JP2015110922A - Exhaust emission control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置に関し、特に、排気中の窒素化合物を還元浄化する排気浄化触媒を備えた排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device, and more particularly to an exhaust purification device including an exhaust purification catalyst that reduces and purifies nitrogen compounds in exhaust gas.
ディーゼルエンジン等の排気系に設けられる排気浄化触媒として、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニア(NH3)を還元剤として排気中の窒素化合物(NOx)を選択的に還元浄化する選択的還元触媒(Selective Catalytic Reduction:SCR)が知られている。 As an exhaust purification catalyst provided in an exhaust system of a diesel engine or the like, selective reduction and purification of nitrogen compounds (NOx) in exhaust gas using ammonia (NH 3 ) hydrolyzed from urea water as a reducing agent Reduction catalysts (Selective Catalytic Reduction: SCR) are known.
一般的に、SCRのNH3吸着量やNOx浄化性能は、SCRの内部温度に依存して変化する。そのため、尿素水噴射量を最適に制御するには、SCRの内部温度を正確に把握することが重要となる。 In general, the NH 3 adsorption amount and NOx purification performance of the SCR vary depending on the internal temperature of the SCR. Therefore, in order to optimally control the urea water injection amount, it is important to accurately grasp the internal temperature of the SCR.
尿素水噴射量をSCR温度に基づいて制御する技術として、例えば、SCRの前後に配置した排気温度センサの検出値からSCRの内部温度を推定し、推定した内部温度に応じて尿素水噴射量を適宜調整する手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a technique for controlling the urea water injection amount based on the SCR temperature, for example, the internal temperature of the SCR is estimated from the detected values of the exhaust temperature sensors arranged before and after the SCR, and the urea water injection amount is set according to the estimated internal temperature. A technique for appropriately adjusting is known (for example, see Patent Document 1).
ところで、排気温度センサは、SCRの内部に直接的に設けることができないため、SCR内部温度を正確に検出できない課題がある。また、SCRのNH3吸着量は、SCRの内部温度や劣化度合によって変化するため、尿素水噴射量を排気温度センサのセンサ値に基づいて制御する技術では、内部温度や劣化度合に応じた最適な噴射量を設定できない可能性がある。 By the way, since the exhaust temperature sensor cannot be provided directly inside the SCR, there is a problem that the internal temperature of the SCR cannot be accurately detected. Further, since the NH 3 adsorption amount of the SCR changes depending on the internal temperature and the deterioration degree of the SCR, the technology for controlling the urea water injection amount based on the sensor value of the exhaust temperature sensor is optimal according to the internal temperature and the deterioration degree. May not be able to set the correct injection amount.
本発明の目的は、尿素水噴射量をSCRの劣化度合に応じた最適な噴射量で制御することにある。 An object of the present invention is to control the urea water injection amount with an optimal injection amount corresponding to the degree of deterioration of the SCR.
上述の目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられ、尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として排気中に含まれる窒素化合物を還元浄化する選択的還元触媒と、前記選択的還元触媒に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、前記選択的還元触媒の静電容量を検出する静電容量検出手段と、前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記選択的還元触媒の内部温度を演算する内部温度演算手段と、前記内部温度演算手段から入力される内部温度に基づいて、前記選択的還元触媒の劣化状態を推定する劣化状態推定手段と、少なくとも前記内燃機関の運転状態に応じて設定される所定の基準噴射量に基づいて、前記尿素水噴射手段の尿素水噴射を制御する噴射制御手段と、前記劣化状態推定手段から入力される前記選択的還元触媒の劣化状態に応じて前記基準噴射量を補正する噴射量補正手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, an exhaust purification apparatus of the present invention is provided in an exhaust system of an internal combustion engine, and selectively reduces and purifies nitrogen compounds contained in exhaust using ammonia generated from urea water as a reducing agent. A catalyst, urea water injection means for injecting urea water to the selective reduction catalyst, electrostatic capacity detection means for detecting electrostatic capacity of the selective reduction catalyst, and static electricity input from the electrostatic capacity detection means An internal temperature calculation means for calculating the internal temperature of the selective reduction catalyst based on the electric capacity, and a deterioration for estimating the deterioration state of the selective reduction catalyst based on the internal temperature input from the internal temperature calculation means State estimation means, injection control means for controlling urea water injection of the urea water injection means based on at least a predetermined reference injection amount set according to the operating state of the internal combustion engine, and the deterioration state estimation Characterized in that it comprises a injection amount correction means for correcting the reference injection amount in accordance with the deterioration state of the selective reduction catalyst that is input from the stage.
また、前記噴射量補正手段は、前記劣化状態推定手段から入力される劣化状態に基づいて、前記選択的還元触媒の還元剤吸着能力を求めると共に、当該還元剤吸着能力に応じた噴射補正量で前記基準噴射量を補正するものでもよい。 The injection amount correction means obtains the reducing agent adsorption capacity of the selective reduction catalyst based on the deterioration state input from the deterioration state estimation means, and uses an injection correction amount corresponding to the reducing agent adsorption capacity. The reference injection amount may be corrected.
また、前記静電容量検出手段が、前記選択的還元触媒内に一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する少なくとも一対の電極で構成されてもよい。 Further, the capacitance detection means may be composed of at least a pair of electrodes that are disposed opposite to each other with one or more partition walls in the selective reduction catalyst to form a capacitor.
本発明の排気浄化装置によれば、尿素水噴射量をSCRの劣化度合に応じた最適な噴射量で制御することができる。 According to the exhaust emission control device of the present invention, the urea water injection amount can be controlled with an optimal injection amount corresponding to the degree of deterioration of the SCR.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10には、吸気マニホールド10aと排気マニホールド10bとが設けられている。吸気マニホールド10aには新気を導入する吸気通路11が接続され、排気マニホールド10bには排気を大気に放出する排気通路12が接続されている。
As shown in FIG. 1, a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is provided with an
吸気通路11には、吸気上流側から順に、エアクリーナ13、過給機15のコンプレッサ15a、インタークーラ17等が設けられている。排気通路12には、排気上流側から順に、過給機15のタービン15b、排気後処理装置20等が設けられている。なお、図1中において、符号18はエンジン回転数センサ、符号19はアクセル開度センサを示している。
In the
排気後処理装置20は、排気上流側から順に、尿素水噴射装置21と、ケース20a内に収容されたSCR22とを備えて構成されている。
The
尿素水噴射装置21は、本発明の尿素水噴射手段の一例であって、電子制御ユニット(以下、ECU)50から入力される指示信号に応じて、SCR22よりも上流側の排気通路12内に、図示しない尿素水タンク内の尿素水を噴射する。噴射された尿素水は排気熱により加水分解されてNH3に生成され、下流側のSCR22に還元剤として供給される。
The urea
SCR22は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にゼオライト等を担持して形成されており、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを備えて構成されている。SCR22は、還元剤として供給されるNH3を吸着すると共に、吸着したNH3で通過する排気ガス中からNOxを選択的に還元浄化する。
The
また、本実施形態のSCR22には、少なくとも一個以上の隔壁を挟んで対向配置されてコンデンサを形成する複数本の電極27が設けられている。これら複数本の電極27は、本発明の静電容量検出手段の一例として好ましい。
In addition, the
ECU50は、エンジン10や尿素水噴射装置21等の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。
The ECU 50 performs various controls of the
また、ECU50は、図2に示すように、SCR内部温度演算部51と、SCR劣化度合演算部52と、尿素水噴射制御部53と、噴射量補正部54とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるECU50に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
Further, as shown in FIG. 2, the ECU 50 includes an SCR internal
SCR内部温度演算部51は、本発明の内部温度演算手段の一例であって、電極27間の静電容量Cに基づいて、SCR22の内部温度TSCRを演算する。一般的に、電極27間の静電容量Cは、電極27間の媒体の誘電率ε、電極27の面積S、電極27間の距離dとする以下の数式1で表される。
The SCR internal
数式1において、電極27の面積S及び距離dは一定であり、誘電率εが排気温度の影響を受けて変化すると、これに伴い静電容量Cも変化する。すなわち、電極27間の静電容量Cを検出すれば、SCR22の内部温度TSCRを演算することができる。
In Formula 1, the area S and the distance d of the
ECU50には、予め実験等により求めた静電容量CとSCR内部温度Tとの関係を示す静電容量・温度特性マップ(例えば、図3参照)が記憶されている。SCR内部温度演算部51は、この静電容量・温度特性マップから電極27間の静電容量Cに対応する値を読み取ることで、SCR22の内部温度TSCRを演算する。なお、内部温度TSCRの演算はマップに限定されず、予め実験等により作成した近似式等から求めてもよい。
The
SCR劣化度合演算部52は、本発明の劣化状態推定手段の一例であって、SCR内部温度演算部51から入力される内部温度TSCR(SCR22内の実反応熱)に基づいて、SCR22の劣化度合DEGLEVELを演算する。より詳しくは、ECU50には、予め実験等により求めた正常なSCR(例えば、新品)の基準反応熱が記憶されている。SCR劣化度合演算部52は、この基準反応熱と内部温度TSCRから求められる実反応熱とを比較することで、SCR22の劣化度合DEGLEVELを演算する。なお、劣化度合DEGLEVELは、予め実験等により作成したマップや近似式等から求めてもよい。
The SCR deterioration
尿素水噴射制御部53は、本発明の噴射制御手段の一例であって、エンジン10の運転状態等に基づいて尿素水噴射装置21の尿素水噴射量を制御する。より詳しくは、尿素水噴射制御部53は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qからエンジン10のNOx排出量を演算すると共に、このNOx排出量に応じて必要になる尿素水の基本噴射量INJU_stdを設定する。この基本噴射量INJU_stdは、後述する噴射量補正部54によって必要に応じて補正される。
The urea water
噴射量補正部54は、本発明の噴射量補正手段の一例であって、尿素水噴射制御部53で設定された基本噴射量INJU_stdを、SCR内部温度演算部51から入力される内部温度TSCR及び、SCR劣化度合演算部52から入力される劣化度合DEGLEVELに基づいて補正する。
The injection
より詳しくは、ECU50には、予め実験等により作成した正常なSCR(例えば、新品)の内部温度TSCRとNH3吸着可能量(以下、基準吸着可能量STNH3_MAX)との関係を示すNH3吸着可能量マップ(例えば、図4参照)が記憶されている。さらに、このNH3吸着可能量マップ上には、各劣化度合毎の内部温度TSCRと劣化後のNH3吸着可能量(以下、劣化後吸着可能量STNH3_n)との関係も規定されている。
More specifically, the
噴射量補正部54は、NH3吸着可能量マップから、現在の内部温度TSCRに対応する基準吸着可能量STNH3_MAXと劣化後吸着可能量STNH3_nとの吸着量偏差ΔSTNH3を読み取ると共に、この吸着量偏差ΔSTNH3に相当する噴射補正量ΔINJに基づいて、基本噴射量INJU_stdを減少補正する(INJU_exh=INJU_std−ΔINJ)。補正後の尿素水噴射は、尿素水噴射装置21のインジェクタ(不図示)に印加される各噴射の通電パルス幅を短くするか、あるいは噴射回数を減らすことで実行される。
The injection
次に、図5に基づいて、本実施形態の排気浄化装置による制御フローを説明する。なお、本制御はイグニッションキーのON操作と同時にスタートする。 Next, based on FIG. 5, the control flow by the exhaust emission control device of the present embodiment will be described. Note that this control starts simultaneously with the ON operation of the ignition key.
ステップ(以下、ステップを単にSと記載する)100では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qから演算されるエンジン10のNOx排出量に応じて、尿素水の基本噴射量INJU_stdが設定される。
In step (hereinafter, step is simply referred to as S) 100, the basic injection amount INJ U_std of urea water is set according to the NOx emission amount of the
S110では、電極27間の静電容量Cに基づいてSCR22の内部温度TSCRが演算され、さらに、S120では、S110で演算された内部温度TSCRに基づいて、SCR22の劣化度合DEGLEVELが演算される。
In S110, the internal temperature TSCR of the SCR 22 is calculated based on the capacitance C between the
S130では、NH3吸着可能量マップ(図4)から、S110で演算された内部温度TSCRに対応する基準吸着可能量STNH3_MAX及び、S120で演算された劣化度合DEGLEVELに対応する劣化後吸着可能量STNH3_nが読み取られると共に、これら基準吸着可能量STNH3_MAXと劣化後吸着可能量STNH3_nとの吸着量偏差ΔSTNH3が演算される。 In S130, NH 3 adsorption capacity map (FIG. 4), the reference adsorption capacity ST NH3 - MAX and corresponding to the internal temperature T SCR calculated in S110, the post-adsorption deterioration corresponding to the deterioration degree the DEG LEVEL calculated in S120 The possible amount ST NH3_n is read, and an adsorption amount deviation ΔST NH3 between the reference adsorbable amount ST NH3_MAX and the post- degradable adsorbable amount ST NH3_n is calculated.
S140では、S130で演算された吸着量偏差ΔSTNH3が所定の閾値よりも多いか否かが判定される。吸着量偏差ΔSTNH3が所定の閾値よりも多い場合(Yes)は、S150に進み、吸着量偏差ΔSTNH3に相当する噴射補正量ΔINJに基づいて、基本噴射量INJU_stdが減少補正される(INJU_exh=INJU_std−ΔINJ)。さらに、S160では、補正後の噴射量INJU_exhに基づいて、尿素水噴射装置21の尿素水噴射が実行される。
In S140, it is determined whether or not the adsorption amount deviation ΔST NH3 calculated in S130 is larger than a predetermined threshold value. If the adsorption amount deviation ΔST NH3 is larger than the predetermined threshold (Yes), the process proceeds to S150, and the basic injection amount INJ U_std is corrected to decrease based on the injection correction amount ΔINJ corresponding to the adsorption amount deviation ΔST NH3 (INJ). U_exh = INJ U_std− ΔINJ). Further, in S160, the urea water injection of the urea
一方、S140で、吸着量偏差ΔSTNH3が所定の閾値未満の場合(No)は、S170に進み、補正を行うことなく、S100で設定した基本噴射量INJU_stdに基づいて尿素水噴射装置21の尿素水噴射が実行される。その後、上述のS100〜170の各制御ステップは、イグニッションキーのOFF操作まで繰り返し実行される。
On the other hand, if the adsorption amount deviation ΔST NH3 is less than the predetermined threshold value in S140 (No), the process proceeds to S170, and the correction of the
次に、本実施形態に係る排気浄化装置による作用効果を説明する。 Next, functions and effects of the exhaust emission control device according to the present embodiment will be described.
図6に示すように、電極27間の静電容量Cは、排気温度(SCR内部温度)の変化に対して排気温度センサのセンサ値よりも速い応答性を示す特性がある。すなわち、SCR22内に直接的に配置した電極27間の静電容量Cを用いれば、SCR22の前後に設けた排気温度センサのセンサ値よりも、SCR22の内部温度TSCRを正確に検出することが可能になる。
As shown in FIG. 6, the capacitance C between the
本実施形態の排気浄化装置では、電極27間の静電容量Cから演算されるSCR22の内部温度TSCRに基づいてSCR22の劣化度合DEGLEVELを演算すると共に、この劣化度合DEGLEVELに応じたNH3吸着可能量に基づいて、尿素水噴射量を補正している。すなわち、SCR22の劣化度合DEGLEVELを考慮したNH3吸着可能量に基づいて尿素水噴射量を補正することで、SCR前後の排気温度センサから推定した内部温度のみを考慮する従来技術に比べ、尿素水噴射量の最適化が確実に図られるように構成されている。
NH in the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, while calculating the deterioration degree the DEG LEVEL of SCR22 based on the internal temperature T SCR of SCR22 which is calculated from the capacitance C between the
したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、尿素水噴射量をSCR22の劣化度合に応じて最適に制御することが可能となり、SCR22のNOx浄化性能を効果的に向上することができる。また、尿素水噴射量の最適化が図られることで、SCR22からのNH3スリップを効果的に抑止することが可能になる。さらに、SCR22の下流側に余剰のNH3を酸化除去する酸化触媒等を配置する必要がなくなり、装置全体のコストや重量・サイズ等を効果的に低減することも可能になる。
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, the urea water injection amount can be optimally controlled according to the degree of deterioration of the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
例えば、電極27の本数は少なくとも一対以上であればよく、図示例に限定されるものではない。また、エンジン10はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することが可能である。
For example, the number of the
10 エンジン
12 排気通路
18 エンジン回転数センサ
19 アクセル開度センサ
20 排気後処理装置
21 尿素水噴射装置
22 SCR
27 電極
50 ECU
51 SCR内部温度演算部
52 SCR劣化度合演算部
53 尿素水噴射制御部
54 噴射量補正部
DESCRIPTION OF
27
51 SCR internal
Claims (3)
前記選択的還元触媒に尿素水を噴射する尿素水噴射手段と、
前記選択的還元触媒の静電容量を検出する静電容量検出手段と、
前記静電容量検出手段から入力される静電容量に基づいて、前記選択的還元触媒の内部温度を演算する内部温度演算手段と、
前記内部温度演算手段から入力される内部温度に基づいて、前記選択的還元触媒の劣化状態を推定する劣化状態推定手段と、
少なくとも前記内燃機関の運転状態に応じて設定される所定の基準噴射量に基づいて、前記尿素水噴射手段の尿素水噴射を制御する噴射制御手段と、
前記劣化状態推定手段から入力される前記選択的還元触媒の劣化状態に応じて前記基準噴射量を補正する噴射量補正手段と、を備える
ことを特徴とする排気浄化装置。 A selective reduction catalyst that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine and that reduces and purifies nitrogen compounds contained in the exhaust gas using ammonia generated from urea water as a reducing agent;
Urea water injection means for injecting urea water to the selective reduction catalyst;
A capacitance detecting means for detecting a capacitance of the selective reduction catalyst;
Internal temperature calculation means for calculating the internal temperature of the selective reduction catalyst based on the capacitance input from the capacitance detection means;
A deterioration state estimation means for estimating a deterioration state of the selective reduction catalyst based on the internal temperature input from the internal temperature calculation means;
Injection control means for controlling urea water injection of the urea water injection means based on at least a predetermined reference injection amount set in accordance with the operating state of the internal combustion engine;
An exhaust emission control device comprising: an injection amount correction unit that corrects the reference injection amount in accordance with a deterioration state of the selective reduction catalyst input from the deterioration state estimation unit.
請求項1に記載の排気浄化装置。 The injection amount correction means obtains the reducing agent adsorption capacity of the selective reduction catalyst based on the deterioration state input from the deterioration state estimation means, and uses the injection correction amount according to the reducing agent adsorption capacity as the reference. The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the injection amount is corrected.
請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 3. The exhaust emission control device according to claim 1, wherein the capacitance detection unit includes at least a pair of electrodes that are disposed to face each other with one or more partition walls in the selective reduction catalyst to form a capacitor.
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