JP6083370B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
例えば車両用の圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）において、排気通路に選択還元型ＮＯｘ触媒を設けることがある。この場合、ＮＯｘ触媒の上流側の排気通路には、排気中に還元剤としての尿素水を添加する添加弁が設けられる。そして特許文献１には、添加された尿素水を衝突させ分散させる分散板を設けることが開示されている。
For example, in a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) for a vehicle, a selective reduction type NOx catalyst may be provided in an exhaust passage. In this case, an addition valve for adding urea water as a reducing agent to the exhaust gas is provided in the exhaust passage upstream of the NOx catalyst.
尿素水を衝突させる衝突部を備える構成では、尿素水添加量が多いときに衝突部の温度が低下し、衝突部に尿素が析出するという問題がある。 In the configuration including the collision portion that causes the urea water to collide, there is a problem that when the amount of urea water added is large, the temperature of the collision portion is lowered and urea is deposited in the collision portion.
そこで本発明は上記事情に鑑みて創案され、その一の目的は、尿素水が衝突する衝突部における尿素の析出を抑制することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine that can suppress precipitation of urea in a collision portion where urea water collides.
本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた選択還元型ＮＯｘ触媒と、
前記排気通路において前記ＮＯｘ触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に尿素水を添加する添加弁と、
前記排気通路において前記添加弁と前記ＮＯｘ触媒の間に設けられ、前記添加弁から添加された尿素水を衝突させる衝突部と、
前記添加弁を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＮＯｘ触媒または前記衝突部の温度が第１温度であるときには、排ガスのＮＯｘ濃度の値に対応した量の尿素水が添加されるよう、前記添加弁を制御し、
前記ＮＯｘ触媒または前記衝突部の温度が前記第１温度より低い第２温度であるときには、排ガスのＮＯｘ濃度の移動平均値に対応した量の尿素水が添加されるよう、前記添加弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A selective reduction type NOx catalyst provided in the exhaust passage;
An addition valve that is provided upstream of the NOx catalyst in the exhaust passage, and adds urea water into the exhaust passage;
A collision portion provided between the addition valve and the NOx catalyst in the exhaust passage and colliding with urea water added from the addition valve;
A control device for controlling the addition valve;
With
The controller is
When the temperature of the NOx catalyst or the collision part is the first temperature, the addition valve is controlled so that an amount of urea water corresponding to the value of the NOx concentration of the exhaust gas is added,
When the temperature of the NOx catalyst or the collision portion is a second temperature lower than the first temperature, the addition valve is controlled so that an amount of urea water corresponding to the moving average value of the NOx concentration of the exhaust gas is added. An exhaust emission control device for an internal combustion engine is provided.
本発明によれば、尿素水が衝突する衝突部における尿素の析出を抑制することができるという、優れた効果が発揮される。 According to this invention, the outstanding effect that precipitation of urea in the collision part which urea water collides can be suppressed is exhibited.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１は本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を概略的に示す。本実施形態の内燃機関（エンジン）Ｅは車両（自動車）に搭載された多気筒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。シリンダブロック、シリンダヘッド、ピストン、燃料噴射弁等を含むエンジン本体１には吸気通路２と排気通路３が接続されている。なおエンジンＥの気筒数、形式、種類、用途等は特に限定されない。
FIG. 1 schematically shows an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment. The internal combustion engine (engine) E of this embodiment is a multi-cylinder compression ignition internal combustion engine, that is, a diesel engine mounted on a vehicle (automobile). An
排気通路３には、酸化触媒４とＮＯｘ触媒５が上流側からこの順番で直列に設けられている。酸化触媒４とＮＯｘ触媒５の間には所定の間隔が設けられている。酸化触媒４は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分を酸素Ｏ２と反応させてＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等とする。 In the exhaust passage 3, an oxidation catalyst 4 and a NOx catalyst 5 are provided in series in this order from the upstream side. A predetermined interval is provided between the oxidation catalyst 4 and the NOx catalyst 5. The oxidation catalyst 4 reacts unburned components such as HC and CO with oxygen O 2 to make CO, CO 2 , H 2 O and the like.
ＮＯｘ触媒５は、排気中のＮＯｘを還元して浄化するものであり、選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）からなる。選択還元型ＮＯｘ触媒は、還元剤の供給時に排気中のＮＯｘを連続的に還元処理するものである。本実施形態における還元剤は尿素水である。 The NOx catalyst 5 reduces and purifies NOx in the exhaust, and is composed of a selective reduction type NOx catalyst (SCR: Selective Catalytic Reduction). The selective reduction type NOx catalyst continuously reduces NOx in exhaust gas when supplying a reducing agent. The reducing agent in this embodiment is urea water.
また本実施形態におけるＮＯｘ触媒５には、排気中の煤等の微粒子（以下「ＰＭ」という）を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）が一体的に形成されている。言い換えれば本実施形態のＮＯｘ触媒５は、本来のＮＯｘ触媒としての機能の他に、フィルタとしての機能も併せ持っている。フィルタは、貴金属からなる触媒が担持され、捕集したＰＭを連続的に酸化除去する連続再生式のものである。 In the present embodiment, the NOx catalyst 5 is integrally formed with a filter (DPF) that collects particulates such as soot in the exhaust (hereinafter referred to as “PM”). In other words, the NOx catalyst 5 of the present embodiment has a function as a filter in addition to the function as an original NOx catalyst. The filter is a continuous regeneration type that carries a catalyst made of a noble metal and continuously oxidizes and removes the collected PM.
もっとも、ＮＯｘ触媒５はフィルタを一体化したものでなくてもよい。フィルタを別体として他の位置に設置してもよく、この場合、ＮＯｘ触媒５の上流側であって酸化触媒４の下流側（好ましくは直後）にフィルタを設置するのが好ましい。 However, the NOx catalyst 5 may not be an integrated filter. The filter may be separately installed at another position. In this case, it is preferable to install the filter on the upstream side of the NOx catalyst 5 and on the downstream side (preferably immediately after) of the oxidation catalyst 4.
排気通路３においてＮＯｘ触媒５の上流側には、排気通路３内に尿素水Ｕを添加もしくは噴射する添加弁６が設けられている。 An addition valve 6 for adding or injecting urea water U into the exhaust passage 3 is provided upstream of the NOx catalyst 5 in the exhaust passage 3.
また排気通路３において添加弁６とＮＯｘ触媒５の間には、添加弁６から添加された尿素水Ｕを衝突させる衝突部７が設けられている。衝突部７は、尿素水Ｕを衝突させると同時に分散させ、排気通路３内の排ガスにできるだけ均等に尿素水Ｕを混合させるために設けられている。衝突部７は図示の如くＮＯｘ触媒５に近接した位置に設けられるのが好ましい。
Further, in the exhaust passage 3, a
この衝突部７は様々な構成とすることができる。例えば、衝突部７は板状の部材すなわち衝突板から構成することができるし、板状以外の部材すなわち衝突部材から構成することもできる。いずれにしても衝突部７は、尿素水Ｕが衝突させられる衝突壁もしくは衝突面を有する。また例えば衝突部７は、排気通路３内に設置され排ガスを通過させる少なくとも一つの穴、通路もしくは開口部を有する分散板もしくは分散部材から構成することもできる。また例えば衝突部７は、排気通路３内に設置され排ガス流を旋回させるミキサもしくは混合器に設けることもできる。かかるミキサは、生成した排ガスの旋回流を利用して排ガスと尿素水Ｕの攪拌混合を促進するためのものである。衝突部７はミキサの入口部に設けるのが好ましいが、ミキサの中間部または出口部に設けてもよい。
The
エンジンＥは、車両に搭載された制御装置としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００により総括的に制御される。ＥＣＵ１００は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等を備えて構成される。
The engine E is comprehensively controlled by an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 100 as a control device mounted on the vehicle. The
ＥＣＵ１００には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１１と、排ガスのＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ１２と、排ガスの温度を検出するための上流排気温センサ１３および下流排気温センサ１４と、エンジンのクランク角ひいては回転数（ｒｐｍ）を検出するためのクランク角センサ１５と、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ１６とが接続されている。
The ECU 100 includes an
エアフローメータ１１は吸気通路２に設けられている。ＮＯｘセンサ１２は、図示例では酸化触媒４の上流側の排気通路３に設けられているが、酸化触媒４の下流側で且つ添加弁６の上流側（すなわち酸化触媒４と添加弁６の間）の排気通路３に設けられてもよい。上流排気温センサ１３は、酸化触媒４と添加弁６の間の排気通路３に設けられ、下流排気温センサ１４は、ＮＯｘ触媒５の下流側の排気通路３に設けられている。
The
ＥＣＵ１００は、ＮＯｘセンサ１２の出力に基づいて、エンジン本体１から排出された排ガスのＮＯｘ濃度、ひいてはＮＯｘ触媒５に流入する排ガスのＮＯｘ濃度を検出する。なお本実施形態では排ガスのＮＯｘ濃度を、ＮＯｘセンサ１２を用いて直接検出するが、検出されたエンジン運転状態（例えばエンジン回転数とアクセル開度）に基づいてＥＣＵ１００により推定してもよい。
Based on the output of the
またＥＣＵ１００は、上流排気温センサ１３および下流排気温センサ１４の出力に基づいて、ＮＯｘ触媒５の温度（床温）すなわち触媒温度Ｔｃを推定する。この際の温度推定方法は公知方法を含め任意の方法が可能である。なお触媒温度Ｔｃを、ＮＯｘ触媒５に設置された温度センサで直接検出してもよい。
Further, the
ＥＣＵ１００には添加弁６も接続されている。ＥＣＵ１００は、詳しくは後述するが、ＮＯｘセンサ１２により検出されたＮＯｘ濃度の値に対応した量の尿素水Ｕが添加されるよう、添加弁６を制御する。
The addition valve 6 is also connected to the
さて、上述したような衝突部７を備える構成では、尿素水添加量が多いときに衝突部７の温度が低下し、衝突部７に尿素が析出するという問題がある。
Now, in the structure provided with the
すなわち、尿素水添加量が多くなると、尿素水の急激な気化熱により衝突部７における放熱量が受熱量を上回り、衝突部７の温度が低下する。衝突部７付近の排ガス流速が低く、排ガスから衝突部７への受熱量が少ない場合にはなおさらである。すると、衝突部７に衝突した尿素水の加水分解が妨げられ、尿素水の水分のみが蒸発し、固体尿素が衝突部７の壁面に析出する。
That is, when the urea water addition amount increases, the heat radiation amount in the
そこで本実施形態では、かかる尿素析出を抑制すべく、以下の如く、触媒温度Ｔｃに応じて尿素水添加方法を変更する制御を行う。 Therefore, in the present embodiment, control for changing the urea water addition method according to the catalyst temperature Tc is performed as follows in order to suppress the urea precipitation.
図２には、ＮＯｘセンサ１２により検出されたＮＯｘ濃度Ｃ（線ａ）と、添加弁６から添加された尿素水添加量Ｍ（線ｂ，ｃ）との時間的推移の一例を示す。なお、以下に述べる「第１温度」および「第２温度」とは、両者間において相対的に高い温度および低い温度を表す用語である。つまり第１温度は第２温度より高い温度である。
FIG. 2 shows an example of temporal transition of the NOx concentration C (line a) detected by the
本実施形態において、ＥＣＵ１００は、触媒温度Ｔｃが高温側の第１温度であるときには、線ｂで示すように、ＮＯｘ濃度Ｃの値に対応した尿素水添加量Ｍの尿素水が添加弁６から添加されるよう、添加弁６を制御する。この方法自体は一般的であり、ＮＯｘ触媒５に流入する排ガスのＮＯｘ濃度が高くなるほど尿素水添加量Ｍも増大させられ、ＮＯｘ触媒５からのＮＯｘ排出が抑止される。従って線ｂで示される尿素水添加量Ｍの波形は、線ａで示されるＮＯｘ濃度Ｃの波形と近似したものとなる。
In the present embodiment, when the catalyst temperature Tc is the first temperature on the high temperature side, the
しかし、この方法を常に採用すると、期間ｄ１，ｄ２で示す如く、ＮＯｘ濃度Ｃの突発的な増大に応答して、尿素水添加量Ｍが一時的もしくは瞬間的に析出限界値Ｍｌｉｍを超えることがある。ここで析出限界値Ｍｌｉｍとは、衝突部７の壁面に固体尿素が析出しない尿素水添加量Ｍの上限値である。尿素水添加量Ｍが析出限界値Ｍｌｉｍを超えると固体尿素の析出が起こり得る。
However, if this method is always employed, the urea water addition amount M temporarily or instantaneously exceeds the precipitation limit value Mlim in response to a sudden increase in the NOx concentration C, as indicated by the periods d1 and d2. is there. Here, the precipitation limit value Mlim is an upper limit value of the urea water addition amount M at which solid urea does not precipitate on the wall surface of the
そこで本実施形態において、ＥＣＵ１００は、触媒温度Ｔｃが低温側、すなわち第１温度より低い第２温度であるときには、ＮＯｘ濃度Ｃの移動平均値に対応した尿素水添加量Ｍの尿素水が添加弁６から添加されるよう、添加弁６を制御する。これにより、線ｃで示すように尿素水添加量Ｍは移動平均化され、尿素水添加量Ｍの波形は、線ｂで示される波形よりも平滑化され、あるいはなまされる。
Therefore, in this embodiment, when the catalyst temperature Tc is the low temperature side, that is, the second temperature lower than the first temperature, the
よって、ＮＯｘ濃度Ｃの増大に応答して尿素水添加量Ｍが析出限界値Ｍｌｉｍを超えることを回避することができる。そして衝突部７の壁面の急激な温度低下を抑制し、衝突部７における尿素の析出を抑制することができる。
Therefore, it is possible to avoid the urea water addition amount M from exceeding the precipitation limit value Mlim in response to the increase in the NOx concentration C. And the rapid temperature fall of the wall surface of the
ここで、尿素水添加制御の詳細を以下に説明する。この尿素水添加制御はＥＣＵ１００が所定の演算周期τ毎に繰り返し実行する。
Here, details of the urea water addition control will be described below. The urea water addition control is repeatedly executed by the
まず触媒温度Ｔｃが第１温度であるとき、ＥＣＵ１００は、演算周期τ毎に、図３に示すような所定のマップ（関数でもよい。以下同様）から、ＮＯｘ濃度Ｃの検出値に対応した目標添加量Ｍｔを求める。マップにおいては、ＮＯｘ濃度Ｃに対し比例的に増加する目標添加量Ｍｔが予め定められている。そしてＥＣＵ１００は、目標添加量Ｍｔに等しい量の尿素水が実際に添加弁６から添加されるよう、添加弁６を制御する。このような触媒温度Ｔｃが第１温度であるときの制御を、以下、「通常制御」という。
First, when the catalyst temperature Tc is the first temperature, the
他方、触媒温度Ｔｃが第２温度であるときには、ＥＣＵ１００は、次の手順により制御を行う。
ステップ１：ＮＯｘ濃度Ｃの移動平均値Ｃｍａを算出する。
ステップ２：ＮＯｘ濃度Ｃの移動平均値Ｃｍａに対応した目標添加量Ｍｔをマップから求める。
ステップ３：目標添加量Ｍｔに等しい量の尿素水が実際に添加されるよう添加弁６を制御する。
On the other hand, when the catalyst temperature Tc is the second temperature, the
Step 1: A moving average value Cma of NOx concentration C is calculated.
Step 2: A target addition amount Mt corresponding to the moving average value Cma of the NOx concentration C is obtained from the map.
Step 3: The addition valve 6 is controlled so that an amount of urea water equal to the target addition amount Mt is actually added.
ステップ１において、ＥＣＵ１００は、今回（ｎ）の演算時期から（Ｎ−１）回前の演算時期までのＮＯｘ濃度Ｃのデータに基づき、次式により、今回の演算時期におけるＮＯｘ濃度の移動平均値Ｃｍａｎを算出する。Ｎは予め定められたサンプル数であり、例えばＮ＝１００である。
In
この移動平均値Ｃｍａｎを演算周期毎に毎回更新することで、各演算時期において最新の移動平均値Ｃｍａを算出することができる。 By updating each time the moving average Cma n in each calculation cycle, it is possible to calculate the most recent moving average Cma at each operation timing.
あとは通常制御のときと同様、ＥＣＵ１００は、ステップ２で移動平均値Ｃｍａに対応した目標添加量Ｍｔをマップから求め、ステップ３で目標添加量Ｍｔに等しい量の尿素水を添加弁６から添加させる。ステップ１でＮＯｘ濃度Ｃが移動平均化されているので、結果的に実際の尿素水添加量Ｍも、図２の線ｃに示すように、ＮＯｘ濃度Ｃの値に直接対応した量（図２の線ｂ）よりも移動平均化され、尿素水添加量Ｍが析出限界値Ｍｌｉｍを超えることを回避できる。
After that, as in the case of the normal control, the
代替的にＥＣＵ１００は、触媒温度Ｔｃが第２温度であるとき、次の手順により制御を行ってもよい。
ステップ１１：ＮＯｘ濃度Ｃの値に対応した目標添加量Ｍｔをマップから求める。
ステップ１２：目標添加量Ｍｔの移動平均値Ｍｔｍａを算出する。
ステップ１３：目標添加量Ｍｔの移動平均値Ｍｔｍａに等しい量の尿素水が実際に添加されるよう添加弁６を制御する。
Alternatively, the
Step 11: A target addition amount Mt corresponding to the value of the NOx concentration C is obtained from the map.
Step 12: A moving average value Mtma of the target addition amount Mt is calculated.
Step 13: The addition valve 6 is controlled so that an amount of urea water equal to the moving average value Mtma of the target addition amount Mt is actually added.
ステップ１１は通常制御のときと同様である。ステップ１２において、ＥＣＵ１００は、今回（ｎ）の演算時期から（Ｎ−１）回前の演算時期までの目標添加量Ｍｔのデータに基づき、次式により、今回の演算時期における目標添加量Ｍｔの移動平均値Ｍｔｍａｎを算出する。Ｎは予め任意に定められたサンプル数であり、例えばＮ＝１００である。
この移動平均値Ｍｔｎの算出を演算周期毎に繰り返すことで、各演算時期において最新の移動平均値Ｍｔを算出することができる。 By repeating the calculation of the moving average value Mt n for each calculation cycle, the latest moving average value Mt can be calculated at each calculation time.
あとは前記同様、ＥＣＵ１００は、ステップ１３で目標添加量Ｍｔの移動平均値Ｍｔｍａに等しい量の尿素水を添加弁６から添加させる。ステップ１３で目標添加量Ｍｔが移動平均化されているので、結果的に実際の尿素水添加量Ｍも、図２の線ｃに示すように、ＮＯｘ濃度Ｃの値に直接対応した量（図２の線ｂ）よりも移動平均化され、尿素水添加量Ｍが析出限界値Ｍｌｉｍを超えることを回避できる。
After that, the
この代替例も、「ＮＯｘ濃度Ｃの移動平均値に対応した尿素水添加量Ｍの尿素水が添加弁６から添加されるよう、添加弁６を制御する」という制御に含まれる。なぜなら、前者の基本例とは移動平均化処理の対象が異なるだけで、基本例と同じ結果が得られるからである。より言えば、ＮＯｘ濃度の検出から尿素水添加までの過程で、移動平均化処理はどの段階で行ってもよく、またどの段階で移動平均化処理が行われた場合もかかる制御に含まれる。かかる制御は必ずしも、基本例のようにＮＯｘ濃度Ｃの値に対し移動平均化処理を行った場合に限られない。 This alternative example is also included in the control of “controlling the addition valve 6 so that urea water of the urea water addition amount M corresponding to the moving average value of the NOx concentration C is added from the addition valve 6”. This is because the same result as that of the basic example can be obtained only by the object of the moving averaging process being different from that of the former basic example. More specifically, the moving average process may be performed at any stage in the process from the detection of the NOx concentration to the addition of urea water, and the case where the moving average process is performed at any stage is included in such control. Such control is not necessarily limited to the case where the moving average process is performed on the value of the NOx concentration C as in the basic example.
以下、上述したような触媒温度Ｔｃが第２温度のときの制御を「平均化制御」という。平均化制御とは所謂なまし制御のことであるとも言える。 Hereinafter, the control when the catalyst temperature Tc as described above is the second temperature is referred to as “averaging control”. It can be said that the averaging control is so-called annealing control.
次に、触媒温度Ｔｃが第１温度のときと第２温度のときとで制御方法を変更する理由を以下に述べる。 Next, the reason why the control method is changed depending on whether the catalyst temperature Tc is the first temperature or the second temperature will be described below.
図４に、尿素水添加量Ｍの析出限界値Ｍｌｉｍ、およびＮＯｘ触媒５におけるアンモニア（ＮＨ３）の許容吸着量Ｍａｍｍの温度特性を示す。ここで横軸の温度は、析出限界値Ｍｌｉｍについては衝突部７の温度であり、アンモニア許容吸着量ＭａｍｍについてはＮＯｘ触媒５の温度Ｔｃである。なお本実施形態のように衝突部７とＮＯｘ触媒５が互いに近接して配置されている場合には、両者の温度を同等とみなして差し支えなく、またＮＯｘ触媒５の温度変化に追従して衝突部７も温度変化する。両者の温度には一定の相関性がある。ＮＯｘ触媒５におけるアンモニア許容吸着量Ｍａｍｍとは、ＮＯｘ触媒５が吸着し得るアンモニアの最大量をいう。
FIG. 4 shows temperature characteristics of the precipitation limit value Mlim of the urea water addition amount M and the allowable adsorption amount Mamm of ammonia (NH 3 ) in the NOx catalyst 5. Here, the temperature on the horizontal axis is the temperature of the
図示するように、析出限界値Ｍｌｉｍは、温度が上昇するにつれ増大する、つまりより多くの尿素水添加量Ｍに対して尿素析出が起こらなくなるという特性がある。またアンモニア許容吸着量Ｍａｍｍは、逆に、温度が上昇するにつれ減少するという特性がある。 As shown in the figure, the precipitation limit value Mlim has a characteristic that it increases as the temperature rises, that is, urea precipitation does not occur for a larger amount of urea water addition M. On the contrary, the ammonia allowable adsorption amount Mamm has a characteristic that it decreases as the temperature rises.
低温側の第２温度のときには、析出限界値Ｍｌｉｍが低いため、平均化制御を行う必要性が大きい。一方、平均化制御を行うと、ＮＯｘ濃度Ｃの変化に対する尿素水添加量Ｍの追従が遅れる。しかし低温側の第２温度のときには、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニア許容吸着量Ｍａｍｍが多い。このためＮＯｘ触媒５には多くのアンモニアが吸着していると考えられ、この吸着アンモニアによってＮＯｘを還元浄化できるので、かかる追従遅れがあってもＮＯｘ浄化率の低下を招きにくい。特に、ＮＯｘ濃度Ｃの値に対応した目標添加量Ｍｔよりも実際の添加量が少ない場合でも、吸着アンモニアの利用によってＮＯｘ浄化率の低下を招きにくい。なおこの場合とは、図２（Ｂ）において線ｃが線ｂを下回った場合が相当する。よって第２温度のときには尿素水添加量Ｍが析出限界値Ｍｌｉｍを超えるのを優先的に抑制すべく、平均化制御を実行する。 At the second temperature on the low temperature side, the precipitation limit value Mlim is low, so the necessity of performing the averaging control is great. On the other hand, when the averaging control is performed, the follow-up of the urea water addition amount M with respect to the change in the NOx concentration C is delayed. However, at the second temperature on the low temperature side, the ammonia allowable adsorption amount Mamm in the NOx catalyst 5 is large. For this reason, it is considered that a large amount of ammonia is adsorbed on the NOx catalyst 5, and NOx can be reduced and purified by this adsorbed ammonia. Therefore, even if there is such a follow-up delay, it is difficult for the NOx purification rate to decrease. In particular, even when the actual addition amount is smaller than the target addition amount Mt corresponding to the value of the NOx concentration C, the NOx purification rate is unlikely to decrease due to the use of adsorbed ammonia. Note that this case corresponds to the case where the line c is lower than the line b in FIG. Therefore, at the second temperature, the averaging control is executed so as to preferentially suppress the urea water addition amount M from exceeding the precipitation limit value Mlim.
平均化制御を実行した場合、通常制御時に比べ、尿素水の所定時間当たりの総添加量は同等に維持される。すなわち、当該所定時間内において、目標添加量Ｍｔよりも多くなった分の添加量は、目標添加量Ｍｔよりも少なくなった分の添加量により、相殺される。逆も同様である。よって通常制御時と同等のＮＯｘ浄化率を達成することが可能である。 When the averaging control is executed, the total amount of urea water added per predetermined time is maintained equal to that during normal control. That is, the added amount that is larger than the target added amount Mt within the predetermined time is offset by the added amount that is smaller than the target added amount Mt. The reverse is also true. Therefore, it is possible to achieve a NOx purification rate equivalent to that during normal control.
一方、高温側の第１温度のときには、析出限界値Ｍｌｉｍが高いため、平均化制御を行う必要性は小さい。一方、高温側の第１温度のときには、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニア許容吸着量Ｍａｍｍが少ない。よってＮＯｘ触媒５に吸着されたアンモニア量は少ないと考えられ、吸着アンモニアによるＮＯｘ還元浄化をそれ程期待できない。よって第１温度のときにはＮＯｘ濃度Ｃの変化に対する尿素水添加量Ｍの追従性を優先し、通常制御を実行する。 On the other hand, when the temperature is the first temperature on the high temperature side, the precipitation limit value Mlim is high, so the necessity of performing the averaging control is small. On the other hand, at the first temperature on the high temperature side, the ammonia allowable adsorption amount Mamm in the NOx catalyst 5 is small. Therefore, it is considered that the amount of ammonia adsorbed on the NOx catalyst 5 is small, and NOx reduction purification with adsorbed ammonia cannot be expected so much. Accordingly, when the temperature is the first temperature, priority is given to the followability of the urea water addition amount M with respect to the change in the NOx concentration C, and normal control is executed.
ところで、制御変更の判定基準となる温度は、ＮＯｘ触媒５の触媒温度Ｔｃの代わりに、衝突部７の温度（特に尿素水が衝突する壁面の温度）を用いてもよい。この場合、衝突部７の温度を温度センサで直接検出してもよいし、推定してもよい。尿素析出が衝突部７で起こるため、衝突部７の温度に応じて制御変更を行うのも好ましい。但し本実施形態では、他の制御等への利用のためにも触媒温度Ｔｃを推定していること、ＮＯｘ触媒５におけるアンモニア吸着量が触媒温度Ｔｃの関数であること、衝突部７の温度が触媒温度Ｔｃに相関し且つ近似した値であることなどの理由から、触媒温度Ｔｃを用いている。
By the way, instead of the catalyst temperature Tc of the NOx catalyst 5, the temperature of the collision part 7 (particularly, the temperature of the wall surface where the urea water collides) may be used as the temperature that becomes the determination criterion for the control change. In this case, the temperature of the
次に、本実施形態におけるより具体的な尿素水添加制御の例を説明する。まず始めに図５を参照して第１の例を説明する。ＥＣＵ１００は、図示されるようなルーチンを所定の演算周期τ毎に繰り返し実行する。
Next, a more specific example of urea water addition control in the present embodiment will be described. First, a first example will be described with reference to FIG. The
まずステップＳ１０１において、触媒温度Ｔｃの値（推定値）が取得される。そしてステップＳ１０２において、触媒温度Ｔｃが所定のしきい値Ｔｃｓと比較される。触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔｃｓ以上の場合、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５において通常制御が実行される。他方、触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔｃｓ未満の場合、ステップＳ１０６〜Ｓ１０９において平均化制御が実行される。つまりしきい値Ｔｃｓは、衝突部７において尿素析出が起こり得る触媒温度Ｔｃの上限値に相当する。あるいはしきい値Ｔｃｓは、衝突部７において尿素水が加水分解可能な触媒温度Ｔｃの下限値に相当する。
First, in step S101, the value (estimated value) of the catalyst temperature Tc is acquired. In step S102, the catalyst temperature Tc is compared with a predetermined threshold value Tcs. When the catalyst temperature Tc is equal to or higher than the threshold value Tcs, normal control is executed in steps S103 to S105. On the other hand, when the catalyst temperature Tc is lower than the threshold value Tcs, the averaging control is executed in steps S106 to S109. That is, the threshold value Tcs corresponds to the upper limit value of the catalyst temperature Tc at which urea precipitation can occur in the
触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔｃｓ以上の場合、ステップＳ１０３においてＮＯｘ濃度Ｃの値（検出値）が取得される。そしてステップＳ１０４において、図３に示したようなマップから、ＮＯｘ濃度Ｃの値に対応した目標添加量Ｍｔの値が算出される。最後にステップＳ１０５において、目標添加量Ｍｔに等しい量の尿素水が添加されるよう添加弁６が制御される。 If the catalyst temperature Tc is equal to or higher than the threshold value Tcs, the value (detected value) of the NOx concentration C is acquired in step S103. In step S104, the value of the target addition amount Mt corresponding to the value of the NOx concentration C is calculated from the map as shown in FIG. Finally, in step S105, the addition valve 6 is controlled so that an amount of urea water equal to the target addition amount Mt is added.
他方、触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔｃｓ未満の場合、ステップＳ１０６においてＮＯｘ濃度Ｃの値（検出値）が取得される。そしてステップＳ１０７において、ＮＯｘ濃度の移動平均値Ｃｍａが算出される。このときのサンプル数Ｎは所定の一定値（例えばＮ＝１００）である。 On the other hand, if the catalyst temperature Tc is less than the threshold value Tcs, the value (detected value) of the NOx concentration C is acquired in step S106. In step S107, the moving average value Cma of the NOx concentration is calculated. The number of samples N at this time is a predetermined constant value (for example, N = 100).
次いでステップＳ１０８において、図３に示したようなマップから、ＮＯｘ濃度の移動平均値Ｃｍａに対応した目標添加量Ｍｔが算出される。最後にステップＳ１０８において、目標添加量Ｍｔに等しい量の尿素水が添加されるよう添加弁６が制御される。 Next, in step S108, the target addition amount Mt corresponding to the moving average value Cma of the NOx concentration is calculated from the map as shown in FIG. Finally, in step S108, the addition valve 6 is controlled so that an amount of urea water equal to the target addition amount Mt is added.
この第１の例において、しきい値Ｔｃｓ以上の任意の触媒温度Ｔｃが前述の第１温度に相当する。またしきい値Ｔｃｓ未満の任意の触媒温度Ｔｃが前述の第２温度に相当する。 In the first example, an arbitrary catalyst temperature Tc equal to or higher than the threshold value Tcs corresponds to the first temperature described above. Further, an arbitrary catalyst temperature Tc less than the threshold value Tcs corresponds to the second temperature described above.
なお、この第１の例では前述の基本例に従う制御を示したが、前述の代替例に従う制御となるよう第１の例を変形できることが、当業者に容易に理解されるであろう。 In the first example, the control according to the above-described basic example is shown. However, it will be easily understood by those skilled in the art that the first example can be modified to be the control according to the above-described alternative example.
次に、図６を参照して第２の例を説明する。ＥＣＵ１００は、図示されるようなルーチンを所定の演算周期τ毎に繰り返し実行する。
Next, a second example will be described with reference to FIG. The
まずステップＳ２０１において、触媒温度Ｔｃの値（推定値）が取得される。そしてステップＳ２０２において、触媒温度Ｔｃに基づきサンプル数Ｎが決定される。この決定は図７に示すような所定のマップに従って行われる。 First, in step S201, the value (estimated value) of the catalyst temperature Tc is acquired. In step S202, the number of samples N is determined based on the catalyst temperature Tc. This determination is made according to a predetermined map as shown in FIG.
マップにおいては、触媒温度Ｔｃとサンプル数Ｎの関係が規定されており、触媒温度Ｔｃが高くなるほどサンプル数Ｎは少なくなる傾向にある。また触媒温度Ｔｃが所定のしきい値Ｔｃｓ’以上のとき、サンプル数Ｎは常に最小の１である。しきい値Ｔｃｓ’は、第１の例のしきい値Ｔｃｓと同様、衝突部７において尿素析出が起こり得る触媒温度Ｔｃの上限値に相当し、あるいは衝突部７において尿素水が加水分解可能な触媒温度Ｔｃの下限値に相当する。
In the map, the relationship between the catalyst temperature Tc and the number of samples N is defined, and the sample number N tends to decrease as the catalyst temperature Tc increases. When the catalyst temperature Tc is equal to or higher than a predetermined threshold value Tcs', the number of samples N is always 1 which is the minimum. The threshold value Tcs ′ corresponds to the upper limit value of the catalyst temperature Tc at which the urea precipitation can occur in the
触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔｃｓ’以上のときサンプル数Ｎが１なので、仮にこの場合に移動平均化処理が行われたとしても、前記式（１）または（２）から明らかな通り、それが行われていないのと同じとなる。 Since the number of samples N is 1 when the catalyst temperature Tc is equal to or higher than the threshold value Tcs ′, even if the moving averaging process is performed in this case, as is clear from the equation (1) or (2), It is the same as not being done.
次に、ステップＳ２０３においてＮＯｘ濃度Ｃの値（検出値）が取得される。そしてステップＳ２０４において、ＮＯｘ濃度の移動平均値Ｃｍａが、ステップＳ２０２で決定されたサンプル数Ｎと、少なくともステップＳ２０３で取得されたＮＯｘ濃度Ｃの値とに基づき算出される。 Next, in step S203, the value (detected value) of the NOx concentration C is acquired. In step S204, the moving average value Cma of the NOx concentration is calculated based on the number of samples N determined in step S202 and at least the value of the NOx concentration C acquired in step S203.
次いでステップＳ２０５において、図３に示したようなマップから、ＮＯｘ濃度の移動平均値Ｃｍａに対応した目標添加量Ｍｔが算出される。最後にステップＳ２０６において、目標添加量Ｍｔに等しい量の尿素水が添加されるよう添加弁６が制御される。 Next, in step S205, the target addition amount Mt corresponding to the moving average value Cma of the NOx concentration is calculated from the map as shown in FIG. Finally, in step S206, the addition valve 6 is controlled so that an amount of urea water equal to the target addition amount Mt is added.
この第２の例において、しきい値Ｔｃｓ’以上の任意の触媒温度がＴｃが前述の第１温度に相当する。またしきい値Ｔｃｓ’未満の任意の触媒温度がＴｃが前述の第２温度に相当する。 In this second example, an arbitrary catalyst temperature equal to or higher than the threshold value Tcs' corresponds to the first temperature described above. An arbitrary catalyst temperature lower than the threshold value Tcs' corresponds to the second temperature described above.
この第２の例によれば、触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔｃｓ’以上のとき、サンプル数Ｎが１なので、ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で取得されたＮＯｘ濃度Ｃの値に等しい移動平均値Ｃｍａが算出される。よって結果的に、移動平均化処理を実質的に伴わない通常制御が実行される。 According to the second example, when the catalyst temperature Tc is equal to or higher than the threshold value Tcs ′, the number of samples N is 1. Therefore, in step S204, the moving average value Cma equal to the value of the NOx concentration C acquired in step S203. Is calculated. Therefore, as a result, normal control substantially without moving average processing is executed.
他方、触媒温度Ｔｃがしきい値Ｔｃｓ’未満のときには、ステップＳ２０２において２以上のサンプル数Ｎが得られる。よってステップＳ２０４では、ステップＳ２０３で取得されたＮＯｘ濃度Ｃの値とはおそらく異なるであろう移動平均値Ｃｍａが算出される。よって結果的に、移動平均化処理を伴う平均化制御が実行される。 On the other hand, when the catalyst temperature Tc is lower than the threshold value Tcs', a sample number N of 2 or more is obtained in step S202. Therefore, in step S204, a moving average value Cma that is probably different from the value of the NOx concentration C acquired in step S203 is calculated. As a result, the averaging control with the moving averaging process is executed.
しかも、図４の析出限界値Ｍｌｉｍの温度特性に合わせて、触媒温度Ｔｃが低くなるほど移動平均化の程度が大きくされる。つまり図２（Ｂ）に示されるような尿素水添加量Ｍの波形はより平滑化され、なまされる。よって尿素水添加量Ｍが析出限界値Ｍｌｉｍを超えるのを確実に回避できると共に、尿素水添加量Ｍの追従遅れあるいは過剰な過不足によるＮＯｘ浄化率低下を抑制できる。それ故、尿素析出とＮＯｘ浄化率の両立を好適に図ることができる。 In addition, in accordance with the temperature characteristics of the precipitation limit value Mlim in FIG. 4, the degree of moving average is increased as the catalyst temperature Tc is lowered. That is, the waveform of the urea water addition amount M as shown in FIG. 2B is smoothed and smoothed. Therefore, it is possible to reliably avoid the urea water addition amount M from exceeding the precipitation limit value Mlim, and to suppress a decrease in the NOx purification rate due to a delay in following the urea water addition amount M or excessive excess or deficiency. Therefore, it is possible to favorably achieve both urea precipitation and NOx purification rate.
なお、この第２の例では前述の基本例に従う制御を示したが、前述の代替例に従う制御となるよう第２の例を変形できることが、当業者に容易に理解されるであろう。 In the second example, the control according to the above-described basic example is shown. However, it will be easily understood by those skilled in the art that the second example can be modified to be the control according to the above-described alternative example.
以上、本発明の好適実施形態を説明したが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば本発明は火花点火式内燃機関、より具体的にはストイキよりもリーンな空燃比で運転するリーンバーンガソリンエンジンにも好適に適用できる可能性がある。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the present invention may be suitably applied to a spark ignition internal combustion engine, more specifically, a lean burn gasoline engine that operates at an air-fuel ratio leaner than stoichiometric.
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
Ｅ 内燃機関（エンジン）
１ エンジン本体
３ 排気通路
５ ＮＯｘ触媒
６ 添加弁
７ 衝突部
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
E Internal combustion engine
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記排気通路において前記ＮＯｘ触媒の上流側に設けられ、前記排気通路内に尿素水を添加する添加弁と、
前記排気通路において前記添加弁と前記ＮＯｘ触媒の間に設けられ、前記添加弁から添加された尿素水を衝突させる衝突部と、
前記添加弁を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記ＮＯｘ触媒または前記衝突部の温度が第１温度であるときには、排ガスのＮＯｘ濃度の値に対応した量の尿素水が添加されるよう、前記添加弁を制御し、
前記ＮＯｘ触媒または前記衝突部の温度が前記第１温度より低い第２温度であるときには、排ガスのＮＯｘ濃度の移動平均値に対応した量の尿素水が添加されるよう、前記添加弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A selective reduction type NOx catalyst provided in the exhaust passage;
An addition valve that is provided upstream of the NOx catalyst in the exhaust passage, and adds urea water into the exhaust passage;
A collision portion provided between the addition valve and the NOx catalyst in the exhaust passage and colliding with urea water added from the addition valve;
A control device for controlling the addition valve;
With
The controller is
When the temperature of the NOx catalyst or the collision part is the first temperature, the addition valve is controlled so that an amount of urea water corresponding to the value of the NOx concentration of the exhaust gas is added,
When the temperature of the NOx catalyst or the collision portion is a second temperature lower than the first temperature, the addition valve is controlled so that an amount of urea water corresponding to the moving average value of the NOx concentration of the exhaust gas is added. An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
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