JP2008190529A - 排気ガス処理システム診断装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の能力低下原因候補の中から能力低下原因を正確に特定することが出来る、エンジンの排気ガス処理システムの診断方法を提供する。
【解決手段】エンジン（10）の排気ガス処理システム診断装置（74）の診断方法が、排気ガス処理システムの能力低下の間、排気ガス処理システムの複数の運転状態間の関係を動的に特定する工程、及び、上記関係を、排気ガス処理システムの能力低下の複数の原因候補と関連付けることで、複数の原因候補の中から少なくとも一つの能力低下原因を特定する工程、を有する。
【選択図】図5

Description

本発明は、自動車の排気ガス処理システムに関連し、特に、排気ガス処理システムの診断装置及び方法に関連する。

選択触媒還元（Selective catalytic reduction : SCR）システムが自動車の排出物を低減するために使用されている。ところで、SCRシステムの能力低下が、複数の原因に拠る場合がある。例えば、噴射システム、SCR触媒、及び、還元剤の品質が種々の他の可能性のある原因とともに、能力低下の根本的な原因となりうる。

能力低下原因として可能性があるもの（能力低下原因候補）を能力低下原因として特定するための方法の一つが、故障診断のために実行され得る検査によって排気ガス処理システムの能力低下を判定することである。しかしながら、例えば遠隔地を移動中のような状況においては、排気ガス処理システムの機械的な診断が不都合となる場合がある。更に、排気ガス処理の為に種々の他の制御が依然として使用され得るように自動車を運転するため、排気ガス処理システム内の能力低下原因候補を分離するのが望ましい場合がある。

取り組みの一つにおいて、複数の能力低下原因候補を監視し、そして、相互に関連付けることにより、複数の能力低下原因候補のどれが、例えば尿素ベースのNOx低減システムである排気ガス処理システムの能力低下を少なくとも部分的に引き起こしているかを特定する方法が使用され得る。別の取り組みにおいて、排気ガス処理システムを持つ内燃機関（エンジン）を運転する方法が提供される。その方法は、排気ガス処理装置の能力低下の間、排気ガス処理システムの複数の運転状態の間の関係を動的に特定する工程、及び、その関係を排気ガス処理システムの能力低下の原因の一つ或いはそれ以上に関連付ける工程を含む。それに加え、或いは、代替として、方法は、その関係に基づいて一つ或いはそれ以上の能力低下原因を複数の能力低下原因候補から区別する。このようにして、たとえ能力低下原因の各々が能力低下に関与する可能性があるときであっても、複数の能力低下原因候補の中から能力低下原因を正確に特定することが可能となる。

更に別の取り組みにおいて、排気ガス処理システムの能力が低下している間、排気ガス処理システムの複数の運転状態間の関係を動的に特定する工程、及び、複数の能力低下原因候補の中から少なくとも一つの能力低下原因を特定すべく、特定された関係を排気ガス処理システムの複数の能力低下原因候補に関連付ける工程を有する、排気ガス処理システムの診断方法が使用され得る。

ここで図1を参照すると、複数の燃焼室を持ち、そして、電子エンジン制御器12によって制御される、直噴エンジン10が示される。エンジン10の燃焼室30が、クランクシャフト40に結合されたピストン36をその中に含む燃焼壁32を含む。例の一つにおいて、ピストン36は、所定レベルの成層或いは均一の充填混合気を形成するため、凹部或いは椀部（不図示）を含む。なお、頂部が平らなピストンが代わりに使用される場合もある。

燃焼室30は、吸気バルブ52及び排気バルブ54を介して吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48に連通しているのが示される。燃料噴射弁66が、燃焼室30に直接的に連結され、通常の電気ドライバ68によって制御器12から受信されるパルス幅信号fpwに比例して液体燃料をその中に送るのが示される。燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ、及び、燃料レールを含む燃料システム（不図示）に送られる。実施形態の幾つかにおいては、エンジン10は各々が複数の吸気バルブ及び／又は排気バルブを持つ複数の燃焼室を含む場合がある。

吸気バルブ52は、電動バルブ・アクチュエータ（electric valve actuator （EVA）51を介して、制御器12によって制御され得る。同様に、排気バルブ54はEVA 53を介して制御器12によって制御され得る。幾つかの状態の間、制御器12は、吸気バルブ及び排気バルブの夫々の開閉を制御すべくアクチュエータ51及び53に供給される信号を変えることが出来る。吸気バルブ52及び排気バルブ54の位置は夫々、バルブ位置センサ55及び57によって判定され得る。代替実施形態において、吸気バルブ及び排気バルブの一つ以上が一つ以上のカムによって駆動される場合があり、そして、バルブ作動を変更するために、カム・プロファイル切替え（cam profile switching: CPS）システム、可変カム・タイミング（variable cam timing: VCT）システム、可変バルブ・タイミング（variable valve timing : VVT）及び／又は、可変バルブ・リフト（variable valve lift : VVL））システムの一つ以上を使用する場合がある。例えば、代案として、電動バルブ・アクチュエータ（EVA）を介して制御される吸気バルブを含み、そして、CPS 及び／又はVCTを含むカム駆動を介して制御される排気バルブを含む場合がある。
吸気マニフォールド42は、スロットル板64を持つスロットル62を含み得る。この具体的な例において、スロットル板64の位置は、スロットル62に備えられている電気モーター或いはアクチュエータに供給される信号を介して制御器12によって変更され得る。この構成は通常、電気スロットル制御（electronic throttle control : ETC））と呼ばれている。このようにして、スロットル62はエンジン気筒の中でもとりわけ燃焼室30に供給される吸気を変更するように動作し得る。スロットル板64の位置は、スロットル位置信号TPによって制御器12に供給され得る。吸気マニフォールド42は、質量空気流センサ120、及び、マニフォールド空気圧センサ122を含み、夫々、信号MAF及びMAPを制御器12に提供する場合がある。

制御器12は、所望の空燃比の混合気が形成されるように燃料噴射弁66を駆動する。制御器12は、燃焼室30内の混合気の空燃比が、実質的にストイキ（近傍）、ストイキよりリッチな値、又は、ストイキよりリーンな値のいずれかを選択可能なように、燃料噴射弁66によって送出される燃料の量を制御する。更に、制御器12は、一つのサイクルの間に複数の燃料噴射が実行され得るように噴射弁66を駆動するよう構成されている。

排気マニフォールド・ガスセンサ126が、触媒コンバータ70の上流の排気通路48に連結されているのが示されている。センサ126は、リニア酸素センサ、汎用排気ガス酸素（Universal Exhaust Gas Oxygen ：UEGO）センサ（広範囲排気ガス酸素センサ）、二状態酸素センサ（EGOセンサ）、ヒーター付EGOセンサ、NOxセンサ、HCセンサ、COセンサのような排気ガスの空燃比の指標を提供する為に適切なものであれば如何なるセンサでも良い。

触媒コンバータ70が、排気マニフォールド48と連通するのが示されている。幾つかの実施形態において、触媒コンバータ70はディーゼル酸化触媒であり得る。排気ガス処理システム及びその診断装置74が、触媒コンバータ70に連通するのが示されている。制御器12は、排気ガス処理システムを制御するように構成される。この特徴は後でより詳しく説明する。

制御器12は図1において、マイクロ・プロセッサ・ユニット102、入力／出力ポート104、この特定の例において読み出し専用メモリ（read-only-memory: ROM）106として示される実行プログラムと較正値の電子記憶媒体、ランダム・アクセス・メモリ（random-access-memory: RAM）108、キープ・アライブ・メモリ（Keep-alive-memory）110及び、通常のデータ・バスを含む、通常のマイクロ・コンピュータとして示される。

制御器12は、エンジン10に結合されたセンサから、前述の信号に加え、ウオータ・ジャケット114に結合された温度センサ112からのエンジン冷媒温度（ECT）、エンジン速度（RPM）の指標を与える、クランク軸40に結合されたホール効果センサ118からのプロファイル点火ピックアップ信号（PIP）、スロットル位置センサ120からのスロットル位置TP、及び、センサ122からのマニフォールド絶対圧信号MAPを含む、種々の信号を受けるのが示される。エンジン速度RPMは、制御器12によって、信号PIPから一般的な方法によって生成され、そして、マニフォールド圧信号MAPはエンジン負荷の指標を提供する。

エンジン10内の燃焼は、運転条件に応じて各種タイプになり得る。図1は圧縮着火エンジンを示しているが、以下に記述される実施形態が、ディーゼル・エンジン、ガソリン圧縮着火エンジン、火花点火エンジン、直墳エンジン、或いは、ポート噴射エンジンなどを含むがこれらに限定されない、適切なものであれば如何なるエンジンにおいても使用され得ることは理解されるであろう。更に、ガソリン、ディーゼル、水素、エタノール、メタノール、及び／又は、それらの組み合わせのような、種々の燃料、及び／又は、燃料混合物が使用可能である。

図2が、エンジン10の排気ガス処理システム及び診断装置74の例のより詳細を示す。概して、ここに記述された構成要素は、システムの能力を監視し、そして、必要とされる能力が低下した原因を特定するように作動し得る。排気ガス処理システム及び診断装置は、ディーゼル酸化触媒のような（図1に示す）触媒コンバータ70の下流において排気ガス処理システム202に連結されるのが示される。更に、排気ガス処理システム及び診断装置は該して、SCR触媒204、噴射システム206、及び、診断装置208を含み得る。加えて、排気ガス処理システム診断装置は、図示しないが、ディーゼル微粒子フィルタ（diesel particulate filter: DPF）を含む場合もある。

SCR触媒204は、試薬（reagent）である還元剤により、エンジン10からの排気ガス中のNOxの還元を促進することが出来る。幾つかの実施形態において、還元剤は液体尿素の場合がある。具体的には、SCR触媒内で尿素と反応する排気ガス内のNOxは、窒素、二酸化炭素、水のような、より環境に優しく害のない生成物を大気中への放出のために形成し得る。典型的なSCR反応は以下の通りである。

最初に、排気ガス処理システム202に加えられた尿素が次の反応式（化１、化２）のようにアンモニアに分解する。
CO(NH₂）₂ → NH₃ + HNCO （化１）
HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂ （化２）
次にアンモニアは、次の反応式（化３、化４、化５、化６）の一つ以上を含むがこれらに限定されない種々の異なる反応経路に従って、SCR触媒内でNOxと反応する。
4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O （化３）
2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O （化４）
6NO₂ + 8NH₃ + → 7N₂ + 12H₂O （化５）
NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O （化６）
上述のNOx還元反応の化学量論、或いは、制御器12内に記憶された参照テーブルから一般的に得られる適量の尿素を排気ガス処理システムに導入することが望ましい場合がある。具体的には、排気ガス処理システム202に導入される尿素の量が、一つ以上のセンサからの情報に基づく場合がある。例えば、図1に示す排気マニフォールド・ガスセンサ126のようなセンサからの出力信号が、排気中のNOxの量を示し得る。この場合、制御器12は、噴射される尿素が十分に消費されNOxの大部分を転換するような適切な量の尿素を排気ガス処理システムに導入するよう、噴射システム206を指示し得る。更に、NOxが排気から十分に除去されるような排気ガス処理システムの許容可能な能力を定義すべく、最小転換効率が選択され得る。例えば、所定の最小転換効率が、そこにおいて所定の転換効率を下回るNOx転換が排気ガス処理システムの能力低下を示し得る閾値として使用され得る。

噴射システム206は、SCR触媒への還元剤を貯蔵し、そして／又は、供給することが出来る。幾つかの実施形態において、噴射システムは液体尿素を含む貯蔵装置210を含む場合がある。更に、噴射システムは、例えば供給ポンプ214、還元剤バルブ212、及び、ノズル216のような、排気ガス処理システムに尿素を供給するための付属部品を含む場合がある。ある条件下において、還元剤バルブは、適量の尿素を、供給ポンプにより、ノズルを介して、還元剤貯蔵装置からSCR触媒に結合された排気ガス処理システムに移送するのを促進するように構成され得る。例えば、制御器12は、尿素を十分に消費し、そして、排気中のNOxを十分に還元するため、センサ126（図2においては不図示）によって検出されるエンジン10から出るNOxの量に対応して、適量の尿素が噴射されるように指示する場合がある。しかしながら、別の条件下においては、噴射される尿素の量は、尿素を十分に消費しNOxを還元するのに決定される量とは異なる値に調節される場合がある。具体的には、尿素の量は、以下に詳述するように、排気ガス処理システムの能力を診断するために調節され得る。

診断装置208は、排気ガス処理システムの能力を監視し、そして、一つ或いはそれ以上の能力低下原因を特定する。具体的には、制御器12は、そこにおいて種々の運転状態に基づいて能力が判定される排気ガス処理システムの能力を監視することが出来、能力低下が示され得る。この場合、診断装置208は、排気ガス処理システムの種々の運転状態を検出するために配設された、制御器12と通信する一つ以上のセンサを含み得る。幾つかの実施形態において、診断装置は温度センサ218、NOxセンサ220、及び、アンモニアセンサ222を含むが、種々の他のセンサ、装置、或いはそれらの組み合わせもまた、制御器に対してフィードバックを行なうことが出来る。例えば、温度センサ218は、ノズルの流体的に上流に置かれ、そこで、尿素は排気処理システムへ導入される。更に、NOxセンサ220及びアンモニアセンサ222は、SCR触媒の排気中の種々の濃度を判定する為に、SCR触媒の下流に置かれ得る。ここに記述される例示としてのセンサは、以下に詳述するように、排気ガス処理システムの能力低下を判定し、そして／又は、能力低下の原因を特定すべく機能し得る。

幾つかの状態において、診断装置はSCR触媒が許容可能な能力を持つことを示し得る。幾つかの実施形態において、アンモニアセンサ及び／又はNOxセンサは、許容可能な能力を判定する為に使用され得る。例えば、排気ガス処理システム内に導入された尿素の分解から生じるアンモニアは、SCR触媒に入るNOxを十分に還元する。或いは、若しくは、加えて、排気ガス処理システムに導入された尿素は、アンモニアに分解し、SCR触媒内に吸収されたアンモニアはSCR触媒内に入ったNOxによって十分に消費され得る。この場合、NOxセンサ及び／アンモニアセンサは、SCR触媒を出る実質的に低いレベルのNOx及び／又はアンモニアを示し得る。このようにして、制御器は、ここに記述するような種々の構成部品によって検知される種々の運転状態に基づいて、排気ガス処理システムの能力を監視することが出来る。

しかしながら、幾つかの状態において、診断装置がSCR触媒の能力低下を示す場合がある。幾つかの実施形態において、排気ガス処理システムの転換効率が所定の最小転換効率を下回る場合がある。それとは別に、若しくは、それに加えて、NOx及び／又はアンモニアの濃度が、所定の許容排出レベルを上回る場合がある。例えば、SCR触媒に吸収されたアンモニアの量が、SCRに入ってくるNOxを十分に還元せず、それにより、NOxセンサが、SCR触媒を出るNOxの濃度が、所定の許容可能なレベルより大きな値を示す場合がある。別の例において、アンモニアが排気流内のNOxによって十分に消費されず、十分な濃度のアンモニアがSCR触媒の排気中に検出される場合がある。このようにして、診断装置はSCR触媒内の能力低下を示すことが出来る。

診断装置は、上述した能力低下の原因を特定するように指示され得る。幾つかの実施形態において、能力低下の原因は、噴射システム、SCR触媒、還元剤の品質、種々の他の原因、或いは、それらの幾つかの組み合わせを含み得る。具体的には、温度、NOx濃度、アンモニア濃度などのような種々の運転状態が、能力低下の原因に関連する情報を伝える。更に、能力低下の原因が特定され得るように、種々の運転状態が、同時に検出される場合がある。例えば、SCR触媒を出る大量のNOx濃度と、SCR触媒出口における大量のアンモニア濃度とが同時に検出されることは、SCR触媒が排気ガス処理システムの能力低下の原因であることを示し得る。この場合、診断装置は、排気ガス処理システム内の潜在的な問題と相互に関連する運転状態間の関係を検出することが出来る。このようにして、能力低下原因候補の各々を評価しながら、能力低下の根本的原因を特定する為に、種々の運転状態が同時に監視され、そして、分離される。以下に詳述するように、取り組みの一つが、同時に検出された運転状態に基づいて能力低下の原因を特定する為に、排気ガス処理システムの種々の運転状態を監視し、そして、運転状態間の関係を連続的に判定する場合がある。

図3が、排気ガス処理システム内の能力低下を診断する為の方法の一例のフローチャート300を示す。

具体的には、ここに記述された方法は、能力低下の原因を特定することが出来る。特に、図4及び図5に更に詳細に示されるように、種々の運転状態の間の関係が、排気ガス処理システムの能力低下の原因の一つ或いはそれ以上に連続的に関連付けられ得る。

最初にステップ310において、診断装置は能力低下を検出する。具体的には、制御器が排気ガス処理システムの能力低下を判定することが出来る。上述したように、転換効率、NOx濃度、アンモニア濃度、種々の他の状態、或いは、それらの幾つかの組み合わせが、能力を判定する為に使用され得る。幾つかの状態において、制御器は排気ガス処理システムの能力低下を確認することが出来る。この場合、排気ガス処理システムの能力低下を示す出力信号が、制御器に送られ得る。

この場合、制御器はステップ320において、排気ガス処理システムの能力低下を診断するように指示され得る。具体的には、排気ガス処理システムの能力低下が、制御器に、能力低下の原因の一つ或いはそれ以上を特定するように促す。特に、能力低下の根本的原因を特定する為、排気ガス処理システム内の種々の運転状態間の関係が、能力低下の原因の一つ或いはそれ以上に関連付けられ得る。

図4に詳細を示すように、排気ガス処理システム内の種々の状態が、能力低下をもたらし得る。幾つかの実施形態において、図4の(a)に詳しく示すように、能力低下の原因が噴射システムである場合がある。例えば、噴射弁が詰まって、排気ガス処理システムに導入される尿素の量が低減される場合がある。別の例において、制御器と噴射システムとの間の通信故障が、尿素噴射を禁止或いは低減する場合がある。他の実施形態において、能力低下の原因が、図4(b)に詳しく示すように、SCR触媒の損傷或いは劣化である場合がある。更に別の実施形態において、能力低下の原因が、図4(c)に詳しく示すように、還元剤貯蔵装置内に貯蔵される液体の還元剤品質が低いことによる場合がある。例えば、水にような還元剤希釈物質が、尿素のような還元剤の代わりに還元剤貯蔵装置に導入される場合がある。更に、能力低下の原因は、種々の運転状態に関連する場合があり、そこで、運転状態は根本的原因に関連づけられ得る。

幾つかの実施形態において、噴射システムは、排気ガス処理システムの応答を監視するために、排気ガス処理システムに導入する尿素量を調節するように指示される場合がある。したがって、制御器は、噴射調節に応じて種々の運転状態を検出するため一つ以上のセンサを通信することが出来、それによって、種々のセンサからのフィードバックが、能力低下の原因の一つ或いはそれ以上を特定する為に使用され得る。さらに、制御器は複数のセンサからのフィードバックを連続的に受け取り、それにより、同時に検出された運転状態に基づいて種々の運転状態の間の関係が判定され得る。このようにして、制御器は、能力低下の原因の一つ或いはそれ以上を特定する為、フィードバックに基づいて、能力低下の原因の一つ或いはそれ以上に相互に関連する関係を連続的に判定する。

実施形態の一つにおいて、能力低下原因候補の一つが能力低下の原因として特定されるかどうかを判定することが出来るように、運転状態の一つが、センサによって検出される場合が有る。例えば、温度センサ218が、噴射システムが能力低下の原因として特定されるように、或いは、能力低下の原因でないと特定されるように、温度状態を検出する場合がある。その後、制御器は、そのセンサからのフィードバックに基づいて、他のセンサからのフィードバックを受け、他の能力低下原因候補が能力低下の原因として特定されるかどうかを判定する。例えば、アンモニア・センサ222がSCR触媒の出口におけるアンモニア濃度を検出し、SCR触媒が能力低下の原因かどうかを判定する。更に、制御器は、温度センサ及び／又はアンモニアセンサのような複数のセンサからのフィードバックに基づいて、噴射システム及び／又はSCR触媒を能力低下の原因として、他の種々の能力低下原因候補から連続的に識別し、それにより、例えば還元剤品質のような種々の他の原因候補、或いは、それらの組み合わせが、能力低下の更なる原因かどうかを特定され得る。このようにして、排気ガス処理システム診断装置は、後述する図5に更に詳細に示すように、能力低下の根本的原因を系統的に判断することが出来る。

実施形態の一つにおいて、温度センサ218が、噴射システムが能力低下の原因かどうかを判断するために使用され得る。ある幾つかの状態において、噴射システムとSCR触媒との間にある排気ガス処理システム（例えば、排気管）の温度が、尿素の噴射に応答して少なくとも一時的に低下する場合がある。例えば、排気ガス処理システムに導入される尿素が、温度低下をもたらし得る。しかしながら、別の状態によっては、温度センサが、尿素噴射の調節に続く温度低下を検出しない場合がある。例えば、損傷した噴射弁が指示された量の尿素を噴射することが出来ないとき、適切な温度低下が検出されない。この場合、温度センサは、尿素噴射に対する応答を監視するために使用され得る。このようにして、尿素噴射量の変化の後にノズル下流の排気ガス処理システムにおける温度に低下が検知されなかった場合に、噴射システムが、排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因として特定され得る。

別の実施形態において、もし噴射システムが能力低下の原因として特定されなかったならば、アンモニアセンサ222が、SCR触媒が原因かどうかを判定する為に使用され得る。例えば、噴射システムは排気ガス処理システムに対する噴射量を調節するように指示され、それにより、温度センサがSCR触媒の上流の温度低下を検出する場合がある（即ち、噴射システムは正常に機能している）。しかしながら、アンモニアセンサ222は、SCR触媒の排気中に高レベルのアンモニアを検出する場合がある。例えば、SCR触媒が損傷し、アンモニアは吸収されず、実質的にSCR触媒の排気中に流れる場合がある。更に、SCR触媒を出るアンモニアの濃度が、還元剤量の調節と、少なくとも部分的に関連する場合がある。このようにして、もし許容できないアンモニアレベルが還元剤流量の調節に関連しているならば、SCR触媒が能力低下の根本的原因として診断され得る。

別の実施形態において、もし噴射システム及び／又はSCR触媒が能力低下の原因として特定されないならば、種々の他の原因が根本原因として特定され得る。例えば、幾つかの状態において、還元剤希釈物質が還元剤貯蔵装置内に導入される場合がある。その場合、制御器は噴射システムに、排気ガス処理システムに対して還元剤希釈物質を送出するように指示し、それにより、温度センサは温度低下を検出するが、尿素は排気中に噴射されていない。更に、アンモニアセンサは、SCR触媒を出る多量のアンモニアを検出しない。その結果、アンモニアを含まない物質が排気ガス処理システム内に導入され、SCR触媒を出るアンモニアの量を低く保ちながら温度センサにおいて検知される温度低下を促進する。このようにして、還元剤貯蔵装置内の還元剤の品質が、能力低下の根本的原因として診断され得る。上述の実施形態において記述したように、方法300は、図5に更に詳しく記すように、運転状態間の関係を連続的に判定することにより、能力低下原因候補の一つ或いはそれ以上を診断する。

ステップ330において、一つ或いはそれ以上の能力低下原因が示され得る。幾つかの実施形態において、制御器は、診断装置によって判定された能力低下の根本的原因の位置に対応する表示ランプを点灯するように指示し得る。他の種々の実施形態において、制御器は、能力低下の根本的原因が確定され得るまで種々の排気ガス処理制御、例えば、EGRループの変更や点火タイミングの変更を可能とする。このようにして、排気ガス処理システム診断装置は、能力低下の根本的原因が確定され得るまで、排気ガス処理システムの能力低下を補償するための適切な制御を判定することが出来る。

図4は、排気ガス処理システム内の能力低下原因の実施形態の概略図である。具体的には、以下に記述される実施形態は、排気ガス処理システムに導入される尿素の量の変化に応答する種々のセンサからのフィードバックを概略的に示す。そこにおいてフィードバックは、上述したように能力低下の原因の一つ又はそれ以上に関連し得る。特に、図4に示す実施形態は、種々の運転状態の間の複数の関係を示し、そこにおいて上記関係は、排気ガス処理システムの能力低下の原因の一つ又はそれ以上に関連付けられ得る。図において、一つ或いはそれ以上のセンサが、それ自体、塗りつぶされて表され、そこにおいて塗りつぶし表示は、例えばNOx濃度、アンモニア濃度、温度状態のような運転状態が望ましくない状態にあることをシンボル的に表すために使用され得る。更に、ここに記述される実施形態においてはNOxセンサ220が排気ガス処理システムの能力低下を示すが、NOx濃度に代わる種々の状態が、排気ガス処理システムの能力低下を示すために使用される場合もある。

特に図4(a)の実施形態を参照すると、温度センサ218からのフィードバックが、噴射システムを能力低下の原因として特定し得る。具体的には、SCR触媒の出口における大きなNOx濃度が、還元剤噴射の調節を引き起こすときに、ノズル下流の温度センサが望ましくない温度状態を検出する場合がある。

例えば、温度が還元剤の噴射に続いて期待通りに低下しない場合がある。その場合、SCR触媒出口における大きなNOx濃度と、還元剤噴射の調節に応じて温度が低下しないという温度状態との関係が、噴射システム内の問題に関連付けられ得る。上述したように、噴射弁の詰まり及び／又は電気的な故障が、尿素噴射の発生を阻み、それにより、温度センサは尿素噴射の変化（指示）の後に温度低下を検出することが出来ない。その場合、もし温度低下が検出できなかったならば、噴射システムは、排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因として特定され得る。

ここで図4(b)に示す実施形態を参照すると、アンモニアセンサ222からのフィードバックが、SCR触媒を排気ガス処理システムの能力低下の原因として特定し得る。具体的には、SCR触媒の出口における大きなNOx濃度が、還元剤噴射の調節を引き起こすときに、SCR触媒の出口におけるアンモニアの濃度が検出される場合がある。その場合、SCR触媒出口における大きなNOx濃度と、還元剤噴射の調節に応じたSCR触媒出口におけるアンモニア濃度との関係が、SCR触媒内の問題に関連付けられ得る。上述したように、損傷、或いは、劣化したSCR触媒は、SCR触媒の排気内に高いレベルのアンモニア濃度をもたらし得る。そのようなものとして、もし十分な濃度のアンモニアがSCR触媒の排気内に検出されたならば、SCR触媒は、排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因として特定され得る。

次に、図4(c)の実施形態を参照すると、噴射システムもSCR触媒も排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因として特定されない場合、還元剤品質の低下が、排気ガス処理システムの能力低下の原因として特定され得る。具体的には、SCR触媒の出口における高いNOx濃度が、還元剤噴射の調節を引き起こすときに、ノズル下流の温度センサが温度低下を検出し、そして、SCR触媒出口において高いアンモニア濃度が検出される場合がある。その場合、SCR触媒出口における高いNOx濃度、還元剤噴射に後に続くことが期待される温度低下、及び、SCR触媒の出口における許容可能なレベルのアンモニアの関係が、還元剤品質の低下、噴射の劣化などのような種々の他の問題に関連付けられ得る。このようにして、排気ガス処理システム診断装置は、複数の運転状態を連続的に検出し、そして、運転状態間の関係に基づいて排気ガス処理システムの能力低下の原因を特定することにより、能力低下の根本的な原因を判定することが出来る。

図5が、排気ガス処理システムの能力低下の原因を特定するための例としての方法のフローチャート500を示す。概して、フローチャート500に記述された方法は、尿素品質検出を可能とし、排気ガス処理システムの能力低下を判定し、その後、ここに記述するように還元剤貯蔵装置からの噴射量の変化に応じた種々の運転状態に基づいて、定常状態条件における能力低下の根本的原因を特定し得る。

方法500は、ステップ502において開始し、そこにおいて、エンジンが所定の範囲内で運転しているかを判定する。具体的には、排気ガス処理システムは、種々のエンジン運転条件が満たされない場合、診断され得ない。幾つかの実施形態において、エンジン運転状態は、排気温度、エンジン速度、車速、EGRのレベル（量、又は、率）、排気背圧、燃料品質、トルク、冷媒温度、種々の他のエンジン運転状態、或いは、それらの組み合わせであり得る。例えば、もしエンジン排気温度が所定の温閾値を下回っているならば、ここに記述された方法は、低い診断能力が予想される運転状態の間にシステムの能力低下の診断を抑制或いは防止すべく、中止され得る。更に、方法500は、変速中、グロー・プラグの使用時、空調の使用時、オルタネータの使用時、ブレーキの使用時、パワーステアリングの使用時など、過渡運転の期間は実行不能とされ得る。このようにしてここで記述する方法のロバスト性が向上する。

ステップ504に続くと、もしエンジンがステップ502に示される領域内で運転しているならば、方法500は尿素品質の検出を可能とする。その場合、制御器は、それによって能力低下の根本的原因が種々の運転状態に基づいて判定され得る、能力低下を判定する工程を開始するよう指示され得る。

ここでステップ506を参照すると、制御器は排気ガス処理装置の能力低下を判定し得る。具体的には、上述したように、転換効率、NOx濃度、アンモニア濃度、種々の他の状態、或いは、それらの幾つかの組み合わせが、排気ガス処理システムの能力を判断するために使用され得る。もし能力低下が判定されないならば（即ち、転換効率が所定の転換効率よりも高く、SCR触媒の排気中のNOx及び／アンモニアの濃度が十分に低いレベルに或るなど）、方法500はステップ502に戻る。しかしながら、もし排気ガス処理システムの能力低下が判定されたならば、方法500はステップ508へと続く。

次に、ステップ508において、エンジンが定常状態で運転しているかどうかを判定する。幾つかの実施形態において、定常状態は、エンジン速度、ペダル位置、SCR触媒の温度などのような種々のエンジン運転状態に基づいて特定され得る。もしエンジン運転状態が定常状態に無ければ、方法500はステップ502へ戻る。しかしながら、もしエンジンが定常状態にあるならば、方法500はステップ510へと続く。

ステップ510において、還元剤噴射が調節され得る。幾つかの実施形態において、排気ガス処理システムへ噴射される還元剤の量が、変更され得る。種々の他の実施形態において、噴射プロファイルは連続的に変更され得る。例えば、還元剤噴射は周期的に振動する態様で変更され得る。更に、還元剤噴射は、ステップ502で記述した所定エンジン領域のような種々の運転状態の関数として決定され得る。

ステップ512に続くと、ステップ510で記述した尿素の噴射量調整に応じた温度変化が判定され得る。幾つかの実施形態において、温度変化は、ステップ502で記述した所定エンジン領域のような種々の運転状態の関数として判定され得る。更に、例えばステップ510で記述した周期的に振動する態様の還元剤噴射のような幾つかの運転状態において、温度変化を積分して出力信号を生成することで、信号の信頼性を高める場合がある。幾つかの運転状態において、温度変化が検出されない場合がある。例えば、還元剤噴射弁が詰まっているような場合がある。種々の他の運転状態においては、温度変化が検出され得る。例えば、排気ガス処理システムに噴射される尿素量の増加が、温度センサ218によって検出される温度の低下をもたらす場合がある。

もし温度センサが還元剤噴射ノズルの上流の温度低下を検出しないならば、方法500はステップ514に続き、そこで、噴射システムを、排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因として特定し得る。

次に、ステップ522において、方法500は根本的原因を示すための信号を送り得る。幾つかの実施形態において、排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因を示す出力信号が、制御器に送られ得る。その結果、制御器は、例えば自動車の計器盤上のインジケータ・ランプを点灯させ得る。別の例において、修理工場において排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因が判定され得るように、診断コードが記憶される場合がある。更に別の例において、制御器はここに記述するような種々の他の排気ガス処理制御を可能とする。更に、制御器は、根本的原因が修理されるまで、エンジン運転のサイクル数を限定するように、種々のエンジン運転状態を制限する場合がある。

ステップ512を再度参照する。もし温度センサが温度低下を検出するならば、方法500はステップ516に続く。ステップ516において、SCR触媒の出口におけるアンモニア濃度が所定のアンモニア濃度より大きいかどうかが判定され得る。或る状態においては、アンモニア濃度が所定濃度或いは目標濃度よりも大きい場合がある。例えば、SCR触媒が損傷している場合である。しかしながら、種々の他の状態においては、アンモニア濃度が、所定濃度或いは目標濃度に実質的に等しい場合もある。

もしSCR触媒の出口におけるアンモニア濃度が所定のアンモニア濃度よりも大きいならば、方法500はステップ518に続き、そこで、SCRは排気ガス処理システムの能力低下の根本的原因として特定され得る。次に、ステップ522において、方法500は上述したのと同様に、根本的原因を示すための信号を送出し得る。

ステップ516を再度参照する。もしSCR触媒の出口におけるアンモニア濃度が、所定濃度或いは目標濃度に実質的に等しいならば、方法500はステップ520に続く。ステップ520において、根本的原因が種々の状態によって特定され得る。具体的には、もし根本的原因が噴射システムでもSCR触媒でも無いと判定されたならば、根本的原因は他の種々の状態であり得る。特に、還元剤噴射の変化がステップ512で示される温度変化をもたらし（即ち、根本的原因は噴射システムではない）、そして、SCR触媒の出口において許容可能なアンモニア濃度をもたらす（即ち、根本的原因はSCR触媒ではない）一方で、排気ガス処理システムが、例えばNOxセンサ220によって判定される能力低下を示す場合がある。この場合、例の一つとして、根本的原因が尿素の品質の低下であり得る。別の例として、根本的原因が噴射システムの劣化（詰りや電気的故障以外の不具合）であり得る。

ここに含まれる制御及び推定ルーチン例が、種々のエンジン及び／または自動車システム構成と共に使用され得ることを記しておく。ここに記述される具体的なルーティンが、イベント駆動、割り込み駆動、多重タスク処理、マルチスレディング及び、それらの類型のような数多くの処理方式のうちの一つ以上を表し得る。記述される種々のステップ又は機能は、それ自体、記述された順番で、または並行して実行され、或いは場合によっては、一部が削除される場合もある。同様に、処理の順番は、ここに記述された本発明の目的、特徴及び利点を達成するために必須のものではなく、図示と説明を簡単にするために提供されたものである。記述されたステップ又は機能の一つ或いはそれ以上が、使用される具体的な制御ストラテジーに応じて、繰り返し実行され得る。更に、記述されたステップは、エンジン制御システム内の、コンピューターで読み出し可能な媒体の中にプログラムされる、図式化コードであり得る。
当然のことながら、ここに記述された構成及びルーティンが、本質的に例示であり、そして、多数の変形例が可能であるため、これらの具体的な実施形態が限定の意味で解釈されるべきではない。例えば、上述の技術は、V型6気筒エンジン、直列4気筒エンジン、直列6気筒エンジン、V型12気筒エンジン、対向4気筒エンジン、あるいは他の形式のエンジンに適用可能である。本明細書の主題は、ここに記載された種々の装置及び構成、そして他の特徴、機能及び／又は特性の新規で非自明な全ての組み合わせ及び一部組み合わせ（subcombination）を含む。

特許請求の範囲は、新規で非自明と見なされる特定の組み合わせ及び一部組み合わせを具体的に示す。これらの特許請求の範囲は、「一つの」構成要素、又は「一つの第一の」構成要素、又は、それらの同義語に言及し得る。そのような特許請求の範囲は、その構成要素が一つ以上あるものを含み、その構成要素が二つ以上あるものを要求もしなければ、除外もしないと理解されるべきである。開示されている特徴、機能、構成要素及び／又は特性の他の組み合わせ及び一部組み合わせが本件請求の範囲の補正又は本出願又は関連出願の新しい請求の範囲の提供によって、請求され得る。最初の特許請求の範囲の権利範囲より広い特許請求の範囲、狭い特許請求の範囲、同じ特許請求の範囲、又は異なる特許請求の範囲であろうと、そのような特許請求の範囲もまた、本明細書の主題に含まれると見なされる。

エンジン及び制御システムの典型的な実施形態を示す図である。 排気ガス処理システム診断装置の典型的な実施形態を示す図である。 排気ガス処理システム診断装置の診断方法の典型的な実施形態を示すフローチャートである。 排気ガス処理システム診断装置の能力低下の複数の原因状態の典型的な実施形態を示す図である。 排気ガス処理システム診断装置の診断方法の他の典型的な実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

10. エンジン
12. 制御器
70. 触媒コンバータ
74. 排気ガス処理システム診断装置
202．排気ガス処理システム
204. SCR触媒
206. 噴射システム
208. 診断装置
210. 貯蔵装置
218. 温度センサ
220. NOxセンサ
222. アンモニア・センサ

Claims (18)

1. エンジンの排気ガス処理システムの診断方法において、
   上記排気ガス処理システムの能力低下の間、上記排気ガス処理システムの複数の運転状態間の関係を動的に特定する工程、及び、
   上記関係を、上記排気ガス処理システムの能力低下の複数の原因候補と関連付けることで、上記複数の原因候補の中から少なくとも一つの能力低下原因を特定する工程、を有する、
   方法。
2. 上記エンジンの排気ガスに窒素酸化物が含まれ、
   上記排気ガス処理システムが該システム内に還元剤を供給する噴射システム、及び、上記還元剤が導入され、該還元剤の少なくとも一部を排気ガスの処理に用いる触媒を有し、
   上記関係を特定する工程が、上記排気ガス処理システム内の上記噴射の下流で検出される温度と、上記触媒の出口の窒素酸化物濃度との間の第一の関係を特定する工程、及び、上記第一の関係に基づいて、上記噴射システムが上記能力低下原因かどうかを判定する工程、を更に有する、
   請求項1に記載の方法。
3. 上記還元剤が上記排気ガス処理システムにアンモニア成分を供給する成分で構成され、上記 触媒が上記アンモニア成分を用いて上記排気ガス中の窒素酸化物の少なくとも一部を還元する選択還元触媒であり、
   上記関係を特定する工程が、上記選択還元触媒の下流で検出されるアンモニア濃度状態と、上記窒素酸化物濃度との間の第二の関係を特定する工程、及び、上記第二の関係に基づいて上記選択還元触媒が上記能力低下の原因であるかどうか判定する工程、を更に有する、
   請求項3に記載の方法。
4. 上記関係を特定する工程が、
   上記噴射の下流で検出される温度、上記選択還元触媒の下流で検出されるアンモニア濃度、及び、上記選択還元触媒の下流で検出される窒素酸化物濃度との第三の関係を特定する工程、及び、上記第三の関係に基づいて上記能力低下の原因が上記還元剤かどうかを判定する工程を更に有する、
   請求項3に記載の方法。
5. 排気ガス処理システムを持つエンジンの運転方法において、
   上記排気ガス処理システムの能力低下を判定する工程、
   上記能力低下の複数の原因候補を連続的に診断し、そこにおいて、検出された運転状態の異なる組み合わせが、上記複数の原因候補の各々に関して判定される工程、及び、
   上記検出された運転状態の組み合わせに基づいて、上記複数の原因候補から少なくとも一つの能力低下原因を区別する工程、
   を有する方法。
6. 上記エンジンの排気ガスに窒素酸化物が含まれ、
   上記排気ガス処理システムが該システム内に還元剤として尿素を供給する噴射システム、及び、上記還元剤が導入され、該還元剤の少なくとも一部を上記排気ガスの処理に用いる選択還元触媒を有し、
   上記能力低下を判定する前に、上記排気ガス処理システムに供給される尿素の品質検出を可能とする工程を更に有し、そこにおいて上記尿素品質検出が、上記エンジンが所定の領域内にあるときに可能とされる、
   請求項5に記載の方法。
7. 上記エンジンの定常運転状態の間、上記の複数の能力低下原因候補の連続的な診断に先立ち、上記排気ガス処理システム内への還元剤の噴射を調節する、
   請求項5又は6に記載の方法。
8. 上記噴射システム、上記選択還元触媒、及び、上記還元剤を連続的に診断する工程を更に有する、
   請求項6又は7に記載の方法。
9. 上記複数の原因候補を連続的に診断する工程が、上記排気ガス処理システムの上記還元剤が供給される部分又はその下流の温度状態と上記選択還元触媒の出口の窒素酸化物濃度状態との組み合わせに基づいて、上記噴射システムを診断する工程を有する、
   請求項8に記載の方法。
10. 上記温度状態が所定の温度低下を示しておらず、且つ、上記窒素酸化物濃度状態が窒素酸化物濃度閾値以上の窒素酸化物濃度になっているとき、上記噴射システムが上記能力低下原因と判定する、
    請求項9に記載の方法。
11. 上記複数の原因候補を連続的に診断する工程が、上記選択還元触媒の出口のアンモニア濃度状態と窒素酸化物濃度状態との組み合わせの判定により、上記選択還元触媒を診断する工程を有する、
    請求項6乃至10のいずれか一つに記載の方法。
12. 上記アンモニア濃度状態が、アンモニア濃度閾値以上のアンモニア濃度になっており、且つ、上記窒素酸化物濃度状態が、窒素酸化物濃度閾値以上の窒素酸化物濃度になっているとき、上記能力低下原因が上記選択還元触媒と判定する、
    請求項11に記載の方法
13. 上記複数の原因候補を連続的に診断する工程が、上記排気ガス処理システムの上記還元剤が供給される部分又はその下流の温度状態、上記選択還元触媒の出口のアンモニア濃度状態、及び、上記選択還元触媒の出口の窒素酸化物濃度状態の組み合わせの判定により、上記還元剤を診断する工程を有する、
    請求項6乃至12のいずれか一つに記載の方法。
14. 上記温度状態が温度低下した状態であり、上記アンモニア濃度状態がアンモニア濃度閾値より小さなアンモニア濃度であり、そして、上記窒素酸化物濃度状態が窒素酸化物濃度閾値より大きなとき、上記能力低下原因が上記還元剤であると判定する、
    請求項13に記載の方法。
15. エンジン、
    上記エンジンからの排気を処理する触媒を含む排気ガス処理装置、
    上記排気ガス処理システムに選択的に還元剤を供給するように構成された噴射弁を含む噴射システム、
    上記排気ガス処理装置の下流の置かれた窒素酸化物センサ、
    上記排気ガス処理装置の下流におかれたアンモニアセンサ、
    上記噴射弁と上記排気ガス処理装置との流体的な間に置かれた温度センサ、
    メモリ及び処理装置を含む制御器を有し、
    上記メモリが、上記処理装置によって実行可能な指示を有し、
    上記指示が、
    上記排気ガス処理装置の能力低下を判定する指示、
    上記窒素酸化物センサ、並びに、上記アンモニアセンサ及び上記温度センサの少なくとも一つからのフィードバックに基づいて、複数の運転状態間の関係を動的に特定する指示、及び、
    上記関係を、上記排気ガス処理システムの能力低下の複数の原因候補と関連付けることで、上記複数の原因候補の中から少なくとも一つの能力低下原因を特定する指示を有する、
    排気ガス処理システムの診断装置。
16. 上記メモリが、上記処理装置によって実行可能な、上記能力低下原因に対応する信号を送信する指示を有する、
    請求項15に記載の装置。
17. 上記メモリが、上記処理装置によって実行可能な、上記信号に基づいてインジケータ・ランプを点灯させる指示を有する、
    請求項16に記載の装置。
18. 上記メモリが、上記処理装置によって実行可能な、上記信号に基づいて排気ガスの再循環ループ及び点火タイミングの少なくとも一つを調節する指示を有する、
    請求項16又は17に記載の装置。

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