JP7381366B2

JP7381366B2 - Injection amount calculation device and injection amount control method

Info

Publication number: JP7381366B2
Application number: JP2020031776A
Authority: JP
Inventors: 宗近堤; 洋紀成田; 勇人仲田
Original assignee: Hino Motors Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Hino Motors Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: JP2021134728A

Description

本発明は、噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法に関する。 The present invention relates to an injection amount calculation device and an injection amount control method.

特許文献１には、排気浄化システムが記載されている。この排気浄化システムは、エンジンの排気管に順に設けられた酸化触媒、ＤＰＦ、及び、選択還元触媒を有している。また、この排気浄化システムは、ＤＰＦと選択還元触媒との間に尿素水を噴射するためのインジェクタを有している。選択還元触媒は、アンモニア等の還元剤が存在する雰囲気下で、排気中のＮＯｘを選択的に還元する。インジェクタは、制御装置で発生した駆動パルスが印加されると開弁し、尿素水を選択還元触媒の上流側に噴射する。インジェクタにより噴射された尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解される。これにより、還元剤としてのアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、選択還元触媒に供給される。 Patent Document 1 describes an exhaust gas purification system. This exhaust purification system includes an oxidation catalyst, a DPF, and a selective reduction catalyst that are sequentially provided in the exhaust pipe of the engine. Further, this exhaust purification system includes an injector for injecting urea water between the DPF and the selective reduction catalyst. A selective reduction catalyst selectively reduces NOx in exhaust gas in an atmosphere containing a reducing agent such as ammonia. The injector opens when a drive pulse generated by the control device is applied, and injects urea water upstream of the selective reduction catalyst. The urea water injected by the injector is thermally decomposed or hydrolyzed by the heat of the exhaust gas. This produces ammonia as a reducing agent. The generated ammonia is supplied to a selective reduction catalyst.

特開２０１３－１１２５５号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-11255

ところで、上述した排気浄化システム等が搭載された車両の運転状態が、軽負荷から高付加に急激に変化した場合（例えば急加速が生じた場合）、図４に示されるように、まず、排ガス流量Ｆ１及び排気温度Ｔ１が上昇する。その後、排気温度Ｔ１の上昇から遅れて、触媒上流温度Ｔ２及び触媒温度Ｔ３が上昇する。触媒温度Ｔ３が上昇すると、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着可能量が減少する。このため、触媒温度Ｔ３の上昇が検出された場合には、アンモニアスリップの増大を避ける目的から、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量の目標値Ｑ１を低減させ、選択還元触媒への尿素水の噴射量Ｉ１を低減させることが考えられる（図４の（ｃ）のＱ２は、実際のアンモニアの吸着量（計算値）を示す）。 By the way, when the operating condition of a vehicle equipped with the above-mentioned exhaust purification system etc. suddenly changes from a light load to a high load (for example, when sudden acceleration occurs), as shown in FIG. The flow rate F1 and the exhaust temperature T1 increase. Thereafter, the catalyst upstream temperature T2 and the catalyst temperature T3 rise with a delay from the rise in the exhaust gas temperature T1. As the catalyst temperature T3 increases, the amount of ammonia that can be adsorbed in the selective reduction catalyst decreases. Therefore, when an increase in the catalyst temperature T3 is detected, in order to avoid an increase in ammonia slip, the target value Q1 of the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst is reduced, and the injection of urea water to the selective reduction catalyst is performed. It is possible to reduce the amount I1 (Q2 in FIG. 4(c) indicates the actual amount (calculated value) of ammonia adsorption).

一方、車両の運転状態が軽負荷から高付加に急激に変化した時点では、触媒温度Ｔ３の上昇が生じていないため、元々の高い目標値Ｑ１に応じた噴射量Ｉ１での尿素水の噴射が行われている。このため、上述した様に、その後に触媒温度Ｔ３が上昇した際には、アンモニアが吸着可能量を超えて選択還元触媒に供給されることとなり、アンモニアスリップＳ１が増加してしまう。このようなアンモニアスリップＳ１の増加が発生しないように目標値Ｑ１を一定のマージンをもって低下させると、ＮＯｘ低減性能の低下を招いてしまう。 On the other hand, at the time when the operating state of the vehicle suddenly changes from light load to high load, the catalyst temperature T3 has not increased, so urea water is injected at the injection amount I1 corresponding to the originally high target value Q1. It is being done. Therefore, as described above, when the catalyst temperature T3 subsequently increases, ammonia will be supplied to the selective reduction catalyst in an amount exceeding the amount that can be adsorbed, and the ammonia slip S1 will increase. If the target value Q1 is lowered with a certain margin to prevent such an increase in ammonia slip S1, the NOx reduction performance will be degraded.

そこで、本発明は、ＮＯｘ低減性能の低下を抑制すると共にアンモニアスリップを抑制可能な噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an injection amount calculation device and an injection amount control method capable of suppressing ammonia slip while suppressing a decrease in NOx reduction performance.

本発明に係る噴射量算出装置は、排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒が設けられた車両に搭載されており、還元触媒への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置であって、車両における現在のセンサ値の入力を受け、現在のセンサ値と、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が目標値に近づくように噴射量を算出する第１噴射量算出部と、現在のセンサ値の入力を受け、現在のセンサ値に基づいた将来予測によって、目標値の修正値である修正目標値を算出する将来予測部と、を備え、第１噴射量算出部は、将来予測部が算出した修正目標値に基づいて噴射量を算出する。 The injection amount calculation device according to the present invention is installed in a vehicle equipped with a reduction catalyst for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas, and is used to calculate the injection amount of urea water to the reduction catalyst. A calculation device that receives input of the current sensor value in the vehicle, and adjusts the injection amount so that the ammonia adsorption amount approaches the target value based on the current sensor value and the target value of the ammonia adsorption amount in the reduction catalyst. A first injection amount calculation unit that calculates the amount, and a future prediction unit that receives input of the current sensor value and calculates a corrected target value that is a corrected value of the target value by predicting the future based on the current sensor value. , the first injection amount calculation section calculates the injection amount based on the corrected target value calculated by the future prediction section.

また、本発明に係る噴射量制御方法は、車両の排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒への尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法であって、車両における現在のセンサ値に基づいた将来予測により、還元触媒においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、アンモニア吸着量が目標値修正工程で修正された目標値に近づくように噴射量を制御する噴射量制御工程と、を備える。 Further, an injection amount control method according to the present invention is an injection amount control method for controlling the amount of urea water injected into a reduction catalyst for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas of a vehicle, If it is predicted that ammonia slip will occur in the reduction catalyst based on future predictions based on the current sensor values in and an injection amount control step of controlling the injection amount so as to approach the target value corrected in the value correction step.

これらの装置及び方法では、車両の現在のセンサ値に基づいた将来予測によって、還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を修正する。よって、例えば現時点のアンモニア吸着量の目標値に応じた尿素水の噴射量では、将来的にアンモニアスリップの増加が見込まれるような状況では、当該アンモニアスリップが発生しないようにアンモニア吸着量の目標値を小さく修正可能である。一方で、将来的にアンモニアスリップの増加が予測されないよう状況では、アンモニア吸着量の目標値を不必要に小さく修正することを避けることが可能である。よって、これらの装置及び方法によれば、ＮＯｘ低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。 In these devices and methods, the target value of the ammonia adsorption amount in the reduction catalyst is corrected based on future predictions based on current sensor values of the vehicle. Therefore, for example, if the amount of urea water to be injected corresponds to the current target value of the ammonia adsorption amount, in a situation where ammonia slip is expected to increase in the future, the target value of the ammonia adsorption amount may be adjusted to prevent the ammonia slip from occurring. can be modified to a smaller value. On the other hand, in a situation where an increase in ammonia slip is not expected in the future, it is possible to avoid unnecessarily modifying the target value of the ammonia adsorption amount to a small value. Therefore, according to these devices and methods, it is possible to suppress a decrease in NOx reduction performance and also to suppress ammonia slip.

一方、この装置においては、アンモニア吸着量が目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する部分（第１噴射量算出部）と、将来予測によって当該目標値の修正値である修正目標値を算出する部分（将来予測部）とが別個に構成されており、且つ、それぞれに対して車両のセンサ値が入力される。よって、例えば、相対的に高負荷である将来予測部に対して、車両に搭載されたコンピュータの専用のコアを用意しつつ、相対的に低負荷である第１噴射量算出部を別のコアに振り分けることが可能である。 On the other hand, this device includes a part that calculates the injection amount of urea water so that the ammonia adsorption amount approaches the target value (first injection amount calculation part), and a revised target value that is a revised value of the target value based on future predictions. A part (future prediction part) that calculates is configured separately, and sensor values of the vehicle are input to each part. Therefore, for example, a dedicated core of the computer installed in the vehicle may be prepared for the future prediction section, which has a relatively high load, and a separate core may be used for the first injection amount calculation section, which has a relatively low load. It is possible to divide it into

本発明に係る噴射量算出装置においては、将来予測部は、センサ値のうち、車両の還元触媒を含む触媒ユニットに導入される前の排気ガス温度を用いて将来予測を行ってもよい。このように、例えば触媒温度等と比較して、運転状況の変化に対して応答の早い排気ガス温度を用いて将来予測を行うことにより、より適切なアンモニア吸着量の目標値の修正が可能となる。 In the injection amount calculation device according to the present invention, the future prediction unit may perform future prediction using the exhaust gas temperature before being introduced into the catalyst unit including the reduction catalyst of the vehicle, among the sensor values. In this way, by making future predictions using the exhaust gas temperature, which responds more quickly to changes in operating conditions than, for example, the catalyst temperature, it is possible to more appropriately revise the target value for the amount of ammonia adsorption. Become.

本発明に係る噴射量算出装置においては、将来予測部は、現在のセンサ値と、現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように噴射量を算出する第２噴射量算出部と、第２噴射量算出部が算出した噴射量と、現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第１仮目標値のコストである第１コストを算出する第１コスト算出部と、第２噴射量算出部が算出した噴射量と、現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第２仮目標値のコストである第２コストを算出する第２コスト算出部と、第１コストと第２コストとを比較することにより、第１仮目標値と第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する修正目標値設定部と、を有してもよい。このように、アンモニア吸着量の目標値の修正のための将来予測に対して、コストを導入することにより、将来予測部の負荷が低減される。 In the injection amount calculation device according to the present invention, the future prediction unit adjusts the injection amount so that the ammonia adsorption amount approaches the current target value based on the current sensor value and the current target value that is the current target value. The first temporary target is determined by a future prediction based on the second injection amount calculating section that calculates the injection amount, the injection amount calculated by the second injection amount calculating section, and the first temporary target value that is set larger than the current target value. A first cost calculation section that calculates a first cost that is a cost of the value, an injection amount calculated by a second injection amount calculation section, and a second provisional target value that is set smaller than the current target value. A second cost calculation unit calculates a second cost which is the cost of the second provisional target value based on future prediction, and the first provisional target value and the second provisional target are calculated by comparing the first cost and the second cost. It may also include a modified target value setting unit that sets one of the values that gives a smaller cost as the modified target value. In this way, by introducing cost into the future prediction for correcting the target value of the ammonia adsorption amount, the load on the future prediction unit is reduced.

本発明に係る噴射量算出装置においては、第１コスト算出部は、還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第１コストを算出し、第２コスト算出部は、還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第２コストを算出してもよい。この場合、アンモニアスリップを確実に低減できる。この結果、アンモニアスリップ触媒の小型化による原価低減が実現され得る。 In the injection amount calculation device according to the present invention, the first cost calculation unit calculates the first cost so that it becomes a larger value as the slip amount of ammonia in the reduction catalyst increases, and the second cost calculation unit calculates the first cost so that it becomes a larger value as the slip amount of ammonia in the reduction catalyst increases. The second cost may be calculated so that it becomes a larger value as the slip amount of ammonia becomes larger. In this case, ammonia slip can be reliably reduced. As a result, cost reduction can be achieved by downsizing the ammonia slip catalyst.

本発明によれば、ＮＯｘ低減性能の低下を抑制すると共にアンモニアスリップを抑制可能な噴射量算出装置、及び、噴射量制御方法を提供することできる。 According to the present invention, it is possible to provide an injection amount calculation device and an injection amount control method that can suppress a decrease in NOx reduction performance and suppress ammonia slip.

排気浄化装置の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an exhaust gas purification device. 図１に示された制御装置の一部の機能的な構成を示す図である。2 is a diagram showing a functional configuration of a part of the control device shown in FIG. 1. FIG. 排気浄化装置における各値の時間変化を示すグラフである。It is a graph showing the time change of each value in the exhaust gas purification device. 排気浄化装置における各値の時間変化を示すグラフである。It is a graph showing the time change of each value in the exhaust gas purification device.

以下、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、排気浄化装置の一例を示す模式図である。図１に示される排気浄化装置１００は、例えばディーゼルエンジン５０を備える車両に搭載されている。排気浄化装置１００は、制御装置（噴射量算出装置）１と、触媒ユニット１１０と、噴射部１２０と、を備えている。触媒ユニット１１０は、排気マニホルド５２を介してディーゼルエンジン５０の排気ポートに接続された排気管１０１に設けられている。触媒ユニット１１０は、排気管１０１の上流側から順に配置された酸化触媒１０３、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１０４、選択還元触媒（還元触媒）１０５、及び、アンモニア低減触媒１０６を含む。 Hereinafter, this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an exhaust purification device. The exhaust gas purification device 100 shown in FIG. 1 is mounted on a vehicle equipped with a diesel engine 50, for example. The exhaust purification device 100 includes a control device (injection amount calculation device) 1, a catalyst unit 110, and an injection section 120. The catalyst unit 110 is provided in an exhaust pipe 101 connected to an exhaust port of a diesel engine 50 via an exhaust manifold 52. The catalyst unit 110 includes an oxidation catalyst 103, a DPF (Diesel Particulate Filter) 104, a selective reduction catalyst (reduction catalyst) 105, and an ammonia reduction catalyst 106, which are arranged in this order from the upstream side of the exhaust pipe 101.

酸化触媒１０３は、排気ガスＡの酸化処理を行う。ＤＰＦ１０４は、排気ガスＡ中の微粒子状物質を捕集する。選択還元触媒１０５は、還元剤の供給を受け、排気ガスＡ中の窒素酸化物を還元する。還元剤は、例えばアンモニアである。噴射部１２０は、選択還元触媒１０５に対して尿素水を噴射する（排気ガスＡに尿素水を添加する）。これにより、尿素水がアンモニアと炭酸ガスとに熱分解され、選択還元触媒１０５にアンモニアが供給される。 The oxidation catalyst 103 oxidizes the exhaust gas A. DPF 104 collects particulate matter in exhaust gas A. The selective reduction catalyst 105 receives supply of a reducing agent and reduces nitrogen oxides in the exhaust gas A. The reducing agent is, for example, ammonia. The injection unit 120 injects urea water to the selective reduction catalyst 105 (adds urea water to the exhaust gas A). Thereby, the urea water is thermally decomposed into ammonia and carbon dioxide gas, and the ammonia is supplied to the selective reduction catalyst 105.

選択還元触媒１０５は、アンモニアを用いて排気ガスＡ中の窒素酸化物を還元する。アンモニア低減触媒１０６は、余剰のアンモニアを酸化処理する。なお、排気浄化装置１００は、ディーゼルエンジン５０と排気管１０１との接続部と触媒ユニット１１０との間において排気管１０１に設けられたＡＴＣ（After Turbo Catalyst）１０２をさらに備えてもよい。 The selective reduction catalyst 105 reduces nitrogen oxides in the exhaust gas A using ammonia. The ammonia reduction catalyst 106 oxidizes excess ammonia. Note that the exhaust purification device 100 may further include an ATC (After Turbo Catalyst) 102 provided in the exhaust pipe 101 between the connection part between the diesel engine 50 and the exhaust pipe 101 and the catalyst unit 110.

また、排気浄化装置１００は、温度センサ１０７，１０８，１０９を備えている。温度センサ１０７は、ディーゼルエンジン５０と排気管１０１との接続部の直下であって、触媒ユニット１１０の上流側（ここではＡＴＣ１０２の更に上流側）に設けられている。温度センサ１０７は、触媒ユニット１１０の上流側における排気ガスＡの温度（以下、「排気ガス温度」という場合がある）を検出して制御装置１に入力する。 Further, the exhaust gas purification device 100 includes temperature sensors 107, 108, and 109. The temperature sensor 107 is provided directly below the connection between the diesel engine 50 and the exhaust pipe 101 and on the upstream side of the catalyst unit 110 (here, further upstream of the ATC 102). The temperature sensor 107 detects the temperature of the exhaust gas A on the upstream side of the catalyst unit 110 (hereinafter sometimes referred to as “exhaust gas temperature”) and inputs the detected temperature to the control device 1 .

温度センサ１０８は、触媒ユニット１１０内において、選択還元触媒１０５の上流側に設けられている。温度センサ１０８は、選択還元触媒１０５の上流側における排気ガスＡの温度（以下、「触媒上流温度」という場合がある）を検出して制御装置１に入力する。温度センサ１０９は、選択還元触媒１０５に設けられている。温度センサ１０９は、選択還元触媒１０５の温度（以下、「触媒温度」という場合がある）を検出して制御装置１に入力する。 Temperature sensor 108 is provided upstream of selective reduction catalyst 105 in catalyst unit 110 . The temperature sensor 108 detects the temperature of the exhaust gas A on the upstream side of the selective reduction catalyst 105 (hereinafter sometimes referred to as "catalyst upstream temperature") and inputs the detected temperature to the control device 1. A temperature sensor 109 is provided on the selective reduction catalyst 105. The temperature sensor 109 detects the temperature of the selective reduction catalyst 105 (hereinafter sometimes referred to as “catalyst temperature”) and inputs the detected temperature to the control device 1 .

制御装置１は、上述した様に、温度センサ１０７～１０９を用いて、排気ガス温度、触媒上流温度、及び、触媒温度を取得可能とされている。また、制御装置１は、図示しない他のセンサを用いて、排気ガスＡの流量、噴射部１２０における尿素水の噴射量、外気温、排気ガスＡ中の酸素濃度、選択還元触媒１０５の上流側における排気ガスＡ中の窒素酸化物の濃度等を取得可能とされている。 As described above, the control device 1 is capable of obtaining the exhaust gas temperature, the catalyst upstream temperature, and the catalyst temperature using the temperature sensors 107 to 109. The control device 1 also uses other sensors (not shown) to control the flow rate of the exhaust gas A, the amount of urea water injected in the injection unit 120, the outside temperature, the oxygen concentration in the exhaust gas A, and the upstream side of the selective reduction catalyst 105. It is possible to obtain the concentration of nitrogen oxides in the exhaust gas A.

制御装置１は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、データ送受信デバイスである通信モジュール等を含むコンピュータシステムとして構成されている。以下の図２に示される各機能部は、上記のハードウェア上に所定のプログラムを読み込ませることにより、ＣＰＵの制御のもとで、通信モジュールを動作させるとともにＲＡＭ等におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現され得る。 The control device 1 is physically configured as a computer system including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory) which is a main storage device, a ROM (Read Only Memory), a communication module which is a data transmission/reception device, etc. has been done. Each functional unit shown in Figure 2 below operates the communication module and reads and writes data in RAM etc. under the control of the CPU by loading a predetermined program onto the above hardware. It can be realized by doing.

図２は、図１に示された制御装置の一部の機能的な構成を示す図である。図２に示される制御装置１は、選択還元触媒１０５への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置として機能する。そのために、制御装置１は、算出部（第１噴射量算出部）１０と予測部（将来予測部）２０とを備えている。算出部１０は、吸着量算出部１１と噴射量算出部１２とを含む。 FIG. 2 is a diagram showing a functional configuration of a part of the control device shown in FIG. 1. The control device 1 shown in FIG. 2 functions as an injection amount calculation device that calculates the amount of urea water to be injected to the selective reduction catalyst 105. For this purpose, the control device 1 includes a calculation section (first injection amount calculation section) 10 and a prediction section (future prediction section) 20. The calculation unit 10 includes an adsorption amount calculation unit 11 and an injection amount calculation unit 12.

吸着量算出部１１は、車両の現在のセンサ値Ａ１の入力を受け、センサ値Ａ１に基づいて選択還元触媒１０５における現在のアンモニア吸着量を算出する。センサ値Ａ１は、上述したように制御装置１が取得可能な各種の値であり、一例として排気ガス温度である。吸着量算出部１１は、算出したアンモニア吸着量Ａ２を噴射量算出部１２に出力する。 The adsorption amount calculation unit 11 receives the current sensor value A1 of the vehicle, and calculates the current amount of ammonia adsorption in the selective reduction catalyst 105 based on the sensor value A1. The sensor value A1 is various values that can be acquired by the control device 1 as described above, and one example is the exhaust gas temperature. The adsorption amount calculation unit 11 outputs the calculated ammonia adsorption amount A2 to the injection amount calculation unit 12.

噴射量算出部１２は、吸着量算出部１１からアンモニア吸着量Ａ２の入力を受ける。噴射量算出部１２は、アンモニア吸着量Ａ２（すなわち、センサ値Ａ１）と選択元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、アンモニア吸着量Ａ２が当該目標値に近づくように、噴射部１２０からの尿素水の噴射量を算出する。アンモニア吸着量の目標値は、予め設定されている。制御装置１は、噴射量算出部１２が算出した噴射量での尿素水の噴射が行われるように、噴射部１２０に対して制御信号を出力する。 The injection amount calculation section 12 receives an input of the ammonia adsorption amount A2 from the adsorption amount calculation section 11. Based on the ammonia adsorption amount A2 (that is, the sensor value A1) and the target value of the ammonia adsorption amount in the selected source catalyst, the injection amount calculation unit 12 calculates the amount of ammonia adsorption A2 so that the ammonia adsorption amount A2 approaches the target value. Calculate the injection amount of urea water from. The target value of the ammonia adsorption amount is set in advance. The control device 1 outputs a control signal to the injection unit 120 so that the injection amount of urea water calculated by the injection amount calculation unit 12 is performed.

予測部２０は、リファレンスガバナ制御といった予測制御による将来予測によって、アンモニア吸着量の目標値を修正する。そのために、予測部２０は、噴射量算出部（第２噴射量算出部）２１、モデル生成部２２、コスト算出部（第１コスト算出部、第２コスト算出部）２３、及び、目標値設定部（修正目標値設定部）２４と、を含む。噴射量算出部２１は、車両の現在のセンサ値Ｂ１の入力を受ける。センサ値Ｂ１は、センサ値Ａ１と同様に、制御装置１が取得可能な各種の値である。 The prediction unit 20 corrects the target value of the ammonia adsorption amount by predicting the future through predictive control such as reference governor control. For this purpose, the prediction section 20 includes an injection amount calculation section (second injection amount calculation section) 21, a model generation section 22, a cost calculation section (first cost calculation section, second cost calculation section) 23, and a target value setting section. section (corrected target value setting section) 24. The injection amount calculation unit 21 receives an input of the current sensor value B1 of the vehicle. The sensor value B1 is, like the sensor value A1, various values that can be acquired by the control device 1.

噴射量算出部２１は、現在のセンサ値Ｂ１と、アンモニア吸着量の現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する。噴射量算出部２１は、算出した尿素水の噴射量Ｂ２をモデル生成部２２に出力する。モデル生成部２２は、噴射量Ｂ２の入力を受け、噴射量Ｂ２と現在目標値とに基づいた将来予測のモデルを生成する。 The injection amount calculation unit 21 calculates the injection amount of urea water so that the ammonia adsorption amount approaches the current target value based on the current sensor value B1 and the current target value that is the current target value of the ammonia adsorption amount. do. The injection amount calculation unit 21 outputs the calculated injection amount B2 of urea water to the model generation unit 22. The model generation unit 22 receives input of the injection amount B2 and generates a future prediction model based on the injection amount B2 and the current target value.

ここでは、モデル生成部２２は、噴射量Ｂ２と、現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測のための第１モデルを生成する。また、モデル生成部２２は、噴射量Ｂ２と、現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測のための第２モデルを生成する。モデル生成部２２は、生成した第１モデル及び第２モデルを示す情報Ｂ３をコスト算出部２３に出力する。 Here, the model generation unit 22 generates a first model for future prediction based on the injection amount B2 and a first provisional target value set larger than the current target value. Furthermore, the model generation unit 22 generates a second model for future prediction based on the injection amount B2 and a second provisional target value that is set smaller than the current target value. The model generation unit 22 outputs information B3 indicating the generated first model and second model to the cost calculation unit 23.

コスト算出部２３は、情報Ｂ３の入力を受け、第１モデルによる将来予測によって第１仮目標値のコストである第１コストを算出すると共に、第２モデルによる将来予測によって第２仮目標値のコストである第２コストを算出する。より具体的には、コスト算出部２３は、選択還元触媒１０５におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第１コストを算出すると共に、選択還元触媒１０５におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように第２コストを算出する。 The cost calculation unit 23 receives the information B3, calculates a first cost that is the cost of the first provisional target value based on future predictions made by the first model, and calculates the first cost that is the cost of the first provisional target value based on future predictions made by the second model. A second cost, which is a cost, is calculated. More specifically, the cost calculation unit 23 calculates the first cost such that the larger the slip amount of ammonia in the selective reduction catalyst 105 is, the larger the first cost becomes. The second cost is calculated so that it becomes a large value.

このように、コスト算出部２３は、第１コストを算出する第１コスト算出部及び第２コストを算出する第２コスト算出部として機能する。コスト算出部２３は、算出した第１コスト及び第２コストを示す情報Ｂ４を目標値設定部２４に出力する。 In this way, the cost calculation unit 23 functions as a first cost calculation unit that calculates the first cost and a second cost calculation unit that calculates the second cost. The cost calculation unit 23 outputs information B4 indicating the calculated first cost and second cost to the target value setting unit 24.

目標値設定部２４は、情報Ｂ４の入力を受け、第１コストと第２コストとを比較することにより、第１仮目標値と第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する。一例として、目標値設定部２４は、第１仮目標値に基づいた第１モデルでの将来予測によって算出された第１コストが、第２仮目標値に基づいた第２モデルでの将来予測によって算出された第２コストよりも小さい場合には、第１仮目標値を修正目標値と設定する。 The target value setting unit 24 receives the information B4, compares the first cost and the second cost, and selects one of the first provisional target value and the second provisional target value that provides the smaller cost. Set as a revised target value. As an example, the target value setting unit 24 may be configured such that the first cost calculated by the future prediction using the first model based on the first provisional target value is calculated by the future prediction using the second model based on the second provisional target value. If it is smaller than the calculated second cost, the first provisional target value is set as the corrected target value.

予測部２０では、以上の一連の動作を繰り返し実施することにより、修正目標値を更新することができる。すなわち、予測部２０では、目標値設定部２４が設定した修正目標値を基準とした仮目標値（第１及び第２仮目標値）に応じてモデル（第１及び第２モデル）を生成すると共に、当該モデルのコスト（第１及び第２コスト）を算出して比較することにより、修正目標値をさらに修正することができる。このように、予測部２０では、所定の回数（或いは、所定の閾値以下のコストを与える目標値が得られるまで）、将来予測及び目標値の修正を繰り返すことができる。 The prediction unit 20 can update the corrected target value by repeatedly performing the above series of operations. That is, the prediction unit 20 generates models (first and second models) according to temporary target values (first and second temporary target values) based on the corrected target value set by the target value setting unit 24. At the same time, by calculating and comparing the costs (first and second costs) of the model, the corrected target value can be further corrected. In this manner, the prediction unit 20 can repeat the future prediction and correction of the target value a predetermined number of times (or until a target value that provides a cost equal to or less than a predetermined threshold value is obtained).

目標値設定部２４は、設定した（修正した）修正目標値Ｂ５を算出部１０の噴射量算出部１２に出力する。したがって、噴射量算出部１２は、予測部２０が算出した修正目標値に基づいて、尿素水の噴射量を算出することができる。 The target value setting section 24 outputs the set (corrected) corrected target value B5 to the injection amount calculation section 12 of the calculation section 10. Therefore, the injection amount calculation unit 12 can calculate the injection amount of urea water based on the corrected target value calculated by the prediction unit 20.

以上のように、制御装置１では、尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法が実施される。特に、上述した様に、第１コスト及び第２コストが、アンモニアスリップを考慮したものとされている（アンモニアスリップが生じる場合に、アンモニアスリップが生じない場合よりも大きくなる）。換言すれば、制御装置１では、車両における現在のセンサ値Ｂ１に基づいた将来予測により、選択還元触媒１０５においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、選択還元触媒１０５におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、アンモニア吸着量が目標値修正工程で修正された目標値に近づくように尿素水の噴射量を制御する噴射量制御工程と、を実施することとなる。 As described above, the control device 1 implements the injection amount control method for controlling the injection amount of urea water. In particular, as described above, the first cost and the second cost take into account ammonia slip (when ammonia slip occurs, they are larger than when no ammonia slip occurs). In other words, the control device 1 determines the target value of the ammonia adsorption amount in the selective reduction catalyst 105 when it is predicted that ammonia slip will occur in the selective reduction catalyst 105 based on the future prediction based on the current sensor value B1 in the vehicle. A target value correction step for correcting the ammonia adsorption amount to a lower value, and an injection amount control step for controlling the injection amount of urea water so that the ammonia adsorption amount approaches the target value corrected in the target value correction step.

引き続いて、排気浄化装置１００の作用・効果について説明する。車両の運転状態が、軽負荷から高付加に急激に変化した場合（例えば急加速が生じた場合）、図３に示されるように、まず、排ガス流量Ｆ１及び排気温度Ｔ１が上昇する。その後、排気温度Ｔ１の上昇から遅れて、触媒上流温度Ｔ２及び触媒温度Ｔ３が上昇する。 Subsequently, the functions and effects of the exhaust purification device 100 will be explained. When the operating state of the vehicle suddenly changes from light load to high load (for example, when sudden acceleration occurs), first, the exhaust gas flow rate F1 and the exhaust temperature T1 rise, as shown in FIG. 3. Thereafter, the catalyst upstream temperature T2 and the catalyst temperature T3 rise with a delay from the rise in the exhaust gas temperature T1.

触媒温度Ｔ３が上昇すると、選択還元触媒１０５におけるアンモニアの吸着可能量が減少する。このため、触媒温度Ｔ３の上昇が検出された場合には、アンモニアスリップの増大を避ける目的から、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量の目標値Ｑ１を低減させ、選択還元触媒への尿素水の噴射量Ｉ１を低減させることが考えられる（図３の（ｃ）のＱ２は、実際のアンモニアの吸着量（計算値）を示す）。 As the catalyst temperature T3 increases, the amount of ammonia that can be adsorbed in the selective reduction catalyst 105 decreases. Therefore, when an increase in the catalyst temperature T3 is detected, in order to avoid an increase in ammonia slip, the target value Q1 of the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst is reduced, and the injection of urea water to the selective reduction catalyst is performed. It is possible to reduce the amount I1 (Q2 in FIG. 3(c) indicates the actual amount (calculated value) of ammonia adsorption).

一方、車両の運転状態が軽負荷から高付加に急激に変化した時点では、触媒温度Ｔ３の上昇が生じていないため、元々の高い目標値Ｑ１に応じた噴射量Ｉ１での尿素水の噴射が行われている。このため、上述した様に、その後に触媒温度Ｔ３が上昇した際には、アンモニアが吸着可能量を超えて選択還元触媒に供給されることとなり、アンモニアスリップＳ１が増加してしまう。このようなアンモニアスリップＳ１の増加が発生しないように、目標値Ｑ１を一定のマージンをもって低下させると、ＮＯｘ低減性能の低下を招いてしまう。 On the other hand, at the time when the operating state of the vehicle suddenly changes from light load to high load, the catalyst temperature T3 has not increased, so urea water is injected at the injection amount I1 corresponding to the originally high target value Q1. It is being done. Therefore, as described above, when the catalyst temperature T3 subsequently increases, ammonia will be supplied to the selective reduction catalyst in an amount exceeding the amount that can be adsorbed, and the ammonia slip S1 will increase. If the target value Q1 is lowered with a certain margin to prevent such an increase in ammonia slip S1, the NOx reduction performance will be degraded.

これに対して、制御装置１、及び、制御装置１の噴射量制御方法では、車両の現在のセンサ値Ｂ１に基づいた将来予測によって、選択還元触媒１０５におけるアンモニア吸着量の目標値Ｑ１を修正する（図３の（ｃ）のＱ３は、修正された目標値を示す）。よって、例えば現時点のアンモニア吸着量の目標値Ｑ１に応じた尿素水の噴射量では、将来的にアンモニアスリップＳ１の増加が見込まれるような状況では、当該アンモニアスリップＳ１が発生しないようにアンモニア吸着量の目標値Ｑ１を小さく修正可能である。これにより、図３の（ｅ）に示されるように、アンモニアスリップＳ２の増大が避けられる。一方で、将来的にアンモニアスリップの増加が予測されないよう状況では、アンモニア吸着量の目標値Ｑ１を不必要に小さく修正することを避けることが可能である。よって、制御装置１、及び、制御装置１の噴射量制御方法によれば、ＮＯｘ低減性能の低下が抑制可能であると共にアンモニアスリップが抑制可能である。 In contrast, in the control device 1 and the injection amount control method of the control device 1, the target value Q1 of the ammonia adsorption amount in the selective reduction catalyst 105 is corrected based on future predictions based on the current sensor value B1 of the vehicle. (Q3 in FIG. 3(c) indicates the corrected target value). Therefore, for example, with the injection amount of urea water according to the current target value Q1 of the ammonia adsorption amount, in a situation where the ammonia slip S1 is expected to increase in the future, the ammonia adsorption amount may be adjusted to prevent the ammonia slip S1 from occurring. It is possible to modify the target value Q1 to a smaller value. Thereby, as shown in FIG. 3(e), an increase in ammonia slip S2 can be avoided. On the other hand, in a situation where an increase in ammonia slip is not expected in the future, it is possible to avoid unnecessarily modifying the target value Q1 of the ammonia adsorption amount. Therefore, according to the control device 1 and the injection amount control method of the control device 1, it is possible to suppress a decrease in NOx reduction performance and also to suppress ammonia slip.

一方、制御装置１においては、アンモニア吸着量が目標値に近づくように尿素水の噴射量を算出する部分（算出部１０）と、将来予測によって当該目標値の修正値である修正目標値を算出する部分（予測部２０）とが別個に構成されており、且つ、それぞれに対して車両のセンサ値Ａ１，Ｂ１が入力される。よって、例えば、相対的に高負荷である予測部２０に対して、車両に搭載されたコンピュータの専用のコアを用意しつつ、相対的に低負荷である算出部１０を別のコアに振り分けることが可能である。 On the other hand, in the control device 1, there is a part (calculation unit 10) that calculates the injection amount of urea water so that the ammonia adsorption amount approaches the target value, and a part that calculates a corrected target value that is a corrected value of the target value based on future predictions. The prediction section (prediction section 20) is configured separately, and sensor values A1 and B1 of the vehicle are input to each section. Therefore, for example, a dedicated core of the computer mounted on the vehicle may be prepared for the prediction unit 20, which has a relatively high load, and the calculation unit 10, which has a relatively low load, may be allocated to another core. is possible.

また、制御装置１においては、予測部２０は、センサ値Ｂ１のうち、選択還元触媒１０５を含む触媒ユニット１１０に導入される前の排気ガス温度を用いて将来予測を行うことができる。このように、例えば触媒温度等と比較して、運転状況の変化に対して応答の早い排気ガス温度を用いて将来予測を行うことにより、より適切なアンモニア吸着量の目標値の修正が可能となる。 Further, in the control device 1, the prediction unit 20 can perform future prediction using the exhaust gas temperature before being introduced into the catalyst unit 110 including the selective reduction catalyst 105, out of the sensor value B1. In this way, by making future predictions using the exhaust gas temperature, which responds more quickly to changes in operating conditions than, for example, the catalyst temperature, it is possible to more appropriately revise the target value for the amount of ammonia adsorption. Become.

また、制御装置１においては、予測部２０は、現在のセンサ値Ｂ１と、現在の目標値である現在目標値とに基づいて、アンモニア吸着量が現在目標値に近づくように噴射量を算出する噴射量算出部２１と、噴射量算出部２１が算出した噴射量と、現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第１仮目標値のコストである第１コストを算出する第１コスト算出部（コスト算出部２３）と、噴射量算出部２１が算出した噴射量と、現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測によって、第２仮目標値のコストである第２コストを算出する第２コスト算出部（コスト算出部２３）と、第１コストと第２コストとを比較することにより、第１仮目標値と第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を修正目標値として設定する目標値設定部２４と、を有している。このように、アンモニア吸着量の目標値の修正のための将来予測に対して、コストを導入することにより、予測部２０の負荷が低減される。 Furthermore, in the control device 1, the prediction unit 20 calculates the injection amount so that the ammonia adsorption amount approaches the current target value based on the current sensor value B1 and the current target value that is the current target value. The injection amount calculation unit 21 calculates the cost of the first temporary target value based on the future prediction based on the injection amount calculated by the injection amount calculation unit 21 and the first temporary target value that is set larger than the current target value. Based on a first cost calculation unit (cost calculation unit 23) that calculates a certain first cost, the injection amount calculated by the injection amount calculation unit 21, and a second provisional target value that is set smaller than the current target value. The second cost calculation unit (cost calculation unit 23) calculates the second cost, which is the cost of the second temporary target value, based on the future prediction, and the first temporary target value is calculated by comparing the first cost and the second cost. It has a target value setting unit 24 that sets one of the target value and the second provisional target value that provides a smaller cost as a modified target value. In this way, the load on the prediction unit 20 is reduced by introducing cost into the future prediction for correcting the target value of the ammonia adsorption amount.

さらに、制御装置１においては、コスト算出部２３は、選択還元触媒１０５におけるアンモニアスリップが大きくなるほど大きな値となるように第１コストを算出すると共に、アンモニアスリップが大きくなるほど大きな値となるように第２コストを算出する。このため、アンモニアスリップを確実に低減できる。この結果、アンモニアスリップ触媒（例えばアンモニア低減触媒１０６）の小型化による原価低減が実現され得る。 Furthermore, in the control device 1, the cost calculation unit 23 calculates the first cost so that it becomes a larger value as the ammonia slip in the selective reduction catalyst 105 becomes larger, and also calculates the first cost so that it becomes a larger value as the ammonia slip becomes larger. 2 Calculate the cost. Therefore, ammonia slip can be reliably reduced. As a result, cost reduction can be realized by downsizing the ammonia slip catalyst (for example, the ammonia reduction catalyst 106).

以上の実施形態は、本発明の一形態を説明したものである。したがって、本発明は、上記実施形態に限定されることなく変形され得る。 The above embodiment describes one form of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiments, but may be modified.

１…制御装置（噴射量算出装置）、１０…算出部（第１噴射量算出部）、２０…予測部（将来予測部）、２１…噴射量算出部（第２噴射量算出部）、２３…コスト算出部（第１コスト算出部、第２コスト算出部）、２４…目標値設定部（修正目標値設定部）、１０５…選択還元触媒（還元触媒）。 1... Control device (injection amount calculation device), 10... Calculation section (first injection amount calculation section), 20... Prediction section (future prediction section), 21... Injection amount calculation section (second injection amount calculation section), 23 ...Cost calculation section (first cost calculation section, second cost calculation section), 24...Target value setting section (corrected target value setting section), 105...Selective reduction catalyst (reduction catalyst).

Claims

排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒が設けられた車両に搭載されており、前記還元触媒への尿素水の噴射量を算出する噴射量算出装置であって、
前記車両における現在のセンサ値の入力を受け、現在の前記センサ値と、前記還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値とに基づいて、前記アンモニア吸着量が前記目標値に近づくように前記噴射量を算出する第１噴射量算出部と、
現在の前記センサ値の入力を受け、現在の前記センサ値に基づいた将来予測によって、前記目標値の修正値である修正目標値を算出する将来予測部と、
を備え、
前記第１噴射量算出部は、前記将来予測部が算出した前記修正目標値に基づいて前記噴射量を算出し、
前記将来予測部は、
現在の前記センサ値と、現在の前記目標値である現在目標値とに基づいて、前記アンモニア吸着量が前記現在目標値に近づくように前記噴射量を算出する第２噴射量算出部と、
前記第２噴射量算出部が算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第１仮目標値のコストである第１コストを算出する第１コスト算出部と、
前記第２噴射量算出部が算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第２仮目標値のコストである第２コストを算出する第２コスト算出部と、
前記第１コストと前記第２コストとを比較することにより、前記第１仮目標値と前記第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方を前記修正目標値として設定する修正目標値設定部と、
を有する、
噴射量算出装置。 An injection amount calculation device that is installed in a vehicle equipped with a reduction catalyst for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas, and that calculates the amount of urea water injected to the reduction catalyst,
Receiving the input of the current sensor value in the vehicle, based on the current sensor value and a target value of the ammonia adsorption amount in the reduction catalyst, adjust the injection amount so that the ammonia adsorption amount approaches the target value. a first injection amount calculation unit that calculates;
a future prediction unit that receives input of the current sensor value and calculates a corrected target value that is a corrected value of the target value by predicting the future based on the current sensor value;
Equipped with
The first injection amount calculation unit calculates the injection amount based on the corrected target value calculated by the future prediction unit,
The future prediction department is
a second injection amount calculation unit that calculates the injection amount so that the ammonia adsorption amount approaches the current target value based on the current sensor value and the current target value that is the current target value;
Based on the future prediction based on the injection amount calculated by the second injection amount calculation unit and the first provisional target value set larger than the current target value, the first provisional target value that is the cost of the first provisional target value is calculated. a first cost calculation unit that calculates one cost;
A future prediction based on the injection amount calculated by the second injection amount calculation unit and the second provisional target value set smaller than the current target value determines the cost of the second provisional target value. a second cost calculation unit that calculates the second cost;
A revised target value that sets one of the first provisional target value and the second provisional target value that provides a smaller cost as the revised target value by comparing the first cost and the second cost. Setting section and
has,
Injection amount calculation device.

前記将来予測部は、前記センサ値のうち、前記車両の前記還元触媒を含む触媒ユニットに導入される前の排気ガス温度を用いて前記将来予測を行う、
請求項１に記載の噴射量算出装置。 The future prediction unit performs the future prediction using, among the sensor values, exhaust gas temperature before being introduced into a catalyst unit including the reduction catalyst of the vehicle.
The injection amount calculation device according to claim 1.

前記第１コスト算出部は、前記還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように前記第１コストを算出し、
前記第２コスト算出部は、前記還元触媒におけるアンモニアのスリップ量が大きくなるほど大きな値となるように前記第２コストを算出する、
請求項１又は２に記載の噴射量算出装置。 The first cost calculation unit calculates the first cost so that it becomes a larger value as the slip amount of ammonia in the reduction catalyst becomes larger,
The second cost calculation unit calculates the second cost so that the larger the slip amount of ammonia in the reduction catalyst, the larger the value.
The injection amount calculation device according to claim 1 or 2 .

車両の排気ガスに含まれる窒素酸化物を還元するための還元触媒への尿素水の噴射量を制御するための噴射量制御方法であって、
前記車両における現在のセンサ値に基づいた将来予測により、前記還元触媒においてアンモニアスリップが発生すると予測された場合に、前記還元触媒におけるアンモニア吸着量の目標値を低く修正する目標値修正工程と、
前記アンモニア吸着量が前記目標値修正工程で修正された目標値に近づくように前記噴射量を制御する噴射量制御工程と、
を備え、
前記目標値修正工程では、
現在の前記センサ値と、現在の前記目標値である現在目標値とに基づいて、前記アンモニア吸着量が前記現在目標値に近づくように前記噴射量を算出し、
当該算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも大きく設定された第１仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第１仮目標値のコストである第１コストを算出し、
当該算出した前記噴射量と、前記現在目標値よりも小さく設定された第２仮目標値と、に基づいた将来予測によって、前記第２仮目標値のコストである第２コストを算出し、
前記第１コストと前記第２コストとを比較することにより、前記第１仮目標値と前記第２仮目標値のうちの、より小さなコストを与える一方に前記目標値を修正する、
噴射量制御方法。 An injection amount control method for controlling the amount of urea water injected into a reduction catalyst for reducing nitrogen oxides contained in vehicle exhaust gas, the method comprising:
a target value correction step of correcting a target value of the ammonia adsorption amount in the reduction catalyst to a lower value when it is predicted that ammonia slip will occur in the reduction catalyst based on future predictions based on current sensor values in the vehicle;
an injection amount control step of controlling the injection amount so that the ammonia adsorption amount approaches the target value corrected in the target value correction step;
Equipped with
In the target value correction step,
Calculating the injection amount so that the ammonia adsorption amount approaches the current target value based on the current sensor value and the current target value that is the current target value,
Calculating a first cost that is the cost of the first provisional target value by a future prediction based on the calculated injection amount and a first provisional target value set larger than the current target value;
Calculating a second cost that is the cost of the second provisional target value by a future prediction based on the calculated injection amount and a second provisional target value set smaller than the current target value;
By comparing the first cost and the second cost, modifying the target value to one of the first provisional target value and the second provisional target value that provides a smaller cost;
Injection amount control method.