JP5655349B2 - Exhaust gas purification control system for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化制御システムに関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification control system for an internal combustion engine.
車両に搭載される内燃機関、例えばディーゼルエンジンの排気ガス中のNOxを浄化する排気浄化制御システムの一つとして、例えばSCR(選択式触媒還元)システムが開発されている。このSCRシステムは、液体還元剤(反応剤)である例えば尿素水をSCR触媒の上流に噴射して供給し、排気ガスの熱で尿素を加水分解してアンモニアを生成し、このアンモニアによってSCR触媒上でNOxを還元して浄化するものである。 For example, an SCR (Selective Catalytic Reduction) system has been developed as one of exhaust purification control systems for purifying NOx in an exhaust gas of an internal combustion engine mounted on a vehicle, for example, a diesel engine. In this SCR system, for example, urea water, which is a liquid reducing agent (reactant), is injected and supplied upstream of the SCR catalyst, and urea is hydrolyzed by the heat of exhaust gas to generate ammonia. In the above, NOx is reduced and purified.
その浄化の際に、SCR触媒には一部のアンモニアが吸着し、この吸着したアンモニアがSCR触媒上でNOxを高反応に還元することができる。そこで、浄化率を向上させるために、アンモニアの吸着量を制御するようにした排気浄化制御システム(触媒の作動方法およびその方法を実施する装置)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 During the purification, a part of ammonia is adsorbed on the SCR catalyst, and this adsorbed ammonia can reduce NOx to a high reaction on the SCR catalyst. In order to improve the purification rate, an exhaust gas purification control system (catalyst operation method and apparatus for carrying out the method) that controls the adsorption amount of ammonia has been proposed (see, for example, Patent Document 1). .
前記排気浄化制御システムは、NOx浄化率からアンモニアの消費量を求め、アンモニアの供給量から前記消費量を差し引いた値を吸着量として算出し、この吸着量が目標吸着量になるように供給量を制御するものである(このように積算値による目標吸着量制御を積算値制御ともいう)。前記目標吸着量は、例えば温度の関数である飽和吸着量曲線から決定される。 The exhaust purification control system obtains the amount of ammonia consumed from the NOx purification rate, calculates a value obtained by subtracting the amount of consumption from the amount of ammonia supplied as an adsorption amount, and supplies the amount so that this amount of adsorption becomes the target adsorption amount. (The target adsorption amount control based on the integrated value is also referred to as integrated value control in this way). The target adsorption amount is determined from, for example, a saturated adsorption amount curve that is a function of temperature.
しかしながら、前記排気浄化制御システムにおいては、各パラメータを積算した値で制御しているため、誤差も積算され、真値とのずれが拡大しやすい。このような現象は、例えば上り坂走行時等の過渡的運転状況において発生しやすい。このため、アンモニアの供給不足(不足配量)による浄化率の低下やアンモニアの供給過多(過剰配量)によるアンモニアスリップが起きやすく、浄化率が大幅に悪化するという問題がある。このような問題を解消するには、尿素水の無噴射状態を一定時間設定するなどしてリセットを行う必要があり、手間がかかると共に、頻繁にリセットは行えないため、真値とのずれをなくすことは困難である。 However, in the exhaust purification control system, since the control is performed using the values obtained by integrating the parameters, the errors are also integrated and the deviation from the true value is likely to increase. Such a phenomenon is likely to occur in a transitional driving situation such as when traveling uphill. For this reason, there is a problem that the purification rate decreases due to insufficient supply of ammonia (insufficient metering) and ammonia slip due to excessive supply of ammonia (excess metering) tends to occur, and the purification rate significantly deteriorates. In order to solve such problems, it is necessary to reset the non-injection state of urea water for a certain period of time, etc., which is time consuming and cannot be reset frequently. It is difficult to lose.
本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、積算値制御の問題点である真値とのずれに起因する浄化率の悪化をなくすことができると共に、リセットを行う手間を省くことができる内燃機関の排気浄化制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can eliminate the deterioration of the purification rate due to the deviation from the true value, which is a problem of the integrated value control, and can save the trouble of resetting. An object is to provide an exhaust gas purification control system for an internal combustion engine.
前記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ排気ガスを浄化する触媒と、該触媒よりも上流側に前記触媒の反応に必要な反応剤を供給する反応剤供給手段と、該反応剤供給手段による反応剤の供給量を制御する制御装置とを備えた内燃機関の排気浄化制御システムにおいて、前記制御装置が、内燃機関の運転状況から基本反応剤供給量を算出する工程と、過渡時の前記触媒の温度変化率から前記基本反応剤供給量に対する補正量を算出すると共に、前記温度変化率が大きいほど前記補正量が小さくなるように前記補正量を算出する工程と、前記基本反応剤供給量および前記補正量から目標反応剤供給量を算出する工程とを実行するように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a catalyst for purifying exhaust gas provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a reactant supply for supplying a reactant necessary for the reaction of the catalyst upstream of the catalyst. And an exhaust gas purification control system for an internal combustion engine comprising a control device for controlling the supply amount of the reactant by the reactant supply means, wherein the control device calculates a basic reactant supply amount from an operating state of the internal combustion engine Calculating a correction amount for the basic reactant supply amount from a temperature change rate of the catalyst at the time of transition, and calculating the correction amount so that the correction amount decreases as the temperature change rate increases. And a step of calculating a target reactant supply amount from the basic reactant supply amount and the correction amount.
前記補正量を算出するとき、前記触媒の温度が高いほど補正量が小さくなるように算出することが好ましい。 When calculating the correction amount, it is preferable to calculate so that the correction amount decreases as the temperature of the catalyst increases .
前記触媒が排気ガス中のNOxを浄化するSCR触媒であり、前記反応剤が尿素水であり、前記内燃機関の運転状況が、エンジン回転数およびアクセル開度から求められることが好ましい。 It is preferable that the catalyst is an SCR catalyst that purifies NOx in exhaust gas, the reactant is urea water, and the operating state of the internal combustion engine is obtained from the engine speed and the accelerator opening.
本発明によれば、積算値による目標吸着量制御ではなく、過渡時の触媒温度変化率による吸着量および脱離量のみに応じた反応剤噴射量の補正を行うため、積算値制御の問題点である真値とのずれに起因する浄化率の悪化をなくすことができると共に、リセットを行う手間を省くことができる。 According to the present invention, since the target injection amount control based on the integrated value is not corrected, the reactant injection amount is corrected only in accordance with the adsorption amount and the desorption amount based on the catalyst temperature change rate at the time of transient. In addition, it is possible to eliminate the deterioration of the purification rate due to the deviation from the true value, and it is possible to save the trouble of resetting.
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて詳述する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is explained in full detail based on an accompanying drawing.
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化制御システムの一例を示す図1において、1は自動車用の内燃機関例えばディーゼルエンジンであり、25はこのエンジン1の排気浄化制御システムである。このエンジン1は、複数のシリンダ、ピストン、シリンダブロックおよびクランクシャフト等を含むエンジン本体2を有し、このエンジン本体2には吸気マニホールド3および排気マニホールド4が設けられている。吸気マニホールド3は、吸気が流れる吸気通路(吸気管)5の下流端部を形成している。同様に排気マニホールド4は、排気ガスが流れる排気通路(排気管)6の上流端部を形成している。
In FIG. 1 showing an example of an exhaust gas purification control system for an internal combustion engine according to this embodiment, reference numeral 1 denotes an internal combustion engine for automobiles, for example, a diesel engine, and reference numeral 25 denotes an exhaust gas purification control system for the engine 1. The engine 1 has an
エンジン本体2には、排気ガスの一部すなわちEGRガスを吸気側に還流するためのEGR装置7が設けられている。このEGR装置7は、排気通路6内(特に排気マニホールド4内)の排気ガスの一部を吸気通路5内(特に吸気マニホールド3内)に還流させるためのEGR通路8と、このEGR通路8を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ9と、EGR通路8の下流側に設けられ、EGRガスの流量を調節するEGR弁10とを備えている。
The
前記排気通路6の途中には排気ガス浄化装置の一つであるNOx還元用のSCR装置(SCRユニットともいう。)11が接続されていると共に、このSCR装置11の上流(排気ガス上流)には液体還元剤(反応剤)である尿素水12をSCR装置11のSCR触媒13に供給する液体還元剤供給手段(反応剤供給手段)30を構成する噴射ノズル14が設けられている。
An NOx reduction SCR device (also referred to as an SCR unit) 11, which is one of exhaust gas purification devices, is connected in the middle of the exhaust passage 6, and upstream (exhaust gas upstream) of the
前記反応剤供給手段30は、尿素水を貯蔵した尿素水貯蔵タンク16と、この尿素水貯蔵タンク16から尿素水供給パイプ15を介して供給される尿素水12を排気通路6内に噴射する噴射ノズル14とから主に構成されている。尿素水貯蔵タンク16は、尿素水12を尿素水供給パイプ15を介して噴射ノズル14に圧送するように構成されている。
The reactant supply means 30 is a jet for injecting urea water 12 stored in the urea water through the urea
前記SCR装置11は、SCR触媒13と、このSCR触媒13を収容した円筒状の容器17と、この容器17の前端部と後端部に接続された漏斗状の排気ガス入口部材17aおよび排気ガス出口部材17bとから主に構成されている。
The
エンジン本体2にはエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ18が設けられ、エンジン回転数を制御するアクセルにはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ19が設けられている。吸気通路5には吸気流量を検出する流量センサ20が設けられている。排気通路6にはSCR装置11の上流側と下流側にNOxセンサ21,22が設けられていると共に、SCR装置11の下流側に排気温度を検出する排気温度センサ23が設けられている。このSCR装置11の下流側の排気温度からSCR触媒の温度を推定することができる。
The
前記排気浄化制御システム25は、エンジン1の運転状況に基いて尿素水12の供給料を制御する、例えば前記噴射ノズル14からの尿素水12の噴射量を制御する制御装置24を備えている。本実施形態のエンジン1の運転状況は、例えばエンジン回転数およびアクセル開度から求めることができる。制御装置24は、図3に示すように、運転状況を検出するために例えばアクセル開度センサ19を介してアクセル開度を、エンジン回転数センサ18を介してエンジン回転数を読み込む工程(第1ステップ)S1と、これらアクセル開度およびエンジン回転数から基本反応剤供給量である基本尿素水噴射量Ubを算出する工程(第2ステップ)S2と、排気温度センサ23により過渡時の触媒の温度変化率(変化量)ΔTを読み込む工程(第3ステップ)S3と、その触媒温度変化率ΔTから前記基本尿素水噴射量Ubに対するアンモニアの吸着量ないし脱離量である補正量Ncを算出する工程(第4ステップ)S4と、前記基本尿素水噴射量Ubおよび前記補正量Ncから目標尿素水噴射量を算出する工程(第5ステップ)S5とを実行するように構成されている。これにより、目標尿素水噴射量の尿素水が前記噴射ノズル14から噴射供給される(第6ステップS6)。
The exhaust purification control system 25 includes a
基本尿素水噴射量Ub(mg)は、制御装置24がアクセル開度とエンジン回転数からNOx排出量を算出し、必要尿素水噴射量を求めて決定する。この基本尿素水噴射量Ubは、アクセル開度およびエンジン回転数の単位時間当たりの変化量(変化率)に応じて触媒へのアンモニア吸着・脱離量を推定して補正する。
The basic urea water injection amount Ub (mg) is determined by the
前記第3ステップS3および第4ステップS4においては、触媒温度変化率ΔTすなわち単位時間(t[ms]後)当たりの排気温度変化率(変化量)ΔTに基いてアンモニアの吸着・脱離量を推定して補正する。 In the third step S3 and the fourth step S4, the adsorption / desorption amount of ammonia is determined based on the catalyst temperature change rate ΔT, that is, the exhaust temperature change rate (change amount) ΔT per unit time (after t [ms]). Estimate and correct.
単純に比例として考えて、Nc=C0+C1×ΔTとし、この演算式から基本尿素水噴射量Ubに対して増量もしくは減量する補正量Ncを算出する。ここで、C0は初期値、C1は負(C1<0)の補正係数である。触媒に吸着されるアンモニアの初期値C0は、初期は、製造時の吸着量が0であると考えて最初に尿素水を噴射する際の目標吸着量を決定し、走行距離の増加に伴い例えばマイナスに増加させ、C0=0mgにする。触媒温度変化率(変化量) ΔTとアンモニアの吸着量(補正量)Ncとの関係は、図2に示す通りであり、触媒温度の上昇に伴ってアンモニアの吸着量(補正量)Ncが低下する。前記演算式を用いることにより、容易に補正量Ncを算出することができる。 Simply considering it as proportional, Nc = C0 + C1 × ΔT, and a correction amount Nc that is increased or decreased with respect to the basic urea water injection amount Ub is calculated from this arithmetic expression. Here, C0 is an initial value, and C1 is a negative (C1 <0) correction coefficient. The initial value C0 of ammonia adsorbed on the catalyst is initially determined to be a target adsorption amount when first injecting urea water on the assumption that the adsorption amount at the time of manufacture is 0. Increase to minus, C0 = 0 mg. The relationship between the catalyst temperature change rate (change amount) ΔT and the ammonia adsorption amount (correction amount) Nc is as shown in FIG. 2. As the catalyst temperature rises, the ammonia adsorption amount (correction amount) Nc decreases. To do. By using the arithmetic expression, the correction amount Nc can be easily calculated.
図2では、同じΔTにおいても触媒温度が低い場合と高い場合とでは、補正量が異なるグラフになっているが、これは前記演算式におけるC1の係数が異なることにより補正量Ncが異なることを表している。補正量Ncの決定には、触媒温度の変化率(変化量)ΔTだけでなく、触媒温度自体も必要である。図2における触媒温度と補正量の関係を表す反比例曲線上のある触媒温度での傾きに対応してC1が決定され、触媒温度の変化によりC1は反比例曲線の傾きに対応して変化する。 In FIG. 2, even when the catalyst temperature is low and high even at the same ΔT, the correction amount is different in the graph. This is because the correction amount Nc is different due to the difference in the coefficient of C1 in the arithmetic expression. Represents. In order to determine the correction amount Nc, not only the change rate (change amount) ΔT of the catalyst temperature but also the catalyst temperature itself is necessary. C1 is determined corresponding to the slope at a certain catalyst temperature on the inversely proportional curve representing the relationship between the catalyst temperature and the correction amount in FIG. 2, and C1 changes corresponding to the slope of the inversely proportional curve as the catalyst temperature changes.
本実施形態の排気浄化制御システム25によれば、制御装置24が、エンジン1の運転状態例えばアクセル開度およびエンジン回転数をアクセル開度センサ19とエンジン回転数センサ18により読み込む工程S1と、これらアクセル開度およびエンジン回転数から基本反応剤供給量例えば基本尿素水噴射量Ubを算出する工程(第2ステップ)S2と、過渡時のSCR触媒13の温度変化率(変化量)である排気温度の変化率(変化量)ΔTを読み込む工程(第3ステップ)S3と、その触媒の温度変化率ΔTから前記基本尿素水噴射量Ubに対するアンモニアの吸着量ないし脱離量である補正量Ncを算出する工程(第4ステップ)S4と、前記基本尿素水噴射量Ubおよび前記補正量Ncから目標尿素水噴射量を算出する工程(第5ステップ)S5とを実行するように構成されているため、正確な目標尿素水噴射量の尿素水をSCR触媒13に供給することができ、過渡時(坂道走行などの過渡的運転状況)でも浄化率の向上が図れ、従来の積算値制御の問題点である真値とのずれによる浄化率の悪化をなくすことができると共に、リセットを行う手間を省くことができる。
According to the exhaust gas purification control system 25 of the present embodiment, the
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、前記補正量は、前記演算式の代わりに、実験から三次元マップを作成して算出する方法であってもよい。排気通路にはSCR触媒以外の他の排ガス浄化装置例えばDOC(ディーゼル用酸化触媒)等も設けられていてもよい。 The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made without departing from the gist of the present invention. . For example, the correction amount may be calculated by creating a three-dimensional map from an experiment instead of the arithmetic expression. An exhaust gas purification device other than the SCR catalyst, for example, DOC (diesel oxidation catalyst) or the like may be provided in the exhaust passage.
1 エンジン(内燃機関)
6 排気通路
12 尿素水(反応剤)
13 SCR触媒(触媒)
24 制御装置
25 排気浄化制御システム
30 反応剤供給手段
1 engine (internal combustion engine)
6 Exhaust passage 12 Urea water (reactant)
13 SCR catalyst (catalyst)
24 control device 25 exhaust purification control system 30 reactant supply means
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