JP2015101988A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、還元剤を用いて排気中のNOxを選択還元する選択還元型触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including a selective reduction catalyst that selectively reduces NOx in exhaust gas using a reducing agent.
従来、内燃機関の排気通路に、アンモニア等の還元剤を用いて排気中の窒素酸化物(NOx)を選択還元する選択還元型触媒(SCR触媒)を備える排気浄化装置が知られている。当該排気浄化装置においては、SCR触媒に流入する排気に、還元剤または還元剤の前駆体が溶解した溶液(例えば、尿素水。以下、「還元剤溶液」ともいう。)が添加される。なお、一般的には、排気中のNOx量を検出するNOxセンサが排気通路に設けられており、当該NOxセンサの検出値に基づいて還元剤溶液の添加が制御される。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an exhaust purification device that includes a selective reduction catalyst (SCR catalyst) that selectively reduces nitrogen oxide (NOx) in exhaust gas using a reducing agent such as ammonia in an exhaust passage of an internal combustion engine. In the exhaust purification apparatus, a solution in which a reducing agent or a reducing agent precursor is dissolved (for example, urea water; hereinafter also referred to as “reducing agent solution”) is added to the exhaust gas flowing into the SCR catalyst. Generally, a NOx sensor that detects the amount of NOx in the exhaust is provided in the exhaust passage, and the addition of the reducing agent solution is controlled based on the detection value of the NOx sensor.
ここで、NOxセンサ内の検出素子が活性状態となるためには、その温度が所定の温度(例えば、約700℃)に維持される必要がある。そのため、一般的なNOxセンサは、電気式のヒータを備えており、通電されることによって検出素子の温度が当該所定の温度近傍で維持される。ここで、排気温度によっては、NOxセンサの検出素子に、排気中の水蒸気が凝縮した凝縮水等が付着する、「被水」と称される事象が生じることがある。検出素子が上述の所定の温度近傍まで加熱されているときに被水すると、熱衝撃によって当該検出素子が破損する、いわゆる「被水割れ」と称される事象が発生する虞がある。 Here, in order for the detection element in the NOx sensor to be in an active state, the temperature needs to be maintained at a predetermined temperature (for example, about 700 ° C.). Therefore, a general NOx sensor includes an electric heater, and the temperature of the detection element is maintained in the vicinity of the predetermined temperature when energized. Here, depending on the exhaust temperature, an event called “water exposure” may occur in which condensed water or the like in which the water vapor in the exhaust is condensed adheres to the detection element of the NOx sensor. If the detection element is exposed to water while being heated to the vicinity of the predetermined temperature described above, there is a possibility that an event referred to as so-called "water cracking" occurs in which the detection element is damaged by thermal shock.
このような不具合に対処するため、例えば特許文献1には、排気通路内の凝縮水の発生量を推定し、推定された発生量の凝縮水が全て気化したと判断されたときに、NOxセンサへの通電を開始する技術が開示されている。また、例えば特許文献2には、排気通路内に凝縮水が発生し得ると判断されたときに、別に設けられた加熱手段を用いて排気通路を加熱することで、凝縮水の発生を防止する技術が開示されている。何れの技術においても、凝縮水の発生が抑制される状態が達成された後に通電を開始することで、NOxセンサの検出素子の被水割れ(以下、単に「NOxセンサの被水割れ」ともいう。)を抑制している。
In order to deal with such a problem, for example, in
ところで、内燃機関の実際の運転状況下においては、凝縮水の発生が抑制される温度まで排気温度が到達しない運転状態が、比較的長時間に亘って継続する場合がある。この場合、上述の特許文献1に記載の技術では、NOxセンサへの通電が停止される期間が長期化するため、還元剤溶液の添加自体が実施できなかったり、実施されたとしても添加制御の精度が低下したりする虞がある。その結果、適切な量の還元剤溶液を供給することが困難になるため、SCR触媒のNOx浄化率(SCR触媒に流入するNOx量に対する、当該SCR触媒で浄化されるNOx量の比率)が低下する虞がある。
By the way, under an actual operating condition of the internal combustion engine, an operating state in which the exhaust temperature does not reach the temperature at which the generation of condensed water is suppressed may continue for a relatively long time. In this case, in the technique described in the above-mentioned
なお、上述の特許文献2に記載の技術は、排気通路の加熱によってNOxセンサの被水を抑制することができるものの、加熱手段としての燃焼バーナを別に設ける必要があり、また、加熱の際には燃料が追加的に消費されるために好ましくない。 Although the technique described in Patent Document 2 described above can suppress the moisture of the NOx sensor by heating the exhaust passage, it is necessary to provide a separate combustion burner as a heating means. Is not preferable because fuel is additionally consumed.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、SCR触媒と、還元剤溶液の添加部と、NOxセンサとが排気通路に設置された内燃機関の排気浄化装置において、当該NOxセンサの被水割れを抑制しながら、還元剤溶液の添加を適切に制御することによって、SCR触媒のNOx浄化率の低下を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an SCR catalyst, a reducing agent solution addition section, and a NOx sensor are installed in an exhaust passage, the NOx sensor It aims at suppressing the fall of the NOx purification rate of a SCR catalyst by controlling addition of a reducing agent solution appropriately, suppressing the cracking of water.
上記した課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤を吸着し、該吸着した還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を選択還元する選択還元型触媒と、
前記排気通路における前記選択還元型触媒よりも上流側に設けられ、前記選択還元型触媒に流入する排気に還元剤または還元剤の前駆体が溶解した溶液を添加する添加部と、
前記排気通路に設けられ、通電されているときに、前記選択還元型触媒に流入する排気中の窒素酸化物量を検出するセンサと、
前記選択還元型触媒に吸着している前記還元剤の吸着量を推定する吸着量推定部と、
前記内燃機関から排出される窒素酸化物の排出量を推定する排出量推定部と、
排気温度が、前記センサが被水し得る所定の温度範囲内にあり、且つ、前記推定された吸着量が所定量以上である場合は、前記センサへの通電を停止した後に、前記推定された排出量に基づいて前記添加部を制御し、前記排気温度が、前記所定の温度範囲内にあり、且つ、前記推定された吸着量が前記所定量未満である場合は、前記センサへの通電を停止した後に、前記排気温度を前記所定の温度範囲を超える温度まで上昇させ、該排気温度の上昇後に前記センサへの通電を開始して得られる検出値に基づいて前記添加部を制御する制御部と、を備えるようにした。
In order to solve the above-described problem, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes:
A selective reduction catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, adsorbs a reducing agent, and selectively reduces nitrogen oxide in exhaust using the adsorbed reducing agent;
An addition unit that is provided upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust passage and adds a solution in which a reducing agent or a precursor of the reducing agent is dissolved in exhaust that flows into the selective reduction catalyst;
A sensor that is provided in the exhaust passage and detects the amount of nitrogen oxide in the exhaust flowing into the selective catalytic reduction catalyst when energized;
An adsorption amount estimation unit for estimating an adsorption amount of the reducing agent adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst;
An emission amount estimation unit for estimating an emission amount of nitrogen oxides discharged from the internal combustion engine;
If the exhaust temperature is within a predetermined temperature range that the sensor can be exposed to water and the estimated adsorption amount is equal to or greater than a predetermined amount, the estimated current amount is stopped after the power supply to the sensor is stopped. The addition unit is controlled based on a discharge amount, and the sensor is energized when the exhaust temperature is within the predetermined temperature range and the estimated adsorption amount is less than the predetermined amount. After stopping, the control unit controls the addition unit based on a detection value obtained by increasing the exhaust temperature to a temperature exceeding the predetermined temperature range and starting energization of the sensor after the exhaust temperature rises And so on.
選択還元型触媒(SCR触媒)は、アンモニア等の還元剤を吸着し、吸着した還元剤を用いた選択還元反応によって排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化する。添加部は、尿素水等の、還元剤または還元剤の前駆体が溶解した溶液(還元剤溶液)を排気に添加する。また、上述のセンサとしては、例えば、排気中のNOxを検出する検出素子と、この検出素子を加熱する電気式ヒータと、を備えるセンサが想定される。この種のセンサは、通電時には、電気式ヒータによって検出素子が活性状態となる所定の温度範囲(約700℃以上)まで加熱される。当該センサを用いることにより、SCR触媒に流入する排気中のNOx量を高精度に把握することができる。なお、当該センサは、SCR触媒よりも上流側に設けてもよい。 The selective reduction catalyst (SCR catalyst) adsorbs a reducing agent such as ammonia, and purifies nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas by a selective reduction reaction using the adsorbed reducing agent. The adding unit adds a solution (reducing agent solution) in which the reducing agent or the reducing agent precursor is dissolved, such as urea water, to the exhaust gas. Further, as the above-described sensor, for example, a sensor including a detection element that detects NOx in exhaust gas and an electric heater that heats the detection element is assumed. When this type of sensor is energized, it is heated by an electric heater to a predetermined temperature range (approximately 700 ° C. or higher) in which the detection element is activated. By using the sensor, the amount of NOx in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst can be grasped with high accuracy. The sensor may be provided on the upstream side of the SCR catalyst.
上述の吸着量推定部は、例えば、添加部による還元剤溶液の添加量の履歴や、内燃機関の運転状態の履歴から、SCR触媒に吸着されている還元剤の吸着量を推定する。なお、推定された吸着量を「推定吸着量」と称する。また、上述の排出量推定部は、例えば、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関から排出されるNOxの排出量を推定する。なお、推定された排出量を「推定排出量」と称する。 For example, the adsorption amount estimation unit estimates the adsorption amount of the reducing agent adsorbed on the SCR catalyst from the history of the addition amount of the reducing agent solution by the addition unit and the history of the operating state of the internal combustion engine. The estimated adsorption amount is referred to as “estimated adsorption amount”. In addition, the above-described emission amount estimation unit estimates, for example, the amount of NOx emitted from the internal combustion engine based on the operating state of the internal combustion engine. The estimated emission amount is referred to as “estimated emission amount”.
ところで、排気通路を流通する排気の温度によっては、排気中の水蒸気が凝縮し得るため、凝縮水の付着によってセンサが被水することがある。また、例えば、添加部の近傍にセンサが設置される構成では、排気温度によっては、排気に添加された還元剤溶液が十分に分散しないままセンサに付着することがあるために、還元剤溶液によるセンサ被水が発生することもある。このように、排気温度とセンサ被水の発生との間には相関関係があるため、センサが被水し得る排気温度の範囲として、所定の温度範囲を定めることができる。当該所定の温度範囲(以下、「被水温度範囲」ともいう。)は、例えば、実験やシミュレーションによって定めることができる。 By the way, depending on the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust passage, the water vapor in the exhaust gas may condense, and the sensor may get wet due to the attachment of condensed water. For example, in a configuration in which a sensor is installed in the vicinity of the addition unit, depending on the exhaust temperature, the reducing agent solution added to the exhaust may adhere to the sensor without being sufficiently dispersed. Sensor moisture may be generated. As described above, since there is a correlation between the exhaust gas temperature and the generation of sensor water, a predetermined temperature range can be determined as the exhaust gas temperature range that the sensor can receive water. The predetermined temperature range (hereinafter, also referred to as “water temperature range”) can be determined by, for example, experiments or simulations.
そこで、本発明に係る排気浄化装置では、排気温度が当該被水温度範囲内にある場合は
、センサへの通電を停止することによって検出素子の加熱を停止し、以ってセンサの被水割れを回避する。ただし、センサへの通電が停止されると、センサの検出値に基づいて添加部による還元剤溶液の添加を制御できなくなるために、当該制御の精度が低下する虞がある。この場合には、十分な量の還元剤溶液を添加することが困難になり得るため、還元剤の不足によるSCR触媒のNOx浄化率の低下が起こり得る。
Therefore, in the exhaust emission control device according to the present invention, when the exhaust temperature is within the water temperature range, heating of the detection element is stopped by stopping energization of the sensor, thereby causing water cracking of the sensor. To avoid. However, when the energization of the sensor is stopped, the addition of the reducing agent solution by the adding unit cannot be controlled based on the detection value of the sensor, and thus the accuracy of the control may be reduced. In this case, since it may be difficult to add a sufficient amount of the reducing agent solution, the NOx purification rate of the SCR catalyst may be reduced due to a shortage of the reducing agent.
ここで、上述のように、SCR触媒は還元剤を吸着するため、センサへの通電停止後においても、SCR触媒内にはある程度の還元剤が存在し得る。この吸着されている還元剤を利用すれば、SCR触媒への還元剤の供給が不足したとしても、当該不足分を補填することができる。つまり、SCR触媒に還元剤が吸着されていれば、還元剤溶液の添加制御の精度低下はある程度許容され得る。 Here, as described above, since the SCR catalyst adsorbs the reducing agent, a certain amount of the reducing agent may exist in the SCR catalyst even after the energization of the sensor is stopped. By using this reducing agent adsorbed, even if the supply of the reducing agent to the SCR catalyst is insufficient, the shortage can be compensated. That is, if the reducing agent is adsorbed on the SCR catalyst, a reduction in accuracy of the reducing agent solution addition control can be tolerated to some extent.
そこで、本発明に係る制御装置では、排気温度が、上述の被水温度範囲内にあり、且つ、還元剤の推定吸着量が所定量以上である場合は、センサへの通電を停止した後に、NOxの推定排出量に基づいて還元剤溶液の添加制御を実施する。ここで、当該添加制御の精度は、センサの検出値に基づく還元剤溶液の添加制御の精度に比して低くなり得るため、還元剤溶液の添加不足による還元剤の供給不足が生じ得る。ただし、当該還元剤の供給不足分は、吸着されている還元剤によって補填され得るため、SCR触媒のNOx浄化率の低下は抑制される。なお、推定吸着量に係る当該所定量は、還元剤の供給不足によってNOx浄化率が許容値未満に低下することを抑制できると判断されるときの推定吸着量とすればよい。この所定量やNOx浄化率の許容値は、実験等によって予め定めることができる。これにより、センサの被水割れを回避しながら、SCR触媒のNOx浄化率が許容値を下回ることを抑制することができる。特に、排気温度が上昇しない運転状態が継続するような場合であっても、推定吸着量が所定量以上である限りは、当該添加制御を実施することによってSCR触媒のNOx浄化率を好適に維持することが可能になる。 Therefore, in the control device according to the present invention, when the exhaust gas temperature is within the above-described wet water temperature range and the estimated adsorption amount of the reducing agent is equal to or greater than a predetermined amount, after energization of the sensor is stopped, The addition control of the reducing agent solution is performed based on the estimated NOx emission amount. Here, since the accuracy of the addition control can be lower than the accuracy of the addition control of the reducing agent solution based on the detection value of the sensor, the supply of the reducing agent can be insufficient due to insufficient addition of the reducing agent solution. However, since the supply shortage of the reducing agent can be compensated for by the adsorbed reducing agent, a decrease in the NOx purification rate of the SCR catalyst is suppressed. Note that the predetermined amount related to the estimated amount of adsorption may be an estimated amount of adsorption when it is determined that the NOx purification rate can be prevented from decreasing below the allowable value due to insufficient supply of the reducing agent. The predetermined amount and the allowable value of the NOx purification rate can be determined in advance by experiments or the like. Thereby, it is possible to prevent the NOx purification rate of the SCR catalyst from falling below the allowable value while avoiding water cracking of the sensor. In particular, even when the operation state in which the exhaust temperature does not rise continues, as long as the estimated adsorption amount is a predetermined amount or more, the NOx purification rate of the SCR catalyst is suitably maintained by performing the addition control. It becomes possible to do.
なお、本発明に係る制御装置では、排気温度が上述の被水温度範囲内にあり、且つ、還元剤の推定吸着量が所定量未満である場合は、センサへの通電が停止された後に、排気温度が被水温度範囲を超える温度まで上昇される。そして、排気温度の上昇後にセンサへの通電が開始され、その後に得られる検出値に基づいて添加部による還元剤溶液の添加が制御される。これにより、センサの被水割れを抑制しながら、高精度な添加制御によってSCR触媒のNOx浄化率を好適に維持することが可能になる。また、本発明によれば、排気温度の上昇は、推定吸着量が所定量未満であるときに限られる。これにより、排気温度の上昇運転の実施頻度が低減されるため、内燃機関の燃費の低下が抑制される。 In the control device according to the present invention, when the exhaust gas temperature is within the above-described wet water temperature range and the estimated adsorption amount of the reducing agent is less than the predetermined amount, the energization to the sensor is stopped, The exhaust temperature is raised to a temperature exceeding the wet temperature range. Then, energization of the sensor is started after the exhaust temperature rises, and the addition of the reducing agent solution by the adding unit is controlled based on the detection value obtained thereafter. As a result, it is possible to suitably maintain the NOx purification rate of the SCR catalyst by highly accurate addition control while suppressing water cracking of the sensor. Further, according to the present invention, the increase in the exhaust gas temperature is limited when the estimated adsorption amount is less than the predetermined amount. As a result, the frequency of exhaust gas temperature increasing operation is reduced, so that a reduction in fuel consumption of the internal combustion engine is suppressed.
本発明によれば、SCR触媒と、還元剤溶液の添加部と、NOxセンサとが排気通路に設置された内燃機関の排気浄化装置において、当該NOxセンサの被水割れを抑制しながら、還元剤溶液の添加を適切に制御することによって、SCR触媒のNOx浄化率の低下を抑制することが可能になる。 According to the present invention, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an SCR catalyst, a reducing agent solution addition portion, and a NOx sensor are installed in an exhaust passage, the reducing agent is suppressed while preventing water cracking of the NOx sensor. By appropriately controlling the addition of the solution, it is possible to suppress a decrease in the NOx purification rate of the SCR catalyst.
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範
囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
[実施例]
本発明の実施例について図面を用いて説明する。図1は、本発明が適用される内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、複数の気筒を有する自動車用のディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る排気浄化装置が適用可能な内燃機関はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジンや他の種類の内燃機関であってもよい。
[Example]
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied and its exhaust purification device. An
内燃機関1には排気通路2が接続されている。排気通路2に設けられたケーシング3の内部には、上流側から順に、酸化触媒4、ミキサ5及びSCRF6が設置されている。また、ミキサ5内には、尿素水添加弁7、第1NOxセンサ8、温度センサ9及び差圧センサ10の上流側の排気圧センサが設置されている。そして、排気通路2におけるケーシング3よりも下流側には、差圧センサ10の下流側の排気圧センサ、A/Fセンサ11及び第2NOxセンサ12が設置されている。また、内燃機関1には、内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU100が併設されている。尿素水添加弁7は、ECU100に電気的に接続されており、ECU100によって制御される。また、第1NOxセンサ8等のセンサは、ECU100に電気的に接続されており、これらからの出力信号がECU100に入力される。
An exhaust passage 2 is connected to the
酸化触媒4は、内燃機関1から排出された排気中の未燃燃料や一酸化炭素等を酸化する。ミキサ5は、複数枚の分散板から構成されており、尿素水添加弁7から添加される尿素水を、SCRF6に流入する排気中で均一に分散させる。SCRF6は、排気中のPMを捕集するウォールフロー型のフィルタにSCR触媒が担持(コーティング)されたものである。尿素水添加弁7は、アンモニアの前駆体としての尿素が溶解した尿素水をSCRF6に流入する排気に添加する。ここで、尿素水内の尿素は、SCRF6内において加水分解されることによってアンモニアを生成する。SCRF6は、このようにして生成されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として用いた選択還元反応によって排気中のNOxを浄化する。なお、本実施例においては、SCRF6及び尿素水添加弁7が、それぞれ本発明に係る選択還元型触媒及び添加部に相当する。また、SCRF6の替わりに、排気中のPMを捕集するフィルタ(DPF)と、SCR触媒とを別個に設けてもよい。この場合には、酸化触媒4の直下にDPFを配置すると共に、ミキサ5の直下にSCR触媒を配置するとよい。また、排気通路2におけるケーシング3よりも下流側に、更にSCR触媒を設置してもよい。また、尿素水添加弁7は、尿素水に替えて、アンモニアが溶解したアンモニア水を添加してもよい。何れの溶液も、不図示のタンクから尿素水添加弁7まで圧送される。
The oxidation catalyst 4 oxidizes unburned fuel, carbon monoxide and the like in the exhaust discharged from the
第1NOxセンサ8は、SCRF6に流入する排気中のNOx量を検出する。第1NOxセンサ8は、検出素子と、この検出素子を所定の活性温度(約700℃)まで加熱する電気式ヒータとを内部に備えている。ECU100からの通電時には、電気式ヒータによって検出素子の温度が活性温度に維持されるため、第1NOxセンサ8は排気中のNOx量を検出することができる。なお、本実施例においては、この第1NOxセンサ8が、本発明に係るセンサに相当する。
The first NOx sensor 8 detects the amount of NOx in the exhaust gas flowing into the
温度センサ9は、SCRF6に流入する排気の温度を検出する。差圧センサ10は、上流側と下流側のセンサを用いてSCRF6の前後差圧を検出する。A/Fセンサ11は、SCRF6から流出した排気の空燃比を検出する。第2NOxセンサ12は、第1NOxセンサ8と同様の構成を有しており、SCRF6から流出した排気中のNOx量を検出する。なお、各種センサ類の設置位置や設置個数は適宜変更してもよい。また、ECU100には、内燃機関1のクランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ
13と、車両が備えるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ14とが電気的に接続されており、これらからの出力信号がECU100に入力される。ECU100は、各センサからの出力信号に基づいて内燃機関1の運転状態を把握し、燃料噴射量の制御等を実施する。
The temperature sensor 9 detects the temperature of the exhaust gas flowing into the
以上のように構成された排気浄化装置においては、ECU100は、原則として、第1NOxセンサ8の検出値に基づいて、SCRF6のNOx浄化率が所望の値となるように、SCRF6に流入する排気中のNOx量に応じた量の尿素水を尿素水添加弁7から添加する。ただし、排気温度によっては、尿素水添加弁7から添加された尿素水の付着によって、第1NOxセンサ8の被水が発生し得る。特に、本実施例に係る排気浄化装置のように、尿素水添加弁7の近傍に第1NOxセンサ8が設置される構成では、当該センサの被水が発生する傾向にある。また、排気温度によっては、排気中の水蒸気が凝縮した凝縮水によって第1NOxセンサ8が被水する場合もある。ここで、内部の検出素子が上述の所定の活性温度まで加熱されているときに第1NOxセンサ8が被水すると、熱衝撃によって当該検出素子が破損する被水割れが発生する虞がある。そこで、本実施例においては、第1NOxセンサ8の被水割れを回避するために、第1NOxセンサ8の被水が生じ得る程度に排気温度が低い場合には、第1NOxセンサ8への通電を停止して当該センサの加熱を停止する。ただし、通電が停止されると、当該センサからの出力が得られなくなるために、尿素水添加弁7による尿素水の添加を高精度に制御できなくなる虞がある。この場合には、添加される尿素水の不足によって、SCRF6に供給されるアンモニアが不足し得る。
In the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the
なお、SCRF6はアンモニアを吸着するため、第1NOxセンサ8への通電停止後においても、SCRF6内にはある程度のアンモニアが存在し得る。ここで、第1NOxセンサ8の近傍の排気温度が、当該センサが被水し得る温度範囲内(被水温度範囲内)にある場合における、SCRF6のアンモニア吸着量とNOx浄化率との関係について、図2を用いて説明する。なお、図2には当該関係を示すグラフが示されており、横軸がアンモニア吸着量(NH3吸着量)を示し、縦軸がNOx浄化率を示している。また、SCRF6の温度(床温)は、坦持されているSCR触媒の活性温度以上である。
Since
図2に示されるように、SCRF6のNOx浄化率はアンモニアの吸着量に依存しており、アンモニア吸着量が相対的に多いときには、SCRF6のNOx浄化率が相対的に高くなっている。これは、排気温度が被水温度範囲内にある場合は、SCRF6に流入する排気の温度も同程度に低くなるために、SCRF6に坦持されたSCR触媒の床温が十分に上昇していないことに起因する。つまり、この場合には、SCR触媒は活性しているものの、その程度が比較的に低くなり得るために、SCRF6のNOx浄化率が、アンモニアの吸着量により強く依存するようになる。したがって、SCRF6の状態が、例えば、アンモニア吸着量が比較的に少ない状態1にある場合は、尿素水の添加不足によってアンモニアの供給が不足すると、アンモニア吸着量の減少によってNOx浄化率が比較的に大きく低下し得る。つまり、この場合は、尿素水の添加を高精度に制御する必要性が高いために、第1NOxセンサ8への通電を早期に再開して、当該センサの検出値に基づく添加制御を実施することが望ましい。
As shown in FIG. 2, the NOx purification rate of SCRF6 depends on the ammonia adsorption amount. When the ammonia adsorption amount is relatively large, the NOx purification rate of SCRF6 is relatively high. This is because when the exhaust gas temperature is within the water temperature range, the temperature of the exhaust gas flowing into the
これに対し、SCRF6の状態が、例えば、アンモニア吸着量が比較的に多い状態2にある場合は、尿素水の添加不足によってアンモニアの供給が不足しても、吸着されているアンモニアによって供給不足分が補填されるため、SCRF6のNOx浄化率を維持することができる。つまり、SCRF6に、十分な量のアンモニアが吸着されている限りは、尿素水の添加制御の精度低下は許容され得る。
On the other hand, when the state of
そこで、本実施例においては、第1NOxセンサ8への通電停止後において、SCRF
6のアンモニア吸着量が推定される。そして、推定吸着量が十分に多い場合は、吸着されているアンモニアによって供給不足分が補填されることを前提に、NOxの推定排出量に基づいて尿素水添加弁7による尿素水の添加が制御される。以下、本実施例における尿素水の添加制御の実行手順について図3を用いて説明する。図3は、本発明に係る制御部としてのECU100によって実行される添加制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、ECU100に記憶されており、周期的に実行される。なお、本ルーチンは、SCRF6に坦持されているSCR触媒の床温が、その活性温度以上であることを前提としている。
Therefore, in this embodiment, after the energization of the first NOx sensor 8 is stopped, the SCRF
An ammonia adsorption amount of 6 is estimated. When the estimated adsorption amount is sufficiently large, the urea water addition by the urea water addition valve 7 is controlled based on the estimated NOx discharge amount on the assumption that the supply shortage is compensated by the adsorbed ammonia. Is done. Hereinafter, the execution procedure of the urea water addition control in this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing an addition control routine executed by the
まず、ステップS101において、ECU100は、第1NOxセンサ8の近傍における排気の温度が、上述の被水温度範囲内にあるか否かを判定する。なお、既に述べたように、排気温度と第1NOxセンサ8の被水の発生との間には相関関係があるため、この被水温度範囲は、実験やシミュレーション等によって予め定めておくことができる。また、第1NOxセンサ8の近傍の排気温度は、温度センサ9の検出値を用いればよい。
First, in step S101, the
ステップS101において肯定判定が下された場合、ECU100は、ステップS102に進み、第1NOxセンサ8への通電を停止する。これにより、当該センサの被水割れを未然に回避することが可能になる。
If an affirmative determination is made in step S101, the
次に、ECU100は、ステップS103へ進み、SCRF6内のアンモニアの吸着量が所定量以上であるか否かを判定する。ここで、ECU100は、以前に実施された尿素水添加の履歴や、内燃機関1の運転状態の履歴から、SCRF6に吸着されているアンモニアの吸着量を推定し、更に、当該推定吸着量が所定量以上であるか否かを判定する。この所定量は、アンモニアの供給不足をSCRF6に吸着されているアンモニアを用いて補填することによって、SCRF6のNOx浄化率が許容値未満に低下することを抑制できると判断されるときの推定吸着量である。なお、この所定量やNOx浄化率の許容値は、実験等によって予め定めておけばよい。本ステップにおいて肯定判定が下された場合、ECU100は、ステップS104に進む。なお、本ステップにおいてアンモニアの推定吸着量を推定するECU100が、本発明に係る吸着量推定部に相当する。
Next, the
ステップS104において、ECU100は、NOxの推定排出量に基づいて、尿素水添加弁7による尿素水添加を制御する。なお、ECU100は、内燃機関1の運転状態に基づいてNOxの推定排出量を推定する。既に述べたように、当該制御において、尿素水の添加不足によるアンモニアの供給不足が生じたとしても、当該供給不足分は、SCRF6に吸着されているアンモニアによって補填され得る。したがって、SCRF6のNOx浄化率は許容値以上で維持される。本ステップが実施されると、本ルーチンは終了される。なお、本ステップにおいて、NOxの推定排出量を推定するECU100が、本発明に係る排出量推定部に相当する。
In step S104, the
一方、ステップS103において否定判定が下された場合、ECU100は、第1NOxセンサ8への通電を開始するために、ステップS105に進んで排気温度を上昇させる。具体的には、内燃機関1の運転状態が、燃料噴射量の増量等が実施される排気上昇運転に切り換えられる。本ステップが実施されると、本ルーチンは終了される。
On the other hand, if a negative determination is made in step S103, the
なお、ステップS101で否定判定が下された場合は、排気温度が十分に高いために第1NOxセンサ8の被水は発生し得ないことを意味する。そこで、ECU100は、ステップS106へ進み、当該センサへの通電を許可する。そして、ECU100は、ステップS107へ進み、第1NOxセンサ8の検出値に基づいて、尿素水添加弁7を制御する。これにより、SCRF6に適切な量のアンモニアを供給することができるため、そのNOx浄化率を所望の値で好適に維持することが可能になる。
When a negative determination is made in step S101, it means that the first NOx sensor 8 cannot be wet because the exhaust gas temperature is sufficiently high. Therefore, the
なお、ステップS105が実施されることによって、排気温度が被水温度範囲を超える温度まで上昇された後に本ルーチンが再び実行された場合には、ステップS101において否定判定が下されるため、ステップS106において第1NOxセンサ8への通電が開始される。つまり、本実施例によれば、排気温度が被水温度範囲内にあり、且つ、アンモニアの推定吸着量が所定量未満である場合は、第1NOxセンサ8の被水が生じ得ない温度まで排気温度が上昇された後に、当該センサへの通電が開始される。したがって、本実施例によれば、第1NOxセンサ8の被水割れを抑制しながら、当該センサを活性化させることによって、SCRF6のNOx浄化率を好適に維持することが可能になる。
In addition, when step S105 is performed and this routine is executed again after the exhaust gas temperature has risen to a temperature exceeding the water temperature range, a negative determination is made in step S101, so step S106 is performed. Then, energization of the first NOx sensor 8 is started. That is, according to the present embodiment, when the exhaust gas temperature is within the wet water temperature range and the estimated ammonia adsorption amount is less than the predetermined amount, the exhaust gas is exhausted to a temperature at which the first NOx sensor 8 cannot be wet. After the temperature is raised, energization of the sensor is started. Therefore, according to the present embodiment, the NOx purification rate of the
以上より、本実施例によれば、第1NOxセンサ8の被水割れが生じ得る程度に排気温度が低い場合であっても、当該センサの被水割れを回避しながら、SCRF6のNOx浄化率を許容値以上で維持することが可能になる。特に排気温度が上昇しない運転状態が継続するような場合であっても、アンモニアの推定吸着量が上述の所定量以上である限りは、NOxの推定排出量に基づく添加制御が実施されることによって、SCRF6のNOx浄化率が好適に維持される。また、本実施例によれば、第1NOxセンサ8への通電を開始するための排気温度の上昇は、アンモニアの推定吸着量が上述の所定量未満である場合に限られるため、内燃機関1の燃費の低下を抑制することが可能になる。
As described above, according to the present embodiment, even when the exhaust temperature is low enough to cause water cracking of the first NOx sensor 8, the NOx purification rate of the
1 内燃機関
2 排気通路
6 SCRF
7 尿素水添加弁
8 第1NOxセンサ
100 ECU
1 Internal combustion engine 2
7 Urea water addition valve 8
Claims (1)
前記排気通路における前記選択還元型触媒よりも上流側に設けられ、前記選択還元型触媒に流入する排気に還元剤または還元剤の前駆体が溶解した溶液を添加する添加部と、
前記排気通路に設けられ、通電されているときに、前記選択還元型触媒に流入する排気中の窒素酸化物量を検出するセンサと、
前記選択還元型触媒に吸着している前記還元剤の吸着量を推定する吸着量推定部と、
前記内燃機関から排出される窒素酸化物の排出量を推定する排出量推定部と、
排気温度が、前記センサが被水し得る所定の温度範囲内にあり、且つ、前記推定された吸着量が所定量以上である場合は、前記センサへの通電を停止した後に、前記推定された排出量に基づいて前記添加部を制御し、前記排気温度が、前記所定の温度範囲内にあり、且つ、前記推定された吸着量が前記所定量未満である場合は、前記センサへの通電を停止した後に、前記排気温度を前記所定の温度範囲を超える温度まで上昇させ、該排気温度の上昇後に前記センサへの通電を開始して得られる検出値に基づいて前記添加部を制御する制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。 A selective reduction catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, adsorbs a reducing agent, and selectively reduces nitrogen oxide in exhaust using the adsorbed reducing agent;
An addition unit that is provided upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust passage and adds a solution in which a reducing agent or a precursor of the reducing agent is dissolved in exhaust that flows into the selective reduction catalyst;
A sensor that is provided in the exhaust passage and detects the amount of nitrogen oxide in the exhaust flowing into the selective catalytic reduction catalyst when energized;
An adsorption amount estimation unit for estimating an adsorption amount of the reducing agent adsorbed on the selective catalytic reduction catalyst;
An emission amount estimation unit for estimating an emission amount of nitrogen oxides discharged from the internal combustion engine;
If the exhaust temperature is within a predetermined temperature range that the sensor can be exposed to water and the estimated adsorption amount is equal to or greater than a predetermined amount, the estimated current amount is stopped after the power supply to the sensor is stopped. The addition unit is controlled based on a discharge amount, and the sensor is energized when the exhaust temperature is within the predetermined temperature range and the estimated adsorption amount is less than the predetermined amount. After stopping, the control unit controls the addition unit based on a detection value obtained by increasing the exhaust temperature to a temperature exceeding the predetermined temperature range and starting energization of the sensor after the exhaust temperature rises When,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.
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JP2013241902A JP2015101988A (en) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
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JP2018168768A (en) * | 2017-03-30 | 2018-11-01 | 日産ライトトラック株式会社 | Air fuel ratio sensor controller and air fuel ratio sensor control method |
-
2013
- 2013-11-22 JP JP2013241902A patent/JP2015101988A/en active Pending
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