JP2019078227A - Exhaust emission control system for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust emission control system for internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019078227A JP2019078227A JP2017206282A JP2017206282A JP2019078227A JP 2019078227 A JP2019078227 A JP 2019078227A JP 2017206282 A JP2017206282 A JP 2017206282A JP 2017206282 A JP2017206282 A JP 2017206282A JP 2019078227 A JP2019078227 A JP 2019078227A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- urea water
- supply
- nox
- internal combustion
- combustion engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine.
アンモニアを還元剤としてNOxを浄化する選択還元型NOx触媒(以下、単に「NOx触媒」という。)が知られている。そして、NOx触媒を備えた排気浄化装置では、NOx触媒よりも上流側の排気通路にアンモニアの前駆体である尿素水を添加する添加弁等が設置される。 A selective reduction type NOx catalyst (hereinafter simply referred to as “NOx catalyst”) is known which purifies NOx using ammonia as a reducing agent. And in the exhaust gas purification apparatus provided with the NOx catalyst, an addition valve etc. which add urea water which is a precursor of ammonia are installed in an exhaust passage on the upstream side of the NOx catalyst.
そして、特許文献1には、NOx触媒の温度が低いときに添加弁から尿素水をパルス状に添加して、NOx触媒内にアンモニアを貯蔵させる技術が開示されている。 Then, Patent Document 1 discloses a technology for storing urea in the NOx catalyst by adding urea water in a pulse form from the addition valve when the temperature of the NOx catalyst is low.
また、特許文献2には、NOx触媒の温度に基づいて尿素水の供給圧力を変更することで、添加弁から噴射される尿素水の噴霧粒径が変更される技術が開示されている。
Further,
NOx触媒を用いてNOxを適切に還元するためには、NOxの還元に必要な量のアンモニアがNOx触媒に供給されるように、添加弁等から所定の要求量の尿素水が添加される必要がある。 In order to appropriately reduce NOx using the NOx catalyst, it is necessary to add a predetermined required amount of urea water from an addition valve or the like so that the amount of ammonia necessary for NOx reduction is supplied to the NOx catalyst There is.
ここで、本願発明者は、添加弁等から添加された尿素水が蒸発する前において、尿素由来の固体析出物が生成し易くなることを新たに見出した。そして、尿素水の添加量が同一の場合、固体析出物が生成される場合は生成されない場合よりも、NOx触媒におけるNOx浄化率が低下することが判明した。 Here, the inventor of the present application has newly found that solid precipitates derived from urea are easily generated before the aqueous urea solution added from the addition valve or the like evaporates. And when the addition amount of urea water was the same, it turned out that the NOx purification rate in a NOx catalyst falls rather than the case where it does not produce | generate when a solid deposit is produced | generated.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、NOx触媒において、NOx浄化率の低下を可及的に抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to suppress the decrease in the NOx purification rate as much as possible in the NOx catalyst.
上記課題を解決するために本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路内にアンモニアの前駆体である尿素水を還元剤として供給する還元剤供給装置であって、該排気通路に設けられ尿素水を添加する添加弁を有する還元剤供給装置と、前記添加弁よりも下流側の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される、内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記還元剤供給装置から尿素水を供給させる処理である供給処理を実行する制御手段と、前記供給処理による尿素水の供給が終了されてから、該供給処理によって供給された尿素水が蒸発するまでの時間である蒸発時間を算出する算出手段と、を備え、前記制御手段は、前回の前記供給処理における尿素水の供給が終了されてから前記蒸発時間経過後に、今回の前記供給処理を実行する。 In order to solve the above problems, an exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to the present invention is a reducing agent supply device for supplying urea water, which is a precursor of ammonia, as a reducing agent into an exhaust passage of the internal combustion engine. A reducing agent supply device provided in the passage and having an addition valve for adding urea water, and a selective reduction type NOx catalyst provided in the exhaust passage downstream of the addition valve and reducing ammonia in the exhaust with ammonia In an exhaust gas purification system for an internal combustion engine applied to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the control means for executing a supply process that is a process for supplying urea water from the reducing agent supply apparatus, and urea water by the supply process Calculating means for calculating an evaporation time which is a time until the aqueous urea solution supplied by the supply process is evaporated after the supply of Wherein the supply of the urea water in the supply process after the evaporation time since the completion of executing the process for supplying the current.
本発明によれば、NOx触媒において、NOx浄化率の低下を可及的に抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the decrease in the NOx purification rate as much as possible in the NOx catalyst.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、例示的に詳しく説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, with reference to the drawings, modes for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail. However, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to them unless otherwise specified.
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)である。ただし、本発明は、ガソリン等を燃料とする火花点火式の内燃機関にも適用することができる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an internal combustion engine and its intake and exhaust system according to the present embodiment. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a compression ignition internal combustion engine (diesel engine). However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine that uses gasoline or the like as a fuel.
内燃機関1は、気筒2内へ燃料を噴射する燃料噴射弁3を備えている。なお、内燃機関1が火花点火式の内燃機関である場合は、燃料噴射弁3は、吸気ポートへ燃料を噴射するように構成されてもよい。
The internal combustion engine 1 includes a fuel injection valve 3 for injecting fuel into the
内燃機関1は吸気通路4と接続されている。吸気通路4には、エアフローメータ40およびスロットル弁41が設けられている。エアフローメータ40は、吸気通路4内を流れる吸気(空気)の量(質量)に応じた電気信号を出力する。スロットル弁41は、吸気通路4におけるエアフローメータ40よりも下流側に配置されている。スロットル弁41は、吸気通路4内の通路断面積を変更することで、内燃機関1の吸入空気量を調整する。
The internal combustion engine 1 is connected to an
内燃機関1は排気通路5と接続されている。排気通路5には排気の流れに従って順に、
第一NOxセンサ50、添加弁510、選択還元型NOx触媒52(以下、単に「NOx触媒52」と称する。)、排気温センサ53、および第二NOxセンサ54が設けられている。NOx触媒52は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元する機能を有する。第一NOxセンサ50は、内燃機関1から排出される排気のNOx濃度に応じた電気信号を出力し、第二NOxセンサ54は、NOx触媒52から流出する排気のNOx濃度に応じた電気信号を出力する。また、排気温センサ53は、NOx触媒52から流出する排気の温度に応じた電気信号を出力する。
The internal combustion engine 1 is connected to an
A
そして、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置には、還元剤供給装置51が設けられている。還元剤供給装置51は、上述した添加弁510、ポンプ511、圧力センサ512、温度センサ513、およびタンク514を含む。
Further, a reducing
タンク514には尿素水が貯留されており、添加弁510は、タンク514内の尿素水を排気通路5に添加する。このようにして、添加弁510から噴射された尿素水は、排気の熱またはNOx触媒52からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、NOx触媒52に吸着する。このアンモニアは、NOx触媒52において還元剤として利用される。つまり、還元剤供給装置51によって排気通路5内に供給された尿素水が分解して、NOx触媒52にアンモニアが供給されることになる。なお、添加弁510とNOx触媒52との間の排気通路5には、該排気通路5を流れる排気をミキシングするためのミキサ(不図示)が設けられてもよい。
Urea water is stored in the
ポンプ511は、タンク514内に設けられており尿素水を吐出する。ポンプ511は、電動ポンプであり、接続された電源から電力が供給されることで回転する。このポンプ511は、回転速度を変化させることにより尿素水の吐出量を変化させることができる。これにより尿素水の圧力を調整することができる。
The
そして、ポンプ511と添加弁510との間の尿素水の流路には、圧力センサ512および温度センサ513が設けられている。圧力センサ512は、添加弁510に供給される尿素水の圧力を検出するセンサであって、温度センサ513は、添加弁510に供給される尿素水の温度を検出するセンサである。
A
そして、内燃機関1には電子制御ユニット(ECU)10が併設されている。ECU10は、内燃機関1の運転状態等を制御するユニットである。ECU10には、上記のエアフローメータ40、第一NOxセンサ50、排気温センサ53、第二NOxセンサ54、圧力センサ512、温度センサ513に加え、アクセルポジションセンサ7、およびクランクポジションセンサ8等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ7は、図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関した電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ8は、内燃機関1の機関出力軸(クランクシャフト)の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がECU10に入力される。ECU10は、アクセルポジションセンサ7の出力信号に基づいて内燃機関1の機関負荷を導出し、クランクポジションセンサ8の出力信号に基づいて内燃機関1の機関回転速度を導出する。また、ECU10は、エアフローメータ40の出力値に基づいてNOx触媒52に流入する排気の流量(以下、「排気流量」と称する場合もある。)を推定し、排気温センサ53の出力値に基づいてNOx触媒52の温度(以下、「触媒温度」と称する場合もある。)を推定する。また、ECU10は、第一NOxセンサ50の出力値に基づいてNOx触媒52に流入する排気のNOx濃度を検出し、更に、該NOx濃度と排気流量とに基づいてNOx触媒52に流入するNOx量を推定する。
Then, an electronic control unit (ECU) 10 is juxtaposed to the internal combustion engine 1. The
また、ECU10には、燃料噴射弁3、スロットル弁41、添加弁510、およびポン
プ511等の各種装置が電気的に接続されている。ECU10によって、これら各種装置が制御される。ここで、ECU10は、還元剤供給装置51へ指令信号を送信することで還元剤供給装置51から尿素水を供給させる。ECU10が、還元剤供給装置51から尿素水を供給させる処理を、以下「供給処理」と称する。ECU10が供給処理を実行するにあたって、ECU10は、先ず、NOx触媒52においてNOxを適切に還元するために必要なNOx触媒52へのアンモニアの供給量(要求供給量)を算出する。そして、ECU10は、要求供給量に応じた添加弁510からの尿素水の添加流量(要求添加流量)を設定する。そして、要求添加流量に対応した指令信号を生成し、該指令信号を還元剤供給装置51へ送信する。指令信号を受けた還元剤供給装置51では、該指令信号に応じてポンプ511の印加電圧または添加弁510の弁開度が制御され、添加弁510から尿素水が添加される。つまり、供給処理が実行される。なお、ECU10が供給処理を実行することで、本発明に係る制御手段として機能する。
Further, various devices such as the fuel injection valve 3, the
このような排気浄化装置において、供給処理が実行されると、NOx触媒52におけるアンモニアの吸着量が増加する。そうすると、NOx触媒52におけるNOx浄化率が高くなる傾向にある。図2は、添加弁510から尿素水が添加されるときの、NOx触媒52におけるアンモニアの推定吸着量と、NOx触媒52におけるNOx浄化率との相関を示す図である。
In such an exhaust gas purification apparatus, when the supply process is performed, the amount of adsorption of ammonia in the
なお、図2に示す推定吸着量は、添加弁510から添加される尿素水の添加量に基づいて算出される量である。これについて、以下に説明する。図3は、添加弁510から添加された尿素水の分解工程を表す図である。図3に示すように、添加弁510から添加された尿素水は、水が蒸発することによって尿素となる(STEP1参照)。そして、この尿素が熱分解されることによって、アンモニア(NH3)とイソシアン酸(HNCO)が生成される(STEP2参照)。また、イソシアン酸(HNCO)が加水分解されることによって、アンモニア(NH3)とCO2が生成される(STEP3参照)。図2に示す推定吸着量は、このような尿素水の分解工程を経てアンモニア(NH3)が生成されると仮定して算出される吸着量である。
The estimated adsorption amount shown in FIG. 2 is an amount calculated based on the addition amount of urea water added from the
そして、図2の線L1に示すように、添加弁510から尿素水が添加されると、アンモニアの推定吸着量が増加していき、該吸着量が所定吸着量となるまでは、アンモニアの推定吸着量が多くなるほどNOx浄化率が高くなる傾向にある。ここで、添加弁510から尿素水が添加されることによって、アンモニアの推定吸着量が図2に示すR1になったと仮定する。この場合、添加弁510から添加された尿素水の全てが図3に示した分解工程に従って分解され、生成されたアンモニア(NH3)がNOx触媒52に吸着しているものとすると、添加弁510から尿素水が添加されることなくNOx触媒52に吸着したアンモニアを利用してNOxの還元が行われるときには、線L1に沿ってNOx浄化率が減少していくことになる。
Then, as shown by line L1 in FIG. 2, when urea water is added from the
そして、仮に、上述したアンモニアの推定吸着量と、実際にNOx触媒52に吸着されるアンモニアの吸着量(以下、「アンモニアの実吸着量」と称する場合もある。)と、が略同じとなる場合には、アンモニアの推定吸着量に応じてNOx浄化率を一義的に定めることができる。しかしながら、上述したアンモニアの推定吸着量と、アンモニアの実吸着量と、は相違する場合がある。例えば、図4Aに示すように、アンモニアの推定吸着量がR1と算出されていても、アンモニアの実吸着量は、R1よりも少ないR2となる場合がある。この場合、添加弁510から尿素水が添加されることなくNOx触媒52に吸着したアンモニアを利用してNOxの還元が行われるときには、線L2に沿ってNOx浄化率が減少していくことになる。なお、このような事態は、排気温が比較的低くて且つ排気流量が比較的多い条件(低温・高流量条件)で生じ易くなる。
Then, temporarily, the estimated amount of adsorption of ammonia described above and the amount of adsorption of ammonia actually adsorbed by the NOx catalyst 52 (hereinafter sometimes referred to as “the actual amount of adsorption of ammonia” may be substantially the same. In this case, the NOx purification rate can be uniquely determined according to the estimated adsorption amount of ammonia. However, the above-mentioned estimated adsorption amount of ammonia and the actual adsorption amount of ammonia may be different. For example, as shown in FIG. 4A, even if the estimated adsorption amount of ammonia is calculated as R1, the actual adsorption amount of ammonia may be R2, which is smaller than R1. In this case, when NOx is reduced using ammonia adsorbed on the
そして、アンモニアの実吸着量を計測することは困難であるため、実際には、アンモニアの推定吸着量に基づいてNOx浄化率が推定される。そして、アンモニアの推定吸着量がR1と算出されているにもかかわらず、アンモニアの実吸着量がR2となっている場合、添加弁510から尿素水が添加されることなくNOx触媒52に吸着したアンモニアを利用してNOxの還元が行われるときには、図4Bに示すように、線L3に沿ってNOx浄化率が減少していくことになる。なお、仮に、アンモニアの推定吸着量とアンモニアの実吸着量とが略同じとなる場合には、添加弁510から尿素水が添加されることなくNOx触媒52に吸着したアンモニアを利用してNOxの還元が行われるときには、図4Bの線L1に沿ってNOx浄化率が減少していくことになる。
Since it is difficult to measure the actual amount of adsorption of ammonia, the NOx purification rate is actually estimated based on the estimated amount of adsorption of ammonia. Then, although the estimated adsorption amount of ammonia is calculated as R 1, when the actual adsorption amount of ammonia is
ここで、本願発明者は、鋭意検討を行った結果、尿素水の分解過程で生じる副生成物が固体析出物となって堆積することにより、アンモニアの推定吸着量とアンモニアの実吸着量との相違が生じることを見出した。これについて、以下に詳しく説明する。 Here, as a result of intensive investigations, the inventor of the present application has found that by-products formed in the decomposition process of urea water are deposited as solid precipitates, whereby the estimated adsorption amount of ammonia and the actual adsorption amount of ammonia are I found that a difference occurred. This will be described in detail below.
図5は、尿素とイソシアン酸との重合により生成される副生成物を表す図である。図5に示すように、尿素とイソシアン酸が重合するとビウレットが生成され、ビウレットとイソシアン酸が重合するとトリウレットが生成される。そして、トリウレットから、更に、シアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンといった化合物が生成される。このシアヌル酸、アンメリド、アンメリン、メラミンといった化合物は、低温では気体成分(アンモニアやイソシアン酸)に分解しない特性を有しており、例えば、メラミンは380℃以上にならないと気体成分に分解しない特性を有している。したがって、これら化合物は、固体析出物として堆積し易くなる。 FIG. 5 is a diagram representing by-products produced by the polymerization of urea and isocyanic acid. As shown in FIG. 5, biuret is formed by the polymerization of urea and isocyanate, and triuret is formed by the polymerization of biuret and isocyanate. Then, triuret further produces a compound such as cyanuric acid, ammelide, ammeline and melamine. The compounds such as cyanuric acid, ammelide, ammeline and melamine have the property that they do not decompose into gaseous components (ammonia and isocyanic acid) at low temperatures. For example, melamine does not decompose into gaseous components unless it reaches 380 ° C. Have. Therefore, these compounds tend to be deposited as solid precipitates.
また、図6は、内燃機関の排気浄化装置における、上述した副生成物の生成態様を説明するための図である。ここで、図6に示すように、尿素が熱分解することで生成されたアンモニアとイソシアン酸は、NOx触媒52に流入する。そして、NOx触媒52では、流入したアンモニアが吸着される。また、NOx触媒52内でイソシアン酸が加水分解されることでアンモニアが生成され、該アンモニアがNOx触媒52に吸着される。なお、NOx触媒52内でのイソシアン酸の加水分解は、触媒反応によって比較的速く進行する傾向がある。
Further, FIG. 6 is a view for explaining a generation aspect of the above-mentioned by-product in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine. Here, as shown in FIG. 6, ammonia and isocyanic acid generated by the thermal decomposition of urea flow into the
一方、NOx触媒52に流入する前のイソシアン酸に尿素水の液滴が衝突すると、尿素とイソシアン酸との重合が生じ易くなることが新たに見出された。つまり、NOx触媒52に流入する前のイソシアン酸に尿素水の液滴が衝突することで、上述した副生成物が生成され易くなる。そして、このようにして生成された副生成物は高温(例えば、380℃以上)にならないと気体成分に分解しないため、該副生成物は、固体析出物として堆積し易い傾向にある。
On the other hand, it was newly found that when the droplets of urea water collide with isocyanate before flowing into the
ここで、仮に上記の副生成物が生成されないような条件でアンモニアの推定吸着量とNOx浄化率との相関を取得すると、上記の図4Bにおいて見られたヒステリシスは大きく減少する(これは、図7の線L1と線L3´とによって表される。)。この場合、添加弁510から添加された尿素水(該尿素水に基づくアンモニア)をNOxの還元に効率的に利用することができ、以て、NOx触媒52におけるNOx浄化率の低下を可及的に抑制することができる。そして、上述した副生成物の生成を抑制するためには、添加弁510から添加された尿素水を十分に蒸発させることが重要であることが判明した。
Here, if the correlation between the estimated adsorption amount of ammonia and the NOx purification rate is obtained under the condition that the above-mentioned by-products are not generated, the hysteresis seen in FIG. 4B above is greatly reduced (this is shown in FIG. Represented by the lines L1 and L3 'of 7). In this case, the urea water (ammonia based on the urea water) added from the
ここで、ECU10が供給処理を実行するにあたって、前回の供給処理の実行時の尿素水が蒸発せずに排気通路5内に残存していて、前回の供給処理の実行時の尿素水と今回の供給処理によって添加される尿素水とが干渉してしまうと、尿素水の蒸発が妨げられ、上述した副生成物が生成され易くなる虞がある。そこで、本実施形態に係る内燃機関の排気
浄化システムでは、ECU10が、供給処理による尿素水の供給が終了されてから、該供給処理によって供給された尿素水が蒸発するまでの時間である蒸発時間を算出する。そして、ECU10は、前回の供給処理における尿素水の供給が終了されてから蒸発時間経過後に、今回の供給処理を実行する。ECU10が実行するこのような処理について、以下に詳しく説明する。
Here, when the
図8は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ECU10によって、本フローが内燃機関1の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。
FIG. 8 is a flowchart showing a control flow according to the present embodiment. In the present embodiment, the
本フローでは、先ず、S101において、供給処理を実行するための実行条件が成立しているか否かが判別される。S101では、NOx触媒52へのアンモニアの供給が要求された場合に実行条件成立と判定される。または、上記に加えて、例えば尿素水の温度が添加可能な温度範囲に属する場合に実行条件成立と判定することもできるし、例えば触媒温度が所定温度範囲に属する場合に実行条件成立と判定することもできる。なお、NOx触媒52へのアンモニアの供給が要求されたか否かについては、ECU10が本フローとは異なる周知のフローを実行することによって判定することができる。そして、S101において肯定判定された場合、ECU10はS102の処理へ進み、S101において否定判定された場合、本フローの実行が終了される。
In this flow, first, at S101, it is determined whether or not an execution condition for executing the supply process is satisfied. In S101, when the supply of ammonia to the
S101において肯定判定された場合、次に、S102において、前回の供給処理の実行時のパラメータが読込まれる。ここで、ECU10は、供給処理の実行毎にその実行パラメータを記憶しており、S102では、前回の供給処理の実行時の排気流量、排気温度、尿素水の温度、添加弁510から噴射される尿素水の総量(以下、「噴射量」と称する場合もある。)、添加弁510から噴射される尿素水の粒径(以下、「噴射粒径」と称する場合もある。)が読込まれる。なお、噴射粒径は、添加弁510から噴射される尿素水の流量(以下、「噴射流量」と称する場合もある。)、添加弁510から噴射される尿素水の圧力(以下、「噴射圧」と称する場合もある。)、尿素水の温度等に基づいて周知の手法を用いて算出することができる。
When an affirmative determination is made in S101, next, in S102, parameters at the time of execution of the previous supply process are read. Here, the
次に、S103において、前回の供給処理による尿素水の添加が終了されてから、該供給処理によって添加された尿素水が蒸発するまでの蒸発時間が算出される。ここで、本実施形態における蒸発時間の算出手法について、図9を用いて説明する。図9は、排気流量、噴射粒径、尿素水の温度、および噴射量と、蒸発速度と、の相関を示す図である。図9に示すように、排気流量が多くなるほど、蒸発速度が遅くなる。また、噴射粒径が小さくなるほど、または尿素水の温度が高くなるほど、蒸発速度は速くなる。また、噴射量が多くなるほど、蒸発速度が遅くなる。ECU10のROMには、このような相関が、マップまたは関数として予め記憶されている。そして、S103では、このような相関と、S102で読込んだ上記パラメータと、に基づいて蒸発時間が算出される。なお、ECU10がこのように蒸発時間を算出することで、本発明に係る算出手段として機能する。
Next, in S103, the evaporation time from the end of the addition of the aqueous urea solution by the previous supply process to the evaporation of the aqueous urea solution by the supply process is calculated. Here, the calculation method of the evaporation time in this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 9 is a view showing the correlation between the exhaust gas flow rate, the injected particle size, the temperature of urea water, and the injection amount, and the evaporation rate. As shown in FIG. 9, the evaporation rate becomes slower as the exhaust flow rate increases. In addition, the smaller the injected particle size, or the higher the temperature of the aqueous urea solution, the faster the evaporation rate. Also, the evaporation rate becomes slower as the injection amount increases. Such correlation is stored in advance in the ROM of the
次に、S104において、前回供給処理の実行完了からS103で算出した蒸発時間が経過したか否かが判別される。そして、S104において肯定判定された場合、ECU10はS105の処理へ進み、S104において否定判定された場合、ECU10はS104の処理を繰り返す。
Next, in S104, it is determined whether or not the evaporation time calculated in S103 has elapsed since the completion of the previous supply processing. When the determination is affirmative in S104, the
S104において肯定判定された場合、次に、S105において、還元剤供給装置51からの尿素水の供給が実行される。そして、S105の処理の後、本フローの実行が終了される。
If an affirmative determination is made in S104, next, in S105, the supply of urea aqueous solution from the reducing
以上に述べた制御フローに従って実行される供給処理について、図10を用いて説明する。図10は、上記の図8に従って実行される供給処理のタイムチャートを示す図である。なお、図10における供給処理実行フラグは、供給処理を実行するための実行条件が成立した場合に1にされるフラグである。図10に示すように、前回の供給処理の実行が時刻t1において終了される。そして、時刻t2において、今回の供給処理の実行条件が成立する。ここで、蒸発時間は、図10においてΔtによって表され、時刻t2においては、前回の供給処理の実行が終了されてから(時刻t1から)蒸発時間Δtが経過していない。したがって、時刻t2では、今回の供給処理は未だ実行されない。そして、時刻t1から蒸発時間Δt経過した時刻t3において、今回の供給処理が実行される。 The supply process performed according to the control flow described above will be described using FIG. FIG. 10 is a diagram showing a time chart of the supply process performed according to FIG. 8 described above. The supply processing execution flag in FIG. 10 is a flag that is set to 1 when an execution condition for executing the supply processing is satisfied. As shown in FIG. 10, the execution of the previous supply process is ended at time t1. Then, at time t2, an execution condition of the current supply process is satisfied. Here, the evaporation time is represented by Δt in FIG. 10, and at time t2, the evaporation time Δt has not elapsed since the end of the previous supply process (from time t1). Therefore, at time t2, the current supply process is not executed yet. Then, at time t3 when the evaporation time Δt has elapsed from time t1, the current supply process is performed.
以上に述べたように供給処理が実行されることによって、尿素水の蒸発が妨げられる事態が抑制され、以て、上述した副生成物が生成され難くなる。その結果、NOx触媒52におけるNOx浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
As described above, by performing the supply process, the situation in which the evaporation of the urea aqueous solution is prevented is suppressed, whereby the above-described by-products are less likely to be generated. As a result, it is possible to suppress the decrease in the NOx purification rate of the
(第一の実施形態の変形例)
次に、上述した第一の実施形態の変形例について説明する。なお、本変形例において、第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
(Modification of the first embodiment)
Next, a modification of the first embodiment described above will be described. In the present modification, the detailed description of the configuration substantially the same as the first embodiment and the control processing substantially the same as the first embodiment will be omitted.
図11は、本変形例において実行される供給処理のタイムチャートを示す図である。なお、図11における供給処理実行フラグは、上記の図10の説明で述べたとおりである。上述した第一の実施形態では、上記の図10に示したように、供給処理の実行条件が成立している間、添加弁510から一定の噴射流量で継続して尿素水が噴射される。一方、本変形例では、図11に示すように、供給処理の実行条件が成立している間、添加弁510からパルス状に尿素水が噴射される。このような態様においては、図11に示すように、供給処理の実行条件が成立している間、蒸発時間Δt´以上の間隔で添加弁510からパルス状に尿素水が噴射される。
FIG. 11 is a diagram showing a time chart of the supply process performed in the present modification. The supply process execution flag in FIG. 11 is as described in the description of FIG. In the first embodiment described above, as shown in FIG. 10 described above, urea solution is continuously injected from the
このような供給処理が実行されるときの制御フローについて、以下に説明する。図12は、本変形例に係る制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ECU10によって、本フローが内燃機関1の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図12に示す各処理において、上記の図8に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
The control flow when such a supply process is performed will be described below. FIG. 12 is a flowchart showing a control flow according to the present modification. In the present modification, the
図12に示す制御フローでは、S101において肯定判定された場合、次に、S201において、NOx触媒52においてNOxを適切に還元するために必要な添加弁510からの尿素水の添加量(以下、「要求添加量」と称する場合もある。)が算出される。S201では、NOx触媒52においてNOxを適切に還元するために必要なNOx触媒52へのアンモニアの供給量(要求供給量)に基づいて、周知の手法を用いて要求添加量が算出される。また、要求供給量は、例えば、第一NOxセンサ50によって検出されたNOx濃度と排気流量とに基づいて推定されたNOx触媒52への流入NOx量や触媒温度を考慮して、周知の手法を用いて算出することができる。そして、S201の処理の後、ECU10はS102の処理へ進む。
In the control flow shown in FIG. 12, when the positive determination is made in S101, next, in S201, the addition amount of urea water from the
また、図12に示す制御フローでは、S104において肯定判定された場合、次に、S202において、還元剤供給装置51からの尿素水の供給が実行される。本変形例では、上述したように、供給処理の実行条件が成立している間、添加弁510からパルス状に尿素水が噴射されるため、S202では、還元剤供給装置51からの尿素水の供給を開始してから、予め定められた所定時間が経過すると、還元剤供給装置51からの尿素水の供給が一旦停止される。
Further, in the control flow shown in FIG. 12, when the determination is affirmative in S104, next, the supply of urea water from the reducing
次に、S203において、今回の図12に示す制御フローの実行においてこれまでに添加弁510から添加された尿素水の総量(以下、「現在添加量」と称する場合もある。)が算出される。そして、S203の処理の後、S204において、S203で算出した現在添加量がS201で算出した要求添加量以上となっているか否かが判別される。そして、S204において肯定判定された場合、本フローの実行が終了され、S204において否定判定された場合、ECU10はS102の処理へ戻る。
Next, in S203, the total amount of urea water (hereinafter sometimes referred to as "current addition amount") that has been added from the
このように供給処理が実行されることによっても、尿素水の蒸発が妨げられる事態が抑制され、以て、上述した副生成物が生成され難くなる。その結果、NOx触媒52におけるNOx浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
Even when the supply process is performed as described above, the situation in which the evaporation of the urea water is hindered is suppressed, and thus the above-described by-products are less likely to be generated. As a result, it is possible to suppress the decrease in the NOx purification rate of the
(第二の実施形態)
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図13は、本実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。本実施形態では、ECU10によって、本フローが内燃機関1の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、図13に示す各処理において、上記の図8に示した処理と実質的に同一の処理については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。また、本実施形態において、第一の実施形態と実質的に同一の構成については、その詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a flowchart showing a control flow according to the present embodiment. In the present embodiment, the
図13に示す制御フローでは、上記の図8に示したS104の処理の後、S301において、要求添加量が算出される。S301の処理は、上記の図12に示したS201の処理と実質的に同一である。次に、S302において、今回の供給処理の実行に伴う蒸発時間が算出される。S302では、上記の図8に示したS103の処理の説明で述べた相関と、今回の供給処理の実行に伴うパラメータと、に基づいて蒸発時間が算出される。 In the control flow shown in FIG. 13, the required addition amount is calculated in S301 after the process of S104 shown in FIG. The process of S301 is substantially the same as the process of S201 shown in FIG. 12 described above. Next, in S302, the evaporation time associated with the execution of the current supply process is calculated. In S302, the evaporation time is calculated based on the correlation described in the description of the process of S103 shown in FIG. 8 and the parameters associated with the execution of the current supply process.
次に、S303において、今回の供給処理の実行に伴う到達時間が算出される。ここで、到達時間は、添加弁510によって噴射された尿素水の液滴が、NOx触媒52の上流側端面に到達するまでの時間である。または、NOx触媒52の上流側にミキサが設けられる場合には、到達時間は、添加弁510によって噴射された尿素水の液滴が、ミキサに到達するまでの時間である。なお、到達時間は、添加弁510の噴孔からNOx触媒52の上流側端面(またはミキサ)までの距離と、添加弁510から噴射される尿素水の速度(以下、「噴射速度」と称する場合もある。)および排気の流速と、に基づいて算出される。噴射速度は、噴射流量等に基づいて周知の手法を用いて算出することができる。
Next, in S303, the arrival time associated with the execution of the current supply process is calculated. Here, the arrival time is the time until the droplets of urea water injected by the
このように、本実施形態では、到達時間が算出される。これについて、以下に説明する。上述したように、NOx触媒52に流入する前のイソシアン酸に尿素水の液滴が衝突することで、副生成物が生成され易くなる。そして、このような衝突は、NOx触媒52の上流側端面(またはミキサ)において起こり易くなる。したがって、添加弁510によって噴射された尿素水の液滴が、NOx触媒52の上流側端面(またはミキサ)に到達する前に、該液滴が蒸発すれば、上述した衝突が起こり難くなり、以て、副生成物の生成が抑制される。ここで、本実施形態に係る制御フローは、前回供給処理の実行完了から蒸発時間経過後に実行されるフローであるため、前回供給の尿素水と今回供給の尿素水とが干渉することで尿素水の蒸発が妨げられる事態が抑制されているものの、更に、上述した到達時間を考慮することによって、今回供給の尿素水に起因する副生成物の生成をより好適に抑制することができる。
Thus, in the present embodiment, the arrival time is calculated. This will be described below. As described above, by the droplets of urea water colliding with the isocyanate before flowing into the
ここで、蒸発速度と到達速度との関係を図14に示す。図14に示すように、到達速度は、排気流量が多くなるほど速くなる。そして、蒸発速度が到達速度以上となる条件において、副生成物の生成が抑制されることになる。 Here, the relationship between the evaporation rate and the arrival rate is shown in FIG. As shown in FIG. 14, the ultimate velocity increases as the exhaust gas flow rate increases. Then, the generation of by-products is suppressed under the condition that the evaporation rate is equal to or higher than the ultimate velocity.
したがって、図13に示す制御フローでは、S303の処理の後、S304において、S303で算出した到達時間がS302で算出した蒸発時間よりも長いか否かが判別される。そして、S304において肯定判定された場合、ECU10はS105の処理へ進み、S304において否定判定された場合、ECU10はS305の処理へ進む。
Therefore, in the control flow shown in FIG. 13, after the process of S303, it is determined in S304 whether the arrival time calculated in S303 is longer than the evaporation time calculated in S302. When the determination is affirmative in S304, the
S304において肯定判定された場合、次に、S105において、還元剤供給装置51からの尿素水の供給が実行される。S304において肯定判定される場合、添加弁510によって噴射された尿素水の液滴は、NOx触媒52の上流側端面(またはミキサ)に到達する前に蒸発すると判断することができるので、この場合には、上記の図8に示したS105の処理と同様にして、尿素水の供給を実行することができる。そして、S105の処理の後、本フローの実行が終了される。なお、このS105の処理による尿素水の供給を、以下通常時の尿素水の供給と称する。
If an affirmative determination is made in S304, next, in S105, the supply of urea aqueous solution from the reducing
一方、S304において否定判定された場合、次に、S305において、尿素水の噴射条件が変更される。S304において否定判定される場合、添加弁510によって噴射された尿素水の液滴は、仮に通常時の尿素水の供給が行われると、蒸発する前にNOx触媒52の上流側端面(またはミキサ)に到達すると判断することができるので、この場合には、尿素水の噴射条件が変更される。S305では、蒸発速度が速くなるように(蒸発時間が短くなるように)、噴射粒径が小さくなるような噴射条件に変更される。または、1回の噴射量が少なくなるような噴射条件に変更される。そして、S306において、S305で定めた噴射条件で、還元剤供給装置51からの尿素水の供給が実行される。そして、S306の処理の後、本フローの実行が終了される。
On the other hand, when the negative determination is made in S304, next, the injection condition of urea water is changed in S305. If a negative determination is made in S304, the droplets of urea aqueous solution injected by the
以上に述べたように尿素水の噴射条件が変更される態様を、図15および図16に例示する。図15は、噴射流量が増加するように噴射条件が変更される例である。図15に示すように、通常時には噴射流量FR1で尿素水の供給が行われるのに対して、噴射条件の変更によって、噴射流量がFR1よりも多いFR2にされる。このように噴射流量が増やされることによって、噴射粒径が小さくされ、尿素水の蒸発を促すことができる。また、図16は、1回の噴射量が少なくなるように噴射条件が変更される例である。図16に示すように、通常時には噴射量Q1で1回のみ噴射されているのに対して、噴射条件の変更によって、1回の噴射量がQ1よりも少ないQ2で3回噴射される。これによっても、尿素水の蒸発を促すことができる。なお、図16に示すようにパルス状に尿素水が噴射される場合には、第一の実施形態の変形例で述べたように、蒸発時間以上の間隔でパルス状に尿素水が噴射される。 The aspect by which the injection conditions of urea water are changed as mentioned above is illustrated in FIG. 15 and FIG. FIG. 15 shows an example in which the injection condition is changed so as to increase the injection flow rate. As shown in FIG. 15, the urea aqueous solution is normally supplied at the injection flow rate FR1 while the injection flow rate is made to be FR2 higher than FR1 by changing the injection condition. By thus increasing the injection flow rate, the injection particle size can be reduced, and evaporation of urea water can be promoted. Further, FIG. 16 is an example in which the injection condition is changed so that the injection amount per injection is reduced. As shown in FIG. 16, while the injection amount is normally injected only once with the injection amount Q1, the injection amount is injected three times with Q2, which is smaller than Q1, by changing the injection condition. This also promotes the evaporation of the urea water. In the case where urea aqueous solution is injected in a pulse shape as shown in FIG. 16, as described in the modification of the first embodiment, urea aqueous solution is injected in a pulse shape at intervals equal to or longer than the evaporation time. .
このように噴射条件が変更されることによって、上述した副生成物が生成され難くなり、以て、NOx触媒52におけるNOx浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
By changing the injection condition as described above, the above-described by-products are less likely to be generated, and it is possible to suppress the decrease in the NOx purification rate of the
(第三の実施形態)
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。上述した第一の実施形態および第二の実施形態は、NOx触媒52へのアンモニアの供給量が要求供給量となるように、要求添加量の尿素水が添加弁510から添加される例である。これに対して、本実施形態では、添加弁510から噴射された尿素水の液滴の蒸発速度が律速となって、要求添加量の尿素水を添加できない場合の例である。なお、本実施形態において、上述した第一の実施形態と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The first embodiment and the second embodiment described above are examples in which urea water of the required addition amount is added from the
図17は、本実施形態に係る噴射流量の時間推移を示す図である。図17の上段は、N
Ox触媒52においてNOxを適切に還元するために必要なNOx触媒52へのアンモニアの供給量(要求供給量)に基づいて定められる要求添加流量、および尿素水の液滴の蒸発速度に基づいて定められる添加可能流量の時間推移を表しており、図17の下段は、添加弁510から実際に噴射される噴射流量(実添加流量)の時間推移を表している。
FIG. 17 is a view showing the time transition of the injection flow rate according to the present embodiment. The upper part of FIG.
Determined based on the required addition flow rate determined based on the supply amount of ammonia (required supply amount) to the
図17の上段に示すように、時刻t0から時刻t11の間および時刻t12以降は、添加可能流量は要求添加流量以上となっている。一方、時刻t11から時刻t12の間は、添加可能流量が要求添加流量よりも少なくなっている。そして、図17の下段に示すように、時刻t0から時刻t11の間は、実添加流量が要求添加流量にされ、時刻t11から時刻t12の間は、実添加流量が添加可能流量にされる。つまり、時刻t11から時刻t12の間は、尿素水の液滴の蒸発速度が律速となって、要求添加流量の尿素水を噴射することができないことになる。この場合、NOx触媒52におけるアンモニア量が不足してしまう虞がある。
As shown in the upper part of FIG. 17, the addable flow rate is equal to or higher than the required addition flow rate from time t0 to time t11 and after time t12. On the other hand, the addable flow rate is smaller than the required addition flow rate from time t11 to time t12. Then, as shown in the lower part of FIG. 17, the actual addition flow rate is set to the required addition flow rate from time t0 to time t11, and the actual addition flow rate is set to the addition available flow rate from time t11 to time t12. That is, during the period from time t11 to time t12, the evaporation rate of the droplets of urea water becomes rate-limiting, and it is impossible to inject the urea water of the required addition flow rate. In this case, the amount of ammonia in the
そこで、本実施形態では、NOx触媒52におけるアンモニア量が不足してしまう事態が生じた後に、添加可能流量が要求添加流量以上となる場合には、図17の下段に示すように、実添加流量が添加可能流量にされる。つまり、要求添加流量よりも多くの尿素水が噴射されることによって、NOx触媒52におけるアンモニア量が増やされる。これにより、NOx触媒52におけるNOx浄化率の低下を可及的に抑制することが可能となる。
Therefore, in the present embodiment, after the situation where the ammonia amount in the
1・・・・内燃機関
3・・・・燃料噴射弁
4・・・・吸気通路
5・・・・排気通路
10・・・ECU
50・・・第一NOxセンサ
51・・・還元剤供給装置
52・・・NOx触媒
53・・・排気温センサ
54・・・第二NOxセンサ
510・・添加弁
511・・ポンプ
512・・圧力センサ
513・・温度センサ
514・・タンク
1 ... internal combustion engine 3 ...
50 ...
Claims (1)
前記添加弁よりも下流側の排気通路に設けられ、アンモニアによって排気中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、
を備えた内燃機関の排気浄化装置に適用される、内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記還元剤供給装置から尿素水を供給させる処理である供給処理を実行する制御手段と、
前記供給処理による尿素水の供給が終了されてから、該供給処理によって供給された尿素水が蒸発するまでの時間である蒸発時間を算出する算出手段と、を備え、
前記制御手段は、前回の前記供給処理における尿素水の供給が終了されてから前記蒸発時間経過後に、今回の前記供給処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 A reducing agent supply device for supplying urea water, which is a precursor of ammonia, as a reducing agent into an exhaust passage of an internal combustion engine, the reducing agent supply device being provided in the exhaust passage and having an addition valve for adding urea water.
A selective reduction type NOx catalyst provided in an exhaust passage downstream of the addition valve and reducing NOx in the exhaust gas with ammonia;
In an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, the exhaust gas purification system for an internal combustion engine comprising:
A control unit that executes a supply process that is a process of supplying urea water from the reducing agent supply device;
Calculating means for calculating an evaporation time which is a time from the end of the supply of the aqueous urea solution by the supply process to the evaporation of the aqueous urea solution supplied by the supply process;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, wherein the control means executes the current supply process after the evaporation time has elapsed since the last supply of urea water in the supply process is ended.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017206282A JP2019078227A (en) | 2017-10-25 | 2017-10-25 | Exhaust emission control system for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017206282A JP2019078227A (en) | 2017-10-25 | 2017-10-25 | Exhaust emission control system for internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019078227A true JP2019078227A (en) | 2019-05-23 |
Family
ID=66627587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017206282A Pending JP2019078227A (en) | 2017-10-25 | 2017-10-25 | Exhaust emission control system for internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019078227A (en) |
-
2017
- 2017-10-25 JP JP2017206282A patent/JP2019078227A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5653618B2 (en) | Control of selective catalytic reduction | |
US8141346B2 (en) | System and method for monitoring reductant quality | |
US7842267B2 (en) | Exhaust emission purifying apparatus for engine | |
US7892508B2 (en) | Internal combustion engine exhaust gas purification apparatus and method for controlling same | |
US8176729B2 (en) | Perturbation control strategy for low-temperature urea SCR NOx reduction | |
EP3660288B1 (en) | Injection amount control method and device for scr urea injection system in engine | |
JP5141779B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
US20090104085A1 (en) | Reducing agent spray control system ensuring operation efficiency | |
JP2006118501A (en) | Method and device for operating exhaust gas treatment device of internal combustion engine | |
US20090038298A1 (en) | Approach for Injecting a Reductant | |
CN112189083A (en) | Method and device for controlling a urea mixer for reducing NOx emissions from a combustion engine | |
JP2014005745A (en) | Urea water injection device | |
JP2011038521A (en) | Urea injection control system | |
JP6911479B2 (en) | Exhaust gas purification system control device | |
US20120117951A1 (en) | Selective catalytic reduction catalyst ammonia storage control systems and methods | |
JP2003286828A (en) | NOx CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
JP6120020B2 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP2019078227A (en) | Exhaust emission control system for internal combustion engine | |
JP2003293735A (en) | NOx CLEANING DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
KR20230110240A (en) | Reducing agent decomposition system | |
JP6112093B2 (en) | Exhaust purification system | |
JP2016037903A (en) | Internal combustion engine exhaust purification device | |
US10100696B2 (en) | Method for operating an exhaust gas purification system connected to an internal combustion engine of a motor-vehicle comprising an SCR catalyst | |
JP2018178879A (en) | Exhaust emission control device of internal combustion engine | |
WO2011122316A1 (en) | Exhaust purification control system for internal combustion engine |