JP2020029835A - Exhaust emission control system of internal combustion engine - Google Patents

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聖 袋田
松下 智彦
Tomohiko Matsushita
智彦 松下
厚平 森
Kohei Mori
厚平 森
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Abstract

To improve diagnosis accuracy for deterioration of an SCR converter.SOLUTION: An exhaust emission control system of an internal combustion engine is configured to determine that an SCR converter deteriorates in a case where an outflowing ammonia concentration AC at the time when a specified period ε has elapsed since an ammonia slip has been confirmed is equal to or higher than a deterioration determination concentration ζ (S200: YES), in addition to a case where a lapse time T1 from the start of ammonia supply (S120) to the confirmation of the ammonia slip (S150: YES) is shorter than a deterioration determination time γ (S170: YES).SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、アンモニアを還元剤とした選択的触媒還元により排気中の窒素酸化物を浄化する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 that purifies nitrogen oxides in exhaust gas by selective catalytic reduction using ammonia as a reducing agent.

内燃機関の排気浄化システムとして、アンモニアを還元剤とした選択的触媒還元(SCR:Selective Catalytic Reduction)により排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化するものがある。こうした排気浄化システムとしては、上記選択的触媒還元を行うSCRコンバータと、そのSCRコンバータにアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、を備えたものがある。SCRコンバータは、排気が通る多数のチャンネルを有したモノリス構造の多孔質材料からなる担体に、SCR触媒を担持したものとなっている。なお、車載用のディーゼル機関では、排気通路におけるSCRコンバータよりも上流側の部分を流れる排気中に尿素水を添加するとともに、その尿素水が高温下で加水分解して生成されたアンモニアをSCRコンバータに供給する、いわゆる尿素SCR方式の排気浄化システムが採用されている。   2. Description of the Related Art As an exhaust gas purification system for an internal combustion engine, there is a system that purifies nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas by selective catalytic reduction (SCR) using ammonia as a reducing agent. Some of such exhaust gas purification systems include an SCR converter that performs the above-described selective catalytic reduction, and an ammonia supply device that supplies ammonia to the SCR converter. The SCR converter has an SCR catalyst carried on a carrier made of a monolithic porous material having a large number of channels through which exhaust gas passes. In a diesel engine mounted on a vehicle, urea water is added to exhaust gas flowing in a portion of the exhaust passage upstream of the SCR converter, and ammonia generated by hydrolyzing the urea water at a high temperature is converted into an SCR converter. , A so-called urea SCR type exhaust gas purification system is adopted.

そして従来、特許文献1に見られるように、選択的触媒還元方式の排気浄化システムとして、SCRコンバータの劣化の診断機能を有したものが知られている。特許文献1に記載の排気浄化システムでは、下記の態様でSCRコンバータの劣化の有無を判定することで、劣化診断を行っている。   Conventionally, as disclosed in Patent Document 1, there is known an exhaust purification system of a selective catalytic reduction system having a function of diagnosing deterioration of an SCR converter. In the exhaust gas purification system described in Patent Literature 1, deterioration diagnosis is performed by determining whether or not the SCR converter has deteriorated in the following manner.

SCRコンバータは、一定の温度(吸着開始温度)以上となると排気中のアンモニアを吸着する。SCRコンバータが吸着可能なアンモニアの量には限界が存在し、その限界となる量(飽和吸着量)は、劣化の進行と共に減少する。一方、NOxの選択的触媒還元が可能なSCRコンバータの最低温度(浄化開始温度)は、吸着開始温度よりも高い温度となっている。よって、吸着開始温度以上、且つ浄化開始温度未満の温度域にあるときのSCRコンバータは、流入した排気中のアンモニアを吸着するが、その吸着したアンモニアを殆ど消費しない状態となる。   The SCR converter adsorbs ammonia in the exhaust gas when the temperature exceeds a certain temperature (adsorption start temperature). There is a limit to the amount of ammonia that can be adsorbed by the SCR converter, and the limit amount (saturated adsorption amount) decreases with the progress of deterioration. On the other hand, the minimum temperature (purification start temperature) of the SCR converter capable of selective catalytic reduction of NOx is higher than the adsorption start temperature. Therefore, when the SCR converter is in a temperature range equal to or higher than the adsorption start temperature and lower than the purification start temperature, the SCR converter adsorbs the ammonia in the inflowing exhaust gas, but is in a state in which the adsorbed ammonia is hardly consumed.

上記文献に記載の排気浄化システムでは、SCRコンバータの劣化診断に際して、上記温度域内において、アンモニアを殆ど吸着していない状態のSCRコンバータに対するアンモニアの供給を開始する。このときのアンモニアの供給量は、アンモニア吸着量が飽和吸着量に対して十分少ない状態のSCRコンバータであれば、供給されたアンモニアの殆どを吸着可能な量に設定されている。よって、このときのSCRコンバータからのアンモニアの流出量は、アンモニア吸着量が飽和吸着量に達するまでは、ほぼ0に維持される。一方、アンモニア吸着量が飽和吸着量に達すると、アンモニアの流出(アンモニアスリップ)を抑え切れなくなる。よって、アンモニア供給の開始からアンモニアスリップが確認されるまでの期間に供給したアンモニアの総量は、SCRコンバータの飽和吸着量に相当する量となる。そこで、上記文献に記載の排気浄化システムでは、上記期間に供給したアンモニアの総量から、飽和吸着量が本来の量よりも低下しているか否かを、すなわちSCRコンバータが劣化しているか否かを判定することで、同SCRコンバータの劣化診断を行っている。   In the exhaust gas purification system described in the above document, when the deterioration of the SCR converter is diagnosed, the supply of ammonia to the SCR converter in which almost no ammonia is adsorbed is started within the above temperature range. At this time, the supply amount of ammonia is set to an amount capable of adsorbing most of the supplied ammonia in the case of an SCR converter in which the ammonia adsorption amount is sufficiently smaller than the saturated adsorption amount. Therefore, the outflow amount of ammonia from the SCR converter at this time is maintained at almost 0 until the ammonia adsorption amount reaches the saturated adsorption amount. On the other hand, when the ammonia adsorption amount reaches the saturated adsorption amount, the outflow of ammonia (ammonia slip) cannot be suppressed. Therefore, the total amount of ammonia supplied during the period from the start of the ammonia supply to the confirmation of the ammonia slip is an amount corresponding to the saturated adsorption amount of the SCR converter. Therefore, in the exhaust gas purification system described in the above document, it is determined whether or not the saturated adsorption amount is lower than the original amount, that is, whether or not the SCR converter has deteriorated, based on the total amount of ammonia supplied in the above period. By making the determination, the deterioration diagnosis of the SCR converter is performed.

特開2009−127496号公報JP 2009-127496 A

なお、SCRコンバータにおいてアンモニアは、各チャンネルの壁面に吸着される。よって、各チャンネルのそれぞれの飽和吸着量を合計した量が、SCRコンバータ全体の飽和吸着量となっている。なお、以下の説明では、各々のチャンネルにおけるアンモニア吸着量及び飽和吸着量をそれぞれ、個別吸着量及び個別飽和吸着量と記載する。また、SCRコンバータ全体のアンモニア吸着量及び飽和吸着量をそれぞれ、総吸着量及び総飽和吸着量と記載する。   In the SCR converter, ammonia is adsorbed on the wall of each channel. Therefore, the sum of the saturated adsorption amounts of the respective channels is the saturated adsorption amount of the entire SCR converter. In the following description, the ammonia adsorption amount and the saturated adsorption amount in each channel are referred to as an individual adsorption amount and an individual saturated adsorption amount, respectively. In addition, the ammonia adsorption amount and the saturated adsorption amount of the entire SCR converter are referred to as a total adsorption amount and a total saturated adsorption amount, respectively.

ところで、SCRコンバータのチャンネルの一部が、煤等の異物により閉塞した状態となることがある。こうした部分閉塞が生じた場合のSCRコンバータでは、未閉塞のチャンネルに集中して排気が流れる。そのため、部分閉塞が発生しているときの未閉塞のチャンネルでは、部分閉塞が発生していない場合よりも、アンモニアの吸着の進行が早くなる。よって、部分閉塞が発生している状態で上記劣化診断が実施された場合には、総吸着量が総飽和吸着量に到達するよりも早い段階で、未閉塞のチャンネルの個別吸着量が個別飽和吸着量に達してしまい、そのチャンネルを通じてアンモニアが流出するようになる。そのため、部分閉塞が発生しているときには、SCRコンバータが劣化していなくても、劣化している場合と同様に、供給開始からアンモニアスリップが確認されるまでの期間のアンモニア供給の総量が少なくなり、劣化していると誤判定される虞がある。   By the way, a part of the channel of the SCR converter may be closed by foreign matter such as soot. In the SCR converter in which such partial blockage occurs, exhaust gas flows intensively in an unblocked channel. Therefore, the progress of the adsorption of ammonia is faster in the unblocked channel when the partial blockage occurs than in the channel without the partial blockage. Therefore, when the above-described deterioration diagnosis is performed in a state where the partial occlusion has occurred, the individual adsorption amount of the unblocked channel becomes individual saturation earlier than the total adsorption amount reaches the total saturation adsorption amount. The adsorption amount is reached, and ammonia flows out through the channel. Therefore, when partial blockage has occurred, the total amount of ammonia supply during the period from the start of supply to the confirmation of ammonia slip is reduced even if the SCR converter has not deteriorated, as in the case where it has deteriorated. However, there is a risk that the battery is erroneously determined to be deteriorated.

上記課題を解決する内燃機関の排気浄化システムは、同内燃機関の排気通路に設置されて、アンモニアを還元剤として用いた選択的触媒還元により窒素酸化物を浄化するSCRコンバータと、同SCRコンバータにアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、SCRコンバータから流出した排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度センサと、アンモニア供給装置によるアンモニアの供給を開始してからSCRコンバータからのアンモニアの流出が確認されるまでの時間であるスリップ開始時間が規定の劣化判定時間未満であることを条件にSCRコンバータが劣化していると判定する劣化判定部と、を備えている。さらに、同排気浄化システムにおける劣化判定部は、上記スリップ開始時間が劣化判定時間未満であることに加え、更にSCRコンバータからのアンモニアの流出が確認されてからの上記アンモニア濃度の増加速度が規定の劣化判定速度以上である場合に劣化しているものとしてSCRコンバータの劣化の有無を判定している。   An exhaust gas purification system for an internal combustion engine that solves the above problems is provided in an SCR converter installed in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifying nitrogen oxides by selective catalytic reduction using ammonia as a reducing agent. An ammonia supply device for supplying ammonia, an ammonia concentration sensor for detecting the concentration of ammonia in the exhaust gas flowing out of the SCR converter, and an outflow of ammonia from the SCR converter after the supply of ammonia by the ammonia supply device is started. And a deterioration determination unit that determines that the SCR converter has deteriorated on condition that the slip start time, which is the time until, is less than a specified deterioration determination time. Further, the deterioration determination unit in the exhaust gas purification system determines that the slip start time is shorter than the deterioration determination time, and furthermore, the rate of increase of the ammonia concentration after the outflow of ammonia from the SCR converter is confirmed. When the speed is equal to or higher than the deterioration determination speed, it is determined that the SCR converter has deteriorated, and the presence or absence of deterioration of the SCR converter is determined.

アンモニアの供給が開始されると、供給されたアンモニアがSCRコンバータに吸着されていく。そして、SCRコンバータのアンモニアの吸着量が飽和吸着量に達すると、アンモニアをそれ以上吸着できなくなるため、SCRコンバータからアンモニアが流出するようになる。このときのアンモニアの流出(アンモニアスリップ)は、アンモニア濃度センサによるSCRコンバータから流出した排気中のアンモニア濃度の検出結果から確認することができる。SCRコンバータのアンモニアの飽和吸着量は、劣化の進行と共に減少していくため、SCRコンバータが劣化している場合には、アンモニアの供給を開始してからSCRコンバータからのアンモニアの流出が確認されるまでの時間であるスリップ開始時間が、劣化していない場合よりも短くなる。   When the supply of ammonia is started, the supplied ammonia is adsorbed on the SCR converter. When the amount of ammonia adsorbed by the SCR converter reaches the saturated adsorption amount, ammonia can no longer be adsorbed, so that ammonia flows out of the SCR converter. The outflow of ammonia (ammonia slip) at this time can be confirmed from the detection result of the ammonia concentration in the exhaust gas flowing out of the SCR converter by the ammonia concentration sensor. Since the saturated adsorption amount of ammonia in the SCR converter decreases with the progress of deterioration, when the SCR converter has deteriorated, the outflow of ammonia from the SCR converter is confirmed after starting the supply of ammonia. The slip start time, which is the time until, is shorter than the case where the slip has not deteriorated.

一方、煤等の異物により、SCRコンバータにおける排気の流れが部分的に閉塞された部分閉塞の発生時には、排気の流れが、ひいてはアンモニアの吸着が、未閉塞の領域に集中するため、SCRコンバータが劣化していなくても、上記スリップ開始時間が短くなる。ただし、このときのSCRコンバータには、未だアンモニアを吸着する余地が残されており、アンモニスリップの開始後も暫くは、ある程度の量のアンモニアを吸着し続ける。そのため、部分閉塞によりアンモニア吸着量が飽和吸着量に到達する前にアンモニアスリップが発生した場合には、飽和吸着量に到達してアンモニアスリップが発生した場合に比べ、アンモニスリップの開始後におけるSCRコンバータからのアンモニア排出量の増加速度が低くなる。   On the other hand, when a partial blockage occurs in which the exhaust gas flow in the SCR converter is partially blocked by foreign matter such as soot, the exhaust gas flow, and thus the adsorption of ammonia, is concentrated in the unblocked region. Even if it has not deteriorated, the slip start time becomes short. However, the SCR converter at this time still has room for adsorbing ammonia, and continues to adsorb a certain amount of ammonia for a while after the start of the ammonia slip. Therefore, when the ammonia slip occurs before the ammonia adsorption amount reaches the saturated adsorption amount due to the partial blockage, the SCR converter after the start of the ammonia slip is compared with the case where the ammonia slip occurs after reaching the saturated adsorption amount. The rate of increase of the amount of ammonia discharged from the fuel becomes low.

このように劣化時と部分閉塞時とでは、アンモニアスリップの開始後のSCRコンバータからのアンモニア排出量の増加速度に違いがある。アンモニア排出量の増加速度の違いは、SCRコンバータから排出される排気中のアンモニア濃度の増加速度の違いとして表れる。よって、スリップ開始時間に加え、上記アンモニア濃度の増加速度に基づき劣化判定を行う上記排気浄化システムであれば、SCRコンバータの劣化と部分閉塞とを切り分けて判定することが可能である。したがって、上記内燃機関の排気浄化システムでは、SCRコンバータの劣化を高い精度で診断できる。   Thus, there is a difference in the rate of increase in the amount of ammonia discharged from the SCR converter after the start of the ammonia slip between the time of deterioration and the time of partial blockage. The difference in the increasing rate of the ammonia discharge amount appears as a difference in the increasing rate of the ammonia concentration in the exhaust gas discharged from the SCR converter. Therefore, in the case of the exhaust gas purification system that performs the deterioration determination based on the increasing speed of the ammonia concentration in addition to the slip start time, it is possible to separately determine the deterioration of the SCR converter and the partial blockage. Therefore, the exhaust gas purification system for an internal combustion engine can diagnose the deterioration of the SCR converter with high accuracy.

なお、アンモニア濃度の増加速度は、ある時間におけるアンモニア濃度の変化量を、その時間で割った商として求められる。よって、上記内燃機関の排気浄化システムにおける劣化判定部は、スリップ開始時間が規定の劣化判定時間未満であり、且つアンモニアの流出が確認されたときから規定の期間が経過した時点の上記アンモニア濃度が規定の劣化判定濃度以上であることをもって、SCRコンバータが劣化していると判定するものとして構成することができる。   The increasing rate of the ammonia concentration is obtained as a quotient obtained by dividing the amount of change in the ammonia concentration in a certain time by the time. Therefore, the deterioration determination unit in the exhaust gas purification system for the internal combustion engine determines that the ammonia concentration at the time when the slip start time is less than the specified deterioration determination time and the specified period has elapsed since the outflow of ammonia was confirmed. It can be configured that the SCR converter is determined to be deteriorated when the density is equal to or higher than the specified deterioration determination concentration.

SCRコンバータの劣化時におけるアンモニアスリップ開始後の上記アンモニア濃度の増加速度には、ある程度のばらつきが存在する。そうしたばらつきの範囲内でアンモニア濃度の増加速度が最も低い場合を含めて劣化と部分閉塞との切り分けを確実に行うには、ある程度の長い期間を上記規定の期間として設定する必要がある。しかしながら、そうした場合には、劣化判定の完了に要する時間は自ずと長くなる。一方、上記のようなばらつきの範囲内でアンモニア濃度の増加速度が高い場合には、上記規定の期間としてより短い期間を設定しても、劣化と部分閉塞との切り分けが可能である。そこで、上記排気浄化システムにおける劣化判定部は、次のように構成するとよい。すなわち、上記規定の期間を第1期間とし、上記規定の劣化判定濃度を第1劣化判定濃度とする。このときの劣化判定部を、スリップ開始時間が劣化判定時間未満であり、且つアンモニアの流出が確認されてから第1期間よりも短い第2期間が経過した時点のアンモニア濃度が規定の第2劣化判定濃度以上である場合にもSCRコンバータが劣化していると判定するように構成するとよい。このように劣化判定部を構成した場合には、部分閉塞による誤判定を回避可能な範囲で、早期に判定が可能な場合には短時間で判定を完了できるようになる。   There is some variation in the increasing rate of the ammonia concentration after the start of the ammonia slip when the SCR converter is deteriorated. In order to reliably separate the deterioration and the partial blockage, including the case where the increasing rate of the ammonia concentration is the lowest within the range of such variation, it is necessary to set a certain long period as the specified period. However, in such a case, the time required to complete the deterioration determination naturally increases. On the other hand, when the increasing rate of the ammonia concentration is high within the above-mentioned range of variation, it is possible to distinguish between deterioration and partial blockage even if a shorter period is set as the specified period. Therefore, the deterioration determination unit in the exhaust gas purification system may be configured as follows. That is, the specified period is defined as a first period, and the specified deterioration determination concentration is defined as a first deterioration determination concentration. At this time, the deterioration determination unit determines that the ammonia concentration at the time when the slip start time is shorter than the deterioration determination time and the second period shorter than the first period has elapsed since the outflow of ammonia has been confirmed has passed the specified second deterioration. The configuration may be such that the SCR converter is determined to be degraded even when the density is equal to or higher than the determination density. When the deterioration determination unit is configured as described above, the determination can be completed in a short time if the determination can be made early within a range in which erroneous determination due to partial blockage can be avoided.

上述のように、劣化判定部によるSCRコンバータの劣化の有無の判定に際して、スリップ開始時間が劣化判定時間未満であり、且つアンモニアの流出が確認されたときから上記規定の判定時間が経過した時点の上記アンモニア濃度の増加速度が劣化判定速度未満の場合には、SCRコンバータに部分閉塞が発生している可能性が高いと考えられる。そこで、そうした場合に、SCRコンバータの部分閉塞を解消するための閉塞解消制御を行う閉塞解消制御部を備えるようにするとよい。なお、閉塞解消制御部としては、例えばSCRコンバータを昇温する昇温処理を通じて閉塞解消制御を行うものを採用することができる。また、SCRコンバータの排気流入口に圧縮ガスを吹き付ける圧縮ガス噴射器を備える排気浄化システムでは、圧縮ガス噴射器による圧縮ガスの噴き付けを実施することで閉塞解消制御を行うものを閉塞解消制御部として採用することが可能である。   As described above, when the deterioration determination unit determines whether or not the SCR converter has deteriorated, the slip start time is shorter than the deterioration determination time, and the time when the above-described determination time has elapsed since the outflow of ammonia was confirmed. If the increase rate of the ammonia concentration is lower than the deterioration determination rate, it is considered that there is a high possibility that the SCR converter is partially blocked. Therefore, in such a case, it is preferable to provide a blockage elimination control unit that performs blockage elimination control for eliminating partial blockage of the SCR converter. As the blockage elimination control unit, for example, a unit that performs blockage elimination control through a temperature raising process of raising the temperature of the SCR converter can be adopted. In an exhaust gas purification system including a compressed gas injector that blows compressed gas into an exhaust inlet of an SCR converter, a blockage removal control unit that performs blockage removal control by performing injection of compressed gas by the compressed gas injector is used. It is possible to adopt as.

内燃機関の排気浄化システムの第1実施形態の構成を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a first embodiment of an exhaust gas purification system for an internal combustion engine. 同排気浄化システムに設けられた劣化判定部が行う劣化判定ルーチンのフローチャート。4 is a flowchart of a deterioration determination routine performed by a deterioration determination unit provided in the exhaust gas purification system. SCR温度と飽和吸着量との関係を示すグラフ。5 is a graph showing a relationship between an SCR temperature and a saturated adsorption amount. 第1実施形態の排気浄化システムにおけるSCRコンバータの劣化判定の実施態様を示すタイムチャート。4 is a time chart showing an embodiment of determining deterioration of the SCR converter in the exhaust gas purification system of the first embodiment. 劣化時及び部分閉塞時のそれぞれにおけるアンモニアスリップ確認後の流出アンモニア濃度の推移を示すグラフ。The graph which shows transition of the outflow ammonia density | concentration after the confirmation of the ammonia slip in each of the time of deterioration and the time of partial blockage. 第2実施形態の排気浄化システムにおけるSCRコンバータの劣化判定の実施態様を示すタイムチャート。9 is a time chart illustrating an embodiment of determining deterioration of an SCR converter in the exhaust gas purification system according to the second embodiment. 同実施形態の排気浄化システムに設けられた劣化判定部が行う劣化判定ルーチンの処理の一部を示すフローチャート。4 is a flowchart showing a part of a process of a deterioration determination routine performed by a deterioration determination unit provided in the exhaust gas purification system of the embodiment. 第3実施形態の排気浄化システムに設けられた閉塞解消制御部が実施する閉塞解消制御の一例において使用される圧縮ガス噴射器の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the compressed gas injector used in an example of the blockage elimination control which the blockage elimination control part provided in the exhaust gas purification system of 3rd Embodiment implements. 第4実施形態の排気浄化システムに設けられた劣化判定部が行う劣化判定ルーチンの処理の一部を示すフローチャート。9 is a flowchart illustrating a part of a process of a deterioration determination routine performed by a deterioration determination unit provided in the exhaust gas purification system according to the fourth embodiment.

(第1実施形態)
以下、内燃機関の排気浄化システムの第1実施形態を、図1〜図4を参照して詳細に説明する。
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of an exhaust gas purification system for an internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS.

まず、図1を参照して、本実施形態の排気浄化システムの構成を説明する。本実施形態の排気浄化システムは、車載用の圧縮着火式の内燃機関10に適用されている。内燃機関10は、複数の気筒11、各気筒11への吸気の導入路である吸気通路20、及び各気筒11からの排気の排出路である排気通路30を備えている。   First, the configuration of the exhaust gas purification system of the present embodiment will be described with reference to FIG. The exhaust gas purification system of the present embodiment is applied to a vehicle-mounted compression ignition type internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 includes a plurality of cylinders 11, an intake passage 20 that is a passage for introducing intake air to each cylinder 11, and an exhaust passage 30 that is a discharge passage for exhaust gas from each cylinder 11.

吸気通路20には上流側から順に、吸気中の塵等をろ過するエアクリーナ21、吸入空気量を検出するエアフローメータ22、排気ターボ式過給機のコンプレッサ23、吸気を冷却するインタークーラ24、吸入空気量を調整するスロットルバルブ25が設けられている。また、各気筒11には、燃料を噴射する燃料噴射弁26がそれぞれ設けられている。さらに、排気通路30には、排気ターボ式過給機のタービン31が設けられている。   An air cleaner 21 that filters dust and the like in the intake air, an air flow meter 22 that detects an amount of intake air, a compressor 23 of an exhaust turbocharger, an intercooler 24 that cools intake air, an intake air A throttle valve 25 for adjusting the amount of air is provided. Further, each cylinder 11 is provided with a fuel injection valve 26 for injecting fuel. Further, the exhaust passage 30 is provided with a turbine 31 of an exhaust turbo supercharger.

排気通路30におけるタービン31よりも下流側の部分には、HC等の排気中の未燃燃料成分を浄化する酸化触媒コンバータ32と、排気中の微粒子物質(PM:Particulate Matter)を捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)33と、が設けられている。排気通路30におけるDPF33よりも下流側の部分には、アンモニアを還元剤として用いた選択的触媒還元(SCR)により排気中の窒素酸化物(NOx)を浄化するSCRコンバータ34が設けられている。さらに、排気通路30におけるSCRコンバータ34よりも下流側の部分には、SCRコンバータ34から流出したアンモニアを浄化するための小型の酸化触媒コンバータであるASC(Ammonia Slip Catalyst)装置35が設けられている。   An oxidation catalytic converter 32 for purifying unburned fuel components in exhaust gas such as HC and a DPF for collecting particulate matter (PM) in exhaust gas are provided in a portion of the exhaust passage 30 downstream of the turbine 31. (Diesel Particulate Filter) 33. A portion of the exhaust passage 30 downstream of the DPF 33 is provided with an SCR converter 34 for purifying nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas by selective catalytic reduction (SCR) using ammonia as a reducing agent. Further, an ASC (Ammonia Slip Catalyst) device 35 which is a small-sized oxidation catalyst converter for purifying ammonia flowing out of the SCR converter 34 is provided in a portion of the exhaust passage 30 downstream of the SCR converter 34. .

また、排気通路30におけるDPF33よりも下流側、且つSCRコンバータ34よりも上流側の部分には、尿素添加弁36が設けられている。尿素添加弁36には、尿素水ポンプ38が接続されている。尿素水ポンプ38は、尿素水タンク37に貯留された尿素水を汲み出して尿素添加弁36に供給する。尿素添加弁36は、その尿素水を排気中に噴射することで、排気に尿素を添加する。本実施形態の排気浄化システムでは、排気に添加された尿素が高温下で加水分解して生成されたアンモニアをSCRコンバータ34に供給している。すなわち、本実施形態では、尿素添加弁36、尿素水タンク37、及び尿素水ポンプ38により、SCRコンバータ34にアンモニアを供給するアンモニア供給装置が構成されている。   A urea addition valve 36 is provided in a portion of the exhaust passage 30 downstream of the DPF 33 and upstream of the SCR converter 34. A urea water pump 38 is connected to the urea addition valve 36. The urea water pump 38 pumps out the urea water stored in the urea water tank 37 and supplies it to the urea addition valve 36. The urea addition valve 36 adds urea to the exhaust gas by injecting the urea water into the exhaust gas. In the exhaust gas purification system of the present embodiment, ammonia generated by hydrolyzing urea added to exhaust gas at high temperature is supplied to the SCR converter 34. That is, in the present embodiment, the urea addition valve 36, the urea water tank 37, and the urea water pump 38 constitute an ammonia supply device that supplies ammonia to the SCR converter 34.

SCRコンバータ34は、排気が通る多数のチャンネルを有したモノリス構造の多孔質材料からなる担体に、NOxの選択触媒還元用の触媒(SCR触媒)を担持したものとなっている。SCRコンバータ34に担持されたSCR触媒は、一定の温度(吸着開始温度)以上となると排気中のアンモニアを吸着する。また、SCR触媒は、吸着開始温度よりも高い一定の温度(浄化開始温度)以上となると、吸着したアンモニアを還元剤として用いた選択的触媒還元により、排気中のNOxの還元浄化を開始する。   The SCR converter 34 has a catalyst (SCR catalyst) for NOx selective catalytic reduction carried on a carrier made of a porous material having a monolithic structure having a large number of channels through which exhaust gas passes. The SCR catalyst carried by the SCR converter 34 adsorbs ammonia in the exhaust gas when the temperature exceeds a certain temperature (adsorption start temperature). When the temperature of the SCR catalyst becomes equal to or higher than a certain temperature (purification start temperature) higher than the adsorption start temperature, the SCR catalyst starts reduction and purification of NOx in exhaust gas by selective catalytic reduction using the adsorbed ammonia as a reducing agent.

なお、SCRコンバータ34には、SCR触媒の温度(SCR温度THS)を検出するSCR温度センサ39が設けられている。また、排気通路30におけるSCRコンバータ34よりも下流側、且つASC装置35よりも上流側の部分には、SCRコンバータ34から流出する排気中のアンモニアの濃度(以下、流出アンモニア濃度と記載する)を検出するアンモニア濃度センサ40が設けられている。   Note that the SCR converter 34 is provided with an SCR temperature sensor 39 for detecting the temperature of the SCR catalyst (SCR temperature THS). In a portion of the exhaust passage 30 downstream of the SCR converter 34 and upstream of the ASC device 35, the concentration of ammonia in exhaust gas flowing out of the SCR converter 34 (hereinafter referred to as outflow ammonia concentration) is set. An ammonia concentration sensor 40 for detecting is provided.

内燃機関10は、電子制御ユニット41により制御されている。電子制御ユニット41は、演算処理を実行する演算処理装置と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備えている。そして、電子制御ユニット41は、演算処理装置がメモリからプログラムを読み込んで実行することで、内燃機関10の制御にかかる各種の処理を実施している。こうした電子制御ユニット41には、上述のエアフローメータ22、SCR温度センサ39、及びアンモニア濃度センサ40を始め、内燃機関10の運転状態に関する各種状態量を検出する各種センサの検出信号が入力されている。そして、電子制御ユニット41は、これらセンサの検出結果に基づき、スロットルバルブ25の開度や燃料噴射弁26の燃料噴射の量や時期を制御することで、内燃機関10の運転制御を行っている。また、電子制御ユニット41は、上述の尿素添加弁36が排気中に添加する尿素の量を制御してもいる。   The internal combustion engine 10 is controlled by an electronic control unit 41. The electronic control unit 41 includes an arithmetic processing unit that executes arithmetic processing, and a memory that stores control programs and data. The electronic control unit 41 executes various processes related to the control of the internal combustion engine 10 by the arithmetic processing device reading a program from a memory and executing the program. Into the electronic control unit 41, detection signals of various sensors for detecting various state quantities related to the operation state of the internal combustion engine 10, such as the above-described air flow meter 22, the SCR temperature sensor 39, and the ammonia concentration sensor 40, are input. . The electronic control unit 41 controls the operation of the internal combustion engine 10 by controlling the opening degree of the throttle valve 25 and the amount and timing of fuel injection of the fuel injection valve 26 based on the detection results of these sensors. . Further, the electronic control unit 41 controls the amount of urea added to the exhaust gas by the urea addition valve 36 described above.

以上のように構成された内燃機関10は、排気通路30に設けられた酸化触媒コンバータ32、DPF33、SCRコンバータ34、及びASC装置35を、排気の浄化する排気浄化システムの構成要素として備えている。また、SCRコンバータ34にアンモニアを供給するアンモニア供給装置(尿素添加弁36、尿素水タンク37、尿素水ポンプ38)、尿素添加弁36の尿素添加の制御を行う電子制御ユニット41、及びその制御に用いられるセンサ(SCR温度センサ39、アンモニア濃度センサ40等)もそうした排気浄化システムの構成要素となっている。   The internal combustion engine 10 configured as described above includes the oxidation catalytic converter 32, the DPF 33, the SCR converter 34, and the ASC device 35 provided in the exhaust passage 30 as components of an exhaust gas purification system that purifies exhaust gas. . Further, an ammonia supply device (urea addition valve 36, urea water tank 37, urea water pump 38) for supplying ammonia to the SCR converter 34, an electronic control unit 41 for controlling the urea addition of the urea addition valve 36, and the control thereof. The sensors used (SCR temperature sensor 39, ammonia concentration sensor 40, etc.) are also components of such an exhaust gas purification system.

こうした排気浄化システムに設けられたSCRコンバータ34は、経年の使用に応じて劣化して、NOxの浄化性能が低下する。そこで、本実施形態の排気浄化システムでは、SCRコンバータ34の劣化判定を行っている。SCRコンバータ34の劣化判定は、電子制御ユニット41に設けられた劣化判定部43により行われる。   The SCR converter 34 provided in such an exhaust gas purification system deteriorates with use over time, and the NOx purification performance decreases. Therefore, in the exhaust gas purification system of the present embodiment, the deterioration of the SCR converter 34 is determined. The deterioration determination of the SCR converter 34 is performed by the deterioration determination unit 43 provided in the electronic control unit 41.

図2に、SCRコンバータ34の劣化判定のための劣化判定部43が実施する劣化判定ルーチンのフローチャートを示す。劣化判定部43は、内燃機関10が始動されたときから本ルーチンの処理を開始する。なお、本ルーチンによるSCRコンバータ34の劣化判定は、SCR温度THSがNOxの浄化開始温度以上の温度に上昇する前に完了するように実施されている。そのため、本実施形態での劣化判定は、NOxの浄化のため、SCRコンバータ34に吸着したアンモニアが消費されない状態のもとで実施されている。   FIG. 2 shows a flowchart of a deterioration determination routine performed by the deterioration determination unit 43 for determining deterioration of the SCR converter 34. The deterioration determination unit 43 starts the processing of this routine from when the internal combustion engine 10 is started. The deterioration determination of the SCR converter 34 according to this routine is performed so that it is completed before the SCR temperature THS rises to a temperature equal to or higher than the NOx purification start temperature. Therefore, the deterioration determination in the present embodiment is performed in a state where the ammonia adsorbed on the SCR converter 34 is not consumed for purifying NOx.

内燃機関10が始動して本ルーチンの処理が開始されると、まずステップS100において、SCR温度センサ39によるSCR温度THSの検出値の読み込みが開始される。その後に、SCR温度THSが吸着開始温度以上となったことが確認されると(S110:YES)、ステップS120において尿素添加弁36による排気中への尿素添加が、すなわちSCRコンバータ34へのアンモニアの供給が開始される。また、このときには、ステップS130において、アンモニア濃度センサ40による流出アンモニア濃度ACの検出値の読み込みが開始され、更にステップS140において、尿素添加(アンモニア供給)の開始からの経過時間T1の計測が開始される。   When the internal combustion engine 10 is started and the processing of this routine is started, first, in step S100, reading of the detection value of the SCR temperature THS by the SCR temperature sensor 39 is started. Thereafter, when it is confirmed that the SCR temperature THS has become equal to or higher than the adsorption start temperature (S110: YES), in step S120, urea is added to the exhaust gas by the urea addition valve 36, that is, ammonia is supplied to the SCR converter 34. Supply is started. At this time, reading of the detected value of the outflow ammonia concentration AC by the ammonia concentration sensor 40 is started in step S130, and measurement of the elapsed time T1 from the start of urea addition (ammonia supply) is started in step S140. You.

本実施形態では、このときの尿素添加を、単位時間当たりの尿素添加量を一定として行うようにしている。また、このときの尿素添加量は、アンモニアを吸着する余地が十分に残された状態のSCRコンバータ34が単位時間に吸着可能なアンモニアの量(アンモニア吸着速度)よりも、SCRコンバータ34に単位時間に流入するアンモニアの量が少ない量となるように設定されている。なお、本実施形態では、内燃機関10の始動後に、SCR温度THSがはじめて吸着開始温度に達したときから尿素添加を開始しており、この時点のSCRコンバータ34は、アンモニアは殆ど吸着していない状態となっている。   In the present embodiment, the urea addition at this time is performed while the urea addition amount per unit time is constant. At this time, the amount of urea added to the SCR converter 34 per unit time is larger than the amount of ammonia (ammonia adsorption speed) that can be adsorbed per unit time by the SCR converter 34 in a state where sufficient room for adsorbing ammonia is left. Is set so that the amount of ammonia flowing into the tank becomes small. In the present embodiment, after the internal combustion engine 10 is started, the urea addition is started when the SCR temperature THS first reaches the adsorption start temperature, and the SCR converter 34 at this point hardly adsorbs ammonia. It is in a state.

その後に、流出アンモニア濃度ACが規定のスリップ判定濃度β以上となったことが確認されると(S150:YES)、ステップS160に処理が進められる。スリップ判定濃度βは、SCRコンバータ34からのアンモニアの流出(アンモニアスリップ)が開始したと認められる流出アンモニア濃度ACの下限値が値として設定されている。   Thereafter, when it is confirmed that the outflowing ammonia concentration AC is equal to or higher than the specified slip determination concentration β (S150: YES), the process proceeds to step S160. The slip determination concentration β is set as a lower limit value of the outflow ammonia concentration AC at which it is recognized that the outflow of ammonia (ammonia slip) from the SCR converter 34 has started.

ステップS160に処理が進められると、そのステップS160において、SCR温度THSに基づく劣化判定時間γの演算が行われる。ここでの劣化判定時間γの演算は、下記の態様で行われる。   When the process proceeds to step S160, in step S160, a calculation of the deterioration determination time γ based on the SCR temperature THS is performed. The calculation of the deterioration determination time γ here is performed in the following manner.

図3には、未使用の状態のSCRコンバータ34(以下、新触と記載する)におけるSCR温度THSと飽和吸着量との関係が実線で示されている。SCR温度THSに対して飽和吸着量は、吸着開始温度からSCR温度THSが高くなっていくに従って次第に増大する傾向を示す。一方、SCRコンバータ34の劣化に対して飽和吸着量は、劣化に進行に応じて減少していく傾向を示す。本実施形態では、新触に対して飽和吸着量が一定の比率A(0<A<1)以下となった状態をSCRコンバータ34が劣化した状態であるとしている。すなわち、劣化した状態のSCRコンバータ34の飽和吸着量は、同図におけるハッチングで示された領域(劣化領域)内の値となる。以下の説明では、同図に破線で示される、劣化領域の上限となる飽和吸着量を、境界飽和吸着量と記載する。電子制御ユニット41のメモリには、SCR温度THSと境界飽和吸着量との関係がマップとして予め記憶されている。そして、劣化判定時間γの演算に際しては、このマップを参照して現在のSCR温度THSにおける境界飽和吸着量が求められ、更にその境界飽和吸着量を単位時間当たりのアンモニア供給量で除算した商が、劣化判定時間γの値として演算されている。   FIG. 3 shows the relationship between the SCR temperature THS and the saturated adsorption amount in the unused SCR converter 34 (hereinafter referred to as “new contact”) by a solid line. The saturated adsorption amount with respect to the SCR temperature THS tends to gradually increase as the SCR temperature THS increases from the adsorption start temperature. On the other hand, as the SCR converter 34 deteriorates, the saturated adsorption amount tends to decrease as the deterioration progresses. In the present embodiment, a state in which the saturated adsorption amount with respect to a new touch becomes a fixed ratio A (0 <A <1) or less is defined as a state in which the SCR converter 34 is deteriorated. That is, the saturated adsorption amount of the SCR converter 34 in a deteriorated state is a value in a region (degraded region) indicated by hatching in FIG. In the following description, the saturated adsorption amount, which is indicated by a broken line in the drawing and is the upper limit of the deterioration region, is described as a boundary saturated adsorption amount. In the memory of the electronic control unit 41, the relationship between the SCR temperature THS and the boundary saturated adsorption amount is stored in advance as a map. When calculating the deterioration determination time γ, the boundary saturated adsorption amount at the current SCR temperature THS is obtained with reference to this map, and the quotient obtained by dividing the boundary saturated adsorption amount by the ammonia supply amount per unit time is obtained. , The deterioration determination time γ.

続いて、ステップS170において、尿素添加(アンモニア供給)から現在までの、すなわちアンモニアスリップが確認されるまでの経過時間T1(以下、スリップ開始時間と記載する)が劣化判定時間γ未満であるか否かが判定される。ここで、スリップ開始時間が劣化判定時間γ以上である場合(S170:NO)には、SCRコンバータ34が劣化していないと判定され、ステップS220において尿素添加が停止された後に今回の本ルーチンの処理が終了される。   Subsequently, in step S170, it is determined whether or not an elapsed time T1 (hereinafter, referred to as a slip start time) from the urea addition (ammonia supply) to the present, that is, until the ammonia slip is confirmed, is less than the deterioration determination time γ. Is determined. Here, if the slip start time is equal to or longer than the deterioration determination time γ (S170: NO), it is determined that the SCR converter 34 has not deteriorated, and after the urea addition is stopped in step S220, the present routine of this routine is executed. The process ends.

これに対して、ここで、スリップ開始時間(経過時間T1)が劣化判定時間γ未満の場合(S170:YES)には、尿素添加を継続したまま、ステップS180において、アンモニアスリップが確認されてからの経過時間T2の計測が開始される。そして、その後にアンモニアスリップが確認されてからの経過時間T2が規定期間εに達すると(S190:YES)、ステップS200において、その時点の流出アンモニア濃度ACが規定の劣化判定濃度ζ以上であるか否かが判定される。なお、劣化判定濃度ζの詳細については後述する。   On the other hand, when the slip start time (elapsed time T1) is shorter than the deterioration determination time γ (S170: YES), after the ammonia slip is confirmed in step S180 while urea addition is continued. Of the elapsed time T2 is started. Then, when the elapsed time T2 after the confirmation of the ammonia slip reaches the specified period ε (S190: YES), in step S200, whether the outflowing ammonia concentration AC at that time is equal to or more than the specified deterioration determination concentration 判定. It is determined whether or not. The details of the deterioration determination density ζ will be described later.

このときの流出アンモニア濃度ACが劣化判定濃度ζ未満である場合(S200:NO)には、SCRコンバータ34は劣化していないものとされ、上述のステップS220で尿素添加が停止された後、今回の本ルーチンが終了される。これに対して、このときの流出アンモニア濃度ACが劣化判定濃度ζ以上の場合(S200:YES)には、SCRコンバータ34が劣化していると判定される。そして、ステップS210において劣化判定時処理が実施され、更にステップS220で尿素添加が停止された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。   If the outflow ammonia concentration AC at this time is lower than the deterioration determination concentration ((S200: NO), it is determined that the SCR converter 34 has not deteriorated, and after the urea addition is stopped in step S220 described above, This routine is terminated. On the other hand, if the outflow ammonia concentration AC at this time is equal to or higher than the deterioration determination concentration ((S200: YES), it is determined that the SCR converter 34 has deteriorated. Then, the deterioration determination process is performed in step S210, and after the urea addition is stopped in step S220, the current process of this routine ends.

ステップS210での劣化判定時処理では、SCRコンバータ34の劣化の通知とNOx低減処置とが行われる。劣化の通知は、例えば運転席のインストルメントパネル等に設けられた警告灯(MIL)の点灯により行われる。なお、車両によっては、尿素水タンク37の近傍に尿素水の残量等を表示する表示盤が設けられたものがあるが、そうした表示盤上で、SCRコンバータ34が劣化している旨の表示を行うようにしてもよい。また、NOx低減処置としては、例えば燃焼によるNOxの生成量が増大する内燃機関10の高負荷運転領域においてスロットルバルブ25の開度を絞って燃焼に供される酸素量を減らすことで、燃焼温度を下げる処置が行われる。また、吸気中に排気の一部を再循環する排気再循環(EGR)装置を備える内燃機関10の場合には、NOx低減処置として、排気の再循環量(EGR量)を増量して燃焼温度を下げる処置を行うこともできる。   In the processing at the time of deterioration determination in step S210, notification of deterioration of the SCR converter 34 and NOx reduction processing are performed. The notification of deterioration is given by, for example, turning on a warning light (MIL) provided on an instrument panel or the like in a driver's seat. In some vehicles, a display panel for displaying the remaining amount of urea water or the like is provided near the urea water tank 37. On such a display panel, a display indicating that the SCR converter 34 is deteriorated is provided. May be performed. In addition, as the NOx reduction treatment, for example, in the high load operation region of the internal combustion engine 10 in which the generation amount of NOx by combustion increases, the opening degree of the throttle valve 25 is reduced to reduce the amount of oxygen used for combustion, thereby reducing the combustion temperature Is performed. Further, in the case of the internal combustion engine 10 having an exhaust gas recirculation (EGR) device for recirculating a part of exhaust gas during intake, as a NOx reduction measure, the amount of exhaust gas recirculation (EGR amount) is increased to increase the combustion temperature. Can be taken.

本実施形態の作用及び効果について説明する。
図4に、新触時のSCRコンバータ34に対して劣化判定を実施した場合のアンモニア吸着量、及び流出アンモニア濃度の推移が実線で示されている。なお、ここでは話の簡単のため、劣化判定の実施中のSCR温度THSは、ひいてはSCRコンバータ34の飽和吸着量は一定であるとしている。
The operation and effect of the present embodiment will be described.
FIG. 4 shows the transition of the ammonia adsorption amount and the outflowing ammonia concentration when the deterioration determination is performed on the SCR converter 34 at the time of the new contact with a solid line. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the SCR temperature THS during execution of the deterioration determination, and thus the saturated adsorption amount of the SCR converter 34, is constant.

時刻t0に、アンモニアの供給を開始すると、その後、SCRコンバータ34のアンモニア吸着量は時間の経過と共に増加していく。アンモニア吸着量が飽和吸着量に達するまでは、供給したアンモニアの殆どがSCRコンバータ34に吸着されるため、流出アンモニア濃度はほぼゼロに保たれる。その後、時刻t2においてアンモニア吸着量が飽和吸着量に達すると、SCRコンバータ34からアンモニアスリップが発生する。このときのアンモニアスリップの発生は、流出アンモニア濃度ACがゼロ近傍の値から増加したことをもって確認することができる。なお、このときの流出アンモニア濃度は、SCRコンバータ34に流入する排気のアンモニア濃度まで速やかに増加する。   When the supply of ammonia is started at time t0, the ammonia adsorption amount of the SCR converter 34 thereafter increases with time. Until the ammonia adsorption amount reaches the saturated adsorption amount, most of the supplied ammonia is adsorbed by the SCR converter 34, so that the outflowing ammonia concentration is maintained at almost zero. Thereafter, when the ammonia adsorption amount reaches the saturated adsorption amount at time t2, the SCR converter 34 generates an ammonia slip. The occurrence of ammonia slip at this time can be confirmed by the fact that the outflowing ammonia concentration AC has increased from a value near zero. Note that the outflow ammonia concentration at this time quickly increases to the ammonia concentration of the exhaust gas flowing into the SCR converter 34.

また、図4には、劣化したSCRコンバータ34に対して劣化判定を実施した場合のアンモニア吸着量、及び流出アンモニア濃度の推移が二点鎖線で示されている。劣化したSCRコンバータ34では、飽和吸着量が新触時に比べて減少しているため、新触時よりも早い時期(同図では時刻t1)にアンモニアスリップが発生するようになる。このように、新触時と劣化時とでは、尿素添加(アンモニア供給)の開始からアンモニアスリップが発生するまでの時間(アンモニアスリップ開始時間)に違いがある。よって、通常であれば、スリップ開始時間が規定の劣化判定時間γ未満であることをもって、SCRコンバータ34が劣化していると判定できる。   Further, in FIG. 4, transition of the ammonia adsorption amount and the outflowing ammonia concentration when the deterioration determination is performed on the deteriorated SCR converter 34 is indicated by a two-dot chain line. In the deteriorated SCR converter 34, since the saturated adsorption amount is smaller than that at the time of a new touch, ammonia slip occurs at a time earlier than the time of the new touch (time t1 in the figure). Thus, there is a difference in the time from the start of urea addition (ammonia supply) to the occurrence of ammonia slip (ammonia slip start time) between the time of new contact and the time of deterioration. Therefore, normally, it can be determined that the SCR converter 34 has deteriorated when the slip start time is shorter than the specified deterioration determination time γ.

ところで、SCRコンバータ34のチャンネルの一部が、煤等の異物により閉塞された状態(以下、部分閉塞と記載する)となることがある。図4には、部分閉塞が発生した状態の新触時のSCRコンバータ34に対して劣化判定を実施した場合の流出アンモニア濃度の推移が破線で示されている。部分閉塞の発生時には、排気が未閉塞のチャンネルに集中して流れ、そうしたチャンネルでは部分閉塞が発生していないときに比べてアンモニアの吸着が速い速度で進行する。そのため、未閉塞のチャンネルでは、SCRコンバータ34全体のアンモニア吸着量が飽和吸着量に達するよりも早い時期にアンモニア吸着量が飽和し、同チャンネルを通じてアンモニアスリップが発生するようになる。そのため、部分閉塞が発生している場合には、SCRコンバータ34が劣化していなくても、スリップ開始時間が短くなる。そのため、スリップ開始時間に基づくだけでは、劣化と部分閉塞とを区別できない場合がある。   Incidentally, there is a case where a part of the channel of the SCR converter 34 is blocked by a foreign substance such as soot (hereinafter, referred to as a partially blocked). In FIG. 4, the transition of the outflowing ammonia concentration when the deterioration determination is performed on the SCR converter 34 at the time of the new contact in the state where the partial blockage has occurred is indicated by a broken line. When partial occlusion occurs, exhaust gas flows intensively into unoccluded channels, and ammonia adsorption proceeds at a higher speed in such channels than when no partial occlusion occurs. Therefore, in the unblocked channel, the ammonia adsorption amount is saturated earlier than the ammonia adsorption amount of the entire SCR converter 34 reaches the saturated adsorption amount, and ammonia slip occurs through the channel. Therefore, when the partial blockage occurs, the slip start time is shortened even if the SCR converter 34 is not deteriorated. Therefore, it may not be possible to distinguish between deterioration and partial blockage based only on the slip start time.

図5に、劣化時と部分閉塞時とのそれぞれにおけるアンモニアスリップ確認後の、すなわち流出アンモニア濃度がスリップ判定濃度βに達して以降の流出アンモニア濃度の推移を示す。劣化時には、SCRコンバータ34全体のアンモニア吸着量が飽和吸着量に達した状態となったときにアンモニアスリップが発生する。そのため、このときのアンモニアスリップ確認後の流出アンモニア濃度ACは、SCRコンバータ34に流入する排気のアンモニア濃度とほぼ同じ濃度まで速やかに増加する。これに対して、部分閉塞時には、SCRコンバータ34に未だアンモニアを吸着する余地が残されている状態でアンモニアスリップが発生する。そのため、このときのSCRコンバータ34は、アンモニスリップの開始後も暫くは、ある程度の量のアンモニアを吸着し続ける。よって、部分閉塞によりアンモニア吸着量が飽和吸着量に到達する前にアンモニアスリップが発生した場合には、アンモニスリップの開始後における流出アンモニア濃度ACの増加速度が劣化時に比べて低くなる。   FIG. 5 shows the transition of the outflowing ammonia concentration after the confirmation of the ammonia slip at the time of deterioration and at the time of partial blockage, that is, after the outflowing ammonia concentration reaches the slip determination concentration β. At the time of deterioration, ammonia slip occurs when the ammonia adsorption amount of the entire SCR converter 34 reaches the saturated adsorption amount. Therefore, the outflowing ammonia concentration AC after confirming the ammonia slip at this time quickly increases to approximately the same as the ammonia concentration of the exhaust gas flowing into the SCR converter 34. On the other hand, at the time of partial blockage, ammonia slip occurs in a state where room for adsorbing ammonia is still left in the SCR converter 34. Therefore, at this time, the SCR converter 34 continues to adsorb a certain amount of ammonia for a while after the start of the ammonia slip. Therefore, when the ammonia slip occurs before the ammonia adsorption amount reaches the saturated adsorption amount due to partial blockage, the increasing speed of the outflowing ammonia concentration AC after the start of the ammonia slip becomes lower than that at the time of deterioration.

本実施形態では、劣化時と部分閉塞時とで流出アンモニア濃度ACに明確な差が認められるようになるまでの、アンモニアスリップ確認時からの経過時間を、上記規定期間εの値として設定している。また、アンモニアスリップが確認されてから規定期間εが経過した時点における劣化時の流出アンモニア濃度ACが取り得る値の範囲の下限値よりも小さく、且つ同時点における部分閉塞時の流出アンモニア濃度ACが取り得る値の範囲の上限値よりも大きい値を、上記劣化判定濃度ζの値として設定している。よって、本実施形態では、劣化と部分閉塞とを区別してSCRコンバータ34の劣化を高い精度で判定できる。   In the present embodiment, the elapsed time from the time of confirming the ammonia slip until the distinct difference in the outflow ammonia concentration AC between the time of deterioration and the time of partial occlusion is set as the value of the specified period ε is set. I have. In addition, the outflow ammonia concentration AC at the time of partial blockage at the same time as the outflow ammonia concentration AC at the time of deterioration when the specified period ε has elapsed since the ammonia slip was confirmed is smaller than the lower limit of the possible value range. A value larger than the upper limit of the range of possible values is set as the value of the above-mentioned deterioration determination density ζ. Therefore, in the present embodiment, deterioration of the SCR converter 34 can be determined with high accuracy by distinguishing between deterioration and partial blockage.

なお、アンモニア濃度の増加速度は、ある時間におけるアンモニア濃度の変化量を、その時間で割った商として求められる。アンモニアスリップの確認から規定期間εが経過した時点の流出アンモニア濃度ACの値は、アンモニアスリップが確認されたときからの流出アンモニア濃度ACの増加速度に対応した値となる。このように、本実施形態では、アンモニアスリップが確認されてからの流出アンモニア濃度ACの増加速度に基づいてSCRコンバータ34の劣化の有無を判定するものとなっている。   The increasing rate of the ammonia concentration is obtained as a quotient obtained by dividing the amount of change in the ammonia concentration in a certain time by the time. The value of the outflow ammonia concentration AC at the time when the specified period ε has elapsed since the confirmation of the ammonia slip is a value corresponding to the increasing speed of the outflow ammonia concentration AC from the time when the ammonia slip was confirmed. As described above, in the present embodiment, the presence or absence of deterioration of the SCR converter 34 is determined based on the increasing speed of the outflowing ammonia concentration AC after the ammonia slip is confirmed.

(第2実施形態)
次に、内燃機関の排気浄化システムの第2実施形態を、図6及び図7を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施形態及び後述の各実施形態にあって、上述の実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
(2nd Embodiment)
Next, a second embodiment of the exhaust gas purification system for an internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS. Note that, in the present embodiment and each of the embodiments described later, the same reference numerals are given to configurations common to the above-described embodiments, and detailed description thereof will be omitted.

第1実施形態では、アンモニアスリップが確認されてから規定期間εが経過した時点の流出アンモニア濃度ACに基づいてSCRコンバータ34が劣化しているか、部分閉塞が発生しているかを区別するようにしていた。なお、SCRコンバータ34の劣化時におけるアンモニアスリップ開始後の流出アンモニア濃度ACの増加速度には、ある程度のばらつきが存在しており、上記規定期間εや劣化判定濃度ζは、そうしたばらつきを考慮して値を設定する必要がある。   In the first embodiment, it is determined whether the SCR converter 34 is deteriorated or partially blocked based on the outflowing ammonia concentration AC at a point in time when the specified period ε has elapsed since the ammonia slip was confirmed. Was. It should be noted that there is some variation in the increase rate of the outflow ammonia concentration AC after the start of the ammonia slip when the SCR converter 34 is deteriorated, and the specified period ε and the deterioration determination concentration ζ are considered in consideration of such variations. A value must be set.

図6には、SCRコンバータ34の劣化時におけるアンモニアスリップが確認されてからの増加速度が上記ばらつきの範囲内で比較的高い場合の流出アンモニア濃度ACの推移が二点鎖線L1により示されている。また、同図には、同増加速度が上記ばらつきの範囲内で最も低い場合の流出アンモニア濃度ACの推移が二点鎖線L2により示されている。さらに、同図には、部分閉塞時の流出アンモニア濃度ACの推移が鎖線にて示されている。   FIG. 6 shows the transition of the outflow ammonia concentration AC when the increase speed after the ammonia slip at the time of deterioration of the SCR converter 34 is confirmed is relatively high within the range of the variation, by a two-dot chain line L1. . In addition, in FIG. 5, the transition of the outflowing ammonia concentration AC when the increasing speed is the lowest within the range of the variation is indicated by a two-dot chain line L2. Further, in this figure, the transition of the outflowing ammonia concentration AC at the time of partial blockage is shown by a chain line.

上記ばらつきの範囲内で流出アンモニア濃度ACの増加速度が最も低い場合を含めて劣化と部分閉塞との切り分けを確実に行うには、ある程度の長い期間を上記規定期間εとして設定する必要がある。しかしながら、そうした場合には、劣化判定の完了に要する時間は自ずと長くなる。一方、上記のようなばらつきの範囲内で流出アンモニア濃度ACの増加速度が高い場合には、規定期間εとしてより短い期間を設定しても、劣化と部分閉塞との切り分けが可能である。   In order to surely distinguish between deterioration and partial blockage including the case where the outflow ammonia concentration AC is increasing at the lowest rate within the range of the variation, it is necessary to set a certain long period as the specified period ε. However, in such a case, the time required to complete the deterioration determination naturally increases. On the other hand, when the increasing rate of the outflowing ammonia concentration AC is high within the range of the above-described variation, it is possible to distinguish between deterioration and partial blockage even if a shorter period is set as the specified period ε.

そこで、本実施形態では、劣化と部分閉塞とを区別するためのアンモニアスリップ確認後の流出アンモニア濃度ACに基づく判定を下記のように2段階に分けて行うようにしている。すなわち、まずアンモニアスリップの確認から規定の第1期間ε1が経過した時点の流出アンモニア濃度ACが規定の第1劣化判定濃度ζ1以上であるか否かを判定している。この時点では、二点鎖線L2の場合、すなわち上記流出アンモニア濃度ACの増加速度がばらつきの範囲内で最も低い場合にも、部分閉塞時とは明確な違いが流出アンモニア濃度ACに生じている。   Therefore, in the present embodiment, the determination based on the outflowing ammonia concentration AC after confirming the ammonia slip for distinguishing the deterioration from the partial blockage is performed in two stages as described below. That is, first, it is determined whether or not the outflowing ammonia concentration AC at the time when the specified first period ε1 has elapsed since the confirmation of the ammonia slip is equal to or higher than the specified first deterioration determination concentration ζ1. At this point, even in the case of the two-dot chain line L2, that is, when the increase rate of the outflow ammonia concentration AC is the lowest within the range of variation, a clear difference occurs in the outflow ammonia concentration AC from that at the time of the partial occlusion.

加えて本実施形態では、アンモニアスリップの確認から上記第1期間ε1よりも短い第2期間ε2が経過した時点にも、流出アンモニア濃度ACが規定の第2劣化判定濃度以上であるか否かの判定を行っている。この時点にも、二点鎖線L1の場合には、すなわち流出アンモニア濃度ACの増加速度が比較的高い場合には、流出アンモニア濃度ACに基づいて劣化と部分閉塞とを区別することが可能である。そのため、部分閉塞による誤判定を回避可能な範囲で、早期に判定が可能な場合には短時間で判定を完了できるようになる。   In addition, in the present embodiment, even when the second period ε2 shorter than the first period ε1 has elapsed since the confirmation of the ammonia slip, it is determined whether or not the outflowing ammonia concentration AC is equal to or higher than the specified second deterioration determination concentration. Judgment is being performed. Also at this point, in the case of the two-dot chain line L1, that is, when the increase rate of the outflow ammonia concentration AC is relatively high, it is possible to distinguish between deterioration and partial blockage based on the outflow ammonia concentration AC. . Therefore, if the determination can be made early as long as erroneous determination due to partial blockage can be avoided, the determination can be completed in a short time.

なお、本実施形態では、第2劣化判定濃度ζ2の値として第1劣化判定濃度ζ1よりも低い濃度を設定している。ただし、これらの値は適合値であり、第1期間ε1、第2期間ε2の設定や適用されるSCRコンバータの仕様によっては、第2劣化判定濃度ζ2の値として第1劣化判定濃度ζ1よりも高い濃度を設定したり、第1劣化判定濃度ζ1及び第2劣化判定濃度ζ2に同じ値を設定したりした方が望ましい場合もある。   In the present embodiment, a value lower than the first deterioration determination density # 1 is set as the value of the second deterioration determination density # 2. However, these values are appropriate values, and depending on the setting of the first period ε1 and the second period ε2 and the specifications of the SCR converter to be applied, the value of the second deterioration determination concentration ζ2 is higher than the first deterioration determination concentration ζ1. In some cases, it is desirable to set a high density or to set the same value for the first deterioration determination density # 1 and the second deterioration determination density # 2.

図7に、こうした場合の劣化判定ルーチンの処理手順を示す。本ルーチンは、図2に示した第1実施形態の劣化判定ルーチンにおけるステップS200及びステップS210の処理を、同図に示すステップS300〜S330の処理に置き換えたものとなっており、それ以外の処理は、第1実施形態の場合と同じとなっている。なお、同図では、ステップS100からステップS150までの処理の図示は省略されている。   FIG. 7 shows a processing procedure of a deterioration determination routine in such a case. This routine replaces the processing of steps S200 and S210 in the deterioration determination routine of the first embodiment shown in FIG. 2 with the processing of steps S300 to S330 shown in FIG. Are the same as in the first embodiment. It should be noted that the illustration of the processing from step S100 to step S150 is omitted in FIG.

上記のように本実施形態の場合にも、アンモニアスリップの確認後(S170:YES)にその確認後の経過時間T2の計測を開始する(S180)までは、第1実施形態の場合と同様に処理が進められる。ただし、本実施形態の場合には、その後の処理は以下のように進められる。   As described above, also in the present embodiment, after the confirmation of the ammonia slip (S170: YES), the measurement of the elapsed time T2 after the confirmation is started (S180), as in the case of the first embodiment. Processing proceeds. However, in the case of the present embodiment, the subsequent processing proceeds as follows.

すなわち、本実施形態の場合には、上記経過時間T2の計測の開始後、同経過時間T2が上述の第2期間ε2以上となると(S300:YES)、ステップS310において、その時点の流出アンモニア濃度ACが第2劣化判定濃度ζ2以上であるか否かが判定される。このときの流出アンモニア濃度ACが第2劣化判定濃度ζ2以上の場合(S310:YES)には、その時点でSCRコンバータ34が劣化していると判定される。そして、ステップS210において劣化判定時処理が実施され、更にステップS220で尿素添加が停止された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。   That is, in the case of the present embodiment, when the elapsed time T2 becomes equal to or longer than the second period ε2 after the start of the measurement of the elapsed time T2 (S300: YES), in step S310, the effluent ammonia concentration at that time is determined. It is determined whether or not AC is equal to or higher than the second deterioration determination concentration # 2. If the outflow ammonia concentration AC at this time is equal to or higher than the second deterioration determination concentration ζ2 (S310: YES), it is determined that the SCR converter 34 has deteriorated at that time. Then, the deterioration determination process is performed in step S210, and after the urea addition is stopped in step S220, the current process of this routine ends.

一方、このときの流出アンモニア濃度ACが第2劣化判定濃度ζ2未満であると判定された場合(S310:NO)には、その後に上記経過時間T2が上述の第1期間ε1以上となったとき(S320:YES)にステップS330においてその時点の流出アンモニア濃度ACが第1劣化判定濃度ζ1以上であるか否かが判定される。そして、流出アンモニア濃度ACが第1劣化判定濃度ζ1以上の場合(S330:YES)には、SCRコンバータ34が劣化していると判定される。そして、ステップS210において劣化判定時処理が実施され、更にステップS220で尿素添加が停止された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。これに対して、流出アンモニア濃度ACが第1劣化判定濃度ζ1未満の場合(S330:NO)には、SCRコンバータ34は劣化していないものとされ、上述のステップS220で尿素添加が停止された後、今回の本ルーチンが終了される。なお、この場合には、SCRコンバータ34に部分閉塞が発生していると判断されることになる。   On the other hand, if it is determined that the outflowing ammonia concentration AC is less than the second deterioration determination concentration ζ2 (S310: NO), the elapsed time T2 becomes equal to or longer than the first period ε1 thereafter. (S320: YES) In step S330, it is determined whether or not the outflowing ammonia concentration AC at that time is equal to or higher than the first deterioration determination concentration ζ1. If the outflow ammonia concentration AC is equal to or higher than the first deterioration determination concentration ζ1 (S330: YES), it is determined that the SCR converter 34 is deteriorated. Then, the deterioration determination process is performed in step S210, and after the urea addition is stopped in step S220, the current process of this routine ends. On the other hand, if the outflow ammonia concentration AC is less than the first deterioration determination concentration ζ1 (S330: NO), it is determined that the SCR converter 34 has not deteriorated, and the urea addition is stopped in step S220 described above. Thereafter, the current routine ends. In this case, it is determined that the SCR converter 34 is partially blocked.

(第3実施形態)
第1実施形態及び第2実施形態の排気浄化システムでは、アンモニアスリップが確認されてからの流出アンモニア濃度ACの増加速度に基づいて、劣化と部分閉塞とを区別していた。SCRコンバータ34の部分閉塞は、その後に自然に解消される場合もあるが、その解消までのSCRコンバータ34は、NOxの浄化能力が低下した状態となっているため、速やかな解消が望まれる。そこで、本実施形態の排気浄化システムでは、部分閉塞の発生が確認されたときに同部分閉塞を解消するための閉塞解消制御を行う閉塞解消制御部44を電子制御ユニット41に設けるようにしている(図1参照)。すなわち、第1実施形態の態様で劣化判定を行う場合の閉塞解消制御部44は、図2の劣化判定ルーチンにおけるステップS200において流出アンモニア濃度ACが劣化判定濃度ζ未満であると判定された場合に閉塞解消制御を実施する。また、第2実施形態の態様で劣化判定を行う場合の閉塞解消制御部44は、図6の劣化判定ルーチンにおけるステップS330において流出アンモニア濃度ACが第1劣化判定濃度ζ1未満であると判定された場合に閉塞解消制御を実施する。
(Third embodiment)
In the exhaust gas purification systems of the first embodiment and the second embodiment, the deterioration and the partial blockage are distinguished based on the increasing speed of the outflow ammonia concentration AC after the ammonia slip is confirmed. Although the partial blockage of the SCR converter 34 may be naturally resolved thereafter, the SCR converter 34 up to the removal is in a state where the NOx purification ability is reduced, and therefore it is desired that the SCR converter 34 be quickly resolved. Therefore, in the exhaust gas purification system of the present embodiment, when the occurrence of the partial blockage is confirmed, the electronic control unit 41 is provided with the blockage removal control unit 44 that performs the blockage removal control for removing the partial blockage. (See FIG. 1). That is, the blockage elimination control unit 44 when performing the deterioration determination in the mode of the first embodiment determines whether the outflowing ammonia concentration AC is less than the deterioration determination concentration ζ in step S200 in the deterioration determination routine of FIG. Execute blockage elimination control. In addition, when performing the deterioration determination in the mode of the second embodiment, the blockage elimination control unit 44 determines that the outflowing ammonia concentration AC is less than the first deterioration determination concentration ζ1 in step S330 in the deterioration determination routine of FIG. In this case, blockage elimination control is performed.

閉塞解消制御は、SCRコンバータ34を昇温する昇温処理を実施して、同SCRコンバータ34のチャンネルに詰まった煤等の異物を燃焼することで行われる。昇温処理は、例えば気筒11での燃焼終了後の燃料噴射であるポスト噴射を燃料噴射弁26に指令することで行うことができる。ポスト噴射により噴射された燃料は、気筒11内で燃焼されずに排気通路30に排出される。この燃料が酸化触媒コンバータ32の内部等で燃焼することで、SCRコンバータ34に流入する排気の温度が高められる。これにより、異物の燃焼に必要な温度までSCRコンバータ34を昇温することで、部分閉塞の解消を図ることができる。なお、排気通路30における酸化触媒コンバータ32よりも上流側の部分に燃料を添加する燃料添加弁が設けられた内燃機関の場合には、ポスト噴射の代わりに燃料添加弁の燃料添加を行うことで、同様の昇温処理を行うことができる。また、SCRコンバータ34に燃焼式、或いは電熱式のヒータが設けられている場合には、そうしたヒータにより直接加熱することで、昇温処理を行うことも可能である。   The blockage elimination control is performed by performing a temperature raising process for raising the temperature of the SCR converter 34 and burning foreign substances such as soot clogged in the channels of the SCR converter 34. The temperature increase process can be performed, for example, by instructing the fuel injection valve 26 to perform post-injection, which is fuel injection after the completion of combustion in the cylinder 11. The fuel injected by the post injection is discharged to the exhaust passage 30 without being burned in the cylinder 11. The fuel burns inside the oxidation catalytic converter 32 or the like, so that the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR converter 34 is increased. Thus, by raising the temperature of the SCR converter 34 to a temperature necessary for burning foreign matter, partial blockage can be eliminated. In the case of an internal combustion engine provided with a fuel addition valve for adding fuel to a portion of the exhaust passage 30 upstream of the oxidation catalytic converter 32, the fuel addition of the fuel addition valve is performed instead of the post injection. The same temperature raising process can be performed. Further, when the SCR converter 34 is provided with a combustion-type or electrothermal-type heater, it is possible to perform the temperature increasing process by directly heating the heater.

さらに、図8に示すように、SCRコンバータ34の排気流入口に圧縮ガスを吹き付ける圧縮ガス噴射器50を設けるとともに、閉塞解消制御部44がその圧縮ガス噴射器50による圧縮ガスの噴き付けを実施することで閉塞解消制御を行うことも可能である。圧縮ガス噴射器50は、ガス(例えば空気)を圧縮するポンプ51と、同ポンプ51が圧縮したガスをSCRコンバータ34の排気流入口に向けて噴射する噴射ノズル52とを備えている。そして、噴射ノズル52から噴射した圧縮ガスにより、SCRコンバータ34のチャンネルに詰まった異物を吹き飛ばすことで、部分閉塞の解消を図るようにしている。ちなみに、こうした圧縮ガスの噴き付けを、上記のような昇温処理と併せて実施することで、より効果的に部分閉塞の解消を図ることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 8, a compressed gas injector 50 for blowing compressed gas is provided at the exhaust inlet of the SCR converter 34, and the blockage elimination control unit 44 performs the injection of compressed gas by the compressed gas injector 50. By doing so, it is also possible to perform blockage elimination control. The compressed gas injector 50 includes a pump 51 for compressing gas (for example, air), and an injection nozzle 52 for injecting the gas compressed by the pump 51 toward an exhaust inlet of the SCR converter 34. The compressed gas injected from the injection nozzle 52 blows out foreign substances clogged in the channel of the SCR converter 34, thereby eliminating partial blockage. Incidentally, by performing such spraying of the compressed gas in combination with the above-described temperature raising process, it is possible to more effectively eliminate partial blockage.

(第4実施形態)
第3実施形態の排気浄化システムにおいて、閉塞解消制御部44が閉塞解消制御を実施しても、SCRコンバータ34の部分閉塞を解消できない場合があり、そうした場合には、整備工場等でのSCRコンバータ34の修理や交換が必要となる。そこで、本実施形態では、閉塞解消制御の実施後に、部分閉塞が同制御により解消できないものであるか否かの判定(以下、回復不能判定と記載する)を行うようにしている。
(Fourth embodiment)
In the exhaust gas purification system of the third embodiment, even if the blockage elimination control unit 44 performs the blockage elimination control, there are cases where the partial blockage of the SCR converter 34 cannot be eliminated. 34 must be repaired or replaced. Therefore, in the present embodiment, after the blockage elimination control is performed, a determination is made as to whether or not the partial blockage cannot be eliminated by the control (hereinafter, referred to as an unrecoverable determination).

図9に、こうした回復不能判定を行う場合の劣化判定ルーチンの処理手順を示す。なお、本ルーチンは、図2に示した第1実施形態の劣化判定ルーチン、或いは図7に示した第2実施形態の劣化判定ルーチンにおけるステップS150での肯定判定後、ステップS160の処理に移行するまでにステップS400〜S450の処理を追加実施するものとなっている。なお、同図には、ステップS100〜ステップS140までの処理、及びステップS160以降の処理の図示を省略しているが、これら省略した部分の処理の内容は、第1実施形態又は第2実施形態におけるものと同じである。   FIG. 9 shows a processing procedure of a deterioration determination routine when such an unrecoverable determination is made. This routine proceeds to the process of step S160 after the affirmative determination in step S150 in the degradation determination routine of the first embodiment shown in FIG. 2 or the degradation determination routine of the second embodiment shown in FIG. By the time, the processing of steps S400 to S450 is additionally performed. Although FIG. 5 does not show the processing from step S100 to step S140 and the processing after step S160, the contents of the processing of these omitted parts are described in the first embodiment or the second embodiment. The same as in.

本ルーチンでは、ステップS150において肯定判定された場合、すなわちアンモニアスリップが確認された場合、ステップS400に処理が進められる。ステップS400に処理が進められると、そのステップS400において、閉塞解消制御の実施フラグがセットされているか否かが判定される。閉塞解消制御部44が閉塞解消制御を実施したときにセットされるフラグとなっている。なお、後述するように、ここで閉塞解消制御の実施フラグがセットされていた場合には、本ルーチンの実行中に同実施フラグがクリアされるようになっている(S440)。よって、同実施フラグがセットされている場合とは、前回の劣化判定においてSCRコンバータ34の部分閉塞が確認されて閉塞解消制御が実施された場合となる。   In this routine, when an affirmative determination is made in step S150, that is, when an ammonia slip is confirmed, the process proceeds to step S400. When the process proceeds to step S400, it is determined in step S400 whether the execution flag of the blockage elimination control is set. This flag is set when the blockage elimination control unit 44 performs the blockage elimination control. As described later, when the execution flag of the blockage elimination control is set here, the execution flag is cleared during execution of this routine (S440). Therefore, the case where the execution flag is set is a case where the partial blockage of the SCR converter 34 is confirmed in the previous deterioration determination and the blockage elimination control is performed.

ここで、閉塞解消制御の実施フラグがセットされていなかった場合(S400:NO)、ステップS450において、現在の経過時間T1の値を、すなわち今回の劣化判定でのスリップ開始時間を、前回スリップ開始時間の値として設定した上で、ステップS160に処理が進められる。なお、前回スリップ開始時間の値は、内燃機関10の停止中もクリアされずに保持される。   Here, if the execution flag of the blockage elimination control is not set (S400: NO), in step S450, the value of the current elapsed time T1, that is, the slip start time in the current deterioration determination is changed to the previous slip start. After setting the time value, the process proceeds to step S160. The value of the previous slip start time is not cleared even when the internal combustion engine 10 is stopped.

これに対して、閉塞解消制御の実施フラグがセットされている場合(S400:YES)には、ステップS410において、前回スリップ開始時間の値が読み込まれる。このときに読み込まれる前回スリップ開始時間の値には、前回の劣化判定におけるスリップ開始時間が設定されている。   On the other hand, if the execution flag of the blockage elimination control is set (S400: YES), the value of the previous slip start time is read in step S410. In the value of the previous slip start time read at this time, the slip start time in the previous deterioration determination is set.

続いて、ステップS420において、前回スリップ開始時間の値が現在の経過時間T1未満の値であるか否かが判定される。このときの経過時間T1の値は、今回の劣化判定におけるスリップ開始時間を表している。一方、上記のようにここでの判定は、閉塞解消制御の実施フラグがセットされている場合、すなわち前回の劣化判定後に閉塞解消制御が実施された場合にのみ実施される。よって、ここでの判定は、閉塞解消制御の結果としてスリップ開始時間が短縮されたか否かを判定していることになる。なお、部分閉塞が軽減されれば、スリップ開始時間は短くなる。よって、閉塞解消制御の実施後にスリップ開始時間が短縮されていれば、現在のSCRコンバータ34で発生している部分閉塞は、閉塞解消制御により解消可能なものであると判断できる。これに対して閉塞解消制御の実施後にスリップ開始時間が短縮されていない場合には、現在のSCRコンバータ34で発生している部分閉塞は、閉塞解消制御では解消できないものと判断できる。   Subsequently, in step S420, it is determined whether or not the value of the previous slip start time is less than the current elapsed time T1. The value of the elapsed time T1 at this time represents the slip start time in the current deterioration determination. On the other hand, as described above, the determination here is performed only when the execution flag of the blockage elimination control is set, that is, when the blockage elimination control is performed after the previous deterioration determination. Therefore, the determination here is to determine whether or not the slip start time has been reduced as a result of the blockage elimination control. If the partial occlusion is reduced, the slip start time becomes shorter. Therefore, if the slip start time is reduced after the execution of the blockage elimination control, it can be determined that the current partial blockage occurring in the SCR converter 34 can be eliminated by the blockage elimination control. On the other hand, if the slip start time is not shortened after the execution of the blockage elimination control, it can be determined that the current partial blockage occurring in the SCR converter 34 cannot be eliminated by the blockage elimination control.

ここで、スリップ開始時間が短縮された場合(S420:YES)には、ステップS440において閉塞解消制御の実施フラグがクリアされ、上述のステップS450に処理が進められる。なお、この場合において、SCRコンバータ34の部分閉塞が完全に解消されていなかったとしても、その後の本ルーチンにおいて再び部分閉塞が発生していると判定されて、閉塞解消制御が実施されるため、いずれは部分閉塞が解消することになる。   Here, when the slip start time is shortened (S420: YES), the execution flag of the blockage elimination control is cleared in step S440, and the process proceeds to step S450 described above. In this case, even if the partial blockage of the SCR converter 34 has not been completely eliminated, it is determined that the partial blockage has occurred again in the subsequent routine, and the blockage elimination control is performed. Eventually, the partial occlusion will be resolved.

これに対して、スリップ開始時間が短縮されていない場合(S420:NO)には、ステップS430において回復不能判定時処理が実施された後、ステップS440に処理が進められる。回復不能判定時処理では、インストルメントパネルや表示盤に設けられた警告灯の点灯等により、SCRコンバータ34に回復不能な部分閉塞が発生していることを通知する処理が行われる。なお、回復不能な部分閉塞が発生した場合にも、SCRコンバータ34の修理や交換が必要な点では、SCRコンバータ34が劣化した場合と同じであるため、回復不能判定時の通知と劣化判定時の通知とを共通としてもよい。   On the other hand, if the slip start time has not been shortened (S420: NO), the process proceeds to step S440 after performing the recovery impossible determination time process in step S430. In the non-recoverable process, a process of notifying the SCR converter 34 that an unrecoverable partial blockage has occurred is performed by turning on a warning light provided on the instrument panel or the display panel. Note that even when an unrecoverable partial blockage occurs, the point at which the SCR converter 34 needs to be repaired or replaced is the same as the case where the SCR converter 34 has deteriorated. The notification may be common.

また、次のように、状態の推移に応じて通知の内容を変化させるようにしてもよい。例えば、部分閉塞が未確認の状態、部分閉塞が確認されている状態、及びその部分閉塞が回復不能と判定された状態のそれぞれを示す警告灯を個別に設け、状態に応じて点灯する警告灯を切り替えるようにする。また、部分閉塞が未確認の状態では発光色を緑色とし、部分閉塞が確認されているが回復不能とは判定されていない状態では発光色を黄色とし、回復不能と判定された状態では発光色を赤色とするといったように、警告灯の発光色を変化させることで、状態の変化を通知してもよい。   Further, the content of the notification may be changed according to the transition of the state as follows. For example, a warning light that indicates each of a state in which partial occlusion has not been confirmed, a state in which partial occlusion has been confirmed, and a state in which the partial occlusion has been determined to be unrecoverable is provided, and a warning light that lights according to the state is provided. Try to switch. Also, the light emission color is green when partial occlusion has not been confirmed, the light emission color is yellow when partial occlusion has been confirmed but not determined to be unrecoverable, and the light emission color has been determined when non-recovery has been determined. The change of the state may be notified by changing the emission color of the warning light such as red.

上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、SCR温度センサ39によってSCR温度を直接計測するようにしていたが、SCRコンバータ34から流出する排気の温度を測定してその温度からSCR温度を推定するといったように、SCR温度を推定して求めるようにしてもよい。
Each of the above embodiments can be modified and implemented as follows. The above embodiments and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
In the above embodiment, the SCR temperature is directly measured by the SCR temperature sensor 39. However, the SCR temperature is measured by measuring the temperature of the exhaust gas flowing out of the SCR converter 34 and estimating the SCR temperature from the temperature. May be estimated and obtained.

・上記実施形態では、SCR温度THSがNOxの浄化開始温度未満の状態でSCRコンバータ34の劣化判定を行うようにしていた。SCR温度THSが浄化開始温度以上となった状態で劣化判定を行う場合には、NOxの浄化のためのアンモニアの消費を考慮して劣化判定時間γを設定する必要がある。すなわち、SCRコンバータ34のアンモニア吸着量は、NOxの浄化のために消費されたアンモニアの量だけ減少する。そのため、SCR温度THSが浄化開始温度以上の場合には、SCRコンバータ34に対する単位時間あたりのアンモニアの供給量が同じでも、NOxの浄化のために消費されるアンモニアの量が多いほど、アンモニア吸着量が飽和吸着量に達するまでの時間、すなわちスリップ開始時間は長くなる。そこで、浄化開始温度以上のSCR温度THSで劣化判定を行う場合には、次のように劣化判定時間γを設定するとよい。まず、排気の流量やSCR温度THSに基づき、単位時間当たりに消費されるアンモニアの量を推定する。さらに、その推定値を積算していくことで、アンモニア供給の開始からアンモニアスリップが確認されるまでの期間のSCRコンバータ34でのアンモニアの消費量を演算する。そして、現在のSCR温度THSにおける境界飽和吸着量に同アンモニアの消費量を加算した和を、単位時間当たりのアンモニア供給量で除算した商を劣化判定時間γの値として設定する。   In the above embodiment, the deterioration determination of the SCR converter 34 is performed in a state where the SCR temperature THS is lower than the NOx purification start temperature. When the deterioration determination is performed in a state where the SCR temperature THS is equal to or higher than the purification start temperature, it is necessary to set the deterioration determination time γ in consideration of the consumption of ammonia for NOx purification. That is, the amount of ammonia adsorbed by the SCR converter 34 decreases by the amount of ammonia consumed for NOx purification. Therefore, when the SCR temperature THS is equal to or higher than the purification start temperature, even if the supply amount of ammonia per unit time to the SCR converter 34 is the same, the larger the amount of ammonia consumed for NOx purification, the larger the ammonia adsorption amount. Until the amount reaches the saturated adsorption amount, that is, the slip start time becomes longer. Therefore, when performing the deterioration determination at the SCR temperature THS equal to or higher than the purification start temperature, the deterioration determination time γ may be set as follows. First, the amount of ammonia consumed per unit time is estimated based on the flow rate of exhaust gas and the SCR temperature THS. Further, by accumulating the estimated values, the amount of consumption of ammonia in the SCR converter 34 during a period from the start of the ammonia supply to the confirmation of the ammonia slip is calculated. Then, a quotient obtained by dividing the sum of the consumption amount of the ammonia and the boundary saturated adsorption amount at the current SCR temperature THS by the ammonia supply amount per unit time is set as the value of the deterioration determination time γ.

10…内燃機関、11…気筒、20…吸気通路、21…エアクリーナ、22…エアフローメータ、23…コンプレッサ、24…インタークーラ、25…スロットルバルブ、26…燃料噴射弁、30…排気通路、31…タービン、32…酸化触媒コンバータ、33…DPF、34…SCRコンバータ、35…ASC装置、36…尿素添加弁、37…尿素水タンク、38…尿素水ポンプ、39…SCR温度センサ、40…アンモニア濃度センサ、41…電子制御ユニット、43…劣化判定部、44…閉塞解消制御部、50…圧縮ガス噴射器、51…ポンプ、52…噴射ノズル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 11 ... Cylinder, 20 ... Intake passage, 21 ... Air cleaner, 22 ... Air flow meter, 23 ... Compressor, 24 ... Intercooler, 25 ... Throttle valve, 26 ... Fuel injection valve, 30 ... Exhaust passage, 31 ... Turbine, 32 oxidation catalyst converter, 33 DPF, 34 SCR converter, 35 ASC device, 36 urea addition valve, 37 urea water tank, 38 urea water pump, 39 SCR temperature sensor, 40 ammonia concentration Sensors, 41: Electronic control unit, 43: Deterioration determination unit, 44: Blockage elimination control unit, 50: Compressed gas injector, 51: Pump, 52: Injection nozzle.

Claims (6)

内燃機関の排気通路に設置されて、アンモニアを還元剤として用いた選択的触媒還元により窒素酸化物を浄化するSCRコンバータと、前記SCRコンバータにアンモニアを供給するアンモニア供給装置と、前記SCRコンバータから流出した排気中のアンモニア濃度を検出するアンモニア濃度センサと、前記アンモニア供給装置による前記アンモニアの供給を開始してから前記SCRコンバータからのアンモニアの流出が確認されるまでの時間であるスリップ開始時間が規定の劣化判定時間未満であることを条件に前記SCRコンバータが劣化していると判定する劣化判定部と、を備える内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記劣化判定部は、前記スリップ開始時間が前記劣化判定時間未満であることに加え、更に前記SCRコンバータからのアンモニアの流出が確認されてからの前記アンモニア濃度の増加速度が規定の劣化判定速度以上の場合に劣化しているものとして前記SCRコンバータの劣化の有無を判定する
内燃機関の排気浄化システム。
An SCR converter installed in an exhaust passage of an internal combustion engine for purifying nitrogen oxides by selective catalytic reduction using ammonia as a reducing agent, an ammonia supply device for supplying ammonia to the SCR converter, and an outflow from the SCR converter An ammonia concentration sensor for detecting the ammonia concentration in the exhaust gas, and a slip start time, which is a time period from the start of the supply of the ammonia by the ammonia supply device until the outflow of the ammonia from the SCR converter is confirmed. A deterioration determination unit that determines that the SCR converter is deteriorated on condition that the time is less than the deterioration determination time of the internal combustion engine.
In addition to the slip start time being shorter than the deterioration determination time, the deterioration determining unit may further increase the ammonia concentration after the outflow of ammonia from the SCR converter is confirmed to be equal to or greater than a specified deterioration determination speed. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine that determines whether or not the SCR converter has deteriorated as having deteriorated.
前記劣化判定部は、前記スリップ開始時間が規定の劣化判定時間未満であり、且つ前記アンモニアの流出が確認されたときから規定の期間が経過した時点の前記アンモニア濃度が規定の劣化判定濃度以上であることをもって、前記SCRコンバータが劣化していると判定する
請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
The deterioration determination unit is configured such that the slip start time is less than a specified deterioration determination time, and the ammonia concentration at a time when a specified period has elapsed since the outflow of the ammonia was confirmed is equal to or greater than a specified deterioration determination concentration. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein it is determined that the SCR converter has deteriorated in some cases.
前記規定の期間を第1期間とし、前記規定の劣化判定濃度を第1劣化判定濃度としたとき、前記劣化判定部は、前記スリップ開始時間が前記劣化判定時間未満であり、且つ前記アンモニアの流出が確認されてから前記第1期間よりも短い第2期間が経過した時点の前記アンモニア濃度が規定の第2劣化判定濃度以上である場合にも前記SCRコンバータが劣化していると判定する
請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
When the specified period is a first period and the specified deterioration determination concentration is a first deterioration determination concentration, the deterioration determination unit determines that the slip start time is shorter than the deterioration determination time and the ammonia is discharged. It is determined that the SCR converter is deteriorated also when the ammonia concentration at the time when a second period shorter than the first period has elapsed after the confirmation is made is equal to or higher than a specified second deterioration determination concentration. 3. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to 2.
前記劣化判定部による前記SCRコンバータの劣化の有無の判定に際して、前記スリップ開始時間が前記劣化判定時間未満であり、且つ前記アンモニアの流出が確認されてからの前記アンモニア濃度の増加速度が前記劣化判定速度未満の場合に、前記SCRコンバータの部分閉塞を解消するための閉塞解消制御を行う閉塞解消制御部を備える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
When the deterioration determination unit determines whether the SCR converter has deteriorated, the slip start time is shorter than the deterioration determination time, and the rate of increase in the ammonia concentration after the outflow of ammonia is confirmed is determined by the deterioration determination. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a blockage elimination control unit that performs blockage elimination control for eliminating partial blockage of the SCR converter when the speed is lower than the speed.
前記閉塞解消制御部は、前記SCRコンバータを昇温する昇温処理を通じて前記閉塞解消制御を行う
請求項4に記載の内燃機関の排気浄化システム。
The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the blockage elimination control unit performs the blockage elimination control through a temperature increasing process for increasing the temperature of the SCR converter.
前記SCRコンバータの排気流入口に圧縮ガスを吹き付ける圧縮ガス噴射器を備えており、
且つ前記閉塞解消制御部は、前記圧縮ガス噴射器による圧縮ガスの噴き付けを実施することで前記閉塞解消制御を行う
請求項4に記載の内燃機関の排気浄化システム。
A compressed gas injector for blowing compressed gas into an exhaust inlet of the SCR converter;
The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the blockage elimination control unit performs the blockage elimination control by performing injection of compressed gas by the compressed gas injector.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113417717A (en) * 2021-07-16 2021-09-21 山西新华防化装备研究院有限公司 Tail gas purification integrated device for heavy diesel engine test station

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