JP4729990B2 - 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関し、特に、煤等の粒子状物質の酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制する技術に関する。   The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for suppressing deterioration in fuel consumption associated with oxidation removal processing of particulate matter such as soot.

近年、圧縮着火内燃機関(ディーゼルエンジン)にて駆動される自動車等から大気中へ排出される煤等の粒子状物質(PM:Particulate Matter)を低減する技術が望まれている。そのため、内燃機関の排気通路にパティキュレートフィルタ(以下、「フィルタ」という場合もある。)を配置し、内燃機関から排出されるPMをフィルタで捕集する技術が知られている。   In recent years, a technique for reducing particulate matter (PM) such as soot discharged from the automobile or the like driven by a compression ignition internal combustion engine (diesel engine) into the atmosphere has been desired. Therefore, a technique is known in which a particulate filter (hereinafter sometimes referred to as a “filter”) is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and PM discharged from the internal combustion engine is collected by the filter.

ただし、フィルタにPMが過度に捕集されて、フィルタにPMが過堆積すると、フィルタが目詰まりして排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう。そのため、フィルタに捕集されているPMを該フィルタから酸化除去させる、いわゆるPM酸化除去処理を適宜実行する必要がある。   However, if PM is excessively collected on the filter and PM is excessively deposited on the filter, the filter is clogged, causing an increase in exhaust resistance and a reduction in the output of the internal combustion engine. For this reason, it is necessary to appropriately execute a so-called PM oxidation removal process in which PM collected by the filter is oxidized and removed from the filter.

また、圧縮着火内燃機関からの排気に含まれる窒素酸化物(以下、「NOx」という場合もある。)をも除去する必要がある。そして、特許文献1には、アンモニア選択還元型触媒を担持したフィルタと、当該フィルタの上流から尿素水を供給する尿素添加機構を備え、フィルタにPMを捕集するとともに、尿素添加機構から添加する尿素水を加水分解して発生させたアンモニアで、NOxを還元する排気浄化装置が提案されている。
特開2004−60494号公報 特開2000−8833号公報 特開2002−339729号公報
Further, it is necessary to remove nitrogen oxides (hereinafter sometimes referred to as “NOx”) contained in the exhaust from the compression ignition internal combustion engine. Patent Document 1 includes a filter carrying an ammonia selective reduction catalyst and a urea addition mechanism for supplying urea water from the upstream side of the filter. PM is collected in the filter and added from the urea addition mechanism. An exhaust purification device that reduces NOx with ammonia generated by hydrolyzing urea water has been proposed.
JP 2004-60494 A JP 2000-8833 A JP 2002-339729 A

上述したPM酸化除去処理は、PMが酸化可能な温度域(約500℃〜700℃)までフィルタを昇温させつつフィルタ内を酸化雰囲気(すなわち、酸素過剰な雰囲気)とすることにより、PMを酸化及び除去するものである。   The above-described PM oxidation removal treatment is performed by increasing the temperature of the filter to a temperature range where PM can be oxidized (about 500 ° C. to 700 ° C.) while making the inside of the filter an oxidizing atmosphere (that is, an oxygen-excess atmosphere). Oxidation and removal.

そして、フィルタを昇温させる手段としては、内燃機関からの排気の温度を上昇させて排気の熱をフィルタへ伝達させることにより、フィルタを昇温させるものを例示することができる。その具体的な方法としては、内燃機関における混合気の燃焼時期を遅角させる方法、内燃機関の膨張行程時に、燃料噴射弁から気筒内に副次的に燃料を噴射(副噴射)させて燃焼期間を長引かせる方法などを例示することができる。   The means for raising the temperature of the filter can be exemplified by raising the temperature of the filter by raising the temperature of the exhaust from the internal combustion engine and transmitting the heat of the exhaust to the filter. Specifically, the combustion timing of the air-fuel mixture in the internal combustion engine is retarded. During the expansion stroke of the internal combustion engine, fuel is injected from the fuel injection valve into the cylinder (sub-injection) and burned. A method for prolonging the period can be exemplified.

このように、PMを酸化除去するためには、副噴射を行うなど余分な燃料が必要になることからPM酸化除去処理を実行するに伴い燃費が悪化する。それゆえ、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制する必要がある。   As described above, in order to oxidize and remove PM, extra fuel is required, for example, by performing sub-injection. Therefore, fuel efficiency deteriorates as the PM oxidation removal process is performed. Therefore, it is necessary to suppress fuel consumption deterioration associated with the PM oxidation removal process.

一方、上述したように尿素添加機構が備えられているとしても、当該尿素添加機構にて添加されるアンモニア化合物としての尿素水あるいはアンモニアを利用してPM酸化除去処理の性能を向上させる技術は未だ提案されていない。   On the other hand, even if a urea addition mechanism is provided as described above, there is still a technology for improving the performance of the PM oxidation removal process using urea water or ammonia as an ammonia compound added by the urea addition mechanism. Not proposed.

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、PMを酸化除去する性能を向上させる技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for improving the performance of oxidizing and removing PM.

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の排気通路に配置され排気中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、当該パティキュレートフィルタの上流からアンモニア化合物を供給するアンモニア化合物供給手段を有し、前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を酸化除去するPM酸化除去処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給することにより、アンモニア化合物あるいはアンモニアを前記パティキュレートフィルタに吸着させた後、前記PM酸化除去処理を実行することを特徴とする。   In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a particulate filter that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulate matter contained in the exhaust, and the particulate filter. In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, having an ammonia compound supply means for supplying an ammonia compound from upstream of a curate filter, and performing a PM oxidation removal process for oxidizing and removing particulate matter collected by the particulate filter, By supplying an ammonia compound by an ammonia compound supply means, the PM compound is removed after the ammonia compound or ammonia is adsorbed on the particulate filter.

本発明者の研究によると、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアとPMを混合させてPMの酸化除去処理を行うと、言い換えるとフィルタにアンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアを存在させた状態でPMの酸化除去処理を行うと、PMの酸化除去処理性能が向上することが判明した。   According to the research of the present inventor, when urea is removed as an ammonia compound or ammonia and PM are mixed, the oxidation removal treatment of PM is performed. It was found that the performance of oxidation removal treatment of PM is improved by performing the above.

すなわち、尿素あるいはアンモニアがPMやフィルタに存在した状態でPM酸化除去処理を実行すると、尿素あるいはアンモニアがPMやフィルタに存在していない状態でPM酸化除去処理を実行する場合に比して、PMの酸化除去速度が高くなることが判明した。   That is, when the PM oxidation removal process is performed in a state where urea or ammonia is present in the PM or filter, the PM oxidation removal process is performed as compared with the case where the PM oxidation removal process is performed in a state where urea or ammonia is not present in the PM or filter. It has been found that the rate of oxidation removal of is increased.

また、尿素あるいはアンモニアがフィルタやPMに存在していない状態ではフィルタの温度が500℃以上でないとPMが酸化除去し易くならないのに対して、尿素あるいはアンモニアがフィルタやPMに存在した状態ではフィルタの温度が440℃近辺でもPMが酸化除去し易くなることが判明した。   In addition, when urea or ammonia is not present in the filter or PM, PM is not easily removed by oxidation unless the temperature of the filter is 500 ° C. or higher. On the other hand, when urea or ammonia is present in the filter or PM, the filter is not filtered. It has been found that PM is easily removed by oxidation even when the temperature is around 440 ° C.

それゆえ、PM酸化除去処理を実行する際に、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアを存在させると、PMの酸化除去処理性能を向上させることができ、PM酸化除去処理の実行時間を短縮することができる。また、PMを全て酸化除去できる温度も低温化することができるので、フィルタの温度が過剰に高くなることに起因するフィルタの溶損を抑制することができる。   Therefore, when performing the PM oxidation removal process, if urea or ammonia as an ammonia compound is present, the PM oxidation removal process performance can be improved, and the execution time of the PM oxidation removal process can be shortened. . In addition, since the temperature at which all PM can be oxidized and removed can also be lowered, it is possible to suppress the melt damage of the filter due to the excessively high temperature of the filter.

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、アンモニア化合物供給手段にてパティキュレートフィルタの上流からアンモニア化合物を供給することにより、アンモニア化合物あるいはアンモニアをパティキュレートフィルタに吸着(フィルタに堆積したPMに吸着させることをも含む。)させた後、PM酸化除去処理を実行する。   Therefore, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, ammonia compound or ammonia is adsorbed on the particulate filter (deposited on the filter) by supplying the ammonia compound from upstream of the particulate filter by the ammonia compound supply means. PM adsorption removal processing is executed after adsorbing to PM.).

これにより、PM酸化除去処理を実行する際には、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアが存在するので、PMの酸化除去処理性能が向上し、PM酸化除去処理の実行時間が短縮する。その結果、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。   Thereby, when performing the PM oxidation removal process, urea or ammonia which is an ammonia compound exists, so the PM oxidation removal process performance is improved, and the execution time of the PM oxidation removal process is shortened. As a result, fuel consumption deterioration associated with the PM oxidation removal process can be suppressed.

また、本発明に係る他の内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の排気通路に配置され排気中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと、当該パティキュレートフィルタの上流からアンモニア化合物を供給するアンモニア化合物供給手段を有し、前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を酸化除去するPM酸化除去処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、前記PM酸化除去処理を実行している期間中に前記アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給することを特徴とする。   In another exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, a particulate filter disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine for collecting particulate matter contained in the exhaust, and an upstream of the particulate filter. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that has an ammonia compound supply means for supplying an ammonia compound from the exhaust gas and performs a PM oxidation removal process for oxidizing and removing particulate matter collected by the particulate filter, the PM oxidation removal process The ammonia compound is supplied by the ammonia compound supply means during the period of executing the operation.

このように、PM酸化除去処理を実行している期間中にアンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給することで、PM酸化除去処理を実行する際には、アンモニア化
合物たる尿素あるいはアンモニアが存在するので、PMの酸化除去処理性能が向上し、PM酸化除去処理の実行時間が短縮する。その結果、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。
As described above, urea or ammonia as an ammonia compound is present when the PM oxidation removal process is performed by supplying the ammonia compound by the ammonia compound supply means during the period during which the PM oxidation removal process is being performed. Therefore, the PM oxidation removal processing performance is improved and the execution time of the PM oxidation removal processing is shortened. As a result, fuel consumption deterioration associated with the PM oxidation removal process can be suppressed.

また、上述した本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記パティキュレートフィルタの下流、あるいは前記パティキュレートフィルタの上流であって前記アンモニア化合物供給手段によるアンモニア化合物の供給位置より下流の排気通路に設けられた脱硝触媒と、当該脱硝触媒の下流の排気通路に設けられたアンモニア酸化触媒と、をさらに備え、前記アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給する際に、前記アンモニア酸化触媒の床温がアンモニアを酸化することができる温度である場合には、当該触媒の床温がアンモニアを酸化することができない温度である場合よりも、アンモニア化合物を多めに供給することが好適である。但し、アンモニア化合物の吸着性が高い脱硝触媒においては、PM酸化除去処理過程ではアンモニアが放出されることはない。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention described above, the exhaust gas passage may be downstream of the particulate filter or upstream of the particulate filter and downstream of the ammonia compound supply position by the ammonia compound supply means. A denitration catalyst provided, and an ammonia oxidation catalyst provided in an exhaust passage downstream of the denitration catalyst, and when the ammonia compound is supplied by the ammonia compound supply means, the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst When the temperature is such that ammonia can be oxidized, it is preferable to supply more ammonia compound than when the bed temperature of the catalyst is a temperature at which ammonia cannot be oxidized. However, ammonia is not released during the PM oxidation removal process in a denitration catalyst having a high ammonia compound adsorptivity.

アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物たる尿素水を供給すると、供給された尿素水は、上流から流れてくる排気とともに下流へと流される。また、供給された尿素水の一部は、排気によって加熱され次式のように加水分解してアンモニアを発生させる。
CO(NH+HO→CO+2NH
When urea water that is an ammonia compound is supplied by the ammonia compound supply means, the supplied urea water flows downstream along with the exhaust gas flowing from the upstream. A part of the supplied urea water is heated by the exhaust gas and hydrolyzed as in the following formula to generate ammonia.
CO (NH 2 ) 2 + H 2 O → CO 2 + 2NH 3

そして、脱硝触媒にアンモニアが到達すると、次式のように排気中のNO、NOが還元される。
6NO+4NH→5N+6H
6NO+8NH→7N+12H
When ammonia reaches the denitration catalyst, NO and NO 2 in the exhaust are reduced as in the following equation.
6NO + 4NH 3 → 5N 2 + 6H 2 O
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O

この脱硝触媒においては、尿素水を過剰に供給することによりNOxの還元率を向上させることができる。しかし、尿素水を過剰に供給すると、余剰のアンモニアが脱硝触媒の下流へ流れていくため、このアンモニアを処理する必要が生じる。   In this denitration catalyst, the reduction rate of NOx can be improved by supplying urea water in excess. However, if urea water is supplied excessively, surplus ammonia flows downstream of the denitration catalyst, so that it is necessary to treat this ammonia.

そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、脱硝触媒の下流の排気通路にアンモニア酸化触媒を備え、アンモニアを酸化除去するようにしている。すなわち、酸素過剰の雰囲気では、アンモニアの一部から次式によりNOが生成される。
4NH+5O→4NO+6H
このようにして生成されたNOは、残りのアンモニアと次式のように反応する。
4NH+4NO+5O→4N+6H
このような反応により、アンモニアが除去され、大気中への放出が抑制される。
Therefore, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, an ammonia oxidation catalyst is provided in the exhaust passage downstream of the denitration catalyst to oxidize and remove ammonia. That is, in an oxygen-excess atmosphere, NO is generated from a part of ammonia by the following formula.
4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O
The NO produced in this way reacts with the remaining ammonia as shown in the following formula.
4NH 3 + 4NO + 5O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
By such a reaction, ammonia is removed and release into the atmosphere is suppressed.

一方、本発明者の研究によると、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアがより多く存在すると、PMの酸化除去処理性能がより向上することが判明した。   On the other hand, according to the research of the present inventors, it was found that when urea or ammonia, which is an ammonia compound, is present in a larger amount, the oxidation removal treatment performance of PM is further improved.

それゆえ、アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給する際に、アンモニア酸化触媒の床温がアンモニアを酸化することができる温度である場合には、下流に設けられたアンモニア酸化触媒にてアンモニアが酸化され除去されることを考慮して、アンモニア酸化触媒の床温がアンモニアを酸化することができない温度である場合よりも、アンモニア化合物を多めに供給する。そして、これにより、PMの酸化除去処理性能をより向上させることができ、PM酸化除去処理の実行時間をより短縮することができる。その結果、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化をより抑制することができる。   Therefore, when the ammonia compound is supplied by the ammonia compound supply means, if the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is a temperature at which ammonia can be oxidized, the ammonia is removed by the ammonia oxidation catalyst provided downstream. Considering that it is oxidized and removed, more ammonia compound is supplied than when the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is a temperature at which ammonia cannot be oxidized. As a result, the PM oxidation removal processing performance can be further improved, and the execution time of the PM oxidation removal processing can be further shortened. As a result, fuel consumption deterioration associated with the PM oxidation removal process can be further suppressed.

なお、前記アンモニア化合物供給手段は、アンモニア化合物である尿素水・固体尿素・アンモニア水のいずれかを供給するものであり、前記アンモニア酸化触媒の床温がアンモニアを酸化することができない温度である場合には、内燃機関から排出され前記脱硝触媒
に流入するNOxと供給するアンモニア化合物中のアンモニアとの当量比が1となるようにアンモニア化合物の供給量を制御することが好適である。
The ammonia compound supply means supplies any one of urea water, solid urea, and ammonia water, which are ammonia compounds, and the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is a temperature at which ammonia cannot be oxidized. For this, it is preferable to control the supply amount of the ammonia compound so that the equivalent ratio of NOx discharged from the internal combustion engine and flowing into the denitration catalyst and ammonia in the supplied ammonia compound becomes 1.

これにより、大気へのアンモニアの排出を防止可能な範囲で、PM酸化除去処理を実行する際に、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアをより多く存在させることができる。それゆえ、PMの酸化除去処理性能が最大限に向上させることができ、PM酸化除去処理の実行時間をより短縮することができるので、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化をより抑制することができる。   Thus, more urea or ammonia as an ammonia compound can be present when the PM oxidation removal process is performed within a range in which ammonia can be prevented from being discharged to the atmosphere. Therefore, the PM oxidation removal processing performance can be improved to the maximum, and the execution time of the PM oxidation removal processing can be further shortened, so that the fuel consumption deterioration associated with the PM oxidation removal processing can be further suppressed. .

なお、アンモニア酸化触媒の床温がアンモニアを酸化することができる温度である場合には、内燃機関から排出され脱硝触媒に流入するNOxと、供給するアンモニア化合物中のアンモニアとの当量比が1より大きくなるようにアンモニア化合物の供給量を制御することが好適である。   When the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is a temperature at which ammonia can be oxidized, the equivalent ratio between NOx discharged from the internal combustion engine and flowing into the denitration catalyst and ammonia in the ammonia compound to be supplied is 1 It is preferable to control the supply amount of the ammonia compound so as to increase.

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、PMを酸化除去する性能を向上させることができる。それゆえ、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。   As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the performance of oxidizing and removing PM can be improved. Therefore, fuel consumption deterioration associated with the PM oxidation removal process can be suppressed.

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below based on the following embodiments with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified.

図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。内燃機関1には、排気管2が接続され、排気管2の途中には、フィルタ3が設けられている。また、フィルタ3の下流の排気管2には、脱硝触媒4が設けられている。当該脱硝触媒4は、アンモニア(NH3 )を還元剤とした選択的接触還元によりNOxを還元し、浄化するものである。 The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine. An exhaust pipe 2 is connected to the internal combustion engine 1, and a filter 3 is provided in the middle of the exhaust pipe 2. A denitration catalyst 4 is provided in the exhaust pipe 2 downstream of the filter 3. The denitration catalyst 4 reduces and purifies NOx by selective catalytic reduction using ammonia (NH 3 ) as a reducing agent.

そして、脱硝触媒4の上流の排気管2に、アンモニア化合物である尿素水((NHCO)を添加するための尿素添加機構5が備えられている。この尿素添加機構5は、尿素水を貯留するタンク51、尿素水の流通路である供給管52、流通路に介設されたポンプ53、尿素水を排気管2内に噴射する噴射ノズル54を備えて構成されている。 A urea addition mechanism 5 for adding urea water ((NH 2 ) 2 CO), which is an ammonia compound, is provided in the exhaust pipe 2 upstream of the denitration catalyst 4. The urea addition mechanism 5 includes a tank 51 that stores urea water, a supply pipe 52 that is a flow path of urea water, a pump 53 that is interposed in the flow path, and an injection nozzle 54 that sprays urea water into the exhaust pipe 2. It is prepared for.

このように構成された尿素添加機構5では、タンク51内に所定の濃度に予め調整された尿素水が貯留され、ポンプ53が稼動すると、尿素水がタンク51から汲み出される。
そして、尿素水は供給管52を介して噴射ノズル54に到達する。噴射ノズル54に到達した尿素水は、該噴射ノズル54が開弁されると排気管2内に噴射される。このときに噴射される尿素水は、噴射ノズル54の開弁時間により噴射量が調整される。
In the urea addition mechanism 5 configured as described above, urea water adjusted in advance to a predetermined concentration is stored in the tank 51, and when the pump 53 is operated, the urea water is pumped out of the tank 51.
The urea water reaches the injection nozzle 54 via the supply pipe 52. The urea water that has reached the injection nozzle 54 is injected into the exhaust pipe 2 when the injection nozzle 54 is opened. The amount of urea water injected at this time is adjusted by the valve opening time of the injection nozzle 54.

尿素添加機構5にて尿素水を添加すると、添加された尿素水は、上流から流れてくる排気とともに下流へと流される。また、添加された尿素水の一部は、排気によって加熱され次式のように加水分解してアンモニアを発生させる。
CO(NH+HO→CO+2NH
When urea water is added by the urea addition mechanism 5, the added urea water flows downstream along with the exhaust gas flowing from the upstream. A part of the added urea water is heated by exhaust gas and hydrolyzed as shown by the following formula to generate ammonia.
CO (NH 2 ) 2 + H 2 O → CO 2 + 2NH 3

そして、脱硝触媒4にアンモニアが到達すると、次式のように排気中のNO、NOが還元される。
6NO+4NH→5N+6H
6NO+8NH→7N+12H
When the ammonia reaches the denitration catalyst 4, NO in the exhaust gas as shown in the following equation, NO 2 is reduced.
6NO + 4NH 3 → 5N 2 + 6H 2 O
6NO 2 + 8NH 3 → 7N 2 + 12H 2 O

脱硝触媒4においては、尿素水を過剰に供給することによりNOxの還元率を向上させることができる。しかし、尿素水を過剰に供給すると、余剰のアンモニアが脱硝触媒4に吸着する。このようにして吸着したアンモニアは、高負荷時等の排気の流量が増加したときに、脱硝触媒4から流出するため、このアンモニアを処理する必要が生じる。   In the denitration catalyst 4, the reduction rate of NOx can be improved by supplying excessive urea water. However, when excessive urea water is supplied, excess ammonia is adsorbed on the denitration catalyst 4. The ammonia adsorbed in this way flows out from the denitration catalyst 4 when the flow rate of the exhaust gas increases at a high load or the like, and this ammonia needs to be treated.

そこで、本実施例では、脱硝触媒4より下流の排気管2に、アンモニア酸化触媒6を備え、アンモニアを酸化除去するようにしている。すなわち、酸素過剰の雰囲気では、アンモニアの一部から次式によりNOが生成される。
4NH+5O→4NO+6H
このようにして生成されたNOは、残りのアンモニアと次式のように反応する。
4NH+4NO+5O→4N+6H
このような反応により、アンモニアが除去され、大気中への放出が抑制される。
Therefore, in this embodiment, the ammonia oxidation catalyst 6 is provided in the exhaust pipe 2 downstream of the denitration catalyst 4 so that ammonia is oxidized and removed. That is, in an oxygen-excess atmosphere, NO is generated from a part of ammonia by the following formula.
4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O
The NO produced in this way reacts with the remaining ammonia as shown in the following formula.
4NH 3 + 4NO + 5O 2 → 4N 2 + 6H 2 O
By such a reaction, ammonia is removed and release into the atmosphere is suppressed.

また、フィルタ3より上流の排気管2、フィルタ3より下流であって脱硝触媒4より上流の排気管2、および脱硝触媒4より下流の排気管2には、それぞれこの排気管2内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ7,8,9が取り付けられている。   The exhaust pipe 2 upstream from the filter 3, the exhaust pipe 2 downstream from the filter 3 and upstream from the denitration catalyst 4, and the exhaust pipe 2 downstream from the denitration catalyst 4 respectively flow through the exhaust pipe 2. Exhaust temperature sensors 7, 8, 9 for outputting an electrical signal corresponding to the temperature of the exhaust are attached.

以上述べたように構成された内燃機関1には、当該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)10が併設されている。このECU10は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAMなどからなる算術論理演算回路であり、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。   The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 10 for controlling the internal combustion engine 1. The ECU 10 is an arithmetic logic operation circuit including a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like, and is a unit that controls an operation state of the internal combustion engine 1 in accordance with an operation condition of the internal combustion engine 1 and a driver's request.

ECU10には、排気温度センサ7,8,9、クランクポジションセンサ(図示省略)、アクセルポジションセンサ(図示省略)、エアフローメータ(図示省略)などといった各種センサが電気配線を介して接続され、各種センサの出力信号がECU10に入力されるようになっている。   The ECU 10 is connected with various sensors such as exhaust temperature sensors 7, 8, 9, a crank position sensor (not shown), an accelerator position sensor (not shown), an air flow meter (not shown), etc. via electric wiring. Is output to the ECU 10.

一方、ECU10には、ポンプ53、噴射ノズル54、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。そして、ECU10は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶し上記した尿素添加機構などを制御することができる。   On the other hand, the ECU 10 is connected to a pump 53, an injection nozzle 54, a fuel injection valve for injecting fuel into the cylinder, and the like via electric wiring, and these can be controlled. The ECU 10 can store various application programs and various control maps and control the urea addition mechanism described above.

ここで、フィルタ3に捕集されたPMが該フィルタ3に堆積するとフィルタ3の目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ3上流の排気の圧力が
上昇し内燃機関1の出力低下やフィルタ3の毀損を誘発するおそれがある。このようなときには、フィルタ3上に堆積したPMを酸化除去するフィルタ3の再生を行う必要がある。
Here, when PM collected by the filter 3 accumulates on the filter 3, the filter 3 may be clogged. When this clogging occurs, the pressure of the exhaust gas upstream of the filter 3 increases, which may cause a decrease in the output of the internal combustion engine 1 or damage to the filter 3. In such a case, it is necessary to regenerate the filter 3 for removing the PM deposited on the filter 3 by oxidation.

そのために、ECU10は、フィルタ3のPM酸化除去処理開始条件が成立したときに、フィルタ3の温度を高温域まで昇温させるための昇温処理を実行する。   Therefore, the ECU 10 executes a temperature raising process for raising the temperature of the filter 3 to a high temperature range when the PM oxidation removal process start condition for the filter 3 is satisfied.

昇温処理は、排気温度を上昇させて排気ガスの熱をフィルタ3へ伝達させることにより、フィルタ3を昇温させるものである。その具体的な方法としては、内燃機関1における混合気の燃焼時期を遅角させる方法、内燃機関1の膨張行程時に、燃料噴射弁から気筒内に副次的に燃料を噴射(副噴射)させて燃焼期間を長引かせる方法、等を例示することができる。   The temperature raising process is to raise the temperature of the filter 3 by raising the exhaust gas temperature and transferring the heat of the exhaust gas to the filter 3. As a specific method thereof, a method of retarding the combustion timing of the air-fuel mixture in the internal combustion engine 1, and during the expansion stroke of the internal combustion engine 1, fuel is injected into the cylinder from the fuel injection valve (sub-injection). For example, a method of extending the combustion period can be exemplified.

なお、PM酸化除去処理開始条件としては、フィルタ3に捕集されているPM量が、所定量以上であるという条件を例示することができる。この所定量は、PMがフィルタ3に捕集されることによりフィルタ3が目詰まりを起こし、この目詰まりが排気抵抗の増加を生じさせ、内燃機関の出力低下を生じさせてしまう量よりやや低めに設定される量であり、実験等により予め求めておく。   An example of the PM oxidation removal processing start condition is a condition that the amount of PM collected in the filter 3 is a predetermined amount or more. This predetermined amount is slightly lower than the amount by which PM is collected by the filter 3 and the filter 3 is clogged, and this clogging causes an increase in exhaust resistance and a decrease in the output of the internal combustion engine. The amount is set in advance by experiments and the like.

また、フィルタ3に捕集されているPM量が所定量以上であるか否かを判定する方法としては、フィルタ3の前後差圧(フィルタ3より上流の排気圧力とフィルタ3より下流の排気圧力との差圧)が所定圧以上であるときにフィルタ3に捕集されているPM量が所定量以上であると判定する方法、あるいは、前回のPM酸化除去処理実行終了時からの燃料噴射量の積算値が所定量以上であるときにフィルタ3に捕集されているPM量が所定量以上であると判定する方法、等を例示することができる。   Further, as a method for determining whether or not the amount of PM collected in the filter 3 is a predetermined amount or more, a differential pressure across the filter 3 (exhaust pressure upstream of the filter 3 and exhaust pressure downstream of the filter 3). Or the fuel injection amount from the end of the previous PM oxidation removal process execution, or a method for determining that the amount of PM trapped in the filter 3 is equal to or greater than a predetermined amount. A method of determining that the amount of PM collected by the filter 3 is greater than or equal to a predetermined amount when the integrated value is greater than or equal to a predetermined amount can be exemplified.

そして、PM酸化除去処理が実行されると、フィルタ3に捕集されているPMが酸化され、フィルタ3からPMが除去されることになる。その後、PM酸化除去処理終了条件が成立した場合に、PM酸化除去処理の実行を終了する。   When the PM oxidation removal process is executed, the PM collected in the filter 3 is oxidized and the PM is removed from the filter 3. Thereafter, when the PM oxidation removal process termination condition is satisfied, the execution of the PM oxidation removal process is terminated.

このPM酸化除去処理終了条件としては、例えば、PM酸化除去処理の実行時間が予め定められた所定時間以上である、あるいは、フィルタ3の前後差圧が所定圧より低い、あるいは処理開始からのフィルタの温度と時間の積の履歴が所定の値以上である等の条件を例示することができる。   As the PM oxidation removal process end condition, for example, the execution time of the PM oxidation removal process is a predetermined time or more, or the differential pressure across the filter 3 is lower than a predetermined pressure, or the filter from the start of the process. The condition that the history of the product of the temperature and time is a predetermined value or more can be exemplified.

上述したようにしてPM酸化除去処理を実行すると、当該処理においては、副噴射するなど余分な燃料を消費することから、PM酸化除去処理を実行するに伴い燃料の消費量が多くなる。それゆえ、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することが必要となり、そのためには、PM酸化除去処理を実行する時間を短縮することが好適である。   When the PM oxidation removal process is executed as described above, extra fuel is consumed in the process, such as by sub-injection. Therefore, the fuel consumption increases as the PM oxidation removal process is executed. Therefore, it is necessary to suppress the deterioration in fuel consumption associated with the PM oxidation removal process, and for that purpose, it is preferable to shorten the time for executing the PM oxidation removal process.

ここで、本発明者の研究によると、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアとPMを混合させてPMの酸化除去処理を行うと、言い換えるとフィルタやPMにアンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアを存在させた状態でPMの酸化除去処理を行うと、PMの酸化除去処理性能が向上することが判明した。   Here, according to the inventor's study, urea or ammonia and PM, which are ammonia compounds, are mixed and PM is oxidized and removed, in other words, urea or ammonia that is an ammonia compound is present in the filter or PM. It was found that the PM oxidation removal treatment performance is improved when the PM oxidation removal treatment is performed.

すなわち、尿素あるいはアンモニアがフィルタやPMに存在した状態でPM酸化除去処理を実行すると、尿素あるいはアンモニアがフィルタやPMに存在していない状態でPM酸化除去処理を実行する場合に比して、PMの酸化除去速度が高くなる。また、尿素あるいはアンモニアがフィルタやPMに存在していない状態ではフィルタの温度が500℃以上でないとPMが酸化除去し易くならないのに対して、尿素あるいはアンモニアがフィル
タやPMに存在した状態ではフィルタの温度が440℃以上でPMが酸化除去し易くなる。それゆえ、PM酸化除去処理を実行する際に、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアを存在させると、PM酸化除去処理の実行時間を短縮することができる。
That is, when the PM oxidation removal process is performed in a state where urea or ammonia is present in the filter or PM, the PM oxidation removal process is performed in a state where urea or ammonia is not present in the filter or PM. The rate of oxidation removal of becomes higher. In addition, when urea or ammonia is not present in the filter or PM, PM is not easily removed by oxidation unless the temperature of the filter is 500 ° C. or higher. On the other hand, when urea or ammonia is present in the filter or PM, the filter is not filtered. At a temperature of 440 ° C. or higher, PM is easily removed by oxidation. Therefore, the execution time of the PM oxidation removal process can be shortened if urea or ammonia as an ammonia compound is present when the PM oxidation removal process is executed.

そこで、本実施例においては、図1に示すように、フィルタ3の上流の排気管2に、尿素水を添加できるように尿素添加機構5を備えるようにした。そして、PM酸化除去処理を実行開始する前に、尿素添加機構5にて尿素水を添加し、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアをフィルタ3に吸着させ(フィルタ3に堆積したPMに吸着させることをも含む)、その後PM酸化除去処理を実行するようにする。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, a urea addition mechanism 5 is provided so that urea water can be added to the exhaust pipe 2 upstream of the filter 3. Before the start of the PM oxidation removal process, urea water is added by the urea addition mechanism 5 so that urea or ammonia as an ammonia compound is adsorbed on the filter 3 (adsorbed on the PM deposited on the filter 3). After that, the PM oxidation removal process is executed.

通常、内燃機関から排出されるNOxをどの程度浄化するかは、内燃機関の運転状態に応じて決定される。もし、内燃機関から排出されるNOxを全て脱硝する場合には、脱硝触媒4に流入するNOxと、尿素水(アンモニア化合物)中のアンモニアとの当量比が1となるように尿素水の添加量を制御する。   Normally, how much NOx discharged from the internal combustion engine is purified is determined according to the operating state of the internal combustion engine. If all the NOx discharged from the internal combustion engine is denitrated, the amount of urea water added so that the equivalent ratio of NOx flowing into the denitration catalyst 4 and ammonia in the urea water (ammonia compound) is 1. To control.

本実施例においては、PM酸化除去処理を実行開始する前に、尿素添加機構5にて尿素水を添加する際には、脱硝触媒4に流入するNOxと尿素水(アンモニア化合物)中のアンモニアとの当量比が1となるように尿素水の添加量を制御する。   In this embodiment, when urea water is added by the urea addition mechanism 5 before the start of the PM oxidation removal process, NOx flowing into the denitration catalyst 4 and ammonia in the urea water (ammonia compound) The amount of urea water added is controlled so that the equivalent ratio of becomes 1.

なお、内燃機関から排出されるNOx量を推定する手法としては、エアフローメータにて検出される吸入空気量と燃料噴射弁にて気筒内に供給される燃料量に基づいて排気流量を推定し、当該排気流量に、排気管2に備えられたNOxセンサ(図示省略)で検出されるNOx濃度を乗算することにより推定する手法、クランクポジションセンサにて検出される機関回転数(Ne)、機関負荷(アクセル開度、燃料噴射量)および予め作成されECU10のROMに記憶されたマップに基づいて推定する手法を例示することができる。   As a method for estimating the NOx amount discharged from the internal combustion engine, the exhaust flow rate is estimated based on the intake air amount detected by the air flow meter and the fuel amount supplied into the cylinder by the fuel injection valve, A method of estimating by multiplying the exhaust flow rate by a NOx concentration detected by a NOx sensor (not shown) provided in the exhaust pipe 2, an engine speed (Ne) detected by a crank position sensor, an engine load A method of estimating based on (accelerator opening degree, fuel injection amount) and a map created in advance and stored in the ROM of the ECU 10 can be exemplified.

また、EGRガスを気筒内に導入している場合には、さらにEGR量(EGR開度)を考慮して推定することが好適である。また、尿素添加機構5上流に可変ノズル式遠心過給機(可変ノズル式ターボチャージャ)のタービンハウジングが設けられている場合にはノズルベーンの開度(VNT開度)を考慮して推定することが好適である。   In addition, when EGR gas is introduced into the cylinder, it is preferable that the estimation is performed in consideration of the EGR amount (EGR opening degree). Further, when a turbine housing of a variable nozzle centrifugal supercharger (variable nozzle turbocharger) is provided upstream of the urea addition mechanism 5, the estimation can be performed in consideration of the opening degree of the nozzle vane (VNT opening degree). Is preferred.

本実施例においては、予め、内燃機関1から排出され脱硝触媒4に流入するNOx量と、尿素水の添加量との相関関係が、NOxと尿素水中のアンモニアとの当量比が1となるような関係になるように、実験等により導き出してマップを作成してECU10のROMに記憶しておく。   In the present embodiment, the correlation between the amount of NOx discharged from the internal combustion engine 1 and flowing into the denitration catalyst 4 in advance and the amount of urea water added is such that the equivalent ratio of NOx to ammonia in the urea water is 1. A map is created by an experiment or the like so that the relationship is satisfied, and is stored in the ROM of the ECU 10.

そして、PM酸化除去処理を実行開始する前に尿素水を添加する時点の、吸入空気量、燃料噴射量、機関回転数、機関負荷、EGR開度、VNT開度といったパラメータからNOx量を推定し、当該推定したNOx量と前記マップに基づいて尿素水の添加量を算出して決定する。   Then, the NOx amount is estimated from parameters such as the intake air amount, the fuel injection amount, the engine speed, the engine load, the EGR opening degree, and the VNT opening degree when urea water is added before the start of the PM oxidation removal process. The amount of urea water added is calculated and determined based on the estimated NOx amount and the map.

以下具体的に、図2に示すフローチャートを用いて本実施例に係るPM酸化除去処理時の尿素水添加制御について説明する。この制御ルーチンは、予めECU10のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU10が実行するルーチンである。   The urea water addition control at the time of PM oxidation removal processing according to the present embodiment will be specifically described below with reference to the flowchart shown in FIG. This control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 10, and is a routine that is executed by the ECU 10 as an interrupt process triggered by the passage of a fixed time or the input of a pulse signal from the crank position sensor.

本制御ルーチンでは、ECU10は、先ず、S101においてPM酸化除去処理開始条件が成立しているか否かを判定する。そして、PM酸化除去処理開始条件が成立していると判定された場合は、ECU10は、S102へ進む。   In this control routine, the ECU 10 first determines whether or not the PM oxidation removal processing start condition is satisfied in S101. If it is determined that the PM oxidation removal process start condition is satisfied, the ECU 10 proceeds to S102.

S102においては、尿素添加機構5にて尿素水を添加する条件を満たしているか否かを判別する。当該条件とは、フィルタ3の温度が所定温度以下であることを例示することができる。なお、所定温度としては、例えば、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3に吸着する温度の上限である440℃を例示することができる。   In S102, the urea addition mechanism 5 determines whether or not the condition for adding urea water is satisfied. The conditions can exemplify that the temperature of the filter 3 is equal to or lower than a predetermined temperature. In addition, as predetermined temperature, 440 degreeC which is the upper limit of the temperature which urea or ammonia adsorb | sucks to the filter 3 can be illustrated, for example.

また、フィルタ3の温度を把握する手法としては、排気温度センサ7の検出値に基づいて推定する方法、クランクポジションセンサにて検出される機関回転数(Ne)、機関負荷(アクセル開度、燃料噴射量)および予め作成されECU10のROMに記憶されたマップに基づいて推定する手法を例示することができる。   Further, as a method of grasping the temperature of the filter 3, there are a method of estimating based on a detection value of the exhaust temperature sensor 7, an engine speed (Ne) detected by a crank position sensor, an engine load (accelerator opening, fuel). A method of estimating based on the injection amount) and a map created in advance and stored in the ROM of the ECU 10 can be exemplified.

そして、S102で肯定された場合はS103へ進み、上述したようにして尿素添加機構5にて添加する尿素水量を算出する。その後S104へ進み、S103にて算出した尿素水量を添加する。   If the determination in step S102 is affirmative, the process proceeds to step S103, and the amount of urea water added by the urea addition mechanism 5 is calculated as described above. Thereafter, the process proceeds to S104, and the urea water amount calculated in S103 is added.

S105には、S104にて尿素水を添加した後、あるいはS102にておいて、尿素添加機構5にて尿素水を添加する条件を満たしていないと判別された後に進むが、当該S105ではPM酸化除去処理を実行する。その後S106にてPM酸化除去処理終了条件が成立したと判定されるまで、PM酸化除去処理の実行を継続する。   The process proceeds to S105 after the urea water is added in S104 or after it is determined in S102 that the urea addition mechanism 5 does not satisfy the conditions for adding the urea water. Perform removal processing. Thereafter, the execution of the PM oxidation removal process is continued until it is determined in S106 that the PM oxidation removal process termination condition is satisfied.

このようなPM酸化除去処理時の尿素水添加制御を実行することで、PM酸化除去処理開始前にフィルタ3の温度が比較的低温である場合など尿素添加機構5にて尿素水を添加する条件が満たされている場合には、PM酸化除去処理開始時には尿素あるいはアンモニアがフィルタ3に吸着しているので、約440℃まで温度が上昇した時点でPMが酸化除去開始する。これにより、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3に吸着していない状態でPM酸化除去処理開始する場合は約500℃まで温度が上昇しないとPMが酸化除去開始しないのに比べるとPM酸化除去処理開始からPMが酸化除去開始するまでの時間を短縮することができる。   Conditions for adding urea water in the urea addition mechanism 5 such as when the temperature of the filter 3 is relatively low before the start of PM oxidation removal processing by executing such urea water addition control during PM oxidation removal processing Is satisfied, since urea or ammonia is adsorbed to the filter 3 at the start of the PM oxidation removal process, the PM begins to be oxidized and removed when the temperature rises to about 440 ° C. As a result, when the PM oxidation removal process is started in a state where urea or ammonia is not adsorbed on the filter 3, the PM does not start the oxidation removal unless the temperature rises to about 500 ° C. It is possible to shorten the time until the start of oxidation removal.

また、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3に吸着している状態でPM酸化除去処理すると、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3に吸着していない状態でPM酸化除去処理するのと比べるとPMの酸化除去速度が高くなる。   Further, when the PM oxidation removal process is performed with urea or ammonia adsorbed on the filter 3, the PM oxidation removal rate is higher than when the PM oxidation removal process is performed without urea or ammonia adsorbed on the filter 3. Become.

このように、PM酸化除去処理時の尿素水添加制御を実行することで、PMを酸化除去する性能を向上させることができるので、PM酸化除去処理時間を短縮することができ、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。   As described above, by performing the urea water addition control during the PM oxidation removal process, the performance of oxidizing and removing the PM can be improved, so the PM oxidation removal process time can be shortened, and the PM oxidation removal process It is possible to suppress deterioration in fuel consumption associated with.

また、PMを全て酸化除去できる温度も低温化することができるので、フィルタの温度が過剰に高くなることに起因するフィルタの溶損や熱劣化を抑制することができる。   Further, since the temperature at which all PM can be oxidized and removed can also be lowered, it is possible to suppress the filter melting damage and thermal deterioration caused by the excessive increase in the filter temperature.

本実施例は、実施例1に対して、尿素添加機構5による尿素水の添加の態様が異なるのみであり、その他は実施例1と同一である。以下に、異なる点についてのみ説明する。   The present embodiment is the same as the first embodiment except for the aspect of addition of urea water by the urea addition mechanism 5 with respect to the first embodiment. Only different points will be described below.

実施例1においては、PM酸化除去処理を実行開始する前に、尿素添加機構5にて尿素水を添加し、アンモニア化合物たる尿素あるいはアンモニアをフィルタ3に吸着させ、その後PM酸化除去処理を実行するようにしている。これに対して、本実施例においては、PM酸化除去処理を実行している途中に尿素添加機構5にて尿素水を添加するようにする。   In the first embodiment, before the start of the PM oxidation removal process, urea water is added by the urea addition mechanism 5 so that urea or ammonia as an ammonia compound is adsorbed to the filter 3, and then the PM oxidation removal process is executed. I am doing so. On the other hand, in the present embodiment, urea water is added by the urea addition mechanism 5 during the execution of the PM oxidation removal process.

特に、上記昇温処理にてフィルタ3の温度を上昇させているのに合わせて尿素水を添加するようにする。ただし、昇温処理は上述したような処理であるため、定常運転時に比べて、NOx排出量が少ない。そして、上述したように、尿素添加機構5にて尿素水を添加する際には、脱硝触媒4に流入するNOxと尿素水(アンモニア化合物)中のアンモニアとの当量比が1となるような添加量とするので、NOx排出量が少なくなるのにしたがって尿素水の添加量が少なくなる。一方、フィルタ3に存在する尿素あるいはアンモニアの量が多くなる程PM酸化除去性能が向上する。   In particular, urea water is added in accordance with the temperature of the filter 3 being raised in the temperature raising process. However, since the temperature raising process is a process as described above, the amount of NOx emission is smaller than that during steady operation. As described above, when urea solution is added by the urea addition mechanism 5, the addition is performed so that the equivalent ratio of NOx flowing into the denitration catalyst 4 and ammonia in the urea solution (ammonia compound) becomes 1. Therefore, the amount of urea water added decreases as the NOx emission decreases. On the other hand, the PM oxidation removal performance improves as the amount of urea or ammonia present in the filter 3 increases.

そこで、昇温処理に合わせて尿素水を添加する際には、内燃機関の運転状態を、内燃機関1から排出されるNOx量が多くなるような運転状態にする。具体的には、EGRガスを気筒内に導入させることによって行う低温燃焼を止める、あるいは、気筒内での燃焼に寄与する混合気の空燃比が、NOx量が多くなる空燃比となるような燃料量とすることを例示することができる。以下、内燃機関から排出されるNOx量が多くなるような運転状態を、「高NOx排出運転状態」という。   Therefore, when adding urea water in accordance with the temperature raising process, the operation state of the internal combustion engine is set to an operation state in which the amount of NOx discharged from the internal combustion engine 1 is increased. Specifically, fuel that stops low-temperature combustion by introducing EGR gas into the cylinder, or the air-fuel ratio of the air-fuel mixture that contributes to combustion in the cylinder becomes an air-fuel ratio that increases the amount of NOx The amount can be exemplified. Hereinafter, an operation state in which the amount of NOx discharged from the internal combustion engine increases is referred to as a “high NOx exhaust operation state”.

以下具体的に、図3に示すフローチャートを用いて本実施例に係るPM酸化除去処理時の尿素水添加制御について説明する。この制御ルーチンは、予めECU10のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU10が実行するルーチンである。   The urea water addition control during the PM oxidation removal process according to the present embodiment will be specifically described below with reference to the flowchart shown in FIG. This control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 10, and is a routine that is executed by the ECU 10 as an interrupt process triggered by the passage of a fixed time or the input of a pulse signal from the crank position sensor.

本制御ルーチンでは、ECU10は、先ず、S201においてPM酸化除去処理開始条件が成立しているか否かを判定する。そして、PM酸化除去処理開始条件が成立していると判定された場合は、S202へ進む。   In this control routine, the ECU 10 first determines whether or not the PM oxidation removal process start condition is satisfied in S201. And when it determines with PM oxidation removal process start conditions being satisfied, it progresses to S202.

S202においては、尿素添加機構5にて尿素水を添加する条件を満たしているか否かを判別する。当該条件とは、フィルタ3の温度が所定温度以下であることを例示することができる。なお、所定温度としては、例えば、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3やPMに存在している状態でPMが酸化され始める温度の下限である440℃を例示することができる。かかる温度より高い時に尿素水を添加すると、PMの酸化反応がさらに促進され、フィルタ3の温度が過剰に上昇してしまうおそれがあるからである。   In S202, the urea addition mechanism 5 determines whether or not the condition for adding urea water is satisfied. The conditions can exemplify that the temperature of the filter 3 is equal to or lower than a predetermined temperature. In addition, as predetermined temperature, 440 degreeC which is the minimum of the temperature which PM begins to oxidize in the state in which urea or ammonia exists in filter 3 or PM can be illustrated, for example. If urea water is added when the temperature is higher than this temperature, the oxidation reaction of PM is further accelerated, and the temperature of the filter 3 may be excessively increased.

そして、S202で肯定された場合はS203へ進み、高NOx排出運転状態にてPM酸化除去処理を実行する。その後、S204にて尿素水添加量を算出し、S205にて算出した添加量分の尿素水を添加する。   If the determination in S202 is affirmative, the process proceeds to S203, and the PM oxidation removal process is executed in the high NOx exhaust operation state. Thereafter, the urea water addition amount is calculated in S204, and urea water corresponding to the addition amount calculated in S205 is added.

S206には、S205にて尿素水を添加した後、あるいはS202にておいて、尿素添加機構5にて尿素水を添加する条件を満たしていないと判別された後に進むが、当該S206ではPM酸化除去処理を実行する。   The process proceeds to S206 after the urea water is added in S205 or after it is determined in S202 that the urea addition mechanism 5 does not satisfy the conditions for adding the urea water. Perform removal processing.

そして、S207へ進み、PM酸化除去処理終了条件が成立したか否かを判別する。そして、肯定判定された場合にはS208へ進み、PM酸化除去処理を終了する。一方、否定判定された場合には、S202以下の処理を再度実行する。   Then, the process proceeds to S207, and it is determined whether or not the PM oxidation removal process end condition is satisfied. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S208, and the PM oxidation removal process is terminated. On the other hand, if a negative determination is made, the processing from S202 onward is executed again.

このようなPM酸化除去処理時の尿素水添加制御を実行することで、PM酸化除去処理実行中、特に昇温処理中に、フィルタ3の温度が比較的低温である場合など尿素添加機構5にて尿素水を添加する条件が満たされている場合には、PM酸化除去処理中に尿素あるいはアンモニアがフィルタ3やPMに存在しているので、約440℃まで温度が上昇した時点でPMが酸化除去開始する。これにより、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3やPMに存在していない状態でPM酸化除去処理開始する場合は約500℃まで温度が上昇し
ないとPMが酸化除去開始しないのに比べるとPM酸化除去処理開始からPMが酸化除去開始するまでの時間を短縮することができる。
By executing the urea water addition control during the PM oxidation removal process, the urea addition mechanism 5 can be used when the temperature of the filter 3 is relatively low during the PM oxidation removal process, particularly during the temperature raising process. When the conditions for adding urea water are satisfied, urea or ammonia is present in the filter 3 or PM during the PM oxidation removal process, so that the PM is oxidized when the temperature rises to about 440 ° C. Start removing. As a result, when the PM oxidation removal process is started in a state where urea or ammonia is not present in the filter 3 or PM, the PM oxidation removal process starts compared with the case where the PM does not start the oxidation removal unless the temperature rises to about 500 ° C. The time from the start of PM to the start of oxidation removal can be shortened.

また、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3やPMに存在している状態でPM酸化除去処理すると、尿素あるいはアンモニアがフィルタ3やPMに存在していない状態でPM酸化除去処理するのと比べるとPMの酸化除去速度が高くなる。   Further, when the PM oxidation removal process is performed in a state where urea or ammonia is present in the filter 3 or PM, the oxidation of PM is performed as compared with the PM oxidation removal process performed in a state where urea or ammonia is not present in the filter 3 or PM. The removal rate is increased.

このように、PM酸化除去処理時の尿素水添加制御を実行することで、PMを酸化除去する性能を向上させることができるので、PM酸化除去処理時間が短縮することができ、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化を抑制することができる。   As described above, by performing the urea water addition control during the PM oxidation removal process, it is possible to improve the performance of oxidizing and removing the PM, so that the PM oxidation removal process time can be shortened, and the PM oxidation removal process It is possible to suppress deterioration in fuel consumption associated with.

本実施例は、実施例2に対して、尿素添加機構5による尿素水の添加の態様が異なるのみであり、その他は実施例2と同一である。以下に、異なる点についてのみ説明する。   The present embodiment is the same as the second embodiment except for the addition of urea water by the urea addition mechanism 5 with respect to the second embodiment. Only different points will be described below.

上述したように、尿素水を過剰に供給して、余剰のアンモニアが脱硝触媒4から流出したとしても、アンモニア酸化触媒6によりアンモニアが酸化除去され、大気中への放出が抑制される。   As described above, even if urea water is supplied excessively and excess ammonia flows out from the denitration catalyst 4, the ammonia is oxidized and removed by the ammonia oxidation catalyst 6, and release into the atmosphere is suppressed.

一方、フィルタ3に存在する尿素あるいはアンモニアの量が多くなる程PM酸化除去性能が向上する。   On the other hand, the PM oxidation removal performance improves as the amount of urea or ammonia present in the filter 3 increases.

そこで、本実施例においては、アンモニア酸化触媒6の床温が、当該触媒にてアンモニアを酸化できる温度(作動温度)である場合には、尿素添加機構5による尿素水を過剰に添加するようにする。   Therefore, in this embodiment, when the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst 6 is a temperature (operation temperature) at which ammonia can be oxidized by the catalyst, urea water by the urea addition mechanism 5 is added excessively. To do.

以下具体的に、図4に示すフローチャートを用いて本実施例に係るPM酸化除去処理時の尿素水添加制御について説明する。この制御ルーチンは、予めECU10のROMに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてECU10が実行するルーチンである。   Hereinafter, the urea water addition control during the PM oxidation removal process according to the present embodiment will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG. This control routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 10, and is a routine that is executed by the ECU 10 as an interrupt process triggered by the passage of a fixed time or the input of a pulse signal from the crank position sensor.

本制御ルーチンでは、ECU10は、先ず、S301においてPM酸化除去処理開始条件が成立しているか否かを判定する。そして、PM酸化除去処理開始条件が成立していると判定された場合は、S302へ進み、尿素添加機構5にて尿素水を添加する条件を満たしているか否かを判別する。これらの処理は、図3のS201、S202と同一の処理であるのでその詳細な説明は省略する。   In this control routine, the ECU 10 first determines whether or not the PM oxidation removal processing start condition is satisfied in S301. If it is determined that the PM oxidation removal processing start condition is satisfied, the process proceeds to S302, where it is determined whether the urea addition mechanism 5 satisfies the condition for adding urea water. Since these processes are the same as S201 and S202 in FIG. 3, detailed description thereof will be omitted.

S302で肯定された場合はS303へ進み、高NOx排出運転状態にてPM酸化除去処理を実行する。この処理は、図3のS203と同一の処理であるのでその詳細な説明は省略する。   If the determination in S302 is affirmative, the process proceeds to S303, and the PM oxidation removal process is executed in the high NOx exhaust operation state. Since this process is the same as S203 in FIG. 3, a detailed description thereof will be omitted.

S304においては、アンモニア酸化触媒6の床温が作動温度であるか否かを判別する。なお、アンモニア酸化触媒6の床温を把握する手法としては、当該触媒の上流に備えた排気温センサ9の検出値に基づいて推定する方法、直に当該触媒の床温を検出する温度センサを備え、当該センサにて検出する方法を例示することができる。   In S304, it is determined whether or not the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst 6 is the operating temperature. In addition, as a method of grasping the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst 6, there is a method of estimating based on the detection value of the exhaust temperature sensor 9 provided upstream of the catalyst, or a temperature sensor that directly detects the bed temperature of the catalyst. And a method of detecting by the sensor can be exemplified.

そして、S304にて肯定判定された場合には、S305へ進み、尿素水添加量を算出する。このステップへ進んだときは、アンモニア酸化触媒6の床温が作動温度であると判定されているので、当該ステップでは尿素水量が過剰(当量比1よりも大)になるように
添加量が算出される。
If the determination in step S304 is affirmative, the process proceeds to step S305, and the urea water addition amount is calculated. When the process proceeds to this step, it is determined that the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst 6 is the operating temperature. Therefore, in this step, the added amount is calculated so that the urea water amount becomes excessive (greater than the equivalent ratio 1). Is done.

一方、S304にて否定判定された場合にも、S306へ進み、尿素水添加量を算出するが、かかる場合には、アンモニア酸化触媒の床温が作動温度外であると判定されているので、尿素水量が当量比1になるように添加量が算出される。   On the other hand, when the negative determination is made in S304, the process proceeds to S306, and the urea water addition amount is calculated. In such a case, it is determined that the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is outside the operating temperature. The addition amount is calculated so that the urea water amount becomes an equivalent ratio of 1.

その後、S307へ進み、S305あるいはS306にて算出した添加量分の尿素水を添加する。それ以降の処理であるS308〜S310の処理は、図4のS206〜S208と同一の処理であるのでその詳細な説明は省略する。   Then, it progresses to S307 and the urea water for the addition amount calculated in S305 or S306 is added. Subsequent processes of S308 to S310 are the same processes as S206 to S208 of FIG.

このような、PM酸化除去処理時の尿素水添加制御を実行することで、アンモニア酸化触媒の床温が作動温度である場合には、尿素添加機構5にて尿素水が過剰に添加されるので、PM酸化除去処理能力がさらに向上する。その結果、PM酸化除去処理時間をさらに短縮することができるので、PM酸化除去処理に伴う燃費悪化をさらに抑制することができる。   By executing the urea water addition control at the time of the PM oxidation removal process, when the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is the operating temperature, the urea water is excessively added by the urea addition mechanism 5. Further, the PM oxidation removal processing capability is further improved. As a result, since the PM oxidation removal processing time can be further shortened, fuel consumption deterioration associated with the PM oxidation removal processing can be further suppressed.

なお、上述した実施例1〜3では、フィルタ3を脱硝触媒4の上流に配置し、尿素添加機構5にて尿素水をフィルタ3の上流に添加する図1の構成を前提にしている。しかしながら、かかる構成に限定されるわけではなく、脱硝触媒4をフィルタ3の上流に配置し、尿素添加機構5にて尿素水を脱硝触媒4の上流に添加する構成であってもよい。   In the first to third embodiments described above, it is assumed that the filter 3 is arranged upstream of the denitration catalyst 4 and urea water is added upstream of the filter 3 by the urea addition mechanism 5. However, the present invention is not limited to this configuration, and the denitration catalyst 4 may be arranged upstream of the filter 3 and urea water may be added upstream of the denitration catalyst 4 by the urea addition mechanism 5.

ただし、かかる構成の場合には、尿素添加機構5にて添加した尿素水による尿素あるいはアンモニアの一部が脱硝触媒4を通過し、PM酸化除去処理時には、フィルタ3に存在するように尿素水の添加量を決定するようにする。   However, in the case of such a configuration, urea or a part of ammonia by the urea water added by the urea addition mechanism 5 passes through the denitration catalyst 4 so that the urea water is present in the filter 3 during the PM oxidation removal process. Try to determine the amount added.

また、上述した実施例1〜3では、アンモニア化合物として尿素水を添加する構成としているが、アンモニア化合物として固体尿素、アンモニア水を供給する構成であってもよい。   Moreover, in Examples 1-3 mentioned above, it is set as the structure which adds urea water as an ammonia compound, However, The structure which supplies solid urea and ammonia water as an ammonia compound may be sufficient.

実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine which concerns on an Example. 実施例1に係るPM酸化除去処理時の尿素水添加制御のフローチャートである。3 is a flowchart of urea water addition control during PM oxidation removal processing according to Embodiment 1. 実施例2に係るPM酸化除去処理時の尿素水添加制御のフローチャートである。6 is a flowchart of urea water addition control during PM oxidation removal processing according to Embodiment 2. 実施例3に係るPM酸化除去処理時の尿素水添加制御のフローチャートである。12 is a flowchart of urea water addition control during PM oxidation removal processing according to Embodiment 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
2 排気管
3 フィルタ
4 脱硝触媒
5 尿素添加機構
6 アンモニア酸化触媒
7,8,9 排気温度センサ
10 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Exhaust pipe 3 Filter 4 Denitration catalyst 5 Urea addition mechanism 6 Ammonia oxidation catalyst 7, 8, 9 Exhaust temperature sensor 10 ECU

Claims (4)

内燃機関の排気通路に配置され排気中に含まれる粒子状物質を捕集する、触媒が担持されていないパティキュレートフィルタと、当該パティキュレートフィルタの上流からアンモニア化合物を供給するアンモニア化合物供給手段を有し、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を酸化除去するPM酸化除去処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給することにより、アンモニア化合物あるいはアンモニアを前記パティキュレートフィルタに吸着させた後、前記PM酸化除去処理を実行することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A particulate filter which is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulate matter contained in the exhaust and does not carry a catalyst, and an ammonia compound supply means for supplying an ammonia compound from upstream of the particulate filter are provided. And
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs PM oxidation removal processing for oxidizing and removing particulate matter collected by the particulate filter,
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the PM oxidation removal process is executed after the ammonia compound or ammonia is adsorbed on the particulate filter by supplying the ammonia compound with the ammonia compound supply means.
内燃機関の排気通路に配置され排気中に含まれる粒子状物質を捕集する、触媒が担持されていないパティキュレートフィルタと、当該パティキュレートフィルタの上流からアンモニア化合物を供給するアンモニア化合物供給手段を有し、
前記パティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質を酸化除去するPM酸化除去処理を行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記PM酸化除去処理を実行している期間中に前記アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
A particulate filter which is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and collects particulate matter contained in the exhaust and does not carry a catalyst, and an ammonia compound supply means for supplying an ammonia compound from upstream of the particulate filter are provided. And
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs PM oxidation removal processing for oxidizing and removing particulate matter collected by the particulate filter,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the ammonia compound is supplied by the ammonia compound supply means during the period during which the PM oxidation removal process is executed.
前記パティキュレートフィルタの下流、あるいは前記パティキュレートフィルタの上流であって前記アンモニア化合物供給手段によるアンモニア化合物の供給位置より下流の排気通路に設けられた脱硝触媒と、
当該脱硝触媒の下流の排気通路に設けられたアンモニア酸化触媒と、
をさらに備え、
前記アンモニア化合物供給手段にてアンモニア化合物を供給する際に、前記アンモニア酸化触媒の床温がアンモニアを酸化することができる温度である場合には、当該触媒の床温がアンモニアを酸化することができない温度である場合よりも、アンモニア化合物を多めに供給することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
A denitration catalyst provided in an exhaust passage downstream of the particulate filter or upstream of the particulate filter and downstream of the ammonia compound supply position by the ammonia compound supply means;
An ammonia oxidation catalyst provided in an exhaust passage downstream of the denitration catalyst;
Further comprising
When the ammonia compound is supplied by the ammonia compound supply means, if the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is a temperature at which ammonia can be oxidized, the bed temperature of the catalyst cannot oxidize ammonia. 3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein a larger amount of the ammonia compound is supplied than in the case of the temperature.
前記アンモニア化合物供給手段は、アンモニア化合物である尿素水・固体尿素・アンモニア水のいずれかを供給するものであり、前記アンモニア酸化触媒の床温がアンモニアを酸化することができない温度である場合には、内燃機関から排出され前記脱硝触媒に流入
するNOx量と、供給するアンモニア化合物中のアンモニアとの当量比が1となるようにアンモニア化合物の供給量を制御することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
The ammonia compound supply means supplies any one of urea water, solid urea, and ammonia water, which is an ammonia compound, and when the bed temperature of the ammonia oxidation catalyst is a temperature at which ammonia cannot be oxidized. The supply amount of the ammonia compound is controlled so that the equivalent ratio of the NOx amount discharged from the internal combustion engine and flowing into the denitration catalyst and ammonia in the supplied ammonia compound becomes 1. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine as described.
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