JP2018035766A - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】硝酸アンモニウムの生成量を低減することにより、選択還元型NOx触媒(SCR触媒)が硝酸アンモニウムで被毒することを抑制する。【解決手段】SCR触媒に流入する排気中にNO2が含まれないようにしているときのSCR触媒におけるNOx浄化率の最大値と仮にSCR触媒に硝酸アンモニウムが存在していないとしたときに推定されるNOx浄化率と、に基づいて所定期間における硝酸アンモニウムの生成量を算出し、この生成量と、所定期間において排気温度が所定の温度領域にあるときに供給されたアンモニアの量と、に基づいて、供給するアンモニアの量を補正する。【選択図】図4A selective reduction NOx catalyst (SCR catalyst) is prevented from being poisoned with ammonium nitrate by reducing the amount of ammonium nitrate produced. The maximum value of the NOx purification rate in the SCR catalyst when NO2 is contained in the exhaust gas flowing into the SCR catalyst and estimated when ammonium nitrate is not present in the SCR catalyst. Based on the NOx purification rate, a production amount of ammonium nitrate in a predetermined period is calculated, and based on this production amount and the amount of ammonia supplied when the exhaust gas temperature is in a predetermined temperature region in the predetermined period, Correct the amount of ammonia to be supplied. [Selection] Figure 4
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
内燃機関の排気の温度が低いときに、選択還元型NOx触媒(以下、SCR触媒ともいう。)にアンモニアを供給すると、アンモニアとNO2とが反応して生成される硝酸アンモニウム(NH4NO3)によってSCR触媒が被毒することがある。このため、硝酸アンモニウムの吸着量が多いと判断した場合には、排気中のNOを増加させて硝酸アンモニウムとNOとの反応を促すことで、SCR触媒から硝酸アンモニウムを除去する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 When ammonia is supplied to a selective reduction NOx catalyst (hereinafter also referred to as SCR catalyst) when the temperature of the exhaust gas of the internal combustion engine is low, ammonium nitrate (NH 4 NO 3 ) produced by reaction of ammonia and NO 2 May poison the SCR catalyst. For this reason, when it is judged that the adsorption amount of ammonium nitrate is large, a technique for removing ammonium nitrate from the SCR catalyst by increasing NO in exhaust gas and promoting the reaction between ammonium nitrate and NO is known (for example, , See Patent Document 1).
しかし、硝酸アンモニウムを除去したとしても、その後のアンモニアの供給量によってはSCR触媒が硝酸アンモニウムで再度被毒してしまい、NOx浄化率が低下する虞がある。 However, even if ammonium nitrate is removed, the SCR catalyst may be poisoned again by ammonium nitrate depending on the subsequent supply amount of ammonia, and the NOx purification rate may be reduced.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、硝酸アンモニウムの生成量を低減することにより、選択還元型NOx触媒が硝酸アンモニウムで被毒することを抑制することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to suppress poisoning of the selective reduction type NOx catalyst with ammonium nitrate by reducing the amount of ammonium nitrate produced. is there.
上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に設けられアンモニアを還元剤としてNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、前記選択還元型NOx触媒へアンモニアを供給する供給装置と、前記選択還元型NOx触媒に流入する排気中にNO2が含まれないようにする処理を実施する処理手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記処理手段により前記処理を実施しているときの前記選択還元型NOx触媒におけるNOx浄化率の最大値と、前記処理手段により前記処理を実施しているときに仮に前記選択還元型NOx触媒に硝酸アンモニウムが存在していないとしたときに推定されるNOx浄化率と、に基づいて所定期間における硝酸アンモニウムの生成量を算出し、この硝酸アンモニウムの生成量と、前記所定期間において排気温度が硝酸アンモニウムが生成される所定の温度領域にあるときに前記供給装置により供給されたアンモニアの量と、に基づいて、排気温度が前記所定の温度領域にあるときに供給するアンモニアの量を補正する制御手段を備える。 In order to solve the above problems, a selective reduction type NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and reduces NOx using ammonia as a reducing agent, a supply device that supplies ammonia to the selective reduction type NOx catalyst, and the selective reduction in the exhaust purification system of an internal combustion engine comprising a processing unit that performs processing to prevent contains nO 2 in the exhaust gas flowing into the mold NOx catalyst, wherein the time to have performed said processing by said processing means The maximum value of the NOx purification rate in the selective reduction type NOx catalyst and the NOx purification estimated when ammonium nitrate is not present in the selective reduction type NOx catalyst when the processing is performed by the processing means. The amount of ammonium nitrate produced in a predetermined period is calculated based on the rate, and the amount of ammonium nitrate produced in the predetermined period And the amount of ammonia supplied by the supply device when the exhaust temperature is in a predetermined temperature range where ammonium nitrate is generated, and the amount of ammonia supplied when the exhaust temperature is in the predetermined temperature range. Control means for correcting the amount is provided.
本発明によれば、硝酸アンモニウムの生成量を低減することにより、選択還元型NOx触媒が硝酸アンモニウムで被毒することを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the selective reduction NOx catalyst from being poisoned with ammonium nitrate by reducing the amount of ammonium nitrate produced.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified.
<実施例>
図1は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、ディーゼル機関である。内燃機関1には、排気通路2が接続されている。この排気通路2の途中には、上流側から順に、酸化触媒3、フィルタ4、還元剤添加弁5、選択還元型NOx触媒6(以下、SCR触媒6という。)が設けられている。
<Example>
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine according to the present embodiment. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a diesel engine. An
酸化触媒3は、酸化機能を有する触媒であればよく、例えば三元触媒または吸蔵還元型NOx触媒であってもよい。また、フィルタ4は、排気中の粒子状物質(PM)を捕集する。なお、フィルタ4には、触媒が担持されていてもよい。この場合、酸化触媒3は、必ずしも必要ではない。
The
還元剤添加弁5は、排気通路2内の排気中に還元剤を噴射する。還元剤には、アンモニア(NH3)が用いられる。なお、還元剤添加弁5は、アンモニアを噴射する代わりに、アンモニアの前駆体である尿素を噴射してもよい。還元剤添加弁5から噴射された尿素は、排気の熱またはSCR触媒6からの熱により加水分解されてアンモニアとなり、SCR触媒6に吸着する。このアンモニアは、SCR触媒6において還元剤として利用される。なお、本実施例では、還元剤添加弁5からアンモニアを噴射する。本実施例においては還元剤添加弁5が、本発明における供給装置に相当する。
The reducing
また、SCR触媒6は、還元剤を吸着しておき、SCR触媒6をNOxが通過するときに、この吸着していた還元剤によりNOxを選択還元する。したがって、SCR触媒6に還元剤としてアンモニアを予め吸着させておけば、SCR触媒6において、NOxをアンモニアにより還元させることができる。 The SCR catalyst 6 adsorbs a reducing agent, and when NOx passes through the SCR catalyst 6, it selectively reduces NOx with the adsorbed reducing agent. Therefore, if ammonia is adsorbed in advance as a reducing agent on the SCR catalyst 6, NOx can be reduced with ammonia in the SCR catalyst 6.
また、フィルタ4よりも下流で且つSCR触媒6よりも上流の排気通路2には、排気の温度を検出する上流側温度センサ11と、排気中のNOx濃度を検出する上流側NOxセンサ12と、が取り付けられている。なお、上流側温度センサ11によりフィルタ4の温度またはSCR触媒6の温度を検出することができる。また、上流側NOxセンサ12により、SCR触媒6に流入する排気中のNOx濃度を検出することができる。また、SCR触媒6よりも下流の排気通路2には、排気の温度を検出する下流側温度センサ13と、排気中のNOx濃度を検出する下流側NOxセンサ14が取り付けられている。下流側温度センサ13により、SCR触媒6の温度を検出することができる。また、下流側NOxセンサ14により、SCR触媒6から流出する排気中のNOx濃度を検出することができる。なお、後述するECU10は、内燃機関1の運転状態に基づいて、SCR触媒6の温度を推定することもできる。例えば、機関回転数、燃料噴射量、及び吸入空気量と、SCR触媒6の温度と、には相関関係があるため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。
Further, in the
内燃機関1には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁7が設けられている。また、内燃機関1には、吸気通路8が接続されている。吸気通路8の途中には、内燃機関1の吸入空気量を調整するスロットル9が設けられている。スロットル9よりも上流の吸気通路8に
は、内燃機関1の吸入空気量を検出するエアフローメータ15が取り付けられている。
The internal combustion engine 1 is provided with a
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1を制御する。また、ECU10には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル16を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ17、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ18が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がECU10に入力される。一方、ECU10には、還元剤添加弁5、燃料噴射弁7、スロットル9が電気配線を介して接続されており、該ECU10によりこれらの機器が制御される。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
そして、ECU10は、還元剤添加弁5を制御することによりSCR触媒6に対してアンモニアを供給する。しかし、排気温度が低いときに還元剤添加弁5からアンモニアを添加すると、還元剤添加弁5から添加されるアンモニアと、排気中に含まれるNO2と、から硝酸アンモニウム(NH4NO3)が生成される。この硝酸アンモニウムによってSCR触媒6が被毒すると、NOxの浄化性能が低下してしまう。また、硝酸アンモニウムは温度が高くなると熱分解して、N2OとH2Oとが生成される。このN2Oは、温室効果ガスとして知られているため、大気中への排出量を低減することが好ましい。したがって、硝酸アンモニウムの生成量を低減することが好ましい。
The ECU 10 supplies ammonia to the SCR catalyst 6 by controlling the reducing
そこで本実施例では、排気温度が、硝酸アンモニウムが生成される所定の温度領域(以下、所定領域ともいう。)内の場合には、硝酸アンモニウムの生成量が低減するように、アンモニア添加量を補正する。アンモニア添加量を補正するために、先ずは、アンモニア添加量を補正する前のアンモニア添加時に生成された硝酸アンモニウムの量を検出する。硝酸アンモニウムの生成量を検出するときには、内燃機関1から排出されるNOx中にNO2が含まれないように燃焼モードを設定する。この燃焼モード時には、NOx中にNOのみが含まれる。そして、硝酸アンモニウムの生成量に基づいて、アンモニア添加量の補正係数を算出し、この補正係数にしたがって次回以降のアンモニア添加量を補正する。 Therefore, in this embodiment, when the exhaust temperature is within a predetermined temperature region where ammonium nitrate is generated (hereinafter also referred to as a predetermined region), the ammonia addition amount is corrected so that the amount of ammonium nitrate generated is reduced. . In order to correct the amount of added ammonia, first, the amount of ammonium nitrate generated at the time of adding ammonia before correcting the amount of added ammonia is detected. When detecting the production amount of ammonium nitrate, the combustion mode is set so that NO 2 is not included in the NOx discharged from the internal combustion engine 1. During this combustion mode, only NO is included in NOx. Then, a correction coefficient for the ammonia addition amount is calculated based on the production amount of ammonium nitrate, and the subsequent ammonia addition amount is corrected according to this correction coefficient.
ここで、図2は、SCR触媒6よりも下流のNOx濃度の推移を示したタイムチャートである。図2は、排気温度が所定領域内の場合におけるNOx濃度の推移を示しており、排気温度が例えば180℃のときのNOx濃度の推移を示している。図2では、全期間で還元剤添加弁5からアンモニアを添加している。アンモニア添加量は、SCR触媒6へ流入するNOx量に対して、過不足ないように設定される。図2では、SCR触媒6に流入する排気中のNOx濃度が一定であるため、アンモニア添加量も一定である。図2において、0からT2までの期間は、内燃機関1からNO及びNO2を排出させる期間である。すなわち、この0からT2までの期間は、内燃機関1からNO及びNO2を排出させる燃焼モードに設定されている。また、T2からT4までの期間は、内燃機関1からNOを排出させるがNO2を排出させない期間である。すなわち、このT2からT4までの期間は、内燃機関1からNOを排出させるがNO2を排出させない燃焼モードに設定されている。T2は、例えば内燃機関1を搭載する車両の走行距離が所定距離よりも長くなった時点である。所定距離は、アンモニア添加量を補正するのに適した距離である。C1は、アンモニア供給をしていないときのNOx濃度であり、C2は、内燃機関1からNOを排出させるがNO2を排出させない場合において硝酸アンモニウムが存在していないときのNOx濃度であり、C3は、T2からT4までの期間でのNOx濃度の最小値であり、C4は、内燃機関1からNO及びNO2を排出させる場合において硝酸アンモニウムが存在していないときのNOx濃度である。C4は、NOx浄化率が例えば80%のときのNOx濃度である。
Here, FIG. 2 is a time chart showing the transition of the NOx concentration downstream of the SCR catalyst 6. FIG. 2 shows the transition of the NOx concentration when the exhaust temperature is within the predetermined region, and shows the transition of the NOx concentration when the exhaust temperature is, for example, 180 ° C. In FIG. 2, ammonia is added from the reducing
0からT1までの期間では、アンモニア添加によりSCR触媒6においてNOxが浄化
されるため、C1からNOx濃度が低下する。この0からT1までの期間では、排気中にNO,NO2が存在しており、SCR触媒6にアンモニアが吸着されているため、SCR触媒6において以下の(式1)に示したFast反応が起こる。この反応は後述するStandard反応よりも早い反応である。
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O・・・(式1)
In the period from 0 to T1, NOx is purified in the SCR catalyst 6 by addition of ammonia, so the NOx concentration decreases from C1. During this period from 0 to T1, NO and NO 2 exist in the exhaust gas, and ammonia is adsorbed on the SCR catalyst 6, so that the Fast reaction shown in the following (formula 1) is performed in the SCR catalyst 6. Occur. This reaction is faster than the standard reaction described later.
NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O (Formula 1)
この反応によりNOx濃度が低下する。しかしT1においてNOx濃度が増加に転じている。このようにNOx濃度が増加するのは、排気中のNO2とアンモニアとが反応して硝酸アンモニウムが生成され、この硝酸アンモニウムによってSCR触媒6が被毒しているためである。そして、SCR触媒6の被毒量が増加するのにしたがって、NOx浄化率が低下するので、SCR触媒6よりも下流のNOx濃度が増加する。この硝酸アンモニウムの生成を抑制するためには、アンモニア添加量を減少させればよい。ただし、アンモニア添加量を過度に減少させると、NOxを浄化するのに十分な量のアンモニアをSCR触媒6に供給することができなくなるため、本実施例では、硝酸アンモニウムの生成量に応じて、アンモニア添加量を減少させる。そして、硝酸アンモニウムの生成量を検出するために、T2からは内燃機関1においてNO2が発生しない燃焼モードに移行する。 This reaction reduces the NOx concentration. However, the NOx concentration starts to increase at T1. The NOx concentration increases in this way because NO 2 and ammonia in the exhaust gas react to produce ammonium nitrate, and the SCR catalyst 6 is poisoned by this ammonium nitrate. As the poisoning amount of the SCR catalyst 6 increases, the NOx purification rate decreases, so the NOx concentration downstream of the SCR catalyst 6 increases. In order to suppress the production of ammonium nitrate, the amount of ammonia added may be reduced. However, if the amount of ammonia added is excessively reduced, a sufficient amount of ammonia for purifying NOx cannot be supplied to the SCR catalyst 6. In this embodiment, ammonia is produced according to the amount of ammonium nitrate produced. Reduce the amount added. In order to detect the production of ammonium nitrate, it shifts to combustion mode no NO 2 is generated in the internal combustion engine 1 from T2.
NO2が発生しない燃焼モードでは、例えば、燃料噴射弁7の燃料噴射時期を進角させたり、EGR装置を備えている場合にはEGRガス量を減少させ又はEGRガスの供給を停止させたりして、内燃機関1の燃焼室内で急激な燃焼が起こるようにする。このような燃焼モードに移行することで、NOが発生しNO2が発生しないようにできる。また、例えば、SCR触媒6よりも上流側にNSR触媒と、NSR触媒をバイパスするバイパス通路とを備えている場合には、バイパス通路を流通する排気の量を調整することにより、SCR触媒6にNOが流入しNO2が流入しないようにできる。ここで、NSR触媒においてNOxを吸蔵するときにはNOよりもNO2のほうが吸蔵され易いため、結果的にSCR触媒6を通り抜けるのはNOだけになる。したがって、NOxがNSR触媒を通り抜けるようにNSR触媒の容量を調整しておけば、SCR触媒6にNOを供給し、NO2を供給しないようにできる。SCR触媒6にNO及びNO2を供給する場合には、バイパス通路に排気を流通させればよい。
In the combustion mode in which NO 2 is not generated, for example, the fuel injection timing of the
T2からT4までの期間は、NOとアンモニアとが反応することにより、以下の(式2)に示したStandard反応が起こる。
4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O・・・(式2)
During the period from T2 to T4, the reaction of NO and ammonia causes the Standard reaction shown in the following (Formula 2) to occur.
4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O (Formula 2)
この反応によってNOが浄化されるため、NOx濃度が低下する。ただし、(式1)のFast反応の場合と比較して(式2)のStandard反応の場合には、単位時間当たりのNOxの浄化量が少なくなる。このため、T2以前のようにNOx濃度がC4まで低下することはない。ここで、SCR触媒6に硝酸アンモニウムが存在していると、さらに以下の(式3)で示した反応も起こる。
NH4NO3+NO→N2+H2O・・・(式3)
Since NO is purified by this reaction, the NOx concentration decreases. However, the NOx purification amount per unit time is smaller in the standard reaction of (Formula 2) than in the case of the Fast reaction of (Formula 1). For this reason, the NOx concentration does not decrease to C4 as before T2. Here, when ammonium nitrate is present in the SCR catalyst 6, the reaction shown by the following (formula 3) also occurs.
NH 4 NO 3 + NO → N2 + H 2 O (Formula 3)
すなわち、硝酸アンモニウムによってもNOが浄化され、しかも、この反応はFast反応に近く、Standard反応よりも早いため、T2からT4までの期間の中に硝酸アンモニウムによってNOが浄化される。その結果、NOx濃度がC2よりも低くなる期間が存在する。C2とC3との差は、硝酸アンモニウムによってNOが浄化されることで生じている。そして、C2とC3との差は、硝酸アンモニウムの生成量に相関する。このため、本実施例では、T3における実際のNOx浄化率(すなわち、NOx浄化率の最大値)と、NOx濃度がC2のときのNOx浄化率(すなわち、硝酸アンモニウムが存在しないときのNOx浄化率)との差に基づいて、硝酸アンモニウムの量を算出する。 That is, NO is also purified by ammonium nitrate, and since this reaction is close to the Fast reaction and faster than the Standard reaction, NO is purified by ammonium nitrate during the period from T2 to T4. As a result, there is a period in which the NOx concentration is lower than C2. The difference between C2 and C3 is caused by the purification of NO by ammonium nitrate. The difference between C2 and C3 correlates with the amount of ammonium nitrate produced. For this reason, in this embodiment, the actual NOx purification rate at T3 (that is, the maximum value of the NOx purification rate) and the NOx purification rate when the NOx concentration is C2 (that is, the NOx purification rate when there is no ammonium nitrate). Based on the difference, the amount of ammonium nitrate is calculated.
図3は、排気温度とNOx浄化率との関係を示した図である。図3中の、T1からT4は、図2のT1からT4の時点に対応している。図3によれば、Fast反応とStandard反応とのNOx浄化率の差は、温度が例えば200℃以下の場合に比較的大きくなることが分かる。このような温度領域では、(式3)で示したFast反応に近い反応によるNOx浄化率も高くなる。すなわち、(式2)で示した反応によるNOx浄化率と、(式3)で示した反応によるNOx浄化率に大きな差が生じるため、何れの反応が支配的なのかNOx浄化率を見れば分かる。したがって、NOx浄化率を検出することで、(式2)または(式3)の何れの反応によってNOxが浄化されているのか判定することができる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the exhaust temperature and the NOx purification rate. In FIG. 3, T1 to T4 correspond to the time points T1 to T4 in FIG. According to FIG. 3, it can be seen that the difference in the NOx purification rate between the Fast reaction and the Standard reaction becomes relatively large when the temperature is, for example, 200 ° C. or less. In such a temperature range, the NOx purification rate by the reaction close to the Fast reaction shown in (Equation 3) also becomes high. That is, since there is a large difference between the NOx purification rate by the reaction shown in (Formula 2) and the NOx purification rate by the reaction shown in (Formula 3), it can be understood by looking at the NOx purification rate which reaction is dominant. . Therefore, by detecting the NOx purification rate, it is possible to determine whether the NOx is purified by the reaction of (Equation 2) or (Equation 3).
ここで、図2のC3に対応するNOx浄化率と、C2に対応するNOx浄化率と、の差は、硝酸アンモニウムによってNOが浄化されることで生じている。すなわち、C3に対応するNOx浄化率と、C2に対応するNOx浄化率と、の差は、硝酸アンモニウムの生成量に相関している。したがって、C3に対応するNOx浄化率と、C2に対応するNOx浄化率と、の差と、硝酸アンモニウムの生成量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、C3に対応するNOx浄化率と、C2に対応するNOx浄化率と、の差に基づいて、硝酸アンモニウムの生成量を算出することができる。なお、C2に対応するNOx浄化率は予め実験またはシミュレーション等により求めておく。また、C2に対応するNOx浄化率は、上流側NOxセンサ12及び下流側NOxセンサ14により得ることができる。
Here, the difference between the NOx purification rate corresponding to C3 in FIG. 2 and the NOx purification rate corresponding to C2 is caused by NO being purified by ammonium nitrate. That is, the difference between the NOx purification rate corresponding to C3 and the NOx purification rate corresponding to C2 correlates with the production amount of ammonium nitrate. Therefore, if the relationship between the difference between the NOx purification rate corresponding to C3 and the NOx purification rate corresponding to C2 and the amount of ammonium nitrate produced is obtained in advance through experiments or simulations, the NOx purification corresponding to C3. Based on the difference between the rate and the NOx purification rate corresponding to C2, the amount of ammonium nitrate produced can be calculated. Note that the NOx purification rate corresponding to C2 is obtained in advance by experiments or simulations. Further, the NOx purification rate corresponding to C2 can be obtained by the
なお、図3に示したように、NOx浄化率がピークのときよりも温度が高い場合であっても、Fast反応とStandard反応とのNOx浄化率の差が大きくなる。しかし、この場合には、燃焼温度が高いことにより内燃機関1からのNOxの排出量が多くなる。本実施例では、NOxの排出量を減少させるために、低温側で硝酸アンモニウムの生成量を検出している。 As shown in FIG. 3, even when the temperature is higher than when the NOx purification rate is at its peak, the difference in the NOx purification rate between the Fast reaction and the Standard reaction becomes large. However, in this case, the amount of NOx emitted from the internal combustion engine 1 increases due to the high combustion temperature. In this embodiment, the amount of ammonium nitrate produced is detected on the low temperature side in order to reduce the NOx emission.
そして、硝酸アンモニウムの生成量に基づいて、排気温度が所定領域内のときのアンモニア添加量を補正する。硝酸アンモニウムは排気温度が所定領域内のときに生成されるため、排気温度が所定領域内のときに添加されたアンモニア量に対して、どれだけ硝酸アンモニウムが生成されたかを算出する。そして、添加されたアンモニア量に対する、硝酸アンモニウムの生成量の比を、補正係数として算出する。 And based on the production amount of ammonium nitrate, the ammonia addition amount when the exhaust temperature is within the predetermined region is corrected. Since ammonium nitrate is generated when the exhaust temperature is within a predetermined region, it is calculated how much ammonium nitrate is generated relative to the amount of ammonia added when the exhaust temperature is within the predetermined region. Then, the ratio of the production amount of ammonium nitrate to the added ammonia amount is calculated as a correction coefficient.
図4は、本実施例に係るアンモニア添加制御のフローを示したフローチャートである。本フローチャートはECU10により所定時間毎に繰り返し実行される。
FIG. 4 is a flowchart showing a flow of ammonia addition control according to the present embodiment. This flowchart is repeatedly executed by the
ステップS101では、アンモニアの添加要求があるか否か判定される。例えば、SCR触媒6の温度がNOxを浄化可能な温度(例えば100℃)以上の場合には、SCR触媒6においてNOxが浄化されることによりアンモニアが消費されるため、アンモニアの添加要求があると判定される。ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。 In step S101, it is determined whether there is an ammonia addition request. For example, when the temperature of the SCR catalyst 6 is equal to or higher than a temperature capable of purifying NOx (for example, 100 ° C.), ammonia is consumed by purifying NOx in the SCR catalyst 6, and therefore there is a request for addition of ammonia. Determined. If an affirmative determination is made in step S101, the process proceeds to step S102. On the other hand, if a negative determination is made, this flowchart is terminated.
ステップS102では、排気温度が、硝酸アンモニウムが生成される温度領域である所定領域内にあるか否か判定される。排気温度が例えば200℃未満の場合には、排気温度が100℃以上200℃未満ということになり、所定領域内にあると判定される。ステップS102で肯定判定がなされた場合にはステップS103へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS104へ進む。 In step S102, it is determined whether or not the exhaust temperature is within a predetermined region that is a temperature region in which ammonium nitrate is generated. If the exhaust temperature is lower than 200 ° C., for example, the exhaust temperature is 100 ° C. or higher and lower than 200 ° C., and it is determined that the exhaust temperature is within the predetermined region. If an affirmative determination is made in step S102, the process proceeds to step S103, whereas if a negative determination is made, the process proceeds to step S104.
ステップS103では、アンモニア添加量が積算される。すなわち、排気温度が所定領域内のときに添加されるアンモニアの量が積算される。 In step S103, the ammonia addition amount is integrated. That is, the amount of ammonia added when the exhaust temperature is within the predetermined range is integrated.
ステップS104では、内燃機関1を搭載する車両の走行距離が所定距離よりも長いか否か判定される。所定距離は、アンモニア添加量を補正するのに適した距離であって、例えば10000kmである。本ステップS104では、所定期間が経過したか否か判定している。ステップS104で肯定判定がなされた場合にはステップS105へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。 In step S104, it is determined whether the travel distance of the vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted is longer than a predetermined distance. The predetermined distance is a distance suitable for correcting the ammonia addition amount, and is, for example, 10,000 km. In step S104, it is determined whether a predetermined period has elapsed. If an affirmative determination is made in step S104, the process proceeds to step S105. On the other hand, if a negative determination is made, this flowchart is terminated.
ステップS105では、排気温度が所定温度以下であるか否か判定される。所定温度は、図3で説明したように、Fast反応とStandard反応とのNOx浄化率の差が大きくなる閾値となる温度であり例えば200℃である。すなわち、本ステップS105では、排気温度が、硝酸アンモニウムの生成量を算出するのに適した温度になっているか否か判定している。ステップS105で肯定判定がなされた場合にはステップS106へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。 In step S105, it is determined whether the exhaust temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. As described with reference to FIG. 3, the predetermined temperature is a temperature that becomes a threshold value at which the difference in the NOx purification rate between the Fast reaction and the Standard reaction becomes large, for example, 200 ° C. That is, in this step S105, it is determined whether or not the exhaust temperature is a temperature suitable for calculating the production amount of ammonium nitrate. If an affirmative determination is made in step S105, the process proceeds to step S106. On the other hand, if a negative determination is made, this flowchart is ended.
ステップS106では、燃焼モードを内燃機関1からNOを排出させ、NO2を排出させない燃焼モードに切り替える。すなわち、NOxの成分をNOのみにする。なお、本実施例においてはECU10がステップS106を処理することにより、本発明における処理手段として機能する。
In step S106, the combustion mode is switched to a combustion mode in which NO is discharged from the internal combustion engine 1 and NO 2 is not discharged. That is, the NOx component is only NO. In this embodiment, the
ステップS107では、アンモニア添加が実施される。このときには、NOx量に対して過不足ないようにアンモニア量が決定され添加される。NOx量は、上流側NOxセンサ12により検出されるNOx濃度と、エアフローメータ15により検出される吸入空気量と、燃料噴射量とから算出される。
In step S107, ammonia addition is performed. At this time, the ammonia amount is determined and added so as not to be excessive or insufficient with respect to the NOx amount. The NOx amount is calculated from the NOx concentration detected by the
ステップS108では、NOx浄化率が算出される。本フローチャートでは、今回算出されるNOx浄化率をNOx浄化率(n)とし、前回算出されたNOx浄化率をNOx浄化率(n−1)とする。NOx浄化率は、上流側NOxセンサ12により検出されるNOx濃度と、下流側NOxセンサ14により検出されるNOx濃度とから算出される。
In step S108, the NOx purification rate is calculated. In this flowchart, the NOx purification rate calculated this time is the NOx purification rate (n), and the previously calculated NOx purification rate is the NOx purification rate (n−1). The NOx purification rate is calculated from the NOx concentration detected by the
ステップS109では、今回算出されたNOx浄化率(n)が前回算出されたNOx浄化率(nー1)以下であるか否か判定される。本ステップS109では、NOx浄化率の上昇が止まった、若しくは、NOx浄化率が低下に転じたか否か判定している。すなわち、NOx浄化率が最大値に達したか否か判定している。ステップS109で肯定判定がなされた場合にはステップS110へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS108へ戻る。ステップS108へ戻る前に、今回算出されたNOx浄化率(n)を、前回算出されたNOx浄化率(n−1)に代入する。 In step S109, it is determined whether or not the currently calculated NOx purification rate (n) is equal to or less than the previously calculated NOx purification rate (n-1). In this step S109, it is determined whether or not the increase in the NOx purification rate has stopped or the NOx purification rate has started to decline. That is, it is determined whether or not the NOx purification rate has reached the maximum value. If an affirmative determination is made in step S109, the process proceeds to step S110. On the other hand, if a negative determination is made, the process returns to step S108. Before returning to step S108, the NOx purification rate (n) calculated this time is substituted into the NOx purification rate (n-1) calculated last time.
ステップS110では、前回算出されたNOx浄化率(n−1)が基準NOx浄化率よりも大きいか否か判定される。前回算出されたNOx浄化率(n−1)は、NOx浄化率の最大値である。このNOx浄化率の最大値が基準NOx浄化率より大きければ、硝酸アンモニウムによってNOが浄化されていると考えられる。したがって、本ステップS109では、硝酸アンモニウムが存在しているか否か判定している。基準NOx浄化率は、硝酸アンモニウムが存在していないときのNOx浄化率であり、予め実験またはシミュレーション等により求めてECU10に記憶させておく。ステップS110で肯定判定がなされた場合にはステップS111へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS117へ進む。
In step S110, it is determined whether or not the previously calculated NOx purification rate (n-1) is greater than the reference NOx purification rate. The previously calculated NOx purification rate (n-1) is the maximum value of the NOx purification rate. If the maximum value of the NOx purification rate is larger than the reference NOx purification rate, it is considered that NO is purified by ammonium nitrate. Therefore, in this step S109, it is determined whether or not ammonium nitrate is present. The reference NOx purification rate is the NOx purification rate when ammonium nitrate is not present, and is obtained in advance by experiments or simulations and stored in the
ステップS111では、前回算出されたNOx浄化率(n−1)と基準NOx浄化率との差であるNOx浄化率差が算出される。 In step S111, a NOx purification rate difference that is a difference between the previously calculated NOx purification rate (n-1) and the reference NOx purification rate is calculated.
ステップS112では、NOx浄化率差に基づいて硝酸アンモニウムの生成量が算出される。NOx浄化率差と硝酸アンモニウムの生成量との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてECU10に記憶させておく。ここで、図5は、NOx浄化率差と硝酸アンモニウムの生成量との関係を示した図である。NOx浄化率差が大きいほど、硝酸アンモニウムの生成量が多いといえる。
In step S112, the production amount of ammonium nitrate is calculated based on the NOx purification rate difference. The relationship between the NOx purification rate difference and the amount of ammonium nitrate produced is obtained in advance through experiments or simulations and stored in the
ステップS113では、アンモニア添加量が補正される。アンモニア添加量の補正係数は、硝酸アンモニウムの生成量を、ステップS103で算出されたアンモニア添加量の積算値で除算することにより算出される。なお、本実施例においてはECU10がステップS112及びステップS113を処理することにより、本発明における制御手段として機能する。
In step S113, the ammonia addition amount is corrected. The ammonia addition amount correction coefficient is calculated by dividing the ammonium nitrate generation amount by the integrated value of the ammonia addition amount calculated in step S103. In this embodiment, the
ステップS114では、アンモニア添加が実施される。このときには、NOx量に対して過不足ないようにアンモニア量に対して、ステップS113で算出された補正係数分のアンモニア量が減少されて添加される。 In step S114, ammonia addition is performed. At this time, the ammonia amount corresponding to the correction coefficient calculated in step S113 is reduced and added to the ammonia amount so that the NOx amount is not excessive or insufficient.
ステップS115では、現時点のNOx浄化率が算出される。ステップS116では、NOx浄化率が基準NOx浄化率以下である否か判定される。ステップS116で肯定判定がなされた場合には硝酸アンモニウムが除去されたと判断できるためステップS117へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップS115へ戻る。 In step S115, the current NOx purification rate is calculated. In step S116, it is determined whether or not the NOx purification rate is equal to or less than a reference NOx purification rate. If an affirmative determination is made in step S116, it can be determined that ammonium nitrate has been removed, and the process proceeds to step S117. On the other hand, if a negative determination is made, the process returns to step S115.
ステップS117では、燃焼モードが通常の燃焼モードに変更される。通常の変更モードとは、ステップS106で燃焼モードが変更される前の燃焼モードであり、内燃機関1からNO及びNO2を排出する燃焼モードである。そして、ステップS118では、ステップS104で使用した走行距離、及び、ステップS103で算出されたアンモニア添加量の積算値がリセットされる。 In step S117, the combustion mode is changed to the normal combustion mode. The normal change mode is a combustion mode before the combustion mode is changed in step S106, and is a combustion mode in which NO and NO 2 are discharged from the internal combustion engine 1. In step S118, the travel distance used in step S104 and the integrated value of the ammonia addition amount calculated in step S103 are reset.
以上説明したように本実施例によれば、硝酸アンモニウムの生成量を算出することができ、さらに、硝酸アンモニウムの生成量に応じてアンモニア添加量を補正することができる。これにより、アンモニアの過剰添加を抑制することができるため、SCR触媒6が硝酸アンモニウムで被毒してNOx浄化率が低下することを抑制できる。 As described above, according to the present embodiment, the amount of ammonium nitrate produced can be calculated, and the amount of ammonia added can be corrected according to the amount of ammonium nitrate produced. Thereby, since excessive addition of ammonia can be suppressed, it can suppress that the SCR catalyst 6 is poisoned with ammonium nitrate and a NOx purification rate falls.
1 内燃機関
2 排気通路
3 酸化触媒
4 フィルタ
5 還元剤添加弁
6 選択還元型NOx触媒(SCR触媒)
7 燃料噴射弁
8 吸気通路
9 スロットル
10 ECU
11 上流側温度センサ
12 上流側NOxセンサ
13 下流側温度センサ
14 下流側NOxセンサ
15 エアフローメータ
16 アクセルペダル
17 アクセル開度センサ
18 クランクポジションセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
7
11
Claims (1)
前記選択還元型NOx触媒へアンモニアを供給する供給装置と、
前記選択還元型NOx触媒に流入する排気中にNO2が含まれないようにする処理を実施する処理手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記処理手段により前記処理を実施しているときの前記選択還元型NOx触媒におけるNOx浄化率の最大値と、前記処理手段により前記処理を実施しているときに仮に前記選択還元型NOx触媒に硝酸アンモニウムが存在していないとしたときに推定されるNOx浄化率と、に基づいて所定期間における硝酸アンモニウムの生成量を算出し、この硝酸アンモニウムの生成量と、前記所定期間において排気温度が硝酸アンモニウムが生成される所定の温度領域にあるときに前記供給装置により供給されたアンモニアの量と、に基づいて、排気温度が前記所定の温度領域にあるときに供給するアンモニアの量を補正する制御手段を備える内燃機関の排気浄化装置。 A selective reduction type NOx catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine for reducing NOx using ammonia as a reducing agent;
A supply device for supplying ammonia to the selective reduction type NOx catalyst;
Processing means for performing processing for preventing NO 2 from being contained in the exhaust gas flowing into the selective reduction type NOx catalyst;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising:
The maximum value of the NOx purification rate in the selective reduction type NOx catalyst when the processing is being performed by the processing means, and ammonium nitrate is temporarily added to the selective reduction type NOx catalyst when the processing is being performed by the processing means. The amount of ammonium nitrate produced in a predetermined period is calculated based on the NOx purification rate estimated when NO is present, and the ammonium nitrate is produced in the predetermined period and the exhaust temperature in the predetermined period. An internal combustion engine comprising control means for correcting the amount of ammonia to be supplied when the exhaust gas temperature is in the predetermined temperature range based on the amount of ammonia supplied by the supply device when in the predetermined temperature range Exhaust purification equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2016170598A JP2018035766A (en) | 2016-09-01 | 2016-09-01 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=61567113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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2016
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