JP6642545B2 - Engine exhaust purification device - Google Patents

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Description

本発明は、排気通路内に尿素を供給する尿素供給装置と、供給された尿素から生成されるアンモニアの還元作用によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）とを備えたエンジンの排気浄化装置に関する。   The present invention provides an engine including a urea supply device that supplies urea into an exhaust passage, and a NOx selective reduction catalyst (hereinafter, referred to as an SCR catalyst) that purifies NOx by reducing ammonia generated from the supplied urea. An exhaust purification device.

尿素（アンモニア）の供給を受けてＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒は、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほどアンモニアの上限吸着量（飽和吸着量）が低下するという性質がある。このため、例えばエンジンが高負荷運転された直後にエンジンが停止されたような場合には、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が少ない状態で次のエンジン始動を迎えることになるので、このエンジン始動からしばらくの間ＮＯｘ浄化性能を十分に確保できないという問題がある。   An SCR catalyst that purifies NOx by supplying urea (ammonia) has the property that the upper limit adsorption amount (saturated adsorption amount) of ammonia decreases as the temperature of the SCR catalyst increases. For this reason, for example, when the engine is stopped immediately after the engine is operated under a high load, the next engine starts with the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst being small. During this period, there is a problem that the NOx purification performance cannot be sufficiently ensured.

そこで、例えば下記特許文献１のように、エンジンを停止する操作が行われた後もエンジンの運転を継続するとともに、この継続運転中にＳＣＲ触媒の温度（床温）を低下させた上で尿素を供給することが提案されている。このようにすれば、次にエンジンが始動されたときにＳＣＲ触媒には十分な量のアンモニアが吸着しているので、始動時のＮＯｘ浄化性能を十分に確保することができる。   Therefore, for example, as described in Patent Document 1 below, the operation of the engine is continued even after the operation of stopping the engine is performed, and the temperature (bed temperature) of the SCR catalyst is reduced during this continuous operation, and then the urea It has been proposed to supply With this configuration, the next time the engine is started, a sufficient amount of ammonia is adsorbed on the SCR catalyst, so that the NOx purification performance at the time of starting can be sufficiently ensured.

特開２００９−１９７７２８号公報JP 2009-197728 A

上述した特許文献１の方法では、ドライバーがエンジンを停止する操作（イグニッション・オフ操作）を行った後もしばらくの間エンジンの運転が継続されることになるので、燃費性能が悪化したり、ドライバーが違和感を覚えたりする等の問題があった。   In the method of Patent Document 1 described above, the engine continues to be operated for a while even after the driver performs an operation of stopping the engine (ignition-off operation), so that the fuel consumption performance deteriorates or However, there were problems such as feeling uncomfortable.

一方で、エンジンが始動された直後速やかにＳＣＲ触媒にアンモニアを吸着させることができれば、イグニッション・オフ後にエンジンを継続運転する必要性がそもそも生じないので、上述した問題を避けることができる。しかしながら、特にエンジン始動直後は排気系の温度が全体的に低く、またＳＣＲ触媒の温度も低いので、尿素供給装置から尿素を供給してもその尿素を十分にアンモニアに変換することができない。このため、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量がなかなか増えず、結局のところＮＯｘの浄化性能が始動後長期に亘って低下するという問題がある。   On the other hand, if ammonia can be adsorbed on the SCR catalyst immediately after the engine is started, it is not necessary to continuously operate the engine after the ignition is turned off, so that the above-described problem can be avoided. However, the temperature of the exhaust system is generally low immediately after the start of the engine, and the temperature of the SCR catalyst is also low. Therefore, even if urea is supplied from the urea supply device, the urea cannot be sufficiently converted to ammonia. For this reason, there is a problem that the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst does not readily increase, and eventually, the NOx purification performance decreases over a long period of time after the start.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジン始動後速やかにＮＯｘ浄化性能を回復させることが可能なエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for an engine that can recover NOx purifying performance immediately after starting the engine.

前記課題を解決するためのものとして、本発明のエンジンの排気浄化装置は、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路内に尿素を供給する尿素供給装置と、前記尿素供給装置よりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、前記ＳＣＲ触媒の温度が予め定められた基準温度以上である場合に、前記尿素供給装置に尿素を供給させるとともに、当該尿素の供給量を、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が予め定められた目標吸着量になるように調整する尿素供給制御部と、エンジンの始動時に、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が前記目標吸着量よりも少なく、かつ前記ＳＣＲ触媒の温度が前記基準温度未満であるという特定条件が成立した場合に、当該特定条件の非成立時よりも速い昇温速度で前記ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる昇温制御を実行する触媒温度制御部とを備え、前記目標吸着量は、前記ＳＣＲ触媒の温度に応じて可変的に設定され、前記昇温制御は、前記ＳＣＲ触媒の温度が前記基準温度に上昇するまで継続される、ことを特徴とするものである（請求項１）。 In order to solve the above problems, an exhaust gas purification device for an engine according to the present invention includes: an exhaust passage through which exhaust gas discharged from an engine body flows; a urea supply device that supplies urea into the exhaust passage; An SCR catalyst that is provided in an exhaust passage downstream of the urea supply device and that purifies NOx in exhaust gas by a reducing action of ammonia generated from urea; and that the temperature of the SCR catalyst is equal to or higher than a predetermined reference temperature. In some cases, the urea supply device supplies urea, and the urea supply control unit adjusts the supply amount of the urea so that the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst becomes a predetermined target adsorption amount. during start-up, the less than the ammonia adsorption amount of SCR catalyst is the target adsorption amount, and that the temperature of the SCR catalyst is less than the reference temperature If the constant condition is satisfied, and a catalyst temperature control unit for executing the SCR Atsushi Nobori control for raising the temperature of the catalyst at a faster heating rate than during non-establishment of the specific conditions, the target adsorption amount, The temperature raising control is variably set in accordance with the temperature of the SCR catalyst, and the temperature raising control is continued until the temperature of the SCR catalyst rises to the reference temperature (claim 1). .

本発明によれば、エンジン始動後速やかにＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を回復させることができる。すなわち、アンモニア吸着量が目標吸着量未満でかつＳＣＲ触媒の温度が基準温度未満という特定条件がエンジン始動時に成立したということは、アンモニア吸着量が目標吸着量以下であるにもかかわらず尿素供給装置からＳＣＲ触媒に尿素を供給できないことを意味する。このような状態が続くと、ＳＣＲ触媒からアンモニアが枯渇してＮＯｘの浄化性能が大幅に低下するおそれがある。これに対し、本発明では、前記特定条件の成立時に、昇温制御によってＳＣＲ触媒の温度が迅速に上昇させられるので、ほどなくＳＣＲ触媒の温度が基準温度以上となり、尿素供給装置から尿素を供給できるようになる。これにより、エンジン始動後に尿素が供給されない期間を可及的に短縮することができ、ＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化性能を速やかに回復させることができる。 According to the present invention, the NOx purification performance of the SCR catalyst can be recovered immediately after the engine is started. That is, the fact that the specific condition that the ammonia adsorption amount is less than the target adsorption amount and the temperature of the SCR catalyst is lower than the reference temperature is satisfied at the time of starting the engine means that the urea supply device is in spite of the ammonia adsorption amount being less than the target adsorption amount. Means that urea cannot be supplied to the SCR catalyst. If such a state continues, ammonia may be depleted from the SCR catalyst, and the NOx purification performance may be significantly reduced. On the other hand, in the present invention, when the specific condition is satisfied, the temperature of the SCR catalyst is quickly increased by the temperature increase control, so that the temperature of the SCR catalyst becomes equal to or higher than the reference temperature soon, and urea is supplied from the urea supply device. become able to. As a result, the period during which urea is not supplied after the engine is started can be reduced as much as possible, and the NOx purification performance of the SCR catalyst can be quickly restored.

また、ＳＣＲ触媒の温度が基準温度以上である通常運転時に、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が目標吸着量になるように尿素の供給量が調整されるので、目標吸着量もしくはこれに近い量のアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着された状態を維持することができ、通常運転時のＮＯｘ浄化性能を良好に確保することができる。一方、目標吸着量は、エンジン始動時に前記特定条件の成否を判定するための閾値としても用いられるので、この特定条件の成立に伴って前記昇温制御が実行されることにより、アンモニア吸着量を速やかに目標吸着量まで高めることができ、エンジン始動時のＮＯｘ浄化性能を良好に確保することができる。 Moreover, usually when the operating temperature of the SCR catalyst is equal to or greater than the reference temperature, because the amount of adsorbed ammonia SCR catalyst supply amount of urea so that the target adsorption amount is adjusted, the target adsorption amount or the amount of ammonia close to the Can be maintained in a state of being adsorbed by the SCR catalyst, and good NOx purification performance during normal operation can be ensured. On the other hand, the target adsorption amount is also used as a threshold value for determining whether the specific condition is satisfied at the time of starting the engine. The target adsorption amount can be quickly increased to the target adsorption amount, and the NOx purification performance at the time of starting the engine can be ensured well.

さらに、ＳＣＲ触媒の温度に応じて目標吸着量が可変的に設定されるので、アンモニアの上限吸着量（飽和吸着量）が温度に応じて変化するというＳＣＲ触媒の性質を反映した適切な量のアンモニアをＳＣＲ触媒に吸着させることができる。Further, since the target adsorption amount is variably set according to the temperature of the SCR catalyst, an appropriate amount reflecting the property of the SCR catalyst that the upper limit adsorption amount (saturated adsorption amount) of ammonia changes according to the temperature. Ammonia can be adsorbed on the SCR catalyst.

前記目標吸着量は、前記ＳＣＲ触媒の温度が予め定められた第１温度以下のときに一定となり、かつ前記ＳＣＲ触媒の温度が前記第１温度に対し上昇するほど低下するように設定することが好ましい（請求項２）。この場合、前記基準温度は、前記第１温度よりも低い値に設定することができる（請求項３）。The target adsorption amount may be set so as to be constant when the temperature of the SCR catalyst is equal to or lower than a predetermined first temperature, and to decrease as the temperature of the SCR catalyst increases with respect to the first temperature. Preferred (claim 2). In this case, the reference temperature can be set to a value lower than the first temperature.

前記エンジンが車両に搭載された車載エンジンであり、かつ前記車両の速度を含む所定のパラメータに基づいて前記ＳＣＲ触媒の温度を推定する温度推定部がさらに設けられる場合、前記温度推定部は、前記車両の速度が低いほど前記ＳＣＲ触媒の温度が高いと推定することが好ましい（請求項４）。 When the engine is a vehicle-mounted engine mounted on a vehicle, and further provided with a temperature estimating unit that estimates the temperature of the SCR catalyst based on a predetermined parameter including a speed of the vehicle, the temperature estimating unit includes: It is preferable to estimate that the temperature of the SCR catalyst is higher as the speed of the vehicle is lower ( claim 4 ).

このように、車両の速度（車速）が低いほどＳＣＲ触媒の温度が高いと推定するようにした場合には、ＳＣＲ触媒からの放熱量が車速に依存して変化することを考慮してＳＣＲ触媒の温度を精度よく推定することができる。   As described above, when it is assumed that the temperature of the SCR catalyst is higher as the vehicle speed (vehicle speed) is lower, the SCR catalyst takes into account that the amount of heat released from the SCR catalyst changes depending on the vehicle speed. Can be accurately estimated.

前記エンジンがディーゼルエンジンである場合、前記触媒温度制御部は、前記昇温制御として、前記エンジン本体に導入される空気量を減少させるとともに、前記エンジン本体に噴射される燃料の一部の噴射時期を膨張行程まで遅らせる制御（いわゆるポスト噴射）を実行することが好ましい（請求項５）。 When the engine is a diesel engine, the catalyst temperature control unit reduces the amount of air introduced into the engine main body and performs an injection timing of a part of fuel injected into the engine main body as the temperature raising control. It is preferable to execute control (so-called post-injection) for delaying the pressure to the expansion stroke ( claim 5 ).

この構成によれば、空気量の減少による空燃比のリッチ化と、燃料のポスト噴射による排気ガス中の未燃成分の増大（詳しくは当該未燃成分と酸素との反応熱）とにより、排気ガスの温度を効果的に上昇させることができ、この高温化された排気ガスによりＳＣＲ触媒を速やかに昇温させることができる。   According to this configuration, the air-fuel ratio is enriched due to the decrease in the amount of air, and the unburned component in the exhaust gas is increased due to the post-injection of fuel (specifically, the heat of reaction between the unburned component and oxygen). The temperature of the gas can be effectively raised, and the temperature of the SCR catalyst can be quickly raised by the exhaust gas whose temperature has been raised.

前記構成において、より好ましくは、前記触媒温度制御部は、前記特定条件が成立する場合であっても、前記エンジン本体の温度が所定温度未満である場合には、前記昇温制御の実行を禁止する（請求項６）。 In the above configuration, more preferably, the catalyst temperature control unit prohibits the execution of the temperature increase control when the temperature of the engine body is lower than a predetermined temperature even when the specific condition is satisfied. ( Claim 6 ).

この構成によれば、ポスト噴射による昇温効果がほとんど得られない状況下で無駄にポスト噴射が行われるのを回避でき、燃費性能の悪化を抑制することができる。例えば、エンジン本体の温度がかなり低い条件でポスト噴射を実行したとしても、当該ポスト噴射により排気通路に供給された未燃燃料は、その多くが酸素と反応しないまま排気通路の壁面に付着し、ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる効果をもたらさない。これに対し、前記構成では、エンジン本体の温度が所定温度未満の場合は前記ポスト噴射を含む昇温制御の実行が禁止されるので、前記のように未燃燃料の多くが無駄になる（ＳＣＲ触媒の昇温効果をもたらさない）事態を回避でき、燃費性能の悪化を抑制することができる。   According to this configuration, it is possible to avoid unnecessary post-injection in a situation where the effect of increasing the temperature by post-injection is hardly obtained, and it is possible to suppress deterioration in fuel efficiency. For example, even if the post-injection is performed under a condition where the temperature of the engine body is considerably low, the unburned fuel supplied to the exhaust passage by the post-injection adheres to the wall surface of the exhaust passage without reacting with oxygen. It has no effect of increasing the temperature of the SCR catalyst. On the other hand, in the above-described configuration, when the temperature of the engine body is lower than the predetermined temperature, the execution of the temperature increase control including the post-injection is prohibited, so that much of the unburned fuel is wasted as described above (SCR It is possible to avoid a situation in which the effect of raising the temperature of the catalyst is not brought about), and it is possible to suppress deterioration in fuel efficiency.

以上説明したように、本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、エンジン始動後速やかにＮＯｘ浄化性能を回復させることができる。   As described above, according to the exhaust gas purifying apparatus for an engine of the present invention, the NOx purifying performance can be recovered immediately after the engine is started.

本発明の排気浄化装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。FIG. 1 is a system diagram showing a preferred embodiment of an engine to which an exhaust purification device of the present invention is applied. エンジンの制御系統を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the engine. エンジンの通常運転時に行われるドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a specific procedure of dosing control performed during normal operation of the engine. ＳＣＲ触媒の温度を推定する手順を模式的に示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing a procedure for estimating the temperature of an SCR catalyst. ＳＣＲ触媒の温度とアンモニアの上限吸着量および目標吸着量との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the temperature of the SCR catalyst and the upper limit adsorption amount and the target adsorption amount of ammonia. 尿素水の噴射量を決定する手順を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the procedure which determines the injection amount of urea water. エンジン始動時に行われるドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a specific procedure of dosing control performed at the time of starting the engine. ＳＣＲ触媒の温度とアンモニア変換率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the temperature of an SCR catalyst and the conversion rate of ammonia.

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の排気浄化装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのディーゼルエンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出された排気ガスが流通する排気通路４０と、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮しつつエンジン本体１に送り出す過給装置５０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置７０とを備えている。 (1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a system diagram showing a preferred embodiment of an engine to which the exhaust emission control device of the present invention is applied. The engine shown in this figure is a four-cycle diesel engine mounted on a vehicle as a power source for traveling, and includes an engine body 1, an intake passage 30 through which intake air introduced into the engine body 1 flows, and an engine body. An exhaust passage 40 through which the exhaust gas discharged from the exhaust passage 1 flows, a supercharging device 50 for compressing the intake air flowing through the intake passage 30 and sending the compressed air to the engine body 1, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 40 An EGR device 70 that returns to the passage 30 is provided.

エンジン本体１は、列状に並ぶ複数の気筒２（図１には１つの気筒のみが示される）を有する直列多気筒型のものであり、当該複数の気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、各気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、各気筒２にそれぞれ往復動可能に挿入された複数のピストン５とを有している。なお、各気筒２の構造は同一であるため、以下では基本的に１つの気筒２のみに注目して説明を進める。   The engine body 1 is an in-line multi-cylinder type having a plurality of cylinders 2 arranged in a row (only one cylinder is shown in FIG. 1), and a cylinder block in which the plurality of cylinders 2 are formed. 3, a cylinder head 4 attached to the upper surface of the cylinder block 3 so as to close each cylinder 2 from above, and a plurality of pistons 5 reciprocally inserted into each cylinder 2. In addition, since the structure of each cylinder 2 is the same, the following description will be given focusing on basically only one cylinder 2.

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されている。この燃焼室６には、後述する燃料噴射弁１５からの噴射により、軽油を主成分とする燃料が供給される。そして、供給された燃料が圧縮着火により燃焼（拡散燃焼）し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。   A combustion chamber 6 is defined above the piston 5. Fuel composed mainly of light oil is supplied to the combustion chamber 6 by injection from a fuel injection valve 15 described later. Then, the supplied fuel burns (diffuse combustion) by compression ignition, and the piston 5 pushed down by the expansion force due to the combustion reciprocates in the vertical direction.

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。   Below the piston 5, a crankshaft 7, which is an output shaft of the engine body 1, is provided. The crankshaft 7 is connected to the piston 5 via a connecting rod 8, and is driven to rotate around the central axis according to the reciprocating motion (vertical motion) of the piston 5.

シリンダブロック３には、クランク軸７の角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、シリンダヘッド４には、エンジン本体１（シリンダブロック３およびシリンダヘッド４）の内部を流通する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２が設けられている。なお、この水温センサＳＮ２により検出される冷却水の温度は、請求項にいう「エンジン本体の温度」の一例に該当する。   The cylinder block 3 is provided with a crank angle sensor SN1 that detects the angle of the crank shaft 7 (crank angle) and the rotation speed of the crank shaft 7 (engine rotation speed). Further, the cylinder head 4 is provided with a water temperature sensor SN2 for detecting the temperature of the cooling water flowing inside the engine body 1 (the cylinder block 3 and the cylinder head 4). Note that the temperature of the cooling water detected by the water temperature sensor SN2 corresponds to an example of the “temperature of the engine body” in the claims.

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２と、吸気弁１１および排気弁１２をクランク軸７の回転に連動して開閉駆動する動弁機構１３，１４とが設けられている。   The cylinder head 4 has an intake port 9 and an exhaust port 10 that open to the combustion chamber 6, an intake valve 11 that opens and closes the intake port 9, an exhaust valve 12 that opens and closes the exhaust port 10, and an intake valve 11 and an exhaust valve 12. And valve operating mechanisms 13 and 14 for driving the opening and closing in conjunction with the rotation of the crankshaft 7.

シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６に燃料（軽油）を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。燃料噴射弁１５は、例えば、燃焼室６の天井面の中央部から放射状に燃料を噴射する多噴孔型の噴射弁である。なお、図示を省略するが、ピストン５の冠面には、燃料噴射弁１５から噴射された燃料を受け入れるための凹部（キャビティ）が形成されている。   The cylinder head 4 is further provided with a fuel injection valve 15 for injecting fuel (light oil) into the combustion chamber 6. The fuel injection valve 15 is, for example, a multi-injection-type injection valve that injects fuel radially from the center of the ceiling surface of the combustion chamber 6. Although not shown, a concave portion (cavity) for receiving the fuel injected from the fuel injection valve 15 is formed on the crown surface of the piston 5.

吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。この吸気通路３０には、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、過給装置５０により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３２と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３３と、サージタンク３４とが、吸気通路３０の上流側（エンジン本体１から遠い側）からこの順に設けられている。   The intake passage 30 is connected to one side surface of the cylinder head 4 so as to communicate with the intake port 9. The intake passage 30 includes an air cleaner 31 for removing foreign substances from the intake air, an intercooler 32 for cooling the intake air compressed by the supercharging device 50, an openable / closable throttle valve 33 for adjusting the flow rate of the intake air, and a surge valve. A tank 34 is provided in this order from the upstream side of the intake passage 30 (a side far from the engine body 1).

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１よりも下流側の部分には、吸気通路３０を通じてエンジン本体１に導入される空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３が設けられている。また、サージタンク３４には、その内部の吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ４が設けられている。   An air flow sensor SN3 that detects a flow rate of air (fresh air) introduced into the engine body 1 through the intake passage 30 is provided in a portion of the intake passage 30 downstream of the air cleaner 31. Further, the surge tank 34 is provided with an intake pressure sensor SN4 for detecting the pressure of intake air inside the surge tank 34.

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。この排気通路４０には、排気ガスに含まれる各種の有害成分を浄化するための複数の触媒４１〜４４が設けられている。具体的に、当実施形態では、酸化触媒４１と、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）４２と、ＳＣＲ触媒４３と、スリップ触媒４４とが、排気通路４０の上流側（エンジン本体１に近い側）からこの順に設けられている。また、排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分には、尿素インジェクタ４５とミキシングプレート４７とが設けられている。   The exhaust passage 40 is connected to the other side of the cylinder head 4 so as to communicate with the exhaust port 10. The exhaust passage 40 is provided with a plurality of catalysts 41 to 44 for purifying various harmful components contained in the exhaust gas. Specifically, in the present embodiment, the oxidation catalyst 41, the DPF (diesel particulate filter) 42, the SCR catalyst 43, and the slip catalyst 44 are arranged on the upstream side of the exhaust passage 40 (the side near the engine body 1). ) Are provided in this order. A urea injector 45 and a mixing plate 47 are provided in a portion of the exhaust passage 40 between the DPF 42 and the SCR catalyst 43.

酸化触媒４１は、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化して無害化する（ＣＯ２およびＨ２Ｏに変換する）ための触媒であり、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持された白金やパラジウム等の触媒物質とを有している。 The oxidation catalyst 41 is a catalyst for oxidizing CO and HC in the exhaust gas to make them harmless (converting them into CO 2 and H 2 O). For example, a porous carrier and a carrier supported on the carrier are used. And a catalytic substance such as platinum or palladium.

ＤＰＦ４２は、排気ガス中のスート（煤）を捕集するためのフィルタである。このＤＰＦ４２には、フィルタ再生時の高温条件下でスートを燃焼させるための白金等の触媒物質が含まれている。   The DPF 42 is a filter for collecting soot (soot) in the exhaust gas. The DPF 42 contains a catalytic substance such as platinum for burning soot under high temperature conditions at the time of filter regeneration.

尿素インジェクタ４５は、高純度の尿素を溶解した尿素水を排気通路４０の内部に噴射する噴射弁である。尿素インジェクタ４５には、尿素水を貯留するタンク４６から供給管４６ａを通じて尿素水が供給される。尿素インジェクタ４５から排気通路４０内に尿素水が噴射されると、この尿素水に含まれる尿素は、高温下での加水分解によりアンモニア（ＮＨ３）に変換されて、下流側のＳＣＲ触媒４３に吸着される。なお、尿素インジェクタ４５は、請求項にいう「尿素供給装置」に相当する。 The urea injector 45 is an injection valve that injects urea water in which high-purity urea is dissolved into the exhaust passage 40. Urea water is supplied to the urea injector 45 from a tank 46 storing urea water through a supply pipe 46a. When urea water is injected from the urea injector 45 into the exhaust passage 40, urea contained in the urea water is converted into ammonia (NH 3 ) by hydrolysis at a high temperature, and is converted to ammonia (NH 3 ) by the SCR catalyst 43 on the downstream side. Adsorbed. The urea injector 45 corresponds to a “urea supply device” in the claims.

ミキシングプレート４７は、排気通路４０を前後に仕切る板状の部材であり、排気通路４０における尿素インジェクタ４５とＳＣＲ触媒４３との間の部分に設けられている。ミキシングプレート４７には、排気ガスの流れを撹拌するための複数の開口が形成されている。このようなミキシングプレート４７は、尿素インジェクタ４５から噴射された尿素水に含まれる尿素を均一に分散させつつ下流側（ＳＣＲ触媒４３）に送出する役割を果たす。   The mixing plate 47 is a plate-shaped member that partitions the exhaust passage 40 back and forth, and is provided at a portion of the exhaust passage 40 between the urea injector 45 and the SCR catalyst 43. The mixing plate 47 has a plurality of openings for stirring the flow of the exhaust gas. The mixing plate 47 plays a role of uniformly dispersing the urea contained in the urea water injected from the urea injector 45 and sending the urea to the downstream side (SCR catalyst 43).

ＳＣＲ触媒４３は、排気ガス中のＮＯｘを還元して無害化する（Ｎ２やＨ２Ｏに変換する）ための触媒であり、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持されたバナジウム、タングステン、またはゼオライト等の触媒物質とを有している。上述したとおり、ＳＣＲ触媒４３には、尿素インジェクタ４５が噴射した尿素水から生成されるアンモニアが吸着される。ＳＣＲ触媒４３は、このアンモニアを還元剤として用いた化学反応により、排気ガス中のＮＯｘをＮ２やＨ２Ｏに変換させる。 The SCR catalyst 43 is a catalyst for reducing NOx in exhaust gas to make it harmless (converting it to N 2 or H 2 O). For example, a porous carrier and vanadium carried on the carrier are used. , Tungsten, or a catalytic substance such as zeolite. As described above, ammonia generated from the urea water injected by the urea injector 45 is adsorbed on the SCR catalyst 43. SCR catalyst 43, by a chemical reaction using ammonia as a reducing agent, to convert NOx in the exhaust gas to N 2 and H 2 O.

スリップ触媒４４は、ＳＣＲ触媒４３からスリップした（つまりＮＯｘの還元に使われないまま下流側に流出した）アンモニアを酸化するための酸化触媒である。このスリップ触媒４４としては、例えば酸化触媒４１と同様の構造のものを用いることができる。   The slip catalyst 44 is an oxidation catalyst for oxidizing ammonia that has slipped from the SCR catalyst 43 (that is, has flowed downstream without being used for NOx reduction). As the slip catalyst 44, for example, one having the same structure as the oxidation catalyst 41 can be used.

排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分には、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度センサＳＮ５が設けられている。また、このＮＯｘ濃度センサＳＮ５よりも下流側であってＳＣＲ触媒４３の直上流に位置する部分の排気通路４０（ミキシングプレート４７とＳＣＲ触媒４３との間の部分）には、排気ガスの温度を検出する排気温センサＳＮ６が設けられている。   A portion of the exhaust passage 40 between the DPF 42 and the SCR catalyst 43 is provided with a NOx concentration sensor SN5 for detecting the concentration of NOx contained in the exhaust gas. Further, the temperature of the exhaust gas is supplied to the exhaust passage 40 (the portion between the mixing plate 47 and the SCR catalyst 43) which is located downstream of the NOx concentration sensor SN5 and immediately upstream of the SCR catalyst 43. An exhaust temperature sensor SN6 for detecting is provided.

過給装置５０は、いわゆる２ステージ型の過給装置であり、直列に配置された第１過給機５１および第２過給機５２を有している。   The supercharging device 50 is a so-called two-stage type supercharging device, and has a first supercharger 51 and a second supercharger 52 arranged in series.

第１過給機５１は、いわゆるターボ過給機であり、排気通路４０を流通する排気ガスにより回転駆動されるタービン６１と、タービン６１と連動して回転可能に設けられ、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮する第１コンプレッサ６２とを有している。第１コンプレッサ６２は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３２との間の部分に配置され、タービン６１は、排気通路４０における酸化触媒４１よりも上流側の部分に配置されている。排気通路４０には、タービン６１をバイパスするためのバイパス通路６３が設けられており、このバイパス通路６３には開閉可能なウェストゲート弁６４が設けられている。   The first supercharger 51 is a so-called turbocharger, and is provided so as to be rotatable in conjunction with the turbine 61, which is driven by exhaust gas flowing through the exhaust passage 40, and to flow through the intake passage 30. And a first compressor 62 for compressing intake air to be supplied. The first compressor 62 is disposed in a portion between the air cleaner 31 and the intercooler 32 in the intake passage 30, and the turbine 61 is disposed in a portion of the exhaust passage 40 upstream of the oxidation catalyst 41. In the exhaust passage 40, a bypass passage 63 for bypassing the turbine 61 is provided. In the bypass passage 63, an openable / closable wastegate valve 64 is provided.

第２過給機５２は、いわゆる電動過給機であり、電気式の駆動モータ６６と、駆動モータ６６により回転駆動されることで吸気を圧縮する第２コンプレッサ６７とを有している。第２コンプレッサ６７は、吸気通路３０における第１コンプレッサ６２よりも下流側（第１コンプレッサ６２とインタークーラ３２との間）の部分に配置されている。吸気通路３０には、第２コンプレッサ６７をバイパスするためのバイパス通路６８が設けられており、このバイパス通路６８には開閉可能なバイパス弁６９が設けられている。   The second supercharger 52 is a so-called electric supercharger, and includes an electric drive motor 66 and a second compressor 67 that is driven by the drive motor 66 to compress intake air. The second compressor 67 is disposed downstream of the first compressor 62 in the intake passage 30 (between the first compressor 62 and the intercooler 32). A bypass passage 68 for bypassing the second compressor 67 is provided in the intake passage 30, and a bypass valve 69 that can be opened and closed is provided in the bypass passage 68.

ＥＧＲ装置７０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１に設けられたＥＧＲクーラ７２およびＥＧＲ弁７３とを有している。ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０におけるタービン６１よりも上流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３３とサージタンク３４との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ７２は、例えばエンジンの冷却水を利用した熱交換器であり、ＥＧＲ通路７１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却する。ＥＧＲ弁７３は、ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲクーラ７２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）の部分に設けられ、ＥＧＲ通路７１を流通する排気ガスの流量を調整する。   The EGR device 70 has an EGR passage 71 that connects the exhaust passage 40 and the intake passage 30, and an EGR cooler 72 and an EGR valve 73 provided in the EGR passage 71. The EGR passage 71 connects a portion of the exhaust passage 40 upstream of the turbine 61 with a portion of the intake passage 30 between the throttle valve 33 and the surge tank 34. The EGR cooler 72 is a heat exchanger using, for example, engine cooling water, and cools exhaust gas (EGR gas) that is recirculated from the exhaust passage 40 to the intake passage 30 through the EGR passage 71. The EGR valve 73 is provided downstream of the EGR cooler 72 (closer to the intake passage 30) in the EGR passage 71, and adjusts the flow rate of exhaust gas flowing through the EGR passage 71.

（２）制御系統
図２は、当実施形態のエンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるコントローラ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。なお、コントローラ１００は、単一のプロセッサである必要はなく、電気的に接続された（相互に連携可能な）複数のプロセッサを含んでいてもよい。例えば、コントローラ１００は、主にエンジン本体１を制御するための第１のプロセッサと、尿素インジェクタ４５等を制御するための第２のプロセッサとを含んでいてもよい。 (2) Control System FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the engine of the present embodiment. The controller 100 shown in FIG. 1 is a microprocessor for controlling the engine as a whole, and includes a well-known CPU, ROM, RAM, and the like. Note that the controller 100 does not need to be a single processor, and may include a plurality of processors that are electrically connected (can cooperate with each other). For example, the controller 100 may include a first processor for mainly controlling the engine body 1 and a second processor for controlling the urea injector 45 and the like.

コントローラ１００には各種センサによる検出情報が入力される。具体的に、コントローラ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気圧センサＳＮ４、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５、および排気温センサＳＮ６と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された各種情報、例えばクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気圧（過給圧）、排気ガス中のＮＯｘ濃度、および排気ガスの温度等の情報が、それぞれコントローラ１００に入力される。   Detection information from various sensors is input to the controller 100. Specifically, the controller 100 is electrically connected to the above-described crank angle sensor SN1, water temperature sensor SN2, air flow sensor SN3, intake pressure sensor SN4, NOx concentration sensor SN5, and exhaust temperature sensor SN6. Various information detected by the controller 100, such as crank angle, engine rotation speed, engine water temperature, intake flow rate, intake pressure (supercharging pressure), NOx concentration in exhaust gas, and exhaust gas temperature, are respectively sent to the controller 100. Is entered.

また、車両には、当該車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ７と、車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（以下、アクセル開度という）を検出するアクセルセンサＳＮ８と、外気温を検出する外気温センサＳＮ９とが設けられており、これら車速センサＳＮ７、アクセルセンサＳＮ８、および外気温センサＳＮ９による検出情報もコントローラ１００に入力される。   Further, the vehicle has a vehicle speed sensor SN7 for detecting a traveling speed (hereinafter, referred to as a vehicle speed) of the vehicle, and an opening of an accelerator pedal (hereinafter, referred to as an accelerator opening) operated by a driver driving the vehicle. An accelerator sensor SN8 and an outside air temperature sensor SN9 for detecting an outside air temperature are provided. Information detected by the vehicle speed sensor SN7, the accelerator sensor SN8, and the outside air temperature sensor SN9 is also input to the controller 100.

コントローラ１００は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ９からの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、コントローラ１００は、燃料噴射弁１５、スロットル弁３３、尿素インジェクタ４５、ウェストゲート弁６４、駆動モータ６６、バイパス弁６９、およびＥＧＲ弁７３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。   The controller 100 controls various parts of the engine while executing various determinations and calculations based on the input information from the sensors SN1 to SN9. That is, the controller 100 is electrically connected to the fuel injection valve 15, the throttle valve 33, the urea injector 45, the wastegate valve 64, the drive motor 66, the bypass valve 69, the EGR valve 73, and the like. And the like, and outputs a control signal to each of these devices.

上記制御に関する機能的要素として、コントローラ１００は、主制御部１０１と、ＳＣＲ状態推定部１０２と、ドージング制御部１０３とを有している。   As functional elements related to the above control, the controller 100 has a main control unit 101, an SCR state estimation unit 102, and a dosing control unit 103.

主制御部１０１は、エンジン本体１での燃焼制御を司る制御モジュールである。例えば、主制御部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ８の検出値（アクセル開度）から特定されるエンジン負荷（要求トルク）と、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量とに基づいて、燃料噴射弁１５からの燃料の噴射量および噴射タイミングを決定し、その決定に従って燃料噴射弁１５を制御する。また、主制御部１０１は、上記エンジン回転速度／負荷等に基づいて目標過給圧を設定するとともに、吸気圧センサＳＮ４により検出される吸気圧（過給圧）がこの目標過給圧に一致するように、ウェストゲート弁６４およびバイパス弁６９の各開度や駆動モータ６６の回転を制御する。さらに、主制御部１０１は、ＥＧＲ率（気筒２に導入される全ガスに対するＥＧＲガスの割合）の目標値である目標ＥＧＲ率を上記エンジン回転速度／負荷等に基づいて設定し、この目標ＥＧＲ率が実現されるようにスロットル弁３３およびＥＧＲ弁７３の各開度を制御する。なお、主制御部１０１は、後述する昇温制御（図７のステップＳ１５）の際には、ＳＣＲ触媒４３を昇温させるために排気ガスの温度を上昇させる制御を実行する。このような主制御部１０１は、請求項にいう「触媒温度制御部」に相当する。   The main control unit 101 is a control module for controlling combustion in the engine body 1. For example, the main control unit 101 detects the engine rotation speed detected by the crank angle sensor SN1, the engine load (required torque) specified from the detection value (accelerator opening) of the accelerator sensor SN8, and the airflow sensor SN3. The fuel injection amount and the injection timing from the fuel injection valve 15 are determined based on the intake air flow rate, and the fuel injection valve 15 is controlled according to the determination. The main control unit 101 sets a target supercharging pressure based on the engine speed / load and the like, and the intake pressure (supercharging pressure) detected by the intake pressure sensor SN4 matches the target supercharging pressure. Thus, the opening of the waste gate valve 64 and the bypass valve 69 and the rotation of the drive motor 66 are controlled. Further, the main control unit 101 sets a target EGR rate which is a target value of an EGR rate (a ratio of the EGR gas to all the gases introduced into the cylinder 2) based on the engine speed / load and the like. Each opening of the throttle valve 33 and the EGR valve 73 is controlled so that the rate is realized. The main controller 101 executes control for increasing the temperature of the exhaust gas in order to increase the temperature of the SCR catalyst 43 during the temperature increase control (step S15 in FIG. 7) described later. Such a main control unit 101 corresponds to a “catalyst temperature control unit” in the claims.

ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４３の状態を推定する処理を司る制御モジュールである。例えば、ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、排気温センサＳＮ６により検出される排気ガスの温度と、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３の温度やアンモニア吸着量を推定する。なお、ＳＣＲ状態推定部１０２は、請求項にいう「温度推定部」に相当する。また、このＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるＳＣＲ触媒４３の温度は、請求項にいう「指標温度」の一例に該当する。   The SCR state estimating unit 102 is a control module that performs processing for estimating the state of the SCR catalyst 43. For example, the SCR state estimating unit 102 determines the NOx concentration in the exhaust gas detected by the NOx concentration sensor SN5, the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust temperature sensor SN6, and the injection amount of urea water from the urea injector 45. Is used to estimate the temperature of the SCR catalyst 43 and the amount of adsorbed ammonia. Note that the SCR state estimating unit 102 corresponds to a “temperature estimating unit” in the claims. Further, the temperature of the SCR catalyst 43 estimated by the SCR state estimating unit 102 corresponds to an example of the “index temperature” in the claims.

ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５による尿素水の噴射制御を司る制御モジュールである。例えば、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるＳＣＲ触媒４３の温度に基づいて尿素水の噴射量を決定し、その決定に従って尿素インジェクタ４５を制御する。なお、ドージング制御部１０３は、請求項にいう「尿素供給制御部」に相当する。   The dosing control unit 103 is a control module that controls the injection of urea water by the urea injector 45. For example, the dosing control unit 103 determines the injection amount of the urea water based on the temperature of the SCR catalyst 43 estimated by the SCR state estimation unit 102, and controls the urea injector 45 according to the determination. Note that the dosing control unit 103 corresponds to a “urea supply control unit” in the claims.

（３）通常運転時のドージング制御
次に、エンジンの通常運転時（後述する始動時等を除く運転時）に行われるドージング制御について説明する。この通常運転時のドージング制御では、ＳＣＲ触媒４３の温度に応じてアンモニアの目標吸着量（図５のＱａ）を設定し、この目標吸着量に応じた量の尿素水を尿素インジェクタ４５から噴射するといった制御が実行される。以下、詳しく説明する。 (3) Dosing Control During Normal Operation Next, dosing control performed during normal operation of the engine (at the time of operation other than startup, which will be described later) will be described. In the dosing control during the normal operation, a target adsorption amount of ammonia (Qa in FIG. 5) is set according to the temperature of the SCR catalyst 43, and urea water is injected from the urea injector 45 in an amount corresponding to the target adsorption amount. Is performed. The details will be described below.

図３は、通常運転時のドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、コントローラ１００は、ステップＳ１において、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する。なお、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、典型的には、ＳＣＲ触媒４３の担体の温度、つまり床温のことである。   FIG. 3 is a flowchart illustrating a specific procedure of dosing control during normal operation. When the control shown in this flowchart starts, the controller 100 estimates the temperature Ts of the SCR catalyst 43 in step S1. The temperature Ts of the SCR catalyst 43 is typically the temperature of the carrier of the SCR catalyst 43, that is, the bed temperature.

図４は、上記ステップＳ１においてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する手順を模式的に示す図である（図中ではＳＣＲ触媒のことを単にＳＣＲと略記している）。本図に示すように、コントローラ１００は、まず、排気温センサＳＮ６により検出されるＳＣＲ触媒４３の直前の排気ガスの温度と、排気ガスの流量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３への入熱量を算出する。なお、排気ガスの流量は、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から推定することができる。次に、コントローラ１００は、車速センサＳＮ７により検出される車速と、外気温センサＳＮ９により検出される外気温とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量を算出する。そして、このようにして算出されたＳＣＲ触媒４３の入熱量および放熱量と、予め記憶されているＳＣＲ触媒４３の熱容量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを算出する。具体的に、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、入熱量が大きいかまたは放熱量が小さいほど高い値に算出され、入熱量が小さいかまたは放熱量が大きいほど低い値に算出される。   FIG. 4 is a diagram schematically showing a procedure for estimating the temperature Ts of the SCR catalyst 43 in the step S1 (the SCR catalyst is simply abbreviated as SCR in the figure). As shown in the figure, the controller 100 first determines the amount of heat input to the SCR catalyst 43 based on the temperature of the exhaust gas immediately before the SCR catalyst 43 detected by the exhaust gas temperature sensor SN6 and the flow rate of the exhaust gas. calculate. The flow rate of the exhaust gas can be estimated from the intake flow rate detected by the air flow sensor SN3, the opening of the EGR valve 73, and the like. Next, the controller 100 calculates the amount of heat released from the SCR catalyst 43 based on the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor SN7 and the outside air temperature detected by the outside air temperature sensor SN9. Then, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is calculated based on the heat input amount and the heat release amount of the SCR catalyst 43 calculated in this way, and the heat capacity of the SCR catalyst 43 stored in advance. Specifically, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is calculated to be higher as the heat input amount is larger or the heat radiation amount is smaller, and is calculated to be lower as the heat input amount is smaller or the heat radiation amount is larger.

ここで、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量は、車速が高いほど大きいものとして扱うことができる。これは、車速が高いほどＳＣＲ触媒４３にあたる走行風が増えて放熱が促進されるからである。逆に、放熱量は、車速が低いほど小さくなるので、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、車速が低いほど高いと推定されることになる。   Here, the heat release amount from the SCR catalyst 43 can be treated as being larger as the vehicle speed is higher. This is because the higher the vehicle speed is, the more the traveling wind hits the SCR catalyst 43 and the more the heat radiation is promoted. Conversely, since the heat release amount decreases as the vehicle speed decreases, it is estimated that the temperature Ts of the SCR catalyst 43 increases as the vehicle speed decreases.

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ２に移行して、ＳＣＲ触媒４３に吸着させるべきアンモニアの目標吸着量Ｑａを決定する。目標吸着量Ｑａは、図５のグラフに示すように、ＳＣＲ触媒４３の温度（ＳＣＲ温度）Ｔｓに応じて可変的に設定される。コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓと目標吸着量Ｑａとの関係を定めたマップを予め記憶しており、上記ステップＳ１で推定されたＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓをこのマップに照合することにより、目標吸着量Ｑａを決定する。   Next, the controller 100 proceeds to step S2 to determine a target adsorption amount Qa of ammonia to be adsorbed on the SCR catalyst 43. The target adsorption amount Qa is variably set according to the temperature (SCR temperature) Ts of the SCR catalyst 43 as shown in the graph of FIG. The controller 100 stores in advance a map that defines the relationship between the temperature Ts of the SCR catalyst 43 and the target adsorption amount Qa, and compares the temperature Ts of the SCR catalyst 43 estimated in step S1 with this map. , The target adsorption amount Qa is determined.

アンモニアの目標吸着量Ｑａは、同じく図５に示すアンモニアの上限吸着量Ｑｘよりも小さい値に設定される。上限吸着量Ｑｘとは、ＳＣＲ触媒４３に吸着させることが可能な上限のアンモニア吸着量であり、飽和吸着量とも呼ばれるものである。ＳＣＲ触媒４３は、その温度が高くなるほどアンモニアを吸着し難くなるという性質がある。このため、図５の上限吸着量Ｑｘのラインは、全体として、高温側（右側）ほど吸着量が少なくなる（右下がりの）傾向を有している。   The target adsorption amount Qa of ammonia is set to a value smaller than the upper limit adsorption amount Qx of ammonia similarly shown in FIG. The upper limit adsorption amount Qx is an upper limit ammonia adsorption amount that can be adsorbed by the SCR catalyst 43, and is also called a saturated adsorption amount. The SCR catalyst 43 has such a property that it becomes more difficult to adsorb ammonia as its temperature becomes higher. Therefore, the line of the upper limit adsorption amount Qx in FIG. 5 has a tendency that the adsorption amount decreases (downward to the right) as the temperature becomes higher (right side) as a whole.

上記のような上限吸着量Ｑｘの傾向に合わせて、アンモニアの目標吸着量Ｑａも、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが高いほど低くなる（逆に温度Ｔｓが低いほど高くなる）ように設定される。ただし、このように温度に依存して目標吸着量Ｑａが変化するのは第１所定温度Ｔ１から第２所定温度Ｔ２までの範囲だけであり、第１所定温度Ｔ１以下となる低温側の範囲では目標吸着量Ｑａが一律にＱ１に設定され、第２所定温度Ｔ２以上となる高温側の範囲では目標吸着量Ｑａが一律にゼロに設定される。なお、前者のように低温側（Ｔｓ≦Ｔ１）で目標吸着量Ｑａが一定値Ｑ１とされるのは、Ｑ１程度のアンモニアが吸着されていればＮＯｘの浄化性能が十分に良好になるので、Ｑ１よりもさらに吸着量を増やす意味がないからである。   In accordance with the tendency of the upper limit adsorption amount Qx as described above, the target adsorption amount Qa of ammonia is set to be lower as the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is higher (conversely, it is higher as the temperature Ts is lower). However, the target adsorption amount Qa changes depending on the temperature only in the range from the first predetermined temperature T1 to the second predetermined temperature T2, and in the lower temperature range below the first predetermined temperature T1. The target adsorption amount Qa is uniformly set to Q1, and the target adsorption amount Qa is uniformly set to zero in a high temperature range where the temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature T2. Note that the reason why the target adsorption amount Qa is set to the constant value Q1 on the low temperature side (Ts ≦ T1) as in the former case is that the NOx purification performance becomes sufficiently good if about Q1 of ammonia is adsorbed. This is because there is no point in increasing the adsorption amount further than Q1.

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ３に移行して、現時点でＳＣＲ触媒４３に吸着されているアンモニアの量である現アンモニア吸着量Ｑｃを推定する。後述するステップＳ５で詳しく説明するように、現アンモニア吸着量Ｑｃは、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量を決定する過程で使用されるパラメータである。このため、現アンモニア吸着量Ｑｃは、これまでの尿素水の噴射量の履歴から逆算により求めることができる。すなわち、尿素水の噴射量の履歴から求められる各時点のアンモニア供給量から、ＳＣＲ触媒４３での各時点のアンモニア消費量（後述するステップＳ４で算出）を差し引いた分が、ＳＣＲ触媒４３に都度蓄積されることになるので、この蓄積分を時間ごとに積算したものを現アンモニア吸着量Ｑｃとして算出することができる。   Next, the controller 100 proceeds to step S3 to estimate the current ammonia adsorption amount Qc, which is the amount of ammonia currently adsorbed on the SCR catalyst 43. As will be described in detail in step S5 described later, the current ammonia adsorption amount Qc is a parameter used in the process of determining the injection amount of urea water from the urea injector 45. For this reason, the current ammonia adsorption amount Qc can be obtained by back calculation from the history of the injection amount of urea water up to now. That is, the amount obtained by subtracting the ammonia consumption amount at each point in time in the SCR catalyst 43 (calculated in step S4 described later) from the ammonia supply amount at each point in time obtained from the history of the injection amount of urea water is calculated for the SCR catalyst 43 each time. Since the accumulated amount is accumulated for each time, the accumulated amount can be calculated as the current ammonia adsorption amount Qc.

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ４に移行して、ＳＣＲ触媒４３において消費されるアンモニアの量であるアンモニア消費量Ｗを推定する。具体的に、コントローラ１００は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、演算により推定される排気ガスの流量（吸気流量の検出値やＥＧＲ弁７３の開度等から求められる値）とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘの量を算出し、このＮＯｘの流入量に基づいて、ＳＣＲ触媒４３でＮＯｘ還元のために消費されるアンモニアの量つまりアンモニア消費量Ｗを算出する（後述する図６の一部参照）。   Next, the controller 100 proceeds to step S4, and estimates the ammonia consumption W which is the amount of ammonia consumed in the SCR catalyst 43. Specifically, the controller 100 obtains the NOx concentration in the exhaust gas detected by the NOx concentration sensor SN5, and the flow rate of the exhaust gas estimated by the calculation (the detected value of the intake flow rate, the opening degree of the EGR valve 73, and the like). Value), the amount of NOx flowing into the SCR catalyst 43 is calculated, and the amount of ammonia consumed for NOx reduction in the SCR catalyst 43, that is, the ammonia consumption W is calculated based on the amount of NOx flowing in. It is calculated (see a part of FIG. 6 described later).

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ５，Ｓ６に移行して、尿素インジェクタ４５から噴射すべき尿素水の噴射量Ｕを決定し、この決定した噴射量Ｕに相当する尿素を尿素インジェクタ４５から噴射させる。   Next, the controller 100 proceeds to steps S5 and S6, determines the injection amount U of the urea water to be injected from the urea injector 45, and causes the urea injector 45 to inject urea corresponding to the determined injection amount U.

図６は、上記ステップＳ５において噴射量Ｕを決定する手順を模式的に示す図である。本図に示すように、コントローラ１００は、上記ステップＳ４で求められたアンモニア消費量Ｗと、アンモニアの要求余剰供給量Ｑｄとに基づいて、尿素水の噴射量Ｕを算出する。ここで、アンモニアの要求余剰供給量Ｑｄとは、ＳＣＲ触媒４３においてアンモニア吸着量Ｑｃを目標吸着量Ｑａまで高めるのに必要なアンモニアの余剰供給量のことであり、上記ステップＳ２で決定されたアンモニアの目標吸着量Ｑａから、上記ステップＳ３で算出された現アンモニア吸着量Ｑｃを差し引くことで得られる値である。尿素水の噴射量Ｕは、要求余剰供給量Ｑｄおよびアンモニア消費量Ｗのいずれが多い場合でも大きい値として算出される。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a procedure for determining the injection amount U in step S5. As shown in the figure, the controller 100 calculates the injection amount U of the urea water based on the ammonia consumption amount W obtained in step S4 and the required surplus supply amount Qd of ammonia. Here, the required surplus supply amount of ammonia Qd is a surplus supply amount of ammonia necessary to increase the ammonia adsorption amount Qc to the target adsorption amount Qa in the SCR catalyst 43, and the ammonia surplus supply amount determined in the step S2. Is the value obtained by subtracting the current ammonia adsorption amount Qc calculated in step S3 from the target adsorption amount Qa. The injection amount U of urea water is calculated as a large value regardless of whether the required surplus supply amount Qd or the ammonia consumption amount W is large.

（４）エンジン始動時のドージング制御
次に、エンジン始動時のドージング制御について説明する。エンジン始動時におけるＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、通常、直近のエンジン停止時のＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓよりも下がっている。この場合において、エンジン停止時のＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓがかなり高温（例えば図５のグラフにおける第２所定温度Ｔ２に近い温度）であったと仮定すると、エンジン始動時におけるＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃは非常に少ないことになる。このため、エンジン始動後直ちに尿素水を噴射してＳＣＲ触媒４３にアンモニアを供給することが望まれるが、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが低い期間（後述する図８に示す基準温度Ｘよりも低い期間）はそもそも尿素水を噴射することができない。そこで、このようなケースを想定して、エンジン始動時は通常運転時とは異なるドージング制御が実行される。以下、詳しく説明する。 (4) Dosing Control at Engine Start Next, dosing control at engine start will be described. The temperature Ts of the SCR catalyst 43 at the time of starting the engine is usually lower than the temperature Ts of the SCR catalyst 43 at the time of the latest engine stop. In this case, assuming that the temperature Ts of the SCR catalyst 43 when the engine is stopped is considerably high (for example, a temperature close to the second predetermined temperature T2 in the graph of FIG. 5), the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst 43 when the engine is started Qc will be very small. For this reason, it is desired to supply urea water to the SCR catalyst 43 immediately after the start of the engine to supply ammonia to the SCR catalyst 43. ) Cannot inject urea water in the first place. Therefore, assuming such a case, dosing control different from that during normal operation is performed when the engine is started. The details will be described below.

図７は、エンジン始動時のドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御は、車両に搭乗したドライバーにより図外のイグニッションスイッチがオン操作されることでスタートする。まず、コントローラ１００は、ステップＳ１１において、イグニッションスイッチのオン操作（つまりエンジンの始動操作）が行われてから所定期間が経過したか否かを判定する。この所定期間は、エンジン回転が安定せずかつエンジン各部の温度が急激に変化するような始動時のごく初期を除く目的で設定されている。   FIG. 7 is a flowchart showing a specific procedure of dosing control at the time of starting the engine. The control shown in this flowchart is started when an ignition switch (not shown) is turned on by a driver on the vehicle. First, in step S11, the controller 100 determines whether or not a predetermined period has elapsed since the turning-on operation of the ignition switch (that is, the starting operation of the engine). This predetermined period is set for the purpose of excluding the very beginning at the time of starting in which the engine rotation is not stabilized and the temperature of each part of the engine changes rapidly.

上記ステップＳ１１でＹＥＳと判定されて始動操作から所定期間が経過したことが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１２に移行して、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ未満であるか否かを判定する。ここで、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、上述した図３のステップＳ１と同様、排気ガスの温度や流量等の各種パラメータから演算により推定される値である。また、この温度Ｔｓと比較される基準温度Ｘは、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射の可否を決定するための閾値であり、尿素水に含まれる尿素がアンモニアに変換される割合を考慮して予め定められている。なお、基準温度Ｘは、図５のマップに示した第１所定温度Ｔ１（アンモニアの目標吸着量Ｑａが最大値をとる温度）よりも低い値に設定されている。   If it is determined YES in the above step S11 and it is confirmed that a predetermined period has elapsed since the start operation, the controller 100 proceeds to step S12 and determines whether or not the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is lower than the reference temperature X. Is determined. Here, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is a value estimated by calculation from various parameters such as the temperature and flow rate of the exhaust gas, similarly to step S1 in FIG. The reference temperature X to be compared with the temperature Ts is a threshold value for determining whether or not urea water can be injected from the urea injector 45, and takes into account the rate at which urea contained in the urea water is converted to ammonia. Is predetermined. The reference temperature X is set to a value lower than the first predetermined temperature T1 (the temperature at which the target adsorption amount Qa of ammonia takes the maximum value) shown in the map of FIG.

図８は、ＳＣＲ触媒４３の温度（ＳＣＲ温度）Ｔｓと、尿素からアンモニアに変換される割合（アンモニア変換率）との関係を示すグラフである。この図８のグラフに示すように、アンモニア変換率は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが高いほど高くなり、逆に温度Ｔｓが低いほど低くなる。このことは、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓがかなり低い状態で尿素水を噴射しても、尿素の多くがアンモニアとしてＳＣＲ触媒４３に吸着されない（つまり噴射した尿素水の多くが無駄になる）ことを意味する。そこで、当実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓについて基準温度Ｘを設定し、この基準温度Ｘ未満では尿素水の噴射を禁止するようにしている。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the temperature (SCR temperature) Ts of the SCR catalyst 43 and the rate at which urea is converted to ammonia (ammonia conversion rate). As shown in the graph of FIG. 8, the ammonia conversion rate increases as the temperature Ts of the SCR catalyst 43 increases, and decreases as the temperature Ts decreases. This means that even if urea water is injected while the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is considerably low, much of the urea is not adsorbed to the SCR catalyst 43 as ammonia (that is, much of the injected urea water is wasted). means. Therefore, in this embodiment, the reference temperature X is set for the temperature Ts of the SCR catalyst 43, and the injection of urea water is prohibited below the reference temperature X.

上記ステップＳ１２でＮＯと判定されてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ以上であることが確認された場合、つまり尿素水の噴射が許可される条件であるとき、コントローラ１００は、図３に示した通常運転時のドージング制御に移行する。   If NO is determined in step S12 and it is confirmed that the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is equal to or higher than the reference temperature X, that is, if the condition for permitting the injection of the urea water is permitted, the controller 100 proceeds to FIG. The operation shifts to the dosing control in the normal operation shown above.

一方、上記ステップＳ１２でＹＥＳと判定されてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ未満であることが確認された場合（つまり尿素水を噴射できない条件であるとき）、コントローラ１００は、ステップＳ１３に移行して、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが目標吸着量Ｑａよりも少ないか否かを判定する。図３のステップＳ３で説明したように、当実施形態では、エンジンの運転中にＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量（現アンモニア吸着量）Ｑｃを常時算出し、更新している。上記ステップＳ１３では、このように逐次更新されるアンモニア吸着量Ｑｃと、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓに応じて設定される目標吸着量Ｑａ（図５）とが比較され、前者が後者よりも少ないか否かが判定される。   On the other hand, if YES is determined in step S12 and it is confirmed that the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is lower than the reference temperature X (that is, if it is a condition that urea water cannot be injected), the controller 100 proceeds to step S13 Then, it is determined whether the ammonia adsorption amount Qc of the SCR catalyst 43 is smaller than the target adsorption amount Qa. As described in step S3 of FIG. 3, in this embodiment, the ammonia adsorption amount (current ammonia adsorption amount) Qc of the SCR catalyst 43 is constantly calculated and updated during the operation of the engine. In step S13, the ammonia adsorption amount Qc that is successively updated in this way is compared with the target adsorption amount Qa (FIG. 5) set according to the temperature Ts of the SCR catalyst 43, and whether the former is smaller than the latter. It is determined whether or not.

上記ステップＳ１３でＹＥＳと判定されてＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが目標吸着量Ｑａよりも少ないことが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１４に移行して、水温センサＳＮ２により検出されるエンジンの冷却水の温度（エンジン水温）が所定温度Ｙ未満であるか否かを判定する。所定温度Ｙは、エンジンの暖機が完了したとみなせるエンジン水温（例えば８０℃）よりも低い値（例えば２０〜４０℃程度）であり、後述するステップＳ１４の昇温制御において実行されるポスト噴射の有効性を考慮して予め定められている。   When it is determined as YES in the above step S13 and it is confirmed that the ammonia adsorption amount Qc of the SCR catalyst 43 is smaller than the target adsorption amount Qa, the controller 100 proceeds to step S14 and is detected by the water temperature sensor SN2. It is determined whether or not the temperature of the engine cooling water (engine water temperature) is lower than a predetermined temperature Y. The predetermined temperature Y is a value (for example, about 20 to 40 ° C.) lower than the engine water temperature (for example, about 80 ° C.) at which the warming-up of the engine is considered to be completed, and the post-injection executed in the temperature rise control in step S14 described below. Is predetermined in consideration of the effectiveness of

上記ステップＳ１４でＹＥＳと判定されてエンジン水温が所定温度Ｙ未満であることが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１５に移行して、ＳＣＲ触媒４３を加熱するために排気ガスの温度を上昇させる制御（以下、これを昇温制御という）を実行する。具体的に、コントローラ１００は、当該昇温制御として、スロットル弁３３の開度を低減させる等によりエンジン本体１の各気筒２に導入される空気量（新気量）を減少させるとともに、燃料噴射弁１５から噴射される燃料の一部の噴射時期を膨張行程まで遅らせる制御（いわゆるポスト噴射）を実行する。なお、ポスト噴射による噴射時期は、噴射された燃料の多くが気筒２から未燃のまま排出されるような時期であり、例えば膨張行程の中期または後期とされる。   If it is determined YES in the above step S14 and it is confirmed that the engine water temperature is lower than the predetermined temperature Y, the controller 100 proceeds to step S15 and increases the temperature of the exhaust gas to heat the SCR catalyst 43. Control (hereinafter, referred to as temperature increase control) is performed. Specifically, the controller 100 reduces the amount of air (fresh air) introduced into each cylinder 2 of the engine body 1 by reducing the opening degree of the throttle valve 33 and performs fuel injection as the temperature increase control. Control (so-called post-injection) for delaying the injection timing of part of the fuel injected from the valve 15 to the expansion stroke is executed. Note that the injection timing by the post injection is such that most of the injected fuel is discharged from the cylinder 2 unburned, and is, for example, the middle or late stage of the expansion stroke.

上記昇温制御では、気筒２への導入空気量が低減されることにより、気筒２内の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が相対的にリッチにされるとともに、気筒２の内部ガス（混合気およびＥＧＲガスを含めた全ガス）の熱容量が低下する。これにより、気筒２での燃焼温度が上昇するとともに、気筒２から排出される排気ガスの温度が上昇する。また、上記昇温制御では、膨張行程の中期または後期に燃料のポスト噴射が行われることにより、未燃のまま排気通路４０に排出される燃料の量が増える。この排出された未燃の燃料成分は、排気通路４０の途中で酸素と反応して発熱し、排気ガスの温度を上昇させる。このように、上記昇温制御（ステップＳ１５）では、空気量の低減操作とポスト噴射との相乗効果により、排気ガスの温度が十分に高められる。この結果、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、昇温制御を行う前に比べて速い昇温速度で上昇するようになる。   In the temperature raising control, the air-fuel ratio (A / F) of the air-fuel mixture in the cylinder 2 is made relatively rich by reducing the amount of air introduced into the cylinder 2, and the internal gas ( The heat capacity of the mixture (all gases including the EGR gas) decreases. Thus, the combustion temperature in the cylinder 2 increases, and the temperature of the exhaust gas discharged from the cylinder 2 increases. In the above-described temperature raising control, the amount of fuel discharged to the exhaust passage 40 unburned increases by performing post-injection of fuel in the middle or late stage of the expansion stroke. The discharged unburned fuel component reacts with oxygen in the middle of the exhaust passage 40 to generate heat and raise the temperature of the exhaust gas. As described above, in the temperature raising control (step S15), the temperature of the exhaust gas is sufficiently increased by the synergistic effect of the operation of reducing the amount of air and the post injection. As a result, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 increases at a higher temperature increase rate than before the temperature increase control is performed.

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ１６に移行して、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが上述した基準温度Ｘ（図８）以上になったか否かを判定する。そして、ここでの判定がＮＯ（つまりＴｓ＜Ｘ）である間、コントローラ１００は、上記ステップＳ１５の昇温制御を継続する。   Next, the controller 100 proceeds to step S16, and determines whether or not the temperature Ts of the SCR catalyst 43 has become equal to or higher than the above-described reference temperature X (FIG. 8). Then, while the determination here is NO (that is, Ts <X), the controller 100 continues the temperature increase control in step S15.

上記ステップＳ１６でＹＥＳと判定されてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ以上に上昇したことが確認された場合、コントローラ１００は、ステップＳ１７に移行して、尿素インジェクタ４５から尿素水を噴射する制御を開始する。   If it is determined YES in step S16 and it is confirmed that the temperature Ts of the SCR catalyst 43 has risen to the reference temperature X or higher, the controller 100 proceeds to step S17 and injects urea water from the urea injector 45. Start control.

次いで、コントローラ１００は、ステップＳ１８に移行して、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量（現アンモニア吸着量）Ｑｃが図５に示した目標吸着量Ｑａ以上になったか否かを判定する。そして、ここでの判定がＮＯ（つまりＱｃ＜Ｑａ）である間、コントローラ１００は、上記ステップＳ１７の尿素水の噴射制御を継続する。   Next, the controller 100 proceeds to step S18, and determines whether the ammonia adsorption amount (current ammonia adsorption amount) Qc of the SCR catalyst 43 has become equal to or more than the target adsorption amount Qa shown in FIG. While the determination here is NO (that is, Qc <Qa), the controller 100 continues the urea water injection control in step S17.

（５）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、エンジンの始動時において、（ｉ）ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ未満であること、および、（ｉｉ）ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが目標吸着量Ｑａ未満であることの双方が成立したことを条件に（以下、これを特定条件という）、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを上昇させる昇温制御（Ｓ１５）が実行される。そして、この昇温制御では、気筒２への導入空気量を減少させる操作とポスト噴射とが実行されることにより、上記特定条件の非成立よりも排気ガスの温度が高められ、これによってＳＣＲ触媒４３の昇温速度が速められる。このような構成によれば、エンジン始動後速やかにＳＣＲ触媒４３のＮＯｘ浄化性能を回復させることができるという利点がある。 (5) Effects As described above, in the present embodiment, at the time of starting the engine, (i) the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is lower than the reference temperature X, and (ii) the ammonia of the SCR catalyst 43 On condition that both the adsorption amount Qc is less than the target adsorption amount Qa are satisfied (hereinafter, this is referred to as a specific condition), a temperature increase control (S15) for increasing the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is executed. . In this temperature increase control, the operation of reducing the amount of air introduced into the cylinder 2 and the post-injection are performed, so that the temperature of the exhaust gas is higher than when the specific condition is not satisfied. The heating rate of 43 is increased. According to such a configuration, there is an advantage that the NOx purification performance of the SCR catalyst 43 can be recovered immediately after the engine is started.

すなわち、エンジン始動時に上記特定条件が成立したということは、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが目標吸着量Ｑａ以下であるにもかかわらず尿素インジェクタ４５から尿素水を噴射できないことを意味する。このような状態が続くと、ＳＣＲ触媒４３からアンモニアが枯渇してＮＯｘの浄化性能が大幅に低下するおそれがある。これに対し、上記実施形態では、上記特定条件の成立時に、昇温制御によってＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが迅速に上昇させられるので、ほどなくＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ以上となり、尿素インジェクタ４５から尿素水を噴射できるようになる。これにより、エンジン始動後に尿素水が噴射されない期間を可及的に短縮することができ、ＳＣＲ触媒４３のＮＯｘ浄化性能を速やかに回復させることができる。   That is, the fact that the specific condition is satisfied at the time of starting the engine means that urea water cannot be injected from the urea injector 45 even though the ammonia adsorption amount Qc of the SCR catalyst 43 is equal to or less than the target adsorption amount Qa. If such a state continues, ammonia may be depleted from the SCR catalyst 43 and the NOx purification performance may be significantly reduced. On the other hand, in the embodiment, when the specific condition is satisfied, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is quickly increased by the temperature increase control. Urea water can be injected from the injector 45. As a result, the period during which no urea water is injected after the engine is started can be reduced as much as possible, and the NOx purification performance of the SCR catalyst 43 can be quickly restored.

また、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ以上である通常運転時に、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが目標吸着量Ｑａになるように尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量が調整されるので、目標吸着量Ｑａもしくはこれに近い量のアンモニアがＳＣＲ触媒４３に吸着された状態を維持することができ、通常運転時のＮＯｘ浄化性能を良好に確保することができる。一方、目標吸着量Ｑａは、エンジン始動時に上記特定条件の成否を判定するための閾値としても用いられるので、この特定条件の成立に伴って上記昇温制御が実行されることにより、アンモニア吸着量Ｑｃを速やかに目標吸着量Ｑａまで高めることができ、エンジン始動時のＮＯｘ浄化性能を良好に確保することができる。   Further, in the above embodiment, during normal operation in which the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is equal to or higher than the reference temperature X, the urea injector 45 injects urea water so that the ammonia adsorption amount Qc of the SCR catalyst 43 becomes the target adsorption amount Qa. Since the amount is adjusted, it is possible to maintain the state in which the target adsorption amount Qa or an amount of ammonia close to the target adsorption amount Qa is adsorbed by the SCR catalyst 43, and it is possible to ensure good NOx purification performance during normal operation. On the other hand, the target adsorption amount Qa is also used as a threshold for determining whether or not the specific condition is satisfied at the time of starting the engine. Qc can be promptly increased to the target adsorption amount Qa, and the NOx purification performance at the time of starting the engine can be secured well.

また、上記実施形態では、アンモニアの目標吸着量ＱａがＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓに応じて可変的に（温度Ｔｓが高いほど低くなるように）設定されるので、アンモニアの上限吸着量Ｑｘ（飽和吸着量）が温度に応じて変化するというＳＣＲ触媒４３の性質を反映した適切な量のアンモニアをＳＣＲ触媒４３に吸着させることができる。   Further, in the above embodiment, the target adsorption amount Qa of ammonia is variably set according to the temperature Ts of the SCR catalyst 43 (to be lower as the temperature Ts is higher). The SCR catalyst 43 can adsorb an appropriate amount of ammonia reflecting the property of the SCR catalyst 43 that the amount of adsorption changes according to the temperature.

ここで、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、車速が低いほど高くなり易い。これは、車速が低いほどＳＣＲ触媒４３からの放熱量が減少する（ＳＣＲ触媒４３に熱がこもり易くなる）からである。これに対し、上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを演算により推定する際に、車速が低いほどＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが高いと推定されるので、上述した現象（車速と放熱量との関係）を考慮してＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを精度よく推定することができる。   Here, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 tends to increase as the vehicle speed decreases. This is because the lower the vehicle speed, the smaller the amount of heat radiation from the SCR catalyst 43 (the more easily the heat is stored in the SCR catalyst 43). On the other hand, in the above embodiment, when estimating the temperature Ts of the SCR catalyst 43 by calculation, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is estimated to be higher as the vehicle speed is lower. ), The temperature Ts of the SCR catalyst 43 can be accurately estimated.

また、上記実施形態では、上記特定条件が成立する場合（ステップＳ１２，Ｓ１３でともにＹＥＳ）であっても、エンジン水温が所定温度Ｙ未満（ステップＳ１４でＹＥＳ）である場合には、上記昇温制御（ステップＳ１５）の実行が禁止されるので、ポスト噴射による昇温効果がほとんど得られない状況下で無駄にポスト噴射が行われるのを回避でき、燃費性能の悪化を抑制することができる。例えば、エンジン水温がかなり低い条件でポスト噴射を実行したとしても、当該ポスト噴射により排気通路４０に供給された未燃燃料は、その多くが酸素と反応しないまま排気通路４０の壁面に付着し、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを上昇させる効果をもたらさない。これに対し、上記実施形態では、エンジン水温が所定温度Ｙ未満の場合は上記ポスト噴射を含む昇温制御の実行が禁止されるので、上記のように未燃燃料の多くが無駄になる（ＳＣＲ触媒４３の昇温効果をもたらさない）事態を回避でき、燃費性能の悪化を抑制することができる。   Further, in the above-described embodiment, even when the specific condition is satisfied (YES in steps S12 and S13), if the engine water temperature is lower than the predetermined temperature Y (YES in step S14), the temperature increase is performed. Since the execution of the control (step S15) is prohibited, it is possible to avoid unnecessary post-injection in a situation where the effect of increasing the temperature by post-injection is hardly obtained, and it is possible to suppress deterioration in fuel efficiency. For example, even if the post-injection is performed under conditions where the engine water temperature is quite low, most of the unburned fuel supplied to the exhaust passage 40 by the post-injection adheres to the wall surface of the exhaust passage 40 without reacting with oxygen, The effect of increasing the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is not provided. On the other hand, in the above-described embodiment, when the engine water temperature is lower than the predetermined temperature Y, the execution of the temperature increase control including the post-injection is prohibited. Therefore, as described above, most of the unburned fuel is wasted (SCR). A situation that does not bring about the effect of raising the temperature of the catalyst 43) can be avoided, and deterioration of fuel efficiency can be suppressed.

（６）変形例
上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを各種パラメータに基づき演算により推定したが（図４）、当該温度Ｔｓをセンサを用いて直接検出するようにしてもよい。 (6) Modification In the above embodiment, the temperature Ts of the SCR catalyst 43 was estimated by calculation based on various parameters (FIG. 4), but the temperature Ts may be directly detected using a sensor.

上記実施形態では、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが基準温度Ｘ以上である場合にのみ尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射を許可する（基準温度Ｘ未満の場合は噴射を禁止する）ようにしたが、尿素水の噴射の可否は、尿素インジェクタ４５から排気通路４０に供給された尿素の周囲温度を代表する温度（請求項にいう「指標温度」）に基づいて決定すればよく、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓとは異なる別の指標温度に基づいて尿素水の噴射の可否を決定してもよい。例えば、尿素インジェクタ４５からＳＣＲ触媒４３までの間を流れる排気ガスの温度（上記実施形態でいえば排気温センサＳＮ６により検出される排気ガスの温度）に基づいて尿素水の噴射の可否を決定してもよい。   In the above embodiment, the injection of the urea water from the urea injector 45 is permitted only when the temperature Ts of the SCR catalyst 43 is equal to or higher than the reference temperature X (the injection is prohibited when the temperature is lower than the reference temperature X). Whether or not the urea water can be injected may be determined based on the temperature (“index temperature” in the claims) representing the ambient temperature of urea supplied to the exhaust passage 40 from the urea injector 45. Whether to inject urea water may be determined based on another index temperature different from the temperature Ts. For example, whether to inject urea water is determined based on the temperature of the exhaust gas flowing between the urea injector 45 and the SCR catalyst 43 (the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust temperature sensor SN6 in the above embodiment). You may.

上記実施形態では、エンジン始動時に、ＳＣＲ触媒４３のアンモニア吸着量Ｑｃが目標吸着量Ｑａよりも少ないことを含む特定条件が成立した場合に、ＳＣＲ触媒４３の昇温速度を速めるための昇温制御（ポスト噴射等により排気ガスの温度を上昇させる制御）を実行するようにしたが、この特定条件の成否を判定するための基準となるアンモニア吸着量（請求項にいう「基準量」）は、必ずしも目標吸着量Ｑａ（図５）でなくてもよく、この目標吸着量Ｑａとは異なる別の吸着量（例えば触媒温度Ｔｓに依存しない一定の吸着量）を上記基準量として用いてもよい。   In the above embodiment, when the engine is started, if a specific condition including that the ammonia adsorption amount Qc of the SCR catalyst 43 is smaller than the target adsorption amount Qa is satisfied, the temperature increase control for increasing the temperature increase speed of the SCR catalyst 43 is performed. (Control to increase the temperature of the exhaust gas by post-injection or the like) is executed. However, the ammonia adsorption amount (the “reference amount” in claims) as a reference for determining whether the specific condition is satisfied is The target adsorption amount Qa (FIG. 5) is not necessarily required, and another adsorption amount different from the target adsorption amount Qa (for example, a constant adsorption amount independent of the catalyst temperature Ts) may be used as the reference amount.

上記実施形態では、エンジン始動時のＳＣＲ触媒４３の昇温（昇温制御）を、ポスト噴射等による燃焼制御により実現するようにしたが、例えば通電等に応じて発熱する発熱手段をＳＣＲ触媒４３に設け、この発熱手段よりＳＣＲ触媒４３を昇温させるようにしてもよい。   In the above embodiment, the temperature rise (temperature rise control) of the SCR catalyst 43 at the time of engine start is realized by combustion control by post injection or the like. And the temperature of the SCR catalyst 43 may be raised by the heat generating means.

上記実施形態では、軽油を主成分とする燃料を圧着着火させるディーゼルエンジンに本発明の排気浄化装置を適用した例について説明したが、本発明を適用可能なエンジンは、ＮＯｘを浄化するためにＳＣＲ触媒を設ける必要のあるエンジンであればよく、例えばガソリンを主成分とする燃料をリーンな空燃比下で燃焼させるリーンバーンガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。   In the above embodiment, the example in which the exhaust gas purification apparatus of the present invention is applied to a diesel engine that presses and ignites a fuel containing light oil as a main component has been described. The present invention may be applied to a lean burn gasoline engine that burns a fuel containing gasoline as a main component under a lean air-fuel ratio, for example, as long as the engine needs to be provided with a catalyst.

１ エンジン本体
４０ 排気通路
４３ ＳＣＲ触媒
４５ 尿素インジェクタ（尿素供給装置）
１０１ 主制御部（触媒温度制御部）
１０２ ＳＣＲ状態推定部（温度推定部）
１０３ ドージング制御部（尿素供給制御部）
Ｑａ （アンモニアの）目標吸着量
Ｘ 基準温度 Reference Signs List 1 engine main body 40 exhaust passage 43 SCR catalyst 45 urea injector (urea supply device)
101 Main control unit (catalyst temperature control unit)
102 SCR state estimation unit (temperature estimation unit)
103 Dosing control unit (urea supply control unit)
Qa Target adsorption amount (of ammonia) X Reference temperature

Claims (6)

エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、
前記排気通路内に尿素を供給する尿素供給装置と、
前記尿素供給装置よりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、
前記ＳＣＲ触媒の温度が予め定められた基準温度以上である場合に、前記尿素供給装置に尿素を供給させるとともに、当該尿素の供給量を、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が予め定められた目標吸着量になるように調整する尿素供給制御部と、
エンジンの始動時に、前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量が前記目標吸着量よりも少なく、かつ前記ＳＣＲ触媒の温度が前記基準温度未満であるという特定条件が成立した場合に、当該特定条件の非成立時よりも速い昇温速度で前記ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる昇温制御を実行する触媒温度制御部とを備え、
前記目標吸着量は、前記ＳＣＲ触媒の温度に応じて可変的に設定され、
前記昇温制御は、前記ＳＣＲ触媒の温度が前記基準温度に上昇するまで継続される、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 An exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine body flows;
A urea supply device that supplies urea into the exhaust passage;
An SCR catalyst provided in an exhaust passage downstream of the urea supply device and purifying NOx in exhaust gas by a reducing action of ammonia generated from urea;
When the temperature of the SCR catalyst is equal to or higher than a predetermined reference temperature, urea is supplied to the urea supply device, and the supply amount of the urea is adjusted to the target adsorption amount where the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst is predetermined. A urea supply controller that adjusts the amount to be
When the specific condition that the ammonia adsorption amount of the SCR catalyst is smaller than the target adsorption amount and the temperature of the SCR catalyst is lower than the reference temperature is satisfied at the time of starting the engine, the specific condition is not satisfied. A catalyst temperature control unit that executes a temperature raising control for raising the temperature of the SCR catalyst at a higher temperature raising rate ,
The target adsorption amount is variably set according to the temperature of the SCR catalyst,
The exhaust gas purifying apparatus for an engine, wherein the temperature raising control is continued until the temperature of the SCR catalyst rises to the reference temperature . 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、The exhaust gas purification device for an engine according to claim 1,
前記目標吸着量は、前記ＳＣＲ触媒の温度が予め定められた第１温度以下のときに一定となり、かつ前記ＳＣＲ触媒の温度が前記第１温度に対し上昇するほど低下するように設定されている、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。The target adsorption amount is set to be constant when the temperature of the SCR catalyst is equal to or lower than a predetermined first temperature, and to be decreased as the temperature of the SCR catalyst increases with respect to the first temperature. An exhaust gas purification device for an engine, characterized in that: 請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、The engine exhaust purification device according to claim 2,
前記基準温度は、前記第１温度よりも低い値に設定されている、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。The exhaust gas purifying apparatus for an engine, wherein the reference temperature is set to a value lower than the first temperature. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記エンジンは車両に搭載された車載エンジンであり、
前記車両の速度を含む所定のパラメータに基づいて前記ＳＣＲ触媒の温度を推定する温度推定部がさらに設けられ、
前記温度推定部は、前記車両の速度が低いほど前記ＳＣＲ触媒の温度が高いと推定する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The exhaust gas purification device for an engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The engine is a vehicle-mounted engine mounted on a vehicle,
A temperature estimating unit for estimating a temperature of the SCR catalyst based on a predetermined parameter including a speed of the vehicle;
The exhaust gas purifying apparatus for an engine, wherein the temperature estimating unit estimates that the temperature of the SCR catalyst is higher as the speed of the vehicle is lower. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記エンジンはディーゼルエンジンであり、
前記触媒温度制御部は、前記昇温制御として、前記エンジン本体に導入される空気量を減少させるとともに、前記エンジン本体に噴射される燃料の一部の噴射時期を膨張行程まで遅らせる制御を実行する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。 The exhaust gas purification device for an engine according to any one of claims 1 to 4 ,
The engine is a diesel engine,
The catalyst temperature control unit executes, as the temperature increase control, a control that reduces an amount of air introduced into the engine body and delays an injection timing of a part of fuel injected into the engine body until an expansion stroke. An exhaust gas purification device for an engine, characterized in that: 請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記触媒温度制御部は、前記特定条件が成立する場合であっても、前記エンジン本体の温度が所定温度未満である場合には、前記昇温制御の実行を禁止する、ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
The exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 5 ,
The engine, wherein the catalyst temperature control unit prohibits the execution of the temperature increase control when the temperature of the engine body is lower than a predetermined temperature even when the specific condition is satisfied. Exhaust purification equipment.
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