea water is determined from the purification efficiency. The concentration of urea water can be accurately determined.
また、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理開始から所定時間経過後に尿素水の濃度判定を実施することで、尿素水濃度判定前までに選択還元型触媒に吸着している炭化水素の脱離を確実に行うことができる。 In addition, by determining the urea water concentration after a predetermined time from the start of the regeneration process of the diesel particulate filter, the desorption of hydrocarbons adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst is ensured before the urea water concentration determination. It can be carried out.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジン1の概略構成図である。
図1に示すように、図示しない車両に搭載されるエンジン(内燃機関)1は、多気筒の筒内直接噴射式内燃機関(例えばコモンレール式ディーゼルエンジン)であり、詳しくは、コモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射ノズル2に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射ノズル2から各気筒の燃焼室3内に噴射可能な構成を成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 to which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine is applied.
As shown in FIG. 1, an engine (internal combustion engine) 1 mounted on a vehicle (not shown) is a multi-cylinder direct injection internal combustion engine (for example, a common rail type diesel engine), and more specifically, pressure is accumulated on the common rail. High pressure fuel is supplied to the
エンジン1の各気筒には、上下摺動可能なピストン4が設けられている。そして、当該ピストン4は、コンロッド5を介してクランクシャフト6に連結されている。また、クランクシャフト6の一端部にはフライホイールが設けられている。
燃焼室3には、インテークポート7とエキゾーストポート8とが連通されている。
インテークポート7には、燃焼室3と当該インテークポート7との連通と遮断を行うインテークバルブ9が設けられている。また、エキゾーストポート8には、燃焼室3と当該エキゾーストポート8との連通と遮断とを行うエキゾーストバルブ10が設けられている。
Each cylinder of the engine 1 is provided with a piston 4 that can slide up and down. The piston 4 is connected to the
An
The
インテークポート7の上流には、吸入した空気を各気筒に分配するインテークマニフォールド11が連通するように設けられている。そして、エキゾーストポート8の下流には、各気筒から排出される排ガスをまとめるエキゾーストマニフォールド12が連通するように設けられている。
インテークマニフォールド11の各気筒に吸入空気を分配するための分岐の上流のインテークマニフォールド11には、酸素濃度を検出する酸素濃度センサ13がセンサ部をインテークマニフォールド11内に突出するように設けられている。また、空燃比センサ13の下流には、燃焼室3に吸入される吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ14がインテークマニフォールド11内に突出するように設けられている。
An intake manifold 11 that distributes the sucked air to each cylinder is provided upstream of the
The intake manifold 11 upstream of the branch for distributing the intake air to each cylinder of the intake manifold 11 is provided with an oxygen concentration sensor 13 for detecting the oxygen concentration so that the sensor portion projects into the intake manifold 11. . Further, an intake air temperature sensor 14 for detecting the temperature of intake air taken into the combustion chamber 3 is provided downstream of the air-fuel ratio sensor 13 so as to protrude into the intake manifold 11.
インテークマニフォールド11とエキゾーストマニフォールド12には、それぞれが連通するように高温・高圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち高温・高圧の排気還流ガスを吸気に導入する高圧排気還流通路15が設けられている。また、高圧排気還流通路15は、酸素濃度センサ13の上流のインテークマニフォールド11に、高温・高圧の排ガスが吸気に戻る量、即ち排気還流ガスの流量を調整する排気還流バルブ16を介して接続されている。また、高圧排気還流通路15には、インテークマニフォールド11に導入する排ガスを冷却する排気還流クーラ17が設けられている。
The intake manifold 11 and the
インテークマニフォールド11の上流には、最上流から吸入された新気中のゴミを取り除くエアークリーナ18と、圧縮され高温となった新気を冷却するインタークーラ20と、新気の流量を調整しつつ、後述する低圧排気還流通路41より導入される低圧の排気還流ガスの流量を調整するための電子制御スロットルバルブ39と、排気のエネルギを利用し吸入された新気を圧縮するターボチャージャ19の図示しないコンプレッサハウジングとが吸気管21を介してインテークマニフォールド11に接続されている。また、高圧排気還流通路15より導入される排気還流ガスの流量を調整するための電子制御スロットルバルブ22は、インテークマニフォールド11と吸気管21との間に配設されている。電子制御スロットルバルブ22,39には、スロットルバルブの開き度合を検出するスロットルポジションセンサ23,40が備えられている。
Upstream of the intake manifold 11, an
吸気管21のエアークリーナ18とターボチャージャ19のコンプレッサハウジングとの間の吸気管21には、吸入される空気の温度を検出する吸気温度センサ38が吸気管21内に突出するように設けられている。
エキゾーストマニフォールド12の下流には、ターボチャージャ19に排ガスを導入する図示しないタービンハウジングと、排気管24とが連通するように設けられている。
The
Downstream of the
排気管24には、上流から順番に排ガス中の被酸化成分を酸化する酸化触媒25と、排ガス中の黒鉛を主成分とする微粒子状物資を捕集し燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ26と、排ガス中の窒素酸化物(以下、NOx)をアンモニアを用いて還元浄化する選択還元型触媒28とが連通するように設けられている。なお、酸化触媒25とディーゼルパティキュレートフィルタ26は、ケーシング29内に配設されている。また、選択還元型触媒28は、ケーシング30内に配設されている。
The
選択還元型触媒28は、尿素水インジェクタ36より噴射された尿素水が加水分解を起こして発生したアンモニアが供給され排ガス中のNOxを還元浄化するものである。
排気管24のターボチャージャ19とケーシング29との間には、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ31が排気管24内に突出するように設けられている。
ケーシング29の酸化触媒25の上流には、酸化触媒25に流入する排ガスの温度を検出する排気温度センサ32がケーシング29内に突出するように設けられている。また、ケーシング29の酸化触媒25とディーゼルパティキュレートフィルタ26との間には、酸化触媒25から流出する排ガスの温度を検出する排気温度センサ33がケーシング29内に突出するように設けられている。そして、ケーシング29のディーゼルパティキュレートフィルタ26の下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタ26から流出する排ガスの温度を検出する排気温度センサ34がケーシング29内に突出するように設けられている。
The selective
Between the
An exhaust
排気管24のディーゼルパティキュレートフィルタ26と選択還元型触媒28との間、即ち排気管24のケーシング29とケーシング30との間には、排ガス内のNOxの濃度を検出するNOxセンサ(第1濃度検出手段)35が排気管24内に突出するように設けられている。そして、排気管24のNOxセンサ35とケーシング30との間には、尿素水インジェクタ(尿素水供給手段)36が排気管24内に突出するように設けられている。なお、NOxセンサ35の検出値は、センサの特性上、アンモニアに影響されるものである。即ち、NOxセンサ35の検出値は、排ガス中のNOxの濃度が一定であっても、アンモニアの濃度が濃くなると、高い検出値(NOx濃度)を出力する。
Between the
尿素水インジェクタ36は、選択還元型触媒28にアンモニアを供給するための尿素水を排気管24内に噴射するものである。なお、尿素水は、外部に設けられた図示しない尿素水タンクより供給される。そして、尿素水インジェクタ36から選択還元型触媒28までの距離は、尿素水インジェクタ36から噴射された尿素水が加水分解されアンモニアを発生するまでに必要な距離以上に設定されている。したがって、尿素水インジェクタ36より噴射された尿素水は、選択還元型触媒28に到達するまでに加水分解を起こしアンモニアを発生する。
The
排気管24の選択還元型触媒28の下流、即ちケーシング30の下流には、選択還元型触媒28から流出する排ガス内のNOxの濃度を検出するNOxセンサ(第2濃度検出手段)37が排気管24内に突出するように設けられている。なお、NOxセンサ37は、NOxセンサ35と同様に、センサの特性上、アンモニアに影響されるものである。即ち、NOxセンサ37の検出値は、排ガス中にNOxの濃度が一定であっても、アンモニアの濃度が濃くなると、高い検出値(NOx濃度)を出力する。
A NOx sensor (second concentration detection means) 37 that detects the concentration of NOx in the exhaust gas flowing out from the
電子制御スロットルバルブ39とターボチャージャ19との間の吸気管21と、ディーゼルパティキュレートフィルタ29の下流の排気管24には、それぞれが連通するように低温・低圧の排ガスの一部を吸気へ戻す、即ち低温・低圧の排気還流ガスを吸気に導入する低圧排気還流通路41が設けられている。また、低圧排気還流通路41には、排気が吸気に戻る量、即ち排気還流ガスの流量を調整する排気還流バルブ42と、吸気へ戻す排気を冷やす排気還流クーラ43と、吸気に戻す排ガスから異物を取り除く排気還流フィルタ44とが設けられている。
A part of the low-temperature and low-pressure exhaust gas is returned to the intake air so that the
また、警報装置50は、車室内に配設され、尿素水タンクに貯留された尿素水の濃度が異常であることを音声の発話や警告灯の点灯等によって、運転者に警告を促すものである。
そして、燃料噴射ノズル2、酸素濃度センサ13,31、吸気温度センサ14,38、排気還流バルブ16,42、電子制御スロットルバルブ22,39、スロットルポジションセンサ23,40、排気温度センサ32,33,34、NOxセンサ35,37、尿素水インジェクタ36、警報装置50及びエンジン1の運転状態を検出する各種センサやエンジン1が搭載される車両の運転者が操作するアクセルペダルの操作度合いを検出するアクセルポジションセンサ等の各種装置は、エンジン1の総合的な制御を行うための制御装置であって入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、タイマ及び中央演算処理装置(CPU)等を含んで構成されるエンジンコントロールユニット(炭化水素脱離手段、濃度判定手段)60と電気的に接続されている。当該エンジンコントロールユニット60は、各種センサ類からの各情報に基づき各種装置の作動を制御して、エンジン1の運転を制御するものである。
The
The
エンジンコントロールユニット60の入力側には、酸素濃度センサ13,31、吸気温度センサ14,38、スロットルポジションセンサ23,40、排気温度センサ32,33,34、NOxセンサ35,37、及びアクセルポジションセンサ等のセンサ類が電気的に接続されており、これら各種装置及び各種センサ類からの検出情報が入力される。
一方、エンジンコントロールユニット60の出力側には、燃料噴射ノズル2、排気還流バルブ16,42、電子制御スロットルバルブ22,39、尿素水インジェクタ36及び警報装置50が電気的に接続されている。
On the input side of the
On the other hand, on the output side of the
そして、エンジンコントロールユニット60は、各センサの検出値に基づき、燃料噴射ノズル2からのプレ噴射、メイン噴射及びアフタ噴射の燃料噴射量、噴射時期と、排気還流バルブ16,42や電子制御スロットルバルブ22,39の開度と尿素水インジェクタ36からの尿素水の噴射量等を最適に制御し、エンジン1を高精度に制御する。
また、エンジンコントロールユニット60は、図示しない圧力センサにて検出されるディーゼルパティキュレートフィルタ26の上流と下流の排ガスの圧力より、圧力差を算出し所定圧力差となった場合や、運転者の操作によって図示しない強制再生ボタン等が操作された場合に、燃料噴射ノズル2からの燃料の噴射量や噴射時期を制御して、ディーゼルパティキュレートフィルタ26内に堆積した微粒子状物質を燃焼させるディーゼルパティキュレートフィルタ再生処理を実施する。
The
The
更にエンジンコントロールユニット60は、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理時に、尿素水インジェクタ36より尿素水を噴射し、NOxセンサ35とNOxセンサ37の検出値に基づいて、選択還元型触媒28でのNOxの浄化効率であるNOx浄化効率を算出して、当該NOx浄化効率と尿素水の噴射量と排ガス温度に基づいて、尿素水の尿素の濃度、即ち尿素水濃度を算出する。そして、エンジンコントロールユニット60は、当該尿素水濃度に基づいて、使用している尿素水の尿素水濃度が規定の尿素水濃度であるか、否かを判定する尿素濃度判定を実施する。なお、尿素水濃度は、予め実験や解析等に基づいてNOx浄化効率と尿素水の噴射量と排ガス温度と尿素水濃度との関係をマップ化してエンジンコントロールユニット60に記憶させ、当該マップより算出される。
Further, the
次に本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニット60での尿素濃度判定について説明する。
図2は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のエンジンコントロールユニット60での尿素濃度判定の制御フローチャートである。
図2に示すように、ステップS10では、再生処理が開始されているか、否かを判別する。詳しくは、ディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理が開始されているか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)でディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理が開始されていれば、ステップS12に進む。また、判別結果が否(No)でディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理が開始されていなければ、本ルーチンをリターンする。
Next, urea concentration determination in the
FIG. 2 is a control flowchart of urea concentration determination in the
As shown in FIG. 2, in step S10, it is determined whether or not the reproduction process is started. Specifically, it is determined whether or not the regeneration process of the
ステップS12では、排ガス温度が所定温度(例えば400℃)以上であるか、否かを判別する。詳しくは、排気温度センサ34にて検出されるディーゼルパティキュレートフィルタ26から排出される排ガスの温度に基づいて、尿素水インジェクタ36と選択還元型触媒28との間の排ガス温度を推定し、推定された当該排ガス温度が所定温度以上であるか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で推定された当該排ガス温度が所定温度以上であれば、ステップS14に進む。また、判別結果が否(No)で推定された当該排ガス温度が所定温度以上でなければ、本ルーチンをリターンする。なお、所定温度は、選択還元型触媒28に吸着した炭化水素(HC)を脱離可能な温度以上であって、且つ尿素水インジェクタ36より噴射される尿素水が加水分解されてアンモニアとなる温度以上に設定される。
In step S12, it is determined whether or not the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 400 ° C.). Specifically, the exhaust gas temperature between the
ステップS14では、所定時間経過したか、否かを判別する。詳しくは、ディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理が開始されており、排ガス温度が所定温度以上となってから、所定時間経過したか、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で所定時間経過していれば、ステップS16に進む。また、判別結果が否(No)で所定時間経過していなければ、本ルーチンをリターンする。なお、所定時間は、選択還元型触媒28に吸着されるHCの吸着量に基づいて、選択還元型触媒28に吸着したHCを完全に脱離することのできる時間以上に設定される。即ち、排ガス温度が所定温度以上となって、所定時間経過することで、選択還元型触媒28に吸着したHCを完全に脱離することができる。また、選択還元型触媒28に吸着されるHCの吸着量は、予め実験や解析等によって、ディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理のインターバルにおける排ガス温度が所定温度(例えば、200℃や300℃)以下である時間の累積値に対する選択還元型触媒28に吸着されるHCの吸着量を算出してマップ化して記憶しておき、当該マップと実際のディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理のインターバルにおける排ガス温度が所定温度以下である時間の累積値とに基づき、実際の選択還元型触媒28へのHCの吸着量が算出される。
In step S14, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed. Specifically, it is determined whether or not the regeneration process of the
ステップS16では、尿素水インジェクタ36から尿素水の噴射を開始する。即ち、尿素水インジェクタ36から尿素水を噴射して、尿素水が加水分解されて発生するアンモニアを選択還元型触媒28に供給し、選択還元型触媒28にてNOxの浄化を行う。そして、ステップS18に進む。
ステップS18では、NOxセンサ35及びNOxセンサ37にて、排ガス中のNOx濃度をそれぞれ検出する。そして、ステップS20に進む。
In step S16, urea water injection from the
In step S18, the
ステップS20では、NOx浄化効率を算出する。詳しくは、NOxセンサ35にて検出されたNOx濃度からNOxセンサ37にて検出されたNOx濃度を減算して、NOx濃度差を算出する。そして、算出されたNOx濃度差をNOxセンサ35にて検出されたNOx濃度にて除算し、更に100を乗算してNOx浄化効率を算出する。そして、ステップS22に進む。
In step S20, NOx purification efficiency is calculated. More specifically, the NOx concentration difference is calculated by subtracting the NOx concentration detected by the
ステップS22では、尿素水濃度を算出する。詳しくは、ステップS20にて検出されたNOx浄化効率と、尿素水インジェクタ36からの総尿素水噴射量と、排ガス温度より尿素水インジェクタ36から噴射された尿素水の尿素の濃度である尿素水濃度を算出する。そして、ステップS24に進む。なお、ここでの尿素水濃度は、予め実験や解析等より、総尿素水噴射量と排ガス温度とを変数とした尿素水濃度とNOx浄化効率の関係をマップ化して記憶させ、当該マップに基づいて算出する。また、総尿素水噴射量とは、NOx浄化効率算出時に噴射された尿素水の積算値である。
In step S22, the urea water concentration is calculated. Specifically, the NOx purification efficiency detected in step S20, the total urea water injection amount from the
ステップS24では、尿素水が異常であるか、否かを判別する。詳しくは、ステップS22にて算出した尿素水濃度が規定値(例えば32.5%)未満か、否かを判別する。判別結果が真(Yes)で尿素水濃度が規定値(例えば32.5%)未満であれば、ステップS26に進む。また、判別結果が否(No)で尿素水濃度が規定値(例えば32.5%)未満でなければ、本ルーチンをリターンする。 In step S24, it is determined whether or not the urea water is abnormal. Specifically, it is determined whether or not the urea water concentration calculated in step S22 is less than a specified value (for example, 32.5%). If the determination result is true (Yes) and the urea water concentration is less than a specified value (for example, 32.5%), the process proceeds to step S26. If the determination result is NO (No) and the urea aqueous solution concentration is not less than a specified value (for example, 32.5%), this routine is returned.
ステップS26では、尿素水濃度が規定値未満である旨を警報装置50により運転者に警告する。そして、本ルーチンをリターンする。
このように本発明の内燃機関の排気浄化装置では、ディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理が開始され、排ガス温度が所定温度以上となってから、所定時間経過すると、尿素水インジェクタ36から尿素水を噴射して、尿素水が加水分解されて発生するアンモニアを選択還元型触媒28に供給し、選択還元型触媒28にてNOxの浄化を行う。そして、NOxセンサ35及びNOxセンサ37にて、排ガス中のNOx濃度をそれぞれ検出し、当該検出結果に基づいてNOx浄化効率を算出する。そして、当該NOx浄化効率より尿素水濃度を算出し、当該尿素水濃度が規定値(例えば32.5%)未満であると、尿素水濃度が規定値未満である旨を警報装置50により運転者に警告するようにしている。
In step S26, the
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when the regeneration process of the
尿素水の濃度判定前に、ディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理が開始され、所定温度以上の排ガス温度を所定時間維持することで、選択還元型触媒28に吸着している炭化水素(HC)を脱離することができる。
したがって、選択還元型触媒28にHCが吸着することによる窒素酸化物(NOx)の浄化効率の低下を防止することができる。
Before determining the concentration of urea water, the regeneration process of the
Therefore, it is possible to prevent a reduction in nitrogen oxide (NOx) purification efficiency due to adsorption of HC to the
よって、尿素水の濃度判定時に、選択還元型触媒28でのNOxの浄化効率を安定させることができるので、精度良く尿素水の濃度を判定することができる。
また、所定時間を選択還元型浄化触媒28に吸着されているHCの吸着量に基づいて設定しているので、例えばHCの吸着量が多い場合にはディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理の時間を長くすることで、選択還元型浄化触媒28から確実にHCを脱離することができる。
Therefore, when the concentration of urea water is determined, the NOx purification efficiency of the selective
Further, since the predetermined time is set based on the adsorption amount of HC adsorbed on the selective
また、ディーゼルパティキュレートフィルタ26の再生処理中は、ディーゼルパティキュレートフィルタ26内の微粒子状物質(PM)を燃焼させるために排ガス温度が尿素水を加水分解してアンモニアの生成を開始する温度よりも高くなっている。
したがって、尿素水よりアンモニアが生成される量が多くなる、即ち、アンモニア生成率が高くなる。
Further, during the regeneration process of the
Therefore, the amount of ammonia produced is greater than that of urea water, that is, the ammonia production rate is increased.
よって、尿素水からのアンモニア生成率が高く、尿素水が加水分解されずに選択還元型触媒28より排出されることを抑制することができるので、NOxセンサ37にて選択還元型触媒28より排出されるNOxの排出量のみを正確に検出することができる。
また、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理中は、排ガス温度を高温としているためにNOxの排出量が多くなる。
Therefore, the ammonia production rate from the urea water is high, and it is possible to suppress the urea water from being discharged from the
Further, during the regeneration process of the diesel particulate filter, the exhaust gas temperature is high, and thus the amount of NOx emission increases.
したがって、選択還元型触媒28に流入するNOxの流入量が多いので、選択還元型触媒28でのNOxの浄化効率の変化を容易に判定することができる。
よって、NOxセンサ35とNOxセンサ37の検出結果に基づいて、選択還元型触媒28でのNOxの浄化効率を算出して、当該浄化効率より尿素水の濃度を判定することで、精度良く尿素水の濃度を判定することができる。
Therefore, since the inflow amount of NOx flowing into the
Therefore, by calculating the NOx purification efficiency of the
以上で発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の形態は上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、エンジン1を高圧排気還流通路15と低圧排気還流通路41等の排気を吸気に再循環させる排気再循環装置を備えているが、これに限定されるものではなく、もちろんそれらの排気再循環装置の一方のみを備える内燃機関、或いはいずれの排気再循環装置も備えない内燃機関にも適用可能であることはいうまでもない。
Although the description of the embodiment of the invention is finished as above, the embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment.
In the above embodiment, the engine 1 is provided with the exhaust gas recirculation device that recirculates the exhaust of the high pressure exhaust
1 エンジン(内燃機関)
26 ディーゼルパティキュレートフィルタ
28 選択還元型触媒
35 NOxセンサ(第1濃度検出手段)
36 尿素水インジェクタ(尿素水供給手段)
37 NOxセンサ(第2濃度検出手段)
60 エンジンコントロールユニット(炭化水素脱離手段、濃度判定手段)
1 engine (internal combustion engine)
26
36 Urea water injector (urea water supply means)
37 NOx sensor (second concentration detection means)
60 Engine control unit (hydrocarbon desorption means, concentration determination means)
Claims (4)
前記選択還元型触媒に流入する前記窒素酸化物の濃度を検出する第1濃度検出手段と、
前記選択還元型触媒より流出する前記窒素酸化物の濃度を検出する第2濃度検出手段と、
前記選択還元型触媒に吸着した炭化水素の脱離処理を行う炭化水素脱離手段と、
前記炭化水素脱離手段による前記炭化水素の脱離処理の完了後に、前記第1濃度検出手段と前記第2濃度検出手段の検出結果に基づいて算出される前記窒素酸化物の浄化効率に基づき、前記尿素水の濃度を判定する濃度判定手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A selective reduction catalyst for reducing and purifying nitrogen oxides contained in exhaust gas of an internal combustion engine with urea water supplied by urea water supply means;
First concentration detecting means for detecting the concentration of the nitrogen oxide flowing into the selective catalytic reduction catalyst;
Second concentration detecting means for detecting the concentration of the nitrogen oxide flowing out from the selective catalytic reduction catalyst;
Hydrocarbon desorption means for desorbing hydrocarbons adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst;
After completion of the hydrocarbon desorption process by the hydrocarbon desorption means, based on the purification efficiency of the nitrogen oxides calculated based on the detection results of the first concentration detection means and the second concentration detection means, An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: concentration determination means for determining the concentration of the urea water.
ディーゼルパティキュレートフィルタの再生処理は、前記炭化水素の脱離処理を兼ねることを特徴とする、請求項1或いは2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 An upstream of the urea water supply means, comprising a diesel particulate filter that removes particulate matter in the exhaust gas,
The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the regeneration process of the diesel particulate filter also serves as a desorption process of the hydrocarbon.
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