JP4521824B2 - Exhaust purification device - Google Patents
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本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特に排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元浄化するNOx触媒とを備えた排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device for purifying engine exhaust, and in particular, includes a particulate filter that collects particulates in exhaust, and a NOx catalyst that reduces and purifies NOx in exhaust using ammonia as a reducing agent. The present invention relates to an exhaust purification device.
エンジンから排出される排気中に含まれる汚染物質の1つであるNOx(窒素酸化物)を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型NOx触媒を配設し、還元剤であるアンモニアをアンモニア選択還元型NOx触媒に供給することにより、排気中のNOxを浄化するようにした排気浄化装置が用いられている。
このような排気浄化装置では、アンモニア選択還元型NOx触媒の上流側に尿素水を供給し、この尿素水が排気の熱により加水分解して生じたアンモニアがアンモニア選択還元型NOx触媒に供給される。アンモニア選択還元型NOx触媒に供給されたアンモニアは一旦アンモニア選択還元型NOx触媒に吸着され、このアンモニアと排気中のNOxとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型NOx触媒によって促進されることによりNOxの浄化が行われる。
As an exhaust purification device for purifying NOx (nitrogen oxide), which is one of the pollutants contained in the exhaust discharged from the engine, an ammonia selective reduction type NOx catalyst is disposed in the exhaust passage of the engine, and the reduction is performed. 2. Description of the Related Art Exhaust gas purification devices that purify NOx in exhaust gas by supplying ammonia, which is an agent, to an ammonia selective reduction type NOx catalyst are used.
In such an exhaust purification device, urea water is supplied to the upstream side of the ammonia selective reduction type NOx catalyst, and ammonia generated by hydrolysis of the urea water by the heat of exhaust gas is supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst. . Ammonia supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst is once adsorbed by the ammonia selective reduction type NOx catalyst, and the NOx removal reaction between this ammonia and NOx in the exhaust gas is promoted by the ammonia selective reduction type NOx catalyst. Purification is performed.
一方、ディーゼルエンジンなどでは、排気中に含まれるパティキュレートを除去して排気を浄化するため、パティキュレートフィルタを排気通路に配設し、排気中のパティキュレートを捕集するようにしている。
このパティキュレートフィルタでは、捕集したパティキュレートがパティキュレートフィルタ内に堆積することにより次第に排気抵抗が増大するので、パティキュレートの堆積量が所定量に達したときにパティキュレートフィルタを昇温し、パティキュレートを強制的に焼却してパティキュレートフィルタを強制再生することにより、パティキュレートフィルタの排気浄化機能を維持するようにしている。
On the other hand, in a diesel engine or the like, in order to purify exhaust gas by removing particulates contained in exhaust gas, a particulate filter is disposed in the exhaust passage so as to collect particulates in the exhaust gas.
In this particulate filter, since the exhaust resistance gradually increases as the collected particulate matter accumulates in the particulate filter, the temperature of the particulate filter is raised when the particulate accumulation amount reaches a predetermined amount, The exhaust gas purification function of the particulate filter is maintained by forcibly incinerating the particulate and forcibly regenerating the particulate filter.
このようなパティキュレートフィルタと、アンモニアを還元剤とするアンモニア選択還元型NOx触媒とを共に備え、排気中のパティキュレートとNOxとを浄化するようにした排気浄化装置が、例えば特許文献1などに開示されている。
特許文献1に示された排気浄化装置では、エンジンの排気通路にパティキュレートフィルタが配設され、パティキュレートフィルタの下流側にアンモニア選択還元型NOx触媒が配設されている。そして、パティキュレートフィルタによりパティキュレートが捕集された後、排気がアンモニア選択還元型NOx触媒に供給され、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤として、この排気中のNOxがアンモニア選択還元型NOx触媒により選択還元され浄化されるようになっている。
An exhaust gas purification apparatus that includes both such a particulate filter and an ammonia selective reduction type NOx catalyst using ammonia as a reducing agent and purifies particulates and NOx in exhaust gas is disclosed in, for example,
In the exhaust gas purification apparatus disclosed in
特許文献1に示された排気浄化装置でも、パティキュレートフィルタにパティキュレートが捕集されて堆積すると次第に排気抵抗が増大するので、パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う必要がある。そこで、パティキュレートフィルタの上流側に設けた酸化触媒に燃料即ちHC(炭化水素)を供給し、酸化触媒におけるHCの燃焼によってパティキュレートフィルタを昇温することにより、パティキュレートフィルタに堆積しているパティキュレートを焼却して強制再生を行うようにしている。
前記特許文献1に示された排気浄化装置において強制再生が行われると、昇温されたパティキュレートフィルタを通過して高温となった排気がアンモニア選択還元型NOx触媒に供給される。このため、このような状態で尿素水の供給を行うと、尿素水から生成されてアンモニア選択還元型NOx触媒に供給されたアンモニアは酸化してNOxに転化し、大気中に放出される排気のNOx濃度をかえって増加させてしまうおそれがある。
When forced regeneration is performed in the exhaust gas purification apparatus disclosed in
従って、パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う場合には、アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給することができない。一方、アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給することができなければ、アンモニア選択還元型NOx触媒による排気中のNOxの浄化ができず、結果としてパティキュレートフィルタの強制再生中は排気中のNOxの浄化を十分に行うことができないという問題がある。 Accordingly, when forced regeneration is performed by raising the temperature of the particulate filter, ammonia cannot be supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst. On the other hand, if ammonia cannot be supplied to the ammonia selective reduction type NOx catalyst, NOx in the exhaust gas cannot be purified by the ammonia selective reduction type NOx catalyst. As a result, during the forced regeneration of the particulate filter, the NOx in the exhaust gas is exhausted. There is a problem that it cannot be sufficiently purified.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときにも排気中のNOxを良好に浄化することが可能な排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust capable of satisfactorily purifying NOx in the exhaust even during forced regeneration of the particulate filter. It is to provide a purification device.
前記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設された酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側に配設され、HCを還元剤として排気中のNOxを浄化するHC選択還元型NOx触媒と、前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを浄化するアンモニア選択還元型NOx触媒と、前記酸化触媒にHCを供給することにより前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行うHC供給手段と、前記アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、前記HC供給手段からHCを供給することにより前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記HC選択還元型NOx触媒が活性化していると判断すると前記HC供給手段から供給するHCの量を前記パティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量する制御手段とを備えたことを特徴とする(請求項1)。 In order to achieve the above object, an exhaust emission control device according to the present invention is provided with an oxidation catalyst disposed in an exhaust passage of an engine and a downstream side of the oxidation catalyst, and purifies NOx in exhaust gas using HC as a reducing agent. An HC selective reduction type NOx catalyst, a particulate filter disposed between the oxidation catalyst and the HC reduction type NOx catalyst, for collecting particulates in the exhaust, the oxidation catalyst and the HC reduction type NOx An ammonia selective reduction NOx catalyst that is disposed between the catalyst and purifies NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent, and forcibly regenerates the particulate filter by raising the temperature of the particulate filter by supplying HC to the oxidation catalyst HC supply means for performing ammonia, ammonia supply means for supplying ammonia to the ammonia selective reduction type NOx catalyst, and HC from the HC supply means When the forced regeneration is performed, the supply of ammonia from the ammonia supply unit is stopped, and when it is determined that the HC selective reduction type NOx catalyst is activated, the amount of HC supplied from the HC supply unit And a control means for increasing the amount by a predetermined amount from the amount necessary for forced regeneration of the particulate filter (claim 1).
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタにより排気中のパティキュレートが捕集されると共に、アンモニア供給手段から供給されたアンモニアを還元剤としてアンモニア選択還元型NOx触媒により排気中のNOxが浄化される。
そして、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合には、HC供給手段からHCを供給することによりパティキュレートフィルタを昇温する一方、制御手段はアンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、HC選択還元型NOx触媒が活性化していると判断するとHC供給手段から供給するHCの量をパティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量する。
According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, particulates in the exhaust gas are collected by the particulate filter, and exhausted by the ammonia selective reduction type NOx catalyst using ammonia supplied from the ammonia supply means as a reducing agent. NOx is purified.
When forced regeneration of the particulate filter is performed, the temperature of the particulate filter is raised by supplying HC from the HC supply unit, while the control unit stops supplying ammonia from the ammonia supply unit and If it is determined that the selective reduction type NOx catalyst is activated, the amount of HC supplied from the HC supply means is increased by a predetermined amount from the amount necessary for forced regeneration of the particulate filter.
このような増量により、パティキュレートフィルタの強制再生で消費されなかった余剰のHCは下流のHC選択還元型NOx触媒に供給され、HC選択還元型NOx触媒は供給されたHCを還元剤として、排気中のNOxを選択還元し浄化する。
より具体的には、このような排気浄化装置において、前記制御手段は、前記エンジンから排出されるNOxの量を検出するエンジンNOx排出量検出手段と、前記エンジンNOx排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのNOx排出量に基づき、前記所定量を決定するHC増量算出手段とを備えることを特徴とする(請求項2)。
By such an increase, surplus HC that was not consumed by the forced regeneration of the particulate filter is supplied to the downstream HC selective reduction type NOx catalyst, and the HC selective reduction type NOx catalyst uses the supplied HC as a reducing agent to exhaust gas. NOx in the inside is selectively reduced and purified.
More specifically, in such an exhaust purification device, the control means is detected by an engine NOx emission amount detection means for detecting the amount of NOx discharged from the engine and the engine NOx emission amount detection means. HC increase calculation means for determining the predetermined amount based on the NOx emission amount from the engine (claim 2).
このように構成された排気浄化装置では、エンジンNOx排出量検出手段によって検出されたエンジンからのNOx排出量に基づいて、HC増量算出手段が決定した所定量が前記増量の際に用いられる。
このとき好ましくは、エンジンから排出されるNOxの量は、エンジンの運転状態に基づき推定するようにしてもよい。
In the exhaust emission control device configured as described above, the predetermined amount determined by the HC increase calculation means based on the NOx emission amount from the engine detected by the engine NOx emission amount detection means is used for the increase.
In this case, preferably, the amount of NOx discharged from the engine may be estimated based on the operating state of the engine.
或いは、エンジンから排出されるNOxの量は、前記排気通路に設けたエンジン排出NOxセンサにより直接検出するようにしてもよい。
更に、前記排気浄化装置において、前記HC選択還元型NOx触媒から排出されるNOxの量を検出する触媒NOx排出量検出手段を更に備え、前記HC増量算出手段は、前記エンジンNOx排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのNOx排出量と、前記触媒NOx排出量検出手段によって検出された前記HC選択還元型NOx触媒からのNOx排出量とから、前記HC選択還元型NOx触媒のNOx浄化率を求め、前記所定量を前記NOx浄化率に応じて補正することを特徴とする(請求項3)。
Alternatively, the amount of NOx exhausted from the engine may be directly detected by an engine exhaust NOx sensor provided in the exhaust passage.
Further, the exhaust purification device further includes a catalyst NOx emission amount detecting means for detecting an amount of NOx discharged from the HC selective reduction type NOx catalyst, and the HC increase calculating means is provided by the engine NOx emission amount detecting means. Based on the detected NOx emission from the engine and the NOx emission from the HC selective reduction NOx catalyst detected by the catalyst NOx emission detection means, the NOx purification rate of the HC selective reduction NOx catalyst is calculated. The predetermined amount is obtained and corrected according to the NOx purification rate (Claim 3).
このように構成された排気浄化装置では、エンジンNOx排出量検出手段によって検出されたエンジンのNOx排出量と、触媒NOx排出量検出手段によって検出されたHC選択還元型NOx触媒のNOx排出量とから求めたHC選択還元型NOx触媒のNOx浄化率に応じて補正された所定量が、前記増量の際に用いられる。
また、前記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設された酸化触媒と、前記酸化触媒の下流側に配設され、HCを還元剤として排気中のNOxを浄化するHC選択還元型NOx触媒と、前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを浄化するアンモニア選択還元型NOx触媒と、前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う昇温手段と、前記アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、前記HC選択還元型NOx触媒にHCを供給するNOx触媒用HC供給手段と、前記昇温手段により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記HC選択還元型NOx触媒が活性化しているときに前記NOx触媒用HC供給手段から前記HC選択還元型NOx触媒にHCを供給する制御手段とを備えたことを特徴とする(請求項4)。
In the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the engine NOx emission amount detected by the engine NOx emission amount detection means and the NOx emission amount of the HC selective reduction type NOx catalyst detected by the catalyst NOx emission amount detection means. A predetermined amount corrected according to the obtained NOx purification rate of the HC selective reduction type NOx catalyst is used for the increase.
In order to achieve the above object, an exhaust emission control device according to the present invention is provided with an oxidation catalyst disposed in an exhaust passage of an engine and a downstream side of the oxidation catalyst, and NOx in exhaust gas using HC as a reducing agent. HC selective reduction type NOx catalyst for purifying gas, a particulate filter disposed between the oxidation catalyst and the HC reduction type NOx catalyst, for collecting particulates in exhaust gas, the oxidation catalyst and the HC reduction An ammonia selective reduction-type NOx catalyst that is disposed between the NOx catalyst and purifies NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent, and a temperature raising unit that raises the temperature of the particulate filter to perform forced regeneration; An ammonia supply means for supplying ammonia to the ammonia selective reduction type NOx catalyst; and an HC supply means for NOx catalyst for supplying HC to the HC selective reduction type NOx catalyst; When the temperature of the particulate filter is raised by the temperature raising means and the forced regeneration is performed, the supply of ammonia from the ammonia supply means is stopped and the HC selective reduction type NOx catalyst is activated And a control means for supplying HC from the NOx catalyst HC supply means to the HC selective reduction type NOx catalyst (claim 4).
このように構成された排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタにより排気中のパティキュレートが捕集されると共に、アンモニア供給手段から供給されたアンモニアを還元剤としてアンモニア選択還元型NOx触媒により排気中のNOxが浄化される。
そして、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合に、昇温手段によりパティキュレートフィルタを昇温する一方、制御手段はアンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、HC選択還元型NOx触媒が活性化しているときにNOx触媒用HC供給手段からHC選択還元型NOx触媒にHCを供給する。HC選択還元型NOx触媒は供給されたHCを還元剤として排気中のNOxを選択還元し浄化する。
According to the exhaust gas purification apparatus configured as described above, particulates in the exhaust gas are collected by the particulate filter, and exhausted by the ammonia selective reduction type NOx catalyst using ammonia supplied from the ammonia supply means as a reducing agent. NOx is purified.
When the particulate filter is forcibly regenerated, the temperature of the particulate filter is raised by the temperature raising means, while the control means stops the supply of ammonia from the ammonia supply means and the HC selective reduction type NOx catalyst is activated. HC is supplied from the NOx catalyst HC supply means to the HC selective reduction type NOx catalyst. The HC selective reduction type NOx catalyst selectively reduces and purifies NOx in the exhaust gas using the supplied HC as a reducing agent.
請求項1乃至3の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合には、アンモニア供給手段からのアンモニアの供給が中止されるので、供給されたアンモニアが酸化して生成されるNOxが大気中に排出されることはない。また、このときHC選択還元型NOx触媒が活性化していれば、HC供給手段から供給するHCの量をパティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量するようにしたので、パティキュレートフィルタの強制再生に消費されなかった余剰のHCはHC選択還元型NOx触媒で還元剤として使用され、排気中のNOxがHC選択還元型NOx触媒により浄化される。この結果、パティキュレートフィルタの強制再生中であっても排気中のNOxを良好に浄化することが可能となる。
According to the exhaust emission control device of
更に、請求項2の排気浄化装置によれば、エンジンNOx排出量検出手段によって検出されたエンジンからのNOx排出量に基づいて、前記増量の所定量を決定するようにしたので、NOxを浄化するために必要な量のHCをより精度よくHC選択還元型NOx触媒に供給することができる。
更にまた、請求項3の排気浄化装置によれば、エンジンNOx排出量検出手段によって検出されたエンジンのNOx排出量と、触媒NOx排出量検出手段によって検出されたHC選択還元型NOx触媒のNOx排出量とから求めたHC選択還元型NOx触媒のNOx浄化率に応じて、前記増量の所定量を補正するようにしたので、HC選択還元型NOx触媒の浄化能力を最大限有効に発揮させるのに必要な量のHCを精度よく供給することができ、HCの無駄な消費をなくすことができる。
Further, according to the exhaust gas purification apparatus of the second aspect, the predetermined amount of the increase is determined based on the NOx emission amount from the engine detected by the engine NOx emission amount detecting means, so the NOx is purified. Therefore, a necessary amount of HC can be supplied to the HC selective reduction type NOx catalyst with higher accuracy.
Furthermore, according to the exhaust purification system of claim 3, the NOx emission amount of the engine detected by the engine NOx emission amount detection means and the NOx emission of the HC selective reduction type NOx catalyst detected by the catalyst NOx emission amount detection means. The predetermined amount of the increase is corrected according to the NOx purification rate of the HC selective reduction type NOx catalyst obtained from the quantity, so that the purification ability of the HC selective reduction type NOx catalyst can be exhibited to the maximum extent possible. A necessary amount of HC can be supplied with high accuracy, and wasteful consumption of HC can be eliminated.
また、請求項4の排気浄化装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を行う場合には、アンモニア供給手段からのアンモニアの供給が中止されるので、供給されたアンモニアが酸化して生成されるNOxが大気中に排出されることはない。また、このときHC選択還元型NOx触媒が活性化していれば、NOx触媒用HC供給手段から供給されたHCを還元剤として、HC選択還元型NOx触媒が排気中のNOxを浄化する。この結果、パティキュレートフィルタの強制再生中であっても排気中のNOxを良好に浄化することが可能となる。 According to the exhaust gas purification apparatus of the fourth aspect, when forced regeneration of the particulate filter is performed, the supply of ammonia from the ammonia supply means is stopped, so that the supplied ammonia is oxidized and generated. NOx is not discharged into the atmosphere. At this time, if the HC selective reduction type NOx catalyst is activated, the HC selective reduction type NOx catalyst purifies NOx in the exhaust gas using HC supplied from the HC supply means for NOx catalyst as a reducing agent. As a result, it is possible to satisfactorily purify NOx in the exhaust gas even during forced regeneration of the particulate filter.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の1実施形態に係る排気浄化装置が適用される4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン1は各気筒共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)2を備えており、燃料噴射ポンプ(図示せず)から供給されてコモンレール2に蓄えられた高圧の燃料である軽油が、各気筒に設けられたインジェクタ4に供給され、各インジェクタ4からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust emission control device according to an embodiment of the present invention is applied. The exhaust emission control device according to the present invention is based on FIG. The structure of will be described.
The
吸気通路6にはターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路6からターボチャージャ8のコンプレッサ8aへと流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10及び吸気制御弁12を介して吸気マニホールド14に導入される。また、吸気通路6のコンプレッサ8aより上流側には、エンジン1への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ16が設けられている。
The intake passage 6 is equipped with a turbocharger 8. The intake air drawn from an air cleaner (not shown) flows into the
一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド18を介して排気管(排気通路)20に接続されている。なお、排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、EGR弁22を介して排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通するEGR通路24が設けられている。
排気管20はターボチャージャ8のタービン8bを経た後、排気絞り弁26を介して排気後処理装置28に接続されている。また、タービン8bの回転軸はコンプレッサ8aの回転軸と連結されており、タービン8bが排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動する。
On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust is discharged from each cylinder of the
The
排気後処理装置28は、上流側ケーシング30と、上流側ケーシング30の下流側に連通路32で連通された下流側ケーシング34とで構成される。
上流側ケーシング30内には、酸化触媒36が収容されると共に、酸化触媒36の出口側排気温度を検出する酸化触媒温度センサ38が設けられている。
また、下流側ケーシング34内には、その上流側からパティキュレートフィルタ(以下フィルタという)40、アンモニア選択還元型NOx触媒42、及びHC選択還元型NOx触媒44が収容されている。
The
In the
Further, a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) 40, an ammonia selective reduction
フィルタ40はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン1の排気を浄化する。
また、アンモニア選択還元型NOx触媒42は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元することによりエンジン1の排気を浄化し、HC選択還元型NOx触媒44は、HCを還元剤として排気中のNOxを選択還元することによりエンジン1の排気を浄化する。
The
The ammonia selective reduction
このHC選択還元型NOx触媒48は、後述するフィルタ40の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するCOを酸化し、CO2として大気中に排出する機能も有している。
フィルタ40が酸化触媒36の下流側に配設されることにより、酸化触媒36で排気中のNOから生成されたNO2がフィルタ40に供給される。フィルタ40に捕集されて堆積したパティキュレートは、このNO2と反応して酸化することによりフィルタ40から除去され、フィルタ40の連続再生が行われるようになっている。
The HC NOx
By disposing the
下流側ケーシング34内には、フィルタ40の前後に、フィルタ40上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ46と、フィルタ40下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ48とが設けられている。また、HC選択還元型NOx触媒44の下流側には、HC選択還元型NOx触媒44の出口側排気温度を検出するNOx触媒温度センサ50が設けられている。
An
排気絞り弁26と排気後処理装置28との間の排気管20には、燃料噴射ポンプ(図示せず)から燃料が供給され、排気管20内の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁52(HC供給手段)が設けられている。この燃料添加弁52は、フィルタ40の強制再生が必要となったときに排気中に燃料を噴射することにより、酸化触媒36にHCを供給し、酸化触媒36におけるHCの酸化により高温となった排気をフィルタ40に供給してフィルタ40の昇温を行うものである。
Fuel is supplied from a fuel injection pump (not shown) to the
また、排気後処理装置28の連通路32には、連通路32内の排気中に尿素水を噴射供給する噴射ノズル(アンモニア供給手段)54が設けられており、噴射ノズル54は尿素水噴射管56を介して尿素水噴射装置58に接続されている。
尿素水噴射装置58は、エアポンプ(図示せず)によって圧縮された加圧空気を蓄えたエアタンク60から供給される加圧空気中に、尿素水タンク62から尿素水供給ポンプ(図示せず)により供給される尿素水を噴出し、尿素水噴射管56を介して噴射ノズル54に加圧空気と共に尿素水を供給するものであって、エア供給管64を介してエアタンク60に接続されると共に、尿素水供給管66を介して尿素水タンク62に接続されている。
Further, the
The urea
エア供給管64にはエア制御弁68が設けられ、このエア制御弁68を開閉制御することにより、尿素水噴射装置58への加圧空気の供給量が調整される。また、尿素水供給通路66には尿素水制御弁70が設けられ、この尿素水制御弁70を開閉制御することにより、尿素水噴射装置58への尿素水の供給量が調整される。即ち、これらエア制御弁68及び尿素水制御弁70をそれぞれ開閉制御することにより、噴射ノズル54から排気中への尿素水の噴射供給量が調整される。
An
噴射ノズル54から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、アンモニア選択還元型NOx触媒42に供給される。アンモニア選択還元型NOx触媒42は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のNOxとの脱硝反応を促進することにより、NOxを浄化して無害なN2とする。
このときNOxと反応せずにアンモニア選択還元型NOx触媒42から流出したアンモニアは、HC選択還元型NOx触媒44の酸化機能によって酸化され、N2またはNOxとなる。ここで生成されるNOxはHC選択還元型NOx触媒44に流入するHCと反応してN2になるので、HC選択還元型NOx触媒44に流入するアンモニアは無害なN2となって大気中に放出されるようになっている。
The urea water injected from the
At this time, ammonia that has not reacted with NOx and has flowed out of the ammonia selective reduction
排気後処理装置28の下流側には、排気後処理装置28から排出される排気中のNOxの濃度、即ちHC選択還元型NOx触媒44から排出されるNOxの濃度を検出するNOxセンサ(触媒NOx排出量検出手段)72が設けられている。
ECU(制御手段)74は、エンジン1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
A NOx sensor (catalyst NOx) that detects the concentration of NOx in the exhaust discharged from the
The ECU (control means) 74 is a control device for performing comprehensive control including operation control of the
ECU74の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ16、酸化触媒温度センサ38、上流圧力センサ46、下流圧力センサ48、NOx触媒温度センサ50及びNOxセンサ72のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ76、及びアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ78などの各種センサ類が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ4、吸気制御弁12、EGR弁22、排気絞り弁26、燃料添加弁52、エア制御弁68及び尿素水制御弁70などの各種デバイス類が接続されている。
On the input side of the
エンジン1の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ4からの燃料供給制御もECU74によって行われる。エンジン1の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ76によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ78によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ4の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ4が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン1の運転に必要な燃料量が供給される。
The
またECU74は、回転数センサ76によって検出されたエンジン回転数や燃料の主噴射量等のエンジン運転状態に基づき、エンジン1から排出されるNOxをアンモニア選択還元型NOx触媒42で選択還元するために必要な尿素水供給量を、予め記憶しているマップデータから求め、エア制御弁68及び尿素水制御弁70を開閉制御する。
尿素水制御弁70によって供給量が調整された尿素水は、エア制御弁68によって供給量が調整された加圧空気と尿素水噴射装置58で混合され、加圧空気と共に噴射ノズル54から連通路32内の排気中に噴射供給される。こうして噴射供給された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、アンモニア選択還元型NOx触媒42に吸着する。アンモニア選択還元型NOx触媒42は吸着したアンモニアと排気中のNOxとの間の脱硝反応を促進し、排気中のNOxは無害なN2となる。
Further, the
The urea water whose supply amount has been adjusted by the urea
また、このときアンモニア選択還元型NOx触媒42に吸着されずにそのまま流出したアンモニアは、前述したように、HC選択還元型NOx触媒44により無害なN2となって大気中に放出される。
このように構成された排気浄化装置では、エンジン1から排出された排気が排気管20を通って排気後処理装置28に導入され、排気中のパティキュレートがフィルタ40に捕集されると共に、前述したように酸化触媒36から供給されるNO2を用いた連続再生により、フィルタ40に堆積したパティキュレートの酸化除去が行われる。また、尿素水供給制御により噴射ノズル54から尿素水の供給が行われ、この尿素水から生成されるアンモニアを還元剤として、アンモニア選択還元型NOx触媒42により排気中のNOxが選択還元され、無害なN2となって大気中に排出される。
At this time, ammonia that has flowed out without being adsorbed by the ammonia selective reduction
In the exhaust gas purification apparatus configured as described above, the exhaust gas discharged from the
このときの尿素水供給制御は、エンジン1が始動されると図2のフローチャートに従って所定の制御周期で行われる。
まず、ステップS2では、排気中への尿素水の供給が可能であるか否かを判定する。例えば、エンジン1の始動直後などでアンモニア選択還元型NOx触媒46が活性化温度に達していない場合や、排気温度が尿素水の加水分解を可能とする温度に達していない場合などでは、アンモニアを還元剤とするNOxの浄化ができないため、尿素水を排気中に供給することができない。従って、ステップS2では酸化触媒温度センサ38によって検出された酸化触媒36出口側の排気温度などのエンジン運転状態に基づき、尿素水の供給を行ってもよい状態であるか否かを判定する。
The urea water supply control at this time is performed at a predetermined control cycle according to the flowchart of FIG. 2 when the
First, in step S2, it is determined whether urea water can be supplied into the exhaust gas. For example, when the ammonia selective reduction
ステップS2で尿素水の供給が不可と判定した場合は、今回の制御周期を終了し、次回の制御周期で再びステップS2から処理を行うが、以下においてはエンジン1が尿素水を供給可能な運転状態にあるものとして説明を行う。
ステップS2で尿素水の供給が可能であると判定した場合は、ステップS4に進み、強制再生フラグF1の値が1であるか否かを判定する。強制再生フラグF1はフィルタ40の強制再生が行われるか否かを示すものであり、後述する強制再生制御において強制再生の要否を判定し、その判定結果に応じて値が設定されるものであり、値が1であると強制再生が行われることを示し、値が0であると強制再生が行われないことを示す。
If it is determined in step S2 that urea water cannot be supplied, the current control cycle is terminated, and the processing is performed again from step S2 in the next control cycle. In the following, the operation in which the
If it is determined in step S2 that urea water can be supplied, the process proceeds to step S4, where it is determined whether the value of the forced regeneration flag F1 is 1. The forced regeneration flag F1 indicates whether or not forced regeneration of the
フィルタ40の強制再生が行われると、フィルタ40の強制再生に伴い排気温度及びアンモニア選択還元型NOx触媒42の温度が上昇する。このような状態で噴射ノズル54から排気中に尿素水を供給した場合、高温の排気及びアンモニア選択還元型NOx触媒42のため、尿素水は直接酸化してNOxへと転化し、排気中のNOx濃度を増大させてしまう。
When the
このため、ステップS4で強制再生フラグF1の値が1であると判定した場合は、何もせずに今回の制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップS2から処理を行う。従って、フィルタ40の強制再生が行われている間は、噴射ノズル54からの尿素水の供給が中止される。
一方、強制再生フラグF1の値が0である場合は、フィルタ40の強制再生が行われていないので、尿素水の供給を行っても上述したようなNOx濃度の増大のおそれはないものとして、ステップS6に進む。
For this reason, if it is determined in step S4 that the value of the forced regeneration flag F1 is 1, the current control cycle is terminated without doing anything, and the processing is repeated from step S2 in the next control cycle. Therefore, while the
On the other hand, when the value of the forced regeneration flag F1 is 0, since the forced regeneration of the
ステップS6では、アンモニア選択還元型NOx触媒42で排気中のNOxを浄化するために必要なアンモニアの量から、供給すべき尿素水の量を求める。具体的には、まず回転数センサ76によって検出されたエンジン回転数やECU74によって算出された燃料主噴射量などのエンジン運転状態に基づき、エンジン1からのNOx排出量を推定する。また、酸化触媒温度センサ38によって検出された酸化触媒36出口側の排気温度に基づき、予め記憶しているマップからアンモニア選択還元型NOx触媒42のNOx浄化率を求める。そして、これらNOx推定排出量とNOx浄化率とからアンモニア選択還元型NOx触媒42によるNOx浄化量を求め、そのNOx浄化量に対応するアンモニア量を求める。このようにして求められたアンモニア量から必要な尿素水供給量が求められる。
In step S6, the amount of urea water to be supplied is determined from the amount of ammonia necessary for purifying NOx in the exhaust gas by the ammonia selective reduction
次にステップS6からステップS8に進むと、ステップS6で求められた量の尿素水が噴射ノズル54から排気中に噴射供給されるように、エア制御弁68と尿素水制御弁70とが開閉制御され、噴射ノズル54から尿素水が加圧空気と共に連通路32内の排気中に噴射される。
噴射ノズル54から噴射された尿素水は排気の熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。このアンモニアはアンモニア選択還元型NOx触媒42に供給されてアンモニア選択還元型NOx触媒42に吸着し、排気中のNOxと吸着したアンモニアとの間の脱硝反応がアンモニア選択還元型NOx触媒42によって促進され、排気中のNOxが選択還元されて無害なN2に転化される。
Next, when the process proceeds from step S6 to step S8, the
The urea water injected from the
また、このときNOxと反応せずにアンモニア選択還元型NOx触媒42から流出したアンモニアは、HC選択還元型NOx触媒44の酸化機能によって酸化され、N2またはNOxとなる。ここで生成されるNOxはHC選択還元型NOx触媒44に流入する排気中のHCと反応してN2になるので、HC選択還元型NOx触媒44に流入するアンモニアは無害なN2となって大気中に放出される。
At this time, the ammonia that has not reacted with NOx and has flowed out of the ammonia selective reduction
このようにしてステップS8で尿素水の供給を行った後、今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップS2から処理を行う。
噴射ノズル54から尿素水の供給を行っているときに、フィルタ40の強制再生が必要になると、後述の強制再生制御により強制再生フラグF1の値が0から1に切り換えられるので、ステップS4からステップS6には進まず、前述のようにステップS4でその制御周期での処理が終了する。従って、フィルタ40の強制再生が行われると、噴射ノズル54からの尿素水の供給が中止される。
After supplying urea water in step S8 in this way, the current control cycle is terminated, and the processing is performed again from step S2 in the next control cycle.
If forced regeneration of the
以上のような尿素水供給制御を行うことにより、フィルタ40の強制再生が行われないときには噴射ノズル54から排気中に尿素水が供給されてアンモニア選択還元型NOx触媒42に還元剤のアンモニアが供給され、フィルタ40の強制再生が行われる場合には、噴射ノズル54からの尿素水の供給、即ちアンモニア選択還元型NOx触媒42へのアンモニアの供給が中止される。
By performing the urea water supply control as described above, when the
一方、フィルタ40に捕集されて堆積したパティキュレートは、排気中のNOが酸化触媒36で酸化されて生成したNO2を酸化剤とする連続再生により酸化除去される。しかしながら、エンジン1の排気温度が低い運転状態、例えば低速、低負荷運転などでは排気温度が酸化触媒36の活性化温度まで上昇せず、排気中のNOが酸化されずにフィルタ40の連続再生が十分行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ40内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ40が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ40におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ40を昇温し強制再生を行うようにしている。
On the other hand, the particulates collected and deposited by the
フィルタ40を強制再生するための強制再生制御は、図3のフローチャートに従い、所定の制御周期で行われる。
まず、図3のステップS12において、強制再生フラグF1の値が1であるか否かを判定する。強制再生フラグF1の初期設定値は0となっており、最初の制御周期ではステップS12からステップS14へと進む。
The forced regeneration control for forcibly regenerating the
First, in step S12 of FIG. 3, it is determined whether or not the value of the forced regeneration flag F1 is “1”. The initial set value of the forced regeneration flag F1 is 0, and the process proceeds from step S12 to step S14 in the first control cycle.
ステップS14ではフィルタ40の強制再生が必要であるか否かを判定する。具体的には、上流圧力センサ46と下流圧力センサ48の検出値から求めたフィルタ40前後の差圧と、吸気流量センサ16の検出値から算出したフィルタ40への排気流量とに基づき、フィルタ40へのパティキュレートの堆積量を推定し、この推定堆積量が強制再生開始判定値以上である場合に、強制再生が必要であると判断している。
In step S14, it is determined whether or not forced regeneration of the
パティキュレートの推定堆積量が強制再生開始判定値未満である場合は、現時点での強制再生が不要であると判定し、この制御周期を終了し、次の制御周期において再びステップS12から処理を行う。
一方、強制再生が必要と判断した場合にはステップS16に進み、強制再生フラグF1の値を1として、強制再生を行っていることを示すように変更し、次のステップS18に進む。
When the estimated accumulation amount of particulates is less than the forced regeneration start determination value, it is determined that the current forced regeneration is unnecessary, this control cycle is terminated, and the processing is performed again from step S12 in the next control cycle. .
On the other hand, if it is determined that forced regeneration is necessary, the process proceeds to step S16, the value of the forced regeneration flag F1 is set to 1 to indicate that forced regeneration is being performed, and the process proceeds to the next step S18.
ステップS16で強制再生フラグF1の値が1となると、尿素水供給制御において、前述したように噴射ノズル54からの尿素水の供給が中止され、アンモニア選択還元型NOx触媒42に還元剤のアンモニアが供給されなくなる。アンモニア選択還元型NOx触媒42では、これまでに供給されたアンモニアが吸着しており、アンモニアの供給中止後もしばらくの間は吸着しているアンモニアによりNOxの浄化が行われる。
When the value of the forced regeneration flag F1 becomes 1 in step S16, in the urea water supply control, the supply of urea water from the
ステップS18では、酸化触媒温度センサ38によって検出された酸化触媒36出口側の排気温度Tfcが250℃以上であるか否かを判定することにより、酸化触媒36が活性化したか否かを判定する。
酸化触媒36出口側の排気温度Tfcが250℃未満である場合には、酸化触媒36が活性化していないものとしてステップS20に進み、酸化触媒36の昇温制御を行う。
In step S18, it is determined whether or not the
If the exhaust gas temperature Tfc on the outlet side of the
この昇温制御は、酸化触媒36に高温の排気を供給することにより、酸化触媒36の温度を活性化温度(例えば250℃)まで昇温するものであり、吸気制御弁12や排気絞り弁26を閉方向に制御してエンジン1から排出される排気の温度を上昇させると共に、必要に応じて燃料添加弁52から排気中に第1の燃料添加を行う。第1の燃料添加により排気中に供給された燃料は、温度の上昇した排気中で燃焼し、高温の排気が酸化触媒36に供給されることにより、酸化触媒36の温度が上昇する。
In this temperature increase control, the temperature of the
次にステップS28に進むと、ステップS14の時と同様に、フィルタ40前後の差圧とフィルタ40への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であるか否かの判定を行う。
上述のように酸化触媒36はまだ十分活性化していない状況であるため、パティキュレートの焼却は行われておらず、パティキュレートの推定堆積量は強制再生終了判定値より大であると判定されて今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップS12から強制再生制御を行う。
Next, when proceeding to step S28, as in step S14, is the particulate accumulation amount estimated based on the differential pressure across the
As described above, since the
この場合、既に強制再生フラグF1の値は1となっているので、ステップS12からステップS18へ進むことになる。
ステップS18で、酸化触媒36出口側の排気温度Tfcが250℃未満で酸化触媒36が依然として活性化していないと判定した場合には、再びステップS20で吸気制御弁12及び排気絞り弁26の制御と第1の燃料添加による触媒昇温制御が行われる。
In this case, since the value of the forced regeneration flag F1 is already 1, the process proceeds from step S12 to step S18.
If it is determined in step S18 that the exhaust temperature Tfc on the outlet side of the
従って、酸化触媒36出口側の排気温度Tfcが250℃未満で、酸化触媒36が活性化していない間は、制御周期ごとにステップS20による触媒昇温制御が繰り返し行われる。
このようにして触媒昇温制御が繰り返され、酸化触媒36出口側の排気温度Tfcが250℃以上になって酸化触媒36が活性化したと判定すると、ステップS18からステップS22へ進む。
Therefore, as long as the exhaust gas temperature Tfc on the outlet side of the
In this way, the catalyst temperature rise control is repeated, and when it is determined that the exhaust temperature Tfc on the outlet side of the
ステップS22では、NOx触媒温度センサ50によって検出されたHC選択還元型NOx触媒44出口側の排気温度TpcをHC選択還元型NOx触媒44の温度に相当するものとし、この排気温度Tpcが、HC選択還元型NOx触媒44の活性温度下限値Tal以上かつ活性温度上限値Tah以下であるか否かを判定することにより、HC選択還元型NOx触媒44が活性化しているか否かを判定する。
In step S22, the exhaust temperature Tpc on the outlet side of the HC selective reduction
HC選択還元型NOx触媒44の温度に相当する排気温度Tpcが前記活性温度範囲内はないと判定するとステップS24に進む。ステップS24では、フィルタ40に流入する排気の温度が所定温度(例えば600℃)となるように予め設定され記憶した燃料量Qfsを、第2の燃料添加により燃料添加弁52から供給すべき燃料添加量Qfとして設定し、燃料添加弁52から排気中に燃料添加量Qfの燃料、即ちHCを供給する。この所定温度は、フィルタ40に堆積したパティキュレートがもっとも効率よく燃焼する温度として予め求められたものである。従って、前記燃料量Qfsは、フィルタ40の強制再生に必要なHCの量に相当する。
If it is determined that the exhaust temperature Tpc corresponding to the temperature of the HC selective reduction
このようにして第2の燃料添加が行われることにより、添加されたHCは酸化触媒36に達し、活性化温度にある酸化触媒36で燃焼する。この燃焼により排気温度が上昇し、フィルタ40に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ40が強制再生される。
一方、NOx触媒温度センサ50によって検出されたHC選択還元型NOx触媒44出口側の排気温度Tpc、即ちHC選択還元型NOx触媒44の温度が、HC選択還元型NOx触媒44の活性温度下限値Tal以上かつ活性温度上限値Tah以下であって、HC選択還元型NOx触媒44が活性化しているとステップS22で判定した場合にはステップS26に進む。
When the second fuel is added in this manner, the added HC reaches the
On the other hand, the exhaust temperature Tpc on the outlet side of the HC selective reduction
ステップS26では、フィルタ40に流入する排気の温度が前記所定温度(例えば600℃)となるように予め設定され記憶した燃料量Qfsに所定量Qaを加算して、第2の燃料添加による燃料添加量Qfを設定し、燃料添加弁52から排気中に燃料添加量Qfの燃料、即ちHCを供給する。
このようにして第2の燃料添加が行われることにより、添加されたHCは酸化触媒36に達し、活性化温度にある酸化触媒36で燃焼する。この燃焼により排気温度が上昇し、フィルタ40に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ40が強制再生される。このとき、第2の燃料添加により供給されたHCの量は、フィルタ40の強制再生に必要な量より所定量Qaだけ増量されているため、余剰となったHCは燃焼することなくHC選択還元型NOx触媒44に達する。
In step S26, a predetermined amount Qa is added to the fuel amount Qfs that is preset and stored so that the temperature of the exhaust gas flowing into the
When the second fuel is added in this manner, the added HC reaches the
ところで、フィルタ40の強制再生が行われているときには、前述のように噴射ノズル54からの尿素水の供給が行われず、アンモニア選択還元型NOx触媒42に還元剤のアンモニアが供給されないため、アンモニア選択還元型NOx触媒によるNOxの浄化は行われない。このため、排気中のNOxはアンモニア選択還元型NOx触媒42で浄化されずにHC選択還元型NOx触媒44に達する。
By the way, when forced regeneration of the
HC選択還元型NOx触媒44に達した排気中のNOxは、第2の燃料添加によって供給されたHCを還元剤として、HC選択還元型NOx触媒44により選択還元され、無害なN2となって大気中に排出される。
このようにして、第2の燃料添加において燃料供給量を、フィルタ40の強制再生に必要な量より所定量Qaだけ増量することにより、HC選択還元型NOx触媒44による排気中のNOxの浄化が行われることから、ステップS22では所定量Qaを、エンジン1からのNOxの排出量と、HC選択還元型NOx触媒44からのNOx放出量とに基づいて決定するようにしている。
The NOx in the exhaust gas that has reached the HC selective reduction
In this manner, the amount of fuel supplied in the second fuel addition is increased by a predetermined amount Qa from the amount necessary for forced regeneration of the
具体的には、回転数センサ76によって検出されたエンジン回転数やECU74によって算出された燃料主噴射量などのエンジン運転状態に基づき、ECU74はエンジン1からのNOx排出量を推定して検出する。そして、ECU74は、このようにして検出したエンジン1からのNOx排出量に対して、浄化に必要なHCの量を、第2の燃料添加の基本量として設定する。
Specifically, the
更に、ECU74は、NOx触媒温度50によって検出されたHC選択還元型NOx触媒44下流側の排気温度に基づき、当該温度におけるHC選択還元型NOx触媒44の基準NOx浄化率を、予め記憶しているマップから読み出す。そして、上述のようにして推定したエンジン1からのNOx排出量と、NOxセンサ72によって検出されたHC選択還元型NOx触媒44からのNOx排出量とから、HC選択還元型NOx触媒44の実際のNOx浄化率を求め、マップから読み出した前記基準NOx浄化率と比較する。
Further, the
比較の結果、実際のNOx浄化率が基準NOx浄化率に達していない場合には、HCが不足しているためにHC選択還元型NOx触媒44のNOx浄化機能が十分発揮されていないとして前記基本量を増量補正する。
一方、実際のNOx浄化率が基準NOx浄化率に達している場合には、HC選択還元型NOx触媒44のNOx浄化機能が十分発揮されているものの、HCが過剰に供給されている可能性があるとして前記基本量を減量補正する。
If the actual NOx purification rate does not reach the reference NOx purification rate as a result of the comparison, the basic NOx purification function of the HC selective reduction
On the other hand, when the actual NOx purification rate reaches the reference NOx purification rate, the NOx purification function of the HC selective reduction
このようにして、所定量Qaを、エンジン1からのNOxの排出量と、HC選択還元型NOx触媒44からのNOx放出量とに基づいて決定することにより、HC選択還元型NOx触媒44のNOx浄化機能が十分発揮される最適な量のHCが供給されるように所定量Qaが決定される。従って、HC選択還元型NOx触媒44のNOx浄化機能を最大限有効に発揮させることができると共に、必要以上に供給されたHCがそのまま大気中に排出されるようなこともない。
In this way, the predetermined amount Qa is determined based on the NOx emission amount from the
なお、上述のように、本実施形態では、ECU74がエンジンNOx排出量検出手段及びHC増量算出手段に相当する。
また、エンジン1からのNOx排出量は、上述のようにエンジン1の運転状態に基づき推定して検出する代わりに、排気後処理装置より上流側の排気管20にエンジンNOx排出量検出手段としてエンジン排出NOxセンサを設け、このエンジン排出NOxセンサで直接検出するようにしてもよい。
As described above, in the present embodiment, the
Further, instead of estimating and detecting the NOx emission amount from the
こうして、ステップS24或いはステップS26における第2の燃料添加を行うことにより、フィルタ40に堆積していたパティキュレートが焼却され、フィルタ40へのパティキュレート堆積量が減少していく。そして、ステップS28で、フィルタ40前後の差圧とフィルタ40への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量が、強制再生終了判定値以下であると判定すると、フィルタ40の強制再生が完了したものとしてステップS30に進む。
Thus, by performing the second fuel addition in step S24 or step S26, the particulates deposited on the
ステップS30では、フィルタ40の強制再生が完了したことから、強制再生フラグF1の値を0とし、強制再生が行われていないことを示すように変更して今回の制御周期を終了する。
ステップS30において強制再生フラグF1の値が0となることにより、尿素水供給制御では前述したように尿素水の供給が再開され、アンモニア選択還元型NOx触媒42に再び還元剤のアンモニアが供給されるようになる。
In step S30, since the forced regeneration of the
In step S30, when the value of the forced regeneration flag F1 becomes 0, in the urea water supply control, the supply of urea water is resumed as described above, and ammonia as the reducing agent is supplied again to the ammonia selective reduction
フィルタ40の強制再生が完了することにより、第2の燃料添加によるHC選択還元型NOx触媒44へのHC供給はなくなるが、アンモニア選択還元型NOx触媒42へのアンモニア供給再開により、排気中のNOxは引き続きアンモニア選択還元型NOx触媒42で浄化される。
フィルタ40の強制再生が完了した後の制御周期では、強制再生フラグF1の値が0となっていることから、ステップS12からステップS14へと処理が進むようになり、ステップS14で再びフィルタ40の強制再生が必要と判定するまでは、ステップS12とステップS14の処理が繰り返されることになる。
When the forced regeneration of the
In the control cycle after the forced regeneration of the
以上のようにして尿素水供給制御と強制再生制御とが行われることにより、フィルタ40の強制再生が行われないときには、尿素水供給制御による尿素水の供給によって、アンモニア選択還元型NOx触媒42がアンモニアを還元剤としてNOxを選択還元することで排気中のNOxが浄化される。
またフィルタ40の強制再生を行っているときには、尿素水供給制御により尿素水の供給が中止され、尿素水からのNOx生成による排気中のNOx濃度の増大が防止される。このとき、HC選択還元型NOx触媒44が活性化していれば、フィルタ40の強制再生に必要なHC供給量より所定量Qaだけ増量したHCが酸化触媒36に供給されることにより、酸化触媒36で燃焼せずにHC選択還元型NOx触媒44に達したHCが還元剤となり、HC選択還元型NOx触媒44で排気中のNOxが選択還元され、排気中のNOxが浄化される。
By performing the urea water supply control and the forced regeneration control as described above, when the
Further, when the
従って、フィルタ40の強制再生中であっても、排気中のNOxを良好に浄化することが可能となる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では燃料添加弁52からの第2の燃料添加の際にフィルタ40の強制再生に必要なHC供給量を所定量Qaだけ増量することにより、HC選択還元型NOx触媒へのHCの供給を行うようにしたが、HC選択還元型NOx触媒へのHCの供給方法はこれに限られるものではなく、燃料添加弁52とは別にNOx触媒用燃料供給弁80を設けるようにしてもよい。
Therefore, even during forced regeneration of the
Although the description of the exhaust emission control device according to one embodiment of the present invention is finished above, the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the amount of HC supplied for forced regeneration of the
図4は、そのような変形例における排気後処理装置28とその周辺の構成図である。図4において前記実施形態と同様の部材については前記実施形態と同じ符号を用いており、前記実施形態とは、NOx触媒用燃料供給弁(NOx触媒用HC供給手段)80が設けられている点のみが相違している。また、図4に示す部分以外の本変形例の構成についても前記実施形態と同一の構成となっている。
FIG. 4 is a configuration diagram of the
このNOx触媒用燃料供給弁80は、アンモニア選択還元型NOx触媒42とHC選択還元型NOx触媒44との間に配設されている。NOx触媒用燃料供給弁80には、前記実施形態と同様に燃料噴射ポンプ(図示せず)から燃料が供給され、ECU74により開閉が制御されることにより、下流側ケーシング34内の排気中への燃料供給量が制御されるようになっている。
The NOx catalyst
このような変形例において、ECU74により行われる尿素水供給制御は前記実施形態と同一であるので説明を省略する。
また、フィルタ40の強制再生制御は図5に示すフローチャートに従って行われるが、図3に示した前記実施形態における強制再生制御のフローチャートから、ステップS22とステップS26が削除され、ステップS18で酸化触媒36が活性化したと判定すると直ちにステップS24にて、第2の燃料添加によりフィルタ40の昇温を行う点のみが前記実施形態と相違する。このため、図5の強制再生制御については、この相違点の部分について説明し、他の各ステップについての説明は省略する。
In such a modification, the urea water supply control performed by the
Further, the forced regeneration control of the
即ち本変形例の強制再生制御では、前期実施形態と同様にして、酸化触媒36出口側の排気温度Tfcが250度以上となり酸化触媒36が活性化したとステップ18で判定するとステップS24に進む。
ステップS24では、前記実施形態のステップ24と同様に、フィルタ40に流入する排気の温度が所定温度(例えば600℃)となるように予め設定された燃料量Qfsを、第2の燃料添加により燃料添加弁52から供給すべき燃料添加量Qfとして設定し、燃料添加弁52から排気中に燃料添加量Qfの燃料、即ちHCを供給する。
That is, in the forced regeneration control of this modification, as in the previous embodiment, if it is determined in
In step S24, as in
そして、燃料添加弁52から供給されたHCは、酸化触媒36に達し、活性化温度にある酸化触媒36で燃焼する。この燃焼により排気温度が上昇し、フィルタ40に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ40が強制再生される。従って、本変形例では燃料添加弁52が昇温手段に相当する。
このように、本変形例の強制再生制御では、HC選択還元型NOx触媒にHCを供給するための増量は行わず、フィルタ40の昇温のためにのみ第2の燃料添加を行う。
Then, HC supplied from the
As described above, in the forced regeneration control of this modification, the second fuel addition is performed only for increasing the temperature of the
HC選択還元型NOx触媒44へのHCの供給は、図6に示すフローチャートに従い、所定の制御周期で行われる。
まず、ステップS40では強制再生制御フラグF1の値が1であるか否かを判定する。強制再生フラグF1の値が0であるときは、フィルタ40の強制再生が行われておらず、尿素水供給制御によって尿素水の供給が行われていることから、アンモニア選択還元型NOx触媒42によるNOxの浄化が行われている。従って、HC選択還元型NOx触媒44によるNOxの浄化は不要であるため、何もせずに今回の制御周期を終了する。
The supply of HC to the HC selective reduction
First, in step S40, it is determined whether or not the value of the forced regeneration control flag F1 is 1. When the value of the forced regeneration flag F1 is 0, the forced regeneration of the
一方、強制再生フラグF1の値が1であるときは、フィルタ40の強制再生が行われており、尿素水供給制御によって尿素水の供給が中止されていることから、アンモニア選択還元型NOx触媒42によるNOxの浄化が行われていないことになる。
そこで、この場合にはステップS42に進み、NOx触媒温度センサ50によって検出されたHC選択還元型NOx触媒44出口側の排気温度Tpc、即ちHC選択還元型NOx触媒44の温度が、HC選択還元型NOx触媒44の活性温度下限値Tal以上かつ活性温度上限値Tah以下であるか否かを判定することにより、HC選択還元型NOx触媒44が活性化しているか否かを判定する。
On the other hand, when the value of the forced regeneration flag F1 is 1, since the forced regeneration of the
Therefore, in this case, the process proceeds to step S42, and the exhaust temperature Tpc on the outlet side of the HC selective reduction
HC選択還元型NOx触媒44の温度がその活性温度範囲内はないと判定すると、HCの供給を行ってもHC選択還元型NOx触媒44によるNOxの浄化はできないため、今回の制御周期を終了する。
一方、ステップS42で、HC選択還元型NOx触媒44出口側の排気温度Tpc、即ちHC選択還元型NOx触媒44の温度が、HC選択還元型NOx触媒44の活性温度下限値Tal以上かつ活性温度上限値Tah以下であって、HC選択還元型NOx触媒44が活性化していると判定した場合にはステップS44に進む。
If it is determined that the temperature of the HC selective reduction
On the other hand, in step S42, the exhaust temperature Tpc on the outlet side of the HC selective reduction
ステップS44では、HC選択還元型NOx触媒44でのNOxの浄化に必要な量Qaの燃料、即ちHCをNOx触媒用燃料供給弁80から供給し、供給されたHCはHC選択還元型NOx触媒44に達する。
一方、フィルタ40の強制再生が行われているときに、アンモニア選択還元型NOx触媒を通過した排気中のNOxは、HC選択還元型NOx触媒44に達する。
In step S44, an amount of Qa required for NOx purification by the HC selective reduction
On the other hand, when the
HC選択還元型NOx触媒44に達した排気中のNOxは、NOx触媒用燃料供給弁80から供給されたHCを還元剤として、HC選択還元型NOx触媒44により選択還元され、無害なN2となって大気中に排出される。
このときNOx触媒用燃料供給弁80から供給される燃料量は、前記実施形態における所定量Qaと同様にして決定される。
The NOx in the exhaust gas that has reached the HC selective reduction
At this time, the amount of fuel supplied from the NOx catalyst
このようにしてHC選択還元型NOx触媒44へのHCの供給制御が行われることにより、前記実施形態と同様に、フィルタ40の強制再生中であっても良好に排気中のNOxを浄化することが可能となる。
以上で前記実施形態の変形例についての説明を終えるが、前記実施形態の変形例はこれに限られるものではない。
By controlling the supply of HC to the HC selective reduction
This is the end of the description of the modification of the embodiment, but the modification of the embodiment is not limited to this.
例えば、前記実施形態では、燃料添加弁52をHC供給手段とし、燃料添加弁52から第1及び第2の燃料添加を行うことにより、酸化触媒36及びフィルタ40の昇温を行うようにしたが、これに代えてインジェクタ4から主噴射とは別のポスト噴射により第1及び第2の追加燃料噴射を行うようにしてもよい。
この場合、フィルタ40を強制再生する際に酸化触媒36を活性化させるため、前記実施形態と同様に吸気制御弁12や排気絞り弁26を閉方向に制御すると共に、各気筒の膨張行程においてインジェクタ4から第1の追加燃料噴射を行う。第1の追加燃料の噴射タイミングは、膨張行程終期よりも比較的早期であって、このようなタイミングで追加燃料を気筒内に噴射することにより、追加燃料と気筒内の高温の燃焼ガスとが混合して排気ポートや排気マニホールド18内で追加燃料が燃焼し、高温の排気が酸化触媒36に供給されることにより、酸化触媒36の温度が上昇する。
For example, in the embodiment, the
In this case, in order to activate the
また、パティキュレートを焼却可能な温度までフィルタ40を昇温するため、第2の追加燃料を排気行程でインジェクタ4から噴射する。このような噴射タイミングで第2の追加燃料が各気筒に噴射されることにより、第2の追加燃料は気筒内や排気マニホールド18内で燃焼することなく酸化触媒36に達し、活性化温度にある前段酸化触媒36で燃焼する。この燃焼により排気温度がパティキュレートの燃焼に最適な温度まで上昇し、フィルタ40に堆積したパティキュレートが焼却されることにより、フィルタ40が強制再生される。
Further, in order to raise the temperature of the
このようにして第2の追加燃料噴射を行う際に、前記実施形態と同様に、フィルタ40の強制再生に必要な燃料量Qfsに所定量Qaの増量を行うことにより、増量されたHCがHC選択還元型NOx触媒44に達する。このHCを還元剤としてHC選択還元型NOx触媒44によるNOxの浄化が行われるため、前記実施形態と同様の効果を得ることができる。
When the second additional fuel injection is performed in this manner, the increased amount of HC is reduced to HC by increasing the fuel amount Qfs necessary for forced regeneration of the
また、前記実施形態では、下流側ケーシング34内においてフィルタ40の下流側にアンモニア選択還元型NOx触媒42を配置するようにしたが、アンモニア選択還元型NOx触媒42の下流側にフィルタ40を配置するようにしても同様の効果を得ることができる。
更に、排気後処理装置28を上流側ケーシング30と下流側ケーシングとに分けて構成したが、単一のケーシング内に酸化触媒36、フィルタ40、アンモニア選択還元型NOx触媒42及びHC選択還元型NOx触媒44を収容するようにしてもよい。
In the embodiment, the ammonia selective reduction
Further, although the
また、前記実施形態では、尿素水を供給するための噴射ノズル54をフィルタ40の上流側に配置するようにしたが、フィルタ40とアンモニア選択還元型NOx触媒42との間に配置してもよく、アンモニア選択還元型NOx触媒42の上流側に配置されていればどのような位置でもよい。
更に、前記実施形態では噴射ノズル54から尿素水を供給することにより、アンモニア選択還元型NOx触媒42にアンモニアを供給するようにしたが、噴射ノズル54或いは他の手段によりアンモニアそのものをアンモニア選択還元型NOx触媒42に供給するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
Furthermore, in the above-described embodiment, ammonia is supplied to the ammonia selective reduction
また、前記実施形態では、HC選択還元型NOx触媒44の温度として、HC選択還元型NOx触媒44出口側の排気温度を用いたが、HC選択還元型NOx触媒44入口側の排気温度を検出して用いるようにしてもよく、またHC選択還元型NOx触媒44内の温度を検出して用いてもよい。
更に、前記実施形態では、フィルタ40の強制再生要否及び終了の判定を、フィルタ40前後の差圧とフィルタ40への排気流量とに基づき推定したパティキュレートの堆積量に基づき行ったが、これに限られるものではなく、前回の強制再生実施後のエンジン1への燃料供給量の積算値に基づいて行ってもよく、種々知られている方法を採用することが可能である。
In the above embodiment, the exhaust temperature at the outlet side of the HC selective reduction
Further, in the above embodiment, whether the forced regeneration of the
最後に、前記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジンの形式はこれに限定されるものではなく、酸化触媒36、フィルタ40、アンモニア選択還元型NOx触媒42及びHC選択還元型NOx触媒44を備えたエンジンであればどのようなものでも適用可能である。
Finally, in the above embodiment, the present invention is applied to an exhaust emission control device for a diesel engine. However, the engine type is not limited to this, and the
1 エンジン
20 排気管(排気通路)
36 酸化触媒
40 パティキュレートフィルタ
42 アンモニア選択還元型NOx触媒
44 HC選択還元型NOx触媒
52 燃料添加弁(HC供給手段、昇温手段)
54 噴射ノズル(アンモニア供給手段)
74 ECU(制御手段)
80 NOx触媒用燃料供給弁(NOx触媒用HC供給手段)
1
36
54 Injection nozzle (ammonia supply means)
74 ECU (control means)
80 NOx catalyst fuel supply valve (HC supply means for NOx catalyst)
Claims (4)
前記酸化触媒の下流側に配設され、HCを還元剤として排気中のNOxを浄化するHC選択還元型NOx触媒と、
前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを浄化するアンモニア選択還元型NOx触媒と、
前記酸化触媒にHCを供給することにより前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行うHC供給手段と、
前記アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記HC供給手段からHCを供給することにより前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記HC選択還元型NOx触媒が活性化していると判断すると前記HC供給手段から供給するHCの量を前記パティキュレートフィルタの強制再生に必要な量より所定量だけ増量する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。 An oxidation catalyst disposed in the exhaust passage of the engine;
An HC selective reduction type NOx catalyst that is disposed downstream of the oxidation catalyst and purifies NOx in the exhaust gas using HC as a reducing agent;
A particulate filter disposed between the oxidation catalyst and the HC reducing NOx catalyst and collecting particulates in the exhaust;
An ammonia selective reduction type NOx catalyst that is disposed between the oxidation catalyst and the HC reduction type NOx catalyst and purifies NOx in exhaust gas using ammonia as a reducing agent;
HC supply means for performing forced regeneration by raising the temperature of the particulate filter by supplying HC to the oxidation catalyst;
Ammonia supply means for supplying ammonia to the ammonia selective reduction type NOx catalyst;
When the forced regeneration is performed by supplying HC from the HC supply means, the supply of ammonia from the ammonia supply means is stopped, and it is determined that the HC selective reduction type NOx catalyst is activated. An exhaust emission control device comprising: control means for increasing the amount of HC supplied from the HC supply means by a predetermined amount from that required for forced regeneration of the particulate filter.
前記エンジンから排出されるNOxの量を検出するエンジンNOx排出量検出手段と、
前記エンジンNOx排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのNOx排出量に基づき、前記所定量を決定するHC増量算出手段と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 The control means includes
Engine NOx emission detection means for detecting the amount of NOx discharged from the engine;
The exhaust emission control device according to claim 1, further comprising: an HC increase calculation unit that determines the predetermined amount based on a NOx emission amount from the engine detected by the engine NOx emission amount detection unit.
前記HC増量算出手段は、前記エンジンNOx排出量検出手段によって検出された前記エンジンからのNOx排出量と、前記触媒NOx排出量検出手段によって検出された前記HC選択還元型NOx触媒からのNOx排出量とから、前記HC選択還元型NOx触媒のNOx浄化率を求め、前記所定量を前記NOx浄化率に応じて補正することを特徴とする請求項2に記載の排気浄化装置。 A catalyst NOx emission amount detecting means for detecting the amount of NOx emitted from the HC selective reduction type NOx catalyst;
The HC increase amount calculating means includes the NOx emission amount from the engine detected by the engine NOx emission amount detecting means, and the NOx emission amount from the HC selective reduction type NOx catalyst detected by the catalyst NOx emission amount detecting means. The exhaust gas purification apparatus according to claim 2, wherein a NOx purification rate of the HC selective reduction type NOx catalyst is obtained from the above, and the predetermined amount is corrected according to the NOx purification rate.
前記酸化触媒の下流側に配設され、HCを還元剤として排気中のNOxを浄化するHC選択還元型NOx触媒と、
前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記酸化触媒と前記HC還元型NOx触媒との間に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを浄化するアンモニア選択還元型NOx触媒と、
前記パティキュレートフィルタを昇温して強制再生を行う昇温手段と、
前記アンモニア選択還元型NOx触媒にアンモニアを供給するアンモニア供給手段と、
前記HC選択還元型NOx触媒にHCを供給するNOx触媒用HC供給手段と、
前記昇温手段により前記パティキュレートフィルタを昇温して前記強制再生を行っているときには、前記アンモニア供給手段からのアンモニアの供給を中止すると共に、前記NOx触媒用HC供給手段から前記HC選択還元型NOx触媒にHCを供給する制御手段と
を備えたことを特徴とする排気浄化装置。 An oxidation catalyst disposed in the exhaust passage of the engine;
An HC selective reduction type NOx catalyst that is disposed downstream of the oxidation catalyst and purifies NOx in the exhaust gas using HC as a reducing agent;
A particulate filter disposed between the oxidation catalyst and the HC reducing NOx catalyst and collecting particulates in exhaust;
An ammonia selective reduction type NOx catalyst that is disposed between the oxidation catalyst and the HC reduction type NOx catalyst and purifies NOx in the exhaust gas using ammonia as a reducing agent;
A temperature raising means for forcibly regenerating by raising the temperature of the particulate filter;
Ammonia supply means for supplying ammonia to the ammonia selective reduction type NOx catalyst;
HC supply means for NOx catalyst for supplying HC to the HC selective reduction type NOx catalyst;
When the particulate filter is heated by the temperature raising means to perform the forced regeneration, the supply of ammonia from the ammonia supply means is stopped and the HC selective reduction type from the HC supply means for NOx catalyst is stopped. An exhaust purification device comprising: control means for supplying HC to the NOx catalyst.
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