JP5714919B2 - Method for predicting the amount of nitrogen oxides and exhaust system using the same - Google Patents

Method for predicting the amount of nitrogen oxides and exhaust system using the same Download PDF

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Description

本発明は、窒素酸化物の量を予測する方法およびこれを用いた排気装置に係り、より詳細には、エンジンにおいて発生する排ガスに含まれている窒素酸化物の量を正確に予測する方法および窒素酸化物の量により噴射される還元剤の量、または燃焼雰囲気を調節する排気装置に関する。   The present invention relates to a method for predicting the amount of nitrogen oxides and an exhaust system using the same, and more specifically, a method for accurately predicting the amount of nitrogen oxides contained in exhaust gas generated in an engine and The present invention relates to an exhaust device that adjusts the amount of reducing agent injected by the amount of nitrogen oxides or the combustion atmosphere.

一般に、エンジンから排気マニホールドを介して排出される排ガスは、排気パイプに配設された触媒コンバータ(Catalytic Converter)に導入されて浄化され、マフラを通過しながら騒音が減殺された後にテールパイプを介して大気中に排出される。上述した触媒コンバータは、排ガスに含まれている汚染物質を浄化する。そして、排気パイプ上には排ガスに含まれているパティキュレート(粒子状物質:Particulate Matters:PM)を捕集するためのパティキュレートフィルタが装備される。
窒素酸化物低減触媒(Denitrification Catalyst)は、排ガスに含まれている窒素酸化物(NOx)を浄化する触媒コンバータの一種である。尿素(Urea)、アンモニア(Ammonia)、一酸化炭素および炭化水素(Hydrocarbon;HC)などの還元剤を排ガスに提供すると、窒素酸化物低減触媒において、排ガスに含まれている窒素酸化物が還元剤と酸化−還元反応を起して還元される。
In general, exhaust gas discharged from an engine through an exhaust manifold is introduced into a catalytic converter (catalytic converter) disposed in an exhaust pipe to be purified, and after passing through a muffler, noise is reduced and then passed through a tail pipe. Discharged into the atmosphere. The catalytic converter described above purifies pollutants contained in the exhaust gas. A particulate filter for collecting particulates (particulate matter: PM) contained in the exhaust gas is provided on the exhaust pipe.
A nitrogen oxide reduction catalyst (Denitrification Catalyst) is a type of catalytic converter that purifies nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas. When a reducing agent such as urea (Urea), ammonia (Ammonia), carbon monoxide and hydrocarbon (HC) is provided to the exhaust gas, the nitrogen oxide contained in the exhaust gas is reduced in the nitrogen oxide reduction catalyst. And reduced by an oxidation-reduction reaction.

最近は、この種の窒素酸化物低減触媒として、LNT触媒(Lean NOx Trap Catalyst)が用いられている。LNT触媒は、エンジンが希薄(lean)な雰囲気で作動すれば排ガスに含まれている窒素酸化物を吸着し、エンジンが濃厚(rich)な雰囲気で作動すれば吸着された窒素酸化物を脱離する(特許文献1)。
また、窒素酸化物低減触媒として、選択的触媒還元(Selective Catalytic Reduction;SCR)触媒も用いられる。選択的触媒還元(SCR)触媒は、尿素(Urea)、アンモニア(Ammonia)、一酸化炭素および炭化水素(Hydrocarbon;HC)などの還元剤が酸素よりは窒素酸化物とより活発に反応するようにしたものである(特許文献2)。
Recently, an LNT catalyst (Lean NOx Trap Catalyst) has been used as this type of nitrogen oxide reduction catalyst. LNT catalyst adsorbs nitrogen oxides contained in exhaust gas if the engine operates in a lean atmosphere, and desorbs adsorbed nitrogen oxides if the engine operates in a rich atmosphere. (Patent Document 1).
As the nitrogen oxide reduction catalyst, a selective catalytic reduction (SCR) catalyst is also used. Selective catalytic reduction (SCR) catalysts allow reductants such as urea (Urea), ammonia (Ammonia), carbon monoxide and hydrocarbons (HC) to react more actively with nitrogen oxides than oxygen. (Patent Document 2).

この種の窒素酸化物低減触媒を用いる場合、エンジンにおいて発生する排ガスに含まれている窒素酸化物の量により排ガスに噴射されるべき還元剤の量が決定される。このため、排ガスに含まれている窒素酸化物の量を正確に予測することが、浄化の効率を向上させる上で重要である。
排ガスに含まれている窒素酸化物の量を予測する従来の方法は、エンジンの各運転条件において発生する窒素酸化物の量を保存されているマップを利用して予測することである。すなわち、各時間ごとに運転条件において発生する窒素酸化物の量をマップから計算し、この窒素酸化物の量を積算して排ガスに含まれている窒素酸化物の量を予測する。しかしながら、マップは、エンジンが正常状態(steady state)であるときに作成されているため、時間ごとにエンジンの運転条件が変化する遷移状態(transient state)において利用する場合は予測された窒素酸化物の量が正確でない。特に、エンジンは正常状態において作動する期間よりも、遷移状態において作動する期間の方が遥かに長いため、実際の窒素酸化物の量と予測された窒素酸化物の量との間の差が大きいという問題点があった。
When this type of nitrogen oxide reducing catalyst is used, the amount of reducing agent to be injected into the exhaust gas is determined by the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust gas generated in the engine. For this reason, accurately predicting the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is important for improving the purification efficiency.
A conventional method for predicting the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is to predict the amount of nitrogen oxides generated under each operating condition of the engine using a stored map. That is, the amount of nitrogen oxides generated under the operating conditions for each time is calculated from the map, and the amount of nitrogen oxides is integrated to predict the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas. However, since the map is created when the engine is in a normal state (steady state), it is predicted to be used in a transition state in which the engine operating conditions change with time. The amount of is not accurate. In particular, the difference between the actual amount of nitrogen oxides and the amount of predicted nitrogen oxides is large because the period of operation in the transition state is much longer than the period of operation in the normal state. There was a problem.

排ガスに含まれている窒素酸化物の量を予測する従来の他の方法は、窒素酸化物低減触媒の上流側の排気パイプに装備されているNOxセンサーを利用することである。すなわち、各時間ごとにNOxセンサーにおいて測定される窒素酸化物の量を積算する。しかしながら、NOxセンサーは排ガスの温度が所定温度以上である場合に限って正常に作動するため、NOxセンサーが正常に作動するまでに発生した窒素酸化物の量は測定することができないという問題点があった。なお、NOxセンサーを用いても、実際の窒素酸化物の量と測定された窒素酸化物の量との間の測定誤差があまりにも大きいという問題点があった(特許文献3)。   Another conventional method for predicting the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is to use a NOx sensor provided in an exhaust pipe upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst. That is, the amount of nitrogen oxide measured in the NOx sensor is integrated every time. However, since the NOx sensor operates normally only when the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a predetermined temperature, the amount of nitrogen oxide generated before the NOx sensor operates normally cannot be measured. there were. Even when the NOx sensor is used, there is a problem that the measurement error between the actual amount of nitrogen oxides and the measured amount of nitrogen oxides is too large (Patent Document 3).

特開平11−082097号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-082097 特開2002−195026号公報JP 2002-195026 A 特開2005−147106号公報JP-A-2005-147106

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、排ガスに含まれている窒素酸化物の量を正確に予測する方法を提供するところにある。
本発明の他の目的は、予測された窒素酸化物の量により噴射される還元剤の量、または燃焼雰囲気を調節することにより、窒素酸化物の浄化効率を向上させることができる排気装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method for accurately predicting the amount of nitrogen oxides contained in exhaust gas.
Another object of the present invention is to provide an exhaust system capable of improving the purification efficiency of nitrogen oxides by adjusting the amount of reducing agent injected by the predicted amount of nitrogen oxides or the combustion atmosphere. There is to do.

上記目的を達成するための本発明の窒素酸化物の量を予測する方法は、エンジンの運転条件により基準NOx量を検出するステップと、EGR(排ガス再循環:Exhaust Gas Recirculation)率により基準NOx量を一次的に補正するステップと、環境因子により一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップとを含む。EGR率により基準NOx量を一次的に補正するステップは、実際のEGR率を検出するステップと、エンジンの運転条件による基準EGR率を計算するステップと、実際のEGR率から基準EGR率を差し引いたEGR率偏差を計算するステップと、EGR率偏差により基準NOx量を補正するステップとを含む。 The method for predicting the amount of nitrogen oxides according to the present invention for achieving the above object includes a step of detecting a reference NOx amount according to engine operating conditions and a reference NOx amount based on an EGR (Exhaust Gas Recirculation) rate. And a step of secondarily correcting the NOx amount corrected primarily by the environmental factor. The step of temporarily correcting the reference NOx amount by the EGR rate includes the step of detecting the actual EGR rate, the step of calculating the reference EGR rate according to the operating condition of the engine, and subtracting the reference EGR rate from the actual EGR rate. The method includes a step of calculating an EGR rate deviation and a step of correcting the reference NOx amount by the EGR rate deviation.

EGR率偏差により基準NOx量を補正するステップは、EGR率偏差を正規化させて、正規化されたEGR率偏差を計算するステップと、正規化されたEGR率偏差によるEGR係数を計算するステップと、エンジンの運転条件によるEGRオフ時の基準NOx量を計算するステップと、エンジンの運転条件による基準NOx量と、EGRオフ時の基準NOx量およびEGR係数に基づいて、内挿法または外挿法により基準NOx量を補正するステップとを含む。
正規化されたEGR偏差が所定値未満である場合には内挿法により基準NOx量を補正し、正規化されたEGR偏差が所定値以上である場合には外挿法により基準NOx量を補正することができる。
The step of correcting the reference NOx amount by the EGR rate deviation includes normalizing the EGR rate deviation, calculating a normalized EGR rate deviation, and calculating an EGR coefficient based on the normalized EGR rate deviation. The step of calculating the reference NOx amount when the EGR is off according to the engine operating conditions, the reference NOx amount based on the engine operating conditions, the reference NOx amount and the EGR coefficient when the EGR is off, and the interpolation or extrapolation method And correcting the reference NOx amount.
When the normalized EGR deviation is less than a predetermined value, the reference NOx amount is corrected by interpolation. When the normalized EGR deviation is greater than or equal to the predetermined value, the reference NOx amount is corrected by extrapolation. can do.

エンジンの運転条件は、現在の係合された変速ギヤのギヤ段数と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量を含む。環境因子により一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップは、エンジン燃焼室に供給される総空気量と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量による第1の補正係数を検出するステップと、第1の補正係数により一次的に補正されたNOx量を補正するステップとを含む。 The engine operating conditions include the number of gear stages of the currently engaged transmission gear , the engine speed, and the current fuel injection amount. The step of secondarily correcting the NOx amount primarily corrected by the environmental factors is to detect the total air amount supplied to the engine combustion chamber, the first correction coefficient based on the engine speed and the current fuel injection amount. And a step of correcting the NOx amount primarily corrected by the first correction coefficient.

環境因子により一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップは、エンジン回転数と、現在の燃料噴射量および冷却水温度による第2の補正係数を検出するステップと、第2の補正係数により一次的に補正されたNOx量を補正するステップとを含む。
環境因子により一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップは、エンジン回転数と、現在の燃料噴射量およびエンジン燃焼室に供給される吸入空気の温度による第3の補正係数を検出するステップと、第3の補正係数により一次的に補正されたNOx量を補正するステップとを含む。
The step of secondarily correcting the NOx amount primarily corrected by the environmental factor includes a step of detecting a second correction coefficient based on the engine speed, the current fuel injection amount and the coolant temperature, And correcting the NOx amount corrected primarily by the correction coefficient.
The step of secondarily correcting the NOx amount that has been primarily corrected by the environmental factors includes a third correction coefficient based on the engine speed, the current fuel injection amount, and the temperature of the intake air supplied to the engine combustion chamber. A step of detecting, and a step of correcting the NOx amount primarily corrected by the third correction coefficient.

本発明の他の実施の形態による排気装置は、燃焼室内燃料を噴射する第1のインジェクターを有するエンジンにおいて発生した排ガスが流通する排気パイプと、排気パイプに装備されて還元剤を噴射する噴射モジュールと、噴射モジュールの下流側の排気パイプに装備されて噴射モジュールから噴射された還元剤を用いて排ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる窒素酸化物低減触媒と、排ガスに含まれている窒素酸化物の量を予測し、この窒素酸化物の量により還元剤の供給量、または燃焼雰囲気を調節する制御部とを備え、制御部は、エンジンの運転条件により基準NOx量を検出し、この基準NOx量をEGR率および環境因子により補正することが好ましい。制御部は、エンジンの運転条件により基準EGR率およびEGRオフ時の基準NOx量を計算し、実際のEGR率を検出し、且つ、基準EGR率と、実際のEGR率と、基準NOx量およびEGRオフ時の基準NOx量に基づいて、内挿法または外挿法により基準NOx量を一次的に補正することが好ましい。 An exhaust system according to another embodiment of the present invention includes an exhaust pipe through which exhaust gas generated in an engine having a first injector that injects fuel in a combustion chamber flows, and an injection module that is mounted on the exhaust pipe and injects a reducing agent. And a nitrogen oxide reduction catalyst that reduces the nitrogen oxides contained in the exhaust gas using a reducing agent that is installed in the exhaust pipe downstream of the injection module and injected from the injection module, and is contained in the exhaust gas. A control unit that predicts the amount of nitrogen oxides and adjusts the supply amount of the reducing agent or the combustion atmosphere based on the amount of nitrogen oxides, and the control unit detects the reference NOx amount based on the operating conditions of the engine; This reference NOx amount is preferably corrected by the EGR rate and environmental factors. The control unit calculates the reference EGR rate and the reference NOx amount when the EGR is off according to the operating condition of the engine, detects the actual EGR rate, and also detects the reference EGR rate, the actual EGR rate, the reference NOx amount and the EGR. It is preferable that the reference NOx amount is corrected primarily by interpolation or extrapolation based on the reference NOx amount at the time of OFF.

エンジンの運転条件は、現在の係合された変速ギヤのギヤ段数と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量を含む。制御部は、一次的に補正された基準NOx量を、環境因子による第1、第2および第3の補正係数を用いて2次的に補正することができる。第1の補正係数は、エンジン燃焼室に供給される総空気量と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量に基づいて計算されることが好ましい。第2の補正係数は、エンジン回転数と、現在の燃料噴射量および冷却水温度に基づいて計算されることが好ましい。 The engine operating conditions include the number of gear stages of the currently engaged transmission gear , the engine speed, and the current fuel injection amount. The control unit can secondarily correct the primarily corrected reference NOx amount using the first, second, and third correction coefficients based on environmental factors. The first correction coefficient is preferably calculated based on the total amount of air supplied to the engine combustion chamber, the engine speed, and the current fuel injection amount. The second correction coefficient is preferably calculated based on the engine speed, the current fuel injection amount, and the coolant temperature.

第3の補正係数は、エンジン回転数と、現在の燃料噴射量およびエンジン燃焼室に供給される吸入空気の温度に基づいて計算されることが好ましい。
還元剤は燃料であり、噴射モジュールは第2のインジェクターであることができる。
還元剤は尿素またはアンモニアであることができる。
燃焼雰囲気は、エンジンの燃焼室に供給される空気への燃料の割合を制御することにより調節されることが好ましい。
The third correction coefficient is preferably calculated based on the engine speed, the current fuel injection amount, and the temperature of the intake air supplied to the engine combustion chamber.
The reducing agent can be a fuel and the injection module can be a second injector.
The reducing agent can be urea or ammonia.
The combustion atmosphere is preferably adjusted by controlling the ratio of fuel to air supplied to the engine combustion chamber.

本発明によれば、排ガスに含まれている窒素酸化物の量を正確に予測することができるので、窒素酸化物の浄化効率が向上する。
また、本発明によれば、正確な窒素酸化物の量により還元剤の噴射量、または燃焼雰囲気を調節することができるので、燃費が向上する。
さらに、本発明によれば、窒素酸化物の量を予測するためにセンサーを別設する必要がないので、コストを節減することができる。
According to the present invention, since the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be accurately predicted, the purification efficiency of nitrogen oxides is improved.
In addition, according to the present invention, since the amount of reducing agent injected or the combustion atmosphere can be adjusted by the exact amount of nitrogen oxides, fuel efficiency is improved.
Furthermore, according to the present invention, it is not necessary to provide a separate sensor for predicting the amount of nitrogen oxides, so that costs can be saved.

本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法が適用可能な排気装置の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the exhaust apparatus which can apply the method of estimating the quantity of nitrogen oxides by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法に用いられる制御部における入出力関係を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the input-output relationship in the control part used for the method of estimating the quantity of nitrogen oxide by embodiment of this invention. 本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法を示したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a method for predicting the amount of nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法において、EGR率により基準NOx量を一次的に補正する方法を示したフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for temporarily correcting a reference NOx amount based on an EGR rate in a method for predicting the amount of nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法において、環境因子により一次的に補正されたNOx量を2次的に補正する方法を示したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a method for secondarily correcting the NOx amount that is primarily corrected by an environmental factor in the method for predicting the amount of nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention. 正規化されたEGR率偏差に対するEGR係数を示すグラフである。It is a graph which shows the EGR coefficient with respect to the normalized EGR rate deviation. (a)は、本発明の実施の形態を適用してEGR率によりNOx量を一次的に補正する一例を示すグラフであり、(b)は、他の一例を示すグラフである。(A) is a graph which shows an example which applies the embodiment of the present invention, and corrects NOx amount primarily by EGR rate, and (b) is a graph which shows another example.

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を詳述する。
図1は、本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法が適用可能な排気装置の一例を示す概略図である。
図1に示したとおり、内燃機関の排気装置は、エンジン10と、排気パイプ20と、排ガス再循環(Exhaust Gas Recirculation;EGR)装置80と、燃料分解触媒32と、パティキュレートフィルタ(Particulate Filter)30と、窒素酸化物低減触媒40と、制御部50と、を備える。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an exhaust device to which a method for predicting the amount of nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention is applicable.
As shown in FIG. 1, the exhaust system of the internal combustion engine includes an engine 10, an exhaust pipe 20, an exhaust gas recirculation (EGR) device 80, a fuel cracking catalyst 32, and a particulate filter (Particulate Filter). 30, a nitrogen oxide reduction catalyst 40, and a control unit 50.

エンジン10は、燃料と空気とが混合された混合気を燃焼させて、化学的エネルギーを機械的エネルギーに変換する。エンジン10は吸気マニホールド18に連通されて燃焼室12の内部に空気が流入し、燃焼中に発生した排ガスは排気マニホールド16に溜まった後にエンジンの外部に排出される。燃焼室12には第1のインジェクター14が装備されて燃料を燃焼室12の内部に噴射する。
ここではディーゼルエンジンを例示したが、希薄燃焼(lean burn)のガソリンエンジンを用いてもよい。ガソリンエンジンを用いる場合、吸気マニホールド18を介して混合気が燃焼室12の内部に流入し、燃焼室12の上部には点火のための点火プラグ(図示せず)が装備される。
また、様々な圧縮比、好ましくは、16.5以下の圧縮比を有するエンジンを用いてもよい。
The engine 10 burns an air-fuel mixture in which fuel and air are mixed, and converts chemical energy into mechanical energy. The engine 10 is connected to an intake manifold 18 so that air flows into the combustion chamber 12, and exhaust gas generated during combustion accumulates in the exhaust manifold 16 and is then discharged outside the engine. The combustion chamber 12 is equipped with a first injector 14 to inject fuel into the combustion chamber 12.
Although a diesel engine is illustrated here, a lean burn gasoline engine may be used. When a gasoline engine is used, the air-fuel mixture flows into the combustion chamber 12 through the intake manifold 18, and an ignition plug (not shown) for ignition is provided on the upper portion of the combustion chamber 12.
An engine having various compression ratios, preferably a compression ratio of 16.5 or less may be used.

排気パイプ20は排気マニホールド16に連通されて排ガスを車両の外部に排出する。排気パイプ20上にはパティキュレートフィルタ30および窒素酸化物低減触媒40が装備されて排ガスに含まれている炭化水素、一酸化炭素、パティキュレートおよび窒素酸化物などを除去する。
排ガス再循環装置80は排気パイプ20上に装備されて、エンジン10から排出される排ガスの一部を排ガス再循環装置80を介してエンジンに再供給する。また、排ガス再循環装置80は吸気マニホールド18に連通されて排ガスの一部を空気に混入して燃焼温度を制御する。このような燃焼温度の制御は、制御部50が吸気マニホールド18に供給される排ガスの量を調節することにより行われる。
The exhaust pipe 20 communicates with the exhaust manifold 16 and discharges exhaust gas to the outside of the vehicle. A particulate filter 30 and a nitrogen oxide reducing catalyst 40 are provided on the exhaust pipe 20 to remove hydrocarbons, carbon monoxide, particulates, nitrogen oxides and the like contained in the exhaust gas.
The exhaust gas recirculation device 80 is provided on the exhaust pipe 20, and supplies a part of the exhaust gas discharged from the engine 10 to the engine via the exhaust gas recirculation device 80. Further, the exhaust gas recirculation device 80 communicates with the intake manifold 18 to control a combustion temperature by mixing a part of the exhaust gas into the air. Such control of the combustion temperature is performed by the control unit 50 adjusting the amount of exhaust gas supplied to the intake manifold 18.

排ガス再循環装置80の下流側の排気パイプ20には第1の酸素センサー25が装備されて、排ガス再循環装置80を通過した排ガス内の酸素量を検出する。
第2のインジェクター90は、排ガス再循環装置80の下流側の排気パイプ20に装備され、制御部50に電気的に接続されて制御部50の制御により排気パイプ20内へ燃料の追加噴射を行う。
The exhaust pipe 20 on the downstream side of the exhaust gas recirculation device 80 is equipped with a first oxygen sensor 25 to detect the amount of oxygen in the exhaust gas that has passed through the exhaust gas recirculation device 80.
The second injector 90 is mounted on the exhaust pipe 20 on the downstream side of the exhaust gas recirculation device 80, and is electrically connected to the control unit 50 to perform additional injection of fuel into the exhaust pipe 20 under the control of the control unit 50. .

パティキュレートフィルタ30は第2のインジェクター90の下流側の排気パイプ20に装備されている。パティキュレートフィルタ30の上流側には燃料分解触媒(Fuel Cracking Catalyst)32が配設されている。この場合、燃料分解触媒32は、第2のインジェクター90と窒素酸化物低減触媒40との間に配置される。ここでは、パティキュレートフィルタ30とは別途に燃料分解触媒32が配置されている例を示したが、燃料分解触媒32をパティキュレートフィルタ30の前部にコーティングしてもよい。
燃料分解触媒32は、触媒作用により燃料内に含まれている炭素化合物の炭素鎖を切断して分解する。すなわち、燃料分解触媒32は、熱分解(Thermal Cracking)機能により、炭化水素を構成する炭素−炭素結合を切断して低分子の炭化水素に分解する。これにより、追加噴射された燃料の有効反応表面積が増大して、高反応性酸素含有炭化水素(Oxygenated HC)、一酸化炭素(CO)、水素(H)などを生成する。
The particulate filter 30 is mounted on the exhaust pipe 20 on the downstream side of the second injector 90. A fuel cracking catalyst 32 is disposed on the upstream side of the particulate filter 30. In this case, the fuel cracking catalyst 32 is disposed between the second injector 90 and the nitrogen oxide reducing catalyst 40. Here, an example in which the fuel cracking catalyst 32 is arranged separately from the particulate filter 30 is shown, but the fuel cracking catalyst 32 may be coated on the front portion of the particulate filter 30.
The fuel cracking catalyst 32 breaks and decomposes the carbon chain of the carbon compound contained in the fuel by catalytic action. That is, the fuel cracking catalyst 32 breaks a carbon-carbon bond constituting the hydrocarbon and decomposes it into a low-molecular hydrocarbon by a thermal cracking function. Thereby, the effective reaction surface area of the additionally injected fuel is increased, and highly reactive oxygen-containing hydrocarbon (Oxygenated HC), carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), and the like are generated.

燃料分解触媒による熱分解は、例えば、〔化1〕に示す順で行われ、反応収支として〔化2〕のようになる。
〔化1〕
1634→2n−C17 →n−C13 →n−C →C →C
〔化2〕
1634―――→8C+H
ここで、はラジカルを意味する。
ここで、炭化水素とは、排ガスおよび燃料に含まれている炭素と水素とからなる化合物のいずれをも指すものとする。
The thermal decomposition by the fuel decomposition catalyst is performed, for example, in the order shown in [Chemical Formula 1], and the reaction balance becomes [Chemical Formula 2].
[Chemical formula 1]
C 16 H 34 → 2n-C 8 H 17 * → n-C 6 H 13 * → n-C 4 H 9 * → C 2 H 5 * → C 2 H 4
[Chemical formula 2]
C 16 H 34 ――― → 8C 2 H 4 + H 2
Here, * means a radical.
Here, the hydrocarbon refers to any compound composed of carbon and hydrogen contained in exhaust gas and fuel.

燃料分解触媒32の下流側にはパティキュレートフィルタ30の一種である煤煙ろ過装置が装備されて、排気パイプ20を介して排出される排ガスに含まれるパティキュレートを捕集する。ここで、パティキュレートフィルタ30は煤煙ろ過装置30と同じ意味で用いられる。しかしながら、煤煙ろ過装置30の代わりに他の種類のパティキュレートフィルタ30(例えば、触媒煤煙フィルタ(catalyzed particulate filter:CPF))などを用いてもよい。
また、煤煙ろ過装置30には酸化触媒(Oxidation Catalyst)がコーティングされてもよい。かかる酸化触媒は、排ガスに含まれる炭化水素および一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させ、排ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する。酸化触媒はパティキュレートフィルタ30の所定部分に多量にコーティングされていてもよく、パティキュレートフィルタ30の全領域に亘って一様にコーティングされていてもよい。
On the downstream side of the fuel cracking catalyst 32, a soot filter device which is a kind of the particulate filter 30 is provided, and the particulates contained in the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 20 are collected. Here, the particulate filter 30 is used in the same meaning as the soot filter device 30. However, other types of particulate filter 30 (for example, a catalyst smoke filter (CPF)) may be used instead of the smoke filter 30.
In addition, the smoke filter 30 may be coated with an oxidation catalyst. Such an oxidation catalyst oxidizes hydrocarbons and carbon monoxide contained in the exhaust gas into carbon dioxide, and oxidizes nitrogen monoxide contained in the exhaust gas into nitrogen dioxide. The oxidation catalyst may be coated in a large amount on a predetermined portion of the particulate filter 30, or may be uniformly coated over the entire region of the particulate filter 30.

燃料分解触媒32の上流側の排気パイプには第1の温度センサー35が装備されて燃料分解触媒32の入口温度を測定する。燃料分解触媒32の下流側には第2の温度センサー36が装備されて燃料分解触媒32の出口温度またはパティキュレートフィルタ30の入口温度を測定する。
一方、排気パイプ20には差圧センサー55が装備される。差圧センサー55は、パティキュレートフィルタ30の入口部と出口部との間の圧力差を測定し、これに対する信号を制御部50に送信する。制御部50は、差圧センサー55において測定された圧力差が所定圧力以上である場合にパティキュレートフィルタ30を再生するように制御を行う。この場合、第1のインジェクター14は燃料を後噴射することにより、パティキュレートフィルタ30の内部に捕集されたパティキュレートを燃焼することができる。これとは別に、第2のインジェクター90は燃料を追加噴射することにより、パティキュレートフィルタ30を再生することもできる。
The exhaust pipe on the upstream side of the fuel cracking catalyst 32 is equipped with a first temperature sensor 35 to measure the inlet temperature of the fuel cracking catalyst 32. A second temperature sensor 36 is provided downstream of the fuel cracking catalyst 32 to measure the outlet temperature of the fuel cracking catalyst 32 or the inlet temperature of the particulate filter 30.
On the other hand, the exhaust pipe 20 is equipped with a differential pressure sensor 55. The differential pressure sensor 55 measures a pressure difference between the inlet portion and the outlet portion of the particulate filter 30 and transmits a signal corresponding thereto to the control unit 50. The control unit 50 performs control to regenerate the particulate filter 30 when the pressure difference measured by the differential pressure sensor 55 is greater than or equal to a predetermined pressure. In this case, the first injector 14 can burn the particulates collected in the particulate filter 30 by post-injecting the fuel. Apart from this, the second injector 90 can also regenerate the particulate filter 30 by additionally injecting fuel.

窒素酸化物低減触媒40はパティキュレートフィルタ30の下流側の排気パイプ20上に装備されて排ガスに含まれている窒素酸化物を吸着し、燃料の追加噴射により吸着された窒素酸化物を脱離して還元反応を進めることにより排ガスに含まれている窒素酸化物を浄化する。
窒素酸化物低減触媒40の上流側または下流側には第3の温度センサー60および第4の温度センサー65がそれぞれ装備されて、窒素酸化物低減触媒40の入口部温度および出口部温度を測定する。ここで、窒素酸化物低減触媒40は両分されていてもよい。これは、担体にコーティングされた金属の割合を異ならせることにより特定の機能を行わせるためである。例えば、窒素酸化物低減触媒40のエンジン10に近い第1の部分にはパラジウム(Pd)の割合を高めることにより耐熱機能を強化させ、窒素酸化物低減触媒40のテールパイプに近い第2の部分には白金(Pt)の割合を高めることにより炭化水素のスリップを防止することができる。むろん、担体にコーティングされた金属の割合が全領域に亘って一様な窒素酸化物低減触媒40であってもよい。
The nitrogen oxide reducing catalyst 40 is provided on the exhaust pipe 20 on the downstream side of the particulate filter 30, adsorbs nitrogen oxide contained in the exhaust gas, and desorbs adsorbed nitrogen oxide by additional fuel injection. By purging the reduction reaction, nitrogen oxides contained in the exhaust gas are purified.
A third temperature sensor 60 and a fourth temperature sensor 65 are provided on the upstream side or the downstream side of the nitrogen oxide reducing catalyst 40 to measure the inlet temperature and the outlet temperature of the nitrogen oxide reducing catalyst 40, respectively. . Here, the nitrogen oxide reducing catalyst 40 may be divided into two parts. This is because a specific function is performed by changing the ratio of the metal coated on the carrier. For example, the first portion of the nitrogen oxide reducing catalyst 40 close to the engine 10 has a heat resistance function enhanced by increasing the proportion of palladium (Pd), and the second portion of the nitrogen oxide reducing catalyst 40 close to the tail pipe. It is possible to prevent hydrocarbon slip by increasing the proportion of platinum (Pt). Needless to say, the nitrogen oxide reduction catalyst 40 may have a uniform ratio of the metal coated on the support over the entire region.

また、窒素酸化物低減触媒40の上流側の排気パイプ20には第2の酸素センサー62が装備され、窒素酸化物低減触媒40の下流側の排気パイプ20には第3の酸素センサー70が装備される。第2の酸素センサー62は、窒素酸化物低減触媒40に流入する排ガスに含まれている酸素量を測定し、これに対する信号を制御部50に送信することにより、制御部50が排ガスのリーン/リッチ制御(lean/rich control)を行うことを補助する。また、第3の酸素センサー70は、本発明の実施の形態による内燃機関の排気装置が排ガスに含まれている有害物質を正常に除去しているかどうかをモニターリングするためのものである。ここでは、排気パイプ20に第2の酸素センサー62が付設されている。しかしながら、排気パイプ20に第2の酸素センサー62を付設することなく、第1の酸素センサー25および第3の酸素センサー70の測定値、燃料消耗量およびエンジンの起動履歴のうち少なくとも一つに基づいて窒素酸化物低減触媒40に流入する排ガスに含まれている酸素量を推定してもよい。   The exhaust pipe 20 upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst 40 is equipped with a second oxygen sensor 62, and the exhaust pipe 20 downstream of the nitrogen oxide reduction catalyst 40 is equipped with a third oxygen sensor 70. Is done. The second oxygen sensor 62 measures the amount of oxygen contained in the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide reduction catalyst 40, and transmits a signal to this to the control unit 50, so that the control unit 50 makes the lean / It assists in performing rich control (lean / rich control). The third oxygen sensor 70 is for monitoring whether or not the exhaust device of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention has successfully removed harmful substances contained in the exhaust gas. Here, a second oxygen sensor 62 is attached to the exhaust pipe 20. However, without attaching the second oxygen sensor 62 to the exhaust pipe 20, it is based on at least one of the measured values of the first oxygen sensor 25 and the third oxygen sensor 70, the fuel consumption amount, and the engine startup history. Thus, the amount of oxygen contained in the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide reduction catalyst 40 may be estimated.

制御部50は、各センサーにおいて検出された信号に基づいてエンジンの運転条件を判断し、エンジンの運転条件に基づいて燃料の追加噴射量および追加噴射時期を制御することにより、窒素酸化物低減触媒40に吸着された窒素酸化物を脱離する。例えば、制御部50は、窒素酸化物低減触媒40に吸着された窒素酸化物の量が所定値以上である場合には燃料を追加噴射するように制御する。
また、制御部50は、窒素酸化物低減触媒40において窒素酸化物の還元反応が活性化するように、排ガス内における窒素酸化物への炭化水素の割合が所定の割合以上になるように制御する。所定の割合は5であってもよい。
The controller 50 determines the engine operating conditions based on the signals detected by the sensors, and controls the additional fuel injection amount and the additional injection timing based on the engine operating conditions, thereby reducing the nitrogen oxide reduction catalyst. The nitrogen oxides adsorbed on 40 are desorbed. For example, the control unit 50 controls to additionally inject fuel when the amount of nitrogen oxide adsorbed on the nitrogen oxide reducing catalyst 40 is equal to or greater than a predetermined value.
Further, the control unit 50 controls the ratio of hydrocarbons to nitrogen oxides in the exhaust gas to be a predetermined ratio or more so that the reduction reaction of nitrogen oxides is activated in the nitrogen oxide reduction catalyst 40. . The predetermined ratio may be 5.

一方、制御部50は、エンジンの運転条件に基づいて窒素酸化物低減触媒40に吸着された窒素酸化物の量、窒素酸化物低減触媒40の後部における窒素酸化物のスリップ量、および窒素酸化物への炭化水素の割合を計算する。このような計算は、数多くの実験により決められたマップに基づいて行われる。
さらに、制御部50は、エンジンの運転条件、エンジンの状態または窒素酸化物低減触媒の状態に応じて、第2のインジェクター90からの燃料噴射パターンを変化させる。ここで、エンジンの状態はエンジンの作動期間を考慮して推定され、窒素酸化物低減触媒の状態は窒素酸化物低減触媒の劣化を考慮して推定される。
ひいては、制御部50は、パティキュレートフィルタ30の再生を行う。
On the other hand, the control unit 50 determines the amount of nitrogen oxides adsorbed by the nitrogen oxide reducing catalyst 40 based on the engine operating conditions, the amount of nitrogen oxide slip in the rear part of the nitrogen oxide reducing catalyst 40, and the nitrogen oxides. Calculate the ratio of hydrocarbons to Such calculation is performed based on a map determined by many experiments.
Furthermore, the control unit 50 changes the fuel injection pattern from the second injector 90 according to the engine operating conditions, the engine state, or the state of the nitrogen oxide reducing catalyst. Here, the state of the engine is estimated in consideration of the operation period of the engine, and the state of the nitrogen oxide reducing catalyst is estimated in consideration of deterioration of the nitrogen oxide reducing catalyst.
As a result, the control unit 50 regenerates the particulate filter 30.

一方、制御部50は、第2のインジェクター90からの追加噴射を制御する代わりに、第1のインジェクター14からの後噴射を制御することにより、窒素酸化物低減触媒40における窒素酸化物の還元反応を活性化させることができる。この場合、燃料分解触媒32において後噴射された燃料は高反応性還元剤に変換され、窒素酸化物低減触媒40において窒素酸化物の還元反応を促進する。よって、この明細書および特許請求の範囲における追加噴射は後噴射を含むものと解釈さるべきである。
ここでは、窒素酸化物低減触媒40としてLNT触媒が用いられた場合を例示したが、窒素酸化物低減触媒40としてSCR触媒が用いられてもよい。この場合、排気パイプ20上のパティキュレートフィルタ30と窒素酸化物低減触媒40との間には排ガスに還元剤を噴射する噴射装置(図示せず)が介設され、制御部50は、排ガスに含まれている窒素酸化物の量により還元剤の噴射を制御する。なお、還元剤としては、尿素またはアンモニアが使用可能である。
On the other hand, the control unit 50 controls the post-injection from the first injector 14 instead of controlling the additional injection from the second injector 90, thereby reducing the nitrogen oxides in the nitrogen oxide reducing catalyst 40. Can be activated. In this case, the fuel post-injected in the fuel decomposition catalyst 32 is converted into a highly reactive reducing agent, and the nitrogen oxide reduction catalyst 40 promotes the reduction reaction of nitrogen oxides. Thus, additional injections in this specification and claims should be construed as including post-injection.
Here, the case where an LNT catalyst is used as the nitrogen oxide reduction catalyst 40 is illustrated, but an SCR catalyst may be used as the nitrogen oxide reduction catalyst 40. In this case, an injection device (not shown) for injecting a reducing agent into the exhaust gas is interposed between the particulate filter 30 on the exhaust pipe 20 and the nitrogen oxide reducing catalyst 40, and the control unit 50 transmits the exhaust gas to the exhaust gas. The injection of the reducing agent is controlled by the amount of nitrogen oxide contained. As the reducing agent, urea or ammonia can be used.

以下、窒素酸化物低減触媒40の一例を詳述する。
窒素酸化物低減触媒40は、担体にコーティングされた第1および第2の触媒層を含む。第1の触媒層は排ガスの近くに配置され、第2の触媒層は担体の近くに配置される。
第1の触媒層は排ガスに含まれている窒素酸化物(例えば、一酸化窒素)を酸化し、酸化された窒素酸化物(例えば、二酸化窒素)の一部を不燃燃料または排ガスに含まれている炭化水素との酸化−還元反応により還元する。なお、酸化された窒素酸化物の残りの一部は第2の触媒層に拡散される。
第2の触媒層は第1の触媒層から拡散されてきた窒素酸化物(例えば、二酸化窒素)を吸着し、追加噴射される燃料により吸着された窒素酸化物を脱離して第1の触媒層において還元せしめる。
第2の触媒層は吸着物質を含む。この吸着物質としては、弱塩基性酸化物が用いられる。
Hereinafter, an example of the nitrogen oxide reduction catalyst 40 will be described in detail.
The nitrogen oxide reducing catalyst 40 includes first and second catalyst layers coated on a support. The first catalyst layer is disposed near the exhaust gas, and the second catalyst layer is disposed near the support.
The first catalyst layer oxidizes nitrogen oxides (eg, nitric oxide) contained in the exhaust gas, and a part of the oxidized nitrogen oxides (eg, nitrogen dioxide) is contained in the non-combustible fuel or exhaust gas. It is reduced by oxidation-reduction reaction with existing hydrocarbons. The remaining part of the oxidized nitrogen oxide is diffused into the second catalyst layer.
The second catalyst layer adsorbs nitrogen oxide (for example, nitrogen dioxide) diffused from the first catalyst layer, desorbs the nitrogen oxide adsorbed by the additionally injected fuel, and the first catalyst layer. Let me reduce it.
The second catalyst layer contains an adsorbing material. A weak basic oxide is used as this adsorbing substance.

以下、窒素酸化物低減触媒40の作動原理を詳述する。
燃料が第2のインジェクター90から追加噴射されない場合には、排ガスに含まれている窒素酸化物(例えば、一酸化窒素)は第1の触媒層において酸化される。酸化された窒素酸化物(例えば、二酸化窒素)の一部は排ガスに含まれている炭化水素と酸化−還元反応をして窒素気体に還元される。この過程で、排ガスに含まれている炭化水素は二酸化炭素に酸化される。
また、酸化された窒素酸化物の残りの一部および排ガスに含まれている窒素酸化物は第2の触媒層に拡散されて吸着される。
燃料が第2のインジェクター90から追加噴射される場合には、追加噴射された燃料が燃料分解触媒を通過し、この過程で燃料が低分子の炭化水素に変換される。なお、低分子の炭化水素の一部は酸素と結合した炭化水素に変換されて窒素酸化物低減触媒40を通過する。
Hereinafter, the operating principle of the nitrogen oxide reducing catalyst 40 will be described in detail.
When fuel is not additionally injected from the second injector 90, nitrogen oxide (for example, nitrogen monoxide) contained in the exhaust gas is oxidized in the first catalyst layer. A part of the oxidized nitrogen oxide (for example, nitrogen dioxide) is reduced to nitrogen gas through an oxidation-reduction reaction with hydrocarbons contained in the exhaust gas. In this process, hydrocarbons contained in the exhaust gas are oxidized to carbon dioxide.
Further, the remaining part of the oxidized nitrogen oxide and the nitrogen oxide contained in the exhaust gas are diffused and adsorbed by the second catalyst layer.
When fuel is additionally injected from the second injector 90, the additionally injected fuel passes through the fuel decomposition catalyst, and in this process, the fuel is converted into low-molecular hydrocarbons. Part of the low-molecular hydrocarbons is converted into hydrocarbons bonded to oxygen and passes through the nitrogen oxide reduction catalyst 40.

このとき、第2の触媒層においては、窒素酸化物が炭化水素と置換されて脱離される。また、第1の触媒層においては、脱離された窒素酸化物と炭化水素または酸素と結合した炭化水素との間の酸化−還元反応により窒素酸化物は窒素気体に還元され、炭化水素または酸素と結合した炭化水素は二酸化炭素に酸化される。
これにより、排ガスに含まれている窒素酸化物および炭化水素が浄化される。
At this time, in the second catalyst layer, nitrogen oxides are replaced with hydrocarbons and desorbed. In the first catalyst layer, nitrogen oxides are reduced to nitrogen gas by an oxidation-reduction reaction between the desorbed nitrogen oxides and hydrocarbons or hydrocarbons bonded to oxygen, and hydrocarbons or oxygen The hydrocarbons combined with are oxidized to carbon dioxide.
Thereby, nitrogen oxides and hydrocarbons contained in the exhaust gas are purified.

図2は、本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法に用いられる制御部における入出力関係を示すブロック図である。
図2に示したとおり、ギヤ段数検出部100、EGR率検出部110、エンジン回転数検出部120、燃料噴射量検出部130、吸入空気量検出部140、EGR量検出部150、吸入空気温度検出部160および冷却水温度検出部170は制御部50と電気的に接続されており、これらの検出部で検出した検出値を制御部50に送信する。
FIG. 2 is a block diagram showing the input / output relationship in the control unit used in the method for predicting the amount of nitrogen oxides according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the gear number detection unit 100, the EGR rate detection unit 110, the engine speed detection unit 120, the fuel injection amount detection unit 130, the intake air amount detection unit 140, the EGR amount detection unit 150, and the intake air temperature detection The unit 160 and the cooling water temperature detection unit 170 are electrically connected to the control unit 50 and transmit detection values detected by these detection units to the control unit 50.

ギヤ段数検出部100は、現在の係合されたギヤ段数を検出する。
EGR率検出部110は、現在のEGR率(すなわち、吸入空気量へのEGR量の割合)を検出する。制御部50は、EGR弁(図示せず)をデューティ制御しているため、EGR率は現在のデューティ値を読み取ることにより検出することができる。
エンジン回転数検出部120は、クランクシャフト(図示せず)の位相変化からエンジンの回転数を検出する。
The gear stage number detection unit 100 detects the current engaged gear stage number.
The EGR rate detection unit 110 detects the current EGR rate (that is, the ratio of the EGR amount to the intake air amount). Since the control unit 50 controls the duty of an EGR valve (not shown), the EGR rate can be detected by reading the current duty value.
The engine speed detector 120 detects the engine speed from the phase change of the crankshaft (not shown).

燃料噴射量検出部130は、現在の燃料噴射量を検出する。最近では、NOx低減のために燃料は、主噴射およびパイロット噴射に分けて噴射される。このため、燃料噴射量検出部130は、一周期中に噴射される主噴射量およびパイロット噴射量を検出する。なお、燃料噴射量は制御部50によりデューティ制御されるため、現在のデューティ値を読み取ることにより検出することができる。
吸入空気量検出部140は、吸気通路を通過する空気量を検出する。
EGR量検出部150は、再循環されるガスの量を検出する。EGR量は、吸入される空気量およびEGR率から計算可能である。
吸入空気温度検出部160は吸気通路に装備されて吸入される空気の温度を検出する。
冷却水温度検出部170は、冷却水の温度を検出する。
The fuel injection amount detection unit 130 detects the current fuel injection amount. Recently, in order to reduce NOx, fuel is injected into main injection and pilot injection. For this reason, the fuel injection amount detection unit 130 detects the main injection amount and the pilot injection amount injected during one cycle. Since the fuel injection amount is duty-controlled by the control unit 50, it can be detected by reading the current duty value.
The intake air amount detection unit 140 detects the amount of air passing through the intake passage.
The EGR amount detection unit 150 detects the amount of gas that is recirculated. The amount of EGR can be calculated from the amount of air taken in and the EGR rate.
The intake air temperature detection unit 160 is installed in the intake passage and detects the temperature of the intake air.
The cooling water temperature detection unit 170 detects the temperature of the cooling water.

制御部50においては、送信された検出値に基づいて、エンジンの運転条件、燃料の追加噴射量、追加噴射時期および追加噴射パターンを決定し、第2のインジェクター90を制御するための信号を第2のインジェクター90に出力する。また、制御部50は、差圧センサー55において測定した値に基づいて、パティキュレートフィルタ30の再生を制御する。上述したように、パティキュレートフィルタ30の再生は、第1のインジェクター14による後噴射あるいは第2のインジェクター90による追加噴射により行われる。さらに、制御部50は、排ガスに含まれている基準NOx量を検出し、この基準NOx量をEGR率および環境因子により補正し、最終的なNOx量により燃料の追加噴射または還元剤の噴射を制御する。
一方、本発明の実施の形態による内燃機関の排気装置には、図2に示すセンサーの他にも多数のセンサーを装備することが可能である。
The control unit 50 determines an engine operating condition, an additional fuel injection amount, an additional injection timing and an additional injection pattern based on the transmitted detection value, and outputs a signal for controlling the second injector 90. Output to the second injector 90. Further, the control unit 50 controls the regeneration of the particulate filter 30 based on the value measured by the differential pressure sensor 55. As described above, the regeneration of the particulate filter 30 is performed by post-injection by the first injector 14 or additional injection by the second injector 90. Further, the control unit 50 detects the reference NOx amount contained in the exhaust gas, corrects this reference NOx amount with the EGR rate and environmental factors, and performs the additional fuel injection or the reducing agent injection with the final NOx amount. Control.
On the other hand, the exhaust system for an internal combustion engine according to the embodiment of the present invention can be equipped with a number of sensors in addition to the sensors shown in FIG.

図3は、本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法を示したフローチャートであり、図4は、本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法において、EGR率により基準NOx量を一次的に補正する方法を示したフローチャートであり、図5は、本発明の実施の形態による、窒素酸化物の量を予測する方法において、環境因子により一次的に補正されたNOx量を2次的に補正する方法を示したフローチャートである。
ギヤ段数検出部100はギヤ段数を検出して(S210)、EGR率検出部110は実際のEGR率を検出し(S220)、エンジン回転数検出部120はエンジンの回転数を検出し(S230)、燃料噴射量検出部130は現在の燃料噴射量を検出する(S240)。また、吸入空気量検出部140において検出される吸入空気量にEGR量検出部150において検出されるEGR量を加えて、エンジン燃焼室に供給される総空気量を検出し(S250)、吸入空気温度検出部160はエンジン燃焼室に供給される吸入空気の温度を検出し(S260)、冷却水温度検出部170は冷却水の温度を検出する(S270)。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for predicting the amount of nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for predicting the amount of nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of temporarily correcting the reference NOx amount based on the EGR rate. FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting the amount of nitrogen oxides according to an embodiment of the present invention. It is the flowchart which showed the method of correct | amending the correct | amended NOx amount secondary.
The gear number detection unit 100 detects the gear number (S210), the EGR rate detection unit 110 detects the actual EGR rate (S220), and the engine speed detection unit 120 detects the engine speed (S230). The fuel injection amount detection unit 130 detects the current fuel injection amount (S240). Further, the total amount of air supplied to the engine combustion chamber is detected by adding the EGR amount detected by the EGR amount detector 150 to the intake air amount detected by the intake air amount detector 140 (S250). The temperature detector 160 detects the temperature of the intake air supplied to the engine combustion chamber (S260), and the cooling water temperature detector 170 detects the temperature of the cooling water (S270).

制御部50は、検出値に基づいて基準NOx量を検出し、この基準NOx量をEGR率により一次的に補正し(S280)、一次的に補正された基準NOx量を環境因子により2次的に補正する(S290)。
以下、基準NOx量を一次的に補正する過程を詳述する。
図4に示したとおり、制御部50は、エンジンの運転条件(ギヤ段数と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量)による基準NOx値を計算し(S310)、エンジンの運転条件によるEGRのオフ時に(すなわち、EGR弁が閉じた場合に)基準NOx値を計算し(S320)、エンジンの運転条件による基準EGR率を計算する(S330)。ステップS310〜S330は、所定のマップを用いて行う。すなわち、エンジンの運転条件による基準NOx値、EGRオフ時の基準NOx値および基準EGR率がマップに保存されている。エンジンの各運転条件による基準NOx値、EGRオフ時の基準NOx値およびEGR率を測定し、これらの値をマップに保存する。
The control unit 50 detects the reference NOx amount based on the detected value, and primarily corrects the reference NOx amount based on the EGR rate (S280), and the primarily corrected reference NOx amount is secondarily determined by the environmental factor. (S290).
Hereinafter, a process of temporarily correcting the reference NOx amount will be described in detail.
As shown in FIG. 4, the control unit 50 calculates a reference NOx value based on the engine operating conditions (the number of gear stages, the engine speed and the current fuel injection amount) (S310), and turns off EGR based on the engine operating conditions. Sometimes (ie, when the EGR valve is closed), a reference NOx value is calculated (S320), and a reference EGR rate according to engine operating conditions is calculated (S330). Steps S310 to S330 are performed using a predetermined map. That is, the reference NOx value according to the engine operating condition, the reference NOx value when EGR is off, and the reference EGR rate are stored in the map. The reference NOx value according to each engine operating condition, the reference NOx value when EGR is off, and the EGR rate are measured, and these values are stored in a map.

制御部50は、現在のEGR率およびエンジンの運転条件による基準EGR率からEGR率の偏差を計算し、このEGR率の偏差が0未満であるかどうかを判断する(S340)。EGR率の偏差は、現在のEGR率から基準EGR率を差し引くことにより計算する。
もし、EGR率の偏差が0未満であれば、内挿法により基準NOx値を補正し、EGR率の偏差が0以上であれば、外挿法により基準NOx値を補正する。このために、ステップS350およびS360においては、EGR率の偏差を正規化する。
すなわち、ステップS350においては、[数1]により正規化されたEGR率偏差を計算する。
The control unit 50 calculates the deviation of the EGR rate from the current EGR rate and the reference EGR rate according to the engine operating condition, and determines whether or not the deviation of the EGR rate is less than 0 (S340). The deviation of the EGR rate is calculated by subtracting the reference EGR rate from the current EGR rate.
If the deviation of the EGR rate is less than 0, the reference NOx value is corrected by interpolation, and if the deviation of the EGR rate is 0 or more, the reference NOx value is corrected by the extrapolation method. Therefore, in steps S350 and S360, the deviation of the EGR rate is normalized.
That is, in step S350, the EGR rate deviation normalized by [Equation 1] is calculated.

〔数1〕
正規化されたEGR率偏差=EGR率偏差/基準EGR率
また、ステップS360においては、[数2]により正規化されたEGR率偏差を計算する。
〔数2〕
正規化されたEGR率偏差=EGR率偏差/(最大EGR率−基準EGR率)
[Equation 1]
Normalized EGR rate deviation = EGR rate deviation / reference EGR rate In step S360, the normalized EGR rate deviation is calculated according to [Equation 2].
[Equation 2]
Normalized EGR rate deviation = EGR rate deviation / (maximum EGR rate−reference EGR rate)

ステップS350およびS360において、正規化されたEGR率偏差を計算した後、この正規化されたEGR率偏差の最大値および最小値を限定する(S370)。ここで、最大値は1であってもよく、最小値は−1であってもよい。
その後、制御部50は、正規化されたEGR率偏差によるEGR係数を決定する(S380)。図6は、正規化されたEGR率偏差に対するEGR係数を示すグラフである。図6は、EGR率偏差に対するEGR係数のいくつかの関係を例示するものであり、本発明がこれに限定されることはない。
In steps S350 and S360, after calculating the normalized EGR rate deviation, the maximum value and the minimum value of the normalized EGR rate deviation are limited (S370). Here, the maximum value may be 1, and the minimum value may be -1.
Thereafter, the control unit 50 determines an EGR coefficient based on the normalized EGR rate deviation (S380). FIG. 6 is a graph showing the EGR coefficient with respect to the normalized EGR rate deviation. FIG. 6 illustrates some relationships of the EGR coefficient to the EGR rate deviation, and the present invention is not limited to this.

EGR係数を決定した後、制御部50は、EGR係数、EGRオフ時の基準NOx値および基準NOx値を用いて、内挿法または外挿法により、基準NOx値を一次的に補正する(S390、S400)。すなわち、EGR率の偏差が0未満であれば、内挿法により基準NOx量を補正し(S390)、EGR率の偏差が0以上であれば、外挿法により基準NOx量を補正する(S400)。図7は、本発明の実施の形態を適用して、EGR率によりNOx量を一次的に補正することを例示するグラフである。図7中、点線は実際のNOx値を示し、実線は基準NOx値を内挿法または外挿法により補正した値を示す。なお、図7には基準NOx値を内挿法または外挿法により直線状に補正した場合を例示したが、本発明はこれに限定されることはなく、基準NOx値を多項式の形態に補正してもよい。   After determining the EGR coefficient, the control unit 50 primarily corrects the reference NOx value by interpolation or extrapolation using the EGR coefficient, the reference NOx value when the EGR is off, and the reference NOx value (S390). , S400). That is, if the deviation of the EGR rate is less than 0, the reference NOx amount is corrected by interpolation (S390), and if the deviation of the EGR rate is 0 or more, the reference NOx amount is corrected by the extrapolation method (S400). ). FIG. 7 is a graph exemplifying that the NOx amount is firstly corrected by the EGR rate by applying the embodiment of the present invention. In FIG. 7, the dotted line indicates the actual NOx value, and the solid line indicates a value obtained by correcting the reference NOx value by the interpolation method or the extrapolation method. FIG. 7 illustrates the case where the reference NOx value is linearly corrected by interpolation or extrapolation, but the present invention is not limited to this, and the reference NOx value is corrected to a polynomial form. May be.

以下、図7に基づき、基準NOx値を内挿法または外挿法により補正することを簡略に説明する。ここでは、EGR係数が正規化されたEGR率偏差と同じ場合を例示している。
正規化されたEGR率偏差が−1であるときのNOx値はEGRオフ時の基準NOx値を示し、正規化されたEGR率偏差が0であるときのNOx値は基準NOx値を示す。正規化されたEGR率偏差が−1と0との間にあるときのNOx値を内挿法により求めるために、EGRオフ時の基準NOx値と基準NOx値とを直線で結ぶ。また、正規化されたEGR率偏差が0と1との間にあるときのNOx値を外挿法により求めるために、基準NOx値と正規化されたEGR率偏差が1であるときのNOx値(図7では、0)とを直線で結ぶ。上述した内挿法または外挿法により基準NOx値を実際のEGR率により補正する。
Hereinafter, correction of the reference NOx value by interpolation or extrapolation will be briefly described with reference to FIG. Here, the case where the EGR coefficient is the same as the normalized EGR rate deviation is illustrated.
The NOx value when the normalized EGR rate deviation is −1 indicates the reference NOx value when the EGR is off, and the NOx value when the normalized EGR rate deviation is 0 indicates the reference NOx value. In order to obtain the NOx value when the normalized EGR rate deviation is between −1 and 0 by interpolation, the reference NOx value and the reference NOx value when EGR is off are connected by a straight line. Further, in order to obtain the NOx value when the normalized EGR rate deviation is between 0 and 1 by extrapolation, the reference NOx value and the NOx value when the normalized EGR rate deviation is 1 (0 in FIG. 7) is connected by a straight line. The reference NOx value is corrected by the actual EGR rate by the interpolation method or the extrapolation method described above.

その後、制御部50は、1次的に補正された基準NOx値を出力し(S295)、環境因子により1次的に補正された基準NOx値を2次的に補正する(S290)。
図5に示したとおり、制御部50は、第1、第2および第3の補正係数を算定する(S420、S430、S440)。第1の補正係数はエンジンの燃焼室に供給される総空気量と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量に基づいて求められ、第2の補正係数はエンジン回転数と、現在の燃料噴射量および冷却水温度に基づいて求められ、第3の補正係数はエンジン回転数と、現在の燃料噴射量およびエンジン燃焼室に供給される吸入空気の温度に基づいて求められる。第1、第2および第3の補正係数は所定のマップから割り出される。
その後、制御部50は、1次的に補正された基準NOx値と、第1、第2および第3の補正係数とを用いて、基準NOx値を2次的に補正する(S450、S460、S470)。基準NOx値の2次補正は、一次的に補正された基準NOx値に第1、第2および第3の補正係数を乗じて計算する。
最後に、制御部50は、環境因子により補正されたNOx値を出力する(S300)。
Thereafter, the control unit 50 outputs the reference NOx value corrected primarily (S295), and secondarily corrects the reference NOx value corrected primarily by the environmental factor (S290).
As shown in FIG. 5, the control unit 50 calculates the first, second, and third correction coefficients (S420, S430, S440). The first correction coefficient is obtained based on the total amount of air supplied to the combustion chamber of the engine, the engine speed and the current fuel injection quantity, and the second correction coefficient is the engine speed and the current fuel injection quantity. And the third correction coefficient is obtained based on the engine speed, the current fuel injection amount, and the temperature of the intake air supplied to the engine combustion chamber. The first, second and third correction factors are determined from a predetermined map.
Thereafter, the control unit 50 secondarily corrects the reference NOx value using the first-corrected reference NOx value and the first, second, and third correction coefficients (S450, S460, S470). The secondary correction of the reference NOx value is calculated by multiplying the first corrected reference NOx value by the first, second and third correction coefficients.
Finally, the control unit 50 outputs the NOx value corrected by the environmental factor (S300).

このようにして排ガスに含まれるNOx値を予測した後、制御部50は、NOx値により燃料の追加噴射または還元剤の噴射を制御する。これとは別に、制御部50は、NOx値によりエンジン10の燃焼室に供給される空気への燃料の割合を制御することにより、燃焼雰囲気を調節する。   After predicting the NOx value contained in the exhaust gas in this way, the control unit 50 controls the additional fuel injection or the reducing agent injection based on the NOx value. Apart from this, the control unit 50 adjusts the combustion atmosphere by controlling the ratio of the fuel to the air supplied to the combustion chamber of the engine 10 by the NOx value.

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の属する技術的範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。   As mentioned above, although the preferable Example regarding this invention was described, this invention is not limited to the said Example, All the changes in the range which does not deviate from the technical scope to which this invention belongs are included.

10 エンジン
12 燃焼室
14 第1のインジェクター
16 排気マニホールド
18 吸気マニホールド
20 排気パイプ
25 第1の酸素センサー
30 パティキュレートフィルタ、煤煙ろ過装置
32 燃料分解触媒
35 第1の温度センサー
36 第2の温度センサー
40 窒素酸化物低減触媒
50 制御部
55 差圧センサー
60 第3の温度センサー
62 第2の酸素センサー
65 第4の温度センサー
70 第3の酸素センサー
80 排ガス再循環(EGR)装置
90 第2のインジェクター
100 ギヤ段数検出部
110 EGR率検出部
120 エンジン回転数検出部
130 燃料噴射量検出部
140 吸入空気量検出部
150 EGR量検出部
160 吸入空気温度検出部
170 冷却水温度検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 12 Combustion chamber 14 1st injector 16 Exhaust manifold 18 Intake manifold 20 Exhaust pipe 25 1st oxygen sensor 30 Particulate filter, soot filter device 32 Fuel decomposition catalyst 35 1st temperature sensor 36 2nd temperature sensor 40 Nitrogen oxide reduction catalyst 50 Control unit 55 Differential pressure sensor 60 Third temperature sensor 62 Second oxygen sensor 65 Fourth temperature sensor 70 Third oxygen sensor 80 Exhaust gas recirculation (EGR) device 90 Second injector 100 Gear stage detection unit 110 EGR rate detection unit 120 Engine speed detection unit 130 Fuel injection amount detection unit 140 Intake air amount detection unit 150 EGR amount detection unit 160 Intake air temperature detection unit 170 Cooling water temperature detection unit

Claims (15)

  1. エンジンの運転条件により基準NOx量を検出するステップと、
    EGR(排ガス再循環:Exhaust Gas Recirculation)率により前記基準NOx量を一次的に補正するステップと、
    環境因子により一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップとを含み、
    前記EGR率により前記基準NOx量を一次的に補正するステップは、
    実際のEGR率を検出するステップと、
    前記エンジンの運転条件による基準EGR率を計算するステップと、
    前記実際のEGR率から前記基準EGR率を差し引いたEGR率偏差を計算するステップと、
    前記EGR率偏差により前記基準NOx量を補正するステップとを含み、
    前記EGR率偏差により前記基準NOx量を補正するステップは、
    前記EGR率偏差を正規化させて、正規化されたEGR率偏差を計算するステップと、
    前記正規化されたEGR率偏差によるEGR係数を計算するステップと、
    前記エンジンの運転条件によるEGRオフ時の基準NOx量を計算するステップと、
    エンジンの運転条件による基準NOx量と、EGRオフ時の基準NOx量および前記EGR係数に基づいて、内挿法または外挿法により前記基準NOx量を補正するステップとを含むことを特徴とする窒素酸化物の量を予測する方法。
    Detecting a reference NOx amount according to engine operating conditions;
    A step of temporarily correcting the reference NOx amount by an EGR (Exhaust Gas Recirculation) rate;
    Look including the step of correcting temporarily the corrected NOx amount secondarily by environmental factors,
    The step of temporarily correcting the reference NOx amount by the EGR rate includes:
    Detecting an actual EGR rate;
    Calculating a reference EGR rate according to operating conditions of the engine;
    Calculating an EGR rate deviation obtained by subtracting the reference EGR rate from the actual EGR rate;
    Correcting the reference NOx amount based on the EGR rate deviation,
    The step of correcting the reference NOx amount based on the EGR rate deviation includes:
    Normalizing the EGR rate deviation to calculate a normalized EGR rate deviation;
    Calculating an EGR coefficient according to the normalized EGR rate deviation;
    Calculating a reference NOx amount when EGR is off according to the operating condition of the engine;
    And a step of correcting the reference NOx amount by an interpolation method or an extrapolation method based on a reference NOx amount according to engine operating conditions, a reference NOx amount when EGR is off, and the EGR coefficient. A method for predicting the amount of oxide.
  2. 前記正規化されたEGR偏差が所定値未満である場合には内挿法により基準NOx量を補正し、前記正規化されたEGR偏差が所定値以上である場合には外挿法により前記基準NOx量を補正することを特徴とする請求項に記載の窒素酸化物の量を予測する方法。 When the normalized EGR deviation is less than a predetermined value, the reference NOx amount is corrected by interpolation. When the normalized EGR deviation is greater than or equal to the predetermined value, the reference NOx is calculated by extrapolation. The method for predicting the amount of nitrogen oxide according to claim 1 , wherein the amount is corrected.
  3. 前記エンジンの運転条件は、現在の係合された変速ギヤのギヤ段数と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の窒素酸化物の量を予測する方法。 The amount of nitrogen oxides according to claim 1 or 2 , wherein the operating conditions of the engine include the number of gear stages of the currently engaged transmission gear , the engine speed and the current fuel injection amount. How to predict.
  4. 環境因子により前記一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップは、
    エンジン燃焼室に供給される総空気量と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量による第1の補正係数を検出するステップと、
    前記第1の補正係数により前記一次的に補正されたNOx量を補正するステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物の量を予測する方法。
    The step of secondarily correcting the NOx amount corrected primarily by an environmental factor is as follows:
    Detecting a first correction coefficient based on a total air amount supplied to the engine combustion chamber, an engine speed and a current fuel injection amount;
    The method for predicting the amount of nitrogen oxides according to claim 1, further comprising the step of correcting the amount of NOx corrected primarily by the first correction coefficient.
  5. 環境因子により前記一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップは、
    エンジン回転数と、現在の燃料噴射量および冷却水温度による第2の補正係数を検出するステップと、
    前記第2の補正係数により前記一次的に補正されたNOx量を補正するステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物の量を予測する方法。
    The step of secondarily correcting the NOx amount corrected primarily by an environmental factor is as follows:
    Detecting a second correction coefficient based on the engine speed, the current fuel injection amount and the coolant temperature;
    The method for predicting the amount of nitrogen oxides according to claim 1, further comprising a step of correcting the amount of NOx corrected primarily by the second correction coefficient.
  6. 環境因子により前記一次的に補正されたNOx量を2次的に補正するステップは、
    エンジン回転数と、現在の燃料噴射量およびエンジン燃焼室に供給される吸入空気の温度による第3の補正係数を検出するステップと、
    前記第3の補正係数により前記一次的に補正されたNOx量を補正するステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物の量を予測する方法。
    The step of secondarily correcting the NOx amount corrected primarily by an environmental factor is as follows:
    Detecting a third correction factor based on the engine speed, the current fuel injection amount, and the temperature of the intake air supplied to the engine combustion chamber;
    The method for predicting the amount of nitrogen oxides according to claim 1, further comprising the step of correcting the amount of NOx corrected primarily by the third correction coefficient.
  7. 燃焼室内燃料を噴射する第1のインジェクターを有するエンジンにおいて発生した排ガスが流通する排気パイプと、
    前記排気パイプに装備されて還元剤を噴射する噴射モジュールと、
    前記噴射モジュールの下流側の排気パイプに装備されて前記噴射モジュールから噴射された還元剤を用いて排ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる窒素酸化物低減触媒と、
    前記排ガスに含まれている窒素酸化物の量を予測し、この窒素酸化物の量により還元剤の供給量、または燃焼雰囲気を調節する制御部とを備え、
    前記制御部は、エンジンの運転条件により基準NOx量を検出し、この基準NOx量をEGR率および環境因子により補正し、
    前記制御部は、エンジンの運転条件により基準EGR率およびEGRオフ時の基準NOx量を計算し、実際のEGR率を検出し、且つ、前記基準EGR率と、前記実際のEGR率と、前記基準NOx量および前記EGRオフ時の基準NOx量に基づいて内挿法または外挿法により前記基準NOx量を一次的に補正することを特徴とする排気装置。
    An exhaust pipe through which exhaust gas generated in an engine having a first injector for injecting fuel in the combustion chamber flows;
    An injection module mounted on the exhaust pipe and injecting a reducing agent;
    A nitrogen oxide reducing catalyst which is mounted on an exhaust pipe downstream of the injection module and reduces nitrogen oxide contained in exhaust gas using a reducing agent injected from the injection module;
    A controller that predicts the amount of nitrogen oxides contained in the exhaust gas and adjusts the supply amount of the reducing agent or the combustion atmosphere according to the amount of nitrogen oxides;
    The control unit detects a reference NOx amount based on engine operating conditions , corrects the reference NOx amount based on an EGR rate and environmental factors ,
    The control unit calculates a reference EGR rate and a reference NOx amount when the EGR is off according to an operating condition of the engine, detects an actual EGR rate, and detects the reference EGR rate, the actual EGR rate, and the reference An exhaust system, wherein the reference NOx amount is temporarily corrected by interpolation or extrapolation based on the NOx amount and the reference NOx amount when the EGR is off .
  8. 前記エンジンの運転条件は、現在の係合された変速ギヤのギヤ段数と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量を含むことを特徴とする請求項に記載の排気装置。 The exhaust system according to claim 7 , wherein the operating condition of the engine includes a gear number of a currently engaged transmission gear , an engine speed, and a current fuel injection amount.
  9. 前記制御部は、一次的に補正された基準NOx量を、環境因子による第1、第2および第3の補正係数を用いて2次的に補正することを特徴とする請求項7又は8に記載の排気装置。 Wherein the control unit, the reference amount of NOx is temporarily corrected, first by environmental factors, to claim 7 or 8, characterized in that to correct the second and third correction coefficients using a secondary The exhaust system described.
  10. 前記第1の補正係数は、エンジン燃焼室に供給される総空気量と、エンジン回転数および現在の燃料噴射量に基づいて計算されることを特徴とする請求項に記載の排気装置。 The exhaust system according to claim 9 , wherein the first correction coefficient is calculated based on a total air amount supplied to the engine combustion chamber, an engine speed, and a current fuel injection amount.
  11. 前記第2の補正係数は、エンジン回転数と、現在の燃料噴射量および冷却水温度に基づいて計算されることを特徴とする請求項に記載の排気装置。 The exhaust system according to claim 9 , wherein the second correction coefficient is calculated based on an engine speed, a current fuel injection amount, and a coolant temperature.
  12. 前記第3の補正係数は、エンジン回転数と、現在の燃料噴射量およびエンジン燃焼室に供給される吸入空気の温度に基づいて計算されることを特徴とする請求項に記載の排気装置。 The exhaust system according to claim 9 , wherein the third correction coefficient is calculated based on an engine speed, a current fuel injection amount, and a temperature of intake air supplied to the engine combustion chamber.
  13. 前記還元剤は燃料であり、前記噴射モジュールは第2のインジェクターであることを特徴とする請求項に記載の排気装置。 The exhaust apparatus according to claim 7 , wherein the reducing agent is fuel, and the injection module is a second injector.
  14. 前記還元剤は尿素またはアンモニアであることを特徴とする請求項に記載の排気装置。 The exhaust apparatus according to claim 7 , wherein the reducing agent is urea or ammonia.
  15. 前記燃焼雰囲気は、エンジンの燃焼室に供給される空気への燃料の割合を制御することにより調節されることを特徴とする請求項に記載の排気装置。 The exhaust system according to claim 7 , wherein the combustion atmosphere is adjusted by controlling a ratio of fuel to air supplied to a combustion chamber of an engine.
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