JP4542455B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは尿素若しくはアンモニアを還元剤として利用して排ガス中のNOxを還元する排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device that reduces NOx in exhaust gas by using urea or ammonia as a reducing agent.
例えばディーゼルエンジン等のようにリーン空燃比下で燃焼を行う内燃機関では排ガス中に含まれるNOxの浄化が要求され、この要求に対して尿素若しくはアンモニアを還元剤として利用して排ガス中のNOxを還元するアンモニア添加式NOx触媒(以下、単にSCR触媒と称する)を備えた排気浄化装置が実用化されている。
この種の排気浄化装置では、例えば内燃機関の排気通路に上流側から前段酸化触媒、加水分解触媒、SCR触媒、後段酸化触媒を配置し、加水分解触媒の上流側に尿素水溶液を供給するための噴射ノズルを配置している。噴射ノズルから供給された尿素水溶液は加水分解触媒上で排ガス中のH2Oと反応してNH3(アンモニア)に分解され、SCR触媒上で排ガス中のNOxがアンモニアと反応して無害なN2に還元され、一方、このときの余剰アンモニアが後段酸化触媒によりNOに酸化され、以上のようにしてNOxの浄化が図られる。
For example, an internal combustion engine that burns at a lean air-fuel ratio, such as a diesel engine, requires purification of NOx contained in the exhaust gas. In response to this requirement, NOx in the exhaust gas is reduced by using urea or ammonia as a reducing agent. An exhaust gas purification apparatus equipped with a reducing ammonia addition type NOx catalyst (hereinafter simply referred to as SCR catalyst) has been put into practical use.
In this type of exhaust purification device, for example, a pre-stage oxidation catalyst, a hydrolysis catalyst, an SCR catalyst, and a post-stage oxidation catalyst are arranged from the upstream side in the exhaust passage of the internal combustion engine, and an aqueous urea solution is supplied to the upstream side of the hydrolysis catalyst. An injection nozzle is arranged. The urea aqueous solution supplied from the injection nozzle reacts with H 2 O in the exhaust gas on the hydrolysis catalyst to be decomposed into NH 3 (ammonia), and NOx in the exhaust gas reacts with ammonia on the SCR catalyst, which is harmless. It is reduced to 2, whereas surplus ammonia at this time is oxidized to NO by the downstream side oxidation catalyst, purification of NOx can be achieved as described above.
ところで、SCR触媒は触媒上へのアンモニアの吸着量が多いほどNOx浄化率が高くなるという性質を有していることから、良好なNOx浄化率を実現するにはアンモニアを可能な限りSCR触媒上に吸着させることが望ましい。しかしながら、一方で図3の特性図に示すようにSCR触媒のアンモニア吸着量は触媒温度に依存し、触媒温度が高くなるに従って吸着限界量が低下するという特性をも有している。 By the way, since the SCR catalyst has a property that the NOx purification rate increases as the amount of ammonia adsorbed on the catalyst increases, in order to achieve a good NOx purification rate, ammonia is used on the SCR catalyst as much as possible. It is desirable to adsorb to. However, on the other hand, as shown in the characteristic diagram of FIG. 3, the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst depends on the catalyst temperature, and the adsorption limit amount decreases as the catalyst temperature increases.
従って、例えば図中の触媒温度Taにおいてアンモニアを吸着限界付近まで吸着した状態で、車両の急加速等により排気温度と共に触媒温度がTbまで急増したときには、吸着限界量の低下分に相当する多量のアンモニアがSCR触媒から離脱する現象、所謂アンモニアスリップが発生してしまう。上記のように後段酸化触媒ではある程度のアンモニアの処理作用が奏されるが、加速に伴って急増する多量のアンモニアを全て処理するのは到底不可能であり、大気中へのアンモニアの排出を防止できなかった。そこで、アンモニアスリップの抑止のためにSCR触媒上でのアンモニア吸着量を吸着限界量から制限せざるを得ず、必然的にSCR触媒が有するNOx浄化作用を最大限に発揮させることができなかった。 Accordingly, for example, when ammonia is adsorbed to the vicinity of the adsorption limit at the catalyst temperature Ta in the figure, and the catalyst temperature rapidly increases to Tb along with the exhaust temperature due to the rapid acceleration of the vehicle, a large amount corresponding to the decrease in the adsorption limit amount. A phenomenon in which ammonia is detached from the SCR catalyst, so-called ammonia slip, occurs. As described above, the post-stage oxidation catalyst provides a certain amount of ammonia treatment, but it is impossible to treat all of the large amount of ammonia that rapidly increases with acceleration, thus preventing ammonia from being discharged into the atmosphere. could not. Therefore, in order to prevent ammonia slip, the amount of ammonia adsorbed on the SCR catalyst must be limited from the adsorption limit amount, and inevitably, the NOx purification action of the SCR catalyst could not be exhibited to the maximum. .
一方、冷態時の内燃機関から多量に排出されるHC対策の一つとして、排出されたHCをHC吸着材に一時的に吸着した上で、HC吸着材が所定温度に達したときにEGR弁の閉弁や点火時期の進角等のNOx増大制御を実行することにより、昇温に伴ってHC吸着材から離脱したHCをNOxと反応・処理するようにした排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1に開示された技術はHC吸着材から離脱したHCを処理する対策であり、SCR触媒で発生するアンモニアスリップについては何ら想定していない。よって、特許文献1の技術をSCR触媒から離脱したアンモニアの処理に応用することは到底できなかった。
しかも、上記説明から明らかなようにアンモニアスリップは触媒温度が急増したときに生じ、例えば図4のタイムチャートに破線で示すように触媒温度の上昇が緩慢なときには、アンモニアの離脱も緩やかで時間当たりの離脱量が少ないことから、問題になるほどの顕著なアンモニアスリップは生じない。ところが、特許文献1の技術ではHC吸着材の温度の絶対値に基づいてHC吸着材からのHCの離脱を推定しているため、仮にこの手法をアンモニアスリップの判定に利用したとすると、温度上昇が緩慢なときであってもSCR触媒の温度が高いときにはアンモニアスリップと判定され、逆に温度上昇が急激であってもSCR触媒の温度が低いときにはアンモニアスリップと判定されず、適切なアンモニアスリップの判定、ひいてはその対策を実施できないという問題が生じる。
However, the technique disclosed in
Moreover, as is apparent from the above description, ammonia slip occurs when the catalyst temperature rapidly increases. For example, when the catalyst temperature rises slowly as shown by the broken line in the time chart of FIG. Since there is a small amount of detachment of ammonia, there is no significant ammonia slip that is problematic. However, since the technique of
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アンモニアスリップを的確に判定し、このときにSCR触媒から離脱するアンモニアを適切に処理して大気中への排出を未然に防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such problems. The object of the present invention is to accurately determine ammonia slip and appropriately treat the ammonia released from the SCR catalyst at this time in the atmosphere. An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can prevent the exhaust gas from being discharged into the engine.
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、内燃機関の排気通路に設けられて該排気通路に尿素又はアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給手段と、排気通路の還元剤供給手段の排気下流側に設けられて、還元剤供給手段から供給された尿素又はアンモニアにより排ガス中のNOxを還元するNOx触媒と、内燃機関の運転状態を制御して内燃機関から排出されるNOxを増大可能なNOx増大手段と、NOx触媒の温度変化率を推定する温度変化率推定手段と、温度変化率推定手段により推定されたNOx触媒の温度変化率が正側に設定された所定の閾値以上であるときに、還元剤供給手段による尿素又はアンモニアの供給を中止すると共に、NOx増大手段により内燃機関から排出されるNOxを増大する制御手段とを備えたものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a reducing agent supply means provided in an exhaust passage of an internal combustion engine for supplying urea or ammonia as a reducing agent to the exhaust passage, and a reducing agent supply means for the exhaust passage. NOx catalyst provided on the exhaust downstream side to reduce NOx in exhaust gas with urea or ammonia supplied from reducing agent supply means, and NOx discharged from the internal combustion engine can be increased by controlling the operating state of the internal combustion engine The NOx increasing means, the temperature change rate estimating means for estimating the temperature change rate of the NOx catalyst, and the temperature change rate of the NOx catalyst estimated by the temperature change rate estimating means is greater than or equal to a predetermined threshold set on the positive side. In some cases, there is provided control means for stopping supply of urea or ammonia by the reducing agent supply means and increasing NOx discharged from the internal combustion engine by the NOx increasing means.
従って、NOx触媒の温度変化率が正側の閾値以上のとき、即ち、NOx触媒が急激に温度上昇してアンモニアスリップによりアンモニアを離脱させているときには、内燃機関から排出されるNOxが増大されて離脱アンモニアと反応し、これによりアンモニアの排出が防止されると共に、尿素又はアンモニアの供給が中止されて、これらの物質によりNOxは無用に消費されることなく本来の離脱アンモニアの処理のために有効に利用される。 Therefore, when the temperature change rate of the NOx catalyst is greater than or equal to the positive threshold, that is, when the temperature of the NOx catalyst suddenly rises and ammonia is released by ammonia slip, the NOx discharged from the internal combustion engine is increased. It reacts with the released ammonia, thereby preventing the discharge of ammonia, and the supply of urea or ammonia is stopped, so that NOx is not consumed unnecessarily by these substances, and is effective for the treatment of the originally released ammonia. Used for
そして、アンモニアスリップはNOx触媒の温度上昇が急激な場合に発生するが、温度上昇が急激か否かはNOx触媒の温度変化率と相関することから、アンモニアスリップの発生状況を判別するために温度変化率は最適な指標と見なせ、この温度変化率に基づいてアンモニアスリップを的確に判定することにより、必要に応じて離脱アンモニアを適切に処理可能となる。 Ammonia slip occurs when the temperature rise of the NOx catalyst is abrupt, but whether or not the temperature rise is abrupt is correlated with the temperature change rate of the NOx catalyst. The rate of change can be regarded as an optimal index, and by accurately determining the ammonia slip based on this rate of temperature change, the desorbed ammonia can be appropriately treated as necessary.
好ましい態様として、NOx触媒の温度変化率が所定の閾値以上である状態が所定期間継続したときに、制御手段が尿素又はアンモニアの供給を中止すると共にNOxを増大させることが望ましい。
このように構成すれば、アンモニアスリップを生じさせるに至らないごく短時間の温度上昇、例えば瞬間的な車両加速等が除外されるため、このような場合の不適切な離脱アンモニアの処理の実行を防止できる。
As a preferred embodiment, when the state in which the temperature change rate of the NOx catalyst is equal to or higher than a predetermined threshold value continues for a predetermined period, it is desirable that the control means stop supplying urea or ammonia and increase NOx.
With this configuration, an extremely short temperature rise that does not cause ammonia slip, for example, instantaneous vehicle acceleration, is excluded. Can be prevented.
請求項2の発明は、請求項1において、NOx増大手段が、内燃機関の燃料噴射時期の進角やEGRの遮断を行ってNOxを増大するものである。従って、筒内での燃焼状態が燃料噴射時期の進角やEGRの遮断により容易に改善されてNOxが増大し、増大したNOxにより離脱アンモニアが処理される。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the NOx increasing means increases the NOx by blocking the advance angle of the fuel injection timing of the internal combustion engine or EGR. Therefore, the combustion state in the cylinder is easily improved by the advance of the fuel injection timing or the EGR cutoff, and NOx increases, and the separated ammonia is processed by the increased NOx.
以上説明したように請求項1の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、NOx触媒の温度変化率に基づいてアンモニアスリップを的確に判定し、尿素又はアンモニアの供給を中止すると共に、内燃機関から排出されるNOxを増大してNOx触媒から離脱するアンモニアと反応させ、これにより離脱アンモニアの大気中への排出を未然に防止することができる。 As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the first aspect, the ammonia slip is accurately determined based on the temperature change rate of the NOx catalyst, the supply of urea or ammonia is stopped, and the internal combustion engine is stopped. NOx discharged from the NOx is increased and reacted with ammonia desorbed from the NOx catalyst, thereby preventing the desorbed ammonia from being discharged into the atmosphere.
請求項2の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項1に加えて、燃料噴射時期の進角やEGRの遮断により容易に燃焼状態を改善してNOxを増大させ、増大したNOxにより離脱アンモニアを処理することができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the second aspect of the invention, in addition to the first aspect, the combustion state is easily improved by the advance of the fuel injection timing and the EGR is cut off to increase NOx, and the increased NOx By this, the detached ammonia can be treated.
以下、本発明をディーゼル式内燃機関の排気浄化装置に具体化した一実施形態を説明する。
図1は本実施形態のディーゼル式内燃機関の排気浄化装置を示す全体構成図であり、内燃機関1は直列6気筒機関として構成されている。内燃機関1の各気筒には燃料噴射弁2が設けられ、各燃料噴射弁2は共通のコモンレール3から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an exhaust emission control device for a diesel internal combustion engine will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an exhaust emission control device for a diesel internal combustion engine according to the present embodiment. The
内燃機関1の吸気側には吸気マニホールド4が装着され、吸気マニホールド4に接続された吸気通路5には、上流側よりエアクリーナ6、ターボチャージャ7のコンプレッサ7a、インタクーラ8、アクチュエータ9aにより開閉駆動される吸気絞り弁9が設けられている。又、内燃機関1の排気側には排気マニホールド10が装着され、排気マニホールド10には上記コンプレッサ7aと同軸上に連結されたターボチャージャ7のタービン7bが接続されている。タービン7bには排気通路11が接続され、排気通路11には上流側からアクチュエータ12aにより開閉駆動される排気絞り弁12、前段酸化触媒13、排気通路11内に還元剤として尿素水溶液を供給する噴射ノズル14(還元剤供給手段)、加水分解触媒15、SCR触媒16(アンモニア添加式NOx触媒)、及び図示しない消音器が設けられている。
An
尚、排気通路11の構成はこれに限らず、例えば排ガス中のパティキュレートを捕集するDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)や後段酸化触媒等を追加してもよい。
内燃機関1の運転中においてエアクリーナ6を経て吸気通路5内に導入された吸気はターボチャージャ7のコンプレッサ7aにより加圧された後にインタクーラ8、吸気絞り弁9、吸気マニホールド4を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁2から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド10を経てタービン7bを回転駆動した後に排気絞り弁12、前段酸化触媒13、噴射ノズル14、加水分解触媒15、SCR触媒16、消音器を経て外部に排出される。
The configuration of the exhaust passage 11 is not limited to this, and for example, a DPF (diesel particulate filter) that collects particulates in exhaust gas, a post-stage oxidation catalyst, or the like may be added.
During operation of the
そして、噴射ノズル14から供給された尿素水溶液は排ガスと混合された状態で加水分解触媒15に到達し、当該触媒15上で次式(1)に示すように排ガス中のH2Oと反応してNH3(アンモニア)に分解される。
(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2………(1)
アンモニアは排ガスと共に下流側のSCR触媒16に到達し、SCR触媒16上では例えば次式(2)に示すように排ガス中のNOxがアンモニアと反応して無害なN2に還元され、以上のようにしてNOxの浄化が図られる。
The urea aqueous solution supplied from the
(NH 2 ) 2 CO + H 2 O → 2 NH 3 + CO 2 (1)
Ammonia reaches the
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O………(2)
一方、吸気マニホールド4と排気マニホールド10とはEGR通路17により接続され、EGR通路17にはアクチュエータ18aにより開閉駆動されるEGR弁18及びEGRクーラ19が設けられている。内燃機関1の運転中にはEGR弁18の開度に応じて排気マニホールド10側から吸気マニホールド4側に排ガスの一部がEGRガスとして還流される。
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (2)
On the other hand, the
吸気マニホールド4にはアクチュエータ20aにより開閉駆動されるスワール弁20が各気筒の吸気ポートに対応して設けられ、各スワール弁20の閉弁時には筒内にスワール流が生起される。
上記吸気絞り弁9、排気絞り弁12、EGR弁18、スワール弁20の各アクチュエータ9a,12a,18a,20a、燃料噴射弁2、燃料ノズル14等はECU31(電子コントロールユニット)に接続され、センサ類からの検出情報に基づいてECU31により駆動制御される。例えばECU31は機関回転速度や負荷等の内燃機関1の運転状態に基づいて燃料噴射弁2の噴射量、噴射圧、噴射時期を制御して内燃機関1を運転すると共に、アクチュエータ18aによりEGR弁18の開度を制御してEGR還流量を調整し、アクチュエータ20aによりスワール弁20の開度を制御してスワール流を調整し、噴射ノズル14からの尿素水溶液の供給量を調整する。
The
The
更に、ECU31にはSCR触媒16の上流側に設けられた温度センサ32が接続されており、この温度センサ32により検出されたSCR触媒16の入口温度T(SCR触媒16の温度と相関する)の変化率ΔTに基づき、触媒温度の急増に起因するアンモニアスリップの発生を判定し、このときSCR触媒16から離脱するアンモニアを処理するための制御を実施しており、以下、当該制御について詳述する。
Further, a
ECU31は図2に示す離脱アンモニア処理ルーチンを内燃機関1の運転中に所定の制御インターバルで実行し、まず、ステップS2でSCR触媒16の入口温度Tの時間当たりの変化率ΔTを算出し(温度変化率推定手段)、続くステップS4で算出した変化率ΔTが予め設定された閾値A以上であるか否かを判定する。閾値AとしてはSCR触媒16の温度上昇を判別すべく正側の値に設定され、且つ、ある程度顕著なアンモニアスリップ(即ち、SCR触媒16に吸着されているアンモニアが急激に離脱するほどのアンモニアスリップ)を発生させる温度上昇に対応して設定されている。
The
従って、ステップS4の判定のNo(否定)のときには入口温度Tが上昇せずにアンモニアスリップが発生していない、若しくはアンモニアスリップは生じているものの温度上昇が緩慢なためアンモニア離脱量が少なく問題なしと見なし、ステップS6でタイマtをリセットした後にルーチンを終了する。
又、ステップS4の判定がYes(肯定)のときにはステップS8に移行してタイマtをインクリメント「+1」し、続くステップS10でタイマtが予め設定された所定値Bに達したか否かを判定する。当該所定値Bは、アンモニアスリップを生じさせるに至らないごく短時間の温度上昇、例えば瞬間的な車両加速等を除外するためのものであり、タイマtが所定値B未満でステップS10の判定がNoのときにはそのままルーチンを終了する。そして、タイマtが所定値Bに達する以前に温度上昇が中断されると、ECU31はステップS4からステップS6に移行してタイマtをリセットするため、この場合には何ら処理は行わずに初期の状態に戻る。
Therefore, when the determination in step S4 is No (No), the inlet temperature T does not rise and ammonia slip does not occur, or ammonia slip occurs but the temperature rise is slow, so there is no problem with less ammonia removal. The routine is terminated after resetting the timer t in step S6.
If the determination in step S4 is Yes (positive), the process proceeds to step S8, where the timer t is incremented by "+1", and in the subsequent step S10, it is determined whether the timer t has reached a predetermined value B set in advance. To do. The predetermined value B is for excluding an extremely short temperature rise that does not cause ammonia slip, for example, instantaneous vehicle acceleration, and the determination of step S10 is made when the timer t is less than the predetermined value B. If No, the routine is terminated as it is. If the temperature increase is interrupted before the timer t reaches the predetermined value B, the
そして、温度上昇の継続によりステップS10の判定がYesになると、ステップS12で噴射ノズル14からの尿素の供給を中止し、続くステップS14でNOx増大制御を実行し(制御手段)、その後にルーチンを終了する。本実施形態ではNOx増大制御として、EGR弁18の閉弁、燃料噴射時期の進角、燃料噴射圧の増加、スワール弁20の閉制御が設定されており(NOx増大手段)、ステップS14ではこれらの全ての制御若しくは予め選択した一部の制御が実行される。各制御は燃焼状態の改善により排ガス中のNOxを増加させることを意図したものであり、EGR弁18の閉弁は不活性な排ガスの還流を中止することで燃焼状態が改善され、燃料噴射時期の進角や噴射圧の増加も燃焼状態の改善に貢献し、スワール弁20の閉制御も筒内でのスワール流の生起により燃焼状態が改善され、これらの要因により排ガス中のNOxが増加される。
If the determination in step S10 is Yes due to the continuation of the temperature rise, the urea supply from the
その後、温度上昇が中断されてステップS4の判定がNoになると、ECU31はステップS4からステップS6に移行してタイマtをリセットする。従って、ステップS12,14の処理は実行されなくなり、噴射ノズル14からの尿素水溶液の供給が再開されると共に、NOx増大制御が中止される。
次に、以上のECU31の処理によって実行されるアンモニアスリップ時のアンモニア処理について説明する。
Thereafter, when the temperature rise is interrupted and the determination in step S4 becomes No, the
Next, the ammonia processing at the time of ammonia slip executed by the processing of the
図3はSCR触媒16の温度に対するアンモニア吸着量を示す特性図、図4はSCR触媒16の温度上昇時のアンモニアの離脱状況を示すタイムチャートである。
まず、図4に破線で示すように車両の加速等に伴ってSCR触媒16の入口温度Tが上昇したとしても、その変化率ΔTが閾値A未満のときには、SCR触媒16からのアンモニアの離脱が緩やかで時間当たりの離脱量も少ないことから、顕著なアンモニアスリップは発生しない。このときのECU31はステップS4若しくはステップS10でNoの判定を下してステップS12,14のアンモニアスリップの対策は行わないが、アンモニアの離脱により排ガス特性が悪化する虞はない。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the amount of ammonia adsorbed with respect to the temperature of the
First, even if the inlet temperature T of the
一方、図4に実線で示すようにSCR触媒16の入口温度Tが閾値A以上の変化率ΔTで上昇したときには、アンモニアスリップによりSCR触媒16からは多量のアンモニアが離脱する。例えばSCR触媒16が有するNOx浄化作用を最大限に発揮させるべく、噴射ノズル14の制御によりSCR触媒16上にアンモニアを吸着限界量まで吸着させているときには、図3に示すようにSCR触媒16の温度がTaからTbまで上昇した時点で、吸着限界量の低下分に相当するアンモニアが離脱することになる。
On the other hand, when the inlet temperature T of the
このときECU31によりステップS12,14の処理が実行され、ステップS14でのNOx増大制御により排ガス中のNOxが急激に増大し、増大したNOxが上式(2)の反応式に従ってアンモニアと反応し、これによりSCR触媒16から離脱したアンモニアが処理される。又、ステップS12の尿素供給の中止により加水分解触媒15上でのアンモニアの生成が中断されるため、生成されたアンモニアによりNOxは無用に消費されることなく本来の離脱アンモニアの処理のために有効に利用される。
At this time, the processing of steps S12 and S14 is executed by the
ステップS14のNOx増大制御は、例えば予め設定された所定量だけ排ガス中のNOxを増大させるようにしてもよいし、或いは所定のマップに基づき入口温度Tの増加分(図3のTb−Ta)からアンモニアの離脱量を予測し、このアンモニア離脱量を処理可能なNOx量だけNOxを増大させるようにしてもよい。後者の手法によれば、離脱アンモニアの処理のためにNOxが過不足なく供給され、NOx不足によるアンモニアの排出や逆の余剰NOxの排出を防止できる。又、SCR触媒16の下流側に後段酸化触媒を配置した場合には、後段酸化触媒でのアンモニアの処理を考慮して、処理相当分だけNOx増大量を減少させてもよい。
In the NOx increase control in step S14, for example, NOx in the exhaust gas may be increased by a predetermined amount set in advance, or an increase in the inlet temperature T based on a predetermined map (Tb-Ta in FIG. 3). From this, it is possible to predict the amount of ammonia released and increase NOx by the amount of NOx that can be processed. According to the latter method, NOx is supplied without excess or deficiency for the treatment of separated ammonia, and ammonia discharge due to NOx deficiency or reverse excess NOx discharge can be prevented. Further, in the case where the post-stage oxidation catalyst is disposed on the downstream side of the
又、本実施形態では温度変化率ΔTをSCR触媒16の入口温度における変化率としたが、これに限らずSCR触媒16の出口側にも温度センサを設けて、入口側と出口側との変化率の平均値を温度変化率ΔTとしてもよい。
以上のように本実施形態では、急激な温度上昇に起因するアンモニアスリップによりSCR触媒16からアンモニアが離脱する現象に着目し、この離脱アンモニアを処理するために排ガス中のNOxを増大させている。従って、急激な温度上昇によりアンモニアスリップが発生しても、増大したNOxにより離脱アンモニアを反応させて適切に処理でき、もって大気中へのアンモニアの排出を未然に防止することができる。
In the present embodiment, the temperature change rate ΔT is the rate of change in the inlet temperature of the
As described above, in the present embodiment, attention is paid to the phenomenon in which ammonia is desorbed from the
しかも、アンモニアスリップはSCR触媒16の温度上昇が急激な場合に発生するが、温度上昇が急激か否かは温度変化率ΔTと相関することから、アンモニアスリップの発生状況を判別するために温度変化率ΔTは最適な指標と見なすことができる。本実施形態ではこの温度変化率ΔTに基づいてアンモニアスリップを判定しているため、温度上昇が急激で離脱アンモニアの処理を要する場合(図4に実線で示す)には確実にステップS12,14の対策を実施してアンモニアの排出を防止できると共に、温度上昇が緩慢で離脱アンモニアの処理を要さない場合(図4に破線で示す)には対策を実施せずに、無用な尿素供給の中止やNOxの増大により却って排ガス特性を悪化させる事態を未然に防止することができる。
Moreover, ammonia slip occurs when the temperature rise of the
一方、このようにアンモニアスリップによるアンモニアの排出を確実に防止できることから、アンモニアスリップの抑止のためにSCR触媒16上でのアンモニア吸着量を吸着限界量から制限する必要がなくなり、例えばSCR触媒16上のアンモニア吸着量を常に図3の吸着限界量に調整してもアンモニアスリップによる弊害は一切発生しない。そして、これによりSCR触媒16のNOx浄化作用を最大限に発揮させて、その効率向上分だけSCR触媒16を縮小でき、ひいては排気浄化装置の小型化及び軽量化を達成できるという利点も得られる。
On the other hand, since ammonia discharge due to ammonia slip can be reliably prevented in this way, it is not necessary to limit the ammonia adsorption amount on the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではディーゼル式内燃機関1の排気浄化装置に具体化したが、アンモニアスリップを発生させ得るNOx触媒を備えた内燃機関であれば種別はこれに限ることはなく、例えばリーン空燃比で運転するリーンバーン内燃機関に適用してもよい。
This is the end of the description of the embodiment, but the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above embodiment, the exhaust purification device of the diesel
又、上記実施形態ではSCR触媒16の入口温度Tの変化率ΔTに基づいてアンモニアスリップを判定したが、SCR触媒16の温度と相関するパラメータであればこれに限ることはない。例えばSCR触媒16の温度は排気温度の影響を受け、排気温度はアクセル操作量、車速、機関回転速度等に応じて変化することから、これらのパラメータの変化率に基づいてアンモニアスリップを判定することもできる。より具体的に述べると、アクセル操作量が増加するほど、車速が増加するほど、機関回転速度が増加するほど排気温度が上昇し、必然的に触媒温度も上昇することから、入口温度Tの変化率ΔTに代えて、アクセル操作量の変化率、車速の変化率、機関回転速度の変化率の何れかを求めて、変化率が所定の閾値を越えて増加したときにアンモニアスリップの発生と判定して対策を実行するようにしてもよい。
In the above embodiment, the ammonia slip is determined based on the rate of change ΔT of the inlet temperature T of the
更に、上記実施形態では、入口温度Tの変化率ΔTが閾値Aを越えてから所定値Bの経過後にステップS12,14のアンモニアスリップの対策を開始したが、所定値Bに関する判定を省略して、入口温度Tの変化率ΔTが閾値Aを越えた時点で直ちにステップS12,14の処理を開始してもよい。更に入口温度Tの変化率ΔTが閾値Aを越えてから実際にSCR触媒16からアンモニアが離脱を開始するまでには若干のタイムラグがあることから、タイムラグ相当だけ遅延したタイミングでステップS12,14の処理を開始してもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, measures against ammonia slip in steps S12 and S14 are started after the elapse of the predetermined value B after the change rate ΔT of the inlet temperature T exceeds the threshold A, but the determination regarding the predetermined value B is omitted. The processing in steps S12 and S14 may be started immediately when the rate of change ΔT of the inlet temperature T exceeds the threshold A. Further, since there is a slight time lag from when the rate of change ΔT of the inlet temperature T exceeds the threshold value A until ammonia actually starts to desorb from the
1 内燃機関
2 燃料噴射弁(NOx増大手段)
11 排気通路
14 噴射ノズル(還元剤供給手段)
16 SCR触媒(NOx触媒)
18 EGR弁(NOx増大手段)
20 スワール弁(NOx増大手段)
31 ECU(NOx増大手段、制御手段)
1
11
16 SCR catalyst (NOx catalyst)
18 EGR valve (NOx increase means)
20 Swirl valve (NOx increase means)
31 ECU (NOx increasing means, control means)
Claims (2)
上記排気通路の上記還元剤供給手段の排気下流側に設けられて、該還元剤供給手段から供給された尿素又はアンモニアにより排ガス中のNOxを還元するNOx触媒と、
上記内燃機関の運転状態を制御して該内燃機関から排出されるNOxを増大可能なNOx増大手段と、
上記NOx触媒の温度変化率を推定する温度変化率推定手段と、
上記温度変化率推定手段により推定された上記NOx触媒の温度変化率が正側に設定された所定の閾値以上であるときに、上記還元剤供給手段による尿素又はアンモニアの供給を中止すると共に、上記NOx増大手段により内燃機関から排出されるNOxを増大する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 Reducing agent supply means provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and supplying urea or ammonia as a reducing agent to the exhaust passage;
A NOx catalyst provided on the exhaust gas downstream side of the reducing agent supply means in the exhaust passage to reduce NOx in the exhaust gas with urea or ammonia supplied from the reducing agent supply means;
NOx increasing means capable of controlling the operating state of the internal combustion engine to increase NOx discharged from the internal combustion engine;
A temperature change rate estimating means for estimating a temperature change rate of the NOx catalyst;
When the temperature change rate of the NOx catalyst estimated by the temperature change rate estimating means is equal to or more than a predetermined threshold set on the positive side, the supply of urea or ammonia by the reducing agent supply means is stopped, and An exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising: control means for increasing NOx discharged from the internal combustion engine by the NOx increasing means.
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