JP2018150834A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路において上流側から順に、排気中に還元剤を添加する添加弁、添加弁により添加された還元剤を拡散させるミキサ、および選択還元型触媒を備えた内燃機関に適用される内燃機関の排気浄化制御装置に関する。 The present invention is applied to an internal combustion engine including an addition valve for adding a reducing agent into exhaust gas, a mixer for diffusing the reducing agent added by the addition valve, and a selective reduction catalyst in order from the upstream side in the exhaust passage. The present invention relates to an exhaust gas purification control device for an internal combustion engine.
たとえば特許文献1には、排気流量が閾値よりも小さく且つフィン(ミキサ)の温度が閾値よりも低い場合に、インジェクタ(添加弁)の噴射圧を下げて尿素水(還元剤)を排気中に添加する装置が記載されている。ここで、フィンの温度の上記閾値は、フィンに衝突した尿素水がフィンに堆積する温度に設定されている。
For example,
ところで、添加弁からの所定時間当たりの添加量が要求量となるようにするためには、噴射圧に応じて1回当たりの添加時間や添加の周波数を変更する必要がある。ここで、噴射圧として上記目標値を用いる場合、目標値を変更してから実際の噴射圧が目標値に追従するまでの期間においては、添加時間や添加の周波数が、添加量を要求量とするうえで必要な量からずれる。このため、目標値を頻繁に変更する場合には、添加量の制御性が低下する。 By the way, in order for the addition amount per predetermined time from the addition valve to be the required amount, it is necessary to change the addition time per one time and the frequency of addition in accordance with the injection pressure. Here, when the target value is used as the injection pressure, in the period from when the target value is changed until the actual injection pressure follows the target value, the addition time and the frequency of addition are determined by adding the addition amount as the required amount. Deviate from the amount necessary to do. For this reason, when the target value is frequently changed, the controllability of the addition amount is lowered.
上記課題を解決すべく、内燃機関の排気浄化制御装置において、排気通路において上流側から順に、排気中に還元剤を添加する添加弁、前記添加弁により添加された還元剤を拡散させるミキサ、および選択還元型触媒を備えた内燃機関に適用され、前記添加弁に前記還元剤を供給するポンプを操作することによって前記添加弁による前記還元剤の噴射圧を目標値に制御する噴射圧制御処理と、前記還元剤の要求添加量を設定する添加量設定処理と、前記目標値および前記要求添加量に基づき、前記添加弁から前記要求添加量の還元剤を噴射させるように前記添加弁を操作する添加処理と、前記ミキサへの堆積物の堆積量を取得する取得処理と、前記堆積量が閾値を超えることを条件に、前記目標値を変更する目標値変更処理と、を実行する。 In order to solve the above problems, in an exhaust gas purification control apparatus for an internal combustion engine, an addition valve for adding a reducing agent into exhaust gas in order from an upstream side in an exhaust passage, a mixer for diffusing the reducing agent added by the addition valve, and An injection pressure control process, which is applied to an internal combustion engine including a selective reduction catalyst, and controls an injection pressure of the reducing agent by the addition valve to a target value by operating a pump that supplies the reducing agent to the addition valve; Based on the addition amount setting process for setting the required addition amount of the reducing agent and the target value and the required addition amount, the addition valve is operated to inject the required addition amount of the reducing agent from the addition valve. An addition process, an acquisition process for acquiring the accumulation amount of the deposit on the mixer, and a target value changing process for changing the target value on condition that the accumulation amount exceeds a threshold value are executed.
ミキサに堆積物が生じる場合、堆積物が微細構造を有するため、還元剤を吸収しやすくなる。このため、ミキサに堆積物が生じ、ミキサのうち堆積物が生じている部位に還元剤が衝突するとその堆積速度が急激に上昇するおそれがある。ここで、上記構成では、堆積量が閾値を超えることを条件に目標値を変更することにより、還元剤がミキサにぶつかる位置が変化するため、ミキサにおける還元剤の衝突位置を変更することができる。そしてその場合、ミキサにすでに生じている堆積物の表面に添加剤が衝突することが抑制されるため、すでに生じている堆積物は熱分解によって減少していく。 When deposits are generated in the mixer, the deposits have a fine structure, so that the reducing agent is easily absorbed. For this reason, deposits are generated in the mixer, and when the reducing agent collides with a portion of the mixer where the deposits are generated, the deposition rate may rapidly increase. Here, in the above configuration, by changing the target value on the condition that the accumulation amount exceeds the threshold value, the position where the reducing agent collides with the mixer changes, so the collision position of the reducing agent in the mixer can be changed. . In that case, since the additive is prevented from colliding with the surface of the deposit already generated in the mixer, the already generated deposit is reduced by thermal decomposition.
しかも、上記構成では、堆積量が閾値を超えることを条件に目標値を変更するため、目標値の変更頻度が高くなることを抑制することができる。このため、ミキサへの堆積物の堆積量を抑制しつつも添加量の制御性の低下を抑制することができる。 In addition, in the above configuration, the target value is changed on condition that the accumulation amount exceeds the threshold value, so that the frequency of changing the target value can be suppressed from increasing. For this reason, it is possible to suppress a decrease in the controllability of the addition amount while suppressing the accumulation amount of the deposit on the mixer.
以下、内燃機関の排気浄化制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas purification control device for an internal combustion engine will be described with reference to the drawings.
図1に示す内燃機関10において、吸気通路12から吸入された空気は、各気筒の燃焼室14に吸入される。燃焼室14には、燃焼室14に燃料(たとえば軽油)を噴射する燃料噴射弁16が設けられている。燃焼室14において燃料と空気との混合気が燃焼に供されると、燃焼に供された混合気は、排気として、排気通路18に排出される。排気通路には、酸化触媒20やディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF22)が設けられている。そして、排気通路18のうちDPF22よりも下流には、ポンプ25から供給される尿素タンク24内の尿素水を排気中に添加すべく、尿素水を噴射する添加弁26が設けられている。排気通路18のうち添加弁26の下流には、添加弁26から噴射された尿素水を拡散するための板状部材であるミキサ28が設けられている。そして、ミキサ28の下流には、選択還元型触媒(SCR30)が設けられている。
In the
制御装置40は、内燃機関10を制御対象とし、内燃機関10の制御量(トルク、排気成分)を制御するために、燃料噴射弁16やポンプ25、添加弁26等のアクチュエータを操作する。この際、制御装置40は、エアフローメータ50によって検出される吸入空気量Gaや、NOxセンサ52によって検出されるSCR30上流の排気中のNOx濃度、排気温センサ54によって検出される添加弁26の上流の排気温Texを参照する。またCPU42は、尿素水圧センサ56によって検出される尿素水の圧力Psや、尿素水温センサ58によって検出される尿素水温Tsを参照する。制御装置40は、CPU42、ROM44およびRAM46を備えており、ROM44に記憶されたプログラムをCPU42が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
The
図2に、尿素水の添加に関する処理の手順を示す。図2に示す処理は、ROM44に記憶されているプログラムをCPU42が所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
FIG. 2 shows a processing procedure regarding the addition of urea water. The processing shown in FIG. 2 is realized by the
図2に示す一連の処理において、CPU42は、まず、添加弁26によって所定時間当たりに添加される尿素水量の要求量である要求添加量Daを設定する(S10)。すなわち、CPU42は、吸入空気量Gaから排気量を把握し、排気量とNOx濃度とに基づき、排気中のNOx流量を算出し、このNOx流量のNOxと過不足なく反応できる量の尿素水量を反応等量として算出し、反応等量にSCR30におけるアンモニアの吸着量を目標値とするための補正量を加算することによって、要求添加量Daを算出する。
In the series of processing shown in FIG. 2, the
次にCPU42は、ミキサ28への堆積物の堆積量Mmを取得する(S12)。堆積量Mmは、CPU42が、図2の処理とは別の処理において算出するものである。すなわち、CPU42は、ミキサ28の表面温度が、ミキサ28に尿素水が付着しやすい所定温度領域にある場合、尿素水の添加量や、吸入空気量Ga等に応じて、堆積量Mmを増加更新する。
Next, the
上記所定温度領域は、次のようにして設定される。添加弁26から噴射された尿素水は、時間の経過とともに、ビウレット、トリウレット、シアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンへと変質し得る。ここで、シアヌル酸以降は、不溶性であるため、堆積物になりやすい。しかし、温度が低い場合には、シアヌル酸以降にまで変質しにくい一方、温度が高い場合には、熱分解しやすいため、堆積物が生じにくい。このため、所定温度領域は、シアヌル酸以降にまで変質しやすい温度領域であって且つ熱分解しにくい温度領域に設定される。
The predetermined temperature region is set as follows. The urea water injected from the
上記ミキサ28の表面温度は、図2に示す処理とは別の処理をCPU42が実行することにより算出される。CPU42は、ミキサ28の表面温度を、排気温Texと尿素水温Tsとの間の値に算出する。詳しくは、CPU42は、排気温Texが同一である場合、要求添加量Daが多い場合に少ない場合よりも温度を尿素水温Tsに近い値に算出する。また、添加間隔が長い場合に短い場合よりも排気温Texに近い値に算出する。
The surface temperature of the
そしてCPU42は、吸入空気量Gaが同一である場合、尿素水の添加量が多い場合に少ない場合よりも堆積量Mmを多い値とする。またCPU42は、尿素水の添加量が同一である場合、吸入空気量Gaが多い場合に少ない場合よりも堆積量Mmを少ない値とする。
Then, when the intake air amount Ga is the same, the
次にCPU42は、堆積量Mmが閾値Mthを超えているか否かを判定する(S14)。ここで、閾値Mthは、ミキサ28への堆積物の堆積速度が急激に増加する量の下限値に基づき設定されている。これは、ミキサ28の表面が堆積物で覆われている場合には、覆われていない場合と比較して堆積物の堆積速度が大きくなることに鑑みたものである。これは、堆積物が微細構造を有するがゆえにミキサ28の基材と比較して尿素水を吸着しやすいためである。
Next, the
CPU42は、堆積量Mmが閾値Mthを超えていると判定する場合(S14:YES)、尿素水の圧力Psの目標値を変更する(S16)。尿素水の圧力Psは、通常は、ポンプ25を長時間駆動してもその劣化の促進が抑制される最大値に設定されており、S16の処理は、目標値を上記最大値よりも低下させる処理である。
When determining that the accumulation amount Mm exceeds the threshold value Mth (S14: YES), the
次に、CPU42は、ポンプ25を操作することによって、尿素水の圧力Psを目標値にフィードバック制御する(S18)。そして、CPU42は、堆積量Mmをリセットする(S20)。これは、添加弁26による尿素水の噴射圧が変化することによって、ミキサ28と尿素水との衝突部位が変化するため、すでにミキサ28に堆積している堆積物が熱分解しやすくなり、減少していくことに鑑みたものである。
Next, the
また、CPU42は、目標値に基づき添加弁26による1回当たりの噴射時間(噴射パルス幅)を設定する(S22)。すなわち、本実施形態では、要求添加量Daは、所定時間当たりの添加量であり、添加弁26を所定の周波数で開閉することによって所定時間当たりの添加量を要求添加量Daとする。一方、噴射パルス幅が同一であっても、尿素水の圧力Psが高い場合には低い場合よりも1回当たりの噴射量が多くなる。このため、CPU42は、目標値に応じて噴射パルス幅を調整する。
そしてCPU42は、噴射パルス幅を設定した値としつつ、添加弁26を操作することによって、尿素水を排気中に添加する処理を実行する(S24)。
なお、CPU42は、S24の処理が完了する場合や、S14において否定判定する場合には、図2に示した一連の処理を一旦終了する。
ここで本実施形態の作用を説明する。
Further, the
And CPU42 performs the process which adds urea water in exhaust_gas | exhaustion by operating the
Note that the
Here, the operation of the present embodiment will be described.
CPU42は、堆積物の堆積量Mmが閾値Mthを超えると判定すると、添加弁26からの尿素水の噴射圧を変更する。これにより、図3に示すように、ミキサ28と尿素水との衝突部位が変化する。
When the
図3において、実線は排気の流れを模式的に示し、一点鎖線は、目標値が高い場合の尿素水の飛散状態を模式的に示し、破線は、目標値が低い場合の尿素水の飛散状態を模式的に示す。図示されるように、低圧である場合には高圧である場合と比較して尿素水の飛散経路が排気の流動の影響を受けやすいため、尿素水の噴射圧によってミキサ28との衝突部位が変化する。
In FIG. 3, the solid line schematically shows the flow of exhaust gas, the alternate long and short dash line schematically shows the scattering state of urea water when the target value is high, and the broken line shows the scattering state of urea water when the target value is low Is shown schematically. As shown in the figure, when the pressure is low, the scattering path of the urea water is more susceptible to the flow of the exhaust gas than when the pressure is high, so the collision site with the
上記閾値Mthは、ミキサ28への堆積物の堆積速度が急激に増加する堆積量よりも少量に設定されている。このため、噴射圧を変更した時点において、ミキサ28への堆積量はさほど多くないため、それ以降、堆積物に尿素水がさらに衝突することが抑制されると、熱分解反応によって堆積物が減少していく。
The threshold value Mth is set to be smaller than the deposition amount at which the deposition rate of the deposit on the
しかも堆積量Mmが閾値Mth以上となることを条件に目標値を変更するため、目標値の変更頻度が高くなることを抑制することができる。目標値が変更されると、圧力Psが目標値に追従するまでの過渡時においては、S22の処理によって設定した噴射パルス幅によっては、所定時間当たりの添加量を要求添加量Daとすることができない。これに対し、本実施形態では、目標値の変更頻度が高くなることを抑制できるため、添加量の制御性の低下を抑制することができる。
<対応関係>
Moreover, since the target value is changed on condition that the deposition amount Mm is equal to or greater than the threshold value Mth, it is possible to suppress an increase in the frequency of changing the target value. When the target value is changed, during the transition until the pressure Ps follows the target value, the addition amount per predetermined time may be set as the required addition amount Da depending on the injection pulse width set by the process of S22. Can not. On the other hand, in this embodiment, since it can suppress that the change frequency of target value becomes high, the fall of controllability of addition amount can be suppressed.
<Correspondence>
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。噴射圧制御処理は、S18の処理に対応し、添加量設定処理は、S10の処理に対応し、添加処理は、S22,S24の処理に対応し、取得処理は、S12の処理に対応し、目標値変更処理は、S16の処理に対応し、排気浄化制御装置は、制御装置40に対応する。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。
・図2のS20の処理において堆積量Mmをリセットする代わりに、時間に応じて漸減させてもよい。
The correspondence relationship between the items in the above embodiment and the items described in the column “Means for Solving the Problems” is as follows. The injection pressure control process corresponds to the process of S18, the addition amount setting process corresponds to the process of S10, the addition process corresponds to the processes of S22 and S24, and the acquisition process corresponds to the process of S12. The target value changing process corresponds to the process of S16, and the exhaust purification control device corresponds to the
<Other embodiments>
In addition, you may change at least 1 of each matter of the said embodiment as follows.
-Instead of resetting the deposition amount Mm in the process of S20 of FIG. 2, it may be gradually decreased according to time.
・上記実施形態では、ミキサ28への堆積物の堆積量Mmの算出手法として、排気流量の変化等を特に考慮しなかったがこれを考慮してもよい。すなわち、上記実施形態のように、目標値が原則、固定されている場合、排気流量に応じてミキサ28への尿素水の衝突部位が変化し得る。このため、排気流量の変化によって衝突部位が変化すると判断される場合には、堆積量Mmを減少またはリセットしてもよい。また、たとえばミキサ28部分の画像を検出する画像センサの出力値に基づき堆積量Mmを算出してもよい。
In the above embodiment, as a method for calculating the deposit amount Mm of the deposit on the
・上記実施形態では、目標値を原則最大値としたが、これに限らない。たとえば、吸入空気量Gaに応じて可変設定することにより、尿素水をミキサ28の最適位置に衝突させるようにしてもよい。
In the above embodiment, the target value is set to the maximum value in principle, but is not limited to this. For example, the urea water may collide with the optimum position of the
・上記実施形態では、目標値を変更する場合、噴射パルス幅を変更することによって所定時間当たりの添加量が要求添加量Daとなるようにしたが、これに限らない。たとえば、噴射パルス幅を固定しつつ添加弁26を開閉させる周波数である添加周波数を変更してもよく、また噴射パルス幅と添加周波数との双方を変更してもよい。
In the above embodiment, when changing the target value, the addition amount per predetermined time is set to the required addition amount Da by changing the injection pulse width, but this is not restrictive. For example, the addition frequency that is the frequency for opening and closing the
・排気浄化制御装置としては、CPU42とROM44とを備えて、ソフトウェア処理を実行するものに限らない。たとえば、上記実施形態においてソフトウェア処理されたものの少なくとも一部を、ハードウェア処理する専用のハードウェア回路(たとえばASIC等)を備えてもよい。
The exhaust purification control device is not limited to one that includes the
10…内燃機関、12…吸気通路、14…燃焼室、16…燃料噴射弁、18…排気通路、20…酸化触媒、22…DPF、24…尿素タンク、25…ポンプ、26…添加弁、28…ミキサ、30…SCR、40…制御装置、42…CPU、44…ROM、46…RAM、50…エアフローメータ、52…NOxセンサ、54…排気温センサ、56…尿素水圧センサ、58…尿素水温センサ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記添加弁に前記還元剤を供給するポンプを操作することによって前記添加弁による前記還元剤の噴射圧を目標値に制御する噴射圧制御処理と、
前記還元剤の要求添加量を設定する添加量設定処理と、
前記目標値および前記要求添加量に基づき、前記添加弁から前記要求添加量の還元剤を噴射させるように前記添加弁を操作する添加処理と、
前記ミキサへの堆積物の堆積量を取得する取得処理と、
前記堆積量が閾値を超えることを条件に、前記目標値を変更する目標値変更処理と、を実行する内燃機関の排気浄化制御装置。 In order from the upstream side in the exhaust passage, it is applied to an internal combustion engine having an addition valve for adding a reducing agent into the exhaust, a mixer for diffusing the reducing agent added by the addition valve, and a selective reduction catalyst,
An injection pressure control process for controlling the injection pressure of the reducing agent by the addition valve to a target value by operating a pump that supplies the reducing agent to the addition valve;
An addition amount setting process for setting a required addition amount of the reducing agent;
Based on the target value and the required addition amount, an addition process for operating the addition valve to inject the required addition amount of the reducing agent from the addition valve;
An acquisition process for acquiring the amount of deposit deposited on the mixer;
An exhaust purification control apparatus for an internal combustion engine, which executes a target value change process for changing the target value on condition that the accumulation amount exceeds a threshold value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017046096A JP2018150834A (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
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