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JP5198520B2 - Exhaust gas purification system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust emission control system capable of suppressing the emission of a reducing agent while maintaining high NOx elimination performance even while a temperature of a selective reduction catalyst following regeneration of an exhaust purification filter is high. <P>SOLUTION: The exhaust emission control system includes a DPF collecting PMs in exhaust, an urea injection device supplying urea to upstream sides of first and second selective reduction catalysts, and a limit injection amount calculating part 57 calculating an NO reducible amount QNO<SB POS="POST">RED_MAX</SB>and an NO<SB POS="POST">2</SB>reducible amount QNO2<SB POS="POST">RED_MAX</SB>equivalent to an NO amount and an NO<SB POS="POST">2</SB>amount reducible by the first and second selective catalysts on the basis of feed NOx QNOX, and an upper limit injection amount G<SB POS="POST">UREA_ULIM</SB>equivalent to a limit value with respect to a supply amount of urea water during the regeneration of the DPF on the basis of the calculated NO reducible amount QNO<SB POS="POST">RED_MAX</SB>and the NO<SB POS="POST">2</SB>reducible amount QNO2<SB POS="POST">RED_MAX</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、還元剤の存在下で排気のNOxを還元する選択還元触媒を備えた排気浄化システムに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification system for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an exhaust purification system including a selective reduction catalyst that reduces NOx in exhaust in the presence of a reducing agent.

従来、排気中のNOxを浄化する排気浄化システムの1つとして、アンモニア等の還元剤により排気中のNOxを選択的に還元する選択還元触媒を排気通路に設けたものが提案されている。例えば、尿素添加式の排気浄化システムでは、選択還元触媒の上流側からアンモニアの前駆体である尿素水を供給し、この尿素水から排気の熱で熱分解又は加水分解することでアンモニアを生成し、このアンモニアにより排気中のNOxを選択的に還元する。このような尿素添加式のシステムの他、例えば、アンモニアカーバイトのようなアンモニアの化合物を加熱することでアンモニアを生成し、このアンモニアを直接添加するシステムも提案されている。以下では、尿素添加式のシステムについて説明する。   Conventionally, as an exhaust purification system for purifying NOx in exhaust, a system in which a selective reduction catalyst for selectively reducing NOx in exhaust with a reducing agent such as ammonia is provided in an exhaust passage has been proposed. For example, in a urea addition type exhaust purification system, urea water, which is a precursor of ammonia, is supplied from the upstream side of the selective reduction catalyst, and ammonia is generated from the urea water by thermal decomposition or hydrolysis with the heat of exhaust gas. This ammonia selectively reduces NOx in the exhaust gas. In addition to such a urea addition type system, for example, a system in which ammonia is generated by heating an ammonia compound such as ammonia carbide and this ammonia is directly added has also been proposed. Hereinafter, a urea addition type system will be described.

このような選択還元触媒には、排気中のNOxの還元に供されなかったアンモニアを吸着する能力がある。すなわち、選択還元触媒に流入するNOx量に対し尿素水の供給量が多い場合、NOxの還元に供されずに余剰となったアンモニアは選択還元触媒に吸着され、逆に選択還元触媒に流入するNOx量に対し尿素水の供給量が少ない場合、選択還元触媒に吸着されていたアンモニアがNOxの還元に供される。したがって、尿素水の供給量を増減することにより、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量を制御することができる。   Such a selective reduction catalyst has an ability to adsorb ammonia that has not been used to reduce NOx in the exhaust gas. That is, when the amount of urea water supplied is larger than the amount of NOx flowing into the selective reduction catalyst, the excess ammonia that is not used for NOx reduction is adsorbed by the selective reduction catalyst, and conversely flows into the selective reduction catalyst. When the supply amount of urea water is smaller than the NOx amount, ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst is used for NOx reduction. Therefore, the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst can be controlled by increasing / decreasing the supply amount of urea water.

NOx浄化の観点からは、選択還元触媒にできるだけ多くのアンモニアが吸着されていることが好ましいものの、選択還元触媒で吸着できるアンモニアの量には限界がある。選択還元触媒にこの限界量を超えるアンモニアが供給されると、吸着しきれなかったアンモニアは下流側へ排出されてしまうこととなる。このため、選択還元触媒におけるアンモニアの吸着量は、限界量を上回らないように適切な量に制御する必要がある。そこで、例えば特許文献1には、選択還元触媒におけるNOx浄化率を算出し、算出されたNOx浄化率に応じてアンモニアの吸着量を制御する技術が示されている。   From the viewpoint of NOx purification, it is preferable that as much ammonia as possible be adsorbed on the selective reduction catalyst, but the amount of ammonia that can be adsorbed by the selective reduction catalyst is limited. If ammonia exceeding this limit amount is supplied to the selective reduction catalyst, ammonia that cannot be adsorbed will be discharged downstream. For this reason, the adsorption amount of ammonia in the selective reduction catalyst needs to be controlled to an appropriate amount so as not to exceed the limit amount. Thus, for example, Patent Document 1 discloses a technique for calculating a NOx purification rate in a selective reduction catalyst and controlling the amount of adsorption of ammonia in accordance with the calculated NOx purification rate.

ところで、以上のような選択還元触媒の他、排気中の粒子状物質(PM(Particulate Matter))を捕集するフィルタ(DPF(Diesel Particulate Filter))を備える排気浄化システムでは、フィルタに堆積したPMを燃焼除去するため、フィルタを約600℃程度のPMの燃焼温度まで昇温する必要がある。一方、選択還元触媒のアンモニアを吸着する能力は、温度の上昇に伴い低下することが知られている。したがって、PMを燃焼除去するためにフィルタを昇温したとき、フィルタの再生を開始するまでに吸着しておいたアンモニアが、選択還元触媒の温度の上昇に伴って排出されてしまうおそれがある。   By the way, in the exhaust purification system provided with the filter (DPF (Diesel Particulate Filter)) which collects the particulate matter (PM (Particulate Matter)) in the exhaust gas in addition to the selective reduction catalyst as described above, the PM deposited on the filter. In order to burn off, it is necessary to raise the temperature of the filter to a PM combustion temperature of about 600 ° C. On the other hand, it is known that the ability of the selective reduction catalyst to adsorb ammonia decreases as the temperature increases. Therefore, when the temperature of the filter is increased in order to burn and remove PM, ammonia that has been adsorbed before the regeneration of the filter is started may be discharged as the temperature of the selective reduction catalyst increases.

そこで特許文献2には、フィルタの昇温を開始するに当り、選択還元触媒から吸着したアンモニアが排出されるか否かを判別し、排出されるおそれがある場合には、フィルタの昇温を待機するとともに選択還元触媒に吸着されたアンモニアの消費を促進するべく選択還元触媒に流入するNOx量を増加させる技術が提案されている。   Therefore, in Patent Document 2, it is determined whether or not ammonia adsorbed from the selective reduction catalyst is discharged when starting the temperature increase of the filter. There has been proposed a technique for increasing the amount of NOx flowing into the selective reduction catalyst in order to wait and promote consumption of ammonia adsorbed on the selective reduction catalyst.

特許第3951774号Japanese Patent No. 3951774 特開2010−90852号公報JP 2010-90852 A

特許文献2の技術によれば、フィルタの昇温を開始し、選択還元触媒の温度が急激に上昇したときに、これまでに吸着しておいたアンモニアが排出されるのを抑制できるものの、フィルタを昇温した後の再生中については深く検討されていない。通常、フィルタの再生は数十秒にわたって行われるが、この間、選択還元触媒の温度も高温に保持され続けることとなるため、選択還元触媒でアンモニアを吸着することができない。したがって、選択還元触媒に供給したアンモニアは、NOxの還元に消費されるものを除き、基本的には選択還元触媒の下流側へ排出されてしまうこととなる。このように、フィルタの再生中は、選択還元触媒でアンモニアを吸着する能力が著しく低下するため、NOx浄化性能を高く維持しながらかつアンモニアの排出を抑制するように、適切な量の尿素水を供給することが特に困難になっている。   According to the technique of Patent Document 2, although it is possible to suppress the ammonia adsorbed so far from being discharged when the temperature rise of the filter is started and the temperature of the selective reduction catalyst rapidly rises, the filter During the regeneration after raising the temperature, it has not been studied deeply. Normally, the regeneration of the filter is performed over several tens of seconds. During this time, the temperature of the selective reduction catalyst is also kept at a high temperature, so that the selective reduction catalyst cannot adsorb ammonia. Therefore, the ammonia supplied to the selective reduction catalyst is basically discharged to the downstream side of the selective reduction catalyst except for that consumed for NOx reduction. As described above, during the regeneration of the filter, the ability of the selective reduction catalyst to adsorb ammonia is remarkably reduced. Therefore, an appropriate amount of urea water is used so as to suppress the discharge of ammonia while maintaining high NOx purification performance. It has become particularly difficult to supply.

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、排気浄化フィルタの再生に伴い選択還元触媒が高温になっている間においても、NOx浄化性能を高く維持しながら、還元剤の排出量を抑制できる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the amount of reducing agent discharged while maintaining high NOx purification performance even while the selective reduction catalyst is at a high temperature accompanying regeneration of the exhaust purification filter. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system for an internal combustion engine that can suppress the above.

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関(例えば、エンジン1)の排気系(例えば、後述の排気管11)に設けられ、還元剤(例えば、後述のアンモニア)の存在下で排気を浄化し、かつこの還元剤を捕捉(吸着)する選択還元触媒(例えば、後述の第1選択還元触媒231及び第2選択還元触媒232)と、前記排気系に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ(例えば、後述のDPF22)と、前記排気系のうち前記選択還元触媒の上流側に還元剤又はその前駆体(例えば、後述の尿素水)を供給する還元剤供給手段(例えば、後述のユリア噴射装置25)と、を備える内燃機関の排気浄化システム(例えば、後述の排気浄化システム2)を提供する。前記排気浄化システムは、前記フィルタを昇温することで堆積した粒子状物質を燃焼除去し、当該フィルタを再生するフィルタ再生手段(例えば、後述の排気系温度制御部4)と、前記選択還元触媒に流入する排気中のNOx量を取得するNOx量取得手段(例えば、後述のNOxセンサ28及び単位変換部571)と、前記取得したNOx量(例えば、後述のフィードNOx量QNOX)に基づいて、前記選択還元触媒により還元可能なNO量及びNO量を算出し、さらに当該算出したNO量(例えば、後述のNO還元可能量QNORED_MAX又はNO還元要求量QNORED_REQ)及びNO量(例えば、後述のNO還元可能量QNO2RED_MAX又はNO還元要求量QNO2RED_REQ)に基づいて、前記フィルタの再生中における前記還元剤又は前駆体の供給量に対する制限値(例えば、後述の上限噴射量GUREA_ULIM又は下限噴射量GUREA_LLIM)を算出する制限値算出手段(例えば、後述の制限噴射量算出部57)と、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention is provided in an exhaust system (for example, exhaust pipe 11 described later) of an internal combustion engine (for example, engine 1), and purifies exhaust gas in the presence of a reducing agent (for example, ammonia described later). And a selective reduction catalyst (for example, a first selective reduction catalyst 231 and a second selective reduction catalyst 232 described later) for capturing (adsorbing) the reducing agent, and a particulate matter in the exhaust is provided in the exhaust system. A filter to be collected (for example, DPF 22 described later) and a reducing agent supply means for supplying a reducing agent or a precursor thereof (for example, urea water described later) to the upstream side of the selective reduction catalyst in the exhaust system (for example, An exhaust gas purification system for an internal combustion engine (for example, an exhaust gas purification system 2 to be described later) is provided. The exhaust purification system combusts and removes particulate matter accumulated by raising the temperature of the filter, and regenerates the filter, for example, an exhaust system temperature control unit 4 to be described later, and the selective reduction catalyst. Based on the NOx amount acquisition means (for example, a NOx sensor 28 and a unit converter 571 described later) and the acquired NOx amount (for example, a feed NOx amount QNOX described later), which acquire the NOx amount in the exhaust gas flowing into the exhaust gas, The NO amount and NO 2 amount that can be reduced by the selective reduction catalyst are calculated, and the calculated NO amount (for example, NO reduction possible amount QNO RED_MAX or NO reduction request amount QNO RED_REQ described later) and NO 2 amount (for example, Based on the NO 2 reducible amount QNO2 RED_MAX or the NO 2 reduction request amount QNO2 RED_REQ described later) Limit for the supply amount of the reducing agent or precursor during the regeneration of the serial filter (e.g., upper-limit injection amount G UREA_ULIM or lower injection amount G UREA_LLIM below) limit value calculating means for calculating a (e.g., limit injection amount of the later And a calculation unit 57).

この発明では、選択還元触媒に流入する排気中のNOx量を取得し、取得したNOx量に基づいて、選択還元触媒で還元可能なNO量及びNO量を算出し、さらに算出したNO量及びNO量に基づいて、フィルタの再生中における還元剤又は前駆体の供給量に対する制限値を算出する。このようにフィルタの再生中における還元剤又は前駆体の供給量に対して制限値を設定することにより、還元剤又は前駆体の供給量が必要な量に対し過剰となったり逆に不足したりするのを防止できるので、結果として選択還元触媒におけるNOx浄化性能を高く維持しながら還元剤の排出量を抑制することができる。 In the present invention, it obtains the amount of NOx in the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst, based on the obtained NOx amount to calculate the amount of NO and NO 2 amount which can be reduced with a selective reduction catalyst, further calculated amount of NO and Based on the NO 2 amount, a limit value for the supply amount of the reducing agent or the precursor during regeneration of the filter is calculated. In this way, by setting a limit value for the supply amount of the reducing agent or precursor during regeneration of the filter, the supply amount of the reducing agent or precursor becomes excessive or insufficient relative to the required amount. As a result, it is possible to suppress the discharge amount of the reducing agent while maintaining the NOx purification performance of the selective reduction catalyst high.

ところで、選択還元触媒において、排気中のNOxを構成するNO及びNOは、それぞれ異なった反応の下で還元剤により還元される。本発明では、上記還元剤又は前駆体の供給量の制限値を、選択還元触媒で還元可能なNO量及びNO量に基づいて算出する。したがって、排気中のNO及びNOを還元するのに必要な還元剤の量を高い精度で算出することができるので、フィルタの再生中におけるNOx浄化性能を高く維持しながら還元剤の排出量を抑制するように、最適な還元剤又は前駆体の供給量の制限値を算出することができる。以上のようにNOとNOに分けることで必要な還元剤の量を精度良く算出し、これに応じて制限値を算出することは、還元剤を吸着する能力が著しく低下するフィルタの再生中では特に効果的である。 By the way, in the selective reduction catalyst, NO and NO 2 constituting NOx in the exhaust gas are reduced by a reducing agent under different reactions. In the present invention, the limit value of the supply amount of the reducing agent or precursor is calculated based on the NO amount and NO 2 amount that can be reduced by the selective reduction catalyst. Therefore, since the amount of reducing agent necessary for reducing NO and NO 2 in the exhaust gas can be calculated with high accuracy, the amount of reducing agent discharged can be reduced while maintaining high NOx purification performance during regeneration of the filter. The limit value of the optimum supply amount of the reducing agent or precursor can be calculated so as to suppress it. By dividing into NO and NO 2 as described above, the required amount of reducing agent is accurately calculated, and the limit value is calculated accordingly. During the regeneration of the filter, the ability to adsorb the reducing agent is significantly reduced. Then it is particularly effective.

この場合、前記制限値算出手段は、前記取得したNOx量(例えば、後述のフィードNOx量QNOX)と、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータ(例えば、後述の選択還元触媒温度TSCR及び空間速度SV)に応じて算出された前記選択還元触媒のNOx浄化率(例えば、後述のNOx浄化率ηMAX)と、に基づいて、前記還元可能なNO量及びNO量を算出することが好ましい。 In this case, the limit value calculation means is a parameter (for example, a selective reduction catalyst temperature T SCR described later) and a parameter (for example, a selective reduction catalyst temperature T SCR described later) correlated with the acquired NOx amount (for example, a feed NOx amount QNOX described later) and an operating state of the internal combustion engine. Calculating the amount of NO that can be reduced and the amount of NO 2 based on the NOx purification rate (for example, the NOx purification rate η MAX described later) of the selective reduction catalyst calculated according to the space velocity SV). preferable.

本発明では、取得したNOx量に加えて、内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに応じて算出されたNOx浄化率に基づいて、還元可能なNO量及びNO量を算出することにより、排気中のNO及びNOを還元するのに最低限必要な還元剤の量をさらに高い精度で算出できるので、結果として、より確実に選択還元触媒のNOx浄化性能を高く維持しながら還元剤の排出を抑制することができる。 In the present invention, in addition to the obtained NOx amount, based on the NOx purification rate calculated in accordance with a correlation to the operating state of the internal combustion engine parameter, by calculating a reducible NO amount and NO 2 amount, Since the minimum amount of reducing agent required to reduce NO and NO 2 in the exhaust gas can be calculated with higher accuracy, as a result, the NOx purification performance of the selective reduction catalyst is more reliably maintained while maintaining the NOx purification performance high. Emission can be suppressed.

この場合、前記排気浄化システムは、前記排気系における排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流する排気還流手段(例えば、後述のEGR装置17)と、前記フィルタの再生の開始直後、当該フィルタを昇温している間に、前記排気還流手段により前記内燃機関の新気量を増量側に補正する補正手段(例えば、後述の吸気制御部6)と、をさらに備えることが好ましい。   In this case, the exhaust purification system includes an exhaust gas recirculation means (for example, an EGR device 17 described later) for recirculating a part of the exhaust gas in the exhaust system to the intake system of the internal combustion engine, and immediately after the start of regeneration of the filter. It is preferable to further include correction means (for example, an intake control unit 6 described later) for correcting the fresh air amount of the internal combustion engine to the increase side by the exhaust gas recirculation means while the temperature of the filter is raised.

本発明では、フィルタの再生の開始直後、フィルタを昇温している間に、排気還流手段により内燃機関の新気量を増量側に補正することにより、選択還元触媒に流入する排気のNOx量を増やすことができるため、フィルタの昇温を開始するまでの間に吸着しておいた還元剤を積極的に消費することができる。したがって、フィルタの昇温の開始に伴って還元剤がNOxの還元に消費されず、選択還元触媒の下流側へ排出されてしまうのを抑制することができる。   In the present invention, immediately after the start of regeneration of the filter, while the temperature of the filter is raised, the amount of NOx in the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst is corrected by correcting the fresh air amount of the internal combustion engine to the increase side by the exhaust gas recirculation means. Therefore, it is possible to actively consume the reducing agent that has been adsorbed until the temperature of the filter starts to rise. Therefore, it can be suppressed that the reducing agent is not consumed for the reduction of NOx with the start of the temperature rise of the filter and is discharged to the downstream side of the selective reduction catalyst.

この場合、前記補正手段は、前記フィルタを昇温している間に、前記選択還元触媒からの還元剤の排出速度(例えば、後述の昇温時NHスリップ速度VNH3SLIP)と、前記選択還元触媒における還元剤の消費速度(例えば、後述の昇温時NH消費速度VNH3RED)とを比較し、前記還元剤の排出速度が消費速度よりも速い場合に、前記内燃機関の新気量を増量側に補正することが好ましい。 In this case, while the temperature of the filter is raised, the correction means discharges the reducing agent from the selective reduction catalyst (for example, a temperature rising NH 3 slip speed VNH3 SLIP described later) and the selective reduction. Compared with the consumption rate of the reducing agent in the catalyst (for example, NH 3 consumption rate VNH3 RED at the time of temperature increase, which will be described later), when the discharge rate of the reducing agent is faster than the consumption rate, the fresh air amount of the internal combustion engine is It is preferable to correct to the increase side.

本発明では、フィルタを昇温している間に、選択還元触媒からの還元剤の排出速度が、選択還元触媒における還元剤の消費速度よりも速い場合に、新気量を増量側に補正し、選択還元触媒に流入するNOx量を増やすことにより、選択還元触媒における還元剤の消費速度を一時的に速くできるので、フィルタを昇温している間に大量の還元剤が選択還元触媒から排出されるのを抑制することができる。   In the present invention, when the discharge rate of the reducing agent from the selective reduction catalyst is higher than the consumption rate of the reducing agent in the selective reduction catalyst while the temperature of the filter is raised, the fresh air amount is corrected to the increase side. By increasing the amount of NOx flowing into the selective reduction catalyst, the consumption rate of the reducing agent in the selective reduction catalyst can be temporarily increased, so that a large amount of reducing agent is discharged from the selective reduction catalyst while the temperature of the filter is raised. Can be suppressed.

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化システムの構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing composition of an engine and its exhaust gas purification system concerning one embodiment of the present invention. 選択還元触媒におけるNOx浄化率と、触媒温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the NOx purification rate in a selective reduction catalyst, and a catalyst temperature. DPFの昇温中及び再生中におけるNOx浄化率を示す図である。It is a figure which shows the NOx purification rate during temperature rising and regeneration of DPF. 上記実施形態に係るユリア噴射装置によるユリア噴射量の決定に係るブロック図である。It is a block diagram which concerns on determination of the urea injection quantity by the urea injection apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る通常噴射量算出部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the normal injection amount calculation part which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る制限噴射量算出部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the restriction | limiting injection amount calculation part which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る吸気制御部のうち、エンジンの新気量を所定の目標新気量に制御するためのEGRバルブ開度の算出に係るブロック図である。It is a block diagram which concerns on calculation of the EGR valve opening degree for controlling the fresh air quantity of an engine to predetermined | prescribed target fresh air quantity among the intake control parts which concern on the said embodiment. 上記実施形態に係るスリップ速度算出部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the slip speed calculation part which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る消費速度算出部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the consumption speed calculation part which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るユリア噴射制御部によるユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the urea injection control by the urea injection control part which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る吸気制御部による新気量制御の手順の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of procedure of the fresh air quantity control by the intake control part which concerns on the said embodiment.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(以下「エンジン」という)1及びその排気浄化システム2の構成を示す模式図である。エンジン1は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 and an exhaust purification system 2 thereof according to an embodiment of the present invention. The engine 1 is a lean burn operation type gasoline engine or diesel engine, and is mounted on a vehicle (not shown).

排気浄化システム2は、エンジン1の排気管11に設けられた酸化触媒21と、排気管11に設けられ、排気中のPMを捕集するフィルタとしてのDPF22と、排気管11に設けられ、この排気管11を流通する排気中の窒素酸化物(NOx)を還元剤としてのアンモニア(NH)の存在下で浄化するユリア選択還元触媒23と、排気管11のうちユリア選択還元触媒23の上流側に、アンモニアの前駆体である尿素水を供給するユリア噴射装置25と、排気管11内における排気の一部を吸気管12内へ還流するEGR装置17と、電子制御ユニット(以下、「ECU」という)3とを含んで構成される。 The exhaust purification system 2 is provided in an oxidation catalyst 21 provided in the exhaust pipe 11 of the engine 1, a DPF 22 provided in the exhaust pipe 11 as a filter for collecting PM in the exhaust, and provided in the exhaust pipe 11. A urea selective reduction catalyst 23 that purifies nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 11 in the presence of ammonia (NH 3 ) as a reducing agent, and upstream of the urea selective reduction catalyst 23 in the exhaust pipe 11. On the side, urea injection device 25 for supplying urea water as a precursor of ammonia, EGR device 17 for recirculating a part of the exhaust gas in exhaust pipe 11 into intake pipe 12, and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) And 3).

EGR装置17は、排気管11のうち酸化触媒21の上流側と吸気管12とを連通するEGR管18と、このEGR管18を流通する排気の流量を制御するEGRバルブ19とを含んで構成される。EGRバルブ19は、ECU3に接続されており、ECU3からの制御信号により動作し、この制御信号に応じてEGR管18を介して吸気管12内へ還流される排気の流量、ひいてはエンジン1の新気量を制御する。   The EGR device 17 includes an EGR pipe 18 that communicates the upstream side of the oxidation catalyst 21 and the intake pipe 12 in the exhaust pipe 11, and an EGR valve 19 that controls the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR pipe 18. Is done. The EGR valve 19 is connected to the ECU 3, operates according to a control signal from the ECU 3, and in response to this control signal, the flow rate of exhaust gas recirculated into the intake pipe 12 through the EGR pipe 18, and thus the new engine 1. Control your volume.

ユリア噴射装置25は、ユリアタンク251と、ユリア噴射弁253とを備える。
ユリアタンク251は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路254及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁253に接続されている。このユリアタンク251には、ユリアレベルセンサ255が設けられている。このユリアレベルセンサ255は、ユリアタンク251内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をECU3に出力する。ユリア噴射弁253は、ECU3に接続されており、ECU3からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気管11内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。
The urea injection device 25 includes a urea tank 251 and a urea injection valve 253.
The urea tank 251 stores urea water, and is connected to the urea injection valve 253 via a urea supply path 254 and a urea pump (not shown). This urea tank 251 is provided with a urea level sensor 255. The urea level sensor 255 detects the water level of the urea water in the urea tank 251 and outputs a detection signal substantially proportional to the water level to the ECU 3. The urea injection valve 253 is connected to the ECU 3, operates in accordance with a control signal from the ECU 3, and injects urea water into the exhaust pipe 11 in accordance with this control signal. That is, urea injection control is executed.

ユリア噴射装置25は、ユリアタンク251と、ユリア噴射弁253とを備える。
ユリアタンク251は、尿素水を貯蔵するものであり、ユリア供給路254及び図示しないユリアポンプを介して、ユリア噴射弁253に接続されている。このユリアタンク251には、ユリアレベルセンサ255が設けられている。このユリアレベルセンサ255は、ユリアタンク251内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をECU3に出力する。ユリア噴射弁253は、ECU3に接続されており、ECU3からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気管11内に噴射する。すなわち、ユリア噴射制御が実行される。
The urea injection device 25 includes a urea tank 251 and a urea injection valve 253.
The urea tank 251 stores urea water, and is connected to the urea injection valve 253 via a urea supply path 254 and a urea pump (not shown). This urea tank 251 is provided with a urea level sensor 255. The urea level sensor 255 detects the water level of the urea water in the urea tank 251 and outputs a detection signal substantially proportional to the water level to the ECU 3. The urea injection valve 253 is connected to the ECU 3, operates in accordance with a control signal from the ECU 3, and injects urea water into the exhaust pipe 11 in accordance with this control signal. That is, urea injection control is executed.

酸化触媒21は、排気管11のうちDPF22よりも上流側に設けられ、排気中のNOを酸化してNOに変換し、これにより、ユリア選択還元触媒23におけるNOxの還元を促進する。また、後述のDPFの昇温及び再生時にポスト噴射を実行することで供給された未燃燃料を燃焼することにより、下流側のDPF22を昇温する。
DPF22は、排気管11のうち酸化触媒21よりも下流側に設けられ、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とするPMを、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。
The oxidation catalyst 21 is provided on the upstream side of the DPF 22 in the exhaust pipe 11 and oxidizes NO in the exhaust to convert it to NO 2 , thereby promoting NOx reduction in the urea selective reduction catalyst 23. Further, the downstream DPF 22 is heated by burning the unburned fuel supplied by executing post-injection during the temperature rising and regeneration of the DPF, which will be described later.
The DPF 22 is provided on the downstream side of the oxidation catalyst 21 in the exhaust pipe 11, and when the exhaust gas passes through fine holes in the filter wall, the PM mainly containing carbon in the exhaust gas is converted into the surface of the filter wall and the filter. Collect by depositing in holes in the wall.

ユリア選択還元触媒23は、第1選択還元触媒231と、排気管11のうち第1選択還元触媒231よりも下流側に設けられた第2選択還元触媒232とを含んで構成される。これら選択還元触媒231,232は、それぞれ、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。具体的には、ユリア噴射装置25により尿素水を噴射すると、この尿素水は、排気の熱により熱分解又は加水分解されて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231,232に供給され、これらアンモニアにより、排気中のNOxが選択的に還元される。   The urea selective reduction catalyst 23 includes a first selective reduction catalyst 231 and a second selective reduction catalyst 232 provided downstream of the first selective reduction catalyst 231 in the exhaust pipe 11. These selective reduction catalysts 231 and 232 selectively reduce NOx in the exhaust gas in an atmosphere in which a reducing agent such as ammonia exists. Specifically, when urea water is injected by the urea injection device 25, this urea water is thermally decomposed or hydrolyzed by the heat of the exhaust to generate ammonia as a reducing agent. The produced ammonia is supplied to the selective reduction catalysts 231 and 232, and NOx in the exhaust is selectively reduced by these ammonia.

ところで、これら選択還元触媒231,232は、尿素水から生成したアンモニアで排気中のNOxを還元する機能を有するとともに、生成したアンモニアを所定の量だけ吸着する機能も有する。本実施形態では、選択還元触媒231,232において吸着されたアンモニア量をストレージ量といい、このストレージ量の限界を最大ストレージ容量という。より詳しくは、第1選択還元触媒231のストレージ量及び最大ストレージ容量を、第1ストレージ量及び第1最大ストレージ容量といい、第2選択還元触媒232のストレージ量及び最大ストレージ容量を、第2ストレージ量及び第2最大ストレージ容量という。このようにして吸着されたアンモニアは、排気中のNOxの還元にも適宜消費される。このため、ストレージ量が大きくなるに従い、選択還元触媒におけるNOx還元率は高くなる。また、エンジンから排出されたNOxの量に対し尿素水の供給量が少ない場合等には、吸着されたアンモニアが、この尿素水の不足分を補うようにしてNOxの還元に消費される。   By the way, these selective reduction catalysts 231 and 232 have a function of reducing NOx in the exhaust gas with ammonia generated from urea water, and also have a function of adsorbing a predetermined amount of the generated ammonia. In the present embodiment, the ammonia amount adsorbed by the selective reduction catalysts 231 and 232 is referred to as a storage amount, and the limit of the storage amount is referred to as a maximum storage capacity. More specifically, the storage amount and the maximum storage capacity of the first selective reduction catalyst 231 are referred to as the first storage amount and the first maximum storage capacity, and the storage amount and the maximum storage capacity of the second selective reduction catalyst 232 are referred to as the second storage. Referred to as volume and second maximum storage capacity. The ammonia adsorbed in this way is also consumed as appropriate in the reduction of NOx in the exhaust. For this reason, as the storage amount increases, the NOx reduction rate in the selective reduction catalyst increases. Further, when the supply amount of urea water is small with respect to the amount of NOx discharged from the engine, the adsorbed ammonia is consumed for the reduction of NOx so as to compensate for the shortage of urea water.

ここで、選択還元触媒231,232において、最大ストレージ容量を超えてアンモニアが生成された場合、生成されたアンモニアは、選択還元触媒231,232の下流側へ排出される。このようにしてアンモニアが選択還元触媒231,232に吸着されず、その下流側へ排出されることを、以下では「アンモニアスリップ」という。   Here, when the selective reduction catalysts 231 and 232 generate ammonia exceeding the maximum storage capacity, the generated ammonia is discharged to the downstream side of the selective reduction catalysts 231 and 232. In this manner, ammonia that is not adsorbed by the selective reduction catalysts 231 and 232 but is discharged downstream is referred to as “ammonia slip”.

ECU3には、NHセンサ26、排気温度センサ27、NOxセンサ28、エアフローメータ29、クランク角度位置センサ14、及びアクセル開度センサ15等が接続されている。 The ECU 3 is connected to an NH 3 sensor 26, an exhaust temperature sensor 27, a NOx sensor 28, an air flow meter 29, a crank angle position sensor 14, an accelerator opening sensor 15, and the like.

NHセンサ26は、排気管11のうち第1選択還元触媒231と第2選択還元触媒232との間における排気のアンモニアの濃度NH3CONSを検出し、検出したアンモニア濃度NH3CONSに略比例した検出信号をECU3に供給する。排気温度センサ27は、第2選択還元触媒232の下流側の排気の温度(以下、「排気温度」という)TGASを検出し、検出した排気温度TGASに略比例した検出信号をECU3に供給する。NOxセンサ28は、第1選択還元触媒231に流入する排気のNOxの濃度NOXCONSを検出し、検出したNOx濃度NOXCONSに略比例した検出信号をECU3に供給する。エアフローメータ29は、図示しない吸気通路を流通する吸入空気量(質量流量)QAを検出し、検出した吸入空気量QAに略比例した検出信号をECU3に供給する。 NH 3 sensor 26 detects the concentration NH3 CONS of exhaust ammonia between the first selective reduction catalyst 231 in the exhaust pipe 11 and the second selective reduction catalyst 232, detected substantially proportional to the detected ammonia concentration NH3 CONS A signal is supplied to the ECU 3. The exhaust gas temperature sensor 27 detects the exhaust gas temperature (hereinafter referred to as “exhaust gas temperature”) TGAS on the downstream side of the second selective reduction catalyst 232 and supplies a detection signal substantially proportional to the detected exhaust gas temperature TGAS to the ECU 3. NOx sensor 28 detects a concentration NOX CONS of exhaust NOx flowing into the first selective reduction catalyst 231, and supplies a detection signal substantially proportional to the detected NOx concentration NOX CONS the ECU 3. The air flow meter 29 detects an intake air amount (mass flow rate) QA flowing through an intake passage (not shown) and supplies a detection signal substantially proportional to the detected intake air amount QA to the ECU 3.

クランク角度位置センサ14は、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するとともに、クランク角1度ごとにパルスを発生し、そのパルス信号をECU3に供給する。エンジン1の回転数NEは、このパルス信号に基づいてECU3により算出される。アクセル開度センサ15は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量(以下、「アクセル開度」という)を検出し、検出したアクセル開度APに略比例した検出信号をECU3に供給する。ECU3では、このアクセル開度AP及びエンジン回転数NEに応じて、エンジン1の要求トルクTRQが算出される。以下では、この要求トルクTRQを、エンジン1の負荷を表す負荷パラメータとする。   The crank angle position sensor 14 detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 1, generates a pulse at every crank angle, and supplies the pulse signal to the ECU 3. The engine speed NE of the engine 1 is calculated by the ECU 3 based on this pulse signal. The accelerator opening sensor 15 detects a depression amount (hereinafter referred to as “accelerator opening”) of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle, and supplies a detection signal substantially proportional to the detected accelerator opening AP to the ECU 3. In the ECU 3, the required torque TRQ of the engine 1 is calculated according to the accelerator opening AP and the engine speed NE. Hereinafter, the required torque TRQ is a load parameter that represents the load of the engine 1.

酸化触媒21の温度(以下、「酸化触媒温度」という)TDOCや第1、第2選択還元触媒の温度(以下、「選択還元触媒温度」という)TSCRなど排気系の温度は、例えば排気温度TGAS、エンジン回転数NE、及び吸入空気量QAなどの入力に基づいて、ECU3により算出される。また、排気の空間速度SVは、エンジン回転数NE及び吸入空気量QAに基づいて、所定のマップを検索することで、ECU3により算出される。 The temperature of the exhaust system, such as the temperature of the oxidation catalyst 21 (hereinafter referred to as “oxidation catalyst temperature”) T DOC and the temperature of the first and second selective reduction catalysts (hereinafter referred to as “selective reduction catalyst temperature”) T SCR , for example, The ECU 3 calculates the temperature TGAS, the engine speed NE, and the intake air amount QA. Further, the exhaust space speed SV is calculated by the ECU 3 by searching a predetermined map based on the engine speed NE and the intake air amount QA.

ECU3は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下「CPU」という)とを備える。この他、ECU3は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、エンジン1、ユリア噴射弁253、EGRバルブ19等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。   The ECU 3 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter “ CPU ”). In addition, the ECU 3 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, and an output circuit that outputs control signals to the engine 1, the urea injection valve 253, the EGR valve 19, and the like.

以下、このECU3に構成された、排気系の温度制御に係る排気系温度制御部4と、尿素水の噴射制御に係るユリア噴射制御部5と、吸気系の制御に係る吸気制御部6との構成について、順に説明する。   Hereinafter, the exhaust system temperature control unit 4 related to the exhaust system temperature control, the urea injection control unit 5 related to urea water injection control, and the intake control unit 6 related to control of the intake system, which are configured in the ECU 3, will be described. The configuration will be described in order.

[排気系温度制御部4]
先ず、排気系温度制御部4について説明する。
図2は、選択還元触媒におけるNOx浄化率と、触媒温度との関係を示す図である。選択還元触媒におけるNOx浄化率は、触媒温度に対し上に凸の特性を示す。したがって選択還元触媒には、NOx浄化率を高く維持するために最適な温度が存在する。図2に示す例では、この最適温度は約250℃となっている。
[Exhaust system temperature control unit 4]
First, the exhaust system temperature control unit 4 will be described.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the NOx purification rate and the catalyst temperature in the selective reduction catalyst. The NOx purification rate in the selective reduction catalyst shows an upward characteristic with respect to the catalyst temperature. Therefore, the selective reduction catalyst has an optimum temperature for maintaining a high NOx purification rate. In the example shown in FIG. 2, this optimum temperature is about 250 ° C.

図1に戻って、排気系温度制御部4では、選択還元触媒231,232におけるNOx浄化性能を高く維持するため、上記最適温度を第1選択還元触媒231の目標温度として設定し、第1選択還元触媒231の温度をこの目標温度に維持するように、エンジン1の点火時期や目標空燃比を変更したり、ポスト噴射(排気工程中における燃料噴射)を実行したりする。   Returning to FIG. 1, the exhaust system temperature control unit 4 sets the optimum temperature as the target temperature of the first selective reduction catalyst 231 in order to maintain the NOx purification performance of the selective reduction catalysts 231 and 232 at a high level. The ignition timing and target air-fuel ratio of the engine 1 are changed so that the temperature of the reduction catalyst 231 is maintained at the target temperature, or post injection (fuel injection during the exhaust process) is executed.

ところで、DPF22におけるPMの堆積量が大きくなると圧損が大きくなり、エンジン1の燃費が悪化したり出力が低下したりするので、DPF22に堆積したPMを燃焼除去することによりDPF22を再生する必要がある。   By the way, if the amount of accumulated PM in the DPF 22 increases, the pressure loss increases, and the fuel consumption of the engine 1 deteriorates or the output decreases. Therefore, it is necessary to regenerate the DPF 22 by burning and removing the PM accumulated in the DPF 22. .

そこで排気系温度制御部4は、エンジン1の燃料噴射量や回転数NEなどからDPF22におけるPM堆積量を積算し、このPM堆積量が所定の閾値を上回った場合には、DPF22を再生する時期に達したと判断し、以下に示す手順でDPFを再生する。
先ず、排気系温度制御部4は、DPF22を再生する時期に達したと判断したことに応じて、DPF22の再生昇温中であることを示すDPF昇温フラグFRISEを“1”にセットするとともに、PMの燃焼温度である約600℃をDPFの目標温度として設定し、DPF22の温度をこの目標温度まで昇温する。さらに、排気系温度制御部4は、DPF22の温度が上記目標温度に達したことに応じて、DPF昇温フラグFRISEを“0”にリセットするとともに、DPF22の再生中であることを示すDPF再生フラグFDPFREGを“1”にセットし、DPF22に堆積したPMが燃焼除去されたと判断できるまでDPF22の温度をこの目標温度に維持し続ける。その後、排気系温度制御部4は、PMが燃焼除去されたと判断したことに応じてDPF再生フラグFDPFREGを“0”にリセットし、DPFの再生を終了する。なお、排気系温度制御部4は、エンジン1の点火時期や目標空燃比を変更したり、ポスト噴射(排気工程中における燃料噴射)を実行したりすることにより、DPF22の温度を上記目標温度に昇温又は維持する。
Therefore, the exhaust system temperature control unit 4 integrates the PM accumulation amount in the DPF 22 from the fuel injection amount and the rotational speed NE of the engine 1, and when the PM accumulation amount exceeds a predetermined threshold, the timing for regenerating the DPF 22 The DPF is regenerated by the following procedure.
First, the exhaust system temperature control unit 4 sets a DPF temperature increase flag F RISE indicating that the regeneration temperature of the DPF 22 is being increased to “1” in response to determining that it is time to regenerate the DPF 22. At the same time, about 600 ° C., which is the combustion temperature of PM, is set as the target temperature of the DPF, and the temperature of the DPF 22 is raised to this target temperature. Further, the exhaust system temperature control unit 4 resets the DPF temperature increase flag F RISE to “0” in response to the temperature of the DPF 22 reaching the target temperature, and indicates that the DPF 22 is being regenerated. The regeneration flag F DPFREG is set to “1”, and the temperature of the DPF 22 is kept at this target temperature until it can be determined that the PM deposited on the DPF 22 has been burned and removed. Thereafter, the exhaust system temperature control unit 4 resets the DPF regeneration flag F DPFREG to “0” in response to determining that PM has been burned and removed, and ends the regeneration of the DPF. The exhaust system temperature control unit 4 changes the temperature of the DPF 22 to the target temperature by changing the ignition timing and the target air-fuel ratio of the engine 1 or by performing post injection (fuel injection during the exhaust process). Increase or maintain temperature.

[ユリア噴射制御部5]
次に、ユリア噴射制御部5の構成について説明する前に、上述のようなDPFの再生を行っている間における、従来の排気浄化システムの選択還元触媒の浄化性能について検討する。
図3は、DPFの昇温中及び再生中におけるNOx浄化率を示す図である。より詳しくは、下段の細線は車速[km/h]を示し、下段の太線はユリア噴射装置から供給した尿素水の当量比αを示す。中段の太線はNHセンサの出力すなわち第1選択還元触媒と第2選択還元触媒の間のNH濃度[ppm]を示し、中段の細線はテールパイプから排出される排気のNH濃度すなわち第2選択還元触媒の下流側のNH濃度[ppm]を示す。上段は、第1、第2選択還元触媒を合わせたNOx浄化率[%]を示す。
[Yurea injection control unit 5]
Next, before describing the configuration of the urea injection control unit 5, the purification performance of the selective reduction catalyst of the conventional exhaust purification system during the regeneration of the DPF as described above will be examined.
FIG. 3 is a diagram showing the NOx purification rate during the temperature rise and regeneration of the DPF. More specifically, the lower thin line indicates the vehicle speed [km / h], and the lower thick line indicates the equivalent ratio α of urea water supplied from the urea injection device. The middle thick line indicates the output of the NH 3 sensor, that is, the NH 3 concentration [ppm] between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst, and the middle thin line indicates the NH 3 concentration of the exhaust discharged from the tail pipe, The NH 3 concentration [ppm] on the downstream side of the 2-selective reduction catalyst is shown. The upper row shows the NOx purification rate [%] combining the first and second selective reduction catalysts.

ここで、尿素水の当量比αとは、対象とする選択還元触媒について、単位時間当りの尿素水の流入量(NHとして流入する分も含む)と、単位時間当りのNOxの流入量との比(尿素水流入量/NOx流入量)であり、流入するNOxに対し、このNOxを過不足なく還元できる量の尿素水が流入した場合、この当量比αは“1”となる。すなわち、対象とする選択還元触媒に流入するNOxに対し、流入するNOxを還元するために必要な量の尿素水が供給されなかった場合、当量比αは“1”より小さな値となり、流入するNOxを還元するために必要な量より多くの尿素水が供給された場合、当量比αは“1”より大きな値となる。 Here, the equivalent ratio α of urea water refers to the inflow amount of urea water per unit time (including the amount that flows in as NH 3 ) and the inflow amount of NOx per unit time for the target selective reduction catalyst. This ratio (urea water inflow amount / NOx inflow amount) is equal to (1) when the amount of urea water that can reduce NOx without excess or deficiency flows into the inflowing NOx. That is, when the amount of urea water necessary for reducing the inflowing NOx is not supplied to the NOx flowing into the target selective reduction catalyst, the equivalence ratio α becomes smaller than “1” and flows in. When more urea water than the amount necessary for reducing NOx is supplied, the equivalent ratio α becomes a value larger than “1”.

<DPF再生昇温中>
DPFの再生昇温中は、DPFの昇温に伴って第1、第2選択還元触媒の温度が短時間で上昇し、同時にこれら第1、第2選択還元触媒の最大ストレージ容量も短時間で低下する。このため、中段の実線で示すように、第1選択還元触媒に吸着されていたNHが排出され、その後、第2選択還元触媒の下流側からNHが排出される。このため、DPFの再生昇温中は、図3に示すように尿素水の噴射を抑えたとしても、これまでに吸着されていたNHが放出されるため過剰なNHスリップが発生しやすくなっている。
<DPF再生中>
DPFの再生中、第1、第2選択還元触媒は高温になるため、NHを吸着する能力が無くなる。このため、当量比αが“1”になるように尿素水を噴射すると、これに伴いNOx浄化率が上昇するものの、第2選択還元触媒におけるNHスリップも発生しやすくなっている。逆に、尿素水の噴射量を少なくすると、NHスリップを抑制できるものの、NOx浄化率が低下してしまう。以上のように、DPFの再生中は、第1、第2選択還元触媒にNHを吸着する能力が無くなるため、NOx浄化率を高く維持しながらNHスリップの抑制するように、適切な量の尿素水を供給することが特に困難になっている。
<DPF regeneration temperature rise>
During the regeneration temperature increase of the DPF, the temperature of the first and second selective reduction catalysts rises in a short time as the temperature of the DPF increases, and at the same time, the maximum storage capacity of the first and second selective reduction catalysts also decreases in a short time. descend. For this reason, as indicated by the solid line in the middle stage, NH 3 adsorbed on the first selective reduction catalyst is discharged, and thereafter, NH 3 is discharged from the downstream side of the second selective reduction catalyst. Therefore, during the regeneration temperature increase of the DPF, even if the injection of urea water is suppressed as shown in FIG. 3, the NH 3 adsorbed so far is released, so that excessive NH 3 slip is likely to occur. It has become.
<DPF regeneration in progress>
During the regeneration of the DPF, the first and second selective reduction catalysts become high temperature, and thus the ability to adsorb NH 3 is lost. For this reason, when urea water is injected so that the equivalence ratio α becomes “1”, the NOx purification rate increases accordingly, but NH 3 slip in the second selective reduction catalyst is also likely to occur. Conversely, if the injection amount of urea water is reduced, NH 3 slip can be suppressed, but the NOx purification rate is reduced. As described above, during the regeneration of the DPF, the first and second selective reduction catalysts have no ability to adsorb NH 3 , so an appropriate amount is set so as to suppress NH 3 slip while maintaining a high NOx purification rate. It is particularly difficult to supply the urea water.

以下、図4から図6を参照して、ユリア噴射制御部5の構成について説明する。
図4は、ユリア噴射装置によるユリア噴射量GUREAの決定に係るブロック図である。
ユリア噴射制御部5は、通常噴射量GUREA_ORDを算出する通常噴射量算出部51と、上限噴射量GUREA_ULIM及び下限噴射量GUREA_LLIMを算出する制限噴射量算出部57と、これら噴射量GUREA_ORD,GUREA_ULIM,GUREA_LLIMに基づいて最終的なユリア噴射量GUREAを決定する噴射量制限部59と、を含んで構成される。
Hereinafter, the configuration of the urea injection control unit 5 will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
FIG. 4 is a block diagram relating to determination of the urea injection amount G UREA by the urea injection device.
The urea injection control unit 5, a normal injection quantity calculating section 51 for calculating the normal injection amount G UREA_ORD, the limit injection amount calculating unit 57 for calculating an upper limit injection amount G UREA_ULIM and the lower limit injection amount G UREA_LLIM, these injection amount G UREA_ORD , G UREA_ULIM , G UREA_LLIM , and an injection amount limiting unit 59 that determines the final urea injection amount G UREA based on the UREA_LLIM .

以下、詳細に説明するように、通常噴射量算出部51は、NHセンサの検出値NH3CONS及びNOxセンサの検出値NOXCONS基づいて通常噴射量GUREA_ORDを算出し、制限噴射量算出部57は、NOxセンサの検出値NOXCONS、酸化触媒温度TDOC、選択還元触媒温度TSCR、空間速度SVなどに基づいて上限噴射量GUREA_ULIM及び下限噴射量GUREA_LLIMを算出する。そして噴射量制限部59は、DPF再生中でない場合(FDPFREG=“0”)には、通常噴射量GUREA_ORDをユリア噴射量GUREAとして決定し、DPF再生中である場合(FDPFREG=“1”)には、通常噴射量GUREA_ORDを上限噴射量GUREA_ULIM及び下限噴射量GUREA_LLIMの範囲内に制限したものをユリア噴射量GUREAとして決定する。 Hereinafter, as will be described in detail, the normal injection amount calculation unit 51 calculates the normal injection amount G UREA_ORD based on the detection value NH3 CONS of the NH 3 sensor and the detection value NOX CONS of the NOx sensor, and the limiting injection amount calculation unit 57 calculates the detected value NOX CONS of the NOx sensor, the oxidation catalyst temperature T DOC, selective reduction catalyst temperature T SCR, the upper-limit injection amount G UREA_ULIM and the lower limit injection amount G UREA_LLIM based on such space velocity SV. When the DPF regeneration is not being performed (F DPFREG = "0"), the injection amount restriction unit 59 determines the normal injection amount G UREA_ORD as the urea injection amount G UREA , and when the DPF regeneration is being performed (F DPFREG = "" 1 ") in determines that limiting the normal injection amount G UREA_ORD within the upper-limit injection amount G UREA_ULIM and the lower limit injection amount G UREA_LLIM as the urea injection amount G uREA.

図5は、通常噴射量算出部51の構成を示すブロック図である。
通常噴射量算出部51は、フィードバックコントローラ52と、フィードフォワードコントローラ53と、ストレージ補正入力算出部54とを含んで構成される。
この通常噴射量算出部51では、下記式(1)に示すように、フィードバックコントローラ52により算出されたFB噴射量GUREA_FBと、フィードフォワードコントローラ53により算出されたFF噴射量GUREA_FFと、ストレージ補正入力算出部54により算出された補正噴射量GUREA_STとを加算することにより、通常噴射量GUREA_ORDを決定する。

Figure 0005198520
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the normal injection amount calculation unit 51.
The normal injection amount calculation unit 51 includes a feedback controller 52, a feedforward controller 53, and a storage correction input calculation unit 54.
In the normal injection amount calculation unit 51, as shown in the following equation (1), the FB injection amount G UREA_FB calculated by the feedback controller 52, the FF injection amount G UREA_FF calculated by the feedforward controller 53, and storage correction The normal injection amount GUREA_ORD is determined by adding the corrected injection amount GUREA_ST calculated by the input calculation unit 54.
Figure 0005198520

ここで、記号(k)は、離散化した時間を示す記号であり、所定の制御周期ごとに検出又は算出されたデータであることを示す。すなわち、記号(k)が今回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであるとした場合、記号(k−1)は前回の制御タイミングにおいて検出又は算出されたデータであることを示す。なお、以下の説明においては、記号(k)を適宜、省略する。   Here, the symbol (k) is a symbol indicating the discretized time, and indicates that the data is detected or calculated every predetermined control period. That is, when the symbol (k) is data detected or calculated at the current control timing, the symbol (k-1) indicates data detected or calculated at the previous control timing. In the following description, the symbol (k) is omitted as appropriate.

フィードバックコントローラ52は、目標アンモニア濃度設定部521と、スライディングモードコントローラ522とを備える。
目標アンモニア濃度設定部521は、NHセンサの検出値NH3CONSの目標値NH3CONS_TRGTを設定する。より具体的には、この目標値NH3CONS_TRGTは、例えば“0”より僅かに大きな値に設定される。
スライディングモードコントローラ522は、NHセンサの検出値NH3CONSが、設定された目標アンモニア濃度NH3CONS_TRGTに収束するようにFB噴射量GUREA_FBを算出する。
The feedback controller 52 includes a target ammonia concentration setting unit 521 and a sliding mode controller 522.
The target ammonia concentration setting unit 521 sets a target value NH3 CONS_TRGT of the detection value NH3 CONS of the NH 3 sensor. More specifically, the target value NH3 CONS_TRGT is set to a value slightly larger than “0”, for example.
The sliding mode controller 522 calculates the FB injection amount G UREA_FB so that the detection value NH 3 CONS of the NH 3 sensor converges to the set target ammonia concentration NH 3 CONS_TRGT .

フィードフォワードコントローラ53は、エンジンの運転状態により変化する排気中のNOxの量に応じて、第1、第2選択還元触媒におけるNOx浄化率が最大値に維持されるように、エンジン回転数NE及びエンジンの負荷を表す負荷パラメータTRQに基づいてFF噴射量GUREA_FFを算出する。すなわち、このFF噴射量GUREA_FFは、当量比αが“1”になるように算出された尿素水の噴射量に相当する。 The feedforward controller 53 determines the engine speed NE and the engine speed NE so that the NOx purification rate in the first and second selective reduction catalysts is maintained at the maximum value according to the amount of NOx in the exhaust gas that varies depending on the operating state of the engine. The FF injection amount GUREA_FF is calculated based on the load parameter TRQ representing the engine load. That is, the FF injection amount GUREA_FF corresponds to the urea water injection amount calculated so that the equivalence ratio α is “1”.

ストレージ補正入力算出部54は、第1選択還元触媒の第1ストレージ量を推定し、この推定した第1ストレージ量が所定の目標ストレージ量に収束するように補正噴射量GUREA_STを算出する。また、このストレージ補正入力算出部54は、選択還元触媒の温度に応じて変化する第1選択還元触媒の最大ストレージ容量を推定し、上記目標ストレージ量を推定したストレージ容量と同じかそれよりもやや小さな値に設定する。 The storage correction input calculation unit 54 estimates the first storage amount of the first selective reduction catalyst, and calculates the corrected injection amount G UREA_ST so that the estimated first storage amount converges to a predetermined target storage amount. The storage correction input calculation unit 54 estimates the maximum storage capacity of the first selective reduction catalyst that changes according to the temperature of the selective reduction catalyst, and is equal to or slightly more than the estimated storage capacity of the target storage amount. Set to a small value.

したがって、以上のようにして決定された通常噴射量GUREA_ORDに応じた量の尿素水を噴射することにより、第1選択還元触媒では、その最大ストレージ容量に近い量のNHを吸着させた状態を維持することができるので、第1選択還元触媒におけるNOx浄化率を高く維持することができる。また、NHセンサの検出値の目標値NH3CONS_TRGTを“0”より僅かに大きな値に設定することにより、第2選択還元触媒に流入するNHの量を少なくすることができるので、第2ストレージ量を小さく維持することができる。したがって、高負荷運転などにより第1選択還元触媒の温度が上昇し、第1選択還元触媒に吸着されていたNHがスリップした場合であっても、これを第2選択還元触媒で吸着できるので、テールパイプからの過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。 Therefore, by injecting an amount of urea water corresponding to the normal injection amount G UREA_ORD determined as described above, the first selective reduction catalyst has adsorbed an amount of NH 3 close to its maximum storage capacity. Thus, the NOx purification rate in the first selective reduction catalyst can be maintained high. Further, by setting the target value NH3 CONS_TRGT of the detection value of the NH 3 sensor to a value slightly larger than “0”, the amount of NH 3 flowing into the second selective reduction catalyst can be reduced, so that the second The storage amount can be kept small. Therefore, even if the temperature of the first selective reduction catalyst rises due to high load operation or the like and NH 3 adsorbed on the first selective reduction catalyst slips, it can be adsorbed by the second selective reduction catalyst. Excessive ammonia slip from the tail pipe can be suppressed.

なお、以上のような通常噴射量GUREA_ORDを算出する具体的な手法、すなわちこれらフィードバックコントローラ52、フィードフォワードコントローラ53、及びストレージ補正入力算出部54の具体的な構成、並びに第1選択還元触媒のストレージ量や最大ストレージ容量を推定する具体的な手法などについては、本願出願人による国際公開第2008/57628に詳しく記載されているので、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。 It should be noted that the specific method for calculating the normal injection amount GUREA_ORD as described above, that is, the specific configuration of the feedback controller 52, the feedforward controller 53, and the storage correction input calculation unit 54, and the first selective reduction catalyst. Since a specific method for estimating the storage amount and the maximum storage capacity is described in detail in International Publication No. 2008/57628 by the applicant of the present application, further detailed description is omitted here.

図6は、制限噴射量算出部57の構成を示すブロック図である。
制限噴射量算出部57は、単位変換部571と、DPFの再生中におけるユリア噴射量に対する上限値に相当する上限噴射量GUREA_ULIMを算出する上限値算出部572と、上記通常噴射量に対する下限値に相当する下限噴射量GUREA_LLIMを算出する下限値算出部576と、を含んで構成される。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the limited injection amount calculation unit 57.
The limit injection amount calculation unit 57 includes a unit conversion unit 571, an upper limit calculation unit 572 for calculating an upper limit injection amount GUREA_ULIM corresponding to an upper limit value for the urea injection amount during regeneration of the DPF, and a lower limit value for the normal injection amount. A lower limit value calculation unit 576 that calculates a lower limit injection amount G UREA_LLIM corresponding to.

単位変換部571は、吸入空気量QAに基づいて、排気中のNOx濃度に相当するNOxセンサの検出値NOXCONSを、質量流量に相当するNOx量QNOXに変換する。この単位変換部571で算出されたNOx量QNOXは、エンジンから排出され第1選択還元触媒に流入するNOx量に相当することから、以下では、「フィードNOx量」という。 Based on the intake air amount QA, the unit converter 571 converts the NOx sensor detected value NOX CONS corresponding to the NOx concentration in the exhaust gas into the NOx amount QNOX corresponding to the mass flow rate. Since the NOx amount QNOX calculated by the unit converter 571 corresponds to the NOx amount discharged from the engine and flowing into the first selective reduction catalyst, it is hereinafter referred to as “feed NOx amount”.

上限値算出部572は、還元可能NOx量算出部573と、消費NH量算出部574と、噴射量換算部575とを備える。 The upper limit calculation unit 572 includes a reducible NOx amount calculation unit 573, a consumed NH 3 amount calculation unit 574, and an injection amount conversion unit 575.

還元可能NOx量算出部573は、NO/NO量算出部573a及びNOx浄化率算出部573bを備え、これらにより、流入したNOxのうち第1、第2選択還元触媒により還元可能なNO量に相当するNO還元可能量QNORED_MAX及びNO量に相当するNO還元可能量QNO2RED_MAXを算出する。 The reducible NOx amount calculation unit 573 includes a NO 2 / NO amount calculation unit 573a and a NOx purification rate calculation unit 573b, so that the NO amount that can be reduced by the first and second selective reduction catalysts out of the inflowing NOx. corresponding NO reducible amount QNO red_max and NO 2 reducible amount QNO2 red_max corresponding to NO 2 amount is calculated.

NO/NO量算出部573aは、フィードNOx量QNOXと酸化触媒温度TDOCに基づいて所定のマップを検索することにより、第1選択還元触媒に流入するNO量に相当するNO流入量QNOINと、第1選択還元触媒に流入するNO量に相当するNO流入量QNO2INとを算出する。
NOx浄化率算出部573bは、エンジンの運転状態と相関のあるパラメータとしての選択還元触媒温度TSCR及び空間速度SVに基づいて所定のマップを検索することにより、第1、第2選択還元触媒におけるNOx浄化率ηMAXを算出する。
上述のNO還元可能量QNORED_MAX及びNO還元可能量QNO2RED_MAXは、下記式(2−1)、(2−2)に示すように、NO流入量QNOINと及びNO流入量QNO2INに、NOx浄化率ηMAXを乗算することで算出される。

Figure 0005198520
The NO 2 / NO amount calculation unit 573a searches a predetermined map based on the feed NOx amount QNOX and the oxidation catalyst temperature T DOC , and thereby the NO inflow amount QNO IN corresponding to the NO amount flowing into the first selective reduction catalyst. If, to calculate the NO 2 inflow QNO2 iN corresponding to NO 2 amount flowing in the first selective reduction catalyst.
NOx purification ratio calculating unit 573b, by searching a predetermined map based on the selective reduction catalyst temperature T SCR and the space velocity SV of the parameter correlated with the operating state of the engine, in the first, second selective reduction catalyst The NOx purification rate η MAX is calculated.
The above-described NO reducible amount QNO RED_MAX and NO 2 reducible amount QNO2 RED_MAX are represented by the following formulas (2-1) and (2-2): NO inflow amount QNO IN and NO 2 inflow amount QNO2 IN , By multiplying by the NOx purification rate η MAX .
Figure 0005198520

消費NH量算出部574は、下記式(3−1)〜(3−3)に示すような反応の下で、NHによりNO及びNOが還元されると仮定することにより、上記NO還元可能量QNORED_MAXのNO、及びNO還元可能量QNO2RED_MAXのNOを還元するのに消費されるNH量を算出し、これをNH最大消費量QNH3RED_MAXとする。このNH最大消費量QNH3RED_MAXは、第1、第2選択還元触媒で消費することができるNH量の最大値に相当する。

Figure 0005198520
The consumption NH 3 amount calculation unit 574 assumes that NO and NO 2 are reduced by NH 3 under the reactions as shown in the following formulas (3-1) to (3-3), so that the above NO reducible amount QNO red_max NO, the and NO 2 reducible amount QNO2 red_max of NO 2 to calculate the amount of NH 3 is consumed for the reduction, which is referred to as NH 3 maximum consumption QNH3 rED_MAX. This NH 3 maximum consumption amount QNH3 RED_MAX corresponds to the maximum value of the NH 3 amount that can be consumed by the first and second selective reduction catalysts.
Figure 0005198520

噴射量換算部575は、NH最大消費量QNH3RED_MAXを尿素水の質量に換算することにより、上限噴射量GUREA_ULIMを算出する。より具体的には、ユリア噴射装置から噴射した所定の濃度の尿素水(CO(NH+HO)は、排気管内及び第1、第2選択還元触媒の内部において熱分解又は加水分解され、最終的には下記式(4)に示すように、NH及び二酸化炭素(CO)が生成されると仮定することにより、上記NH最大消費量QNH3RED_MAXから、上限噴射量GUREA_ULIMを算出する。

Figure 0005198520
The injection amount conversion unit 575 calculates the upper limit injection amount G UREA_ULIM by converting the NH 3 maximum consumption amount QNH3 RED_MAX into the mass of urea water. More specifically, urea water (CO (NH 2 ) 2 + H 2 O) having a predetermined concentration injected from the urea injection device is thermally decomposed or hydrolyzed in the exhaust pipe and in the first and second selective reduction catalysts. Finally, as shown in the following formula (4), by assuming that NH 3 and carbon dioxide (CO 2 ) are generated, the upper limit injection amount G UREA_ULIM is obtained from the NH 3 maximum consumption amount QNH 3 RED_MAX. Is calculated.
Figure 0005198520

下限値算出部576は、還元要求NOx量算出部577と、消費NH量算出部578と、噴射量換算部579とを備える。 The lower limit calculation unit 576 includes a reduction request NOx amount calculation unit 577, a consumed NH 3 amount calculation unit 578, and an injection amount conversion unit 579.

還元要求NOx量算出部577は、上述のNOx浄化率算出部573bよりも小さな値を出力する要求浄化率算出部577bを備え、これにより、流入したNOxのうち第1、第2選択還元触媒により最低限還元されることが要求されるNO量に相当するNO還元要求量QNORED_REQ及びNO量に相当するNO還元要求量QNO2RED_REQを算出する。 The reduction request NOx amount calculation unit 577 includes a request purification rate calculation unit 577b that outputs a smaller value than the above-described NOx purification rate calculation unit 573b, and thereby the first and second selective reduction catalysts out of the inflowing NOx. calculating the NO 2 reduction demand QNO2 RED_REQ corresponding to NO reduction demand QNO RED_REQ and NO 2 amount equivalent to amount of NO to be minimally reduced is required.

要求浄化率算出部577bは、排気温度TGAS及び空間速度SVに基づいて所定のマップを検索することにより、第1、第2選択還元触媒におけるNOx浄化率として最低限要求される値に相当する要求浄化率ηREQを算出する。このように、要求浄化率ηREQは、最低限要求されるNOx浄化率に相当することから、同じ排気温度TGAS及び空間速度SVの下では、上記NOx浄化率算出部573bにより算出されたNOx浄化率ηMAXよりも小さな値となる。 The required purification rate calculation unit 577b searches for a predetermined map based on the exhaust gas temperature TGAS and the space velocity SV, thereby obtaining a request corresponding to the minimum required value as the NOx purification rate in the first and second selective reduction catalysts. The purification rate η REQ is calculated. Thus, since the required purification rate η REQ corresponds to the minimum required NOx purification rate, the NOx purification rate calculated by the NOx purification rate calculation unit 573b under the same exhaust temperature TGAS and space velocity SV. The value is smaller than the rate η MAX .

上述のNO還元要求量QNORED_REQ及びNO還元要求量QNO2RED_REQは、下記式(5−1)、(5−2)に示すように、NO流入量QNOINと及びNO流入量QNO2INに、要求浄化率ηREQを乗算することで算出される。

Figure 0005198520
The above-described NO reduction request amount QNO RED_REQ and NO 2 reduction request amount QNO2 RED_REQ are expressed as NO inflow amount QNO IN and NO 2 inflow amount QNO2 IN as shown in the following equations (5-1) and (5-2). , By multiplying the required purification rate η REQ .
Figure 0005198520

消費NH量算出部578は、上述の消費NH量算出部574と同様にして、NO還元要求量QNORED_REQのNO、及びNO還元要求量QNO2RED_REQのNOを還元するのに消費されるNH量を算出し、これをNH要求消費量QNH3RED_REQとする。このNH要求消費量QNH3RED_REQは、第1、第2選択還元触媒におけるNOx浄化率を要求浄化率ηREQより高く維持するために最低限供給する必要のあるNH量に相当する。 Consumption NH 3 amount calculation unit 578, similarly to the consumption NH 3 amount calculating unit 574 described above, is consumed NO of NO reduction demand QNO RED_REQ, and NO 2 reduction demand QNO2 RED_REQ of NO 2 to reduction NH 3 amount is calculated, and this is set as NH 3 required consumption amount QNH 3 RED_REQ . This NH 3 required consumption amount QNH3 RED_REQ corresponds to the NH 3 amount that needs to be supplied at a minimum in order to maintain the NOx purification rate in the first and second selective reduction catalysts higher than the required purification rate η REQ .

噴射量換算部579は、上述の噴射量換算部575と同様にして、NH要求消費量QNH3RED_REQを尿素水の質量に換算することにより、下限噴射量GUREA_LLIMを算出する。 The injection amount conversion unit 579 calculates the lower limit injection amount G UREA_LLIM by converting the NH 3 required consumption amount QNH3 RED_REQ to the mass of urea water in the same manner as the injection amount conversion unit 575 described above.

図4に戻って、噴射量制限部59について説明する。
噴射量制限部59は、DPF再生フラグFDPFREGが“0”となっている間、すなわちDPF再生中でない間は、下記式(6)に示すように通常噴射量GUREA_ORDをユリア噴射量GUREAとして決定する。

Figure 0005198520
Returning to FIG. 4, the injection amount restriction unit 59 will be described.
While the DPF regeneration flag F DPFREG is “0”, that is, when the DPF regeneration is not being performed, the injection amount limiting unit 59 sets the normal injection amount G UREA_ORD to the urea injection amount G UREA as shown in the following equation (6). Determine as.
Figure 0005198520

また、DPF再生フラグFDPFREGが“1”となった場合、すなわちDPF再生中は、下記式(7)に示すように、上限噴射量GUREA_ULIM及び下限噴射量GUREA_LLIMの範囲内に制限された通常噴射量GUREA_ORDを、ユリア噴射量GUREAとして決定する。

Figure 0005198520
Further, when the DPF regeneration flag F DPFREG becomes “1”, that is, during the DPF regeneration, as shown in the following equation (7), the upper limit injection amount G UREA_ULIM and the lower limit injection amount G UREA_LLIM are limited. The normal injection amount G UREA_ORD is determined as the urea injection amount G UREA .
Figure 0005198520

[吸気制御部6]
次に、吸気制御部6のうち、エンジン1の新気量制御に係るブロックについて説明する。
図7は、吸気制御部6のうち、エンジンの新気量を所定の目標新気量QNEWに制御するためのEGRバルブ開度VOの決定に係るブロック図である。
[Intake control unit 6]
Next, a block related to the fresh air amount control of the engine 1 in the intake control unit 6 will be described.
FIG. 7 is a block diagram related to the determination of the EGR valve opening VO for controlling the fresh air amount of the engine to a predetermined target fresh air amount QNEW in the intake air control unit 6.

図7に示すように、バルブ開度VOは、通常開度算出部61により算出された通常開度VOORDと、閉側補正開度算出部62により算出された閉側補正開度VOCLOと、のうちの何れかを開度セレクタ63により選択することで決定される。 As shown in FIG. 7, the valve opening degree VO includes a normal opening degree VO ORD calculated by the normal opening degree calculation unit 61 and a closing side correction opening degree VO CLO calculated by the closing side correction opening degree calculation unit 62. Are selected by the opening selector 63.

通常開度算出部61は、エンジンの新気量の目標値である目標新気量QNEWを入力とし、この目標新気量QNEWに応じた適切なEGRバルブ開度を算出し、これを通常開度VOORDとして出力する。この目標新気量QNEWは、車両の運転状態に応じて図示しない処理により決定される。 The normal opening calculation unit 61 receives the target fresh air amount QNEW, which is the target value of the engine fresh air amount, calculates an appropriate EGR valve opening according to the target fresh air amount QNEW, and normally opens it. Output as degree VO ORD . This target fresh air amount QNEW is determined by a process (not shown) according to the driving state of the vehicle.

閉側補正開度算出部62は、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPと、昇温時NH消費速度VNH3REDと、目標新気量QNEWとに基づいて、上記通常開度VOORDよりも閉じ側に補正された閉側補正開度VOCLOを算出する。
ここで、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPとは、DPFの再生昇温中であり第1、第2選択還元触媒の温度が急激に上昇してゆく過程において、第1、第2選択還元触媒から下流側へ排出されるNHの単位時間当りの量に相当し、スリップ速度算出部64により算出される(後述の図8参照)。
また、昇温時NH消費速度VNH3REDとは、DPFの再生昇温中であり急激に温度が上昇してゆく状況にある第1、第2選択還元触媒において、流入するNOxを還元することで消費され得るNHの単位時間当りの量に相当し、消費速度算出部65により算出される(後述の図9参照)。
The close side correction opening calculation unit 62 is more than the normal opening VO ORD based on the NH 3 slip speed VNH3 SLIP at the time of temperature increase, the NH 3 consumption speed VNH3 RED at the time of temperature increase, and the target fresh air amount QNEW. The closed side corrected opening degree VO CLO corrected to the closed side is calculated.
Here, the NH 3 slip speed VNH3 SLIP at the time of temperature increase is the first and second selective reduction in the process of increasing the regeneration temperature of the DPF and the temperature of the first and second selective reduction catalysts is rapidly increased. This corresponds to the amount of NH 3 discharged from the catalyst to the downstream side per unit time, and is calculated by the slip speed calculation unit 64 (see FIG. 8 described later).
Further, the NH 3 consumption rate VNH3 RED at the time of temperature increase refers to the reduction of inflowing NOx in the first and second selective reduction catalysts in which the temperature of the DPF is increasing and the temperature is rapidly increasing. This corresponds to the amount of NH 3 that can be consumed by the unit of time, and is calculated by the consumption rate calculation unit 65 (see FIG. 9 described later).

閉側補正開度算出部62は、余剰NH量算出部621と、反応モデル演算部622と、追加新気量算出部623と、目標新気量補正部624と、開度算出部625とを含んで構成される。
余剰NH量算出部621は、下記式(8)に示すように、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPから昇温時NH消費速度VNH3REDを減算することにより、余剰NH量ΔNHを算出する。ここで算出された余剰NH量ΔNH3は、第1、第2選択還元触媒に現在流入するNOxのみでは消費しきれずに、その下流側へ排出され得るNHの単位時間当りの量に相当する。すなわち、DPFの再生昇温中において第1、第2選択還元触媒の温度が急激に上昇してゆく過程において、吸着されていたNHが排出されないようにするために、余分に消費する必要のあるNHの単位時間当りの量に相当する。

Figure 0005198520
The closed side corrected opening degree calculation unit 62 includes a surplus NH 3 amount calculation unit 621, a reaction model calculation unit 622, an additional fresh air amount calculation unit 623, a target new air amount correction unit 624, and an opening degree calculation unit 625. It is comprised including.
Surplus NH 3 amount calculation unit 621, as shown in the following formula (8), by subtracting the in heating NH 3 slip speed VNH3 during heating NH 3 consumption rate from SLIP VNH3 RED, excess amount of NH 3 DerutaNH 3 Is calculated. The surplus NH 3 amount ΔNH3 calculated here corresponds to the amount of NH 3 per unit time that can be exhausted to the downstream side of the first and second selective reduction catalysts that cannot be consumed only by NOx that is currently flowing into the first and second selective reduction catalysts. . That is, in order to prevent the adsorbed NH 3 from being discharged in the process in which the temperature of the first and second selective reduction catalysts rapidly increases during the regeneration temperature increase of the DPF, it is necessary to consume extra. This corresponds to a certain amount of NH 3 per unit time.
Figure 0005198520

反応モデル演算部622は、上記式(3−1)〜(3−3)に示すような反応の下で、NHによりNO及びNOが還元されると仮定することにより、上記余剰NH量ΔNH3のNHを消費するために必要なNOx量を算出し、これを追加NOx量ΔNOXとする。 The reaction model calculation unit 622 assumes that the excess NH 3 is reduced by assuming that NO and NO 2 are reduced by NH 3 under the reactions shown in the above formulas (3-1) to (3-3). The amount of NOx required to consume the amount ΔNH3 of NH 3 is calculated, and this is set as the additional NOx amount ΔNOX.

追加新気量算出部623は、第1、第2選択還元触媒に供給されるNOxを、上記追加NOx量ΔNOXに相当する分だけ追加するために必要な、新気量の追加量を算出し、これを追加新気量ΔQNEWとする。   The additional fresh air amount calculation unit 623 calculates an additional amount of fresh air necessary to add NOx supplied to the first and second selective reduction catalysts by an amount corresponding to the additional NOx amount ΔNOX. This is defined as an additional fresh air amount ΔQNEW.

目標新気量補正部624は、下記式(9)に示すように、目標新気量QNEWに追加新気量ΔQNEWを合算することにより、目標新気量の補正値に相当する補正新気量QNEWCORを算出する。

Figure 0005198520
The target fresh air amount correction unit 624 adds the additional fresh air amount ΔQNEW to the target fresh air amount QNEW as shown in the following formula (9), thereby correcting the new fresh air amount corresponding to the target fresh air amount correction value. QNEW COR is calculated.
Figure 0005198520

開度算出部625は、補正新気量QNEWCORを入力とし、この補正新気量QNEWCORに応じた適切なEGRバルブ開度を算出し、これを閉側補正開度VOCLOとして出力する。DPFの昇温を開始し、第1、第2選択還元触媒の温度が上昇すると、それまでに吸着されていたNHが排出されることで、上記余剰NH量ΔNH3が正の値となり、結果として追加新気量ΔQNEWが正の値となる場合がある。このとき、補正新気量QNEWCORは、補正される前の目標新気量QNEWよりも大きな値となるため、これにより閉側補正開度VOCLOは、補正される前の目標新気量QNEWに応じて算出された通常開度VOORDよりも閉じ側に補正されることとなる。 The opening calculation unit 625 receives the corrected fresh air amount QNEW COR , calculates an appropriate EGR valve opening corresponding to the corrected fresh air amount QNEW COR , and outputs this as a closed correction opening VO CLO . When the temperature of the DPF is started and the temperature of the first and second selective reduction catalysts rises, the NH 3 adsorbed up to that time is discharged, so that the surplus NH 3 amount ΔNH 3 becomes a positive value, As a result, the additional fresh air amount ΔQNEW may be a positive value. At this time, the corrected fresh air amount QNEW COR becomes a value larger than the target fresh air amount QNEW before being corrected, so that the closed-side corrected opening degree VO CLO becomes the target fresh air amount QNEW before being corrected. Accordingly, the normal opening degree VO ORD calculated according to is corrected to the closing side.

開度セレクタ63は、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPと、昇温時NH消費速度VNH3REDと、DPF昇温フラグFRISEとに応じて、通常開度算出部61により算出された通常開度VOORD及び閉側補正開度算出部62により算出された閉側補正開度VOCLOの何れかを選択し、これをEGRバルブ開度VOとして決定する。 The opening selector 63 is configured to calculate the normal opening calculated by the normal opening calculation unit 61 in accordance with the NH 3 slip speed VNH3 SLIP at the time of temperature increase, the NH 3 consumption speed VNH3 RED at the time of temperature increase, and the DPF temperature increase flag F RISE. One of the opening degree VO ORD and the closing side correction opening degree VO CLO calculated by the closing side correction opening degree calculation unit 62 is selected and determined as the EGR valve opening degree VO.

より具体的には、DPF昇温フラグFRISEが“0”である場合、開度セレクタ63は、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIP及び昇温時NH消費速度VNH3REDの値にかかわらず、通常開度VOORDをEGRバルブ開度VOとして決定する。
一方、DPF昇温フラグFRISEが“1”である場合、すなわちDPFの再生昇温中であり、第1、第2選択還元触媒の温度が急激に上昇している間は、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIP及び昇温時NH消費速度VNH3REDを比較し、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPが昇温時NH消費速度VNH3RED以下である場合には通常開度VOORDをEGRバルブ開度VOとして決定し、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPが昇温時NH消費速度VNH3REDより大きい場合には閉側補正開度VOCLOをEGRバルブ開度VOとして決定する。
More specifically, when the DPF temperature increase flag F RISE is “0”, the opening selector 63 sets the temperature increase NH 3 slip speed VNH3 SLIP and the temperature increase NH 3 consumption speed VNH3 RED regardless of the values. The normal opening VO ORD is determined as the EGR valve opening VO.
On the other hand, when the DPF temperature increase flag F RISE is “1”, that is, while the regeneration temperature of the DPF is being increased and the temperature of the first and second selective reduction catalysts is rapidly increasing, 3 slip speed VNH3 SLIP is compared with NH 3 consumption speed VNH3 RED at the time of temperature increase, and when the NH 3 slip speed VNH3 SLIP at the time of temperature increase is equal to or less than the NH 3 consumption speed VNH3 RED at the time of temperature increase, the normal opening VO ORD is The EGR valve opening degree VO is determined, and when the temperature rising NH 3 slip speed VNH3 SLIP is higher than the temperature rising NH 3 consumption speed VNH3 RED , the closing side correction opening degree VO CLO is determined as the EGR valve opening degree VO.

図8はスリップ速度算出部64の構成を示すブロック図である。
スリップ速度算出部64は、NHセンサの検出値NH3CONSに基づいてスリップ速度を算出するNHセンサベース算出部641と、選択還元触媒温度TSCRに基づいてスリップ速度を算出する触媒温度ベース算出部642と、NHセンサベース算出部641の出力と触媒温度ベース算出部642の出力とを比較し、大きい方を出力する比較器643と、を含んで構成される。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the slip speed calculation unit 64.
Slip speed calculating section 64, a NH 3 sensor base calculation unit 641 which calculates a slip speed based on the detected value NH3 CONS of the NH 3 sensor, catalyst temperature based calculation for calculating a slip rate based on the selective reduction catalyst temperature T SCR And a comparator 643 that compares the output of the NH 3 sensor base calculation unit 641 with the output of the catalyst temperature base calculation unit 642 and outputs the larger one.

NHセンサベース算出部641は、単位変換部により排気中のNH濃度に相当する検出値NH3CONSをNH量QNH3に変換するとともに、下記式(10)に示すように、このNH量QNH3の微分値を算出し、これをNHセンサベーススリップ速度dQNH3とする。
ところでNHセンサは、第1選択還元触媒と第2選択還元触媒の間のNH濃度を検出するものであるため、上記NHセンサベーススリップ速度dQNH3は、第1選択還元触媒から第2選択還元触媒へ向けて、単位時間当りに排出されるNH量に相当する。本実施形態では、上述のように第1選択還元触媒では最大ストレージ容量に近いストレージ量を維持しながら、第2選択還元触媒に流入するNH量を極力抑制する制御を行うため、基本的には第2選択還元触媒に多くの量のNHは吸着されていない。したがって、DPFの再生昇温中に、第1選択還元触媒及び第2選択還元触媒を合わせた全体から排出されるNHは、その多くは第1選択還元触媒に吸着されていたNHであると考えられる。このため、NHセンサの検出値QNH3CONSに基づいて算出された下記式(10)のNHセンサベーススリップ速度dQNH3は、DPFの再生昇温中では、第1選択還元触媒及び第2選択還元触媒を合わせた全体から排出されるNHのスリップ速度に相当すると考えられる。

Figure 0005198520
The NH 3 sensor base calculation unit 641 converts the detected value NH 3 CONS corresponding to the NH 3 concentration in the exhaust gas into the NH 3 amount QNH 3 by the unit conversion unit, and, as shown in the following formula (10), this NH 3 amount calculating a differential value of QNH3, which is referred to as NH 3 sensor base slip speed DQNH3.
Incidentally, since the NH 3 sensor detects the NH 3 concentration between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst, the NH 3 sensor base slip speed dQNH 3 is selected from the first selective reduction catalyst. This corresponds to the amount of NH 3 discharged per unit time toward the reduction catalyst. In the present embodiment, as described above, the first selective reduction catalyst performs control to suppress the amount of NH 3 flowing into the second selective reduction catalyst as much as possible while maintaining the storage amount close to the maximum storage capacity. In the second selective reduction catalyst, a large amount of NH 3 is not adsorbed. Thus, during playback heating the DPF, NH 3 discharged from the entire the combined first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst, and many are NH 3, which has been adsorbed by the first selective reduction catalyst it is conceivable that. Therefore, NH 3 sensor base slip speed dQNH3 of NH 3 following equation which is calculated based on the detected value QNH3 CONS of the sensor (10) is in the playing heating of the DPF, the first selective reduction catalyst and the second selective reduction This is considered to correspond to the slip speed of NH 3 discharged from the whole catalyst.
Figure 0005198520

触媒温度ベース算出部642は、選択還元触媒温度TSCRに基づいて所定のマップを検索することにより第1選択還元触媒の最大ストレージ容量STNH3_MAX算出するとともに、下記式(11)に示すように、この最大ストレージ容量STNH3_MAXの微分値を算出し、これを触媒温度ベーススリップ速度dSTNH3_MAXとする。
上述のように、本実施形態では、第1選択還元触媒では最大ストレージ容量に近いストレージ量を維持しながら、第2選択還元触媒に流入するNH量を極力抑制する制御を行うため、基本的には第2選択還元触媒に多くの量のNHは吸着されていない。したがって、DPFの再生昇温中に、第1選択還元触媒及び第2選択還元触媒を合わせた全体から排出されるNHは、第1選択還元触媒の温度が上昇し、その最大ストレージ容量が低下することに伴って、吸着しきれなくなったNHであると考えられる。このため、選択還元触媒温度TSCRに基づいて算出された下記式(11)の触媒温度ベーススリップ速度dSTNH3_MAXは、DPFの再生昇温中では、第1選択還元触媒及び第2選択還元触媒を合わせた全体から排出されるNHのスリップ速度に相当すると考えられる。

Figure 0005198520
The catalyst temperature base calculation unit 642 calculates a maximum storage capacity ST NH3_MAX of the first selective reduction catalyst by searching a predetermined map based on the selective reduction catalyst temperature T SCR and, as shown in the following formula (11), A differential value of the maximum storage capacity ST NH3_MAX is calculated and is set as a catalyst temperature base slip speed dST NH3_MAX .
As described above, in the present embodiment, the first selective reduction catalyst performs control to suppress the amount of NH 3 flowing into the second selective reduction catalyst as much as possible while maintaining the storage amount close to the maximum storage capacity. In the second selective reduction catalyst, a large amount of NH 3 is not adsorbed. Therefore, during the regeneration temperature increase of the DPF, NH 3 discharged from the whole of the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst increases the temperature of the first selective reduction catalyst and decreases its maximum storage capacity. As a result, NH 3 is considered to be no longer able to adsorb. For this reason, the catalyst temperature base slip speed dST NH3_MAX of the following equation (11) calculated based on the selective reduction catalyst temperature T SCR indicates that the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst are used during the regeneration temperature increase of the DPF. This is considered to correspond to the slip speed of NH 3 discharged from the whole.
Figure 0005198520

比較器643は、上記NHセンサベーススリップ速度dQNH3と、触媒温度ベーススリップ速度dSTNH3_MAXとを比較し、大きい方を昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPとして出力する。このように、複数の異なる手法でスリップ速度を推定し、そのうちの大きい方を用いることにより、より確実にDPFの再生昇温時における過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。 The comparator 643 compares the NH 3 sensor base slip speed dQNH3 with the catalyst temperature base slip speed dST NH3_MAX, and outputs the larger one as the temperature rising NH 3 slip speed VNH3 SLIP . In this way, by estimating the slip speed by a plurality of different methods and using the larger one of them, it is possible to more reliably suppress excessive ammonia slip at the time of the DPF regeneration temperature increase.

図9は消費速度算出部65の構成を示すブロック図である。
消費速度算出部65は、単位変換部654と、NOx量算出部651と、反応モデル演算部652とを備え、これらにより昇温時NH消費速度VNH3REDを算出する。
単位変換部654は、上述の単位変換部571と同様にして、フィードNOx量QNOXを算出する。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the consumption speed calculation unit 65.
The consumption rate calculation unit 65 includes a unit conversion unit 654, a NOx amount calculation unit 651, and a reaction model calculation unit 652, and calculates the NH 3 consumption rate VNH3 RED during temperature rise using these units.
The unit conversion unit 654 calculates the feed NOx amount QNOX in the same manner as the unit conversion unit 571 described above.

昇温時NOx量算出部651は、NO/NO量算出部651aと、昇温時NOx浄化率算出部651bとを備え、これらにより、DPFの再生昇温時に流入したNOxのうち第1、第2選択還元触媒により還元可能なNO量に相当する昇温時NO還元可能量QNORED_RISE及びNO量に相当する昇温時NO還元可能量QNO2RED_RISEを算出する。 The temperature increase NOx amount calculation unit 651 includes a NO 2 / NO amount calculation unit 651a and a temperature increase NOx purification rate calculation unit 651b, and thereby, the first NOx that flows in during the regeneration temperature increase of the DPF, to calculate a second selection time reduction catalyst by raising the temperature corresponding to the reducible NO amount NO reducible amount QNO RED_RISE and during heating corresponding to NO 2 amount NO 2 reducible amount QNO2 RED_RISE.

NO/NO量算出部651aは、フィードNOx量QNOXと酸化触媒温度TDOCに基づいて所定のマップを検索することにより、第1選択還元触媒に流入するNO量に相当するNO流入量QNOINと、第1選択還元触媒に流入するNO量に相当するNO流入量QNO2INとを算出する。
昇温時NOx浄化率算出部651bは、選択還元触媒温度TSCR及び空間速度SVに基づいて所定のマップを検索することにより、DPFの再生昇温中の第1、第2選択還元触媒におけるNOx浄化率ηRISEを算出する。
上述の昇温時NO還元可能量QNORED_RISE及び昇温時NO還元可能量QNO2RED_RISEは、下記式(12−1)、(12−2)に示すように、NO流入量QNOINと及びNO流入量QNO2INに、昇温時NOx浄化率ηRISEを乗算することで算出される。

Figure 0005198520
The NO 2 / NO amount calculation unit 651a searches for a predetermined map based on the feed NOx amount QNOX and the oxidation catalyst temperature T DOC , and thereby the NO inflow amount QNO IN corresponding to the NO amount flowing into the first selective reduction catalyst. If, to calculate the NO 2 inflow QNO2 iN corresponding to NO 2 amount flowing in the first selective reduction catalyst.
During heating the NOx purification ratio calculating unit 651b, by searching a predetermined map based on the selective reduction catalyst temperature T SCR and space velocity SV, the first playing heating the DPF, NOx in the second selective reduction catalyst The purification rate η RISE is calculated.
During heating NO reducible amount above QNO RED_RISE and in heating NO 2 reducible amount QNO2 RED_RISE the following formulas (12-1), as shown in (12-2), NO inflow QNO IN and and NO 2 is calculated by multiplying the inflow amount QNO2 IN by the NOx purification rate η RISE during temperature increase.
Figure 0005198520

反応モデル演算部652は、上記式(3−1)〜(3−3)に示すような反応の下で、NHによりNO及びNOが還元されると仮定することにより、上記昇温時NO還元可能量QNORED_RISEのNO、及び昇温時NO還元可能量QNO2RED_RISEのNOを還元するのに消費されるNH量を算出することにより、昇温時NH消費速度VNH3REDを算出する。 The reaction model calculation unit 652 assumes that NO and NO 2 are reduced by NH 3 under the reactions shown in the above formulas (3-1) to (3-3). NO reducible amount QNO RED_RISE NO, the and by calculating the amount of NH 3 is consumed to reduce in heating NO 2 reducible amount QNO2 RED_RISE of NO 2, the in heating NH 3 consumption rate VNH3 RED calculate.

図10は、上述のユリア噴射制御部によるユリア噴射制御の手順を示すフローチャートである。このユリア噴射制御は、上述した手法により、ユリア噴射量GUREAを決定するものであり、所定の制御周期ごとに実行される。 FIG. 10 is a flowchart showing a procedure of urea injection control by the urea injection control unit described above. This urea injection control is to determine the urea injection amount G UREA by the above-described method, and is executed every predetermined control cycle.

S1では、ユリア噴射制御に係る装置が正常であるか否かを判別する。より具体的には、例えば、ユリア噴射装置が正常であるか否か、第1、第2選択還元触媒が劣化及び故障していないか否か、ユリアタンク内の尿素水の残量が規定値以上であるか否か、エンジン始動後の暖機が完了しているか否か、NHセンサ、NOxセンサ、排気温度センサなど各種センサが故障していないか否か、及びこれらセンサが活性に達しているか否か、第1、第2選択還元触媒の温度が規定温度以上であるか否か、などが判別される。S1の判別がNOであり装置が正常でないと判別された場合にはS2に移り、ユリア噴射量GUREAを“0”に設定した後に、この処理を終了する。S1の判別がYESであり装置が正常であると判別された場合にはS3に移る。 In S1, it is determined whether or not the apparatus related to urea injection control is normal. More specifically, for example, whether or not the urea injection device is normal, whether or not the first and second selective reduction catalysts are deteriorated and failed, and the remaining amount of urea water in the urea tank is a specified value. Whether or not warming up after engine startup has been completed, whether or not various sensors such as the NH 3 sensor, NOx sensor, exhaust temperature sensor have failed, and these sensors have become active. Whether or not the temperature of the first and second selective reduction catalysts is equal to or higher than a specified temperature. If the determination in S1 is NO and it is determined that the apparatus is not normal, the process proceeds to S2, and the urea injection amount GUREA is set to “0”, and then this process ends. If the determination in S1 is YES and it is determined that the apparatus is normal, the process proceeds to S3.

S3では、DPF昇温フラグFRISEが“1”であるか否かを判別する。この判別がYESでありDPFの再生昇温中である場合には、第1、第2選択還元触媒に吸着されているNHを積極的に消費させるため、S2に移り、ユリア噴射量GUREAを“0”に設定する。S3の判別がNOである場合には、S4に移る。 In S3, it is determined whether or not the DPF temperature increase flag F RISE is “1”. If this determination is YES and the regeneration temperature of the DPF is being increased, the process proceeds to S2 in order to actively consume NH 3 adsorbed on the first and second selective reduction catalysts, and the urea injection amount G UREA. Is set to “0”. If the determination in S3 is NO, the process moves to S4.

S4では、通常噴射量GUREA_ORDを算出し、S5に移る。S5では、DPF再生フラグFDPFREGが“1”であるか否かを判別する。この判別がNOである場合にはS6に移り、通常噴射量GUREA_ORDをユリア噴射量GUREAとして決定する。S5の判別がYESである場合にはS7に移る。 In S4, the normal injection amount GUREA_ORD is calculated, and the process proceeds to S5. In S5, it is determined whether or not the DPF regeneration flag F DPFREG is “1”. When this determination is NO, the process proceeds to S6, and the normal injection amount G UREA_ORD is determined as the urea injection amount G UREA . If the determination in S5 is YES, the process moves to S7.

S7では、上限噴射量GUREA_ULIM及び下限噴射量GUREA_LLIMを算出し、S8に移る。S8では、通常噴射量GUREA_ORDが上限噴射量GUREA_ULIMより大きいか否かを判別する。この判別がYESである場合には、DPF再生中であり通常噴射量GUREA_ORDに応じた量の尿素水を噴射するとNHスリップが発生するおそれがあると判断し、S9に移り、上限噴射量GUREA_ULIMをユリア噴射量GUREAとして決定する。S8の判別がNOである場合にはS10に移る。 In S7, an upper limit injection amount GUREA_ULIM and a lower limit injection amount GUREA_LLIM are calculated, and the process proceeds to S8. In S8, it is determined whether or not the normal injection amount G UREA_ORD is larger than the upper limit injection amount G UREA_ULIM . If this determination is YES, it is determined that there is a possibility that NH 3 slip may occur if urea water is injected in an amount corresponding to the normal injection amount G UREA_ORD during DPF regeneration. G UREA_ULIM is determined as the urea injection amount G UREA . If the determination in S8 is NO, the process moves to S10.

S10では、通常噴射量GUREA_ORDが下限噴射量GUREA_LLIMより小さいか否かを判別する。この判別がYESである場合には、DPF再生中であり通常噴射量GUREA_ORDに応じた量の尿素水を噴射すると、NOx浄化率が過剰に低下するおそれがあると判断し、S11に移り、下限噴射量GUREA_LLIMをユリア噴射量GUREAとして決定する。S10の判別がNOである場合には、上述のS5に移る。 In S10, it is determined whether or not the normal injection amount G UREA_ORD is smaller than the lower limit injection amount G UREA_LLIM . If this determination is YES, it is determined that there is a possibility that the NOx purification rate may be excessively reduced if the amount of urea water corresponding to the normal injection amount G UREA_ORD is injected during DPF regeneration, and the process proceeds to S11. The lower limit injection amount G UREA_LLIM is determined as the urea injection amount G UREA . If the determination in S10 is NO, the process proceeds to S5 described above.

図11は、上述の吸気制御部による新気量制御の手順を示すフローチャートの一部を示す図である。この新気量制御は、上述した手法により、EGRバルブ開度VOを決定するものであり、所定の制御周期ごとに実行される。
S21では、DPF昇温フラグFRISEが“1”であるか否か、すなわちDPFの再生昇温中であるか否かを判別する。この判別がYESの場合にはS22に移り、NOの場合にはS23に移る。S22では、昇温時NHスリップ速度VNH3SLIPは、昇温時NH消費速度VNH3REDよりも大きいか否かを判別する。この判別がYESの場合にはS24に移り、NOの場合にはS23に移る。
FIG. 11 is a diagram showing a part of a flowchart showing a procedure of new air amount control by the intake control unit described above. This new air amount control is to determine the EGR valve opening VO by the above-described method, and is executed every predetermined control cycle.
In S21, it is determined whether or not the DPF temperature increase flag F RISE is “1”, that is, whether or not the DPF regeneration temperature is being increased. If this determination is YES, the process moves to S22, and if NO, the process moves to S23. In S22, it is determined whether or not the temperature rising NH 3 slip speed VNH3 SLIP is higher than the temperature rising NH 3 consumption speed VNH3 RED . If this determination is YES, the process proceeds to S24, and if NO, the process proceeds to S23.

S23では、図示しない処理で定められた目標新気量QNEWに応じて算出された通常開度VOORDをEGRバルブ開度VOとして決定する。
これに対し、S24では、DPFの再生昇温中でありかつこれに伴い第1、第2選択還元触媒において過剰なNHスリップが発生するおそれがあると判断されたことに応じて、このNHスリップを抑制するため、目標新気量を増加側に補正した補正新気量QNEWCORに応じて算出された閉側補正開度VOCLOをEGRバルブ開度VOとして決定する。これにより、第1、第2選択還元触媒に流入するNOx量が増加し、過剰なNHスリップが抑制される。
In S23, the normal opening degree VO ORD calculated in accordance with the target fresh air amount QNEW determined by a process (not shown) is determined as the EGR valve opening degree VO.
On the other hand, in S24, when it is determined that the regeneration temperature of the DPF is being increased and excessive NH 3 slip may occur in the first and second selective reduction catalysts, In order to suppress 3 slips, the closed side corrected opening degree VO CLO calculated according to the corrected fresh air quantity QNEW COR obtained by correcting the target fresh air quantity to the increasing side is determined as the EGR valve opening degree VO. As a result, the amount of NOx flowing into the first and second selective reduction catalysts increases, and excessive NH 3 slip is suppressed.

本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)本実施形態では、DPFの再生中におけるユリア噴射量GUREAに対して上限値となる上限噴射量GUREA_ULIMと、下限値となる下限噴射量GUREA_LLIMとを設定することにより、ユリア噴射量GUREAが必要な量に対し過剰となったり逆に不足したりするのを防止できるので、結果として選択還元触媒におけるNOx浄化性能を高く維持しながらアンモニアスリップを抑制することができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) In the present embodiment, by setting the upper-limit injection amount G UREA_ULIM that the upper limit value for the urea injection amount G UREA during regeneration DPF, and a lower limit injection amount G UREA_LLIM as the lower limit, the urea injection Since the amount G UREA can be prevented from becoming excessive or conversely insufficient with respect to the required amount, ammonia slip can be suppressed as a result while maintaining high NOx purification performance in the selective reduction catalyst.

本実施形態では、上限噴射量GUREA_ULIMを、第1、第2選択還元触媒で還元可能なNO量に相当するNO還元可能量QNORED_MAX及びNO量に相当するNO還元可能量QNO2RED_MAXに基づいて算出する。また、下限噴射量GUREA_LLIMを、第1、第2選択還元触媒により最低限還元されることが要求されるNO量に相当するNO還元要求量QNORED_REQ及びNO量に相当するNO還元要求量QNO2RED_REQに基づいて算出する。したがって、排気中のNO及びNOを還元するのに必要な還元剤の量を高い精度で算出することができるので、DPFの再生中におけるNOx浄化性能を高く維持しながらアンモニアスリップを抑制するように、最適な上限噴射量GUREA_ULIM及び下限噴射量GUREA_LLIMを算出することができる。以上のようにNOとNOに分けることで必要なNHの量を精度良く算出し、これに応じて上限噴射量GUREA_ULIM及び下限噴射量GUREA_LLIMを算出することは、NHを吸着する能力が著しく低下するDPFの再生中では特に効果的である。 In the present embodiment, the upper-limit injection amount G UREA_ULIM, to a 1, NO 2 reducible amount corresponding to NO reducible amount QNO red_max and NO 2 amount corresponding to reducible NO amount in the second selective reduction catalyst QNO2 red_max Calculate based on Further, the lower limit injection amount G UREA_LLIM, a 1, NO 2 reduction request corresponding to the NO reduction demand QNO RED_REQ and NO 2 amount equivalent to amount of NO to be minimally reduced as required by the second selective reduction catalyst Calculate based on the quantity QNO2 RED_REQ . Therefore, since the amount of reducing agent necessary for reducing NO and NO 2 in the exhaust gas can be calculated with high accuracy, ammonia slip is suppressed while maintaining high NOx purification performance during regeneration of the DPF. In addition, the optimum upper limit injection amount G UREA_ULIM and the lower limit injection amount G UREA_LLIM can be calculated. The required amount of NH 3 by dividing the NO and NO 2 was accurately calculated as described above, accordingly possible to calculate the upper-limit injection amount G UREA_ULIM and the lower limit injection amount G UREA_LLIM adsorbs NH 3 This is particularly effective during the regeneration of DPFs whose capabilities are significantly reduced.

また、本実施形態の排気浄化システムでは、通常噴射量GUREA_ORDを、第1選択還元触媒と第2選択還元触媒の間に設けられたNHセンサの出力に基づいて決定する。このようなNHセンサを用いたフィードバック制御を行うことにより、上述のように、第1選択還元触媒のNOx浄化率を高く維持しながら、第2選択還元触媒からの過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。しかしながら、DPFの再生中においては、第1選択還元触媒にアンモニアを吸着する能力が無くなることから、NHセンサがDPFの再生中でない期間と比較して過敏に反応するため、通常噴射量GUREA_ORDは減量側へ補正されがちになり、結果としてDPFの再生中におけるNOx浄化率が低下するおそれがある。したがって、このようなNHセンサの出力に基づいてユリア噴射量を決定する本実施形態の排気浄化システムにおいて、上述のような下限噴射量GUREA_LLIMを設定することは、DPFの再生中であってもNOx浄化率を高く維持するために特に効果的である。 Further, in the exhaust purification system of the present embodiment, the normal injection amount G UREA_ORD is determined based on the output of the NH 3 sensor provided between the first selective reduction catalyst and the second selective reduction catalyst. By performing feedback control using such an NH 3 sensor, as described above, excessive ammonia slip from the second selective reduction catalyst is suppressed while maintaining the NOx purification rate of the first selective reduction catalyst high. be able to. However, during regeneration of the DPF, the ability of the first selective reduction catalyst to adsorb ammonia is lost, so the NH 3 sensor reacts more sensitively than during the period during which the DPF is not being regenerated, so the normal injection amount G UREA_ORD Tends to be corrected to the weight reduction side, and as a result, the NOx purification rate during regeneration of the DPF may decrease. Therefore, in the exhaust purification system of this embodiment that determines the urea injection amount based on the output of such an NH 3 sensor, setting the lower limit injection amount G UREA_LLIM as described above is during the regeneration of the DPF. Is particularly effective for maintaining a high NOx purification rate.

(2)本実施形態では、フィードNOx量QNOXに加えて、選択還元触媒温度TSCR及び空間速度SVに応じて算出されたNOx浄化率に基づいて、上述のNO還元可能量QNORED_MAX、NO還元可能量QNO2RED_MAX、NO還元要求量QNORED_REQ、及びNO還元要求量QNO2RED_REQを算出することにより、排気中のNO及びNOを還元するのに最低限必要なNHの量をさらに高い精度で算出できるので、結果として、より確実に選択還元触媒のNOx浄化性能を高く維持しながらアンモニアスリップを抑制することができる。 (2) In the present embodiment, in addition to the feed amount of NOx Qnox, based on the NOx purification rate calculated in accordance with the selective reduction catalyst temperature T SCR and space velocity SV, the above-described NO reduction can amount QNO red_max, NO 2 By calculating the reducible amount QNO2 RED_MAX , the NO reduction request amount QNO RED_REQ , and the NO 2 reduction request amount QNO2 RED_REQ , the minimum amount of NH 3 required to reduce NO and NO 2 in the exhaust gas is further increased. Since it can be calculated with accuracy, as a result, ammonia slip can be suppressed more reliably while maintaining the NOx purification performance of the selective reduction catalyst high.

(3)本実施形態では、DPFの再生昇温中に、EGR装置によりエンジンの新気量を増量側に補正することにより、第1、第2選択還元触媒に流入する排気のNOx量を増やすことができるため、DPFの昇温を開始するまでの間に吸着しておいたNHを積極的に消費することができる。したがって、DPFの昇温の開始に伴ってNHがNOxの還元に消費されず、選択還元触媒の下流側へ排出されてしまうのを抑制することができる。 (3) In the present embodiment, the NOx amount of the exhaust gas flowing into the first and second selective reduction catalysts is increased by correcting the fresh air amount of the engine to the increase side by the EGR device during the regeneration temperature increase of the DPF. Therefore, it is possible to actively consume NH 3 that has been adsorbed before the start of the temperature rise of the DPF. Therefore, it can be suppressed that NH 3 is not consumed for the reduction of NOx with the start of the temperature rise of the DPF and is discharged to the downstream side of the selective reduction catalyst.

(4)本実施形態では、DPFを再生昇温中に、第1、第2選択還元触媒からのNHの排出速度(昇温時NHスリップ速度VNH3SLIP)が、第1、第2選択還元触媒におけるNHの消費速度(昇温時NH消費速度VNH3RED)よりも速い場合に、新気量を増量側に補正し、第1、第2選択還元触媒に流入するNOx量を増やすことにより、第1、第2選択還元触媒におけるNHの消費速度を一時的に速くできるので、DPFを再生昇温中における過剰なアンモニアスリップを抑制することができる。 (4) In the present embodiment, the NH 3 discharge rate (NH 3 slip rate VNH 3 SLIP at the time of temperature increase) from the first and second selective reduction catalysts during the regeneration temperature increase of the DPF is the first and second selections. When the consumption rate of NH 3 in the reduction catalyst is higher than the NH 3 consumption rate (NH 3 consumption rate VNH3 RED at the time of temperature increase), the fresh air amount is corrected to the increase side and the NOx amount flowing into the first and second selective reduction catalysts is increased. As a result, the consumption rate of NH 3 in the first and second selective reduction catalysts can be temporarily increased, so that excessive ammonia slip during the temperature increase of the DPF can be suppressed.

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、酸化触媒温度TDOCや選択還元触媒温度TSCRを、排気温度TGASやエンジン回転数NEなどに基づいて推定したが、これに限らず、温度センサにより直に検出してもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made.
In the above embodiment, the oxidation catalyst temperature T DOC and the selective reduction catalyst temperature T SCR are estimated based on the exhaust gas temperature TGAS, the engine speed NE, and the like. However, the present invention is not limited to this, and may be detected directly by a temperature sensor. .

上記実施形態では、アンモニアを還元剤とし、かつこの前駆体として尿素水を供給する尿素添加式の排気浄化システムに、本発明を適用した例を示したが、これに限るものではない。
例えば、尿素水を供給しこの尿素水からアンモニアを生成せずに、直接アンモニアを供給してもよい。また、アンモニアの前駆体としては、尿素水に限らず他の添加剤を用いてもよい。また、NOxを還元するための還元剤はアンモニアに限るものではない。本発明は、NOxを還元するための還元剤として、アンモニアの代わりに、例えば炭化水素を用いた排気浄化システムに適用することもできる。
In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a urea addition type exhaust gas purification system that uses ammonia as a reducing agent and supplies urea water as a precursor thereof is shown, but the present invention is not limited thereto.
For example, ammonia may be supplied directly without supplying urea water and generating ammonia from the urea water. The ammonia precursor is not limited to urea water, and other additives may be used. Further, the reducing agent for reducing NOx is not limited to ammonia. The present invention can also be applied to an exhaust purification system using, for example, hydrocarbons instead of ammonia as a reducing agent for reducing NOx.

また、上記実施形態では、図10のS3においてDPFの再生昇温中である場合にはユリア噴射量GUREAを“0”に設定したが、これに限らない。DPFの再生昇温中は、第1、第2選択還元触媒の温度も上昇し、ひいては各々の最大ストレージ容量も減少することとなる。図5に示すストレージ補正入力算出部54では、このような最大ストレージ容量の減少に合わせてユリア噴射量GUREAが減量側に補正されるように補正噴射量GUREA_STを算出するので、DPFの再生昇温中は、上述のように強制的にユリア噴射量GUREAを“0”にしなくても、結果として“0”になるように補正される。 In the above embodiment, the urea injection amount GUREA is set to “0” when the regeneration temperature of the DPF is being increased in S3 of FIG. 10, but the present invention is not limited to this. During the regeneration temperature increase of the DPF, the temperatures of the first and second selective reduction catalysts also rise, and as a result, the respective maximum storage capacities also decrease. In the storage corrected input calculating unit 54 shown in FIG. 5, since calculates the correction injection amount G UREA - ST as the urea injection amount G UREA to suit reduction of such maximum storage capacity is corrected to reduction side, regeneration of the DPF During the temperature increase, as described above, the urea injection amount GUREA is corrected to be “0” as a result even if it is not forced to be “0”.

1…エンジン(内燃機関)
2…排気浄化システム
11…排気管(排気系)
12…吸気管(吸気系)
17…EGR装置(排気還流手段)
22…DPF(フィルタ)
23…ユリア選択還元触媒
231…第1選択還元触媒(選択還元触媒)
232…第2選択還元触媒(選択還元触媒)
25…ユリア噴射装置(還元剤供給手段)
26…NHセンサ
28…NOxセンサ(NOx量取得手段)
3…ECU
4…排気系温度制御部(フィルタ再生手段)
5…ユリア噴射制御部
57…制限噴射量算出部(制限値算出手段)
571…単位変換部(NOx量取得手段)
6…吸気制御部(補正手段)
1. Engine (internal combustion engine)
2 ... Exhaust gas purification system 11 ... Exhaust pipe (exhaust system)
12 ... Intake pipe (intake system)
17 ... EGR device (exhaust gas recirculation means)
22 ... DPF (filter)
23 ... urea selective reduction catalyst 231 ... first selective reduction catalyst (selective reduction catalyst)
232: Second selective reduction catalyst (selective reduction catalyst)
25 ... Urea injection device (reducing agent supply means)
26 ... NH 3 sensor 28 ... NOx sensor (NOx amount acquisition means)
3 ... ECU
4. Exhaust system temperature controller (filter regeneration means)
5 ... Urea injection control unit 57 ... Limit injection amount calculation unit (limit value calculation means)
571 ... Unit converter (NOx amount acquisition means)
6 ... Intake control unit (correction means)

Claims (5)

内燃機関の排気系に設けられ、還元剤の存在下で排気を浄化し、かつこの還元剤を捕捉する選択還元触媒と、
前記排気系に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記排気系のうち前記選択還元触媒の上流側に還元剤又はその前駆体を供給する還元剤供給手段と、
前記選択還元触媒の下流側の排気の還元剤の濃度に略比例した検出信号を出力する還元剤センサと、を備える内燃機関の排気浄化システムであって、
前記フィルタを昇温することで堆積した粒子状物質を燃焼除去し、当該フィルタを再生するフィルタ再生手段と、
前記還元剤センサの検出信号の値が所定の目標値になるように前記還元剤又は前駆体の通常供給量を算出する通常供給量算出手段と、
前記選択還元触媒に流入する排気中のNOx量を取得するNOx量取得手段と、
前記取得したNOx量に基づいて、前記選択還元触媒により還元可能なNO量及びNO量を算出し、さらに当該算出したNO量及びNO量に基づいて、前記フィルタの再生中における前記還元剤又は前駆体の供給量に対する上限値を算出する上限値算出手段と、
前記取得したNOx量に基づいて、前記還元可能なNO量及びNO 量よりも少ない還元量として前記選択還元触媒による還元が求められるNO量及びNO 量を算出し、当該算出した還元が求められるNO量及びNO 量に基づいて、前記フィルタの再生中における前記還元剤又は前駆体の供給量に対する下限値を算出する下限値算出手段と、を備え
前記還元剤供給手段は、前記フィルタの再生中は、前記通常供給量が前記上限値より大きい場合には前記上限値に相当する量の、前記通常供給量が前記下限値より小さい場合には前記下限値に相当する量の、これら以外の場合には前記通常供給量の還元剤又は前駆体を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
A selective reduction catalyst that is provided in an exhaust system of an internal combustion engine, purifies exhaust gas in the presence of a reducing agent, and captures the reducing agent;
A filter provided in the exhaust system for collecting particulate matter in the exhaust;
Reducing agent supply means for supplying a reducing agent or a precursor thereof upstream of the selective reduction catalyst in the exhaust system;
An exhaust gas purification system for an internal combustion engine , comprising: a reducing agent sensor that outputs a detection signal substantially proportional to the concentration of the reducing agent in the exhaust downstream of the selective reduction catalyst ,
Filter regeneration means for burning and removing the particulate matter deposited by raising the temperature of the filter, and regenerating the filter;
Normal supply amount calculating means for calculating a normal supply amount of the reducing agent or precursor so that the value of the detection signal of the reducing agent sensor becomes a predetermined target value;
NOx amount acquisition means for acquiring the NOx amount in the exhaust gas flowing into the selective reduction catalyst;
Based on the acquired NOx amount, the NO amount and NO 2 amount that can be reduced by the selective reduction catalyst are calculated, and further, the reducing agent during regeneration of the filter is calculated based on the calculated NO amount and NO 2 amount. Or an upper limit calculating means for calculating an upper limit for the supply amount of the precursor;
Based on the obtained NOx amount, the reduction by the selective reduction catalyst as a small amount of reduction than reducible NO amount and NO 2 amount is calculated amount of NO and NO 2 amount is determined, reduction determined that the calculated Lower limit value calculating means for calculating a lower limit value for the supply amount of the reducing agent or precursor during regeneration of the filter, based on the NO amount and NO 2 amount to be obtained ,
The reducing agent supply means is configured to regenerate the filter, when the normal supply amount is larger than the upper limit value, when the normal supply amount is smaller than the lower limit value. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine, characterized by supplying an amount corresponding to the lower limit value, and otherwise supplying the normal supply amount of the reducing agent or precursor .
前記上限値算出手段は、前記取得したNOx量と、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに応じて算出された前記選択還元触媒のNOx浄化率と、に基づいて、前記還元可能なNO量及びNO量を算出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The upper limit calculating means is configured to reduce the NOx that can be reduced based on the acquired amount of NOx and the NOx purification rate of the selective reduction catalyst calculated according to a parameter correlated with the operating state of the internal combustion engine. 2. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the amount and the NO2 amount are calculated. 前記下限値算出手段は、前記内燃機関の運転状態に相関のあるパラメータに基づいて、前記算出されたNOx浄化率よりも低い浄化率として前記選択還元触媒に求められるNOx浄化率を算出し、前記取得したNOx量と、前記算出した選択還元触媒に求められるNOx浄化率と、に基づいて、前記還元が求められるNO量及びNOThe lower limit calculating means calculates a NOx purification rate required for the selective reduction catalyst as a purification rate lower than the calculated NOx purification rate based on a parameter correlated with the operating state of the internal combustion engine, Based on the acquired NOx amount and the calculated NOx purification rate required for the selective reduction catalyst, the NO amount and NO required for the reduction are determined. 2 量を算出することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the amount is calculated. 前記排気系における排気の一部を前記内燃機関の吸気系に還流する排気還流手段と、
前記フィルタの再生の開始直後、当該フィルタを昇温している間に、前記排気還流手段により前記内燃機関の新気量を増量側に補正する補正手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
Exhaust gas recirculation means for recirculating a part of the exhaust gas in the exhaust system to the intake system of the internal combustion engine;
The correction means for correcting the fresh air amount of the internal combustion engine to the increase side by the exhaust gas recirculation means while the temperature of the filter is raised immediately after the start of regeneration of the filter. 2. An exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to 1.
前記補正手段は、前記フィルタを昇温している間に、前記選択還元触媒からの還元剤の排出速度と、前記選択還元触媒における還元剤の消費速度とを比較し、前記還元剤の排出速度が消費速度よりも速い場合に、前記内燃機関の新気量を増量側に補正することを特徴とする請求項に記載の内燃機関の排気浄化システム。 The correction means compares the reducing agent discharge rate from the selective reduction catalyst with the reducing agent consumption rate in the selective reduction catalyst while raising the temperature of the filter, and reduces the reducing agent discharge rate. 5. The exhaust gas purification system for an internal combustion engine according to claim 4 , wherein the amount of fresh air of the internal combustion engine is corrected to an increase side when the speed is higher than a consumption speed.
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