DE112018004733T5

DE112018004733T5 - Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem

Info

Publication number: DE112018004733T5
Application number: DE112018004733.4T
Authority: DE
Inventors: Yusuke MAJIMA; Kazuhiro Higuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-06-04
Also published as: JP6708185B2; WO2019039481A1; US20200173328A1; JP2019039322A

Abstract

Ein NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (21) ist in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors (10) angebracht und reinigt NOx im Abgas. Eine Ozonversorgungseinrichtung (32, 33) liefert Ozon vor dem Katalysator im Abgaskanal. Ein NOx-Sensor (24) ist stromabwärts des Katalysators angeordnet und erfasst eine NOx-Menge im Abgas. Eine ECU (40) enthält eine NOx-Mengenerfassungseinheit, die eine vom NOx-Sensor erfasste NOx-Menge in einem Zustand erfasst, in dem der Verbrennungsmotor arbeitet und die Ozonversorgungseinrichtung das Ozon liefert. Die ECU enthält ferner eine Steuereinheit, die mindestens eine der folgenden Funktionen ausführt: Steuerung der Ozonzufuhrmenge durch die Ozonversorgungseinrichtung und Diagnose von Anomalien der Ozonversorgungseinrichtung auf der Grundlage der von der NOx-Mengenerfassungseinheit erfassten NOx-Menge.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE ÄHNLICHE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-160333 , die am 23. August 2017 eingereicht wurde. Die vollständige Offenbarung aller oben genannten Anmeldungen ist hierin durch Verweis aufgenommen.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung bzw. einen Controller für ein Abgasreinigungssystem, das einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator zur Reinigung von NOx (Stickoxiden) enthält.
Stand der Technik
Eine bekannte Technik zur Reinigung von NOx verwendet einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator in einem Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors. Der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator weist eine Speichereffizienz für NO (Stickstoffmonoxid) auf, die sich von der Speichereffizienz für NO2 (Stickstoffdioxid) unterscheidet. Die Speichereffizienz von NO wird beispielsweise bei niedriger Temperatur vermindert. Daher wird eine Technik zur Zuführung von Ozon durch eine Ozonversorgungseinrichtung zu einem stromaufwärts des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors und zur Oxidation von NO im Abgas zu NO2 durch das Ozon beschrieben, beispielsweise in Patentliteratur 1.
TECHNISCHE LITERATUR DES STANDS DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2016-79872 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem Abgasreinigungssystem, das Ozon vor einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator zuführt, kann es vorkommen, dass der NOx-Speicher-Reduktions-Katalysator in einem Fall, in dem eine Ozonversorgungseinrichtung nicht die richtige Menge an Ozon liefert, nicht die gewünschte Leistung der NOx-Reinigung aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung einer Steuervorrichtung für ein Abgasreinigungssystem, das so konfiguriert ist, dass es Ozon geeignet zuführt und NOx geeignet reinigt.
Die Lösung für die oben beschriebenen Probleme und ihre betrieblichen Auswirkungen werden im Folgenden beschrieben.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Steuervorrichtung bzw. ein Controller auf ein Abgasreinigungssystem anwendbar. Das Abgasreinigungssystem umfasst einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der in einen Abgaskanal eines Verbrennungsmotors eingebaut und so konfiguriert ist, dass er NOx im Abgas reinigt, eine Ozonversorgungseinrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Ozon stromaufwärts des Katalysators im Abgaskanal zuführt, und einen NOx-Sensor, der stromabwärts des Katalysators vorgesehen und so konfiguriert ist, dass er eine NOx-Menge im Abgas erfasst. Die Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem umfasst eine Einheit zur Erfassung der NOx-Menge und eine Steuereinheit. Die NOx-Mengenerfassungseinheit ist so konfiguriert, dass sie eine vom NOx-Sensor erfasste NOx-Menge in einem Zustand erfasst, in dem der Verbrennungsmotor arbeitet und die Ozonversorgungseinrichtung das Ozon liefert. Die Steuereinheit ist so konfiguriert, dass sie mindestens entweder eine Ozonzufuhrmengensteuerung durch die Ozonversorgungseinrichtung oder eine Anomaliediagnose der Ozonversorgungseinrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses der von der NOx-Mengenerfassungseinheit erfassten NOx-Menge durchführt.
In der Abgasreinigungsanlage versorgt die Ozonversorgungseinrichtung den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator im Abgaskanal des Verbrennungsmotors mit Ozon, wobei NO im Abgas zu NO2 oxidiert wird. Daher kann die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators erhöht werden. In diesem Fall wird die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators verringert, wenn eine Menge des von der Ozonversorgungseinrichtung zugeführten Ozons unbeabsichtigterweise verringert wird, und die Leistung einer NOx-Reinigung kann verringert werden.
In der oben beschriebenen Konfiguration wird jedoch in einem Zustand, in dem der Verbrennungsmotor arbeitet und die Ozonversorgungseinrichtung das Ozon liefert, die vom NOx-Sensor erfasste NOx-Menge erfasst. Auf der Grundlage der ermittelten NOx-Menge wird mindestens eine der Steuerung der Ozonzufuhrmenge durch die Ozonversorgungseinrichtung und der Diagnose der Anomalie der Ozonversorgungseinrichtung durchgeführt. Dementsprechend kann die Steuerung der Ozonzufuhrmenge oder die Diagnose von Anomalien angemessen durchgeführt werden, während eine Verringerung der tatsächlichen NOx-Reinigungseffizienz beobachtet wird. Dadurch kann das Ozon ordnungsgemäß zugeführt und es kann eine ordnungsgemäße NOx-Reinigung durchgeführt werden.
Figurenliste
Die oben genannten und andere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Die Figuren zeigen:

1 ist ein Diagramm, das ein Abgasreinigungssystem eines Motors zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Verhältnis von Ozon zu NO im Abgas und der Speichereffizienz zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuervorgang einer Ozonversorgung bzw. einer Ozonzufuhr zeigt.
4 ist eine Ansicht, die die Beziehungen zwischen verschiedenen Parametern und den geschätzten NOx-Mengen (NOx_est) zeigt.
5 ist eine Ansicht, die die Beziehungen zwischen den Änderungen ΔY und den Korrekturbeträgen zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen werden im Folgenden mit Bezug auf Figuren beschrieben. Ein Abgasreinigungssystem, das die von einem Dieselmotor eines Fahrzeugs abgegebenen Abgase reinigt, fügt Ozon aus einer Ozonversorgungseinrichtung insbesondere vor einem Katalysator in der vorliegenden Ausführung hinzu. In den Ausführungsformen, die im Folgenden beschrieben werden, werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Strukturen angegeben, und die Erklärungen für die Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen werden in die Ausführungsformen eingearbeitet.
Der Motor 10 in 1 ist ein Mehrzylinder-Dieselmotor und verwendet Leichtöl als Kraftstoff. Jeder der Zylinder des Dieselmotors ist mit einem Lufteinlassrohr 11 und einem Abgasrohr 12 verbunden. Der Motor 10 ist mit einem Kompressor 13 ausgestattet. Im Kompressor 13 sind ein am Lufteinlassrohr 11 angeordneter Ansaugverdichter 14, eine am Abgasrohr 12 angeordnete Abgasturbine 15 und eine Drehwelle 16, die den Ansaugverdichter 14 mit der Abgasturbine 15 verbindet, eingebaut. Wenn die Abgasturbine 15 durch das Abgas in Rotation versetzt wird, beginnt der Ansaugverdichter 14 in Verbindung mit der Rotation der Abgasturbine 15 zu rotieren, und die Ansaugluft wird aufgeladen. Ein Ladeluftkühler kann als Wärmetauscher am Lufteinlassrohr 11 stromabwärts des Ansaugverdichters 14 vorgesehen werden.
Ein Luftflusssensor 18 ist am Lufteinlassrohr 11 stromaufwärts des Ansaugverdichters 14 vorgesehen und so konfiguriert, dass er eine Luftmenge erkennt, die durch das Lufteinlassrohr 11 strömt. Ein Drehzahlsensor 19 ist an einer Abtriebswelle des Motors 10 angebracht und so konfiguriert, dass er eine Motordrehzahl erkennt.
Ein NOx-Speicher-Reduktionskatalysator wird dem Abgasrohr 12 als eine NOx-Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von NOx im Abgas, das in einem im Abgasrohr 12 vorgesehenen Abgaskanal strömt, zur Verfügung gestellt. Der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator wird im Folgenden als NOx-Katalysator 21 bezeichnet. Der NOx-Katalysator 21 ist bekanntlich so konfiguriert, dass er bei einer Magerverbrennung das im Abgas enthaltene NOx speichert und bei einer Fettverbrennung das gespeicherte NOx mit einer reduzierenden Komponente wie HC oder CO, die im Abgas enthalten ist, reduziert und entfernt. Beim NOx-Katalysator 21 beispielsweise wird ein Silber als Reduktionskatalysator auf Aluminiumoxid getragen, das auf eine Oberfläche eines Trägers aufgebracht ist.
Ein NOx-Sensor 22, der so konfiguriert ist, dass er eine NOx-Menge im vom Motor 10 abgegebenen Abgas erfasst, und ein Abgastemperatursensor 23, der so konfiguriert ist, dass er eine Abgastemperatur erfasst, sind im Abgasrohr 12 stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen. Die Sensoren 22, 23 befinden sich vor bzw. stromaufwärts zu einem Zufuhrrohr 31, was im Folgenden beschrieben wird. Ein NOx-Sensor 24 ist stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen und so konfiguriert, dass er die NOx-Menge stromabwärts des Katalysators erfasst. Der NOx-Katalysator 21 enthält einen Katalysator-Temperatursensor 25, der so konfiguriert ist, dass er eine Katalysatortemperatur erfasst. Die NOx-Sensoren 22, 24 sind jeweils strombegrenzende Gassensoren, die z.B. mit einem Festelektrolyten konfiguriert sind. Der Einfachheit halber wird der NOx-Sensor 22 stromaufwärts des Katalysators auch als stromaufwärts gelegener NOx-Sensor 22 bezeichnet; und es wird der NOx-Sensor 24 stromabwärts des Katalysators im Folgenden als stromabwärts gelegener NOx-Sensor 24 bezeichnet. Der Katalysator-Temperatursensor 25 kann stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen werden.
In der Abgasreinigungsanlage in der vorliegenden Ausführungsform wird das Ozon dem Abgasrohr 12 vor dem NOx-Katalysator 21 zugeführt und oxidiert NO im Abgas zu NO2. Dadurch wird die NOx-Speicherkapazität des NOx-Katalysators 21 erhöht. Im Folgenden werden die Strukturen des Abgasreinigungssystems beschrieben.
Das Zufuhrrohr 31 ist mit dem Abgasrohr 12 vor dem NOx-Katalysator 21 verbunden. Eine Luftpumpe 32, ein Ozongenerator 33, ein Ein-Aus-Ventil 34 sind in dieser Reihenfolge von einem stromaufwärts gelegenen Zufuhrrohr 31 aus vorgesehen. Die Luftpumpe 32 ist zum Beispiel eine Motorpumpe, die so konfiguriert ist, dass sie atmosphärische Luft, die von außen eingeatmet wird, unter Druck setzt und die Luft zum Ozongenerator 33 schickt. Der Aufbau des Ozongenerators 33 ist allgemein bekannt, eine detaillierte Beschreibung mit Bezug auf eine Zeichnung entfällt. Kurz gesagt enthält der Ozongenerator 33 mehrere Elektroden in einem Behälter, in dem ein Strömungskanal gebildet wird. Das Ozon wird durch Anlegen einer Hochspannung zwischen den mehreren Elektroden erzeugt. Das Ein-Aus-Ventil 34 ist so angeordnet, dass es einen Rückstrom des Abgases aus dem Abgasrohr 12 verhindert. Das Ozon wird dem Abgasrohr 12 zugeführt, wenn das Ein-Aus-Ventil 34 geöffnet wird, und die Ozonzufuhr wird gestoppt, wenn das Ein/Aus-Ventil 34 geschlossen wird. Die Luftpumpe 32 und der Ozongenerator 33 entsprechen der Ozonversorgungseinrichtung.
Um das Ozon während des Betriebs des Motors in Richtung des Abgasrohrs 12 zu liefern, wird die Luftpumpe 32 angetrieben und das Ein-Aus-Ventil 34 in einem Zustand geöffnet, in dem der Ozongenerator 33 das Ozon durch Anlegen einer Spannung erzeugt. Dadurch strömt das Ozon mit Luft, die den Ozongenerator 33 in das Abgasrohr 12 passiert. Anschließend speichert der NOx-Katalysator 21 das NO und das NO2 und führt eine Reduktion und Reinigung durch, während die Oxidation stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 durchgeführt wird, um das NO2 aus dem NO umzuwandeln.
Ein ECU 40 ist ein bekanntes elektronisches Steuergerät bzw. ein Controller und umfasst hauptsächlich einen Mikrocomputer, der CPU, ROM, RAM und ähnliches. Die ECU 40 ist so konfiguriert, dass sie die Steuerung bzw. Steuervorgänge einer Abgasreinigung entsprechend den oben beschriebenen Detektionssignalen der Sensoren durch die Ausführung von im ROM gespeicherten Steuerprogrammen durchführt. Die ECU 40 ist so konfiguriert, dass sie eine Steuerung der Ozonzufuhrmenge durchführt, die eine von der Ozonversorgungseinrichtung gelieferte Ozonmenge in einer gewünschten Menge steuert. In diesem Fall steuert die ECU 40 die Zustände der Luftpumpe 32, des Ozongenerators 33 und des Ein-Aus-Ventils 34, um beispielsweise eine vorgeschriebene Menge des Ozons in das Abgasrohr 12 zu leiten. Wenn z.B. während der Magerverbrennung in einem Zustand, in dem der Motor 10 arbeitet, die Ozonzufuhr angefordert wird, führt die ECU 40 die Ozonzufuhr zum Abgasrohr 12 entsprechend der Anforderung durch.
Die Speichereffizienz des NOx-Katalysators 21 für das NO im NOx im Abgas unterscheidet sich von der Speichereffizienz für das NO2 im NOx im Abgas. In einem Zustand mit relativ niedriger Temperatur wird die Speichereffizienz des NO extrem geringer. Daher wird das Ozon dem Abgasrohr 12 zugeführt, um NO bei der niedrigen Temperatur zu NO2 zu oxidieren. In einem Fall, in dem die Ozonmenge durch eine Verschlechterung der Leistung der Ozonversorgungseinrichtung nicht ausreicht, kann die Oxidation des NO zu NO2 vor dem Katalysator jedoch unzureichend sein. In diesem Zustand ist das Verhältnis des NO im NOx erhöht, und die NOx-Speichereffizienz des NOx-Katalysators 21 kann verringert werden.
2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Verhältnis von Ozon zu NO im Abgas und einer Speichereffizienz zeigt. Wie in 2 gezeigt, nimmt die Speichereffizienz des NOx-Katalysators 21 mit abnehmendem Verhältnis von Ozon zu NO im Abgas ab.
In einem Fall, in dem die Ozonversorgungseinrichtung aufgrund einer Störung bzw. Fehlfunktion oder ähnlichem das Ozon nicht in angemessener Menge liefert, kann es vorkommen, dass der NOx-Katalysator 21 nicht die gewünschte Leistung der NOx-Reinigung aufweist. Daher wird in der vorliegenden Ausführung in einem Zustand, in dem der Motor 10 arbeitet und in dem die Ozonversorgungseinrichtung das Ozon liefert, die Ozonversorgungseinrichtung eine vom stromabwärtigen NOx-Sensor 24 erfasste NOx-Menge (NOx_sens) erfassen. Anschließend führt die Ozonversorgungseinrichtung auf der Grundlage der ermittelten NOx-Menge (NOx sens) die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und eine Anomaliediagnose des Ozon-Zufuhrgerätes durch.
In diesem Fall berechnet die ECU 40 eine Menge des NOx, die stromabwärts des NOx-Katalysators 21 als geschätzte NOx-Menge (NOx_est) auf der Grundlage von Abgasinformationen über das aus dem Motor ausgestoßene Abgas 10 und auf der Grundlage von Katalysatorinformationen über den NOx-Katalysator 21 abgegeben wird. Anschließend wird die von der stromabwärtigen NOx-Sonde 24 erfasste NOx-Menge (NOx_sens) mit der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) verglichen. Basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs werden die Steuerung der Ozonzufuhrmenge durch die Ozonversorgungseinrichtung und die Diagnose von Anomalien des Ozonzufuhrgerätes durchgeführt.
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Steuervorgang einer Ozonzufuhr zeigt, und deren Verarbeitung wird von der ECU 40 in einem vorgeschriebenen Zyklus durchgeführt.
In 3 wird im Schritt S11 festgestellt, ob sich ein Betriebszustand des Motors 10 im Betriebszustand in einem stabilen Zustand, aber nicht in einem Übergangszustand befindet. In diesem Fall kann festgestellt werden, dass der Betriebszustand des Motors in einem Fall stabil ist, in dem die Drehzahl des Motors nicht größer als ein vorbestimmter Wert ist und eine Laständerung nicht größer als ein vorbestimmter Wert innerhalb einer vorbestimmten Periode ist. Die Stabilität des Betriebszustands des Fahrzeugs kann auf der Grundlage eines Betrags der Betätigung des Gaspedals oder ähnlichem bestimmt werden. Wenn in Schritt S11 eine negative Bestimmung durchgeführt wird, geht die Verarbeitung zu Schritt S12 über. Wenn andererseits in Schritt S11 eine positive Feststellung getroffen wird, geht die Verarbeitung in Schritt S13 über.
In Schritt S12 wird der Betrieb der Luftpumpe 32 oder des Ozongenerators 33 mit einem vorbestimmten Steuerbefehlswert gestartet, um eine vorbestimmte Menge des Ozons in das Abgasrohr 12 zu liefern. Wenn in Schritt S11 eine negative Bestimmung vorgenommen wird, wird die Diagnose der Anomalie der Ozonversorgungseinrichtung nicht durchgeführt.
In Schritt S13 werden Informationen über die Ozonmenge erfasst, die die Menge des vom Ozongenerator 33 in das Abgasrohr 12 durch das Zufuhrrohr 31 gelieferten Ozons angeben. An diesem Punkt kann die Ozonmenge anhand einer an die Elektrode des Ozongenerators 33 angelegten Spannung oder eines Stromverbrauchs abgeschätzt werden. Zusätzlich kann die Ozonmenge unter Berücksichtigung eines von der Luftpumpe 32 ausgeblasenen Luftvolumens berechnet werden.
In Schritt S14 werden Abgasinformationen über die vom Motor 10 abgegebenen Abgase erfasst. Die Abgasinformationen umfassen einen Abgasparameter, wie z.B. eine NOx-Abgasmenge, die eine vom Motor 10 abgegebene NOx-Menge, einen Durchsatz des Abgases oder eine Temperatur des Abgases oder ähnliches angibt. Die NOx-Abgasmenge wird aus einem Detektionssignal des vorgeschalteten NOx-Sensors 22 berechnet. Die Durchflussmenge bzw. Flussrate des Abgases wird aus einem Detektionssignal des Luftflusssensors 18 berechnet. Die Temperatur des Abgases wird aus einem Detektionssignal des Abgastemperatursensors 23 berechnet. Die NOx-Abgasmenge, der Abgasdurchsatz oder die Temperatur des Abgases können durch Verwendung eines vorgegebenen Schätzmodells, eines vorgegebenen Ausdrucks oder ähnlichem auf der Grundlage der Motordrehzahl oder einer Motorlast geschätzt werden.
In Schritt S15 werden die Katalysatorinformationen über den NOx-Katalysator 21 erfasst. Die Katalysatorinformationen umfassen einen Katalysatorparameter wie z.B. eine Temperatur des NOx-Katalysators 21 oder eine NOx-Speichermenge, die eine bereits im NOx-Katalysator 21 oder ähnlichem gespeicherte NOx-Menge angibt. Die Katalysatortemperatur wird aus dem Detektionssignal des Katalysator-Temperatursensors 25 berechnet. Die NOx-Speichermenge wird durch Schätzung aus einer Betriebsgeschichte des Motors 10 oder ähnlichem berechnet. Die NOx-Speichermenge kann zum Beispiel auf der Grundlage einer Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen oder einer Menge der Kraftstoffreduzierung nach der Fettverbrennung geschätzt werden.
Anschließend wird in Schritt S16 die Menge des NOx, die stromabwärts des NOx-Katalysators 21 abgegeben wird, als geschätzte NOx-Menge (NOx_est) auf der Grundlage der Informationen über die Ozonmenge, der Abgasinformationen und der Katalysatorinformationen berechnet, die in den oben beschriebenen Schritten S13 bis S15 erfasst werden. Hier wird im Folgenden eine Beziehung zwischen jedem Parameter in den Ozonmengeninformationen, den Abgasinformationen und den Katalysatorinformationen und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) beschrieben.
In 4 zeigt (a) eine Beziehung zwischen der Ozonmenge als Information über die Ozonmenge und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est). Die 40 ECU berechnen einen größeren Wert als die geschätzte NOx-Menge (NOx_est), wenn die Ozonmenge kleiner wird.
In 4 zeigt (b) eine Beziehung zwischen der NOx-Abgasmenge als Abgasinformation und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est). Die ECU 40 berechnet einen größeren Wert als die geschätzte NOx-Menge (NOx_est), wenn die NOx-Abgasmenge größer wird.
In 4 zeigt (c) eine Beziehung zwischen dem Durchsatz des Abgases als Abgasinformation und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est). Die ECU 40 berechnet einen größeren Wert als die geschätzte NOx-Menge (NOx_est), wenn die Durchflussmenge des Abgases größer wird. Als Abgasinformation kann anstelle des Abgasdurchsatzes ein Abgasdruck verwendet werden. In diesem Fall berechnet die ECU 40 einen größeren Wert als die geschätzte NOx-Menge (NOx_est), wenn der Abgasdruck größer wird.
In 4 zeigt (d) eine Beziehung zwischen der Temperatur des Abgases als Abgasinformation und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est). Die ECU 40 berechnet einen größeren Wert als die geschätzte NOx-Menge (NOx_est), wenn die Temperatur des Abgases niedriger wird.
In 4 zeigt (e) eine Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur als Katalysatorinformation und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est). Die ECU40 berechnet einen größeren Wert als die geschätzte NOx-Menge (NOx_est), wenn die Katalysatortemperatur niedriger wird. Die Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der geschätzten NOx-Menge (NOx est) hängt von der Ozonmenge ab, und es kann eine Beziehung unter Berücksichtigung der Ozonmenge definiert werden. In diesem Fall kann, wie die gestrichelten Linien in (e) in 4 zeigen, mit abnehmender Ozonmenge die geschätzte NOx-Menge (NOx_est) erhöht werden, und ein negativer Gradient der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) zur Katalysatortemperatur kann erhöht werden.
(f) in 4 zeigt eine Beziehung zwischen der NOx-Speichermenge als Katalysatorinformation und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est). Die ECU 40 berechnet einen größeren Wert als die geschätzte NOx-Menge (NOx_est), wenn die NOx-Speichermenge größer wird.
Die in 4 unter (a) bis (f) gezeigten Beziehungen können als Karten oder Formeln im Voraus festgelegt werden. Darüber hinaus können die Werte der Parameter in die Karte oder die Formel zur Berechnung der geschätzten NOx-Menge (NOx est) eingesetzt werden.
Die geschätzte NOx-Menge (NOx_est) kann mit einem oder zwei der Abgas-NOx-Menge, dem Abgasdurchsatz und der Abgastemperatur als Abgasinformation berechnet werden. Außerdem kann die geschätzte NOx-Menge (NOx est) mit einer der beiden Informationen Katalysatortemperatur und NOx-Speichermenge als Katalysatorinformation berechnet werden. Außerdem kann die geschätzte NOx-Menge (NOx_est) mit einer oder zwei der Informationen über die Ozonmenge, die Abgasinformation und die Katalysatorinformation berechnet werden.
Anschließend wird in Schritt S17 die vom stromabwärtigen NOx-Sensor 24 erfasste NOx-Menge (NOx_sens) erfasst. Die ermittelte NOx-Menge (NOx_sens) entspricht einer tatsächlichen NOx-Menge stromabwärts des NOx-Katalysators 21.
In Schritt S18 wird festgestellt, ob eine Differenz ΔY größer als ein vorgegebener Schwellenwert TH ist. Die Differenz ΔY wird durch Subtraktion der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) von der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) erhalten und wie folgt definiert. $Δ Y = Nox_sens - Nox_est$
An diesem Punkt, in Schritt S18, wird bestimmt, ob die NOx-Menge stromabwärts zu dem Katalysator im Verhältnis zu einer Ozonmenge (primäre Ozonmenge), um die die Ozonversorgungseinrichtung Ozon liefern soll, groß ist oder nicht. Der Schwellenwert TH kann auf der Grundlage einer zulässigen NOx-Menge am stromabwärtigen Ende des NOx-Katalysators 21 bestimmt werden, d.h. auf der Grundlage einer zulässigen Leckagemenge von NOx, die auf der Grundlage von Umweltnormen oder ähnlichem bestimmt wird.
Im Fall von ΔY ≤ TH geht die Verarbeitung in Schritt S19 über, und es wird eine Rückkopplungssteuerung der Ozonzufuhrmenge auf der Grundlage der Differenz ΔY durchgeführt. In diesem Fall wird ein Korrekturbetrag, der zur Ozonzufuhrmenge (Zufuhrbefehl) addiert wird, erhöht und entsprechend der Differenz ΔY korrigiert, und die Ozonzufuhrmenge wird um die Korrekturmenge aktualisiert. Genauer gesagt, wie in (a) in 5 gezeigt, wird der Korrekturbetrag auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die Differenz ΔY in einem Bereich von 0 bis zum Schwellenwert TH größer wird, d.h. wenn die ermittelte NOx-Menge (NOx_sens) in Bezug auf die geschätzte NOx-Menge (NOx est) größer wird. Im Fall von ΔY ≤ 0 kann der Korrekturbetrag 0 betragen. Eine aktualisierte Ozonzufuhrmenge wird durch Addition des Korrekturbetrags zur Ozonzufuhrmenge an diesem Punkt berechnet.
Der Korrekturbetrag kann variabel entsprechend der Differenz ΔY eingestellt werden, oder es kann ein konstanter Korrekturbetrag hinzugefügt werden. Darüber hinaus kann der Korrekturbetrag unter Verwendung einer in (b) in 5 dargestellten Beziehung festgelegt werden. Gemäß (b) in 5 wird, wenn die Differenz ΔY eine positive Zahl ist, d.h. im Falle von NOx_sens > NOx_est, die Ozonzufuhrmenge korrigiert und um einen positiven Korrekturbetrag erhöht. Wenn die Differenz ΔY eine negative Zahl ist, d.h. im Fall von NOx_sens <NOx_est, wird die Ozonzufuhrmenge korrigiert und um einen negativen Korrekturbetrag verringert.
Im nachfolgenden Schritt S20 wird eine Verarbeitung der oberen Grenzwertschutzmassnahmen auf die aktualisierte Ozonzufuhrmenge durchgeführt. Genauer gesagt wird festgestellt, ob die aktualisierte Ozonzufuhrmenge einen vorgegebenen oberen Grenzwert erreicht oder nicht. In einem Fall, in dem die aktualisierte Ozonzufuhrmenge den oberen Grenzwert erreicht, wird die Ozonzufuhrmenge auf den oberen Grenzwert begrenzt. Daher ist die Ozonzufuhrmenge in einem Bereich bis zum oberen Grenzwert begrenzt und wird von der Rückkopplungsregelung entsprechend der Differenz ΔY zu jedem Zeitpunkt geregelt.
In einem Fall, in dem die Ozonzufuhrmenge erhöht wird, kann z.B. eine angelegte Spannung erhöht werden, um eine Erzeugungsmenge des Ozons durch den Ozongenerator 33 zu erhöhen. Zusätzlich kann das von der Luftpumpe 32 geblasene Luftvolumen erhöht werden. Im Fall von ΔY < TH wird festgestellt, dass sich die Ozonversorgungseinrichtung in einem normalen Zustand befindet.
In einem Fall von ΔY ≥ TH geht die Verarbeitung in Schritt S21 über, und die ECU 40 stellt fest, dass eine Anomalie in der Ozonversorgungseinrichtung verursacht wird. Im nachfolgenden Schritt S22 wird eine Warnung durch eine Störungswarnlampe oder einen Signalton durchgeführt, um darauf hinzuweisen, dass sich die Ozonversorgungseinrichtung in einem anormalen Zustand befindet. Außerdem wird die Ozonzufuhr durch die Ozonversorgungseinrichtung gestoppt.
In der vorliegenden, oben beschriebenen Ausführungsform werden die unten beschriebenen signifikanten Effekte erzielt.
In einem Zustand, in dem der Motor 10 arbeitet und die Ozonversorgungseinrichtung das Ozon liefert, erfasst die ECU 40 die vom stromabwärtigen NOx-Sensor 24 erfasste NOx-Menge (NOx_sens) und führt die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose von Anomalien auf der Grundlage der erfassten NOx-Menge (NOx_sens) durch. Dementsprechend kann die Steuerung der Ozonzufuhrmenge oder die Diagnose von Anomalien angemessen durchgeführt werden, während eine Verringerung der tatsächlichen NOx-Reinigungseffizienz beobachtet wird. Dadurch kann das Ozon ordnungsgemäß zugeführt und es kann eine ordnungsgemäße NOx-Reinigung durchgeführt werden.
In einem Fall, in dem eine Anomalie in der Ozonversorgungseinrichtung verursacht wird und eine gewünschte Leistung der NOx-Reinigung nicht erreicht werden kann, kann eine geeignete Maßnahme durch die Warnung oder durch das Anhalten der Ozonzufuhr durchgeführt werden.
Basierend auf den Abgasinformationen des Motors 10 und den Katalysatorinformationen über den NOx-Katalysator 21 wird die NOx-Menge am stromabwärtigen Ende des Katalysators als geschätzte NOx-Menge (NOx_est) berechnet. Anschließend werden auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) und der durch den stromabwärts zu dem NOx-Sensor 24 ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose der Anomalie des Ozonkontrollgeräts durchgeführt. Daher können die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose von Anomalien angemessen durchgeführt werden, selbst wenn ein Zustand des Abgases und/oder ein Zustand des NOx-Katalysators 21 entsprechend dem Betriebszustand des Motors oder ähnlichem geändert wird.
Die ECU 40 ist so konfiguriert, dass es die geschätzte NOx-Menge (NOx_est) auf der Grundlage der NOx-Abgasmenge, des Abgasdurchsatzes und der Temperatur des aus dem Motor 10 abgegebenen Abgases berechnet, und Probleme wie eine Verschlechterung der Genauigkeit der Ozonzufuhrmengenregelung oder der Diagnose von Anomalien aufgrund einer Änderung der einzelnen Parameter kann eingeschränkt werden.
Die geschätzte NOx-Menge (NOx est) wird auf der Grundlage der Temperatur des NOx-Katalysators 21 und der NOx-Speichermenge des NOx-Katalysators 21 berechnet. Daher können Fragen wie die Verschlechterung der Genauigkeit der Ozonzufuhrmengensteuerung oder der Diagnose von Anomalien aufgrund der Änderung der einzelnen Parameter eingeschränkt werden.
Die ECU 40 ist so konfiguriert, dass sie die Menge des dem Abgasrohr 12 zugeführten Ozons erfasst und die geschätzte NOx-Menge (NOx est) auf der Grundlage der Ozonmenge berechnet. Daher können Fragen wie die Verschlechterung der Genauigkeit der Steuerung der Ozonzufuhrmenge oder der Diagnose von Anomalien aufgrund der Änderung der Ozonmenge eingeschränkt werden.
In einem Fall, in dem die Differenz ΔY zwischen der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) kleiner als der Schwellenwert TH ist, wird die Steuerung der Ozonzufuhrmenge auf der Grundlage der Differenz ΔY durchgeführt. In einem Fall, in dem die Differenz ΔY größer als der Schwellenwert TH ist, wird die Diagnose der Anomalie der Ozonversorgungseinrichtung durchgeführt. Daher können an der Ozonversorgungseinrichtung die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose von Anomalien je nach Bedarf angemessen durchgeführt werden. In diesem Fall, bevor die ECU 40 feststellt, dass die Ozonversorgungseinrichtung anormal ist, ermöglicht die Steuerung der Ozonzufuhrmenge eine stabile Reinigungsleistung am NOx-Katalysator 21 zu erreichen.
Die Ozonzufuhrmenge wird auf der Grundlage der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) in einem Bereich der Ozonzufuhrmenge bis zu einem vorbestimmten oberen Grenzwert gesteuert, und die Diagnose von Anomalien der Ozonversorgungseinrichtung wird in einem Fall durchgeführt, in dem die Ozonzufuhrmenge den oberen Grenzwert darstellt. In diesem Fall wird die maximale Ozonzufuhr in einem Regelbereich durchgeführt, in dem das Ozon zugeführt werden kann, und die Diagnose von Anomalien der Ozonversorgungseinrichtung wird in einem Zustand durchgeführt, in dem die maximale Ozonzufuhr erfolgt. Daher kann die Diagnose der Anomalie korrekt durchgeführt werden, während das Ozon so gut wie möglich zugeführt wird.
In einem Fall, in dem sich der Betriebszustand des Motors 10 im stabilen Zustand, aber nicht im Übergangszustand befindet, werden die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose von Anomalien durchgeführt. Daher kann die Regelgenauigkeit der Steuerung der Ozonzufuhrmenge verbessert werden. Darüber hinaus kann eine Fehldiagnose der Anomaliediagnose unterdrückt und die Genauigkeit der Diagnose erhöht werden.
(Andere Ausführungsformen)
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können beispielsweise wie nachstehend beschrieben geändert werden.
In der obigen Ausführungsform führt der ECU 40 die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose der Anomalien durch. Die 40 ECU dürfen jedoch nur eine davon ausführen. Zum Beispiel kann der ECU 40 die Steuerung der Ozonzufuhrmenge auf der Grundlage der Differenz ΔY zwischen der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) und der geschätzten NOx-Menge (NOx est) durchführen. Alternativ kann die ECU 40 die Diagnose von Anomalien der Ozonversorgungseinrichtung auf der Grundlage der Differenz ΔY zwischen der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) und der geschätzten NOx-Menge (NOx est) durchführen.
In der obigen Ausführungsform werden die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose von Anomalien auf der Grundlage der Differenz ΔY zwischen der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) durchgeführt. Die Steuerung der Ozonzufuhrmenge und die Diagnose von Anomalien kann jedoch nur auf der Grundlage der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) aus der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) und der geschätzten NOx-Menge (NOx_est) durchgeführt werden. In diesem Fall ist die Ozonversorgungseinrichtung so konfiguriert, dass sie das Ozon in einer konstanten Menge liefert. Darüber hinaus legt die ECU 40 die Ozonzufuhrmenge auf der Grundlage der ermittelten NOx-Menge (NOx_sens) fest, und zwar wird die Ozonzufuhrmenge größer, wenn die ermittelte NOx-Menge (NOx_sens) größer wird. Wenn die festgestellte NOx-Menge (NOx_sens) größer als ein vorgegebener Wert ist, erkennt die ECU 40, dass die Anomalie der Ozonversorgungseinrichtung verursacht wird.
Das Abgasreinigungssystem ist nicht auf das in 1 gezeigte System beschränkt und kann eine Oxidkatalyse vor dem NOx-Katalysator 21 oder einen DPF oder einen DPF mit einem Katalysator stromabwärts zu dem NOx-Katalysator 21 umfassen.
Das Abgasreinigungssystem in den oben beschriebenen Ausführungsformen kann nicht nur auf den Dieselmotor, sondern auch auf einen anderen Motortyp, z.B. einen Benzinmotor, angewendet werden. Das Abgasreinigungssystem kann auch bei einem Motor, der nicht für ein Fahrzeug bestimmt ist, angewendet werden.
Die vorliegende Offenbarung wurde entsprechend den vorliegenden Ausführungsformen beschrieben. Die gegenwärtige Offenbarung ist jedoch nicht durch die Ausführungsformen oder die Struktur begrenzt. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Variationen und Modifikationen innerhalb der Äquivalente. Die vorliegende Offenbarung umfasst auch verschiedene Kombinationen und Ausführungsformen und umfasst darüber hinaus ein oder mehrere oder weniger Elemente und deren Kombinationen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017160333 [0001]
JP 2016079872 A [0004]

Claims

Steuervorrichtung, die auf ein Abgasreinigungssystem anwendbar ist, das einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (21), der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors (10) ausgestattet und so konfiguriert ist, dass er NOx im Abgas reinigt, eine Ozonversorgungseinrichtung (32, 33), die so konfiguriert ist, dass sie Ozon stromaufwärts des Katalysators im Abgaskanal zuführt, und einen NOx-Sensor (24) umfasst, der stromabwärts des Katalysators vorgesehen und so konfiguriert ist, dass er eine NOx-Menge im Abgas erfasst, wobei die Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem umfasst: eine NOx-Mengenerfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine erfasste NOx-Menge erfasst, die vom NOx-Sensor in einem Zustand erfasst wird, in dem der Verbrennungsmotor arbeitet und in dem die Ozonversorgungseinrichtung das Ozon liefert; und eine Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Ozonzufuhrmengen-Steuerung durch die Ozonversorgungseinrichtung und/oder eine Diagnose von Anomalien der Ozonversorgungseinrichtung auf der Grundlage der von der NOx-Mengenerfassungseinheit erfassten NOx-Menge durchführt.
Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, bestehend aus eine Berechnungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine NOx-Menge, die stromabwärts des Katalysators als geschätzte NOx-Menge auf der Grundlage von Abgasinformationen über das von dem Verbrennungsmotor ausgestoßene Abgas und/oder Katalysatorinformationen über den Katalysator berechnet, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Vergleich der von der NOx-Mengenerfassungseinheit erfassten NOx-Menge mit der von der Berechnungseinheit berechneten geschätzten NOx-Menge durchführt und mindestens eine der folgenden Funktionen ausführt: Steuerung der Ozonzufuhrmenge durch die Ozonversorgungseinrichtung und Diagnose der Anomalie der Ozonversorgungseinrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs.
Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei die Berechnungseinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Abgasparameter, der mindestens einer der folgenden Parameter ist: eine vom Verbrennungsmotor ausgestoßene NOx-Menge, eine Durchflussrate des Abgases und eine Temperatur des Abgases, als Abgasinformation verwendet und die geschätzte NOx-Menge auf der Grundlage des Abgasparameters berechnet.
Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Berechnungseinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Katalysatorparameter, bei dem es sich mindestens um eine Temperatur des Katalysators oder eine NOx-Speichermenge handelt, die eine im Katalysator gespeicherte NOx-Menge angibt, als Katalysatorinformation verwendet und die geschätzte NOx-Menge auf der Grundlage des Katalysatorparameters berechnet.
Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bestehend aus eine Ozonmengen-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Menge des Ozons erfasst, die dem Abgaskanal durch die Ozonversorgungseinrichtung zugeführt wird, wobei die Berechnungseinheit so konfiguriert ist, dass sie die geschätzte NOx-Menge auf der Grundlage von mindestens einer der Abgasinformationen und der Katalysatorinformationen und auf der Grundlage der von der Ozonmengen-Erfassungseinheit erfassten Ozonmenge berechnet.
Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Steuerung der Ozonzufuhrmenge durch die Ozonversorgungseinrichtung außerhalb der Steuerung der Ozonzufuhrmenge durch die Ozonversorgungseinrichtung und die Diagnose von Anomalien der Ozonversorgungseinrichtung durchführt, wenn ein Differenzwert, der durch eine Subtraktion der geschätzten NOx-Menge, die von der Berechnungseinheit berechnet wird, von der erfassten NOx-Menge, die von der NOx-Mengenerfassungseinheit erfasst wird, erhalten wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie die Anomaliediagnose aus der Ozonzufuhrmengenregelung durch die Ozonversorgungseinrichtung und die Anomaliediagnose der Ozonversorgungseinrichtung durchführt, wenn der Differenzwert größer als der vorgegebene Wert ist.
Steuervorrichtung für das Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinheit so konfiguriert ist, dass sie eine von der Ozonversorgungseinrichtung zugeführte Ozonmenge auf der Grundlage der erfassten NOx-Menge, die von der NOx-Mengenerfassungseinheit in einem Bereich der Ozonzufuhrmenge bis zu einem vorbestimmten oberen Grenzwert erfasst wird, steuert und die Anomaliediagnose der Ozonzufuhreinrichtung in einem Fall durchführt, in dem die von der Ozonzufuhreinrichtung zugeführte Ozonmenge der obere Grenzwert ist.