JP2019065826A - Exhaust emission control device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路にNOx触媒とSCR触媒とを備えたエンジンの排気浄化制御装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification control device for an engine provided with an NOx catalyst and an SCR catalyst in an exhaust passage.
従来から、エンジンから排出されたNOxを浄化するために排気通路に触媒等を設けることが知られている。 Conventionally, it is known to provide a catalyst or the like in an exhaust passage in order to purify NOx exhausted from an engine.
例えば、特許文献1には、排気ガスの空気過剰率が1より大きいときつまり排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態にあるときに、排気ガス中のNOxを吸蔵し、排気ガスの空気過剰率が1以下の状態で吸蔵したNOxを還元する、NOx吸蔵還元型のNOx触媒を排気通路に設け、且つ、排気通路のうちNOx触媒よりも下流側に、NH3(アンモニア)との反応によって排気ガス中のNOxを浄化するSCR触媒を設けたエンジンが開示されている。このエンジンでは、排気通路のSCR触媒よりも上流側にNH3の原料となるアンモニア化合物を噴射するアンモニア化合物噴射装置が設けられており、この装置によって噴射されたアンモニア化合物からNH3が生成されて、SCR触媒内でNOxが浄化される。
For example, according to
ここで、前記のようなNOx吸蔵還元型のNOx触媒では、NOx触に吸蔵されているNOxが還元されるときに、吸蔵していたNOx中の「N」と導入された還元剤であるH等が結合することで、NH3が生成される。 Here, in the NOx storage reduction type NOx catalyst as described above, when the NOx stored in the NOx catalyst is reduced, “N” in the stored NOx and H as the reducing agent introduced are NH 3 is generated by combining with each other.
従って、特許文献1のように、NOx触媒の下流側にSCR触媒が設けられ、排気通路にNH3やNH3の原料となる物質を供給する装置が設けられたエンジンにおいて、単純に一定量のNH3やNH3の原料となる物質が排気通路に供給されるように構成すると、NOx触媒でNOxが還元されるときに、SCR触媒に供給されるNH3の量が過大となり、多くのNH3がSCR触媒よりも下流側にすり抜けるおそれがある。
Therefore, as in
これに対して、NOx触媒でNOxが還元される時等に、前記装置から排気通路に供給されるNH3等の物質の量を少なくすることが考えられる。しかし、この低減量が適切に制御されなければ、やはり、NH3がSCR触媒よりも下流側にすり抜けるという問題が生じる。あるいは、SCR触媒に供給されるNH3が不足して、SCR触媒にてNOxが適切に浄化されないという問題が生じる。 On the other hand, it is conceivable to reduce the amount of substances such as NH 3 supplied from the device to the exhaust passage when NOx is reduced by the NOx catalyst. However, if this amount of reduction is not properly controlled, there is again the problem that NH 3 slips downstream than the SCR catalyst. Alternatively, the lack of NH 3 supplied to the SCR catalyst, a problem that NOx can not be properly purified by the SCR catalyst occurs.
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、NOxを適切に浄化しつつNH3のSCR触媒の下流側へのすり抜けを抑制できるエンジンの排気浄化制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, to provide an exhaust gas purification control apparatus for an engine slipping possible suppression of the downstream side of the SCR catalyst NH 3 while appropriately purify NOx To aim.
前記課題を解決するために、本願発明者らは、鋭意研究の結果、酸素吸蔵能を有するNOx吸蔵還元型のNOx触媒を用いたときには、NOx触媒に吸蔵されているNOxを還元するべく排気ガスの空気過剰率を1以下にしてNOx触媒を再生する再生制御を実施してもすぐにはNOx触媒からNH3が放出されず、再生制御を開始してからNOx触媒からNH3が放出され始めるまでの間に、所定の遅れ時間があることを突き止めた。さらに、本願発明者らは、前記遅れ時間は、NOx触媒に吸蔵されている酸素の低減速度である吸蔵酸素減少速度と相関が高く、吸蔵酸素減少速度が小さい方が前記遅れ時間が長くなることを突き止めた。ここで、前記遅れ時間が短い方が、長い方よりも、再生制御を開始した後、NOx触媒から放出されてSCR触媒に供給されてこれに蓄積(吸蔵)されるNH3の量は多くなる。従って、仮に、再生制御時に、遅れ時間によらず一定量のNH3やこれの原料を別途排気通路に供給すると、SCR触媒内のNH3が過大あるいは不足するおそれがある。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention, as a result of earnest research, when using a NOx storage reduction type NOx catalyst having an oxygen storage capacity, an exhaust gas for reducing NOx stored in the NOx catalyst excess air rate with 1 or less immediately be carried out playback control for playing the NOx catalyst without being released NH 3 from NOx catalyst, the NH 3 from the NOx catalyst since the start of the regeneration control start to be released It was determined that there was a predetermined delay time between Furthermore, the inventors of the present invention have a high correlation with the storage oxygen reduction rate, which is the reduction rate of oxygen stored in the NOx catalyst, and the delay time is longer when the storage oxygen reduction rate is smaller. I found out. Here, when the delay time is shorter, after the regeneration control is started, the amount of NH 3 which is released from the NOx catalyst and supplied to the SCR catalyst and stored (stored) in the SCR catalyst becomes larger than that of the longer one. . Therefore, temporarily supplying a fixed amount of NH 3 or its raw material to the exhaust passage independently of the delay time at the time of regeneration control may result in excessive or insufficient NH 3 in the SCR catalyst.
本願発明は、この知見に基づいてなされたものであり、気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路に設けられたNOx触媒と、当該NOx触媒の下流側に設けられたSCR触媒と、を有するエンジンの排気浄化制御装置であって、排気ガスの空気過剰率を変更する空気過剰率変更手段と、前記排気通路のうち前記NOx触媒と前記SCR触媒との間に、NH3の原料あるいはNH3からなるSCR用還元剤を供給するSCR用還元剤供給手段と、前記空気過剰率変更手段と前記SCR用還元剤供給手段とを制御するとともに、前記空気過剰率変更手段によって排気ガスの空気過剰率を1以下にして前記NOx触媒を再生する再生制御を実施する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記再生制御時の前記NOx触媒の温度が高い場合は、低い場合よりも前記SCR用還元剤供給手段から前記排気通路に供給されるSCR用還元剤の量が少なくなるように前記SCR用還元剤供給手段を制御する、ことを特徴とする(請求項1)。 The present invention has been made based on this finding, and includes an engine body in which cylinders are formed, an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine body flows, and an NOx catalyst provided in the exhaust passage. An exhaust gas purification control apparatus for an engine, comprising: an SCR catalyst provided downstream of the NOx catalyst, the excess air ratio changing means for changing an excess air ratio of exhaust gas, and the NOx in the exhaust passage. A SCR reducing agent supply means for supplying a raw material of NH 3 or a reducing agent for SCR consisting of NH 3 between the catalyst and the SCR catalyst, the air excess ratio changing means, and the reducing agent supply means for the SCR Control means for performing regeneration control to regenerate the NOx catalyst by controlling the excess air ratio of the exhaust gas to 1 or less by the excess air ratio changing means while controlling When the temperature of the NOx catalyst at the time of the regeneration control is high, the control means is configured so that the amount of the SCR reducing agent supplied from the SCR reducing agent supply means to the exhaust passage is smaller than when the temperature is low. Controlling the reducing agent supply means for SCR (claim 1).
本願発明者らの知見によれば、吸蔵酸素減少速度はNOx触媒の温度が高い方が大きくなる。 According to the findings of the inventors of the present invention, the rate of decrease in stored oxygen increases as the temperature of the NOx catalyst increases.
これに対して、この装置では、再生制御時のNOx触媒の温度が高い方がSCR用還元剤供給手段から排気通路に供給されるSCR用還元剤の量が少なくなるように制御される。つまり、この装置では、NOx触媒の温度が高いことに伴って吸蔵酸素減少速度が大きくなり前記遅れ時間が短い場合、さらには、この遅れ時間が短いことに伴ってNOx触媒から放出されてSCR触媒に供給されるNH3の総量が多くなる場合に、排気通路に供給されるSCR用還元剤の量が少なくされる。 On the other hand, in this device, the higher the temperature of the NOx catalyst at the time of regeneration control, the smaller the amount of the SCR reducing agent supplied from the SCR reducing agent supply means to the exhaust passage. That is, in this device, when the storage oxygen reduction rate increases with the temperature of the NOx catalyst and the delay time is short, furthermore, the NOx catalyst is released from the NOx catalyst and the SCR catalyst is short When the total amount of NH 3 supplied to the exhaust gas increases, the amount of the SCR reducing agent supplied to the exhaust passage is reduced.
従って、再生制御時に、NOx触媒からSCR触媒に供給されるNH3と、SCR用還元剤供給手段によってSCR触媒に供給されるNH3の量とを合わせた量であって、SCR触媒に供給されるNH3の全量を適切な量に維持することができ、SCR触媒においてNOxを適切に浄化しつつNH3のSCR触媒の下流側へのすり抜けを抑制することができる。 Therefore, the amount is the sum of NH 3 supplied from the NOx catalyst to the SCR catalyst and the amount of NH 3 supplied to the SCR catalyst by the SCR reducing agent supply means during regeneration control, and is supplied to the SCR catalyst. The total amount of NH 3 can be maintained at an appropriate amount, and the NOx can be appropriately purified in the SCR catalyst, and the slip-through of NH 3 to the downstream side of the SCR catalyst can be suppressed.
また、本願発明者らの知見によれば、NOx触媒の温度が低い方が、NOx触媒の温度に対する吸蔵酸素減少速度の変化率は大きくなる。 Further, according to the findings of the present inventors, the lower the temperature of the NOx catalyst, the larger the rate of change of the rate of decrease in stored oxygen with respect to the temperature of the NOx catalyst.
従って、前記構成において前記制御手段は、前記再生制御時の前記NOx触媒の温度が低い方が、当該NOx触媒の温度に対する前記SCR用還元剤の供給量の変化率が大きくなるように、前記SCR用還元剤供給手段を制御する、のが好ましい(請求項2)。 Therefore, in the above-mentioned configuration, the SCR performs the SCR so that the rate of change of the supply amount of the SCR reducing agent with respect to the temperature of the NOx catalyst increases as the temperature of the NOx catalyst at the time of the regeneration control decreases. It is preferable to control the reducing agent supply means (claim 2).
このようにすれば、NOx触媒からSCR触媒に供給されるNH3と、SCR用還元剤供給手段によってSCR触媒に供給されるNH3の量とを合わせた量を、より確実に適切な量に維持することができる。 In this way, the combined amount of NH 3 supplied from the NOx catalyst to the SCR catalyst and the amount of NH 3 supplied to the SCR catalyst by the reducing agent supply means for SCR can be more reliably made appropriate. Can be maintained.
前記構成において、前記制御手段は、前記再生制御時に、排気ガスの空気過剰率が0.9よりも大きくなるように前記空気過剰率変更手段を制御する、のが好ましい(請求項3)。 In the above configuration, it is preferable that the control means controls the excess air ratio changing means so that the excess air ratio of the exhaust gas becomes larger than 0.9 at the time of the regeneration control (claim 3).
このようにすれば、排気ガス中の還元剤の量のばらつき幅を小さく抑えて、NOx触媒に安定して還元剤を供給できるため、NOx触媒41から放出されるNH3のひいてはSCR触媒46内のNH3をより確実に適切な量に維持することができる。
In this way, by suppressing the variation width of the amount of reducing agent in the exhaust gas decreases, since it is possible to supply stably reducing agent to the NOx catalyst, thus the
前記構成において、前記空気過剰率変更手段は、前記再生制御時に、前記気筒内に導入されるエンジントルクを得るための燃料を前記気筒内に噴射するメイン噴射に加えて、当該メイン噴射よりも遅角側の時期に前記気筒内に燃料を噴射するポスト噴射を実施し、当該ポスト噴射の噴射量を変更することで前記排気の空気過剰率を変更する、のが好ましい(請求項4)。 In the above configuration, the excess air ratio changing means is slower than the main injection in addition to the main injection for injecting the fuel for obtaining the engine torque introduced into the cylinder into the cylinder during the regeneration control. It is preferable to perform post injection for injecting fuel into the cylinder at a corner timing, and change the injection amount of the post injection to change the excess air ratio of the exhaust gas (claim 4).
このようにすれば、気筒および排気通路に導入される空気の量を変更して排気ガスの空気過剰率を変更する場合に比べて、排気ガスの空気過剰率を安定させることができる。そして、排気ガスの空気過剰率をより確実に0.9よりも大きい値に維持することができる。 In this way, the excess air ratio of the exhaust gas can be stabilized as compared with the case where the excess air ratio of the exhaust gas is changed by changing the amount of air introduced to the cylinder and the exhaust passage. And, the excess air ratio of the exhaust gas can be more reliably maintained at a value larger than 0.9.
前記構成において、前記制御手段は、前記再生制御が終了してから所定の期間が経過するまでは、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過した後よりも、前記SCR用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記SCR用還元剤の量が少なくなるように、前記SCR用還元剤供給手段を制御するとともに、前記再生制御の開始に伴って前記NOx触媒からNH3が放出される時期であるNH3放出開始時期を推定するとともに、このNH3放出開始時期から前記再生制御の終了時期までの間に前記NOx触媒から放出されたNH3の総量を推定して、推定した当該NH3の放出量の総量が大きい方が、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過するまでの間に前記SCR用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記SCR用還元剤の量が少なくなるように、前記SCR用還元剤供給手段を制御する、のが好ましい(請求項5)。 In the above-mentioned configuration, the control means may reduce the SCR reducing agent before the predetermined period elapses after the end of the regeneration control until the predetermined period elapses after the end of the regeneration control. The reducing agent supplying means for SCR is controlled so that the amount of the reducing agent for SCR supplied from the supplying means to the exhaust passage is reduced, and NH 3 is supplied from the NOx catalyst with the start of the regeneration control. It is estimated by estimating the total amount of NH 3 released from the NOx catalyst from this NH 3 release start time to the end time of the regeneration control while estimating the NH 3 release start time which is the release time. the person total emission amount of the NH 3 is large, subjected to the exhaust passage from the SCR for reducing agent supply means during the period from the reproduction control is finished until the predetermined period elapses Wherein as the amount of SCR reducing agent for less is to control the SCR for reducing agent supply means, it is preferably (claim 5).
このようにすれば、再生制御が終了してから所定の期間が経過するまでの間であって、再生制御の実施に伴ってSCR触媒内のNH3の量が多くなっているときに、多量のSCR用還元剤がSCR触媒に供給されるのを防止することができ、SCR触媒の下流側に多量のSCR用還元剤がすり抜けるのを抑制できる。 In this manner, a large amount of NH 3 in the SCR catalyst increases after the regeneration control ends and the predetermined period elapses and the regeneration control is performed. It is possible to prevent the SCR reducing agent from being supplied to the SCR catalyst, and it is possible to suppress the slipping of a large amount of the SCR reducing agent downstream of the SCR catalyst.
本発明に係るエンジンの制御装置によれば、NOxを適切に浄化しつつNH3のSCR触媒の下流側へのすり抜けを抑制できる。 According to the control device for an engine according to the present invention, it is possible to suppress passage of NH 3 to the downstream side of the SCR catalyst while appropriately purifying NOx.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化制御装置について説明する。 Hereinafter, an exhaust gas purification control device for an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1)全体構成
図1は、本実施形態のエンジンの排気浄化制御装置が適用されたエンジンシステム100の概略構成図である。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
エンジンシステム100は、4ストロークのエンジン本体1と、エンジン本体1に空気(吸気)を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1から外部に排気ガスを排出するための排気通路40と、第1ターボ過給機51と、第2ターボ過給機52とを備えている。このエンジンシステム100は、車両に設けられて、エンジン本体1は車両の駆動源として用いられる。エンジン本体1は、例えば、ディーゼルエンジンであり、図1の紙面に直交する方向に並ぶ4つの気筒2を有する。
The
エンジン本体1は、気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上面に設けられたシリンダヘッド4と、気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。ピストン5の上方には燃焼室6が形成されている。
The
ピストン5はクランク軸7と連結されており、ピストン5の往復運動に応じてクランク軸7はその中心軸回りに回転する。 The piston 5 is connected to the crankshaft 7, and in response to the reciprocation of the piston 5, the crankshaft 7 rotates about its central axis.
シリンダヘッド4には、燃焼室6内(気筒2内)に燃料を噴射するインジェクタ(空気過剰率変更手段)10と、燃焼室6内の燃料と空気の混合気を昇温するためのグロープラグ11とが、各気筒2につきそれぞれ1組ずつ設けられている。図1に示した例では、インジェクタ10は、燃焼室6の天井面の中央に、燃焼室6を上方から臨むように設けられている。また、グロープラグ11は、通電されることで発熱する発熱部を先端に有しており、この発熱部が、インジェクタ10の先端部分の近傍に位置するように燃焼室6の天井面に取り付けられている。例えば、インジェクタ10は、その先端に複数の噴口を備え、グロープラグ11は、その発熱部がインジェクタ10の複数の噴口からの複数の噴霧の間に位置して燃料の噴霧と直接接触しないように、配置されている。
The cylinder head 4 includes an injector (air excess ratio changing means) 10 for injecting fuel into the combustion chamber 6 (inside the cylinder 2), and a glow plug for heating the mixture of fuel and air in the
インジェクタ10は、エンジントルクを得るために実施される噴射であって圧縮上死点付近で燃焼する燃料を燃焼室6内に噴射するメイン噴射と、メイン噴射よりも遅角側であって燃焼してもその燃焼エネルギーがエンジントルクにほとんど寄与しない時期に燃焼室6内に燃料を噴射するポスト噴射とを実施できるようになっている。
The
シリンダヘッド4には、吸気通路20から供給される空気を各気筒2の燃焼室6に導入するための吸気ポートと、吸気ポートを開閉する吸気弁12と、各気筒2の燃焼室6で生成された排気ガスを排気通路40に導出するための排気ポートと、排気ポートを開閉する排気弁13とが設けられている。
In the cylinder head 4, an intake port for introducing air supplied from the
吸気通路20には、上流側から順に、エアクリーナ21、第1ターボ過給機51のコンプレッサ51a、第2ターボ過給機52のコンプレッサ52a、インタークーラ22、スロットルバルブ23、サージタンク24が設けられている。また、吸気通路20には、第2コンプレッサ52aをバイパスする吸気側バイパス通路25と、これを開閉する吸気側バイパスバルブ26とが設けられている。吸気側バイパスバルブ26は、駆動装置(不図示)によって全閉の状態と全開の状態とに切り替えられる。
In the
排気通路40には、上流側から順に、第2ターボ過給機52のタービン52b、第1ターボ過給機51のタービン51b、第1触媒43、排気ガス中の粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集するDPF(Diesel particulate filter)44、尿素インジェクタ(SCR用還元剤供給手段)45、SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒46、スリップ触媒47、が設けられている。
In the
第1触媒43は、NOxを浄化するNOx触媒41と、排気ガス中の酸素を用いて炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)などを酸化して水と二酸化炭素に変化させるDOC(ディーゼル酸化触媒、Diesel Oxidation Catalyst)42とを含む。 The first catalyst 43 comprises an NOx catalyst 41 for purifying NOx, and DOC (diesel for oxidizing hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) and the like into water and carbon dioxide using oxygen in exhaust gas. And an oxidation catalyst (diesel oxidation catalyst) 42.
NOx触媒41は、NOx触媒41は、NOx吸蔵還元型触媒(NSC:NOx Storage Catalyst)である。つまり、NOx触媒41は、排気ガスの空気過剰率λが1よりも大きいリーンな状態(排気ガス空燃比が理論空燃比よりも大きい状態)において排気ガス中のNOxを吸蔵する。そして、NOx触媒41は、この吸蔵したNOxを、排気ガスの空気過剰率λが1近傍あるいは1より小さいリッチな状態(排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態あるいは理論空燃比よりも小さい状態)、つまり、NOx触媒41を通過する排気が未燃のHCを多量に含む還元雰囲気下において還元する。 The NOx catalyst 41 is a NOx storage reduction catalyst (NSC: NOx Storage Catalyst). That is, the NOx catalyst 41 occludes NOx in the exhaust gas in a lean state where the excess air ratio λ of the exhaust gas is larger than 1 (the exhaust gas air-fuel ratio is larger than the theoretical air-fuel ratio). Then, the NOx catalyst 41 stores the stored NOx in a rich state in which the excess air ratio λ of the exhaust gas is near 1 or less than 1 (a state where the air-fuel ratio of the exhaust gas is near the theoretical air-fuel ratio or In the small state, that is, the exhaust gas passing through the NOx catalyst 41 is reduced in a reducing atmosphere containing a large amount of unburned HC.
詳細には、NOx触媒41は、排気ガスの空気過剰率λが1よりも大きいリーンな状態で、排気ガスに含まれる酸素を吸蔵できるように構成されている。例えば、NOx触媒41は、酸素吸蔵能を有するセリア等を含む。そして、NOx触媒41は、排気ガス中のNOを、排気ガスに含まれる酸素および吸蔵している酸素を用いて酸化し(NO2とし)、これを吸蔵する。 In detail, the NOx catalyst 41 is configured to be able to store oxygen contained in the exhaust gas in a lean state where the excess air ratio λ of the exhaust gas is larger than one. For example, the NOx catalyst 41 includes ceria having an oxygen storage capacity. Then, the NOx catalyst 41 oxidizes (NO 2 ) NO in the exhaust gas using oxygen contained in the exhaust gas and occluded oxygen, and occludes this.
また、NOx触媒41は、吸蔵していたNOxを還元する際に、NH3(アンモニア)を発生して放出するようになっている。具体的には、NOx還元時に、NOx触媒41が吸蔵していたNOx中の「N」およびNOx触媒41を通過するNOxと、NOx触媒41に導入された還元剤であるH等が結合することで、NH3が生成される。 Further, the NOx catalyst 41 generates and releases NH 3 (ammonia) when reducing the stored NOx. Specifically, at the time of NOx reduction, “N” in NOx stored in the NOx catalyst 41 and NOx passing through the NOx catalyst 41 combine with H as a reducing agent introduced to the NOx catalyst 41 and the like. , NH3 is generated.
第1触媒43は、例えば、DOCの触媒材層の表面に、NSCの触媒材がコーティングされることで形成されている。 The first catalyst 43 is formed, for example, by coating the surface of the catalyst material layer of DOC with the catalyst material of NSC.
なお、本実施形態では、排気通路に別途空気や燃料を供給する装置が設けられておらず、排気ガスの空気過剰率λと燃焼室6内の混合気の空気過剰率λとは対応する。つまり、燃焼室6内の混合気の空気過剰率λが1よりも大きいときに排気の空気過剰率λも1より大きくなり、燃焼室6内の混合気の空気過剰率λが1以下のときに排気ガスの空気過剰率λも1以下になる。
In the present embodiment, a device for separately supplying air and fuel to the exhaust passage is not provided, and the excess air ratio λ of the exhaust gas corresponds to the excess air ratio λ of the mixture in the
尿素インジェクタ45は、DPF44の下流側の排気通路40中に尿素を噴射する。尿素インジェクタ45は、尿素供給経路45aおよび尿素送出ポンプ45bを介して尿素タンク45cに接続されており、尿素送出ポンプ45bにより尿素タンク45cから圧送された尿素を排気通路40内に噴射する。本実施形態では、尿素の凍結を防止するためのヒーター45dが設けられている。尿素インジェクタ45から噴射された尿素はSCR触媒46に導入される。
The
SCR触媒46は、NH3(アンモニア)を排気ガス中のNOxと反応(還元)させて浄化する。SCR触媒46は、尿素インジェクタ45から噴射された尿素を加水分解してNH3を生成し(CO(NH2)2+H2O→CO2+2NH3)、生成されたNH3を排気ガス中のNOxと反応(還元)させてNOxを浄化する。
The
このように、本実施形態では、尿素インジェクタ45により排気通路40に噴射(供給)される尿素が、請求項におけるNH3原料およびSCR用還元剤として機能する。
Thus, in the present embodiment, the urea injected (supplied) to the
詳細には、SCR触媒46では、導入されたNH3が吸着され、この吸着されたNH3とNOxとが反応することでNOxが還元される。また、前記のように、NOx触媒41におけるNOxの還元時には、このNOx触媒41からもNH3が放出されるようになっており、SCR触媒46は、NOx触媒41から放出されたNH3を排気中のNOxと反応(還元)させることによってもNOxを浄化する。
In detail, the
例えば、SCR触媒46は、NH3によってNOxを還元する機能を有する触媒金属(Fe、Ti、Ce、W等)を、NH3をトラップする機能を有するゼオライトに担持させて触媒成分とし、この触媒成分をハニカム担体のセル壁に担持させることで作られる。
For example, the
SCR触媒46とNOx触媒41とは、いずれもNOxを浄化可能であるが、これらは浄化率が高くなる温度が互いに異なっており、SCR触媒46のNOx浄化率は排気の温度が比較的高温のときに高くなり、NOx触媒41のNOx浄化率は排気の温度が比較的低温のときに高くなる。
Although both the
つまり、本実施形態では、NOx触媒41とSCR触媒46との両方を用いてNOxの浄化を行う。具体的には、SCR触媒46の温度が第1温度未満であり、SCR触媒46によるNOx浄化率が低いときには、NOx触媒41のみによってNOx浄化が行われ、SCR触媒46の温度が第2温度以上(第2温度は第1温度よりも高い)であってSCR触媒46によるNOx浄化率が高いときにはSCR触媒46のみによってNOx浄化を行う。そして、SCR触媒46の温度が第1温度と第2温度との間であるときには、NOx触媒41とSCR触媒46との両方によってNOx浄化を行う。また、排気ガス流量が大きく、SCR触媒46によるNOx浄化率が低くなるときにも、NOx触媒41とSCR触媒46との両方によってNOx浄化を行う。
That is, in the present embodiment, purification of NOx is performed using both the NOx catalyst 41 and the
スリップ触媒47は、SCR触媒46から排出された未反応のNH3を酸化させて浄化する。
The
排気通路40には、第2タービン52bをバイパスする排気側バイパス通路48と、これを開閉する排気側バイパスバルブ49と、第1タービン51bをバイパスするウエストゲート通路53と、これを開閉するウエストゲートバルブ54とが設けられている。これら排気側バイパスバルブ49とウエストゲートバルブ54とは、それぞれ、駆動装置(不図示)によって全閉と全開の状態に切り替えられるとともに、これらの間の任意の開度に変更される。排気側バイパスバルブ49、ウエストゲートバルブ54、および吸気側バイパスバルブ25の開度は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて変更される。
In the
エンジンシステム100は、さらに、排気の一部を吸気に還流させるEGR装置55を有する。EGR装置55は、排気通路40のうち排気側バイパス通路49の上流端よりも上流側の部分と、吸気通路20のうちスロットルバルブ23とサージタンク24との間の部分とを接続するEGR通路56と、これを開閉する第1EGRバルブ57と、EGR通路56を通過する排気を冷却するEGRクーラ58とを有する。また、EGR装置55は、EGRクーラ58をバイパスするEGRクーラバイパス通路59と、これを開閉する第2EGRバルブ60とを有する。
(2)制御系
図2を用いて、エンジンシステムの制御系について説明する。車両には、主として尿素インジェクタ45を制御するためのDCU(Dosing Control Unit)300と、その他の各部を制御するためのPCM(Power−train Control Module)200と、が設けられている。PCM200およびDCU300は、それぞれ、CPU、ROM、RAM、I/F等から構成されるマイクロプロセッサである。本実施形態では、これらPCM200とDCU300とが、請求項における制御手段を構成する。
(2) Control System The control system of the engine system will be described with reference to FIG. The vehicle is provided with a DCU (Dosing Control Unit) 300 mainly for controlling the
PCM200には、各種センサからの情報が入力される。例えば、PCM200は、クランク軸7の回転数つまりエンジン回転数を検出する回転数センサSN1、エアクリーナ21付近に設けられて吸気通路20を流通する新気(空気)の量である吸入空気量を検出するエアフローセンサSN2、サージタンク24に設けられてターボ過給機51、52によって過給された後のサージタンク24内の吸気の圧力つまり過給圧を検出する吸気圧センサSN3、排気通路40のうち第1ターボ過給機51と第1触媒43との間の部分の酸素濃度を検出する排気O2センサSN4等と電気的に接続されており、これらのセンサSN1〜SN4からの入力信号を受け付ける。また、車両には、運転者により操作されるアクセルペダル(不図示)の開度であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサSN5や、車速を検出する車速センサSN6等が設けられており、これらのセンサSN5、SN6による検出信号もPCM200に入力される。PCM200は、各センサ(SN1〜SN6等)からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行して、インジェクタ10等を制御する。
Information from various sensors is input to the
DCU70とPCM60とは双方向に通信可能に接続されている。DCU70は、PCM200での演算結果等を用いて尿素インジェクタ45によって排気通路40に噴射させる尿素の量を算出し、尿素インジェクタ45を制御する。また、DCU70は、尿素送出ポンプ45bやヒーター45dの制御も行う。
The DCU 70 and the
(2−1)DeNOx制御
NOx触媒41に吸蔵されたNOx(以下、適宜、吸蔵NOxという)を還元してNOx触媒41から放出(離脱)させてNOx触媒41を再生するための制御であるDeNOx制御(再生制御)について説明する。
(2-1) DeNOx Control DeNOx, which is control for reducing NOx stored in the NOx catalyst 41 (hereinafter referred to as stored NOx as appropriate) and releasing it from the NOx catalyst 41 (removing it) to regenerate the NOx catalyst 41. Control (reproduction control) will be described.
本実施形態では、DeNOx制御や、NOx触媒41に吸蔵されたSOxを還元するための制御(いわゆるDeSOx制御)や、DPF44を再生するための制御(DPF44から微粒子状物質を燃焼除去するための制御)を実施しない通常運転時は、燃費性能を高めるべく、燃焼室6内の混合気の空気過剰率λひいては排気ガスの空気過剰率λがλ>1(例えばλ=1.7程度)にされる。以下、適宜、燃焼室6内の混合気の空気過剰率λを、単に、混合気の空気過剰率λという。
In the present embodiment, DeNOx control, control for reducing SOx stored in the NOx catalyst 41 (so-called DeSOx control), control for regenerating the DPF 44 (control for burning and removing particulate matter from the DPF 44) In normal operation without performing), the excess air ratio λ of the mixture in the
一方、前記のように、NOx触媒41では、排気ガスの空気過剰率λが1近傍あるいは1よりも小さいリッチな状態において、吸蔵NOxが還元されてNOx触媒41からNOxが放出されるようになっている。そのため、吸蔵NOxを還元するためには、排気ガスの空気過剰率λおよび混合気の空気過剰率λを通常運転時よりも低減させる必要がある。 On the other hand, as described above, in the NOx catalyst 41, the stored NOx is reduced and NOx is released from the NOx catalyst 41 in the rich state where the excess air ratio λ of the exhaust gas is near 1 or less than 1. ing. Therefore, in order to reduce the stored NOx, it is necessary to reduce the excess air ratio λ of the exhaust gas and the excess air ratio λ of the air-fuel mixture than in the normal operation.
混合気の空気過剰率λ(排気ガスの空気過剰率λ)を低減する一つの方法として、燃焼室6に導入される新気(空気)の量を少なくすることが考えられる。しかし、新気の量を単純に少なくするとエンジントルクを適切に得ることができないおそれがある。特に、加速時に新気の量が低減されると加速性が悪化するおそれがある。また、新気の量を調整する場合では、混合気の空気過剰率λを精度よく制御することが比較的困難である。
One way to reduce the excess air ratio λ of the mixture (the excess air ratio λ of the exhaust gas) is to reduce the amount of fresh air (air) introduced into the
そこで、本実施形態では、DeNOx制御として、ポスト噴射を実施し、これにより新気の量の低減量を少なく抑えつつ混合気の空気過剰率を低減させる。つまり、PCM200は、DeNOx制御として、インジェクタ10にメイン噴射に加えてポスト噴射を行わせる制御を実施する。なお、通常運転時は、ポスト噴射は停止される。
Therefore, in the present embodiment, post injection is performed as DeNOx control, thereby reducing the excess air ratio of the air-fuel mixture while suppressing the amount of reduction of the amount of fresh air small. That is, the
本実施形態では、このように吸蔵NOxを還元するためにポスト噴射を実施するDeNOx制御を、図3に示す第1領域R1と第2領域R2とでのみ実施する。第1領域R1は、エンジン回転数が予め設定された第1基準回転数N1以上且つ予め設定された第2基準回転数N2以下で、エンジン負荷が予め設定された第1基準負荷Tq1以上且つ予め設定された第2基準負荷Tq2以下の領域である。第2領域R2は、第1領域R1よりもエンジン負荷が高い領域であって、エンジン負荷が予め設定された第3基準負荷Tq3以上となる領域である。 In the present embodiment, DeNOx control for implementing post injection to reduce stored NOx as described above is performed only in the first region R1 and the second region R2 shown in FIG. The first region R1 has an engine speed equal to or higher than a predetermined first reference rotational speed N1 and equal to or lower than a predetermined second reference rotational speed N2, and has an engine load predetermined to be equal to or higher than the first reference load Tq1. This is an area equal to or less than the set second reference load Tq2. The second region R2 is a region where the engine load is higher than that of the first region R1, and is a region where the engine load is equal to or higher than a predetermined third reference load Tq3.
PCM200は、第1領域R1では、ポスト噴射された燃料が燃焼室6内で燃焼するタイミング(膨張行程の前半、詳細には、圧縮上死点から圧縮上死点後90°CAまでの間、例えば、圧縮上死点後30〜70°CA)でポスト噴射を行うアクティブDeNOx制御を実施する。なお、アクティブDeNOx制御の実施時には、ポスト噴射された燃料の燃焼を促進するためにグロープラグ11を通電して混合気を加熱する。
In the first region R1, the
一方、PCM200は、第2領域R2では、ポスト噴射された燃料が燃焼室6内で燃焼しないタイミング(膨張行程の後半、例えば、圧縮上死点後110°CA)でポスト噴射を行うパッシブDeNOx制御を実施する。
On the other hand, in the second region R2, the
これは、次の理由による。 This is due to the following reason.
エンジン負荷が低い、あるいは、エンジン回転数が低い領域では、排気ガスの温度が低いことに伴ってNOx触媒41の温度が吸蔵NOxを還元できる温度よりも低くなりやすい。そこで、本実施形態では、この領域ではDeNOx制御を停止する。 In a region where the engine load is low or the engine rotational speed is low, the temperature of the NOx catalyst 41 tends to be lower than the temperature at which the stored NOx can be reduced as the temperature of the exhaust gas is low. So, in this embodiment, DeNOx control is stopped in this area.
また、前記のようにDeNOx制御ではポスト噴射を実施するが、ポスト噴射された燃料が燃焼せずにそのまま排気通路40に排出されると、この未燃燃料に起因するデポジットによってEGRクーラー58等が閉塞するおそれがある。そのため、ポスト噴射された燃料は燃焼室6内で燃焼させるのが好ましい。しかしながら、エンジン負荷が高い、あるいは、エンジン回転数が高い領域では、燃焼室6内の温度が高いこと、あるいは、1クランク角度あたりの時間が短いことに伴って、燃焼室6内のガスが排気されるまでの間にポスト噴射された燃料と空気とを十分に混合させることが難しく、ポスト噴射された燃料を燃焼室6内で十分に燃焼させることができないおそれがある。また、前記混合が不十分であることによって煤が増大するおそれがある。従って、このような領域では基本的にDeNOx制御を停止する。
Also, as described above, although post injection is performed in DeNOx control, if the post-injected fuel is discharged to the
ただし、エンジン負荷が非常に高い第2領域R2では、メイン噴射の噴射量(以下、適宜、メイン噴射量という)が多いことに伴って通常運転時であっても混合気の空気過剰率が小さく抑えられる。そのため、第2領域R2では、吸蔵NOxを還元するために必要なポスト噴射の噴射量(以下、適宜、ポスト噴射量という)を小さくして、未燃燃料が排気通路40に排出されることによる前記影響を小さく抑えることができる。
However, in the second region R2 where the engine load is very high, the excess amount of air-fuel mixture is small even in the normal operation because the injection amount of the main injection (hereinafter referred to as the main injection amount as appropriate) is large. It is suppressed. Therefore, in the second region R2, the post injection injection amount required to reduce stored NOx (hereinafter referred to as a post injection amount as appropriate) is reduced, and unburned fuel is discharged to the
そこで、本実施形態では、エンジン負荷およびエンジン回転数のいずれもが低すぎず且つ高すぎない第1領域R1では、ポスト噴射された燃料が燃焼室6内で燃焼するアクティブDeNOx制御を実施し、第2領域R2では、ポスト噴射された燃料を燃焼室6内で燃焼させないパッシブDeNOx制御を実施する。なお、第2領域R2は、排気の温度が十分に高くDOC触媒42が十分に活性化する領域である。そのため、排気通路40に排出された未燃燃料はこのDOC触媒42によって浄化される。
Therefore, in the present embodiment, active DeNOx control is performed in which post-injected fuel is burned in the
(2−2)燃料噴射制御
図4のフローチャートを用いて、燃料噴射の制御手順について説明する。
(2-2) Fuel Injection Control A control procedure of fuel injection will be described using the flowchart of FIG.
まず、ステップS1で、PCM200は、アクセル開度、エンジン回転数、アクティブDeNOx制御実行フラグの値、パッシブDeNOx制御実行フラグを含む車両の各種情報を取得する。
First, in step S1, the
アクティブDeNOx制御実行フラグは、アクティブDeNOx制御を実施する基本的な条件が成立したときに「1」となり、その他のときに「0」となるフラグである。本実施形態では、NOx触媒41に吸蔵されているNOxの量であるNOx吸蔵量が予め設定された第1基準量以上であり、SCR触媒46の温度が前記第2温度付近に設定されたSCR判定温度未満であり、且つ、NOx触媒41の温度が予め設定されたNOx還元可能温度以上である場合に、アクティブDeNOx制御実行フラグが「1」とされる。第1基準量は、エンジン始動後にはじめてアクティブDeNOx制御が実施される場合は、NOx触媒41が吸蔵可能なNOx量の最大量付近とされ、その他の場合は、この最大量よりもある程度低い値とされる。NOx還元可能温度は、NOx触媒41がNOxを還元可能な温度の最小値であり、予め設定されている。
The active DeNOx control execution flag is a flag that is “1” when a basic condition for implementing the active DeNOx control is satisfied, and is “0” otherwise. In the present embodiment, the NOx storage amount, which is the amount of NOx stored in the NOx catalyst 41, is equal to or greater than a first reference amount set in advance, and the temperature of the
パッシブDeNOx制御実行フラグは、パッシブDeNOx制御を実施する基本的な条件が成立したときに「1」となり、その他のときに「0」となるフラグである。本実施形態では、NOx吸蔵量が予め設定された第3基準量以上であり、SCR触媒46の温度がSCR判定温度未満であり、且つ、NOx触媒41の温度がNOx還元可能温度以上である場合に、パッシブDeNOx制御実行フラグが1とされる。第3基準量は、第1吸蔵量判定値よりも小さな値に設定されている。例えば、第3吸蔵量判定値は、NOx触媒41が吸蔵できるNOxの量の最大値の半分程度の値に設定されている。
The passive DeNOx control execution flag is a flag that is “1” when a basic condition for implementing the passive DeNOx control is satisfied, and is “0” otherwise. In the present embodiment, when the NOx storage amount is equal to or greater than the third reference amount set in advance, the temperature of the
このように、SCR触媒46によるNOxの浄化率が比較的低く、NOx触媒41によってNOxを浄化する必要があるにも関わらず、NOx触媒41に吸蔵されているNOxの量が多い場合であって、NOx触媒41がNOxを還元可能であるときに、アクティブDeNOx制御実行フラグおよびパッシブDeNOx制御実行フラグが1となる。
As described above, although the purification rate of NOx by the
なお、NOx触媒41の温度は、例えば、NOx触媒41の直上流側に設けられた温度センサによって検出された温度に基づいて推定される。SCR触媒46の温度は、例えば、SCR触媒46の直上流側に設けられた温度センサによって検出された温度に基づいて推定される。NOx吸蔵量は、例えば、エンジン本体1の運転状態や排気の流量および温度等に基づいて推定された排気中のNOx量を積算していくことで推定される。
The temperature of the NOx catalyst 41 is estimated based on, for example, the temperature detected by a temperature sensor provided immediately upstream of the NOx catalyst 41. The temperature of the
ステップS1の後はステップS2に進む。ステップS2では、PCM200は、アクティブDeNOx制御実行フラグが「1」であるか否かを判定する。ステップS2の判定がNOの場合は、ステップS10に進む。一方、ステップS2の判定がYESの場合は、ステップS3に進む。
After step S1, the process proceeds to step S2. In step S2, the
ステップS3では、PCM200は、エンジンが第1領域R1で運転されているか否かを判定する。ステップS3の判定がNOの場合は、ステップS10に進む。
In step S3, the
一方、ステップS3の判定がYESの場合は、ステップS4に進む。ステップS4では、PCM200は、アクティブDeNOx制御におけるポスト噴射の噴射量と噴射タイミングとを決定する。
On the other hand, if the determination in step S3 is YES, the process proceeds to step S4. In step S4, the
具体的には、PCM200は、アクセル開度等から算出される要求トルクに対応する燃料噴射量をメイン噴射量として算出する。次に、算出したメイン噴射量とポスト噴射量とを合わせたトータル噴射量と、気筒2に導入される空気量とによって、混合気および排気ガスの空気過剰率λが、アクティブDeNOx制御用の気過剰率λの目標値となるように、前記メイン噴射と空気量とに基づいてポスト噴射量を決定する。なお、気筒2に導入される空気量は、エアフローセンサSN2で検出された値等を用いて推定される。このように、本実施形態では、ポスト噴射の噴射量を変更することで排気ガスの空気過剰率λを変更する。
Specifically, the
また、PCM200は、アクティブDeNOx制御用のポスト噴射の噴射タイミングを、前記のように、膨張行程の前半のタイミングに設定する。ここで、ポスト噴射タイミングを進角させ過ぎると、空気と燃料が十分に混合されていない状態でこの混合気が燃焼を開始する結果スモークの発生量が増大する。そこで、本実施形態では、気筒2に導入される空気量等に基づいて、スモークの発生量が所定量を超えないようにポスト噴射タイミングを膨張行程前半の範囲内で調整する。なお、本実施形態では、アクティブDeNOx制御時には、気筒2内に適量のEGRガスを導入し、これによってもポスト噴射された燃料の着火を遅延させてスモークの発生を抑制している。
Further, the
ステップS4の後は、ステップS5に進む。ステップS5では、PCM200は、インジェクタ10に、前記のメイン噴射量の燃料をメイン噴射させるとともに、ステップS4で決定したアクティブDeNOx制御用のポスト噴射量の燃料をステップS4で決定したタイミングでポスト噴射させる。ステップS5の後は処理を終了する(ステップS1に戻る)。なお、ポスト噴射量が小さいときは、スロットルバルブ23を閉じ側に制御する等により気筒2に導入される空気量を低減させてもよい。
After step S4, the process proceeds to step S5. In step S5, the
一方、ステップS2の判定がNOまたはステップS3の判定がNOの場合に進むステップS10では、PCM200は、パッシブDeNOx制御実行フラグが「1」であるか否かを判定する。ステップS10の判定がNOの場合は、ステップS11に進む。
On the other hand, in step S10, which proceeds when the determination in step S2 is NO or the determination in step S3 is NO,
ステップS11では、PCM200は、アクティブDeNOx制御およびパッシブDeNOx制御を実行せずに通常の制御を実施する。つまり、PCM200は、ポスト噴射を停止し、アクセル開度等から算出される要求トルクに対応する燃料噴射量をメイン噴射させる。ステップS11の後は処理を終了する(ステップS1に戻る)。一方、ステップS10の判定がYESの場合は、ステップS12に進む。
In step S11, the
ステップS12では、PCM200は、エンジンが第2領域R21で運転されているか否かを判定する。ステップS12の判定がNOの場合は、ステップS11に進む。
In step S12, the
一方、ステップS12の判定がYESの場合は、ステップS13に進む。ステップS13では、PCM200は、パッシブDeNOx制御におけるポスト噴射の噴射量と噴射タイミングとを決定する。
On the other hand, if the determination in step S12 is YES, the process proceeds to step S13. In step S13, the
具体的には、PCM200は、アクセル開度等から算出される要求トルクに対応する燃料噴射量をメイン噴射量として算出する。次に、算出したメイン噴射量とポスト噴射量とを合わせたトータル噴射量と、気筒2に導入される空気量とによって、混合気および排気ガスの空気過剰率λが、パッシブDeNOx制御用の空気過剰率λの目標値となるように、前記メイン噴射と空気量とに基づいてポスト噴射量を決定する。本実施形態では、PCM200は、パッシブDeNOx制御用のポスト噴射の噴射タイミングを、前記のように、膨張行程前半のタイミングに設定する。
Specifically, the
ステップS13の後はステップS14に進む。ステップS14では、PCM200は、インジェクタ10に、前記のメイン噴射量の燃料をメイン噴射させるとともに、ステップS13で決定したパッシブDeNOx制御用のポスト噴射量の燃料をステップS12で決定したタイミングでポスト噴射させる。ステップS14の後は処理を終了する(ステップS1に戻る)。
After step S13, the process proceeds to step S14. In step S14, the
(3)尿素水の噴射制御
次に、尿素インジェクタ45の噴射制御について説明する。以下では、適宜、尿素インジェクタ45から噴射される尿素の量を、尿素噴射量という。前記のように、尿素インジェクタ45の噴射制御は、PCM200からの情報を得ながらDCU300が実施する。
(3) Injection Control of Urea Solution Next, injection control of the
(3−1)DeNOx制御時の尿素噴射制御の概要
前記のように、NOx還元時つまりDeNOx制御の実施時には、NOx触媒41からNH3が放出されてSCR触媒46に導入される。そのため、DeNOx制御の実施時の尿素噴射量を、DeNOx制御の非実施時(DeNOx制御を実施していない時)の尿素噴射量と同じ量にすると、SCR触媒46に供給されるNH3の量が過大となり、SCR触媒46よりも下流側にNH3がすり抜けるおそれがある。そこで、DeNOx制御時はDeNOx制御の非実施時よりも尿素噴射量を少なくする。
(3-1) Outline of Urea Injection Control at DeNOx Control As described above, at the time of NOx reduction, that is, at the time of DeNOx control, NH 3 is released from the NOx catalyst 41 and introduced into the
しかしながら、DeNOx制御時の尿素噴射量を、運転条件によらず単純に非DeNOx制御時よりも少ない所定の量に制御しただけでは、SCR触媒46に供給されるNH3の量が、過大になるあるいは不足して、SCR触媒46よりも下流側に多くのNH3がすり抜けたり、SCR触媒46において適切にNOxが浄化されないおそれがあることが分かった。
However, the amount of NH 3 supplied to the
本願発明者らはこれについて鋭意研究した結果、NOx触媒41からのNH3の放出は、DeNOx制御を開始してから所定の期間が経過した後にはじめて生じること、そして、この所定の期間が運転条件によって異なるために、前記問題が生じることを突き止めた。以下、DeNOx制御を開始してからNOx触媒41からのNH3の放出が開始するまでの期間を、適宜、遅れ期間という。 The inventors of the present invention conducted intensive studies, and as a result, the release of NH 3 from the NOx catalyst 41 occurs only after a predetermined period has elapsed since De NOx control was started, and this predetermined period is an operating condition. It has been found that the problem arises due to differences in Hereinafter, a period from the start of the DeNOx control to the start of the release of NH 3 from the NOx catalyst 41 is appropriately referred to as a delay period.
つまり、DeNOx制御の実施期間が同じであっても、遅れ期間が短い方が、より長期にわたってNOx触媒41からSCR触媒46にNH3が供給される。そのため、遅れ期間によらずにDeNOx制御の実施期間中に排気通路40に噴射する尿素の総量を一定量とすると、SCR触媒46に供給されるNH3の量が過大となり多くのNH3がSCR触媒46の下流側にすり抜けるあるいは、SCR触媒46に供給されるNH3の量が不足してSCR触媒46でのNOxの浄化率が悪化するおそれがある。
That is, even if the execution period of the DeNOx control is the same, NH 3 is supplied from the NOx catalyst 41 to the
また、本願発明者らは、遅れ期間と、NOx触媒41に吸蔵されている酸素の単位時間あたりの減少量(以下、吸蔵酸素減少速度という)とには相関があること、詳細には、吸蔵酸素減少速度が大きい方が遅れ期間が短くなることを突き止めた。 Also, the inventors of the present invention have a correlation between the delay period and the amount of decrease of oxygen stored in the NOx catalyst 41 per unit time (hereinafter referred to as the rate of decrease in stored oxygen). It was found that the delay period became shorter as the oxygen reduction rate was higher.
吸蔵酸素減少速度が大きい方が遅れ期間が短くなるのは次の理由によると考えられる。 The reason why the delay period becomes shorter as the stored oxygen reduction rate increases is considered to be due to the following reason.
前記のように、NOx触媒41でNH3が生成されるのは、DeNOx制御に伴ってNOx触媒41に還元剤が供給されることで、NOx触媒41に吸蔵されていたNOx中の「N」およびNOx触媒41を通過するNOxと、NOx触媒41に導入された還元剤であるH等が結合するためである。しかしながら、前記のように、NOx触媒41は、酸素吸蔵能を有している。そして、NOx触媒41には、通常運転時等において排気ガスの空気過剰率λが1よりも大きくされることに伴って多量の酸素が吸蔵されている。そのため、DeNOx制御が開始されてNOx触媒41への還元剤の導入が開始された直後は、供給された還元剤が、「N」ではなくNOx触媒41に吸蔵されている酸素と反応してしまい、NH3の生成反応が抑制される。これより、NOx触媒41に吸蔵されていた酸素がなくなったときにはじめてNH3の放出が開始されると考えられる。ここで、DeNOx制御を開始してからNOx触媒41に吸蔵されていた酸素がなくなるまでの期間は、吸蔵酸素減少速度が大きい方が大きい。従って、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、NH3の放出が開始するタイミングが早くなり、遅れ期間が短くなると考えられる。 As described above, the reason why NH 3 is generated by the NOx catalyst 41 is that the reducing agent is supplied to the NOx catalyst 41 along with the DeNOx control, so that “N” in the NOx stored in the NOx catalyst 41 The reason is that NOx passing through the NOx catalyst 41 is combined with H, which is a reducing agent introduced to the NOx catalyst 41, and the like. However, as described above, the NOx catalyst 41 has an oxygen storage capacity. Further, a large amount of oxygen is stored in the NOx catalyst 41 as the excess air ratio λ of the exhaust gas is made larger than 1 in the normal operation and the like. Therefore, immediately after DeNOx control is started and introduction of the reducing agent to the NOx catalyst 41 is started, the supplied reducing agent reacts with oxygen stored in the NOx catalyst 41 instead of “N”. And the reaction of producing NH 3 are suppressed. From this, it is considered that the release of NH 3 is started only when the oxygen stored in the NOx catalyst 41 disappears. Here, in the period from when DeNOx control is started to when the oxygen stored in the NOx catalyst 41 disappears, the larger the rate of decrease in stored oxygen, the larger. Therefore, it is considered that as the stored oxygen reduction rate increases, the timing at which release of NH 3 starts is earlier, and the delay period becomes shorter.
そこで、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度を推定し、これに基づいて、遅れ期間を推定する。 Therefore, in the present embodiment, the storage oxygen reduction rate is estimated, and the delay period is estimated based on this.
具体的には、吸蔵酸素減少速度であってNOx触媒41に吸蔵されている酸素の単位時間あたりの減少量を積算していき、この積算値が、吸蔵酸素最大量であってNOx触媒41が吸蔵可能な酸素の最大量以上になった時期を、NOx触媒41からNH3の放出が開始された時期(以下、NH3放出開始時期という)して推定する。そして、DeNOx制御の開始時期からこのNH3放出開始時期までの期間を、遅れ期間として推定する。吸蔵酸素減少速度の推定手順については後述する。 Specifically, the storage oxygen reduction rate is integrated, and the reduction per unit time of oxygen stored in the NOx catalyst 41 is integrated, and this integrated value is the storage oxygen maximum amount, and the NOx catalyst 41 The time when the maximum amount of occludable oxygen is exceeded is estimated as the time when release of NH 3 from the NOx catalyst 41 is started (hereinafter referred to as NH 3 release start time). Then, a period from the start timing of DeNOx control to the start timing of this NH 3 release is estimated as a delay period. The procedure for estimating the stored oxygen reduction rate will be described later.
そして、DeNOx制御が開始してからこの遅れ期間が経過するまでは、尿素噴射量をDeNOx制御の実施前つまりDeNOx制御の非実施時と同じ量に維持し、遅れ期間が経過した後にはじめて(NH3放出開始時期になるとはじめて)尿素噴射量をDeNOx制御の非実施時よりも少なくする。 Then, until DeNOx control starts and until this delay period elapses, the urea injection amount is maintained at the same amount as before DeNOx control, that is, when DeNOx control is not performed, and only after the delay period has elapsed (3 ) Only when the release start time is reached) Make the urea injection amount smaller than when not performing DeNOx control.
従って、本実施形態では、DeNOx制御の実施期間が同じであっても、遅れ期間が短い方が、尿素噴射量がDeNOx制御の非実施時よりも少なくされる期間が長くなり、DeNOx制御の実施期間中における尿素噴射量の総量、つまり、DeNOx制御の実施期間に排気通路40に供給されたトータルの尿素の量は、少なくなる。
Therefore, in the present embodiment, even if the execution period of DeNOx control is the same, the shorter the delay period, the longer the period during which the urea injection amount is smaller than that during the non-execution of DeNOx control. The total amount of urea injection during the period, that is, the total amount of urea supplied to the
ここで、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、遅れ期間は短い。従って、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、DeNOx制御の実施期間中における尿素噴射量の総量が小さくされることになる。 Here, the larger the stored oxygen reduction rate, the shorter the delay period. Therefore, in the present embodiment, the larger the rate of decrease in stored oxygen, the smaller the total amount of urea injection during the implementation period of DeNOx control.
より詳細には、本実施形態では、DeNOx制御の実施中において、遅れ期間が経過すると(NH3放出開始時期になると)、各時刻において、NOx触媒41から放出されるNH3の量(以下、適宜、NH3放出量という)を推定する。また、この推定したNH3放出量を尿素換算する(NH3放出量のNH3を生成するために必要な尿素の量の最小値を算出する)。そして、DeNOx制御の非実施時の尿素噴射量から、NH3放出量の尿素換算値を減算し、求められた値を、尿素噴射量として算出する。 More specifically, in the present embodiment, the amount of NH 3 released from the NOx catalyst 41 at each time (hereinafter referred to as “the amount of NH 3 released at each time”) when the delay period elapses (at the NH 3 release start timing) As appropriate, the amount of released NH 3 is estimated. Also, (to calculate the minimum amount of urea required to produce a NH 3 in NH 3 emissions) that the estimated NH 3 emissions the converted urea. Then, the urea conversion value of the NH 3 release amount is subtracted from the urea injection amount at the time of non-execution of DeNOx control, and the obtained value is calculated as the urea injection amount.
ここで、この尿素噴射量の算出手順では、NH3放出量によっても尿素噴射量の量は変化する。しかしながら、DeNOx制御の実施期間中にNOx触媒41から放出されるNH3のトータルの量に与える影響は、酸素減少速度の方が、NH3放出量よりも大きく、前記のように、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度が大きい方が、DeNOx制御の実施期間中における尿素噴射量の総量が小さくされる。 Here, in the calculation procedure of the urea injection amount, the amount of the urea injection amount also changes depending on the NH 3 release amount. However, the effect on the amount of total NH 3 released from the NOx catalyst 41 during the implementation period of the DeNOx control, better oxygen reduction rate is greater than the NH 3 emissions, as described above, the present embodiment Then, as the stored oxygen reduction rate increases, the total amount of urea injection during the implementation period of DeNOx control decreases.
なお、後述するように、排気ガスがリッチである方がNH3放出量は大きい値に算出され、排気ガスの空気過剰率λが小さい方がつまり排気ガスがリッチである方が吸蔵酸素減少速度は大きい値に算出される。従って、排気ガスの空気過剰率λの変化に対して、NH3放出量が尿素噴射量の総量に与える影響と吸蔵酸素減少速度が尿素噴射量の総量に与える影響とは、ともに、同じ側(総量が増える側または減る側)である。つまり、排気ガスの空気過剰率λが小さいときは、尿素噴射量の総量は、吸蔵酸素減少速度が大きくなることによって小さくなるとともに、NH3放出量が大きくなることによっても小さくなる。 As described later, when the exhaust gas is rich, the NH 3 release amount is calculated to be a large value, and when the excess air ratio λ of the exhaust gas is small, that is, the rich exhaust gas reduces the stored oxygen rate Is calculated to be a large value. Therefore, with respect to the change in excess air ratio λ of the exhaust gas, the influence of the NH 3 release amount on the total amount of urea injection and the influence of the storage oxygen reduction rate on the total amount of urea injection are on the same side The total amount increases or decreases). That is, when the excess air ratio λ of the exhaust gas is small, the total of the urea injection amount becomes smaller as the storage oxygen reduction rate becomes larger, and becomes smaller as the NH 3 release amount becomes larger.
また、同様に、排気ガスの流量(以下、適宜、排気流量という)が大きい方がNH3放出量は大きい値に算出され、排気流量が大きい方が吸蔵酸素減少速度は大きい値に算出されるようになっており、排気流量の変化に対しても、NH3放出量が尿素噴射量の総量に与える影響と吸蔵酸素減少速度が尿素噴射量の総量に与える影響とは、ともに、同じ側(総量が増える側または減る側)となっている。 Similarly, the exhaust gas flow rate (hereinafter referred to as the exhaust gas flow rate) the larger is NH 3 emissions is calculated to a large value, it exhaust flow rate is large is calculated for the stored oxygen reduction rate larger value With respect to changes in the exhaust flow rate, both the effect of the NH 3 release amount on the total amount of urea injection and the effect of the rate of reduction of stored oxygen on the total amount of urea injection are on the same side ( The total amount increases (or decreases).
(3−2)DeNOx制御終了後の尿素噴射制御の概要
前記のように、DeNOx制御時にはNOx触媒41からSCR触媒46にNH3が導入される。そのため、DeNOx制御が終了した直後はSCR触媒46に多量のNH3が吸着されていることになる。従って、仮に、DeNOx制御の終了直後に即座に尿素噴射量を大幅に増大させてしまうと、SCR触媒46に供給されるNH3が過大になってNH3がSCR触媒46の下流側にすり抜けるおそれがある。
(3-2) so that the summary of the urea injection control after DeNOx control end, during DeNOx control NH 3 is introduced from the NOx catalyst 41 in
そこで、本実施形態では、DeNOx制御が終了してから所定の期間(以下、適宜、切り替え期間という)は、DeNOx制御の非実施時であっても、その他の期間よりも尿素噴射量を少なくする。ただし、前記のように、切り替え期間であっても、DeNOx制御が終了した後はNOx触媒41からのNH3の放出量であるNH3放出量はほぼ0となるため、切り替え期間時においても、尿素噴射量は、DeNOx制御時よりも多くする。なお、前記の切り替え期間は、予め設定されている。 Therefore, in the present embodiment, the urea injection amount is made smaller for a predetermined period (hereinafter, appropriately referred to as a switching period) after the end of DeNOx control, even during the non-execution of DeNOx control than in other periods. . However, as described above, even during the switching period, the amount of NH 3 released from the NOx catalyst 41, which is the amount of released NH 3 from the NOx catalyst 41, becomes almost zero after the DeNOx control is completed. The urea injection amount is made larger than at the time of DeNOx control. The switching period is set in advance.
また、本実施形態では、DeNOx制御の実施に伴ってNOx触媒41から排出されたNH3の総量を推定し、切り替え期間中は、この総量が多い方が尿素噴射量が少なくなるようにこれを決定する。 Further, in the present embodiment, the total amount of NH 3 discharged from the NOx catalyst 41 is estimated in conjunction with the implementation of the DeNOx control, and during the switching period, the larger the total amount is, the smaller the urea injection amount becomes. decide.
具体的には、前記のように、DeNOx制御の実施中且つ遅れ期間経過後の各時刻のNH3放出量を推定し、この放出Nh3量をDeNOx制御が終了するまで積算していき、この積算値を、前記総量(DeNOx制御の実施に伴ってNOx触媒41から排出されたNH3の総量)として算出する。 Specifically, as described above, estimates the NH 3 emissions each time after Ongoing and delay period of DeNOx control, will the release Nh3 amount by accumulating until DeNOx control ends, the integrated The value is calculated as the total amount (the total amount of NH 3 emitted from the NOx catalyst 41 with the execution of the DeNOx control).
(3−3)吸蔵酸素減少速度の算出手順
次に、吸蔵酸素減少速度の算出手順について説明する。
(3-3) Calculation Procedure of Storage Oxygen Deceleration Rate Next, a calculation procedure of the storage oxygen reduction velocity will be described.
本願発明者らは、吸蔵酸素減少速度を、これをMreO2として次の式(2)により算出すれば精度よくこれを推定できることを突き止めた。そこで、本実施形態では、この式(2)を用いて吸蔵酸素減少速度を算出する。 The inventors of the present application have found that the rate of decrease in stored oxygen can be accurately estimated by calculating it as MreO2 according to the following equation (2). Therefore, in the present embodiment, the stored oxygen reduction rate is calculated using this equation (2).
MreO2=(1−λ)×K×Mex・・・(2)
式(2)において、λは、排気ガスの空気過剰率である。本実施形態では、前記のように、DeNOx制御時の排気ガスの空気過剰率λの目標値が予め設定されているとともに、これが実現されるようにポスト噴射が実施されている。従って、式(2)における空気過剰率λはほぼこの目標値となるが、本実施形態では、燃料噴射量や気筒2に導入される空気量等から現在の排気ガスの空気過剰率λを算出して、この算出値を式(2)に用いる。
MreO2 = (1−λ) × K × Mex (2)
In equation (2), λ is the excess air ratio of the exhaust gas. In the present embodiment, as described above, the target value of the excess air ratio λ of the exhaust gas at the time of DeNOx control is set in advance, and the post injection is implemented so as to realize this. Therefore, although the excess air ratio λ in the equation (2) is almost this target value, in the present embodiment, the excess air ratio λ of the present exhaust gas is calculated from the fuel injection amount, the air amount introduced into the
また、式(2)において、Mexは排気ガスの流量である。本実施形態では、エアフローメータで検出された値等を用いて排気流量Mexを算出する。 Further, in the equation (2), Mex is the flow rate of the exhaust gas. In the present embodiment, the exhaust flow rate Mex is calculated using a value or the like detected by the air flow meter.
また、式(2)において、Kは補正係数である。この補正係数Kは、第1補正係数をα1、第2補正係数をα2、第3補正係数をα3として、K=α1×α2×α3により算出される。 Further, in the equation (2), K is a correction coefficient. The correction coefficient K is calculated by K = α1 × α2 × α3 where the first correction coefficient is α1, the second correction coefficient is α2, and the third correction coefficient is α3.
前記式(2)に含まれる(1−λ)×Mexの項で算出される値は、NOx触媒41に流入する未燃燃料ひいては還元剤、の全てを酸化させようとしたときに、排気ガスに不足している酸素量である。従って、下記の式(3)によって得られるX1は、吸蔵酸素減少速度に近い値になると考えられる。つまり、DeNOx制御の開始時において、NOx触媒41では、この(1−λ)×Mexの項で算出される量の吸蔵酸素が消費されると考えられる。 The value calculated by the term (1−λ) × Mex included in the equation (2) is an exhaust gas when it is intended to oxidize all the unburned fuel flowing into the NOx catalyst 41 and thus the reducing agent. Insufficient amount of oxygen. Therefore, X1 obtained by the following equation (3) is considered to be a value close to the storage oxygen reduction rate. That is, at the start of the DeNOx control, the NOx catalyst 41 is considered to consume the storage oxygen of the amount calculated by the term (1−λ) × Mex.
X1=(1−λ)×Mex・・・(3)
しかしながら、式(3)で得られる値X1と実際の吸蔵酸素減少速度とにはずれがあり、各補正係数α1、α2、α3は、このずれを補正するための係数である。以下では、「1−λ」で表されるパラメータを、空気不足幅と称して説明する。
X1 = (1−λ) × Mex (3)
However, there is a difference between the value X1 obtained by the equation (3) and the actual storage oxygen reduction rate, and the correction coefficients α1, α2 and α3 are coefficients for correcting this difference. In the following, the parameter represented by “1−λ” will be described as being referred to as an air shortage.
(第1補正係数)
前記ずれをより小さくするべく鋭意研究を行った結果、排気ガスの空気過剰率λを1以下にしたときにエンジン本体1から排出される還元剤であるCO,H2,THCの濃度は、図5に示すようになることが分かった。また、図5に示すように、排気ガスの空気過剰率λが1以下であっても、エンジン本体1から排出される排気ガスに酸素(O2)が含まれることが分かった。
(First correction factor)
As a result of earnest research conducted to make the deviation smaller, the concentrations of CO, H 2 and THC which are reducing agents exhausted from the engine
具体的には、図5は、横軸を排気ガスの空気過剰率λとし、縦軸を排気ガス中の各物質の濃度としたものである。図5に示されるように、排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほど排気ガスに含まれるCO、H2、THCの濃度はそれぞれ大きくなり、排気ガスの空気過剰率λが大きくなるほど排気ガスに含まれるO2の濃度は小さくなる。 Specifically, in FIG. 5, the horizontal axis represents the excess air ratio λ of the exhaust gas, and the vertical axis represents the concentration of each substance in the exhaust gas. As shown in FIG. 5, as the excess air ratio λ of the exhaust gas decreases, the concentrations of CO, H 2 and THC contained in the exhaust gas increase, and as the excess air ratio λ of the exhaust gas increases, the concentration is included in the exhaust gas. The concentration of O 2 decreases.
また、本願発明者らは、排気ガスに主として含まれるCOに加えてH2の量が吸蔵酸素減少速度に影響を及ぼすことを突き止めた。これは、H2は還元能力が高く、NOx触媒41に吸蔵されている酸素(以下、適宜、吸蔵酸素という)と反応しやすいためと考えられる。また、排気ガスに含まれるO2によって吸蔵酸素の減少が抑制されており、排気ガスに含まれるO2の量が吸蔵酸素減少速度に影響を及ぼすことも突き止めた。 Also, the present inventors have found that the amount of H 2 in addition to CO contained mainly in the exhaust gas affects the rate of oxygen storage reduction. It is considered that this is because H 2 has a high reducing ability and easily reacts with oxygen stored in the NOx catalyst 41 (hereinafter referred to as stored oxygen as appropriate). Further, reduction of stored oxygen by O 2 contained in the exhaust gas is suppressed, the amount of O 2 contained in the exhaust gas was also discovered to affect the stored oxygen reduction rate.
そして、これらの知見より、NOx触媒41で実際に吸蔵酸素と反応する還元剤の量は、排気ガスに含まれるCOとH2の合計量から、これらと反応するO2の量であって排気ガスに含まれるO2の量の半分の量を引いた値に近似することが分かった。 From these findings, the amount of the reducing agent that actually reacts with the stored oxygen in the NOx catalyst 41 is the amount of O 2 that reacts with these, from the total amount of CO and H 2 contained in the exhaust gas, It was found to approximate to a value obtained by subtracting half of the amount of O 2 contained in the gas.
ここで、図6は、排気ガスに含まれるCOとH2の濃度の合計値から、排気ガスに含まれるO2の濃度の半分の値、を差し引いた値であって、前記のように、NOx触媒41において吸蔵酸素と反応すると考えられる還元剤の濃度(以下、正味の還元剤の濃度という)を、排気ガスの空気不足幅(「1―λ」)毎にプロットしたグラフである。図6において、実線で示したラインL1は、これらプロット点の代表的な点を結んだラインである。 Here, FIG. 6 is a value obtained by subtracting a half value of the concentration of O 2 contained in the exhaust gas from the total value of the concentrations of CO and H 2 contained in the exhaust gas, as described above, FIG. 7 is a graph in which the concentration of a reducing agent considered to react with stored oxygen in the NOx catalyst 41 (hereinafter referred to as the net reducing agent concentration) is plotted for each air shortage width (“1−λ”) of exhaust gas. In FIG. 6, a line L1 indicated by a solid line is a line connecting representative points of these plot points.
図6に示されるように、排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほど(リッチになるほど)、正味の還元剤の濃度は大きくなる。 As shown in FIG. 6, as the excess air ratio λ of the exhaust gas becomes smaller (more rich), the net concentration of the reducing agent becomes larger.
しかしながら、排気ガスの空気不足幅が大きくなるほど(排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほど)、排気ガスの空気不足幅および排気ガスの空気過剰率λに対する正味の還元剤の濃度の変化率は大きくなっており、正味の還元剤の濃度と空気不足幅とは比例していない。すなわち、各空気不足幅について式(3)で算出される点を結んだラインであるラインL2と、空気不足幅に比例する点を結んだラインL1とにはずれがあり、このラインL1とラインL2とのずれが、式(3)によって得られるX1の値と実際の吸蔵酸素減少速度とのずれの少なくとも一部を構成していると考えられる。 However, as the air shortage width of the exhaust gas increases (as the excess air ratio λ of the exhaust gas decreases), the rate of change of the concentration of the net reductant relative to the insufficient air width of the exhaust gas and the excess air ratio λ of the exhaust gas increases. The net reductant concentration and the air shortage are not proportional. That is, there is a difference between a line L2 which is a line connecting points calculated by the equation (3) for each air shortage width and a line L1 connecting a point proportional to the air shortage width, the line L1 and the line L2 It is considered that the difference between the two and the third one constitutes at least a part of the difference between the value of X1 obtained by the equation (3) and the actual rate of decrease in stored oxygen.
第1補正係数α1は、このずれを補正するための係数、つまり、ラインL1上の点をラインL2上の点に補正するための係数であり、図7のように設定されている。具体的には、第1補正係数α1は、排気ガスの空気過剰率λが小さくなるほどその値が大きくなるように設定されている。また、第1補正係数α1は、排気ガスの空気過剰率λが大きくなるほど排気ガスの空気過剰率λに対する第1補正係数α1の変化率が大きくなるように設定されている。 The first correction coefficient α1 is a coefficient for correcting this deviation, that is, a coefficient for correcting the point on the line L1 to a point on the line L2, and is set as shown in FIG. Specifically, the first correction coefficient α1 is set such that the value thereof increases as the excess air ratio λ of the exhaust gas decreases. Further, the first correction coefficient α1 is set such that the rate of change of the first correction coefficient α1 with respect to the excess air ratio λ of the exhaust gas increases as the excess air ratio λ of the exhaust gas increases.
(第2補正係数および第3補正係数)
また、本願発明者らは、NOx触媒41の温度および排気流量によっては、DeNOx制御時であっても、NOx触媒41に導入された全ての還元剤が酸化されないこと、また、NOx触媒41の温度および排気流量によって、DeNOx制御時においてNOx触媒41にて吸蔵酸素によって酸化される還元剤の割合が異なることを突き止めた。
(Second and third correction factors)
Furthermore, the inventors of the present invention have determined that all reducing agents introduced to the NOx catalyst 41 are not oxidized even during DeNOx control, depending on the temperature and exhaust flow rate of the NOx catalyst 41, and that the temperature of the NOx catalyst 41. It was found that the proportion of the reducing agent oxidized by the stored oxygen at the NOx catalyst 41 was different depending on the exhaust flow rate and the DeNOx control.
図8は、横軸をNOx触媒41の温度とし、縦軸を、DeNOx制御時においてNOx触媒41に導入された還元剤が酸化される割合としたグラフである。図8のグラフにおける3つのラインL11、L12、L13は排気流量が互いに異なるときのラインである。ラインL11、L12、L13の順で排気流量は大きくなっている。 FIG. 8 is a graph in which the horizontal axis represents the temperature of the NOx catalyst 41 and the vertical axis represents the rate at which the reducing agent introduced into the NOx catalyst 41 is oxidized during the DeNOx control. Three lines L11, L12 and L13 in the graph of FIG. 8 are lines when the exhaust flow rates are different from each other. The exhaust flow rate increases in the order of the lines L11, L12, and L13.
図8に示されるように、NOx触媒41の温度が低い方が前記割合は小さくなる。より詳細には、NOx触媒41の温度が所定の温度(例えば、350℃程度)以上では前記割合は100%となりNOx触媒41に導入された還元剤はほぼ全て酸化される。一方、NOx触媒41の温度が所定の温度未満ではNOx触媒41の温度が低くなるほど前記割合は小さくなる。また、排気流量が多い方が前記割合は小さくなる。 As shown in FIG. 8, the lower the temperature of the NOx catalyst 41, the smaller the ratio. More specifically, when the temperature of the NOx catalyst 41 is higher than a predetermined temperature (for example, about 350 ° C.), the ratio is 100% and the reducing agent introduced into the NOx catalyst 41 is almost entirely oxidized. On the other hand, when the temperature of the NOx catalyst 41 is lower than a predetermined temperature, the ratio decreases as the temperature of the NOx catalyst 41 decreases. Also, the ratio decreases as the exhaust flow rate increases.
従って、NOx触媒41にて実際に吸蔵酸素によって酸化される還元剤の量ひいてはこの酸化に利用される吸蔵酸素の量は、(1−λ)×Mex×α1で得られる値(NOx触媒41に導入される還元剤の全量およびこの全量に対応する吸蔵酸素の量と推定される値)に前記割合をかけた値になるとなる。 Therefore, the amount of reductant that is actually oxidized by the stored oxygen in the NOx catalyst 41 and thus the amount of stored oxygen used for this oxidation is the value obtained by (1−λ) × Mex × α1 (NOx catalyst 41 The total amount of the reducing agent to be introduced and the value estimated to be the amount of stored oxygen corresponding to the total amount are multiplied by the above ratio.
そこで、本実施形態では、NOx触媒41の温度に応じて変化する前記割合を第2補正係数α2として設定するとともに、排気流量に応じて変化する前記割合を第3補正係数α3として設定して、これらα2、α3を(1−λ)×Mex×α1に掛けて、NOx触媒41にて吸蔵酸素によって酸化される還元剤の量ひいてはこの酸化に利用される吸蔵酸素の量をより精度よく推定する。 Therefore, in the present embodiment, the ratio that changes according to the temperature of the NOx catalyst 41 is set as the second correction coefficient α2, and the ratio that changes according to the exhaust gas flow is set as the third correction coefficient α3. By multiplying these α2 and α3 by (1−λ) × Mex × α1, it is possible to more accurately estimate the amount of reducing agent oxidized by the stored oxygen in the NOx catalyst 41 and hence the amount of stored oxygen used for this oxidation. .
第2補正係数α2つまりNOx触媒41の温度に応じて変化する前記割合は、前記のように、NOx触媒41の温度が低い方が小さい値とされる。
As described above, the second
第3補正係数α3つまり排気流量に応じて変化する前記割合は、前記のように、排気流量が多い方が小さい値とされる。 As described above, the third correction coefficient α3, that is, the ratio that changes in accordance with the exhaust flow rate, is a smaller value as the exhaust flow rate is higher.
また、第2補正係数α2および第3補正係数α3は、NOx触媒41の温度が所定の温度以上では、NOx触媒41の温度および排気流量の値によらず一定値(例えば、1.0)とされる。 In addition, the second correction coefficient α2 and the third correction coefficient α3 are fixed values (for example, 1.0) regardless of the temperature of the NOx catalyst 41 and the exhaust flow rate when the temperature of the NOx catalyst 41 is equal to or higher than a predetermined temperature. Be done.
なお、NOx触媒41の温度が高い方が前記割合が高くなるのは、温度が高い方がNOx触媒41がより活性状態にあり還元剤の酸化反応が促進されるためと考えられる。また、排気流量が多い方が前記割合が小さくなるのは、排気流量が多い方が還元剤以外の物質の量も多くなりNOx触媒41と還元剤との接触機会が小さくなるためと考えられる。 The higher the temperature of the NOx catalyst 41, the higher the ratio, which is considered to be because the NOx catalyst 41 is more active when the temperature is higher and the oxidation reaction of the reducing agent is promoted. Further, the larger the exhaust gas flow rate, the smaller the ratio, which is considered to be because the larger the exhaust gas flow rate, the larger the amount of substances other than the reducing agent, and the smaller the chance of contact between the NOx catalyst 41 and the reducing agent.
このように、本実施形態では、式(2)によって吸蔵酸素減少速度が精度よく推定される。 Thus, in the present embodiment, the stored oxygen reduction rate is accurately estimated by the equation (2).
また、本実施形態では、このようにして推定した吸蔵酸素減少速度を用いてNH3放出開始時期を推定する。具体的には、前記のように、推定した吸蔵酸素減少速度の積算値が吸蔵酸素最大量以上になった時期を、NH3放出開始時期として推定する。 Further, in the present embodiment, the NH 3 release start timing is estimated using the storage oxygen reduction rate estimated in this manner. Specifically, as described above, the time when the integrated value of the estimated occluded oxygen reduction rate becomes equal to or more than the occluded oxygen maximum amount is estimated as the NH 3 release start time.
(3−4)DeNOx制御時の空気過剰率の目標値
前記のように、NOx触媒41では、導入される排気ガスの空気過剰率λが1近傍あるいは1より小さいリッチな状態にされることで、NOxが還元される。そのため、NOx触媒41内でNOxを還元するだけであれば、排気ガスの空気過剰率λは1近傍であってもよい。
(3-4) Target value of excess air ratio at the time of DeNOx control As described above, in the NOx catalyst 41, the excess air ratio λ of the introduced exhaust gas is made close to 1 or richer than 1 , NOx is reduced. Therefore, the excess air ratio λ of the exhaust gas may be close to 1 as long as NOx is only reduced in the NOx catalyst 41.
しかしながら、前記のように、NOx触媒41は、酸素吸蔵能を有しており、排気ガスの空気過剰率λが1以上になると酸素を吸蔵する。そして、NOx触媒41に酸素が吸蔵されると、この吸蔵された酸素がなくなるまでNOx触媒41からのNH3の放出が停止される。 However, as described above, the NOx catalyst 41 has an oxygen storage capacity, and stores oxygen when the excess air ratio λ of the exhaust gas becomes 1 or more. Then, when oxygen is stored in the NOx catalyst 41, the release of NH 3 from the NOx catalyst 41 is stopped until the stored oxygen disappears.
そこで、本実施形態では、SCR触媒46に効率よくNH3を供給するために、排気ガスの空気過剰率λを1未満にする。すなわち、NOx触媒41からNH3を放出させて、尿素インジェクタ45から噴射される尿素の量を少なく抑えて尿素タンク45c内の尿素の減少を抑制するべく、排気ガスの空気過剰率λを1未満にする。特に、排気ガスの空気過剰率λが1以上になると、短時間でNOx触媒41に多量の酸素が吸蔵されて比較的長い時間にわたってNH3の放出が中断されることが分かっており、一定時間内でNOx触媒41から多量のNH3を放出させるためには、排気ガスの空気過剰率λを1未満にする必要がある。
Therefore, in the present embodiment, the excess air ratio λ of the exhaust gas is set to less than 1 in order to supply NH 3 efficiently to the
ただし、排気ガスの空気過剰率λは、気筒2に導入される空気の量と燃料の量とにより変化する。そのため、排気ガスの空気過剰率λの目標値を1に極めて近い値に設定した場合には、前記の空気量や燃料量の変動に伴って実際の排気ガスの空気過剰率λが1以上になる機会が多くなる。また、前記のように、排気ガスの空気過剰率λが1以上になるとNH3の放出が停止されるため、排気ガスの空気過剰率λが1を跨ぐように変動すると、SCR触媒46に供給されるNH3の変動が大きくなる。このことから、SCR触媒46に効率よく且つ安定してNH3を供給するために、本実施形態では、排気ガスの空気過剰率λの目標値を0.98未満にする。
However, the excess air ratio λ of the exhaust gas changes depending on the amount of air introduced into the
一方、図5の矢印に示すように、排気ガスの空気過剰率λが小さくなると、排気ガス中の還元剤の量が多くなるのに伴って排気ガス中の還元剤の量のばらつき幅が大きくなる。従って、排気ガスの空気過剰率λを小さくしすぎても、NOx触媒41から放出されるNH3のひいてはSCR触媒46内のNH3が不安定になる。特に、排気ガスの空気過剰率λが0.9以上になると、排気ガス中の還元剤の量のばらつき幅が所定値以上になる。そこで、本実施形態では、排気ガスの空気過剰率λの目標値を0.9よりも大きくする。つまり、本実施形態では、DeNOx制御時の排気ガスの空気過剰率λの目標値を、0.9よりも大きく且つ0.98未満となる値に設定する。
On the other hand, as shown by the arrows in FIG. 5, when the excess air ratio λ of the exhaust gas decreases, the amount of the reducing agent in the exhaust gas increases, and the variation in the amount of the reducing agent in the exhaust gas greatly varies. Become. Therefore, even if too small excess air ratio of the exhaust gas lambda, NH 3 in turn in the
例えば、第1領域R1のうちエンジン負荷が低い低負荷側第1領域R1_Lでは、混合気ひいては排気ガスの空気過剰率λの目標値は0.98に設定される。また、第1領域R1のうち低負荷側第1領域R1_L以外の領域および第2領域R2では、混合気ひいては排気の空気過剰率λの目標値は0.96に設定される。 For example, in the low load first region R1_L where the engine load is low in the first region R1, the target value of the air-fuel mixture and hence the excess air ratio λ of the exhaust gas is set to 0.98. Further, in the region other than the low load side first region R1_L of the first region R1 and the second region R2, the target value of the air-fuel mixture and hence the excess air ratio λ of the exhaust is set to 0.96.
(3−5)NOx触媒から放出されるNH3量の推定手順
次に、DeNOx制御時に、NOx触媒41から放出されるNH3量の推定手順について説明する。図9は、この手順を説明するための図である。
(3-5) Estimation Procedure of NH 3 Amount Released from NOx Catalyst Next, an estimation procedure of the NH 3 amount released from the NOx catalyst 41 at the time of DeNOx control will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining this procedure.
本実施形態では、DCU300に、機能的に、第1推定部301と、第2推定部302とが設けられている。
In the present embodiment, the
第1推定部301は、DeNOx制御時において、NOx触媒41に吸蔵されていたNOxと、還元剤であるH等が結合することで生成されたNH3(以下、適宜、第1NH3という)の量を推定する。
第2推定部302は、DeNOx制御時に、エンジン本体1で生成されてNOx触媒41に流入したNOx(以下、適宜、RawNOx)と還元剤であるH等がNOx触媒41にて結合することで生成されたNH3(以下、適宜、第2NH3という)の量を推定する。
The
第1推定部301は、まず、NOx触媒41の現在のNOx吸蔵量を推定する。次に、第1推定部301は、このNOx吸蔵量の推定値に、第1温度係数β1、第1流量係数β2、第1A/F係数β3、および、第1熱劣化係数β4をそれぞれ掛けることで、第1NH3の量を算出する。
The
第1温度係数β1は、図10に示すマップに基づいて設定される係数であり、NOx触媒41の温度に応じて設定される。具体的には、温度係数β1は、NOx触媒41の温度が高いほど小さい値とされる。つまり、NOx触媒41の温度が高い方がNOx触媒41に吸蔵されているNOxがHN3に変換される反応が促進されることがわかっており、NOx触媒41の温度が高い方が第1NH3量が大きく算出されるように、第1温度係数β1が設定されている。 The first temperature coefficient β1 is a coefficient set based on the map shown in FIG. 10, and is set according to the temperature of the NOx catalyst 41. Specifically, the temperature coefficient β1 is set to a smaller value as the temperature of the NOx catalyst 41 is higher. That is, it is known that a reaction in which NOx stored in the NOx catalyst 41 is converted to HN 3 is promoted as the temperature of the NOx catalyst 41 is higher, and the one where the temperature of the NOx catalyst 41 is higher is the first NH 3 The first temperature coefficient β1 is set so that the amount can be calculated large.
第1流量係数β2は、図11に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気流量に応じて設定される。具体的には、第1流量係数β2は、排気流量が多いほど大きい値とされる。つまり、排気流量が多いほどNOx触媒41に流入する還元材の量が多くなりNOx触媒41から放出されるHN3量は増大するので、これに対応して、排気流量が多い方が第1NH3量が大きく算出されるように第1流量係数β2が設定されている。 The first flow coefficient β2 is a coefficient set based on the map shown in FIG. 11, and is set according to the exhaust flow rate. Specifically, the first flow coefficient β2 is set to a larger value as the exhaust flow rate increases. That is, the amount of reducing material flowing into the NOx catalyst 41 increases as the flow rate of exhaust gas increases, and the amount of HN 3 released from the NOx catalyst 41 increases. Therefore, the larger the flow rate of exhaust gas, the more the first NH 3 The first flow coefficient β2 is set so that the amount can be calculated large.
第1A/F係数β3は、図12に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気ガスの空燃比(A/F)に応じて設定される。具体的には、A/F係数β3は、排気ガスの空燃比が小さい(リッチ)ほど大きい値とされる。つまり、排気ガスの空燃比がリッチであるほどNOx触媒41に流入する還元材の量が多くなりNOx触媒41から放出されるNH3量は増大するので、これに対応して、排気流量が多い方が第1NH3量が大きく算出されるように第1A/F係数β3が設定されている。 The first A / F coefficient β3 is a coefficient set based on the map shown in FIG. 12, and is set according to the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas. Specifically, the A / F coefficient β3 is set to a larger value as the air-fuel ratio of the exhaust gas is smaller (rich). That is, as the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes richer, the amount of reducing material flowing into the NOx catalyst 41 increases, and the amount of NH 3 released from the NOx catalyst 41 increases, so the exhaust flow rate correspondingly increases. The first A / F coefficient β3 is set so that the first NH 3 amount is calculated larger.
第1熱劣化係数β4は、NOx触媒41の劣化度合いに応じて設定される係数である。PCM200は、車両の走行時間やDeNOx制御の実施回数等に基づいてNOx触媒41の劣化度合いを推定しており、熱劣化係数β4は、この推定された劣化度合いが高いほど(劣化が進んでいるほど)、大きい値とされる。つまり、NOx触媒41の劣化度合いが高い方がNOx触媒41に吸蔵されているNOxがNH3に変換される反応が促進されることがわかっており、これに対応して劣化度合いが高い方が第1NH3量が大きく算出されるように、熱劣化係数β4が設定されている。
The first thermal deterioration coefficient β4 is a coefficient set in accordance with the degree of deterioration of the NOx catalyst 41. The
第2推定部302は、まず、エンジン本体1から排出されるRawNOxの量(流量)を推定する。本実施形態では、RawNOxの流量は、排気流量と混合気の空気過剰率λ等から推定される。次に、第2推定部302は、この吸蔵NOx量の推定値に、第2流量係数β22および第2A/F係数β23をそれぞれ掛けることで、第2NH3の量を算出する。
The
第2流量係数β22は、図13に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気流量に応じて設定される。具体的には、第2流量係数β22は、第1流量係数β2と同様に、排気流量が多いほど大きい値とされる。ただし、NOx触媒41に吸蔵されていたNOxと異なり、RawNOxに対してNOx触媒41の温度が与える影響はNOx触媒41の温度が所定温度以上になると同等となり、第2流量係数β22はNOx触媒41の温度が所定温度以上では一定値とされる。 The second flow coefficient β22 is a coefficient set based on the map shown in FIG. 13, and is set according to the exhaust flow rate. Specifically, like the first flow coefficient β2, the second flow coefficient β22 is set to a larger value as the exhaust flow is larger. However, unlike NOx stored in the NOx catalyst 41, the influence of the temperature of the NOx catalyst 41 on RawNOx becomes equivalent when the temperature of the NOx catalyst 41 becomes equal to or higher than the predetermined temperature, and the second flow coefficient β22 is the NOx catalyst 41. When the temperature of the above is a predetermined temperature or more, it is a constant value.
第2A/F係数β23は、図14に示すマップに基づいて設定される係数であり、排気ガスの空燃比(A/F)に応じて設定される。具体的には、第2A/F係数β23は、第2A/F係数β3と同様に、排気ガスの空燃比が小さい(リッチ)ほど大きい値とされる。ただし、NOx触媒41に吸蔵されていたNOxと異なり、RawNOxに対して排気ガスの空燃比が与える影響は排気の空燃比が所定値以下になると同等となり、第2A/F係数β23は排気ガスの空燃比が所定値以上では一定値とされる。 The second A / F coefficient β23 is a coefficient set based on the map shown in FIG. 14, and is set according to the air fuel ratio (A / F) of the exhaust gas. Specifically, similarly to the second A / F coefficient β3, the second A / F coefficient β23 is set to a larger value as the air-fuel ratio of the exhaust gas is smaller (rich). However, unlike NOx stored in the NOx catalyst 41, the influence of the air-fuel ratio of the exhaust gas on RawNOx becomes equivalent when the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes equal to or less than a predetermined value, and the second A / F coefficient β23 is the exhaust gas When the air-fuel ratio is equal to or more than a predetermined value, the value is fixed.
このようにして、本実施形態では、第1NH3の量と第2NH3の量とが推定される。そして、DCU300は、これら第1NH3の量と第2NH3の量とを合わせた量を、DeNOx制御時(詳細には、NH3放出開始時期からDeNOx制御の終了時までの間)に、NOx触媒41から放出されるNH3として算出する。 In this manner, in the present embodiment, the amount and the amount of the 2NH 3 of the 1N H 3 is estimated. Then, DCU300 is the amount and the combined amount of the amount of the 2NH 3 of the 1N H 3, during the DeNOx control (specifically, between the NH 3 release start timing until the DeNOx control end) to, NOx Calculated as NH 3 released from the catalyst 41.
(3−6)尿素噴射量の制御フロー
図15は、尿素噴射量の制御手順をまとめたフローチャートである。このフローチャートを用いて、尿素噴射量の制御の全体の流れを説明する。なお、図15は、SCR触媒46とNOx触媒41の両方でNOx浄化が行われているときの制御フローである。
(3-6) Control Flow of Urea Injection Amount FIG. 15 is a flow chart summarizing the control procedure of the urea injection amount. The overall flow of control of the urea injection amount will be described using this flowchart. FIG. 15 is a control flow when NOx purification is performed by both the
まず、ステップS21にて、DCU300は、エンジン回転数、エンジン負荷、混合気および排気ガスの空気過剰率λ、NOx触媒41の温度、排気流量を含む各種車両の各種情報を取得する。
First, in step S21, the
次に、ステップS22にて、DCU300は、後述するように、DeNOx制御の非実施時および切替期間を除く通常の運転時における尿素噴射量の値である基本尿素噴射量を算出する。本実施形態では、SCR触媒46に吸着されているNH3の量が所定量に維持されるように、エンジンの運転条件等に基づいて基本尿素噴射量が決定される。
Next, in step S22, as described later, the
次に、ステップS23にて、DCU300は、DeNOx制御中であるか否かを判定する。本実施形態では、アクティブDeNOx制御またはパッシブDeNOx制御の実施中は「1」となり、その他の場合には「0」となるフラグが設定されており、ステップS23では、このフラグが1であるか否かを判定する。
Next, in step S23, the
ステップS23の判定がYESの場合は、ステップS24に進む。ステップS24では、補正係数Kの値を決定する。具体的には、K=α1×α2×α3により、補正係数Kの値を算出する。 If the determination in step S23 is YES, the process proceeds to step S24. In step S24, the value of the correction coefficient K is determined. Specifically, the value of the correction coefficient K is calculated by K = α1 × α2 × α3.
ここで、第1補正係数α1は、排気ガスの空気過剰率λに応じて図7に示したマップから求められる。具体的には、DCU300には図7に示すマップが記憶されており、DCU300は、現在の排気ガスの空気過剰率λに対応する値をこのマップから抽出する。
Here, the first correction coefficient α1 is obtained from the map shown in FIG. 7 according to the excess air ratio λ of the exhaust gas. Specifically, the map shown in FIG. 7 is stored in the
また、DCU300には、図8に対応するマップが記憶されており、DCU300は、現在の排気流量とNOx触媒41の温度とに対応する値をこのマップから抽出して、α2×α3の値とする。
A map corresponding to FIG. 8 is stored in the
ステップS24の後はステップS25に進む。ステップS25では、DCU300は、吸蔵酸素減少速度MreO2を算出する。具体的には、DCU300は、ステップS24で決定した補正係数K、ステップS21で読み込んだ、排気流量、排気ガスの空気過剰率λを用いて、式(2)により吸蔵酸素減少速度MreO2を算出する。
After step S24, the process proceeds to step S25. In step S25, the
ステップS25の後はステップS26に進む。ステップS26では、ステップS25で算出した吸蔵酸素減少速度MreO2を積算する。つまり、ΣMreO2を算出して、DeNOx制御の開始に伴って現在までに減少したNOx触媒41の吸蔵酸素量を算出する。 After step S25, the process proceeds to step S26. In step S26, the stored oxygen decrease rate MreO2 calculated in step S25 is integrated. That is, ΣMreO2 is calculated, and the stored oxygen amount of the NOx catalyst 41, which has decreased up to the present with the start of the DeNOx control, is calculated.
ステップS26の後はステップS27に進む。ステップS27では、ステップS26で算出したΣMreO2が吸蔵酸素最大量以上であるか、つまり、NH3放出開始時期に到達したか否かを判定する。なお、前記のように、吸蔵酸素最大量は予め設定されてDCU300に記憶されている。
After step S26, the process proceeds to step S27. In step S27, it is determined whether ΣMreO2 calculated in step S26 is equal to or larger than the stored oxygen maximum amount, that is, whether or not the NH 3 release start time has arrived. As described above, the stored oxygen maximum amount is preset and stored in the
ステップS27の判定がNOの場合、つまり、ΣMreO2が吸蔵酸素最大量未満であり、まだ、NH3放出開始時期に到達していないと推定される場合は、ステップS28に進み、NH3放出量つまりNOx触媒41からのNH3の放出量を0にする。また、ステップS28の後はステップS29に進み、最終的な(実際に噴射される)尿素噴射量を、ステップS22で算出した尿素噴射量の基本値に設定する。ステップS29の後は処理を終了する(ステップS21に戻る)。 If the determination in step S27 is NO, that is, if it is estimated that ΣMreO2 is less than the stored maximum amount of oxygen and the NH 3 release start time has not been reached yet, the process proceeds to step S28 and the NH 3 released amount, ie, The amount of NH 3 released from the NOx catalyst 41 is made zero. After step S28, the process proceeds to step S29, where the final (actually injected) urea injection amount is set to the basic value of the urea injection amount calculated in step S22. After step S29, the process ends (return to step S21).
一方、ステップS27の判定がYESであって、ΣMreO2が吸蔵酸素最大量以上であり、NH3放出開始時期に到達したあるいはこれを超えたと推定される場合は、ステップS30に進む。ステップS30では、NH3放出量つまりNOx触媒41からのNH3の放出量を前記(3−5)で説明した手順で算出する。 On the other hand, if the determination in step S27 is YES and ΣMreO2 is greater than or equal to the storage oxygen maximum amount and it is estimated that the NH 3 release start time has arrived or exceeded, the process proceeds to step S30. At step S30, it is calculated by the procedure described amount of released NH 3 from NH 3 emissions clogging NOx catalyst 41 in (3-5).
ステップS30の後はステップS31に進む。ステップS31では、DCU300は、ステップS30で算出したNH3放出量を尿素換算した値を削減量として算出する。
After step S30, the process proceeds to step S31. In step S31, the
ステップS31の後はステップS32に進む。ステップS32では、DCU300は、ステップS31で求めた尿素換算値を、ステップS22で求めた基本尿素噴射量から減算し、その値を最終的な尿素噴射量とする。
After step S31, the process proceeds to step S32. In step S32, the
ステップS32の後はステップS33に進む。ステップS33では、DCU300は、ステップS301で算出したNH3の放出量を積算して、NH3放出開始時期以後にDeNOx触媒41から放出されたNH3の総量を算出する。ステップS32の後は処理を終了する(ステップS21に戻る)。
After step S32, the process proceeds to step S33. In step S33, the
このように、本実施形態では、DeNOx制御の実施中であっても、ステップS27の判定がYESとなってNH3放出開始時期に到達した後にのみ、尿素噴射量の基本尿素噴射量からの減量が行われる。従って、吸蔵酸素減少速度が大きく、DeNOx制御が開始されてからNH3放出開始時期に到達するまでの時間が短いほど、減量がなされる時間は長くなり、DeNOx制御の実施中に排気通路40に供給されるトータルの尿素噴射量は少なくなる。 As described above, in the present embodiment, even during the implementation of DeNOx control, reduction of the urea injection amount from the basic urea injection amount only after the determination in step S27 becomes YES and the NH 3 release start timing is reached. Is done. Therefore, the larger the storage oxygen reduction rate and the shorter the time from the start of DeNOx control to the arrival of the NH 3 release start time, the longer the time for weight reduction is made. The total urea injection amount supplied is reduced.
なお、前記のように、基本尿素噴射量は、SCR触媒46に吸着されているNH3の量が所定量に維持されるように適宜調整されるが、基本尿素噴射量を上回る削減量が必要になった場合には、DeNOx制御終了後の基本尿素噴射量に対して、その上回った分の削減量を差し引けば良い。
As described above, the basic urea injection amount is appropriately adjusted so that the amount of NH 3 adsorbed to the
一方、ステップS23の判定がNOの場合は、ステップS40に進む。 On the other hand, if the determination in step S23 is NO, the process proceeds to step S40.
ステップS40では、DCU300は、吸蔵酸素減少速度の積算値(ΣMreO2)を0にリセットするとともに、NOx触媒41からのNH3放出量を0にリセットする。なお、NH3放出量の総量は記憶しておく。
In step S40, the
ステップS40の後はステップS41に進む。ステップS41では、DCU300は、DeNOx制御が終了してから切り替え期間(前記のように、予め設定されている)が未経過か否かを判定する。
After step S40, the process proceeds to step S41. In step S41, the
ステップS41の判定がYESの場合はステップS42に進む。ステップS42では、直前のDeNOx制御の実施時においてステップS32で算出された値であって、DeNOx制御の実施に伴ってNOx触媒41から放出されたNH3の総量に基づいて、尿素噴射量の削減量を決定する。前記のように、本実施形態では、NH3の総量が大きい方が削減量が大きくなるようにこれが決定される。また、前記のように、このステップS42において算出される削減量(切り替え期間中の削減量)は、ステップS26において算出される削減量(DeNOx制御中の削減量)よりも小さい値に設定される。 If the determination in step S41 is YES, the process proceeds to step S42. In step S42, a value calculated in step S32 at the time of execution of the DeNOx control just before, in accordance with the embodiment of the DeNOx control based on the total amount of NH 3 released from the NOx catalyst 41, reducing the urea injection amount Determine the amount. As described above, in the present embodiment, this is determined such that the larger the total amount of NH 3 , the larger the reduction amount. Further, as described above, the reduction amount (reduction amount in the switching period) calculated in step S42 is set to a value smaller than the reduction amount (reduction amount in DeNOx control) calculated in step S26. .
ステップS42の後はステップS43に進む。ステップS43では、DCU300は、ステップS22で算出した基本尿素噴射量からステップS42で算出した削減量を引いた値を、最終的な尿素噴射量として決定する。ステップS42の後は処理を終了する(ステップS21に戻る)。
After step S42, the process proceeds to step S43. In step S43, the
一方、ステップS41の判定がNOの場合、すなわちDeNOx制御で発生したNH3放出量の総量に相当する量の尿素噴射量の削減が終了した場合にはステップS51に進む。ステップS51では、最終的な尿素噴射量をステップS22で算出した尿素噴射量の基本値に設定する。ステップS51の後は処理を終了する(ステップS21に戻る)。 On the other hand, if the determination in step S41 is NO, that is, if the reduction of the urea injection amount corresponding to the total amount of NH 3 emissions generated in the DeNOx control is completed, the process proceeds to step S51. In step S51, the final urea injection amount is set to the basic value of the urea injection amount calculated in step S22. After step S51, the process ends (return to step S21).
(4)作用等
以上のように、本実施形態では、DeNOx制御時は、尿素噴射量がDeNOx制御の非実施時よりも低減される。従って、DeNOx制御時において、SCR触媒46に供給されるNH3が過大になりこれがSCR触媒46の下流側にすり抜けるのを抑制できる。
(4) Operation, Etc. As described above, in the present embodiment, during DeNOx control, the urea injection amount is reduced compared to the non-execution of DeNOx control. Therefore, at the time of DeNOx control, it can be suppressed that the NH 3 supplied to the
そして、DeNOx制御時において、尿素噴射量が吸蔵酸素減少速度に応じて変更される。具体的には、吸蔵酸素減少速度が大きくDeNOx制御を開始してからNOx触媒41からのNH3の放出が開始されるまでの間の時間(遅れ時間)が短いほど、尿素噴射量が小さくされる。 Then, at the time of DeNOx control, the urea injection amount is changed according to the stored oxygen decrease rate. Specifically, the urea injection amount is reduced as the time (delay time) from the start of the DeNOx control to the start of the DeNOx control and the start of the release of NH 3 from the NOx catalyst 41 becomes shorter. Ru.
従って、SCR触媒46に供給されるNH3の量を確実に適切な量にしてNH3がSCR触媒46の下流側にすり抜けるのを抑制できるとともにSCR触媒46にて適切にNOxを浄化させることができる。
Therefore, it is possible to ensure that the amount of NH 3 supplied to the
詳細には、前記遅れ時間が短いことに伴ってNOx触媒41から多くのNH3が放出されてSCR触媒46に多くのNH3が蓄積(吸着)されている状態で、尿素インジェクタ45からSCR触媒46に多量のNH3が供給されるのを防止することができ、NH3がSCR触媒46で吸着されずにSCR触媒46の下流側にすり抜けるのを抑制できる。また、前記遅れ時間が長いことに伴ってNOx触媒41からSCR触媒46に導入されるNH3が少なく、SCR触媒46内のNH3が少なくなる状態で、尿素インジェクタ45からSCR触媒46に少量のNH3しか供給されなくなるのを防止することができ、SCR触媒46内のNH3量を確保して適切にNOxを浄化させることができる。
Specifically, with the delay time being short, a large amount of NH 3 is released from the NOx catalyst 41 and a large amount of NH 3 is accumulated (adsorbed) in the
ここで、前記のように、吸蔵酸素減少速度は式(2)によって算出される。そして、式(2)における補正係数Kを構成する第2補正係数α2は、NOx触媒41の温度が低い方が小さくなるように(NOx触媒41の温度が高い方が大きくなるように)設定されている。従って、NOx触媒41の温度が高い方が吸蔵酸素減少速度は大きい値に算出され、DeNOx制御時において、NOx触媒41の温度が高い方が尿素噴射量は小さくされる。 Here, as described above, the stored oxygen reduction rate is calculated by equation (2). The second correction coefficient α2 constituting the correction coefficient K in the equation (2) is set so that the lower the temperature of the NOx catalyst 41 becomes smaller (the higher the temperature of the NOx catalyst 41 becomes larger) ing. Therefore, the higher the temperature of the NOx catalyst 41, the larger the value of the stored oxygen reduction rate, and during DeNOx control, the higher the temperature of the NOx catalyst 41, the smaller the urea injection amount.
すなわち、本実施形態では、DeNOx制御時において、NOx触媒41の温度が高い方が尿素噴射量は小さくなるように尿素インジェクタ45が制御されることで、吸蔵酸素減少速度が小さい方が尿素噴射量が小さくなるように制御されており、これにより、吸蔵酸素減少速度に応じて尿素噴射量を適切に変更して、前記のNH3のすり抜けを防止しつつ効率よくNOxを浄化するという効果を得ることができる。
That is, in the present embodiment, at the time of DeNOx control, the
また、本実施形態では、図8に示したように、NOx触媒41の温度が低い方が、NOx触媒41の温度に対する第2補正係数α2の変化率が大きくなるように、第2補正係数α2が設定されている。従って、本実施形態では、NOx触媒41の温度が低い方が、NOx触媒41の温度に対する尿素噴射量の変化率が大きくなるように尿素噴射量が制御されることになる。 Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the second correction coefficient α2 is set such that the rate of change of the second correction coefficient α2 with respect to the temperature of the NOx catalyst 41 increases as the temperature of the NOx catalyst 41 decreases. Is set. Therefore, in the present embodiment, the urea injection amount is controlled such that the change rate of the urea injection amount with respect to the temperature of the NOx catalyst 41 becomes larger as the temperature of the NOx catalyst 41 is lower.
すなわち、本実施形態では、DeNOx制御時において、NOx触媒41の温度が低い方がこの温度に対する尿素噴射量の変化率が大きくなるように尿素噴射量が制御されることで、尿素噴射量が吸蔵酸素減少速度に応じたより適切な値とされており、これによって、より確実に前記効果を得ることができる。 That is, in the present embodiment, at the time of DeNOx control, the urea injection amount is controlled by controlling the urea injection amount so that the change rate of the urea injection amount with respect to this temperature increases as the temperature of the NOx catalyst 41 decreases. The value is made more appropriate according to the oxygen reduction rate, whereby the effect can be obtained more reliably.
また、本実施形態では、DeNOx制御が終了した後、切り替え期間が経過するまでは、最終的な(実際に噴射される)尿素噴射量が基本尿素噴射量よりも小さくなるように構成されて、DeNOx制御の非実施時の他の期間よりも尿素噴射量が小さくなるように構成されている。 Further, in the present embodiment, after the DeNOx control ends, the final (actually injected) urea injection amount is configured to be smaller than the basic urea injection amount until the switching period elapses. The urea injection amount is configured to be smaller than that during the non-execution of the DeNOx control.
従って、DeNOx制御の実施に伴ってSCR触媒46に多量のNH3が吸着されている状態で、尿素インジェクタ45から過剰な量のNH3が供給されるのを防止でき、NH3のSCR触媒46の下流側へのすり抜けを防止しつつ、効率よくNOxを浄化することができる。
Accordingly, in a state where a large amount of NH 3 in the
また、本実施形態では、吸蔵酸素減少速度を、式(2)を用いて算出していることで、これを精度よく推定することができる。そして、吸蔵酸素減少速度が精度よく推定されることで、この吸蔵酸素減少速度に応じて調整される尿素噴射量をより適切な値、つまり、NH3のSCR触媒46の下流側へのすり抜けを防止しつつ効率よくNOxを浄化することができる値に制御することができる。
Further, in the present embodiment, by calculating the storage oxygen reduction rate using the equation (2), it is possible to estimate this with high accuracy. Then, the storage oxygen reduction rate is accurately estimated, so that the urea injection amount adjusted according to the storage oxygen reduction rate is a more appropriate value, that is, the NH 3 slips to the downstream side of the
また、本実施形態では、DeNOx制御時の排気ガスの空気過剰率λの目標値が0.9よりも大きい値に設定されて、この値が実現されように制御されている。そのため、排気ガス中の還元剤の量のばらつき幅を小さく抑えて、NOx触媒41に安定して還元剤を供給することができ、NOx触媒41から放出されるNH3のひいてはSCR触媒46内のNH3をより確実に適切な量に維持することができる。
Further, in the present embodiment, the target value of the excess air ratio λ of the exhaust gas at the time of DeNOx control is set to a value larger than 0.9, and control is performed such that this value is realized. Therefore, the variation range of the amount of the reducing agent in the exhaust gas can be suppressed small, and the reducing agent can be stably supplied to the NOx catalyst 41. Therefore, the NH 3 released from the NOx catalyst 41 can eventually be supplied to the
そして、本実施形態では、この空気過剰率λが実現されるようにポスト噴射の噴射量が調整されるようになっている。従って、スロットルバルブ23の開度変更等によって気筒2および排気通路40に導入される空気量の量を調整することで空気過剰率λを変更する場合に比べて、空気過剰率λを精度よく制御することができる。
And in this embodiment, the injection quantity of post injection is adjusted so that this air excess ratio (lambda) is implement | achieved. Therefore, the excess air ratio λ is controlled with high accuracy as compared to the case where the excess air ratio λ is changed by adjusting the amount of air introduced into the
(5)変形例
前記実施形態では、DeNOx制御時に排気ガスの空気過剰率λを0.96あるいは0.98に制御する場合について説明したが、DeNOx制御時の排気ガスの空気過剰率λの具体的な値はこれに限らない。
(5) Modification In the above embodiment, the case of controlling the excess air ratio λ of the exhaust gas to 0.96 or 0.98 at the time of DeNOx control has been described, but a specific example of the excess air ratio λ of the exhaust gas at the time of DeNOx control Values are not limited to this.
ただし、前記のように、DeNOx制御時に排気ガスの空気過剰率λを0.9よりも大きく且つ1.0未満となる値に制御すれば、効率よく且つ安定してSCR触媒46にNH3を供給することができる。
However, as described above, if the excess air ratio λ of the exhaust gas is controlled to a value larger than 0.9 and smaller than 1.0 during DeNOx control, NH 3 is efficiently and stably added to the
また、前記実施形態では、DeNOx制御時において、ポスト噴射を実施することで排気ガスの空気過剰率λを調整する場合について説明したが、気筒2に導入される空気量を変更することで、排気ガスの空気過剰率λを調整するようにしてもよい。ただし、前記のように、空気量を低減すると加速性が悪化するとともに、空気過剰率λの制御精度が悪化するおそれがある。従って、前記のように、DeNOx制御時には、ポスト噴射の噴射量を変更することで排気ガスの空気過剰率λを目標の値に制御するのが好ましい。
Further, in the above embodiment, the case of adjusting the excess air ratio λ of the exhaust gas by performing the post injection during the DeNOx control has been described, but the exhaust amount can be changed by changing the amount of air introduced into the
また、図15では、SCR触媒41とNOx触媒46との両方でNOxの浄化が行われている状態で尿素噴射量を減量する場合について説明したが、NOx触媒41のみでNOxが浄化されており且つDeNOx制御が実施された後にSCR触媒41でのNOxの浄化が開始された場合は、SCR触媒41でのNOx浄化開始後の尿素噴射量を、基本尿素噴射量から、ステップS33で算出したNH3放出量の総量分を減量すればよい。
Further, although FIG. 15 illustrates the case where the urea injection amount is reduced in a state where purification of NOx is performed by both the SCR catalyst 41 and the
10 燃料噴射弁(空気過剰率変更手段)
40 排気通路
41 NOx触媒
45 尿素インジェクタ(SCR用還元剤供給手段)
46 SCR触媒
200 PCM(制御手段)
300 DCU(制御手段)
10 Fuel injection valve (air excess ratio change means)
40 exhaust passage 41
46
300 DCU (control means)
Claims (5)
排気ガスの空気過剰率を変更する空気過剰率変更手段と、
前記排気通路のうち前記NOx触媒と前記SCR触媒との間に、NH3の原料あるいはNH3からなるSCR用還元剤を供給するSCR用還元剤供給手段と、
前記空気過剰率変更手段と前記SCR用還元剤供給手段とを制御するとともに、前記空気過剰率変更手段によって排気ガスの空気過剰率を1以下にして前記NOx触媒を再生する再生制御を実施する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記再生制御時の前記NOx触媒の温度が高い場合は、低い場合よりも前記SCR用還元剤供給手段から前記排気通路に供給されるSCR用還元剤の量が少なくなるように前記SCR用還元剤供給手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。 An engine body in which cylinders are formed, an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine body flows, an NOx catalyst provided in the exhaust passage, and an SCR catalyst provided on the downstream side of the NOx catalyst; An exhaust purification control device for an engine having
Excess air ratio change means for changing the excess air ratio of the exhaust gas,
A reducing agent supply unit for SCR, which supplies a raw material of NH 3 or a reducing agent for SCR consisting of NH 3 between the NOx catalyst and the SCR catalyst in the exhaust passage;
Control for performing the regeneration control to control the excess air ratio changing means and the reducing agent supply means for SCR and reduce the excess air ratio of exhaust gas to 1 or less by the excess air ratio changing means Equipped with
When the temperature of the NOx catalyst at the time of the regeneration control is high, the control means may reduce the amount of the SCR reducing agent supplied from the SCR reducing agent supply means to the exhaust passage compared to when the temperature is low. An exhaust gas purification control device for an engine, which controls the reducing agent supply means for SCR.
前記制御手段は、前記再生制御時の前記NOx触媒の温度が低い方が、当該NOx触媒の温度に対する前記SCR用還元剤の供給量の変化率が大きくなるように、前記SCR用還元剤供給手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。 The exhaust gas purification control device for an engine according to claim 1, wherein
The control means is configured to supply the reducing agent for SCR such that the rate of change of the supply amount of the reducing agent for SCR with respect to the temperature of the NOx catalyst is larger as the temperature of the NOx catalyst during the regeneration control is lower. An exhaust purification control device for an engine, characterized in that:
前記制御手段は、前記再生制御時に、排気ガスの空気過剰率が0.9よりも大きくなるように前記空気過剰率変更手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。 In the engine exhaust gas purification control device according to claim 1 or 2,
The control device controls the excess air ratio changing means so that the excess air ratio of the exhaust gas becomes larger than 0.9 at the time of the regeneration control.
前記空気過剰率変更手段は、前記再生制御時に、前記気筒内に導入されるエンジントルクを得るための燃料を前記気筒内に噴射するメイン噴射に加えて、当該メイン噴射よりも遅角側の時期に前記気筒内に燃料を噴射するポスト噴射を実施し、当該ポスト噴射の噴射量を変更することで前記排気の空気過剰率を変更する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。 In the engine exhaust gas purification control device according to any one of claims 1 to 3,
The excess air ratio changing means is added to the main injection for injecting the fuel for obtaining the engine torque introduced into the cylinder into the cylinder at the time of the regeneration control, and the timing on the retard side of the main injection An exhaust purification control system for an engine, comprising: performing post injection for injecting fuel into the cylinder and changing an injection amount of the post injection to change an excess air ratio of the exhaust gas.
前記制御手段は、前記再生制御が終了してから所定の期間が経過するまでは、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過した後よりも、前記SCR用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記SCR用還元剤の量が少なくなるように、前記SCR用還元剤供給手段を制御するとともに、
前記再生制御の開始に伴って前記NOx触媒からNH3が放出される時期であるNH3放出開始時期を推定するとともに、このNH3放出開始時期から前記再生制御の終了時期までの間に前記NOx触媒から放出されたNH3の総量を推定して、推定した当該NH3の放出量の総量が大きい方が、前記再生制御が終了してから前記所定の期間が経過するまでの間に前記SCR用還元剤供給手段から前記排気通路に供給される前記SCR用還元剤の量が少なくなるように、前記SCR用還元剤供給手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化制御装置。
In the engine exhaust gas purification control device according to any one of claims 1 to 4,
The control means controls the SCR reducing agent supply means from after the regeneration control ends until the predetermined period elapses after the regeneration control ends, rather than after the predetermined period elapses after the regeneration control ends. The SCR reducing agent supply means is controlled to reduce the amount of the SCR reducing agent supplied to the exhaust passage.
The NOx during the period from the NOx catalyst with the start of the regeneration control with the NH 3 estimates the NH 3 release start timing is a timing that is released, until the end timing of the playback control from the NH 3 release start timing The larger the total amount of NH 3 released estimated from the total amount of NH 3 released from the catalyst, the larger the amount of the NH 3 released from the SCR when the predetermined period elapses from the end of the regeneration control. An exhaust gas purification control device for an engine, comprising: controlling the SCR reducing agent supply unit such that the amount of the SCR reducing agent supplied from the reducing agent supply unit to the exhaust passage decreases.
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