JP6682972B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purifying device for an internal combustion engine.
ディーゼルエンジンにおいて、排ガス中の有害物質を浄化するため、複数の触媒等を含む後処理ユニットを設けることが知られている。後処理ユニットには典型的に、排気中の粒子状物質(PM)を捕集するフィルタと、フィルタの下流側に配置され、排気中の窒素酸化物(NOx)を還元して除去する選択還元型NOx触媒(SCR)とが設置される。 In a diesel engine, it is known to provide an aftertreatment unit including a plurality of catalysts and the like in order to purify harmful substances in exhaust gas. The aftertreatment unit is typically a filter that collects particulate matter (PM) in the exhaust gas and a selective reduction that is arranged downstream of the filter and reduces and removes nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas. Type NOx catalyst (SCR) is installed.
定期的に、フィルタに堆積されたPMを燃焼除去するフィルタ再生制御を行うことが知られている。フィルタ再生制御に際しては、例えばポスト噴射等により、追加の燃料を供給することが行われる。 It is known to periodically perform filter regeneration control that burns and removes PM accumulated in the filter. During filter regeneration control, additional fuel is supplied by, for example, post injection.
一方、フィルタ再生制御の実行中、フィルタ内のPMが燃焼することにより、フィルタから比較的高温の排気ガスが排出されることがある。そしてこの高温の排気ガスがNOx触媒に供給されることで、NOx触媒の温度が過度に上昇し、NOx触媒の劣化を早め、NOx触媒のNOx浄化率が早期に低下することがある。 On the other hand, during the execution of the filter regeneration control, the PM in the filter burns, which may cause the exhaust gas of a relatively high temperature to be discharged from the filter. When this high-temperature exhaust gas is supplied to the NOx catalyst, the temperature of the NOx catalyst excessively rises, the deterioration of the NOx catalyst is accelerated, and the NOx purification rate of the NOx catalyst may decrease early.
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、フィルタ再生制御の実行によるNOx触媒の劣化促進を抑制することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that can suppress acceleration of deterioration of the NOx catalyst due to execution of filter regeneration control.
本発明の一の態様によれば、
内燃機関の排ガス浄化装置であって、
排気管と、
前記排気管の途中に設けられた後処理ユニットと、
前記後処理ユニットを収容するケーシングと、
を備え、
前記後処理ユニットは、
第1触媒ケーシングと、
前記第1触媒ケーシングの下流側に配置された第2触媒ケーシングと、
前記第1触媒ケーシングおよび前記第2触媒ケーシングを連結するU字状の連結管と、
前記第1触媒ケーシング内に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記第2触媒ケーシング内に設けられ、排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型NOx触媒と、
を備え、
前記排ガス浄化装置はさらに、
前記NOx触媒の入口排気温度を検出する検出器と、
前記連結管の上流側端部に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、
前記添加弁を制御すると共に、前記フィルタを再生させるための再生制御を実行するように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記再生制御の実行中に前記検出器により検出された前記入口排気温度が所定の閾値以上となったとき、前記添加弁における尿素水添加量を増加させるように構成されている
ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine,
Exhaust pipe,
A post-treatment unit provided in the middle of the exhaust pipe,
A casing containing the post-treatment unit,
Equipped with
The post-processing unit,
A first catalyst casing,
A second catalyst casing arranged downstream of the first catalyst casing;
A U-shaped connecting pipe connecting the first catalyst casing and the second catalyst casing;
A filter provided in the first catalyst casing for collecting particulate matter in exhaust gas;
A selective reduction type NOx catalyst provided in the second catalyst casing for purifying nitrogen oxides in exhaust gas;
Equipped with
The exhaust gas purification device further includes
A detector for detecting the inlet exhaust gas temperature of the NOx catalyst,
An addition valve provided at the upstream end of the connecting pipe for adding urea water,
A control unit configured to perform a regeneration control for controlling the addition valve and regenerating the filter,
Equipped with
The control unit is configured to increase the urea water addition amount in the addition valve when the inlet exhaust gas temperature detected by the detector becomes equal to or higher than a predetermined threshold during execution of the regeneration control. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine is provided.
好ましくは、前記第1触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって前方から後方に延び、
前記第2触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって後方から前方に延び、
前記連結管は、前記第1触媒ケーシングの後端部から前方に延びてU字状に折り返し、その後、後方に延びて前記第2触媒ケーシングの後端部に接続する。
Preferably, the first catalyst casing extends from the front side to the rear side from the upstream side to the downstream side,
The second catalyst casing extends from rear to front from the upstream side to the downstream side,
The connecting pipe extends forward from the rear end of the first catalyst casing and folds back in a U shape, and then extends rearward to connect to the rear end of the second catalyst casing.
好ましくは、前記制御ユニットは、前記再生制御の実行中かつ前記内燃機関のアイドル運転中に前記入口排気温度が前記閾値以上となったとき、前記尿素水添加量を増加させる。 Preferably, the control unit increases the urea water addition amount when the inlet exhaust gas temperature becomes equal to or higher than the threshold value during execution of the regeneration control and during idle operation of the internal combustion engine.
好ましくは、前記制御ユニットは、前記入口排気温度が前記閾値以上となった時点から所定時間の間、前記尿素水添加量を増加させる。 Preferably, the control unit increases the urea water addition amount for a predetermined time from the time when the inlet exhaust gas temperature becomes equal to or higher than the threshold value.
好ましくは、前記制御ユニットは、前記入口排気温度が前記閾値以上となった時点から前記閾値未満となる時点まで、前記尿素水添加量を増加させる。 Preferably, the control unit increases the urea water addition amount from a time point when the inlet exhaust gas temperature is equal to or higher than the threshold value to a time point when it is lower than the threshold value.
本発明によれば、フィルタ再生制御の実行によるNOx触媒の劣化促進を抑制することができる。 According to the present invention, deterioration promotion of the NOx catalyst due to execution of the filter regeneration control can be suppressed.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。図1は、本実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置を示す概略構成図である。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment.
図1に示すように、排ガス浄化装置200は、内燃機関(エンジン)1の排ガスを流通させる排気管2と、排気管2の途中に設けられ、排ガスを浄化するための複数の触媒10を有する後処理ユニット3と、後処理ユニット3を収容するケーシング4とを備える。
As shown in FIG. 1, an exhaust
内燃機関1は、車両に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関、すなわちディーゼルエンジンである。内燃機関1には、各気筒11から排出される排ガスを集合させる排気マニホールド12が設けられる。各気筒11には、筒内に燃料を噴射するためのインジェクタ(燃料噴射弁)8が設けられる。なお、車両および内燃機関1の種類、用途等は任意である。
The
排気管2は、排気マニホールド12に接続され、排気マニホールド12からの排ガスを下流方向(矢印Gで示す方向)に流して大気に放出する管である。
The
より詳しくは、排気管2は、後処理ユニット3の上流側に位置する上流側排気管21と、後処理ユニット3の下流側に位置する下流側排気管22とを含む。上流側排気管21は、その下流側端部にフランジ21aを有し、下流側排気管22は、その上流側端部にフランジ22aを有する。
More specifically, the
次に、後処理ユニット3について説明する。後処理ユニット3の前後左右方向を、便宜上、図1に示すような方向とする。なお、かかる方向は説明の便宜上定められたものに過ぎず、車両の前後左右方向と一致していてもよいし、一致していなくてもよい。本実施形態では、内燃機関1が車両に縦置きされており、後処理ユニット3の右方向が車両の前方向に一致する。
Next, the
後処理ユニット3は、排ガス入口管31と、排ガス出口管32と、少なくとも一つの触媒10を内設する第1触媒ケーシング33と、少なくとも一つの触媒10を内設する第2触媒ケーシング34と、第1触媒ケーシング33と第2触媒ケーシング34とを連結する概ねU字状の連結管35とを備える。後処理ユニット3は、概ね左右対称の構造を有する。
The
排ガス入口管31は、後処理ユニット3の前端部且つ右側に配置され、上流側から下流側に向かって前方から後方に延び、その前端は、上流側排気管21の下流端に接続される。また、排ガス出口管32は、後処理ユニット3の前端部且つ左側に配置され、上流側から下流側に向かって後方から前方に延び、その前端は、下流側排気管22の上流端に接続される。
The exhaust
より詳しくは、排ガス入口管31の上流側端部には、フランジ31aが設けられ、このフランジ31aに上流側排気管21のフランジ21aが接続される。また同様に、排ガス出口管32の下流側端部には、フランジ32aが設けられ、このフランジ32aに下流側排気管22のフランジ22aが接続される。互いに接続されるフランジ同士は、ボルト(不図示)等の適宜の締結具により取り外し可能に固定される。
More specifically, a
第1触媒ケーシング33は、管状に形成され、排ガス入口管31から後方に向けて延在すると共に、後端部に位置する下流側端部33aの左側面に第1側孔33bを有する。また、第1触媒ケーシング33には、上流側に位置する排ガス入口管31および下流側に位置する連結管35よりも拡径された第1拡径部33cが形成される。
The
第1触媒ケーシング33における第1拡径部33c内には、第1断熱緩衝部材(マット)37を介して、上流側から酸化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)10aおよびパティキュレートフィルタ(以下「DPF」という)10bが設けられる。
In the first expanded
酸化触媒10aは、排ガス中の未燃成分(炭化水素HCおよび一酸化炭素CO)を酸化して浄化する。酸化触媒10aは、HC,COの酸化時に生じた熱で排ガスを加熱、昇温する機能を有する。また酸化触媒10aは、排ガス中のNOをNO2に酸化し、排ガス中のNO2濃度を高める機能をも有する。
The
DPF10bは、排ガス中に含まれる粒子状物質(PM:Particulate Matter)を捕集して除去するものであり、特許請求の範囲にいうフィルタに相当する。DPF10bは、本実施形態では、ハニカム形状の耐熱性基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられている。しかしながら、網の目構造のフォーム形状のもの等、PMを物理的に捕集するあらゆるタイプのフィルタを用いることができる。 The DPF 10b collects and removes particulate matter (PM: Particulate Matter) contained in the exhaust gas, and corresponds to the filter in the claims. In this embodiment, the DPF 10b is a so-called wall flow type in which openings at both ends of a honeycomb-shaped heat-resistant base material are alternately closed in a checkered pattern. However, any type of filter that physically collects PM can be used, such as a mesh-like foam shape.
DPF10bは、その内壁にPt等の触媒貴金属を担持させた所謂連続再生式の触媒付きDPFからなる。この場合、エンジンの通常運転中、DPF10bに供給された排ガス中のHCが触媒作用で酸化、燃焼し、このとき同時にDPF10b内部に堆積されたPMが燃焼除去される。なお、DPF10bが触媒貴金属を有し、触媒作用を発揮するため、ここではDPF10bも触媒10に含まれるものとする。
The DPF 10b is a so-called continuous regeneration type DPF with a catalyst having an inner wall supporting a catalytic precious metal such as Pt. In this case, during normal operation of the engine, the HC in the exhaust gas supplied to the DPF 10b is catalytically oxidized and burned, and at the same time, the PM accumulated inside the DPF 10b is burned and removed. Since the DPF 10b has a catalytic noble metal and exhibits a catalytic action, the DPF 10b is also included in the
こうした連続再生式DPF10bであっても、DPF10b内にはエンジンの通常運転中にPMが徐々に堆積する。この堆積したPMを燃焼除去してDPF10bを再生するため、後述のフィルタ再生制御が行われる。この点については後に詳述する。 Even in such a continuous regeneration type DPF 10b, PM is gradually accumulated in the DPF 10b during normal operation of the engine. Since the accumulated PM is burned and removed to regenerate the DPF 10b, the filter regeneration control described later is performed. This will be described in detail later.
第2触媒ケーシング34は、管状に形成され、排ガス出口管32から後方に向けて延在すると共に、後端部に位置する上流側端部34aの右側面に第2側孔34bを有する。また、第2触媒ケーシング34には、上流側に位置する連結管35および下流側に位置する排ガス出口管32よりも拡径された第2拡径部34cが形成される。
The second catalyst casing 34 is formed in a tubular shape, extends rearward from the exhaust
第2触媒ケーシング34における第2拡径部34c内には、第2断熱緩衝部材(マット)38を介して、上流側からNOx触媒10cおよびアンモニア酸化触媒10dが設けられる。
In the second expanded
NOx触媒10cは、排ガス中の窒素酸化物NOxを浄化するための触媒である。NOx触媒10cは、選択還元型NOx触媒(SCR:Selective Catalytic Reduction)からなり、尿素水が加水分解されて生成されたアンモニア(NH3)によって、NOxを連続的に還元し得る。 The NOx catalyst 10c is a catalyst for purifying nitrogen oxide NOx in the exhaust gas. The NOx catalyst 10c is composed of a selective reduction type NOx catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction) and can continuously reduce NOx by ammonia (NH 3 ) generated by hydrolysis of urea water.
アンモニア酸化触媒10dは、NOx触媒10cでNOxの還元に消費されなかった余剰のアンモニアを酸化して、N2を生成する触媒である。
The
第1触媒ケーシング33と第2触媒ケーシング34は、互いに並列して右側および左側に配置される。また、第1側孔33bと第2側孔34bは、互いに対向するように配置される。
The first catalyst casing 33 and the second catalyst casing 34 are arranged parallel to each other on the right side and the left side. Further, the
連結管35は、左右方向における第1触媒ケーシング33と第2触媒ケーシング34との間の位置に配置される。連結管35の上流端は第1側孔33bに接続され、連結管35の下流端は第2側孔34bに接続される。
The connecting
連結管35は、第1側孔33bから左側に延びて前方に折れ曲がる第1部分35aと、第2側孔34bから右側に延びて前方に折れ曲がる第2部分35bとを有する。第1部分35aは、図中のX1からX2までの部分であり、第2部分35bは、図中のY1からY2までの部分である。
The connecting
また連結管35は、第1部分35aの下流端X2から前方に延びてU字状に折り返し、その後、後方に延びて第2部分35bの上流端Y2に接続される第3部分35cを有する。このように連結管35は、概して、第1触媒ケーシング33の後端部から前方に延びてU字状に折り返し、その後、後方に延びて第2触媒ケーシング34の後端部に接続する。
Further, the connecting
連結管35をこのようにU字状に形成することで、連結管35の管長、ひいては第1触媒ケーシング33と第2触媒ケーシング34の間の排気通路長を、コンパクトなスペースで長くすることができる。
By forming the connecting
ケーシング4は、ステンレス等の耐熱材料を用いた箱型ケーシングからなり、後処理ユニット3全体を略気密に覆う。ケーシング4の内周面上ほぼ全体には、後処理ユニット3の保温のため、グラスウール等の断熱材5が敷設される。
The casing 4 is a box-shaped casing made of a heat-resistant material such as stainless steel, and covers the entire
ケーシング4の前面部45には、排ガス入口管31をケーシング4の外部(前方)に突出させるべく、排ガス入口管31が隙間S1をもって挿通される入口孔46が形成される。隙間S1は入口側断熱シール部材6でシールされる。同様に、ケーシング4の前面部45には、排ガス出口管32をケーシング4の外部(前方)に突出させるべく、排ガス出口管32が隙間S2をもって挿通される出口孔47が形成される。隙間S2は出口側断熱シール部材7でシールされる。これらシール部材6,7は、熱伝達率の低い材料、例えば耐熱性ゴムで形成され、各管からケーシング4への熱伝達を最小限に止める。
An
本実施形態の排ガス浄化装置200はさらに、連結管35内に尿素水を添加もしくは噴射する添加弁36を備える。添加弁36は、連結管35の上流側端部に設けられ、特に、第1部分35aの折れ曲がり部分Lに配置される。添加弁36は、当該折れ曲がり部分Lから第3部分35cの折り返し部分Uに向かって、後方から前方に、かつ連結管35の中心軸に沿って尿素水を添加するように配置される。添加弁36は、ケーシング4の外部後方から前方に向かって連結管35内に挿入され、固定される。
The exhaust
また、本実施形態の排ガス浄化装置200は、制御ユニットもしくはコントローラをなす電子制御ユニット(以下「ECU」と称す)100が設けられる。ECU100はCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ECU100は、後述の如くインジェクタ8および添加弁36を制御するように構成され、またはプログラムされている。
Further, the exhaust
排ガス浄化装置200は、エンジンの回転速度ないし回転数(rpm)を検出するための回転速度センサ51と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ52と、酸化触媒10aの入口排気温度を検出するための温度センサ(第1温度センサ)53と、DPF10bの出口排気温度を検出するための温度センサ(第2温度センサ)54と、DPF10bの前後の差圧を検出するための差圧センサ55と、NOx触媒10cの入口排気温度を検出するための温度センサ(第3温度センサ)56とをさらに備える。これらセンサはECU100に電気的に接続されている。温度センサ56が特許請求の範囲にいう検出器に相当する。
The exhaust
エンジンの通常運転時、ECU100は、エンジン運転状態、特に回転速度センサ51により検出されたエンジン回転数と、アクセル開度センサ52により検出されたアクセル開度とに基づき、インジェクタ8から噴射される燃料噴射量と、添加弁36から添加される尿素水添加量とを制御する。エンジン回転数が高いほど、またアクセル開度が大きいほど、燃料噴射量および尿素水添加量は増加される。添加弁36から添加された尿素水が加水分解されてアンモニアが生成され、このアンモニアがNOx触媒10cに供給されることにより、NOxが還元除去される。
During normal operation of the engine, the
また、エンジンの通常運転中にDPF10bに堆積したPMを燃焼除去し、DPF10bを再生するため、ECU100はフィルタ再生制御を定期的に実行する。すなわち、差圧センサ55により検出された差圧が所定の閾値を超えた場合、ECU100は、DPF10bの再生が必要と判断し、インジェクタ8にポスト噴射を行わせ、追加の燃料を筒内に供給する。これにより、余剰のHCが酸化触媒10aで燃焼され、高温かつリッチの排ガスがDPF10bに供給され、DPF10b内の堆積PMが燃焼除去される。
Further, in order to burn off PM accumulated in the DPF 10b during normal engine operation and regenerate the DPF 10b, the
なお、フィルタ再生制御は公知方法を含め他の方法でも可能である。例えば、ポスト噴射の代わりに、酸化触媒10aの上流側に別の燃料噴射弁から燃料を直接供給してもよい。フィルタ再生制御が特許請求の範囲にいう再生制御に相当する。
Note that the filter regeneration control can be performed by other methods including a known method. For example, instead of the post injection, the fuel may be directly supplied to the upstream side of the
さて、フィルタ再生制御の実行中、DPF10b内のPMが燃焼することにより、DPF10bから比較的高温の排気ガスが排出されることがある。そしてこの高温の排気ガスがNOx触媒10cに供給されることで、NOx触媒10cの温度が過度に上昇し、NOx触媒10cの劣化を早め、NOx触媒10cのNOx浄化率を早期に低下させることがある。 By the way, during execution of the filter regeneration control, the PM in the DPF 10b may be burned, so that the exhaust gas having a relatively high temperature may be discharged from the DPF 10b. Then, by supplying this high-temperature exhaust gas to the NOx catalyst 10c, the temperature of the NOx catalyst 10c excessively rises, the NOx catalyst 10c is accelerated to deteriorate, and the NOx purification rate of the NOx catalyst 10c can be reduced early. is there.
特に近年、DPF10bの容量を増やしてそのPM最大堆積量を増やし、フィルタ再生制御間の時間的インターバル、すなわち再生インターバルを長期化して、燃費の向上を図る試みが行われている。こうした場合、多量の堆積PMが一気に燃焼し、DPF10bから排出される排ガスのピーク温度が上昇し、NOx触媒10cの劣化を促進する傾向が強まる。 Particularly in recent years, attempts have been made to improve fuel efficiency by increasing the capacity of the DPF 10b to increase the PM maximum accumulation amount thereof and lengthening the time interval between filter regeneration controls, that is, the regeneration interval. In such a case, a large amount of accumulated PM burns at once, the peak temperature of the exhaust gas discharged from the DPF 10b rises, and the tendency of promoting the deterioration of the NOx catalyst 10c becomes stronger.
また、フィルタ再生制御中にエンジンがアイドル運転状態に移行すると、DPF10bにおける排ガス通過流量が減少するので、堆積PMが一気に燃焼し(これを着火アイドルという)、DPF10bから排出される排ガスのピーク温度が上昇し、NOx触媒10cの劣化を促進する傾向が強まる。 Further, when the engine shifts to the idle operation state during the filter regeneration control, the exhaust gas passage flow rate in the DPF 10b decreases, so the accumulated PM burns at once (this is referred to as ignition idle), and the peak temperature of the exhaust gas discharged from the DPF 10b increases. The tendency is to increase and accelerate the deterioration of the NOx catalyst 10c.
そこで、本実施形態のECU100は、フィルタ再生制御の実行中、温度センサ56により検出されたNOx触媒10cの入口排気温度が所定の閾値以上となったとき、添加弁36における尿素水添加量を増加させるよう構成されている。これによれば、NOx触媒10cの上流側で、増量された尿素水を排気ガスと混合させ、排気温度を低下させることができる。そしてこの温度低下した排ガスがNOx触媒10cに供給される。よって、フィルタ再生制御の実行中に高温の排気ガスがDPF10bから排出された場合であっても、その排気ガスの温度を低下させた上でNOx触媒10cに供給することができる。それ故、フィルタ再生制御によるNOx触媒10cの劣化促進を抑制し、NOx浄化率の早期低下を抑制することができる。
Therefore, the
またこれに伴い、DPF10bの容量増加が可能になり、再生インターバルを長期化して燃費を向上することができる。そして、たとえDPF10bの容量を増加した場合であっても、着火アイドルに起因してNOx触媒10cに供給される排ガスの温度が上昇するのを抑制し、NOx触媒10cの劣化促進を抑制することができる。 Along with this, the capacity of the DPF 10b can be increased, the regeneration interval can be lengthened, and the fuel consumption can be improved. Even if the capacity of the DPF 10b is increased, it is possible to suppress the temperature of the exhaust gas supplied to the NOx catalyst 10c from rising due to the ignition idle, and to suppress the deterioration acceleration of the NOx catalyst 10c. it can.
図2は、フィルタ再生制御を実行した場合の各値の推移を示すタイムチャートである。tは時間である。 FIG. 2 is a time chart showing the transition of each value when the filter regeneration control is executed. t is time.
図2(A)において、線aはアクセル開度Ac、線bはエンジン回転数Neを示す。図2(B)において、線cは、本発明を適用しない比較例の尿素水添加量Qu、線dはポスト噴射量Qpを示す。図2(C)において、線eは、比較例におけるNOx触媒10cの入口排気温度(SCR入口温度という)Tを示す。 In FIG. 2A, the line a indicates the accelerator opening Ac, and the line b indicates the engine speed Ne. In FIG. 2 (B), the line c shows the urea water addition amount Qu of the comparative example to which the present invention is not applied, and the line d shows the post injection amount Qp. In FIG. 2 (C), the line e indicates the inlet exhaust temperature (referred to as SCR inlet temperature) T of the NOx catalyst 10c in the comparative example.
図示例では、時刻t1からフィルタ再生制御が開始され、ポスト噴射が開始されている。フィルタ再生制御中も尿素水添加が実行される。その後、時刻t2で、アクセル開度Acがゼロすなわち全閉となり、エンジン回転数Neが所定のアイドル判定閾値N1以下の回転数となり、エンジン運転状態がアイドル運転状態に移行している。アイドル判定閾値N1は、エンジン暖機後の所定の目標アイドル回転数Niより若干高い値に設定され、例えば、減速フューエルカットから復帰する際の復帰回転数と等しい値とされる。 In the illustrated example, the filter regeneration control is started at time t1 and the post injection is started. The urea water addition is executed even during the filter regeneration control. After that, at time t2, the accelerator opening Ac becomes zero, that is, fully closed, the engine speed Ne becomes a speed equal to or lower than a predetermined idle determination threshold N1, and the engine operating state is shifted to the idle operating state. The idle determination threshold N1 is set to a value slightly higher than a predetermined target idle rotation speed Ni after engine warm-up, and is set to a value equal to the return rotation speed when returning from the deceleration fuel cut, for example.
時刻t2以降、フィルタ再生制御の実行中にエンジンがアイドル運転している。こうなると比較例においては、アイドル運転開始後、前述の着火アイドルの発生により、図2(C)の線eで示すように、SCR入口温度Tが急激にかつピーク状に上昇する。この温度上昇がNOx触媒10cの劣化を促す。時刻t2から、SCR入口温度Tがピークに達する時点t4までの時間は例えば100秒程度である。 After time t2, the engine is idling while the filter regeneration control is being executed. In this case, in the comparative example, after the start of the idle operation, the ignition idle described above causes the SCR inlet temperature T to rise sharply and in a peak shape as shown by the line e in FIG. 2 (C). This temperature increase promotes deterioration of the NOx catalyst 10c. The time from time t2 to time t4 when the SCR inlet temperature T reaches its peak is, for example, about 100 seconds.
しかしながら本実施形態では、SCR入口温度Tが所定の閾値Tth以上となったとき、図2(B)に仮想線c’で示すように、尿素水添加量Quが比較例の量(後述の基準量Qub)よりも所定量ΔQu増加され、より多い量Qucとされる。これにより、図2(C)に仮想線e’で示すように、SCR入口温度Tの上昇を抑制し、NOx触媒10cの劣化を抑制することができる。 However, in the present embodiment, when the SCR inlet temperature T becomes equal to or higher than the predetermined threshold value Tth, the urea water addition amount Qu is the amount of the comparative example (a reference value described later) as shown by a virtual line c ′ in FIG. The amount Quc is increased by a predetermined amount ΔQu to obtain a larger amount Quc. As a result, as shown by an imaginary line e'in FIG. 2C, it is possible to suppress the rise in the SCR inlet temperature T and suppress the deterioration of the NOx catalyst 10c.
閾値Tthは、予め実験的に求められ、ECU100に記憶されている。閾値Tthは、NOx触媒10cの過度の劣化を生じさせるSCR入口温度Tの最小値に設定されている。本実施形態では、尿素水添加量Quの増量により、SCR入口温度Tが当該最小値以上になることを抑制できる。
The threshold value Tth is experimentally obtained in advance and stored in the
代替的に、閾値Tthは、当該最小値に対し所定のマージン温度(例えば数℃〜数10℃程度の値)だけ低い値に設定されてもよい。これにより、SCR入口温度Tが当該最小値以上になることをより確実に抑制できる。 Alternatively, the threshold Tth may be set to a value that is lower than the minimum value by a predetermined margin temperature (for example, a value of about several degrees Celsius to several tens of degrees Celsius). As a result, it is possible to more reliably suppress the SCR inlet temperature T from becoming the minimum value or higher.
尿素水添加量Quの増加方法については次の幾つかの態様が考えられる。まず第1の態様に関し、ECU100は、SCR入口温度Tが閾値Tth以上となった時点t3から所定時間Δtの間、尿素水添加量Quを増加させる。所定時間Δtは、好ましくは、比較例においてSCR入口温度Tが閾値Tth以上となる時点t3から、SCR入口温度Tがピーク温度に達する時点t4までの時間と等しいか、それより長い時間に設定される。図示例は前者の例を示す。所定時間Δtは例えば10秒程度の長さを有する。所定時間Δtも予め実験的に求められ、ECU100に記憶されている。これにより、SCR入口温度Tがピーク温度まで上昇することが確実に妨げられ、SCR入口温度Tを好適に抑制できる。
The following several modes can be considered as a method of increasing the urea water addition amount Qu. First, regarding the first aspect, the
第2の態様に関し、ECU100は、SCR入口温度Tが閾値Tth以上となった時点t3から、その後閾値Tth未満となる時点まで、尿素水添加量Quを増加させる。これによれば、SCR入口温度Tが閾値Tth以上となっている期間だけ、尿素水添加量Quを増加させるので、必要最小限の増量でSCR入口温度Tを抑制できる。
Regarding the second aspect, the
第3の態様に関し、ECU100は、フィルタ再生制御の実行中かつエンジンのアイドル運転中という2条件が満たされた時点t2から、先の所定時間Δtよりも長い所定時間Δt’だけ、尿素水添加量Quを増加させる。この所定時間Δt’は、時刻t2から、比較例においてSCR入口温度Tが一旦閾値Tthを超えその後閾値Tth未満に低下する時点t5までの間の時間として、予め実験的に求められ、ECU100に記憶される。こうすると、先行的に尿素水添加量Quの増量を開始でき、SCR入口温度Tが閾値Tth以上に上昇するのをより確実に抑制できる。これら第1〜第3の態様は必要に応じていずれかを任意に採択可能である。
With regard to the third aspect, the
次に、本実施形態における制御の一例を図3に示すフローチャートに基づいて説明する。図示するルーチンはECU100により所定の演算周期τ(例えば10msec)毎に繰り返し実行される。
Next, an example of control in the present embodiment will be described based on the flowchart shown in FIG. The illustrated routine is repeatedly executed by the
まずステップS101では、フィルタ再生制御が実行中であるか否かが判断される。実行中でなければステップS105に進み、尿素水添加量Quは基準量Qubとされる。基準量Qubは、エンジン運転状態すなわち、回転速度センサ51およびアクセル開度センサ52によりそれぞれ検出されたエンジン回転数Neおよびアクセル開度センサ52に基づき、所定のマップを用いて算出される。この基準量Qubの尿素水が添加弁36から添加ないし噴射されるよう添加弁36が制御される。
First, in step S101, it is determined whether the filter regeneration control is being executed. If it is not being executed, the process proceeds to step S105, and the urea water addition amount Qu is set to the reference amount Qub. The reference amount Qub is calculated using a predetermined map based on the engine operating state, that is, the engine speed Ne and the
フィルタ再生制御が実行中であれば、ステップS102に進み、エンジンがアイドル運転中か否かが判断される。アイドル運転中でなければステップS105に進み、尿素水添加量Quは基準量Qubとされる。 If the filter regeneration control is being executed, the process proceeds to step S102, and it is determined whether or not the engine is in the idle operation. If it is not in the idle operation, the process proceeds to step S105, and the urea water addition amount Qu is set to the reference amount Qub.
他方、アイドル運転中であればステップS103に進み、温度センサ56により検出されたSCR入口温度Tが閾値Tth以上か否かが判断される。閾値TthでなければステップS105に進み、尿素水添加量Quは基準量Qubとされる。
On the other hand, if the engine is idling, the routine proceeds to step S103, where it is determined whether the SCR inlet temperature T detected by the
他方、閾値Tth以上であればステップS104に進み、尿素水添加量Quが、基準量Qubより多い所定量Qucに増量される。そしてこの増量された尿素水が添加弁36から添加ないし噴射されるよう添加弁36が制御される。
On the other hand, if it is equal to or more than the threshold value Tth, the process proceeds to step S104, and the urea water addition amount Qu is increased to a predetermined amount Quc larger than the reference amount Qub. Then, the
SCR入口温度Tが一旦閾値Tth以上となり(S103:イエス)、尿素水添加量Quが増量されても、その後SCR入口温度Tが閾値Tth未満となれば(S103:ノー)、尿素水添加量Quが基準量Qubに戻される。このように本フローは前述の第2の態様に対応するものであるが、第1または第3の態様に対応するフローチャートを構築することも、当業者の想定範囲内である。 Even if the SCR inlet temperature T once becomes equal to or higher than the threshold value Tth (S103: Yes) and the urea water addition amount Qu is increased, but if the SCR inlet temperature T becomes lower than the threshold value Tth thereafter (S103: No), the urea water addition amount Qu. Is returned to the reference amount Qub. As described above, the present flow corresponds to the above-described second aspect, but it is within the scope of those skilled in the art to construct the flowchart corresponding to the first or third aspect.
以上述べたように、本実施形態によれば、フィルタ再生制御の実行によるNOx触媒10cの劣化促進を抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, acceleration of deterioration of the NOx catalyst 10c due to execution of filter regeneration control can be suppressed.
また本実施形態によれば、後処理ユニット3を上述の如く構成し、第1および第2触媒ケーシング33,34をU字状の連結管35で連結し、連結管35の上流側端部に添加弁36を設置している。こうすると、添加弁36から添加された尿素水を、比較的長い連結管35内の通路で排ガスと十分にかつ均質に混合できる。よって基準量添加時に、NOx触媒10cに対し好ましい方法で尿素水を供給できるだけでなく、増量添加時においては、温度むらが少なく均等に温度低下した排ガスをNOx触媒10cに好適に供給でき、NOx触媒10cの温度上昇抑制に有利である。しかも、その長い連結管35内の通路を比較的小スペースで実現でき、後処理ユニット3ひいてはケーシング4もコンパクト化できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、後処理ユニット3をケーシング4内に収容したので、後処理ユニット3を保温し、後処理ユニット3が外気や走行風で冷却されるのを抑制し、各触媒10の温度を高温に保持することができる。
Further, since the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
(1)前記実施形態では、SCR入口温度Tを、NOx触媒10cの入口部の温度センサ56により直接検出した。しかしながら代替的に、DPF10bの出口部の温度センサ54の検出値(DPF出口排気温度)Tdと、尿素水添加量Quとに基づき、ECU100が所定の推定マップを参照して、SCR入口温度Tを推定してもよい。こうすると温度センサ56を省略できる。尿素水添加量Quを考慮する理由は、DPF10bから排出された排気ガスが、NOx触媒10cに到達する前に、尿素水により冷却されるためである。尿素水添加量Quを考慮することにより、こうした温度低下分も加味してSCR入口温度Tを精度良く推定できる。なお本明細書では「推定」も「検出」に含まれるものとする。この変形例の場合、ECU100および温度センサ54が特許請求の範囲にいう検出器に相当する。推定マップにおいては、DPF出口排気温度Tdが高いほど、また尿素水添加量Quが少ないほど、高いSCR入口温度Tが得られるような三者の関係が規定されている。
(1) In the above embodiment, the SCR inlet temperature T is directly detected by the
(2)エンジン1はターボチャージャを備えてもよい。この場合、ターボチャージャのタービンの下流側に後処理ユニット3が設けられる。
(2) The
1 内燃機関(エンジン)
2 排気管
3 後処理ユニット
4 ケーシング
10b フィルタ(DPF)
10c NOx触媒
33 第1触媒ケーシング
34 第2触媒ケーシング
35 連結管
36 添加弁
54,56 温度センサ
100 電子制御ユニット(ECU)
200 排ガス浄化装置
1 Internal combustion engine (engine)
2
200 Exhaust gas purifier
Claims (5)
排気管と、
前記排気管の途中に設けられた後処理ユニットと、
前記後処理ユニットを収容するケーシングと、
を備え、
前記後処理ユニットは、
第1触媒ケーシングと、
前記第1触媒ケーシングの下流側に並列して配置された第2触媒ケーシングと、
前記第1触媒ケーシングおよび前記第2触媒ケーシングを連結するU字状の連結管と、
前記第1触媒ケーシング内に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記第2触媒ケーシング内に設けられ、排気中の窒素酸化物を浄化する選択還元型NOx触媒と、
を備え、
前記排ガス浄化装置はさらに、
前記NOx触媒の入口排気温度を検出する検出器と、
前記連結管の上流側端部に設けられ、尿素水を添加する添加弁と、
前記添加弁を制御すると共に、前記フィルタを再生させるための再生制御を実行するように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記再生制御の実行中に前記検出器により検出された前記入口排気温度が所定の閾値以上となったとき、前記添加弁における尿素水添加量を増加させるように構成され、
前記第1触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって前方から後方に延び、後端面が閉止されると共に、後端部の側面に第1側孔を有し、
前記第2触媒ケーシングは、上流側から下流側に向かって後方から前方に延び、後端面が閉止されると共に、後端部の側面に、前記第1側孔に対向される第2側孔を有し、
前記連結管は、前記第1側孔から前方に延びてU字状に折り返し、その後、後方に延びて前記第2側孔に接続し、
前記ケーシングは、前記第1触媒ケーシングの後端面と前記第2触媒ケーシングの後端面とを後方から覆う
ことを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。 An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine,
Exhaust pipe,
A post-treatment unit provided in the middle of the exhaust pipe,
A casing containing the post-treatment unit,
Equipped with
The post-processing unit,
A first catalyst casing,
A second catalyst casing arranged in parallel downstream of the first catalyst casing;
A U-shaped connecting pipe connecting the first catalyst casing and the second catalyst casing;
A filter provided in the first catalyst casing for collecting particulate matter in exhaust gas;
A selective reduction type NOx catalyst provided in the second catalyst casing for purifying nitrogen oxides in exhaust gas;
Equipped with
The exhaust gas purification device further includes
A detector for detecting the inlet exhaust gas temperature of the NOx catalyst,
An addition valve provided at the upstream end of the connecting pipe for adding urea water,
A control unit configured to perform a regeneration control for controlling the addition valve and regenerating the filter,
Equipped with
The control unit is configured to increase the urea water addition amount in the addition valve when the inlet exhaust gas temperature detected by the detector during execution of the regeneration control is equal to or higher than a predetermined threshold value ,
The first catalyst casing extends from the front side to the rear side from the upstream side to the downstream side, has a rear end surface closed, and has a first side hole on the side surface of the rear end portion,
The second catalyst casing extends from the rear side to the front side from the upstream side to the downstream side, the rear end surface is closed, and the second side hole facing the first side hole is formed on the side surface of the rear end portion. Have,
The connecting pipe extends forward from the first side hole and folds back in a U shape, and then extends rearward to connect to the second side hole,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine , wherein the casing covers a rear end surface of the first catalyst casing and a rear end surface of the second catalyst casing from behind .
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein a heat insulating material is provided between the casing and a rear end surface of the first catalyst casing and a rear end surface of the second catalyst casing. .
ことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 The control unit increases the urea water addition amount when the inlet exhaust gas temperature becomes equal to or higher than the threshold value during execution of the regeneration control and during idle operation of the internal combustion engine. 2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to 2.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit increases the urea water addition amount for a predetermined time from the time when the inlet exhaust gas temperature is equal to or higher than the threshold value. Exhaust gas purification device.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。 The control unit increases the urea water addition amount from a time point when the inlet exhaust gas temperature is equal to or higher than the threshold value to a time point when the inlet exhaust gas temperature is lower than the threshold value. An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine as described.
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