JP5310166B2 - Engine exhaust purification system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のNOx浄化触媒と、このNOx浄化触媒よりも上流側の排気通路内に尿素水を噴射する尿素水噴射弁と、この尿素水噴射弁からの尿素水の噴射量を制御する噴射弁制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置に関する。 The present invention relates to a selective reduction type NOx purification catalyst provided on an exhaust passage of an engine, a urea water injection valve for injecting urea water into an exhaust passage upstream of the NOx purification catalyst, and the urea water injection The present invention relates to an engine exhaust purification device including an injection valve control means for controlling an injection amount of urea water from a valve.
従来、例えば下記特許文献1に示されるように、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型触媒と、この選択還元型触媒よりも上流側の排気通路内に還元剤としての尿素水を噴射する尿素水噴射弁とを備え、この尿素水噴射弁から排気通路内に噴射される尿素水の作用により、上記選択還元型触媒での窒素酸化物(NOx)の還元反応を促進させるようにした排気処理装置が知られている。
Conventionally, for example, as shown in
上記尿素水噴射弁としては、上記特許文献1にも記載されている通り、電磁駆動式の弁(電磁弁)を使用するのが一般的である。しかしながら、このような電磁弁を尿素水噴射弁として用いた場合には、熱害の発生が懸念される。すなわち、高温の排気ガスが通る排気通路に設けられる上記尿素水噴射弁は、かなりの高温になることが想定されるが、上記尿素水噴射弁に備わるソレノイド(電磁コイルや磁気回路等からなる駆動機構)の耐熱温度が、最高で500℃程度にもなる排気ガスの温度よりもかなり低いため、上記ソレノイドの温度の過上昇により尿素水噴射弁の作動性が悪化するおそれがある。
As the urea water injection valve, an electromagnetically driven valve (electromagnetic valve) is generally used as described in
このような熱害の発生を防止するための対策として、上記特許文献1では、尿素水噴射弁を保持する噴射弁ホルダに、上記尿素水噴射弁の周囲を囲むような冷却室を形成し、この冷却室に冷却媒体を循環させることで、上記尿素水噴射弁の冷却を図るようにしている。しかしながら、このようにした場合には、噴射弁ホルダの構造が複雑化するとともに、その内部の冷却室に冷却媒体を循環させるためのシステムが新たに必要となり、部品点数の増大等が避けられないという問題がある。
As a measure for preventing the occurrence of such heat damage, in
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成で尿素水噴射弁の熱害を抑制することが可能なエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an engine exhaust purification device capable of suppressing thermal damage of a urea water injection valve with a simpler configuration. .
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの排気通路上に設けられた選択還元型のNOx浄化触媒と、このNOx浄化触媒よりも上流側の排気通路内に尿素水を噴射する尿素水噴射弁と、この尿素水噴射弁からの尿素水の噴射量を制御する噴射弁制御手段とを備えたエンジンの排気浄化装置であって、上記尿素水噴射弁に関連して検出された所定温度に基づいて、熱害対策が必要な高温状態に上記尿素水噴射弁があるか否かを判定する温度判定手段と、上記尿素水噴射弁からの噴射量の目標値として、上記NOx浄化触媒でNOxを還元するために必要な第1目標噴射量を算出するとともに、上記尿素水噴射弁の熱害の抑制を目的とした第2目標噴射量を算出する目標噴射量算出手段と、エンジンの燃焼室から排出されるNOx濃度を調整するNOx濃度調整手段とを備え、上記温度判定手段により尿素水噴射弁が高温状態にあることが確認された場合には、上記所定温度が高いほど、上記目標噴射量算出手段が上記第2目標噴射量を大きい値として算出するとともに、上記噴射弁制御手段が、上記第1および第2の目標噴射量のうち多い方の噴射量で上記尿素水噴射弁から尿素水を噴射させ、上記温度判定手段により尿素水噴射弁が高温状態にあることが確認され、かつ、上記目標噴射量算出手段により算出された第2目標噴射量が第1目標噴射量よりも大きい場合には、上記NOx濃度調整手段によりNOx濃度が高めに調整されることを特徴とするものである(請求項1)。
In order to solve the above problems, the present invention injects urea water into a selective reduction type NOx purification catalyst provided on an exhaust passage of an engine and an exhaust passage upstream of the NOx purification catalyst. An exhaust emission control device for an engine comprising a urea water injection valve and an injection valve control means for controlling an injection amount of urea water from the urea water injection valve, which is detected in association with the urea water injection valve Based on a predetermined temperature, temperature determining means for determining whether or not the urea water injection valve is in a high temperature state that requires countermeasures against heat damage, and the NOx purification as a target value of the injection amount from the urea water injection valve A target injection amount calculating means for calculating a first target injection amount necessary for reducing NOx by the catalyst and calculating a second target injection amount for the purpose of suppressing thermal damage of the urea water injection valve; and an engine Discharged from the combustion chamber and a NOx concentration adjusting means for adjusting the x concentration, when the urea water injection valve is confirmed to be in a high temperature state by said temperature determination means as the predetermined temperature is higher, is the target injection amount calculating means The second target injection amount is calculated as a large value, and the injection valve control means injects urea water from the urea water injection valve at a larger injection amount of the first and second target injection amounts. When the temperature determination unit confirms that the urea water injection valve is in a high temperature state and the second target injection amount calculated by the target injection amount calculation unit is larger than the first target injection amount, The NOx concentration is adjusted to be higher by the NOx concentration adjusting means (claim 1).
本発明によれば、尿素水噴射弁が高温状態にあるときに、その熱害の抑制を目的とした第2目標噴射量で尿素水噴射弁から尿素水を噴射させることにより、比較的多量の尿素水を噴射させてその冷却作用により尿素水噴射弁を十分に冷却することができ、この尿素水噴射弁の作動性が熱害により悪化するのを効果的に防止することができる。また、エンジンの運転状態等によっては、熱害対策用の上記第2目標噴射量よりも、NOxを還元するために本来必要な第1目標噴射量の方が大きく算出されることも想定されるが、このような場合でも、上記構成によれば、第1および第2の目標噴射量のうち多い方の噴射量が採用されるようになっているため、エンジンの運転状態等にかかわらず常に尿素水噴射弁からの噴射量が多く確保され、その噴射によって尿素水噴射弁を十分に冷却することができる。しかも、尿素水噴射弁からの噴射量を制御することによりその冷却を図るようにした上記構成によれば、尿素水噴射弁を冷却するために専用の冷却システム等を設けることが不要となり、より簡単な構成で尿素水噴射弁の熱害を抑制できるという利点がある。 According to the present invention, when the urea water injection valve is in a high temperature state, a relatively large amount of urea water is injected from the urea water injection valve at the second target injection amount for the purpose of suppressing thermal damage. It is possible to sufficiently cool the urea water injection valve by injecting urea water and cooling it, and it is possible to effectively prevent the operability of the urea water injection valve from being deteriorated due to heat damage. Also, depending on the engine operating condition, it is assumed that the first target injection amount originally required for reducing NOx is calculated to be larger than the second target injection amount for heat damage countermeasures. However, even in such a case, according to the above configuration, since the larger one of the first and second target injection amounts is adopted, it is always possible regardless of the operating state of the engine or the like. A large amount of injection from the urea water injection valve is ensured, and the urea water injection valve can be sufficiently cooled by the injection. In addition, according to the above-described configuration in which the cooling amount is controlled by controlling the injection amount from the urea water injection valve, it is not necessary to provide a dedicated cooling system or the like for cooling the urea water injection valve. There is an advantage that heat damage of the urea water injection valve can be suppressed with a simple configuration.
また、本発明では、尿素水噴射弁が高温状態にある場合に、上記所定温度が高いほど、第2目標噴射量が大きい値として算出されるので、尿素水噴射弁の温度が高く熱害対策の要求レベルが高いときほど多量の尿素水を噴射させることにより、要求レベルに応じた適正な冷却作用を発揮させて尿素水噴射弁の熱害を確実に抑制できるという利点がある。
Further, in the present invention, when the urea water injection valve is in a high temperature state, the second target injection amount is calculated as a larger value as the predetermined temperature is higher, so the temperature of the urea water injection valve is higher and measures against heat damage. By injecting a larger amount of urea water as the required level is higher, there is an advantage that the heat damage of the urea water injection valve can be surely suppressed by exerting an appropriate cooling action according to the required level.
さらに、本発明では、尿素水噴射弁が高温状態にあり、かつ第2目標噴射量が第1目標噴射量よりも大きい場合に、NOx濃度調整手段によりNOx濃度が高めに調整されるので、熱害対策用の上記第2目標噴射量に基づき比較的多量の尿素水が排気通路内に噴射された場合でも、これに合わせて排気ガス中のNOx濃度が高められることにより、還元反応に利用されないまま外部に排出されるアンモニアの量を効果的に抑制できるという利点がある。
Further, in the present invention, when the urea water injection valve is in a high temperature state and the second target injection amount is larger than the first target injection amount, the NOx concentration is adjusted to be higher by the NOx concentration adjusting means. Even when a relatively large amount of urea water is injected into the exhaust passage based on the second target injection amount for harm prevention, the NOx concentration in the exhaust gas is increased in accordance with this, so that it is not used for the reduction reaction. There is an advantage that the amount of ammonia discharged to the outside can be effectively suppressed.
本発明において、好ましくは、上記温度判定手段により尿素水噴射弁が高温状態にあることが確認され、かつ、上記目標噴射量算出手段により算出された第2目標噴射量が第1目標噴射量よりも大きい場合に、これら2つの目標噴射量の差が大きいほど、上記NOx調整手段によるNOx濃度の増大幅が大きくされる(請求項2)。
In the present invention, it is preferable that the temperature determination unit confirms that the urea water injection valve is in a high temperature state, and the second target injection amount calculated by the target injection amount calculation unit is greater than the first target injection amount. Is larger, the greater the difference between the two target injection amounts, the greater the increase in the NOx concentration by the NOx adjusting means ( Claim 2 ).
この構成によれば、熱害対策のために余分に噴射される尿素水の量が多いほど上記NOx濃度を高めることができ、尿素水の多量噴射によって尿素水噴射弁の十分な冷却を図りながら、外部に排出されるアンモニアの量を効果的に抑制できるという利点がある。 According to this configuration, the NOx concentration can be increased as the amount of urea water injected excessively for countermeasures against heat damage increases, and sufficient cooling of the urea water injection valve is achieved by a large amount of urea water injection. There is an advantage that the amount of ammonia discharged to the outside can be effectively suppressed.
上記NOx濃度調整手段として、エンジンの吸気系に還流される排気ガスの量を制御するEGR制御手段を備える場合、上記NOx濃度を高めに調整する際に、上記EGR制御手段により上記排気ガスの還流量が低減されることが好ましい(請求項3)。
When the EGR control means for controlling the amount of exhaust gas recirculated to the engine intake system is provided as the NOx concentration adjusting means, when the NOx concentration is adjusted to be higher, the EGR control means returns the exhaust gas. The flow rate is preferably reduced ( claim 3 ).
この構成によれば、排気ガスの還流量の低減に応じて燃焼のピーク温度を高めることにより、必要時に適正にNOx濃度を高められるという利点がある。 According to this configuration, there is an advantage that the NOx concentration can be appropriately increased when necessary by increasing the peak temperature of combustion in accordance with the reduction in the recirculation amount of the exhaust gas.
上記NOx濃度調整手段として、インジェクタからエンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射時期を制御するインジェクタ制御手段を備える場合、上記NOx濃度を高めに調整する際に、上記インジェクタ制御手段により上記燃料の噴射時期がNOxの生成を促進する方向に変更されることが好ましい(請求項4)。 In the case where the NOx concentration adjusting means includes an injector control means for controlling the injection timing of fuel injected from the injector into the combustion chamber of the engine, when the NOx concentration is adjusted to be high, the injector control means the injection timing is changed in the direction to promote the generation of NOx it is preferable (claim 4).
この構成によれば、燃料噴射時期の変更に応じてNOxの生成を促進することにより、必要時に適正にNOx濃度を高められるという利点がある。 According to this configuration, there is an advantage that the NOx concentration can be appropriately increased when necessary by promoting the generation of NOx according to the change of the fuel injection timing.
以上説明したように、本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、より簡単な構成で尿素水噴射弁の熱害を抑制できるという利点がある。 As described above, according to the engine exhaust gas purification apparatus of the present invention, there is an advantage that the heat damage of the urea water injection valve can be suppressed with a simpler configuration.
図1は本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気浄化装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、ピストン2やシリンダー3等からなるエンジン本体1と、このエンジン本体1に燃焼用の空気(新気)を供給するための吸気通路11と、上記エンジン本体1から排出された排気ガスの通路となる排気通路20とを備えている。
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an engine to which an engine exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. The engine shown in this figure includes an
上記エンジン本体1は、上記ピストン2やシリンダー3の他、ピストン2の往復運動に応じて軸回りに回転するクランク軸5と、ピストン2の上方に形成された燃焼室4に直接燃料を噴射するインジェクタ10とを備えている。上記燃焼室4には吸気ポート6および排気ポート7が開口しており、これら各ポートを開閉するための吸気弁8および排気弁9が、上記エンジン本体1の上部に設けられている。
The
上記エンジン本体1の吸気ポート6および排気ポート7には、上記吸気通路11および排気通路20がそれぞれ接続されている。エンジン本体1が始動すると、上記吸気通路11を通じて燃焼室4に空気が取り込まれ、この取り込まれた空気(吸入空気)が、上記インジェクタ10から噴射された燃料と混合されて混合気が生成される。生成された混合気は燃焼室4内で燃焼し、その既燃ガス(排気ガス)が上記排気通路20を通じて外部に排出される。
The
上記インジェクタ10は、ニードル弁や、これを電磁的に開閉駆動するためのソレノイド等を内蔵している。そして、後述するECU50からのパルス信号が上記ソレノイドに入力されると、そのパルス幅に対応した時間だけ上記ニードル弁が開駆動され、開弁時間に応じた量の燃料が上記ニードル弁から噴射されるようになっている。なお、当実施形態のエンジンはディーゼルエンジンであるものとする。このため、上記インジェクタ10からは燃料として軽油が噴射される。
The
また、上記エンジン本体1には、エンジンの冷却水の温度を検出する水温センサ38と、クランク軸5の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ39とが設けられている。
Further, the
次に、上記吸気通路11を含むエンジンの吸気系について説明する。上記吸気通路11には、その上流側(エンジン本体1とは反対側)から順に、吸気中の異物や塵埃を除去するエアクリーナ12と、後述する過給機19により圧縮されて昇温した吸気を冷却するインタークーラ13と、吸気流量を調節するスロットル弁14と、整圧用のサージタンク15とが設けられている。
Next, the intake system of the engine including the
上記エアクリーナ12の下流側には、吸気流量を検出するエアフローセンサ35が設けられている。また、上記サージタンク15には、吸気温度を検出する吸気温センサ36と、吸気圧力を検出する吸気圧センサ37とが設けられている。
An
上記エアクリーナ12とインタークーラ13との間には、過給機19の一構成部品としてのコンプレッサ19aが設けられている。なお、当実施形態の過給機19は、排気ガスのエネルギーを利用して過給するいわゆるターボチャージャーである。すなわち、排気ガスのエネルギーによって回転駆動されるタービン19bが排気通路20に設けられ、このタービン19bと上記コンプレッサ19aとが連結軸を介して互いに連結されることにより、上記過給機19が構成されている。そして、エンジンの運転中に、コンプレッサ19aがタービン19bと連動して高速回転することにより、吸気が圧縮されてより多量の空気がエンジン本体1へと送り込まれるようになっている。
Between the
上記スロットル弁14は、運転者により踏み込み操作される図外のアクセルペダルと連動しており、このアクセルペダルの操作量(開度)に応じて上記スロットル弁14が開閉駆動されるようになっている。なお、上記アクセルペダルには、その開度を検出するためのアクセル開度センサ45(図2)が設けられている。
The
次に、上記排気通路20を含むエンジンの排気系について説明する。上記排気通路20には、その上流側(エンジン本体1側)から順に、酸化触媒21、パティキュレートフィルタ22(以下、DPF22と略称する)、およびNOx浄化触媒23が設けられている。なお、これら触媒およびフィルタの各機能や構造については後で詳しく説明する。
Next, the exhaust system of the engine including the
上記酸化触媒21の上流側には、酸化触媒21に流入する排気ガスの温度を検出することにより、上記酸化触媒21の温度を検出する第1温度センサ40が設けられている。同様に、上記DPF22の上流側には、DPF22の温度を検出する第2温度センサ41が設けられ、上記NOx浄化触媒23の上流側には、NOx浄化触媒23の温度を検出する第3温度センサ42が設けられている。
A
また、上記排気通路20には、DPF22の上流側と下流側を連通する細管46が設けられ、この細管46に、上記DPF22の前後の差圧を検出する差圧センサ43が設けられている。
The
さらに、上記NOx浄化触媒23の下流側には、NOx浄化触媒23を通過した後の排気ガス中のNOx濃度、つまりNOx浄化触媒23でNOxが還元された後のNOx濃度を検出するNOx濃度センサ44が設けられている。
Further, on the downstream side of the
ここで、当実施形態のエンジンには、排気再循環(Exhaust Gas Recirculation)のシステムが採用されている。このため、上記吸気通路11および排気通路20は、EGR通路16を介して互いに連通している。すなわち、上記排気通路20におけるタービン19bの上流側にEGR通路16の一端部が接続されるとともに、上記吸気通路11におけるサージタンク15の設置部にEGR通路16の他端部が接続されることにより、上記吸気通路11および排気通路20が互いに連通している。
Here, an exhaust gas recirculation system is employed in the engine of the present embodiment. For this reason, the
上記EGR通路16にはEGR弁17が設けられており、このEGR弁17が開弁することにより、上記排気通路20を通過する排気ガスの一部が吸気通路11に還流されるようになっている。このようにして吸気通路11に還流された排気ガス(これを特にEGRガスという)は、上記スロットル弁14を通過した吸入空気(新気)と合流して再び燃焼室4に導入される。上記EGR弁17は、後述するECU50からの操作信号に応じて開閉され、その開度に応じてEGRガスの量(EGR量)が調節されるようになっている。
The
また、上記EGR通路16にはEGRクーラ18が設けられている。このEGRクーラ18は、EGR通路16を通過するEGRガスを冷却するための水冷式の冷却装置である。すなわち、高温のEGRガスがそのまま新気と合流すると吸気温度が上昇して吸気密度が低下してしまうため、上記EGRクーラ18によってEGRガスを冷却することにより、吸気温度の上昇を抑制するようにしている。
The
このように、当実施形態のエンジンでは、EGR通路16を介して吸気通路11と排気通路20とを連通させることにより、上記排気通路20を通過する排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路11に還流するようにしている。これにより、燃焼室4での混合気の燃焼により生じるNOxの量を低減する効果等が得られる。すなわち、燃焼後の排気ガス中にはわずかな酸素しか含まれていないため、この酸素希薄な排気ガスが吸気と混合されることで、吸気中の酸素濃度が低下する。すると、通常よりも酸素濃度が低い状態で燃焼が起きることにより、ピークの燃焼温度が低下し、これによってNOxの発生が抑制されるようになっている。
As described above, in the engine of the present embodiment, the
次に、以上のような構成を有した当実施形態のエンジンに適用される排気浄化装置について説明する。当実施形態のエンジンの排気浄化装置は、排気通路20上に設けられた上記酸化触媒21、DPF22、およびNOx浄化触媒23と、このうちのNOx浄化触媒23の上流側(つまりDPF22とNOx浄化触媒23の間)から上記排気通路20内に尿素水を噴射する尿素水噴射弁25と、この尿素水噴射弁25に尿素水を供給する尿素水供給装置27とを有している。
Next, an exhaust emission control device applied to the engine of the present embodiment having the above-described configuration will be described. The engine exhaust purification apparatus of the present embodiment includes the
上記酸化触媒21は、例えばロジウム、酸化セリウム、白金、アルミナ等からなる触媒の層をハニカム構造体等の担体に担持させたものであり、排ガス中に含まれるHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)を酸化反応によって浄化する機能を有している。
The
上記DPF22は、例えば白金やアルミナ等からなる触媒の層をハニカム構造体等の担体に担持させたものであり、排気ガス中に含まれるパティキュレート(以下、PMと略称する)を捕集する機能、および、この捕集されたPMを定期的に燃焼させて無害化する機能を有している。
The
上記NOx浄化触媒23は、例えばチタニアーバナジウム、ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等からなる触媒の層をハニカム構造体等の担体に担持させたものであり、上記尿素水噴射弁25から噴射される尿素水を利用して、排気ガス中に含まれるNOxを選択的に還元し、窒素と水に分解する機能を有している。すなわち、上記NOx浄化触媒23は、尿素水の還元作用を利用してNOxを高効率で浄化し得るようにした選択還元型のNOx触媒(尿素SCR触媒)として構成されている。
The
この点についてより詳しく説明する。上記尿素水噴射弁25から排気通路20内に尿素水が噴射されると、排気ガスの熱によって加水分解が行われ、その結果生成されたアンモニアが下流側のNOx浄化触媒23の内部(触媒層)に吸着する。そして、このNOx浄化触媒23に吸着したアンモニアと、排気ガス中のNOxとの間で脱硝反応が起きることにより、NOxが選択的に還元されて(つまり窒素と水に分解されて)無害化されるようになっている。
This point will be described in more detail. When urea water is injected into the
上記尿素水噴射弁25は、上記エンジン本体1に設けられたインジェクタ10とほぼ同様の構造を有している。すなわち、上記尿素水噴射弁25は、ニードル弁やソレノイド等を内蔵しており、後述するECU50からのパルス信号に応じて上記ソレノイドがニードル弁を一時的に開駆動することにより、その開弁時間に応じた量の尿素水が上記ニードル弁から噴射されるようになっている。
The urea
上記尿素水供給装置27は、尿素水を貯留する尿素水タンク28と、この尿素水タンク28から尿素水を汲み上げて圧送する電動ポンプ29と、この電動ポンプ29から圧送された尿素水を上記尿素水噴射弁25に供給するための供給管30とを有している。上記供給管30には圧力調節弁32が設けられており、上記供給管30を通じて尿素水噴射弁25に供給される尿素水の圧力が上記圧力調節弁32により一定に維持されるようになっている。
The urea
図2は、当実施形態のエンジンの制御系を示すブロック図である。本図に示されるECU50は、エンジンの各部を統括的に制御するための制御装置であり、周知のCPU、ROM、RAM等から構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the engine of the present embodiment. The
上記ECU50は、上記エアフローセンサ35、吸気温センサ36、吸気圧センサ37、水温センサ38、エンジン回転速度センサ39、第1温度センサ40、第2温度センサ41、第3温度センサ42、差圧センサ43、NOx濃度センサ44、およびアクセル開度センサ45と電気的に接続されており、これら各種センサ類からの検出信号が上記ECU50に逐次入力されるようになっている。なお、ここでは特に、エンジン回転速度センサ39から入力されるエンジンの回転速度をNe、第3温度センサ42から入力されるNOx浄化触媒23の温度をTn、差圧センサ43から入力されるDPF22前後の差圧をΔP、NOx濃度センサから入力されるNOx浄化触媒23下流のNOx濃度をDnr、アクセル開度センサ45から入力されるアクセルペダルの開度をθとして表わしている。
The
また、上記ECU50は、上記インジェクタ10、EGR弁17、尿素水噴射弁25、および電動ポンプ29とも電気的に接続されており、これらの装置にそれぞれ駆動用の制御信号を出力するように構成されている。
The
次に、以上のように構成されたECU50の具体的な機能について説明する。なお、ここでは主に、ECU50が有する機能として、上記尿素水噴射弁25の制御に関する機能と、上記DPF22に堆積したPMを燃焼させるフィルタ再生処理に関する機能とを中心に説明する。
Next, specific functions of the
上記のような各機能に関連して、上記ECU50は、噴射弁制御手段51、目標噴射量算出手段52、温度判定手段53、EGR制御手段54、およびインジェクタ制御手段55を機能的に含んでいる。
In relation to the above functions, the
上記噴射弁制御手段51は、上記尿素水噴射弁25による尿素水の噴射動作を制御することにより、上記尿素水噴射弁25から排気通路20内に噴射される尿素水の噴射量や噴射時期を制御するものである。
The injection valve control means 51 controls the urea water injection operation by the urea
上記目標噴射量算出手段52は、エンジンの運転状態に関する各種パラメータ値に基づいて、上記尿素水噴射弁25から噴射すべき尿素水噴射量の目標値を算出するものである。
The target injection amount calculating means 52 calculates a target value of the urea water injection amount to be injected from the urea
上記温度判定手段53は、上記尿素水噴射弁25に関連して検出された温度に基づいて、尿素水噴射弁25の熱害対策が必要か否かを判定するものである。すなわち、尿素水噴射弁25は、最高で500℃程度にもなる高温の排気ガスに曝されるため、内蔵しているソレノイドの温度が耐熱温度よりも高くなり、その作動性が悪化するおそれがある。そこで、このような尿素水噴射弁25の熱害が生じる前に、尿素水噴射弁25に関連する温度の大小に基づいて、尿素水噴射弁25の熱害対策が必要か否かを判定する。
The temperature determination means 53 determines whether or not a countermeasure against heat damage of the urea
具体的に、当実施形態では、上記尿素水噴射弁25に関連する温度として、その下流側に配置された第3温度センサ42から入力されるNOx浄化触媒23の温度Tnの大小を判定し、その結果に基づいて、上記尿素水噴射弁25の熱害対策が必要か否かを判定する。すなわち、当実施形態では、NOx浄化触媒23の温度Tnが、本発明にかかる所定温度に相当する。
Specifically, in this embodiment, as the temperature related to the urea
上記EGR制御手段54は、上記EGR通路16内のEGR弁17を開閉制御することにより、排気系から吸気系に還流される排気ガス(EGRガス)の量をエンジンの運転状態に応じて制御するものである。図3は、上記EGR制御手段54により設定されるEGR率(新気に対するEGRガスの割合)の変化を示す図である。本図に示すように、EGR率は、エンジンの回転速度Neまたは要求トルク(負荷)Teが小さいほど高い値に設定される一方、高回転または高負荷域ではゼロとされる(つまり排気還流が停止される)。すなわち、上記EGR制御手段54は、エンジンの回転速度Neまたは要求トルクTeが小さいほどEGR弁17を大きく開いて多量の排気ガスを吸気系に還流させる一方、高回転または高負荷域ではEGR弁17を全閉にして排気還流を停止し、これによってEGR率を図3のように設定する。
The EGR control means 54 controls the amount of exhaust gas (EGR gas) recirculated from the exhaust system to the intake system by controlling the opening and closing of the
上記インジェクタ制御手段55は、上記インジェクタ10による燃料の噴射動作を制御することにより、上記インジェクタ10から燃焼室4に噴射される燃料の噴射量や噴射時期を制御するものである。
The injector control means 55 controls the injection amount and timing of fuel injected from the
次に、上記各手段51〜55を含んだECU50により実行される尿素水の噴射やDPF22の再生に関する制御動作について、図4および図5のフローチャートに基づき説明する。
Next, control operations relating to the injection of urea water and the regeneration of the
まず、図4に示されるDPF22の再生に関する制御動作について説明する。本図に示されるフローチャートがスタートすると、まず、上記差圧センサ43からDPF22の前後差圧ΔPを読み込む制御が実行される(ステップSA1)。
First, the control operation regarding the regeneration of the
次いで、上記ステップSA1で読み込まれたDPF22の前後差圧ΔPに基づいて、DPF22に堆積しているPMの量(PM堆積量)Mを算出する制御が実行される(ステップSA2)。すなわち、DPF22の前後差圧ΔPが大きいほど、DPF22に多量のPMが堆積している(つまりPM堆積量Mが多い)と判断できるため、このような前後差圧ΔPとPM堆積量Mとの関係を利用して、上記PM堆積量Mの値を算出する。
Next, control for calculating the amount of PM accumulated in the DPF 22 (PM accumulation amount) M is executed based on the differential pressure ΔP across the
次いで、上記ステップSA2で算出されたPM堆積量Mの値が、予め定められた第1の閾値Me以下であるか否かが判定される(ステップSA3)。なお、ここでの閾値Meは、後述するステップSA6のフィルタ再生処理(DPF22に堆積しているPMを燃焼させる処理)を終了するか否かを判定するための閾値である。 Next, it is determined whether or not the value of the PM deposition amount M calculated in step SA2 is equal to or less than a predetermined first threshold value Me (step SA3). Here, the threshold value Me is a threshold value for determining whether or not to terminate the filter regeneration process (the process of burning PM accumulated in the DPF 22) in step SA6 described later.
上記ステップSA3でYESと判定されてPM堆積量M≦Meであることが確認された場合には、フィルタ再生実行フラグFに「0」が入力される(ステップSA8)。なお、フィルタ再生実行フラグFとは、後述するフィルタ再生処理(SA6)の実行の有無を表すものであり、F=0がフィルタ再生処理の停止を、F=1がフィルタ再生処理の実行をそれぞれ表している。したがって、上記ステップSA8でフラグFに「0」が入力された後は、フィルタ再生処理は実行されない(ステップSA9)。 When it is determined YES in Step SA3 and it is confirmed that the PM accumulation amount M ≦ Me, “0” is input to the filter regeneration execution flag F (Step SA8). The filter regeneration execution flag F indicates whether or not a filter regeneration process (SA6), which will be described later, is executed. F = 0 stops the filter regeneration process and F = 1 executes the filter regeneration process. Represents. Therefore, after “0” is input to the flag F in step SA8, the filter regeneration process is not executed (step SA9).
一方、上記ステップSA4でNOと判定されてPM堆積量M>Meであることが確認された場合には、上記ステップSA2で算出されたPM堆積量Mの値が、予め定められた第2の閾値Msよりも大きいか否かが判定される(ステップSA4)。具体的に、ここで用いられる第2の閾値Msは、後述するフィルタ再生処理(SA6)を開始するか否かを判定するためのものであり、上記ステップSA3で用いられる第1の閾値Meよりも大きい値に設定される。 On the other hand, if it is determined NO in step SA4 and it is confirmed that the PM accumulation amount M> Me, the value of the PM accumulation amount M calculated in step SA2 is the second predetermined value. It is determined whether or not it is larger than the threshold value Ms (step SA4). Specifically, the second threshold value Ms used here is for determining whether or not to start a filter regeneration process (SA6) described later, and is based on the first threshold value Me used in step SA3. Is also set to a large value.
上記ステップSA4でYESと判定されてPM堆積量M>Msであることが確認された場合、つまり、PM堆積量Mが第1の閾値Meを上回り、かつこれよりも大きい第2の閾値Msをも上回ることが確認された場合には、上記フィルタ再生実行フラグFに「1」が入力され(ステップSA5)、その後、DPF22に堆積していたPMを燃焼させるフィルタ再生処理が実行される(ステップSA6)。
When it is determined YES in Step SA4 and it is confirmed that the PM accumulation amount M> Ms, that is, the PM accumulation amount M exceeds the first threshold value Me and exceeds the second threshold value Ms larger than this. If it is confirmed that the value exceeds the threshold value, “1” is input to the filter regeneration execution flag F (step SA5), and then a filter regeneration process for burning PM accumulated in the
具体的に、上記ステップSA6では、DPF22に堆積していたPMを燃焼させるために、エンジンの膨張行程でインジェクタ10から燃料を噴射させる制御(いわゆるポスト噴射を行わせる制御)が上記インジェクタ制御手段55により実行されるとともに、EGR弁17を閉じて排気ガスの還流を停止させる制御が上記EGR制御手段54により実行される。
Specifically, in step SA6, in order to combust PM accumulated in the
すなわち、上記ステップSA6では、エンジンの圧縮上死点付近でインジェクタ10から燃料を噴射させる通常の燃料噴射に加えて、エンジンの膨張行程でインジェクタ10から燃料を噴射させるポスト噴射が実行されることにより、ポスト噴射された燃料の多くが燃え残り、排気ガス中に燃料の未燃成分が多く含まれることになる。すると、この燃料の未燃成分が上記排気通路20上の酸化触媒21で酸化反応することにより、排気ガスの温度が上昇し、高温化した排気ガスが下流側のDPF22に流入する。そして、このように高温化した排気ガスと上記DPF22中の触媒(PM酸化触媒層)との作用により、DPF13に堆積していたPMが酸化反応(燃焼)を起こして焼失する。
That is, in step SA6, in addition to normal fuel injection in which fuel is injected from the
一方、上記のようなポスト噴射によりPMを燃焼させる制御に併せて、EGR制御手段54により排気ガスの還流が停止されるのは、エンジンの燃焼安定性の確保等を企図してのものである。すなわち、ポスト噴射の実行中であるにもかかわらず排気ガスの還流が継続して行われると、排気ガス中に含まれる燃料の未燃成分(主に未燃HC)が再び燃焼室4に流入してしまい、燃焼安定性が損なわれるとともに、燃料の未燃成分がEGRクーラ18に付着して目詰まりを起こす等のおそれがあるため、ポスト噴射の実行中はEGR弁17を閉じて排気ガスの還流を停止させることにより、燃焼安定性の悪化やEGRクーラ18の目詰まり等を防止するようにしている。
On the other hand, the recirculation of the exhaust gas is stopped by the EGR control means 54 together with the control for burning the PM by the post injection as described above in order to ensure the combustion stability of the engine. . That is, if the exhaust gas recirculates continuously despite the post injection being executed, the unburned components (mainly unburned HC) of the fuel contained in the exhaust gas flow into the combustion chamber 4 again. As a result, combustion stability is impaired, and unburned components of the fuel may adhere to the
上記のようにしてDPF22の再生処理が開始されると、まもなくしてPM堆積量Mが低下して上記第2の閾値Ms以下になるため、上記ステップSA4での判定結果がNOとなる。すると、次のステップSA7でフィルタ再生実行フラグF=1であるか否かが判定され、ここでYESと判定されればフィルタ再生処理が継続される一方(ステップSA6)、NOと判定されてF=0であることが確認された場合には、フィルタ再生処理が停止される(ステップSA9)。
When the regeneration process of the
すなわち、上記ステップSA7で判定されるフィルタ再生実行フラグFは、上記ステップSA3でYESと判定されてSA8でF=0とされるまで「1」のままなので、上記ステップSA3での判定結果がYESとならない限り(つまりPM堆積量M≦Meとならない限り)、上記ステップSA7ではYESと判定され続け、その間はフィルタ再生処理(SA6)が継続的に実行されることになる。そして、フィルタ再生処理がある程度継続されることにより、PM堆積量Mが第1の閾値Me以下まで低下した時点で、上記ステップSA7での判定結果が初めてNOとなり、フィルタ再生処理が停止される(SA9)。 That is, the filter regeneration execution flag F determined in step SA7 remains “1” until YES is determined in step SA3 and F = 0 is set in SA8, so the determination result in step SA3 is YES. Unless it becomes (that is, unless PM accumulation amount M ≦ Me), it is determined as YES in step SA7, and the filter regeneration process (SA6) is continuously executed during that time. Then, when the filter regeneration process is continued to some extent, when the PM deposition amount M decreases to the first threshold value Me or less, the determination result in step SA7 becomes NO for the first time, and the filter regeneration process is stopped ( SA9).
次に、尿素水の噴射に関する制御動作を図5のフローチャートに基づき説明する。なお、この図5の制御フローは、図4に示した制御フローと並行して実行される。 Next, a control operation relating to the injection of urea water will be described based on the flowchart of FIG. The control flow in FIG. 5 is executed in parallel with the control flow shown in FIG.
図5のフローチャートがスタートすると、まず、エンジン回転速度センサ39、アクセル開度センサ45、第3温度センサ42、およびNOx濃度センサ44から、これら各センサの検出値として、エンジン回転速度Ne、アクセル開度θ、NOx浄化触媒23の温度Tn、およびNOx浄化触媒23の下流側のNOx濃度Dnrをそれぞれ読み込む制御が実行される(ステップSB1)。
When the flowchart of FIG. 5 starts, first, from the
次いで、上記ステップSB1で取得されたエンジン回転速度Neおよびアクセル開度θに基づいて、エンジンの要求トルクTeを算出する制御が実行され(ステップSB2)、ここで算出された要求トルクTeと、上記ステップSB1で取得されたエンジン回転速度Neとに基づいて、NOx浄化触媒23の上流側のNOx濃度(つまりエンジンの燃焼室4から排出された生のNOx濃度の値)Dnfを算出する制御が実行される(ステップSB3)。 Next, control for calculating the required torque Te of the engine is executed based on the engine rotational speed Ne and the accelerator opening degree θ acquired in step SB1 (step SB2). The calculated required torque Te and the above Based on the engine rotational speed Ne acquired in step SB1, control for calculating the NOx concentration upstream of the NOx purification catalyst 23 (that is, the value of the raw NOx concentration discharged from the combustion chamber 4 of the engine) Dnf is executed. (Step SB3).
なお、上記NOx浄化触媒23の上流側のNOx濃度Dnfは、下流側のNOx濃度Dnrと同様、NOx濃度センサを用いて検出することも当然に可能であるが、燃焼室4から排出された生のNOx濃度Dnfは、エンジンの運転状態に基づき比較的正確に推定することができるため、ここでは計算により上記NOx濃度Dnfを求めるようにしている。
The NOx concentration Dnf on the upstream side of the
次いで、上記ステップSB1で取得されたNOx浄化触媒23の温度Tnおよびその下流側のNOx濃度Dnrと、上記ステップSB3で算出された上流側のNOx濃度Dnfとに基づいて、上記NOx浄化触媒23でのNOxの還元のために上記尿素水噴射弁25から噴射すべき尿素水の噴射量として、第1目標噴射量Q1を算出する制御が、上記目標噴射量算出手段52により実行される(ステップSB4)。
Next, based on the temperature Tn of the
すなわち、上記目標噴射量算出手段52は、NOx浄化触媒23の上下流のNOx濃度Dnf,Dnrに基づいて、上記NOx浄化触媒23におけるNOxの浄化率を求め、この浄化率からNOxの還元のために消費されたアンモニアの量(アンモニア消費量)を算出するとともに、上記NOx浄化触媒23の温度Tnに基づいて、NOx浄化触媒23で吸着可能なアンモニアの量(アンモニア吸着量)を算出する。そして、これら算出されたアンモニア消費量およびアンモニア吸着量に基づいて、上記NOx浄化触媒23に供給(補給)すべき尿素水の量を推定し、その推定値を上記第1目標噴射量Q1として算出する。
That is, the target injection amount calculation means 52 obtains the NOx purification rate in the
このようにして第1目標噴射量Q1が算出されると、続いて、上記尿素水噴射弁25が高温状態(熱害対策が必要な状態)にあるか否かを判定する制御が、上記温度判定手段53により実行される(ステップSB5)。具体的には、上記ステップSB1で取得されたNOx浄化触媒23の温度Tnが所定の閾値Tn0以上である場合に、その上流側に配置された上記尿素水噴射弁25が高温状態にあると判定される。
When the first target injection amount Q1 is calculated in this way, subsequently, the control for determining whether or not the urea
上記ステップSB5でYESと判定されて尿素水噴射弁25が高温状態にあることが確認された場合には、上記尿素水噴射弁25からの噴射量の目標値として、上述した第1目標噴射量Q1とは算出基準の異なる第2目標噴射量Q2を算出する制御が、上記目標噴射量算出手段52により実行される(ステップSB6)。この第2目標噴射量Q2は、尿素水噴射弁25の熱害の抑制を目的としたものであり、上記NOx浄化触媒23の温度Tnを基準として算出される。
When it is determined YES in Step SB5 and it is confirmed that the urea
具体的には、図6に示すように、上記NOx浄化触媒23の温度Tnが閾値Tn0を大きく上回るほど、上記第2目標噴射量Q2が大きい値として算出される。すなわち、上記NOx浄化触媒23の温度TnがTn0以上の高温に達し、その下流側に位置する尿素水噴射弁25の熱害が懸念されるような状態で、その温度に比例した多量の尿素水を尿素水噴射弁25から噴射させれば、尿素水の噴射自体による冷却作用で尿素水噴射弁25の温度が低下し、それによって尿素水噴射弁25の熱害が抑制されることが期待される。そこで、尿素水噴射弁25の熱害の抑制を目的とした上記第2目標噴射量Q2は、尿素水噴射弁25に関連する上記温度Tnが高いほど大きい値に設定される。
Specifically, as shown in FIG. 6, the second target injection amount Q2 is calculated as a larger value as the temperature Tn of the
上記のようにして第2目標噴射量Q2の算出が完了すると、続いて、この算出された第2目標噴射量Q2が、上記ステップSB4で算出された第1目標噴射量Q1よりも大きいか否かが判定される(ステップSB7)。なお、尿素水噴射弁25が高温状態にあるときは、多くのケースで、熱害の抑制を目的とした上記第2目標噴射量Q2の方が、上記NOx浄化触媒23でのアンモニア消費量等を基準とした上記第1目標噴射量Q1(つまりNOxを還元するために必要十分な尿素水の噴射量)よりも大きくなり、上記ステップSB7ではYESと判定されると考えられる。ただし、エンジンの運転状態によっては、NOx浄化触媒23でのアンモニア消費量がかなり多くなるため、このような場合には、上記第2目標噴射量Q2よりも第1目標噴射量Q1の方が大きくなる可能性があり、このときの上記ステップSB7での判定結果はNOとなる。
When the calculation of the second target injection amount Q2 is completed as described above, subsequently, whether the calculated second target injection amount Q2 is larger than the first target injection amount Q1 calculated in step SB4. Is determined (step SB7). When the urea
上記ステップSB7でYESと判定されて第2目標噴射量Q2>第1目標噴射量Q1であることが確認された場合には、図4のステップSA6で述べたフィルタ再生処理(DPF22に堆積したPMを燃焼させる処理)が実行中であるか否かが判定される(ステップSB8)。具体的には、図4に示したフィルタ再生実行フラグF=1であるときに、フィルタ再生処理が実行中であると判定される。 When it is determined YES in step SB7 and it is confirmed that the second target injection amount Q2> the first target injection amount Q1, the filter regeneration process (PM accumulated in the DPF 22) described in step SA6 in FIG. It is determined whether or not the process of burning is performed (step SB8). Specifically, it is determined that the filter regeneration process is being executed when the filter regeneration execution flag F = 1 shown in FIG.
上記ステップSB8でNOと判定されてフィルタ再生処理が実行されていないことが確認された場合には、上記第2目標噴射量Q2と第1目標噴射量Q1との差(Q2−Q1)に基づいて、NOx浄化触媒23の上流側のNOx濃度Dnfを増大方向に調整する制御が実行される(ステップSB9)。具体的に、このステップSB9では、図7に示すように、上記第1および第2の目標噴射量の差(Q2−Q1)が大きいほど、上記NOx濃度Dnfの増大幅が大きく設定されるようになっている。
When it is determined NO in step SB8 and it is confirmed that the filter regeneration process is not executed, based on the difference (Q2-Q1) between the second target injection amount Q2 and the first target injection amount Q1. Thus, control for adjusting the NOx concentration Dnf on the upstream side of the
上記NOx濃度Dnfの増大制御は、EGR制御手段54およびインジェクタ制御手段55の少なくとも一方により実行される。例えば、EGR制御手段54は、NOx濃度Dnfを増大させる必要のない通常時よりもEGR弁17の開度を低開度(全閉含む)に設定することにより、エンジンの吸気系に還流される排気ガスの量(EGR量)を低減し、これによって上記NOx濃度Dnfを増大させる。すなわち、EGR制御手段54によりEGR量が低減されると、吸気中の酸素濃度が高くなるため、燃焼のピーク温度が高まってより多くのNOxが生成され、燃焼室4から排出される上記NOx濃度Dnfが増大する。
The increase control of the NOx concentration Dnf is executed by at least one of the EGR control means 54 and the injector control means 55. For example, the EGR control means 54 returns to the intake system of the engine by setting the opening degree of the
また、インジェクタ制御手段55は、インジェクタ10から燃焼室4に噴射される燃料の噴射時期をNOxの生成を促進する方向に変更することにより、燃焼室4から排出される上記NOx濃度Dnfを増大させる。例えば、ディーゼルエンジンでは、一般に、インジェクタ10から噴射される燃料の噴射時期を、最も燃焼が起き易い時期よりも遅角側にずらして燃焼を緩慢化することにより、燃焼のピーク温度を抑えてNOxを低減するようにしている。そこで、このようにNOx低減のために遅角側に設定された燃料の噴射時期を進角側に戻すようにすれば、NOxの生成を促進して上記NOx濃度Dnfを高めることができる。
Further, the injector control means 55 increases the NOx concentration Dnf discharged from the combustion chamber 4 by changing the injection timing of the fuel injected from the
上記EGR制御手段54によるNOx濃度Dnfの増大制御と、上記インジェクタ制御手段55によるNOx濃度Dnfの増大制御とは、必要なNOx濃度Dnfの増大幅やエンジンの運転状態に応じて適宜使い分けられる。例えば、図3に示したように、エンジンの高回転または高負荷域では、そもそもEGR制御手段54による排気ガスの還流が行われないため(EGR率=0)、上記EGR制御手段54によりNOx濃度Dnfを増大させることは不可能である。そこで、このような場合には、インジェクタ制御手段55の制御に基づく燃料噴射時期の変更によって上記NOx濃度Dnfを増大させればよい。一方、エンジンの高回転または高負荷域以外の運転領域では、EGR制御手段54の制御に基づくEGR量の低減により、上記NOx濃度Dnfを増大させることが可能である。 The increase control of the NOx concentration Dnf by the EGR control means 54 and the increase control of the NOx concentration Dnf by the injector control means 55 are properly used according to the required increase range of the NOx concentration Dnf and the operating state of the engine. For example, as shown in FIG. 3, since the exhaust gas recirculation is not performed by the EGR control means 54 in the high engine speed or high load range (EGR rate = 0), the EGR control means 54 performs NOx concentration. It is impossible to increase Dnf. Therefore, in such a case, the NOx concentration Dnf may be increased by changing the fuel injection timing based on the control of the injector control means 55. On the other hand, in the operating region other than the high engine speed or high load region, the NOx concentration Dnf can be increased by reducing the EGR amount based on the control of the EGR control means 54.
また、上記第2目標噴射量Q2と第1目標噴射量Q1との差(Q2−Q1)が大きく、これに応じてNOx濃度Dnfを大幅に増大させる必要がある場合には、上記EGR制御手段54によるEGR量の低減と、上記インジェクタ制御手段55による燃料噴射時期の変更とを同時に実行することも考えられる。 Further, when the difference (Q2−Q1) between the second target injection amount Q2 and the first target injection amount Q1 is large and the NOx concentration Dnf needs to be increased significantly in response thereto, the EGR control means It is also conceivable to simultaneously perform the reduction of the EGR amount by 54 and the change of the fuel injection timing by the injector control means 55.
以上のことから、当実施形態では、エンジンの燃焼室4から排出されるNOx濃度Dnfを調整するNOx濃度制御手段が、エンジンの吸気系に還流される排気ガスの量を制御するEGR制御手段54と、エンジンの燃焼室4への燃料の噴射時期を制御するインジェクタ制御手段55とにより構成されている。 From the above, in this embodiment, the NOx concentration control means for adjusting the NOx concentration Dnf exhausted from the combustion chamber 4 of the engine controls the EGR control means 54 for controlling the amount of exhaust gas recirculated to the engine intake system. And injector control means 55 for controlling the timing of fuel injection into the combustion chamber 4 of the engine.
上記のようにしてNOx濃度Dnfを増大させる制御が終了すると、続いて、上記ステップSB6で算出された第2目標噴射量Q2に一致する量の尿素水を尿素水噴射弁25から噴射させる制御が、上記噴射弁制御手段51により実行される(ステップSB10)。すなわち、ここでは第2目標噴射量Q2>第1目標噴射量Q1であるため、より値の大きい方の第2目標噴射量Q2が、尿素水噴射弁25からの尿素水の噴射量として採用される。
When the control for increasing the NOx concentration Dnf is completed as described above, subsequently, the control for injecting the urea water in an amount corresponding to the second target injection amount Q2 calculated in step SB6 from the urea
一方、上記ステップSB8でYESと判定されてフィルタ再生処理中であることが確認された場合には、NOx濃度Dnfを増大させる上記ステップSB9の制御が省略されて直接ステップSB10に移行し、上記第2目標噴射量Q2での尿素水の噴射が行われる。すなわち、図4のフローチャートで説明したように、フィルタ再生処理中は吸気系への排気ガスの還流が停止されることから、上記ステップSB9のようなNOx濃度の増大制御を行わなくても、燃焼室4から排出されるNOx濃度Dnfの値は元々高い。そこで、フィルタの再生処理中は、NOx濃度Dnfの増大制御(ステップSB9)が省略され、直ちに尿素水の噴射(ステップSB10)が行われる。 On the other hand, if it is determined YES in step SB8 and it is confirmed that the filter regeneration process is being performed, the control in step SB9 for increasing the NOx concentration Dnf is omitted, and the process directly proceeds to step SB10, and the first The urea water is injected at the 2 target injection amount Q2. That is, as described with reference to the flowchart of FIG. 4, the exhaust gas recirculation to the intake system is stopped during the filter regeneration process. Therefore, the combustion can be performed without performing the NOx concentration increase control as in step SB9. The value of the NOx concentration Dnf discharged from the chamber 4 is originally high. Therefore, during the filter regeneration process, the NOx concentration Dnf increase control (step SB9) is omitted, and urea water injection (step SB10) is immediately performed.
次に、上記ステップSB7でNOと判定された場合、つまり、第2目標噴射量Q2が第1目標噴射量Q1以下(Q2≦Q1)である場合に行われる制御動作について説明する。この場合は、まず、上記ステップSB8と同様に、フィルタ再生処理が実行中であるか否かが判定される(ステップSB11)。 Next, the control operation that is performed when it is determined NO in Step SB7, that is, when the second target injection amount Q2 is equal to or less than the first target injection amount Q1 (Q2 ≦ Q1) will be described. In this case, first, as in step SB8, it is determined whether the filter regeneration process is being executed (step SB11).
上記ステップSB11でNOと判定されてフィルタ再生処理が実行されていないことが確認された場合には、通常のEGR制御が実行される(ステップSB12)。すなわち、図3に示すようなEGR率の設定マップに基づき、EGR弁17の開度を調整して所望量の排気ガスを吸気系に還流させる制御が、上記EGR制御手段54により実行される。
When it is determined NO in step SB11 and it is confirmed that the filter regeneration process is not executed, normal EGR control is executed (step SB12). That is, based on the EGR rate setting map as shown in FIG. 3, the EGR control means 54 performs control to adjust the opening of the
次いで、上記ステップSB4で算出された第1目標噴射量Q1に一致する量の尿素水を尿素水噴射弁25から噴射させる制御が、上記噴射弁制御手段51により実行される(ステップSB13)。すなわち、ここでは第1目標噴射量Q1≧第2目標噴射量Q2であるため、より値の大きい方の第1目標噴射量Q1が、尿素水噴射弁25からの尿素水の噴射量として採用される。
Next, the injection valve control means 51 performs control for injecting the urea water in an amount corresponding to the first target injection amount Q1 calculated in step SB4 from the urea water injection valve 25 (step SB13). That is, since the first target injection amount Q1 ≧ the second target injection amount Q2 here, the larger first target injection amount Q1 is adopted as the urea water injection amount from the urea
一方、上記ステップSB11でYESと判定されてフィルタ再生処理中であることが確認された場合には、排気ガスの還流は行われないため、上記ステップSB12でのEGR制御が省略されて直接ステップSB13に移行し、上記第1目標噴射量Q1での尿素水の噴射が行われる。 On the other hand, if it is determined YES in step SB11 and it is confirmed that the filter regeneration process is being performed, the exhaust gas recirculation is not performed, and thus the EGR control in step SB12 is omitted and step SB13 is directly performed. Then, the urea water is injected at the first target injection amount Q1.
また、上記ステップSB5でNOと判定された場合、つまり、NOx浄化触媒23の温度Tnが閾値Tn0より小さく(Tn<Tn0)、尿素水噴射弁25が高温状態にないことが確認された場合にも、上記ステップSB11〜SB13と同様の制御が実行される。すなわち、尿素水噴射弁25が高温状態にない場合には、尿素水噴射弁25の熱害を考慮する必要がないため、NOxの還元のために必要十分な尿素水を噴射すればよく、そのための噴射量として、第1目標噴射量Q1分の尿素水が尿素水噴射弁25から噴射される。
Further, when it is determined NO in Step SB5, that is, when it is confirmed that the temperature Tn of the
以上説明したように、当実施形態のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気通路20上に設けられた選択還元型のNOx浄化触媒23と、このNOx浄化触媒23よりも上流側の排気通路20内に尿素水を噴射する尿素水噴射弁25と、この尿素水噴射弁25からの尿素水の噴射量を制御する噴射弁制御手段51と、上記尿素水噴射弁25に関連して検出された温度(ここではNOx浄化触媒23の温度Tn)に基づいて、熱害対策が必要な高温状態に上記尿素水噴射弁25があるか否かを判定する温度判定手段53と、上記尿素水噴射弁25からの噴射量の目標値として、上記NOx浄化触媒23でNOxを還元するために必要な第1目標噴射量Q1を算出するとともに、上記尿素水噴射弁25の熱害の抑制を目的とした第2目標噴射量Q2を算出する目標噴射量算出手段52とを備えている。そして、当実施形態では、上記温度判定手段53により尿素水噴射弁25が高温状態にあることが確認されると(ステップSB5でYES)、上記噴射弁制御手段51が、上記第1および第2の目標噴射量Q1,Q2のうち多い方の噴射量で上記尿素水噴射弁から尿素水を噴射させるように構成されている(ステップSB10またはSB13)。このような構成によれば、より簡単な構成で尿素水噴射弁25の熱害を抑制できるという利点がある。
As described above, the engine exhaust purification apparatus of the present embodiment includes the selective reduction type
すなわち、上記実施形態では、尿素水噴射弁25が高温状態にあるときに、その熱害の抑制を目的とした第2目標噴射量Q2で尿素水噴射弁25から尿素水を噴射させることにより、比較的多量の尿素水を噴射させてその冷却作用により尿素水噴射弁25を十分に冷却することができ、この尿素水噴射弁25の作動性が熱害により悪化するのを効果的に防止することができる。また、エンジンの運転状態等によっては、熱害対策用の上記第2目標噴射量Q2よりも、NOxを還元するために本来必要な第1目標噴射量Q1の方が大きく算出されることも想定されるが、このような場合でも、上記構成によれば、第1および第2の目標噴射量Q1,Q2のうち多い方の噴射量が採用されるようになっているため、エンジンの運転状態等にかかわらず常に尿素水噴射弁25からの噴射量が多く確保され、その噴射によって尿素水噴射弁25を十分に冷却することができる。しかも、尿素水噴射弁25からの噴射量を制御することによりその冷却を図るようにした上記構成によれば、尿素水噴射弁25を冷却するために専用の冷却システム等を設けることが不要となり、より簡単な構成で尿素水噴射弁25の熱害を抑制できるという利点がある。
That is, in the above embodiment, when the urea
特に、上記実施形態では、図6に示したように、上記尿素水噴射弁25に関連して検出された上記NOx浄化触媒23の温度Tnが高いほど、熱害対策用の上記第2目標噴射量Q2が大きい値として算出されるようになっているため、尿素水噴射弁25の温度が高く熱害対策の要求レベルが高いときほど多量の尿素水を噴射させることにより、要求レベルに応じた適正な冷却作用を発揮させて尿素水噴射弁25の熱害を確実に抑制できるという利点がある。
In particular, in the above embodiment, as shown in FIG. 6, the higher the temperature Tn of the
また、上記実施形態では、温度判定手段53により尿素水噴射弁25が高温状態にあることが確認され、かつ、目標噴射量算出手段52により算出された上記第2目標噴射量Q2が第1目標噴射量Q1よりも大きい場合(つまりステップSB5,SB7でともにYESの場合)に、EGR制御手段54およびインジェクタ制御手段55からなるNOx濃度調整手段により、エンジンの燃焼室4から排出されるNOx濃度Dnfが増大方向に調整されるようになっている(ステップSB9)。このような構成によれば、熱害対策用の上記第2目標噴射量Q2に基づき比較的多量の尿素水が排気通路20内に噴射された場合でも、これに合わせて排気ガス中のNOx濃度Dnfが高められることにより、還元反応に利用されないまま外部に排出されるアンモニアの量を効果的に抑制できるという利点がある。
Moreover, in the said embodiment, it is confirmed by the temperature determination means 53 that the urea
すなわち、熱害対策用の上記第2目標噴射量Q2に基づいて、NOxの還元のために本来必要な量(第1目標噴射量Q1)よりも多くの尿素水が尿素水噴射弁25から噴射されると、還元反応に利用されなかった多くのアンモニアがそのまま外部に排出されてしまうおそれがあるが(アンモニアスリップ)、上記第2目標噴射量Q2で尿素水を噴射する際にNOx濃度Dnfを高めに調整するようにした上記構成によれば、増大された尿素水の噴射量と上記NOx濃度Dnfの値とを適正にバランスさせることにより、噴射された尿素水を利用してNOxを十分に還元しつつ、上記のようなアンモニアの外部排出を効果的に抑制できるという利点がある。
That is, more urea water is injected from the urea
特に、上記実施形態では、図7に示したように、上記第2目標噴射量Q2と第1目標噴射量Q1との差(Q2−Q1)が大きいほど、上記NOx濃度Dnfの増大幅が大きくなるように構成されているため、熱害対策のために余分に噴射される尿素水の量が多いほど上記NOx濃度Dnfを高めることができ、尿素水の多量噴射によって尿素水噴射弁25の十分な冷却を図りながら、外部に排出されるアンモニアの量を効果的に抑制できるという利点がある。 In particular, in the above embodiment, as shown in FIG. 7, the greater the difference (Q2−Q1) between the second target injection amount Q2 and the first target injection amount Q1, the greater the increase in the NOx concentration Dnf. Therefore, as the amount of extra urea water injected as a countermeasure against heat damage increases, the NOx concentration Dnf can be increased. There is an advantage that the amount of ammonia discharged to the outside can be effectively suppressed while achieving proper cooling.
また、上記実施形態に示したように、エンジンの吸気系に還流される排気ガスの量をEGR制御手段54により低減し、これによって上記NOx濃度Dnfを増大方向に調整するようにした場合には、排気ガスの還流量の低減に応じて燃焼のピーク温度を高めることにより、必要時に適正にNOx濃度Dnfを高められるという利点がある。 Further, as shown in the above embodiment, when the amount of exhaust gas recirculated to the intake system of the engine is reduced by the EGR control means 54, thereby adjusting the NOx concentration Dnf in the increasing direction. There is an advantage that the NOx concentration Dnf can be appropriately increased when necessary by increasing the peak temperature of combustion according to the reduction of the recirculation amount of the exhaust gas.
また、上記実施形態に示したように、インジェクタ10からエンジンの燃焼室4に噴射される燃料の噴射時期を制御するインジェクタ制御手段55により、上記燃料の噴射時期をNOxの生成を促進する方向に変更し、これによって上記NOx濃度Dnfを増大方向に調整するようにした場合には、燃料噴射時期の変更に応じてNOxの生成を促進することにより、必要時に適正にNOx濃度Dnfを高められるという利点がある。
Further, as shown in the above embodiment, the fuel injection timing is made to promote the generation of NOx by the injector control means 55 that controls the injection timing of the fuel injected from the
なお、上記実施形態では、エンジンの燃焼室4から排出されるNOx濃度Dnfを増大方向に調整するNOx濃度調整手段として、排気ガスの還流量を制御するEGR制御手段54と、燃料の噴射時期を制御するインジェクタ制御手段55とを、運転の運転状態等に応じて適宜使い分けるようにしたが、可能な場合には、上記両手段54,55のうちのいずれか一方のみを用いてNOx濃度Dnfを増大方向に調整するようにしてもよい。
In the above embodiment, as the NOx concentration adjusting means for adjusting the NOx concentration Dnf discharged from the combustion chamber 4 of the engine in the increasing direction, the EGR control means 54 for controlling the recirculation amount of the exhaust gas, and the fuel injection timing. The injector control means 55 to be controlled is properly used according to the operating state of the operation, etc., but if possible, the NOx concentration Dnf is set using only one of the
また、上記実施形態では、尿素水噴射弁25に関連する温度として、その下流側に配置されたNOx浄化触媒23の温度Tnを第3温度センサ42により検出し、この第3温度センサ42の検出温度Tnの大小に基づいて、上記尿素水噴射弁25の熱害対策の要否を判定するようにしたが、上記尿素水噴射弁25の温度を直接検出し、その温度を熱害対策の要否の判定基準として用いることも当然に可能である。しかしながら、このようにすると、尿素水噴射弁25の温度を直接検出するために専用の温度センサが必要となり、部品コストが増大する等の問題が生じる。これに対し、上記実施形態のように、尿素水の噴射量等を決定するために元々検出が必要な上記NOx浄化触媒23の温度Tnを判定基準として用いた場合には、温度センサを増設する必要がないため、より低コストな構成で上記尿素水噴射弁25の温度状態を判定できるという利点がある。
Further, in the above embodiment, the temperature Tn of the
4 燃焼室
10 インジェクタ
20 排気通路
23 NOx浄化触媒
25 尿素水噴射弁
51 噴射弁制御手段
52 目標噴射量算出手段
53 温度判定手段
54 EGR制御手段
55 インジェクタ制御手段
Tn 温度(所定温度)
Q1 第1目標噴射量
Q2 第2目標噴射量
Dnf NOx濃度
4
Q1 First target injection amount Q2 Second target injection amount Dnf NOx concentration
Claims (4)
上記尿素水噴射弁に関連して検出された所定温度に基づいて、熱害対策が必要な高温状態に上記尿素水噴射弁があるか否かを判定する温度判定手段と、
上記尿素水噴射弁からの噴射量の目標値として、上記NOx浄化触媒でNOxを還元するために必要な第1目標噴射量を算出するとともに、上記尿素水噴射弁の熱害の抑制を目的とした第2目標噴射量を算出する目標噴射量算出手段と、
エンジンの燃焼室から排出されるNOx濃度を調整するNOx濃度調整手段とを備え、
上記温度判定手段により尿素水噴射弁が高温状態にあることが確認された場合には、上記所定温度が高いほど、上記目標噴射量算出手段が上記第2目標噴射量を大きい値として算出するとともに、上記噴射弁制御手段が、上記第1および第2の目標噴射量のうち多い方の噴射量で上記尿素水噴射弁から尿素水を噴射させ、
上記温度判定手段により尿素水噴射弁が高温状態にあることが確認され、かつ、上記目標噴射量算出手段により算出された第2目標噴射量が第1目標噴射量よりも大きい場合には、上記NOx濃度調整手段によりNOx濃度が高めに調整されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 A selective reduction type NOx purification catalyst provided on the exhaust passage of the engine, a urea water injection valve for injecting urea water into the exhaust passage upstream of the NOx purification catalyst, and urea from the urea water injection valve An exhaust emission control device for an engine, comprising an injection valve control means for controlling a water injection amount,
Temperature determining means for determining whether or not the urea water injection valve is in a high temperature state requiring countermeasures against heat damage based on a predetermined temperature detected in relation to the urea water injection valve;
As a target value of the injection amount from the urea water injection valve, the first target injection amount required for reducing NOx by the NOx purification catalyst is calculated, and the purpose is to suppress thermal damage of the urea water injection valve. Target injection amount calculation means for calculating the second target injection amount ,
A NOx concentration adjusting means for adjusting the NOx concentration discharged from the combustion chamber of the engine ,
When it is confirmed by the temperature determination means that the urea water injection valve is in a high temperature state, the target injection amount calculation means calculates the second target injection amount as a larger value as the predetermined temperature is higher. the injector control means is injected urea water from the urea water injection valve in the injection amount with the larger of the first and second target injection quantity,
When it is confirmed by the temperature determination means that the urea water injection valve is in a high temperature state, and the second target injection amount calculated by the target injection amount calculation means is larger than the first target injection amount, An exhaust purification device for an engine, wherein the NOx concentration is adjusted to be higher by the NOx concentration adjusting means .
上記温度判定手段により尿素水噴射弁が高温状態にあることが確認され、かつ、上記目標噴射量算出手段により算出された第2目標噴射量が第1目標噴射量よりも大きい場合には、これら2つの目標噴射量の差が大きいほど、上記NOx調整手段によるNOx濃度の増大幅が大きくされることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The exhaust emission control device for an engine according to claim 1 ,
When it is confirmed by the temperature determination means that the urea water injection valve is in a high temperature state and the second target injection amount calculated by the target injection amount calculation means is larger than the first target injection amount, these An exhaust emission control device for an engine, characterized in that the greater the difference between the two target injection amounts, the greater the increase in the NOx concentration by the NOx adjusting means.
上記NOx濃度調整手段として、エンジンの吸気系に還流される排気ガスの量を制御するEGR制御手段を備え、
上記NOx濃度を高めに調整する際には、上記EGR制御手段により上記排気ガスの還流量が低減されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The engine exhaust gas purification apparatus according to claim 1 or 2 ,
The NOx concentration adjusting means includes an EGR control means for controlling the amount of exhaust gas recirculated to the engine intake system,
An exhaust gas purifying apparatus for an engine, wherein when the NOx concentration is adjusted to be high, the recirculation amount of the exhaust gas is reduced by the EGR control means.
上記NOx濃度調整手段として、インジェクタからエンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射時期を制御するインジェクタ制御手段を備え、
上記NOx濃度を高めに調整する際には、上記インジェクタ制御手段により上記燃料の噴射時期がNOxの生成を促進する方向に変更されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
The engine exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
The NOx concentration adjusting means includes an injector control means for controlling the injection timing of fuel injected from the injector into the combustion chamber of the engine,
An exhaust emission control device for an engine, wherein when the NOx concentration is adjusted to be higher, the fuel injection timing is changed by the injector control means in a direction that promotes the generation of NOx.
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