DE112020000496T5

DE112020000496T5 - Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotor und Fahrzeug

Info

Publication number: DE112020000496T5
Application number: DE112020000496.1T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Sawada; Masanobu Minezawa
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2022-02-24
Also published as: CN113316679A; US20220136419A1; JP2020118078A; WO2020153302A1; CN113316679B; US11761364B2; JP7124727B2

Abstract

Es wird eine Abgasreinigungseinrichtung, die eine Steuervorrichtung (100) aufweist, bereitgestellt, die den Übergang eines Erfassungswerts jedes eines vorgelagerten NOx-Sensors (61) und eines nachgelagerten NOx-Sensors (62) überwacht, und, wenn die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators (40) auf einen Wert eines ersten Schwellenwerts oder niedriger fällt, ein Abnormalitätserfassungssignal erzeugt, das angibt, dass ein Überspeicherungszustand in einem SCR-Katalysator (40) aufgetreten ist, wenn die Menge der Änderung des Erfassungswertes des stromaufwärtigen NOx-Sensors (61) pro Zeiteinheit mindestens einen zweiten Schwellenwert beträgt, und die Menge der Änderung des Erfassungswertes des stromabwärtigen NOx-Sensors (62) pro Zeiteinheit höchstens einen dritten Schwellenwert beträgt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und auch ein Fahrzeug.
Stand der Technik
Als Abgasreinigungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor ist ein SCR-Katalysator-Abgasreinigungssystem bekannt, das eine selektive katalytische NOx-Reduktion (hier als „SCR-Katalysator“ bezeichnet) aufweist, die NOx in einem Abgas unter Verwenden von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel selektiv reduziert (siehe zum Beispiel Patentliteratur (im Folgenden als „PTL“ bezeichnet) 1).
In einer Abgasreinigungseinrichtung dieses Typs ist es zur effektiven Funktion der NOx-Reduktionsmerkmale des SCR-Katalysators notwendig, die in dem SCR-Katalysator angesammelte Ammoniakmenge (im Folgenden als „Ammoniak-Speichermenge“ bezeichnet) auf eine geeignete Menge zu steuern. Als ein Verfahren zur Steuerung wird allgemein ein Verfahren verwendet, bei dem eine Steuereinheit die verbrauchte Ammoniakmenge in dem SCR-Katalysator basierend auf verschiedenen Sensorinformationen sequenziell vorhersagt und den SCR-Katalysator mit Harnstoffwasser versorgt, das ein Vorläufer für eine fehlende Ammoniakmenge ist.
Liste der Zitate
Patentliteratur
PTL 1 Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2012-189007
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Die NOx-Reinigungsreaktion in dem SCR-Katalysator ist kompliziert, und es ist schwierig, die verbrauchte Ammoniakmenge basierend auf der NOx-Reinigungsreaktion in der Steuereinheit genau zu berechnen. Zusätzlich beinhaltet der vorhergesagte Wert der verbrauchten Ammoniakmenge einen Fehler, der beispielsweise auf einen Fehler der Einspritzmenge in einer Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung und/oder einen Erfassungsfehler des NOx-Sensors zurückzuführen ist.
Aus diesem Grund ist es nicht selten, dass ein Schätzwert der Ammoniakspeichermenge, der durch die Berechnung der Steuereinheit geschätzt wird, von einem tatsächlichen Wert abweicht. Dann tritt ein Zustand auf, in dem die Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator (im Folgenden als ein „Überspeicherungszustand“ bezeichnet) aufgrund der Erweiterung der Abweichung in einigen Fällen übermäßig ist.
Wenn ein derartiger Überspeicherungszustand auftritt, wird das überschüssige Ammoniak von dem SCR-Katalysator desorbiert, und das desorbierte Ammoniak ändert sich aufgrund des Oxidationskatalysators in einer nachfolgenden Stufe zu NOx, was eine Abnahme der NOx-Reinigungsleistung der Abgasreinigungseinrichtung verursacht. Sogar wenn das desorbierte Ammoniak aufgrund des Oxidationskatalysators in einer nachfolgenden Stufe als Ammoniak ausgestoßen wird, erfasst ein nachgelagerter NOx-Sensor des SCR-Katalysators Ammoniak als NOx, und es wird von der Steuervorrichtungsseite bestimmt, dass sich die NOx-Reinigungsleistung verschlechtert.
Wenn ein Überspeicherungszustand auftritt, wird außerdem möglicherweise zusätzliches Harnstoffwasser oder Ammoniak ausgestoßen.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es daher, eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor und ein Fahrzeug bereitzustellen, die jeweils in der Lage sind, das Auftreten eines Überspeicherungszustandes in einem SCR-Katalysator in einem frühen Stadium zu erkennen.
Lösung des Problems
Die vorliegende Offenbarung, die hauptsächlich die oben erwähnten Probleme löst, stellt eine Abgasreinigungseinrichtung bereit, die an einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors platziert ist, wobei die Einrichtung Folgendes beinhaltet:

einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR), der in dem Abgaskanal platziert ist;
einen vorgelagerten NOx-Sensor und einen nachgelagerten NOx-Sensor, die eine NOx-Menge in einem Abgas auf einer vorgelagerten Seite bzw. einer nachgelagerten Seite des SCR-Katalysators erfassen;
eine Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung, die Harnstoffwasser auf der vorgelagerten Seite des SCR-Katalysators in den Abgaskanal einspritzt; und
eine Steuervorrichtung, die eine Ammoniak-Speichermenge in dem SCR-Katalysator schätzt und eine Harnstoffwasser-Einspritzmenge der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung basierend auf einem Schätzwert der Ammoniak-Speichermenge steuert, wobei
die Steuervorrichtung den Übergang eines Erfassungswertes jedes des vorgelagerten NOx-Sensors und des nachgelagerten NOx-Sensors überwacht, und
die Steuervorrichtung ein Abnormalitätserfassungssignal erzeugt, das angibt, dass ein Überspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator in einem Fall auftritt, in dem eine Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors pro Zeiteinheit gleich oder größer als ein zweiter Schwellenwert ist, und eine Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, wenn eine NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators auf einen ersten Schwellenwert oder weniger sinkt.

Ferner wird bei einem anderen Aspekt ein Fahrzeug bereitgestellt, das die oben beschriebene Abgasreinigungseinrichtung beinhaltet.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß einer Abgasreinigungseinrichtung der vorliegenden Offenbarung kann das Auftreten eines Überspeicherungszustands in einem SCR-Katalysator in einem frühen Stadium erfasst werden.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer ECU gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
3A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der NOx-Menge darstellt, die in einem Überlagerungszustand einem SCR-Katalysator nachgelagert ist, und 3B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der Änderungsmenge des NOx in dem Überlagerungszustand veranschaulicht;
4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der NOx-Menge darstellt, die in einem Überlagerungszustand dem SCR-Katalysator vorgelagert ist, und 4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der Änderungsmenge des NOx in dem Überlagerungszustand veranschaulicht;
5 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Korrekturverarbeitung, die von einem Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines spezifischen Betriebsablaufs veranschaulicht, der von dem Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
7A, 7B und 7C sind Zeitdiagramme, die jeweils Beispiele für das Verhalten einer Harnstoffwasser-Einspritzmenge, einer Ammoniak-Speichermenge in dem SCR-Katalysator und einer NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator in der Abgasreinigungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen;
8A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten einer Temperatur des SCR-Katalysators veranschaulicht, und 8B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der Änderungsmenge der Temperatur veranschaulicht; und
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines spezifischen Betriebsablaufs veranschaulicht, der von dem Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gegeben. In der vorliegenden Spezifikation und den Zeichnungen sind Komponenten, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen aufweisen, durch die gleichen Referenznummern gekennzeichnet, und eine wiederholte Beschreibung derselben entfällt.
(Erste Ausführungsform)
[Konfiguration der Abgasreinigungseinrichtung]
Im Folgenden wird eine Beschreibung einer Konfiguration einer Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 gegeben.
1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Abgasreinigungseinrichtung U gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Die Abgasreinigungseinrichtung U gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist auf einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Lastwagen, montiert und reinigt beispielsweise NOx in einem Abgas des Motors 10.
Der Motor 10 ist konfiguriert, um beispielsweise eine Brennkammer, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammer und eine Motor-ECU (nicht veranschaulicht) zum Steuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und/oder dergleichen zu beinhalten. Der Motor 10 verbrennt und expandiert ein Gasgemisch aus Kraftstoff und Luft in der Brennkammer, um Energie zu erzeugen. In dem Motor 10 sind der Ansaugkanal 20 und der Abgaskanal 30 miteinander verbunden. Der Ansaugkanal (zum Beispiel das Ansaugrohr) 20 führt Luft in die Brennkammer ein, und der Abgaskanal (zum Beispiel das Abgasrohr) 30 stößt ein Abgas, das nach der Verbrennung aus der Brennkammer ausgestoßen wird, zu der Außenseite des Fahrzeugs aus.
Es ist zu beachten, dass der Motor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Vierzylindermotor ist und derart konfiguriert ist, dass sich der Ansaugkanal 20 durch einen Ansaugkrümmer in vier Brennkammern verzweigt und in den Abgaskanal 30 von den vier Brennkammern durch eine Abgaskrümmer zusammenläuft.
Die Abgasreinigungseinrichtung U beinhaltet einen SCR-Katalysator 40, eine Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50, verschiedene Sensoren 61 bis 64 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 100.
Der SCR-Katalysator 40 adsorbiert Ammoniak aus hydrolysiertem Harnstoffwasser, das von der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 zugeführt wird, und unterzieht NOx in dem Abgas selektiv einer Reduktionsreinigung durch das adsorbierte Ammoniak. Als SCR-Katalysator 40 kann ein allgemein bekannter SCR-Katalysator verwendet werden, und beispielsweise einer, bei dem ein NOx-Reduktionskatalysator, wie zum Beispiel Fe-Zeolith, Cu-Zeolith oder Vanadium, auf einer Oberfläche eines Trägers aus Keramik getragen wird, verwendet werden. Es ist zu beachten, dass als SCR-Katalysator 40 ein SCR-Katalysator eines Typs verwendet werden kann, bei dem Harnstoffwasser auf einem Katalysator in Ammoniak umgewandelt wird.
Die Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 spritzt Harnstoffwasser auf einer vorgelagerten Seite des SCR-Katalysators 40 in den Abgaskanal 30 ein. Die Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 beinhaltet beispielsweise ein Harnstoffwasser-Zugabeventil 51, einen Harnstoffwassertank 52 und eine Versorgungspumpe 53.
In der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 wird Harnstoffwasser, das von der Zufuhrpumpe 53 aus dem Harnstoffwassertank 52 gepumpt wird, in den Abgaskanal 30 von dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 51 eingespritzt. Das von dem Harnstoffwasser-Zugabeventil 51 in den Abgaskanal 30 eingespritzte Harnstoffwasser wird aufgrund einer hohen Temperatur des Abgases hydrolysiert, in Ammoniak umgewandelt und dem SCR-Katalysator 40 zugeführt. Dann wird das Ammoniak auf dem SCR-Katalysator 40 adsorbiert und reagiert mit NOx unter der Wirkung des SCR-Katalysators 40, um NOx zu reduzieren und zu reinigen.
Die Einspritzmenge von Harnstoffwasser, die von der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 zu dem Abgaskanal 30 eingespritzt wird, wird durch den Öffnungsgrad des Harnstoffwasser-Zugabeventils 51 eingestellt. Der Öffnungsgrad des Harnstoffwasser-Zugabeventils 51 wird durch ein von der ECU 100 (Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103) ausgegebenes Steuersignal gesteuert.
Verschiedene Sensoren 61 bis 64 sind bereitgestellt, um einen Zustand des durch den Abgaskanal 30 strömenden Abgases, einen Zustand des SCR-Katalysators 40 und/oder dergleichen zu erfassen. Insbesondere ist der Abgaskanal 30 beispielsweise mit einem vorgelagerten NOx-Sensor 61, einem nachgelagerten NOx-Sensor 62, einem Temperatursensor 63 und einem Durchflussratensensor 64 versehen.
Der vorgelagerte NOx-Sensor 61 ist an einer vorgelagerten Seite des SCR-Katalysators 40 in dem Abgaskanal 30 platziert und erfasst die NOx-Menge (das heißt die NOx-Konzentration), die in den SCR-Katalysator 40 strömt. Der nachgelagerte NOx-Sensor 62 ist an einer nachgelagerten Seite des SCR-Katalysators 40 in dem Abgaskanal 30 platziert und erfasst die NOx-Menge (das heißt die Konzentration von NOx), die aus dem SCR-Katalysator 40 strömt. Der Temperatursensor 63 erfasst eine Temperatur des von dem Motor 10 ausgestoßenen Abgases. Der Durchflusssensor 64 erfasst eine Durchflussrate des von dem Motor 10 ausgestoßenen Abgases. Diese verschiedenen Sensoren 61 bis 64 übertragen sequenziell die von der Erfassung erhaltenen Sensorinformationen an die ECU 100.
Die ECU 100 (die der „Steuervorrichtung“ der vorliegenden Erfindung entspricht) steuert den Betrieb der Abgasreinigungseinrichtung U. Die ECU 100 beinhaltet beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Eingangsport, einen Ausgangsport und/oder dergleichen. Jede im Folgenden zu beschreibende Funktion der ECU 100 in der ECU 100 wird von der CPU unter Bezugnahme auf ein Steuerprogramm und verschiedene Daten, die in dem ROM, RAM und/oder dergleichen gespeichert sind, realisiert. Die Funktion ist jedoch nicht auf die Verarbeitung durch Software beschränkt und kann natürlich von einer dedizierten Hardwareschaltung realisiert werden.
Es ist zu beachten, dass die ECU 100 mit dem Motor 10 und der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 und/oder dergleichen kommuniziert, wodurch sie diese steuert und/oder die Zustandsinformationen dieser Bauteile ermittelt. Ferner ermittelt die ECU 100 Sensorinformationen von verschiedenen Sensoren 61 bis 64, um den Zustand des durch den Abgaskanal 30 strömenden Abgases, den Zustand des SCR-Katalysators 40 und/oder dergleichen zu erfassen.
[Detaillierte Konfiguration der ECU 100]
Als nächstes wird ein Beispiel einer detaillierten Konfiguration der ECU 100 mit Bezug auf die 2 bis 7 beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der ECU 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
Die ECU 100 beinhaltet den NOx-Reinigungsraten-Erfassungsabschnitt 101, den Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102, den Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103, den Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104 und den Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105.
<In Bezug auf den NOx-Reinigungsraten-Erfassungsabschnitt 101>
Der NOx-Reinigungsraten-Erfassungsabschnitt 101 erfasst die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 und sendet die NOx-Reinigungsrate an den Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105. Der NOx-Reinigungsraten-Erfassungsabschnitt 101 erfasst die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 beispielsweise basierend auf dem Sensorsignal des vorgelagerten NOx-Sensors 61 (das heißt der in den SCR-Katalysator 40 strömenden NOx-Menge) und dem Sensorsignal vom nachgelagerten NOx-Sensor 62 (das heißt die Menge an NOx, die aus dem SCR-Katalysator 40 strömt).
<In Bezug auf den Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102>
Der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 schätzt eine Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40. Der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 berechnet typischerweise eine Adsorptionsmenge von neu in dem SCR-Katalysator 40 adsorbiertem Ammoniak basierend auf der Harnstoffwasser-Einspritzmenge der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 und berechnet eine verbrauchte Ammoniakmenge in dem SCR-Katalysator 40 basierend auf der Menge von NOx, die in dem SCR-Katalysator 40 ankommt. Dann schätzt der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 die Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 zu diesem Zeitpunkt durch Subtrahieren der verbrauchten Ammoniakmenge, die in dem SCR-Katalysator 40 verbraucht wird, von der Adsorptionsmenge des neu an dem SCR-Katalysator 40 adsorbierten Ammoniaks. Mit anderen Worten aktualisiert der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 sequenziell die Ammoniakspeichermenge, die zu diesem Zeitpunkt in einem Speicherabschnitt (zum Beispiel RAM) gespeichert ist, basierend auf dem Übergang der Harnstoffwasser-Einspritzmenge und dem Übergang der verbrauchten Ammoniakmenge in dem SCR-Katalysator 40.
Es ist zu beachten, dass die verbrauchte Ammoniakmenge in dem SCR-Katalysator 40 beispielsweise basierend auf der an dem SCR-Katalysator 40 ankommenden NOx-Menge (zum Beispiel Sensorinformationen des vorgelagerten NOx-Sensors 61), der Abgastemperatur (zum Beispiel Sensorinformationen des Temperatursensors 63), die Abgasdurchflussrate (zum Beispiel Sensorinformationen des Durchflussratensensors 64) und der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 zu diesem Zeitpunkt berechnet wird.
Beim Empfangen eines Korrekturbefehls von dem Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 korrigiert der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 zu diesem Zeitpunkt, der in einem Speicherabschnitt (zum Beispiel RAM) gespeichert ist, auf eine Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt. Somit wird, wenn der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 von dem tatsächlichen Wert abweicht, der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 wieder in die Nähe des tatsächlichen Werts gebracht (wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben).
Die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt wird von dem SCR-Katalysator 40 zu diesem Zeitpunkt (das heißt Abgastemperatur) unter Verwenden von beispielsweise einer im Voraus in einem Speicherabschnitt (zum Beispiel ROM) gespeicherten Kennlinie umgewandelt.
<In Bezug auf den Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103>
Der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103 steuert die Harnstoffwasser-Einspritzung von der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 durch Ausgeben eines Öffnungsgrad-Befehlssignals an das Harnstoffwasser-Zugabeventil 51. Zu diesem Zeitpunkt steuert beispielsweise der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103 die Harnstoffwasser-Einspritzmenge der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 derart, dass der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 durch den Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 auf einem Zielwert gehalten wird. Somit wird der SCR-Katalysator 40 in einem Zustand gehalten, in dem die NOx-Reinigungsrate hoch ist.
Es ist zu beachten, dass der Zielwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 zu diesem Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Abgastemperatur und/oder dergleichen zweckdienlich geändert werden kann.
Der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103 berechnet die Harnstoffwasser-Einspritzmenge beispielsweise basierend auf einer Kennlinie, in der eine Differenz zwischen dem Schätzwert und dem Zielwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 zu diesem Zeitpunkt und die Harnstoffwasser-Einspritzmenge miteinander verknüpft sind. Dann bestimmt der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103 einen Wert, der sich durch Multiplizieren der Hamstoff-Wasser-Einspritzmenge, die unter Verwenden der Kennlinie berechnet wurde, mit einem Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizienten (zum Beispiel ein beliebiger Wert zwischen 0,5 und 1,5) ergibt, der in dem Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104 eingestellt wurde, als die Harnstoffwasser-Einspritzmenge, die der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 als Befehl mitgeteilt wird.
<In Bezug auf den Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104>
Der Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104 stellt einen Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizienten ein, der als ein Korrekturkoeffizient dient, wenn die Harnstoffwasser-Einspritzungsmenge durch den Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103 bestimmt wird.
Der Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizient wird hauptsächlich eingestellt, um einen Vorrichtungsfehler der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 zu korrigieren (zum Beispiel einen Fehler des tatsächlichen Ventilöffnungsgrads des Harnstoffwasser-Zugabeventils 51 in Bezug auf den angezeigten Ventilöffnungsgrad, der von dem Öffnungsgrad-Befehlssignal angegeben wird). Die Harnstoffwasser-Einspritzmenge, die tatsächlich von der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 eingespritzt wird, weicht daher in einigen Fällen von dem Befehlswert des Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitts 103 aufgrund eines Vorrichtungsfehlers der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 ab, so dass die Abgasreinigungsvorrichtung U den Vorrichtungsfehler basierend auf dem Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizienten korrigiert.
Der Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizient wird beispielsweise im Anfangszustand auf „1,0“ gesetzt und wird schrittweise auf „0,9“, „0,8“ usw. in Übereinstimmung mit dem Korrekturbefehl des Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitts 105 reduziert. Der Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizient dient dazu, die Harnstoffwasser-Einspritzmenge gemäß dem Befehlswert von dem Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt 103 mit der tatsächlich von der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 eingespritzten Harnstoffwasser-Einspritzmenge abzugleichen.
Es ist zu beachten, dass das geeignete Einstellen des Harnstoffwasser-Einspritzungskorrekturkoeffizienten zu einer Verbesserung der Schätzgenauigkeit in dem Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 führt und auch die Verringerung der Häufigkeit des Auftretens eines Zustands, in dem der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge von dem tatsächlichen Wert abweicht, erleichtert.
<In Bezug auf den Überspeicherungszustand-Erfassungsabschnitt 105>
Der Überspeicherungszustand-Erfassungsabschnitt 105 erfasst das Auftreten eines Überspeicherungszustands in dem SCR-Katalysator 40. Dann, wenn das Auftreten des Überspeicherungszustands in dem SCR-Katalysator 40 erfasst wird, gibt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 einen Korrekturbefehl (entsprechend einem „Abnormalitätserfassungssignal“ der vorliegenden Erfindung) an den Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 und Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104 aus.
Der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 erfasst das Auftreten des Überspeicherungszustands in dem SCR-Katalysator 40 unter Verwenden der Eigenschaften, sodass aufgrund des kontinuierlichen Ammoniaks aus dem SCR-Katalysator 40 während eines Überspeicherungszustands in dem SCR-Katalysator 40 kontinuierlich eine bestimmte NOx-Menge nachgelagert zu dem SCR-Katalysator 40 erfasst wird, und zusätzlich eine Korrelation zwischen der nachgelagerten NOx-Menge des SCR-Katalysators 40 und der vorgelagerten NOx-Menge des SCR-Katalysators 40 schwach wird.
Insbesondere überwacht der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 die Übergänge der jeweiligen Erfassungswerte des vorgelagerten NOx-Sensors 61 und des nachgelagerten NOx-Sensors 62, und wenn die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 40 auf einen ersten Schwellenwert oder weniger abnimmt, bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, ob die Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors 61 pro Zeiteinheit (zum Beispiel eine Sekunde) gleich oder größer als ein zweiter Schwellenwert ist (im Folgenden als „erste Bedingung“ bezeichnet) und die Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors 62 pro Zeiteinheit (zum Beispiel eine Sekunde) gleich oder kleiner als ein dritter Schwellenwert ist (im Folgenden als „zweite Bedingung“ bezeichnet). In einem Fall, in dem sowohl die erste Bedingung als auch die zweite Bedingung erfüllt ist, bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, dass der Überspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator 40 auftritt.
Es ist zu beachten, dass als erster Schwellenwert, der als Bestimmungskriterium für eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 40 dient, beispielsweise eine bestimmte NOx-Reinigungsrate eingestellt wird, die normalerweise erfasst wird, wenn ein Überspeicherungszustand auftritt (zum Beispiel auf etwa 70 % eingestellt).
3A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der NOx-Menge veranschaulicht, die in einem Überlagerungszustand dem SCR-Katalysator 40 nachgelagert erfasst wird, und 3B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der Änderungsmenge des NOx in dem Überlagerungszustand veranschaulicht. 4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der NOx-Menge darstellt, die in einem Überlagerungszustand dem SCR-Katalysator 40 vorgelagert ist, und 4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verhalten der Änderungsmenge des NOx in dem Überlagerungszustand veranschaulicht.
Die dem SCR-Katalysator 40 nachgelagerte, in einem Überspeicherungszustand erfasste NOx-Menge wird hauptsächlich aufgrund von nicht umgesetztem Ammoniak in dem SCR-Katalysator 40 erfasst (siehe 3). Ferner wird die NOx-Reinigungsrate selbst in dem SCR-Katalysator 40 in dem Überspeicherungszustand in einem gewissen Ausmaß auf einem hohen Level gehalten, und daher beinhaltet die nachgelagerte NOx-Menge, die nach dem SCR-Katalysator 40 erfasst wird, nicht viel NOx, das in dem Abgas aus dem vorgelagerten Bereich beinhaltet ist und ausgeströmt ist, ohne von dem SCR-Katalysator 40 gereinigt worden zu sein.
Daher bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, ob die Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors 62 pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als der dritte Schwellenwert ist (zweite Bedingung), wodurch der Zustand erfasst wird, in dem Ammoniak-Slip von dem SCR-Katalysator 40 kontinuierlich auftritt. Als dritter Schwellenwert, der als Bestimmungskriterium für den Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 dient, wird ein Referenzwert eingestellt, der angibt, dass eine Abweichung der NOx-Menge, die dem SCR-Katalysators 40 nach gelagert erfasst wird, gering ist (zum Beispiel auf ± 5 ppm/s eingestellt).
Indessen ist die NOx-Menge, die in dem SCR-Katalysator 40 nach gelagert erfasst wird, die NOx-Menge, die in dem von dem Motor 10 ausgestoßenen Abgas enthalten ist, und variiert stark gemäß dem Betriebszustand des Motors 10 (siehe 4A).
Daher bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, ob die Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors 61 pro Zeiteinheit gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist (erste Bedingung), wodurch der Zustand, in dem sich die vorgelagerte NOx-Menge, die stromaufwärts des SCR-Katalysators 40 erfasst wird, in einem gewissen Ausmaß dynamisch ändert. Das heißt, die Bestimmung des Zustands, in dem die erste Bedingung zusätzlich zu der zweiten Bedingung erfüllt ist, ermöglicht es zu bestätigen, dass die nachgelagerte NOx-Menge des SCR-Katalysators 40 in der Situation beständig ist, in der sich die in den SCR-Katalysator 40 einströmende NOx-Menge in einem gewissen Ausmaß dynamisch ändert. Durch die Bestimmung, ob die erste Bedingung und die zweite Bedingung beide erfüllt sind oder nicht, kann somit festgestellt werden, ob die Ursache für eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 40 ein Unterspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator 40 oder ein Übcrspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator 40 ist.
Es ist zu beachten, dass als der zweite Schwellenwert, der als Bestimmungskriterium für den Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 dient, ein Referenzwert eingestellt wird, der angibt, dass sich die Menge des vorgelagert erfassten NOx in einem gewissen Ausmaß dynamisch ändert (zum Beispiel auf ±50 ppm/s eingestellt).
Es ist zu beachten, dass es günstig ist, dass der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 die Kontinuität des Zustands bestimmt. Daher ist es vorteilhaft, dass der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 feststellt, dass die zweite Bedingung erfüllt ist, beispielsweise in einem Fall, in dem der Zustand, in dem die Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors 62 pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als der dritte Schwellenwert (zum Beispiel ±5 ppm/s) ist, innerhalb einer vorbestimmten Bestimmungszeit (zum Beispiel 60 Sekunden) andauert. Ebenso ist es vorteilhaft, dass der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 feststellt, dass die erste Bedingung in einem Fall erfüllt ist, in dem der Zustand, in dem die Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors 61 pro Zeiteinheit gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist (zum Beispiel ±50 ppm/s), gleich oder größer als eine vorbestimmte Häufigkeit innerhalb einer vorbestimmten Bestimmungszeit (zum Beispiel 60 Sekunden) ist.
5 ist ein Diagramm zum Beschreiben einer Korrekturverarbeitung durch den Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105. Das Diagramm in 5 zeig die folgenden Übergänge an.
Diagramm mit durchgezogener Linie: Übergang des Schätzwerts der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40.
Diagramm mit punktierter Linie: Übergang des Istwerts der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40.
Diagramm mit strichpunktierter Linie: Übergang der Speicherkapazität in dem SCR-Katalysator 40.
Es ist zu beachten, dass der Pfeil T1 in 5 den Zeitpunkt angibt, zu dem die Korrekturverarbeitung durchgeführt wird.
Beim Erfassen des Auftretens des Überspeicherungszustands in dem SCR-Katalysator 40, gibt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 einen Korrekturbefehl aus, um den Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 anzuweisen, den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge zu korrigieren, und gibt einen Korrekturbefehl aus, um den Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104 anzuweisen, den Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizienten zu korrigieren.
Der Überspeicherungszustand ist ein Zustand, in dem das Ammoniak in dem SCR-Katalysator 40 bis zu einem Limit der Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 akkumuliert ist. Wenn also das Auftreten des Überspeicherungszustands erfasst wird, bedeutet dies, dass, obwohl der tatsächliche Wert der Ammoniakspeichermenge im Wesentlichen 100 % der Speicherkapazität beträgt, der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge auf etwa 80 % der Speicherkapazität geschätzt wird (das heißt, der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge von dem tatsächlichen Wert abweicht).
Wenn also der Überspeicherungszustand erfasst wird, gibt der Überspeicherungszustand-Erfassungsabschnitt 105 einen Korrekturbefehl aus, um den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt zu korrigieren.
Die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 variiert hier in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators 40 und nimmt typischerweise ab, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 40 steigt. Aus diesem Grund, wenn ein Korrekturbefehl von dem Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 empfangen wird, berechnet der Ammoniakspeiehermengen-Schätzabschnitt 102 die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt basierend auf der Abgastemperatur zu diesem Zeitpunkt, beispielsweise unter Verwenden einer im Voraus gespeicherten Kennlinie, und korrigiert den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge zu diesem Zeitpunkt auf die Speicherkapazität
Es ist zu beachten, dass in 5 zu dem Zeitpunkt T1 der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 einen Aspekt anzeigt, bei dem der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt korrigiert wird. In 5 stellt diese Korrekturverarbeitung einen Zustand ein, in dem der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 mit dem tatsächlichen Wert bei und nach T1 übereinstimmt.
Wenn der Überspeicherungszustand erfasst wird, führt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 ferner eine Korrektur in einer Richtung durch, in der der Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizient abnimmt. Als ein Ergebnis wird der Korrekturkoeffizient der Harnstoffwasser-Einspritzung geeigneter eingestellt. Mit anderen Worten führt dies zu einer Verbesserung der Schätzgenauigkeit des Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitts 102 und reduziert auch die Häufigkeit des Auftretens eines Zustands, in dem der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge von dem tatsächlichen Wert abweicht.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines spezifischen Betriebsablaufs veranschaulicht, der von dem Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 durchgeführt wird. Das in 6 veranschaulichte Flussdiagramm wird beispielsweise in Übereinstimmung mit einem Computerprogramm von der ECU 100 in vorgegebenen Intervallen (zum Beispiel alle 100 ms) ausgeführt.
7A ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel von Verhalten der Harnstoffwasser-Einspritzmenge in der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 angibt.
7B ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für Verhalten der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 angibt. 7C ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel für Verhalten der NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 angibt. Es ist zu beachten, dass der Zeitpunkt T2 in den 7A, 7B und 7C einen Zeitpunkt darstellt, zu dem der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 einen Korrekturbefehl ausgibt.
Es ist zu beachten, dass 7B das Verhalten des Schätzwerts (durchgezogene Linie) und des tatsächlichen Werts (punktierte Linie) der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 anzeigt. Ferner steuert die Abgasreinigungseinrichtung U hierin die Harnstoffwasser-Einspritzmenge derart, dass der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 90 % der Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 wird.
In Schritt S1 bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, ob die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 auf den ersten Schwellenwert (zum Beispiel 70 %) oder weniger abnimmt oder nicht. Wenn die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 nicht auf den ersten Schwellenwert oder weniger abnimmt (Schritt S1: NEIN), beendet der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 hierin die Verarbeitung des Flussdiagramms von 6, ohne eine bestimmte Verarbeitung auszuführen. Indessen, wenn die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 auf den ersten Schwellenwert oder weniger abnimmt (Schritt S1: JA), führt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 die Verarbeitung zu Schritt S2 weiter.
Es ist zu beachten, dass in Schritt S1 der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 basierend auf einem Integralwert der NOx-Reinigungsrate ermitteln kann, ob die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 abnimmt oder nicht. Dies macht es möglich, die Durchführung eines unnötigen Testbetriebs aufgrund von Rauschen beim Erfassen der NOx-Reinigungsrate zu vermeiden.
In Schritt S2 bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, ob die Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors 61 pro Zeiteinheit gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist oder nicht. Wenn die Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors 61 kleiner als der zweite Schwellenwert ist (Schritt S2: NEIN), beendet der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 hierin die Verarbeitung des Flussdiagramms von 6, ohne eine bestimmte Verarbeitung auszuführen. Indessen, wenn die Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors 61 gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist (Schritt S2: JA), führt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 die Verarbeitung zu Schritt S3 weiter.
In Schritt S3 bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, ob die Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors 62 pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als der dritte Schwellenwert ist oder nicht. Wenn die Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors 62 größer als der dritte Schwellenwert ist (Schritt S3: NEIN), beendet der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 hierin die Verarbeitung des Flussdiagramms von 6, ohne eine bestimmte Verarbeitung auszuführen. Indessen, wenn die Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors 62 gleich oder kleiner als der dritte Schwellenwert ist (Schritt S3: JA), führt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 die Verarbeitung zu Schritt S4 weiter.
In Schritt S4 bestimmt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105, dass ein Überspeicherungszustand auftritt, und sendet einen Korrekturbefehl an den Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 und den Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104.
Als ein Ergebnis führt der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 eine Korrektur derart durch, dass der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt, der in einem Speicherabschnitt, beispielsweise einem RAM, gespeichert ist, zunimmt. Zu diesem Zeitpunkt korrigiert beispielsweise der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt, der in dem Speicherabschnitt, zum Beispiel in dem RAM, gespeichert ist, auf die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 zu diesem Zeitpunkt.
Es ist zu beachten, dass in Schritt S4 die Verarbeitung, bei der der Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitt 102 den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge erhöht, ein beliebiges Verfahren sein kann. Diese Verarbeitung kann beispielsweise ein Verfahren des schrittweisen Erhöhens eines Schätzwerts der Ammoniakspeichermenge (zum Beispiel jeweils 5 %) sein. Selbst bei einem derartigen Verfahren ist es durch wiederholtes Ausführen der Verarbeitung des Flussdiagramms von 6 möglich, den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge nahe an den tatsächlichen Wert zu bringen.
Ferner führt der Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104, der den Korrekturbefehl von dem Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 empfangen hat, eine Korrektur derart durch, dass der zu diesem Zeitpunkt in dem Speicherabschnitt (zum Beispiel RAM) gespeicherte Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizient abnimmt. Zu diesem Zeitpunkt korrigiert der Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitt 104 den zu diesem Zeitpunkt in dem Speicherabschnitt (zum Beispiel RAM) gespeicherten Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizienten derart, dass er für einen Schritt in einer abnehmenden Richtung liegt.
Dieser Schritt S4 bewirkt, dass die von der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 eingespritzte Harnstoffwasser-Einspritzmenge im Vergleich zu der Menge vor der Erfassung des Überspeichcrungszustands abnimmt, und die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 erholt sich mit der Zeit (siehe 7C).
Ferner bewirkt das Verringern des Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizienten durch diesen Schritt S4, dass die Harnstoffwasser-Einspritzmenge pro Mengeneinheit der Differenz zwischen dem Schätzwert und dem Zielwert der Ammoniakspeichermenge abnimmt, sodass eine übermäßige Einspritzung aufgrund eines Vorrichtungsfehlers der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 50 unterbunden werden kann.
Es ist zu beachten, dass es beim Ausführen von Schritt S4 wünschenswert ist, die Ausführung der Verarbeitung des Flussdiagramms in 6 für eine vorbestimmte Zeit (zum Beispiel 10 Minuten) zu verbieten. Somit ist es möglich, ein wiederholtes Durchführen der Verarbeitung zum Korrigieren des Schätzwerts der Ammoniakspeichermenge des SCR-Katalysators 40 und des Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizienten zu unterbinden, bevor sich die NOx-Reinigungsrate in dem SCR-Katalysator 40 erholt.
Die oben beschriebene Verarbeitung beseitigt eine Abweichung zwischen dem Schätzwert und dem tatsächlichen Wert der Ammoniakspeichermenge des SCR-Katalysators 40. Da ferner der Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizient ebenfalls auf einen geeigneten Wert eingestellt ist, wird die Häufigkeit des Auftretens der Abweichung zwischen dem Schätzwert und dem tatsächlichen Wert der Ammoniakspeichermenge des SCR-Katalysators 40 auch langfristig unterdrückt.
[Effekte]
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Abgasreinigungseinrichtung U der vorliegenden Ausführungsform das Auftreten eines Überspeicherungszustands in einem SCR-Katalysator in einem frühen Stadium erfasst werden. Ferner ist es gemäß der Abgasreinigungseinrichtung U der vorliegenden Ausführungsform möglich, das Auftreten eines Überspeicherungszustands in dem SCR-Katalysator mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Somit können ein Schätzwert der Ammoniakspcichcrmengc und ein Harnstoffwasser-Einspritzkorrekturkoeffizient entsprechend korrigiert werden.
(Zweite Ausführungsform)
Als Nächstes wird eine Konfiguration der ECU 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Die ECU 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der der ersten Ausführungsform hinsichtlich der Bestimmungsbedingungen in dem Überspeicherungs-Erfassungsabschnitt 105. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung der Konfiguration, die der ersten Ausführungsform gemeinsam ist, weggelassen wird.
Der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 gemäß der vorliegenden Ausführungsform stellt eine dritte Bedingung und eine vierte Bedingung als Bedingungen zum Bestimmen, ob ein Überspeicherungszustand auftritt oder nicht, zusätzlich zu der oben beschriebenen ersten Bedingung und der zweiten Bedingung unter dem Gesichtspunkt des Unterbindens einer falschen Erfassung des Überspeicherungszustands ein.
8A ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhaltens einer Temperatur des SCR-Katalysators 40 veranschaulicht, und 8B ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhaltens der Änderungsmenge veranschaulicht.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines spezifischen Betriebsablaufs veranschaulicht, der von dem Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.
Das Flussdiagramm der 9 unterscheidet sich von dem Flussdiagramm der 6 dadurch, dass die Bestimmungsverarbeitung von Schritt Sa entsprechend der dritten Bedingung und die Bestimmungsverarbeitung von Schritt Sb entsprechend der vierten Bedingung nach dem Schritt S3 des Flussdiagramms von 6 hinzugefügt werden.
Zuerst bestimmt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 als dritte Bedingung, ob die Temperatur des SCR-Katalysators 40 kleiner oder gleich einem vierten Schwellenwert ist, und ob die Änderungsmenge der Temperatur des SCR-Katalysators 40 gleich oder kleiner als ein fünfter Schwellenwert ist (Schritt Sa). Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 40 gleich oder kleiner als der vierte Schwellenwert ist und die Änderungsmenge der Temperatur des SCR-Katalysators 40 gleich oder kleiner als der fünfte Schwellenwert ist (Schritt Sa: JA), bestimmt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105, dass der Überspeicherungszustand möglicherweise in dem SCR-Katalysator 40 aufgetreten ist. Indessen, wenn die dritte Bedingung nicht erfüllt ist (Schritt Sa: NEIN), bestimmt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105, dass dies kein geeigneter Bestimmungszeitpunkt ist (Schritt Sa) und beendet die Verarbeitung des Flussdiagramms von 9.
Im Allgemeinen variiert die Temperatur des SCR-Katalysators 40 zeitlich abhängig von dem Betriebszustand des Motors 10, weil die Temperatur des SCR-Katalysators 40 von der Abgastemperatur abhängt (siehe 8A und 8B). Dann, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 40 hoch ist, tritt Ammoniak-Slip aus dem SCR-Katalysator 40 unabhängig davon auf, ob ein Überspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator 40 auftritt. Insbesondere wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 40 schnell ansteigt, nimmt auch die Menge des Ammoniak-Slip von dem SCR-Katalysator 40 zu.
Um einen Zustand des irrtümlichen Erfassens zu vermeiden, dass der Überspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator 40 aufgrund des Ammoniak-Slip während der hohen Temperatur auftritt, stellt der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 die dritte Bedingung als eine weitere Bestimmungsbedingung ein. Es ist zu beachten, dass beispielsweise 350 °C als der vierte Schwellenwert für die Temperatur des SCR-Katalysators 40 eingestellt wird, der als Bestimmungskriterium für den Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 dient, und beispielsweise 5 °C/s als der fünfte Schwellenwert für die Temperaturänderung des SCR-Katalysators 40 eingestellt wird.
Als vierte Bedingung bestimmt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 ferner, ob die Differenz zwischen der Speicherkapazität und dem Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 gleich oder kleiner als ein sechster Schwellenwert ist (Schritt Sb). Wenn die Differenz zwischen der Speicherkapazität und dem Schätzwert der Ammoniakspeichermenge in dem SCR-Katalysator 40 gleich oder kleiner als der sechste Schwellenwert ist (Schritt Sb: JA), bestimmt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105, dass der Überspeicherungszustand möglicherweise in dem SCR-Katalysator 40 aufgetreten ist. Indessen, wenn die vierte Bedingung nicht erfüllt wird(Schritt Sb: NEIN), bestimmt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105, dass dies kein geeigneter Bestimmungszeitpunkt ist, und beendet die Verarbeitung des Flussdiagramms von 9.
Im Allgemeinen hängt die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 von der Temperatur des SCR-Katalysators 40 ab und variiert somit zeitlich abhängig von dem Betriebszustand des Motors 10 (siehe Diagramm mit strichpunktierer Linie in 5). Dann, wenn die Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 abnimmt, beispielsweise, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 40 schnell ansteigt, tritt der Ammoniak-Slip von dem SCR-Katalysator 40 auf. Das heißt, wenn der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge nahe der Speicherkapazität des SCR-Katalysators 40 ist, bestimmt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 möglicherweise, dass der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge von dem tatsächlichen Wert abweicht, obwohl der Schätzwert der Ammoniakspeichermenge nicht von dem tatsächlichen Wert abweicht.
Um eine derartige falsche Bestimmung zu vermeiden, stellt der Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 die vierte Bedingung als eine weitere Bestimmungsbedingung ein. Es ist zu beachten, dass in diesem Fall gesagt werden kann, dass der Überspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator 40 vorübergehend auftritt, da aber der Schätzwert der Ammoniakspeiehermenge nicht von dem tatsächlichen Wert abweicht, der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die vierte Bedingung als eine weitere Bestimmungsbedingung vom Standpunkt des Vermeidens der Ausführung der Korrekturverarbeitung selbst setzt.
Der sechste Schwellenwert für die Differenz zwischen der Speicherkapazität und dem Schätzwert der Ammoniakspeichermenge, der als Bestimmungskriterium für den Überspeicherzustands-Erfassungsabschnitt 105 dient, wird eingestellt (zum Beispiel auf ungefähr 5 % eingestellt).
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der ECU 100 der vorliegenden Ausführungsform möglich, mit höherer Genauigkeit einen Überspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator 40 zu erfassen, das heißt einen Zustand, in dem ein Schätzwert der Ammoniakspeichermenge von dem tatsächlichen Wert abweicht.
(Andere Ausführungsformen)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, und verschiedene Modifikationen sind möglich.
In den obigen Ausführungsformen wurde die Beschreibung als ein Beispiel der Konfiguration gegeben, in der die Funktionen des NOx-Reinigungsraten-Erfassungsabschnitts 101, des Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitts 102, des Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitts 103, des Korrekturkoeffizienten-Einstellabschnitts 104 und der Überspeicherungszustands-Erfassungsabschnitt 105 durch einen einzigen Computer realisiert werden, aber diese Funktionen können natürlich auch von einer Vielzahl von Computern realisiert werden. Beispielsweise können die Funktion des Ammoniakspeichermengen-Schätzabschnitts 102 und die Funktion des Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitts 103 jeweils in separaten ECUs bereitgestellt werden.
Ferner wurde in den oben stehenden Ausführungsformen die Beschreibung als ein Beispiel eines Aspekts gegeben, bei dem die Abgasreinigungseinrichtung U auf einen Dieselmotor angewandt wird. Die Abgasreinigungseinrichtung U gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch auf einen Benzinmotor angewandt werden, ohne auf einen Dieselmotor beschränkt zu sein.
In den obigen Ausführungsformen ist das Fahrzeug als ein Beispiel für das Anwendungsziel der Abgasreinigungseinrichtung U veranschaulicht, aber das Anwendungsziel der Abgasreinigungseinrichtung U ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Abgasreinigungseinrichtung U auf einen Stromgenerator, eine Baumaschine, ein Schiff und/oder dergleichen angewandt werden.
Obwohl bis hier spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, sind diese Beispiele lediglich veranschaulichend und schränken die beigefügten Ansprüche nicht ein. Die in den beigefügten Ansprüchen beschriebene Technik beinhaltet verschiedene Modifikationen und Variationen der oben veranschaulichten spezifischen Beispiele.
Diese Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-009471 , eingereicht am 23. Januar 2019, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Gemäß einer Abgasreinigungseinrichtung der vorliegenden Offenbarung kann das Auftreten eines Überspeicherungszustands in einem SCR-Katalysator in einem frühen Stadium erfasst werden.
Bezugszeichenliste

U: Abgasreinigungseinrichtung
10: Motor
20: Ansaugkanal
30: Abgaskanal
40: SCR-Katalysator (Katalysator von dem selektiven NOx-Reduktionstyp)
50: Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung
51: Harnstoffwasser-Zugabeventil
52: Harnstoffwassertank
53: Zufuhrpumpe
61: Vorgelagerter NOx-Sensor
62: Nachgelagerter NOx-Sensor
63: Temperatursensor
64: Durchflusssensor
100: ECU (Steuervorrichtung)
101: NOx-Reinigungsraten-Erfassungsabschnitt
102: Ammoniakspeichermenge-Erfassungsabschnitt
103: Harnstoffwasser-Einspritzsteuerabschnitt
104: Korrekturkoeffizient-Einstellabschnitt
105: Überspeicherungsstatus-Erfassungsabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019009471 [0100]

Claims

Abgasreinigungseinrichtung, die an einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors platziert ist, wobei die Einrichtung umfasst: einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR), der in dem Abgaskanal platziert ist; einen vorgelagerten NOx-Sensor und einen nachgelagerten NOx-Sensor, die eine NOx-Menge in einem Abgas auf einer vorgelagerten Seite bzw. einer nachgelagerten Seite des SCR-Katalysators erfassen; eine Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung, die Harnstoffwasser auf der vorgelagerten Seite des SCR-Katalysators in den Abgaskanal einspritzt; und eine Steuervorrichtung, die eine Ammoniak-Speichermenge in dem SCR-Katalysator schätzt und eine Harnstoffwasser-Einspritzmenge der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung basierend auf einem Schätzwert der Ammoniak-Speichermenge steuert, wobei die Steuervorrichtung den Übergang eines Erfassungswertes jedes des vorgelagerten NOx-Sensors und des nachgelagerten NOx-Sensors überwacht, und die Steuervorrichtung ein Abnormalitätserfassungssignal erzeugt, das angibt, dass ein Überspeicherungszustand in dem SCR-Katalysator in einem Fall auftritt, in dem eine Änderungsmenge des Erfassungswerts des vorgelagerten NOx-Sensors pro Zeiteinheit gleich oder größer als ein zweiter Schwellenwert ist, und eine Änderungsmenge des Erfassungswerts des nachgelagerten NOx-Sensors pro Zeiteinheit gleich oder kleiner als ein dritter Schwellenwert ist, wenn eine NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators auf einen ersten Schwellenwert oder weniger sinkt.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung das Abnormalitätserfassungssignal nur in einem Fall erzeugt, in dem eine Temperatur des SCR-Katalysators gleich oder kleiner als ein vierter Schwellenwert ist, und eine Änderungsmenge der Temperatur des SCR-Katalysators gleich oder kleiner als ein fünfter Schwellenwert ist.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung das Abnormalitätserfassungssignal nur in einem Fall erzeugt, in dem eine Differenz zwischen einer Ammoniakspeicherkapazität in dem SCR-Katalysator und dem Schätzwert der Ammoniakspeichermenge gleich oder größer als ein sechster Schwellenwert ist.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung beim Erzeugen des Abnormalitätserfassungssignals den Schätzwert der Ammoniakspeichermenge auf eine Speicherkapazität des SCR-Katalysators zu diesem Zeitpunkt korrigiert.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung beim Erzeugen des Abnormalitätserfassungssignals einen Korrekturkoeffizienten zum Einstellen der Harnstoffwasser-Einspritzmenge derart korrigiert, dass die Harnstoffwasser-Einspritzmenge pro Einheitsmenge einer Differenz zwischen dem Schätzwert und einem Zielwert der Ammoniakspeichermenge abnimmt.
Fahrzeug, das die Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1 umfasst.