JP2016079916A - 内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
を同じ指示により操作する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのかの判定を行う場合には、前記第一選択還元型NOx触媒に流入するNOxの量に基づいて決定した還元剤の供給量よりも、前前記第一添加弁及び前記第二添加弁からの還元剤の供給量が多くなるように前記第一添加弁及び前記第二添加弁に指示すると共に、この指示をした時点である指示時点から、第一所定時間の経過時に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのか判定する。
て還元剤に関する平衡状態になるまでの時間としてもよい。ここで、還元剤に関する平衡状態とは、触媒において還元剤の吸着量と脱離量とが等しくなった状態をいい、触媒に還元剤を供給しても還元剤吸着量が増加しない状態をいう。すなわち、第一所定時間は、第二添加弁が異常であっても、第二NOx触媒に十分な量の還元剤が吸着されるまでの時間としてもよい。
時間の経過時において、第二添加弁に異常がある場合には、第二NOx触媒に供給されている還元剤量は少ないため、NOx浄化率がまだ低い。一方、軽度濃度異常の場合には、第二所定時間の経過の時点であっても多くの還元剤が第一NOx触媒及び第二NOx触媒に供給されているため、NOx浄化率が高い。
より検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、添加弁閾値未満の場合には前記第一添加弁または前記第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であると判定し、前記添加弁閾値以上の場合には前記第一添加弁及び第二添加弁の両方の劣化であって前記重度添加弁劣化よりも劣化の度合いが低い軽度劣化であると判定することができる。
図1は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系と、の概略構成を示す図である。内燃機関1は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関1には排気通路2が接続されている。排気通路2には、排気の流れ方向で上流側から順に、第一添加弁41、第一NOx触媒31、第二添加弁42、第二NOx触媒32が設けられている。第一N
Ox触媒31及び第二NOx触媒32は、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元する選択還元型NOx触媒である。なお、本実施例においては第一NOx触媒31が、本発明における第一選択還元型NOx触媒に相当する。また、本実施例においては第二NOx触媒32が、本発明における第二選択還元型NOx触媒に相当する。
触媒31に流入するNOxの量に対し、システム全体としてのNOx浄化率が目標範囲内となるように、第一添加弁41及び第二添加弁42から還元剤を供給する通常制御を実施する。すなわち、第一添加弁41及び第二添加弁42からは、内燃機関1から排出されるNOxの量に応じて還元剤が供給される。なお、通常制御では、第一NOx触媒31及び第二NOx触媒32の夫々の触媒において、還元剤吸着量を推定している。通常制御時には、各触媒の還元剤吸着量が一定となるように、第一添加弁41及び第二添加弁42から還元剤を供給してもよい。第一NOx触媒31の還元剤吸着量は、第一添加弁41からの還元剤供給量、第一NOx触媒31のNOx浄化率、第一NOx触媒31から流出する還元剤量に基づいて、モデルを用いて算出される。また、第二NOx触媒31の還元剤吸着量は、第二添加弁42からの還元剤供給量、第二NOx触媒32のNOx浄化率、第二NOx触媒32から流出する還元剤量、第一NOx触媒32から流出する還元剤量に基づいて、モデルを用いて算出される。第一NOx触媒31のNOx浄化率、第二NOx触媒32のNOx浄化率、第一NOx触媒31から流出する還元剤量、第二NOx触媒32から流出する還元剤量は、温度等に基づいて推定される。このときには、第一添加弁41及び第二添加弁42が正常であると仮定した推定が行われる。
NOx浄化率=(上流側NOx濃度−下流側NOx濃度)/上流側NOx濃度
ただし、上流側NOx濃度は、第一NOx触媒31に流入する排気中のNOx濃度であり、下流側NOx濃度は、第二NOx触媒31から流出する排気中のNOx濃度である。
ける正常閾値は、システムが正常である場合のNOx浄化率の下限値である。図2は、還元剤の供給から十分な時間が経過しているが、システムが正常であればNOx浄化率が正常閾値以上となっているときのNOx浄化率である。このように、第一添加弁41の異常、及び、第二添加弁42の異常の夫々のNOx浄化率は、同程度となる場合もあり、このときのNOx浄化率を用いても、どちらの添加弁が異常であるのか判定することは困難である。
ここで図3は、増量制御時において、指示時点から、第二添加弁42が異常の場合に第二NOx触媒32において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過したときの、第一添加弁41の異常、及び、第二添加弁42の異常の夫々の場合におけるNOx浄化率を示した図である。
できる。すなわち、第一NOx触媒31及び第二NOx触媒32においてNOxを浄化することができるため、システム全体としてのNOx浄化率が正常閾値以上となり得る。
図4は、増量制御時における第二添加弁42が異常である場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、NOx浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。T1は増量制御における指示時点を示し、T2はT1から第一添加弁41が正常であれば第一NOx触媒31において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過した時点を示し、T3はT1から添加弁異常判定時間が経過した時点を示している。T2はT1から第二添加弁42が正常であれば第二NOx触媒32において還元剤に関する平衡状態になるまでの時間が経過した時点ともいえる。T1からT2までの期間は、T1からT3までの期間よりも短い。吸着量における実線は第一NOx触媒31の還元剤吸着量を示し、一点鎖線は第二NOx触媒32の還元剤吸着量を示している。また、正常吸着量は、第一NOx触媒31及び第二NOx触媒32が正常である場合の夫々の触媒における還元剤吸着量の下限値である。
けるNOx浄化率は、正常閾値以上となる。
図6は、本実施例に係る異常判定のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ECU10により所定時間毎に実行される。
にはステップS102へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。
本実施例では、システムに異常がある場合に、第一添加弁41、第二添加弁42、または、還元剤の何れが異常であるのかを判定する。ここで、実施例1では、第一添加弁41及び第二添加弁42以外には異常がないものとして異常判定を行っている。一方、本実施例では、還元剤の異常についても判定する。本実施例では、その他の装置等には異常がないことを周知の手段により確認しておいてもよい。例えば、第一NOx触媒31及び第二NOx触媒32に異常がないことを確認しておいてもよい。その他の装置等は実施例1と同じため説明を省略する。
重度還元剤異常の場合(還元剤が存在しない場合、及び、重度濃度異常の場合)には、通常制御を行っているときのNOx浄化率が、重度還元剤異常閾値未満となる。一方、軽度濃度異常の場合には、還元剤供給量が少なくはなるが、ある程度の還元剤は供給されており、通常制御を行っているときのNOx浄化率が重度還元剤異常閾値以上となる。また、第一添加弁41または第二添加弁42が異常の場合には、通常制御を行っているときのNOx浄化率が重度還元剤異常閾値以上となる。
合には、重度還元剤異常があると判定することができる。重度還元剤異常閾値は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。
次に、システムに異常があるが、重度還元剤異常ではない場合、すなわち軽度異常の場合について説明する。この場合、軽度濃度異常、第一添加弁41の異常、または、第二添加弁42の異常が考えられる。図10は、通常制御時における、第一添加弁41の異常、第二添加弁42の異常、軽度濃度異常の夫々の場合におけるNOx浄化率を示した図である。図10は、還元剤の供給から十分な時間が経過しているが、システムが正常であればNOx浄化率が正常閾値以上となっているときのNOx浄化率である。このように、軽度濃度異常、第一添加弁41の異常、第二添加弁42の異常の夫々のNOx浄化率は、同程度となる場合もあり、このときのNOx浄化率を用いても、何れが異常であるのか判定することは困難である。
システムに異常があるが、重度還元剤異常ではなく、且つ、軽度濃度異常でもない場合は、第一添加弁41の異常、または、第二添加弁42が異常である。この場合、実施例1と同様にして、何れの添加弁に異常があるのか判定することができる。
ここで、図12は、増量制御時における軽度濃度異常がある場合の各触媒の還元剤吸着量、及び、NOx浄化率の推移の一例を示したタイムチャートである。T1,T2,T3
は、図4に示したT1,T2,T3と同じ時点を示している。
図13は、本実施例に係る異常判定のフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ECU10により所定時間毎に実行される。なお、上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
度異常判定処理のフローチャートである。なお、上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
加弁42の一方が異常であると判定された後に、第一添加弁41または第二添加弁42の何れが異常であるのかを判定している。すなわち、上記フローチャートでは、所定の時期にNOx浄化率を求めて、異常の判定を行っている。一方、所定の時期におけるNOx浄化率を記憶しておけば、これら記憶されたNOx浄化率に基づいて、異常判定をいつでも行うことができる。
本実施例では、第一添加弁41及び第二添加弁42が同時に劣化した場合について説明する。その他の装置等は実施例1と同じため説明を省略する。なお、本実施例では、還元剤濃度センサ47を用いている。
1及び第二添加弁42に軽度劣化が生じている場合には、通常制御時のシステム全体のNOx浄化率が正常閾値未満となり、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過した時点のシステム全体のNOx浄化率が正常閾値以上となる。しかし、軽度濃度異常の場合においても、NOx浄化率が同様に推移する。したがって、本実施例では、第一添加弁41及び第二添加弁42の軽度劣化と、軽度濃度異常と、の何れが発生しているのか判定する。なお、本実施例においては軽度濃度異常判定時間が、本発明における第三所定時間に相当する。
本実施例では、第二NOxセンサ12のゲインが実際よりも高くなる異常が生じている場合について説明する。以下では、第二NOxセンサ12のゲインが実際よりも高いことを、ゲインずれという。なお、本実施例では、第一添加弁41、第二添加弁42、及び、還元剤において同時に複数の異常が発生しないものとして説明する。その他の装置等は実施例1と同じため説明を省略する。
別できるほどの差が生じるまでの時間が経過すれば、このときのNOx浄化率に基づいて、第二NOxセンサ12にゲインずれが生じているのか、重度濃度異常であるのか、を判定することができる。例えば、センサゲインずれの場合には、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過していれば、該第二NOx触媒32から還元剤が流出して、第二NOxセンサ12の検出値が大きくなる。このため、例えば、増量制御における指示時点から軽度濃度異常判定時間が経過していれば、第二NOxセンサ12にゲインずれが生じている場合のNOx浄化率と、重度濃度異常である場合のNOx浄化率と、で区別できるほどの差が生じる。すなわち、本実施例においては軽度濃度異常判定時間が、本発明における第五所定時間に相当する。
び還元剤供給量の指示値と、の関係は、予め実験等により求めることができる。
チャートは、ECU10により所定時間毎に実行される。なお、上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。
ンサ12のゲインずれが生じている場合と、でNOx浄化率に差が生じる。したがって、まずは還元剤供給量が判定供給量となるように指示する。ステップS102の処理が終了するとステップS401へ進む。
2 排気通路
4 還元剤供給装置
6 吸気通路
10 ECU
11 第一NOxセンサ
12 第二NOxセンサ
14 クランクポジションセンサ
15 アクセル開度センサ
16 エアフローメータ
31 第一選択還元型NOx触媒(第一NOx触媒)
32 第二選択還元型NOx触媒(第二NOx触媒)
41 第一添加弁
42 第二添加弁
43 尿素タンク
44 還元剤供給通路
45 ポンプ
46 還元剤量センサ
47 還元剤濃度センサ
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路に設けられ該排気通路内に還元剤を供給する第一添加弁と、
前記第一添加弁よりも下流の排気通路に設けられ吸着している還元剤によりNOxを選択還元する第一選択還元型NOx触媒と、
前記第一選択還元型NOx触媒よりも下流の排気通路に設けられ該排気通路内に還元剤を供給する第二添加弁と、
前記第二添加弁よりも下流の排気通路に設けられ吸着している還元剤によりNOxを選択還元する第二選択還元型NOx触媒と、
前記第二選択還元型NOx触媒から流れ出る排気中のNOx濃度を検出するNOxセンサと、
前記第一選択還元型NOx触媒に流入するNOxの量に基づいて還元剤の供給量を決定し、前記第一添加弁及び前記第二添加弁を同じ指示により操作する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのかの判定を行う場合には、前記第一選択還元型NOx触媒に流入するNOxの量に基づいて決定した還元剤の供給量よりも、前前記第一添加弁及び前記第二添加弁からの還元剤の供給量が多くなるように前記第一添加弁及び前記第二添加弁に指示すると共に、この指示をした時点である指示時点から、第一所定時間の経過時に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて、前記第一添加弁が異常であるのか、または、前記第二添加弁が異常であるのか判定する内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。 - 前記制御装置は、前記指示時点から前記第一所定時間の経過時に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、添加弁閾値以上であれば第二添加弁が異常であり、前記添加弁閾値未満であれば第一添加弁が異常であると判定する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
- 前記制御装置は、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第二所定時間の経過時に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、添加弁閾値以上の場合には還元剤の濃度が低い異常である軽度濃度異常であると判定し、前記添加弁閾値未満の場合には前記第一添加弁または前記第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であると判定する請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
- 前記制御装置は、前記指示時点よりも前に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、前記添加弁閾値よりも小さな閾値である重度還元剤異常閾値以上の場合には前記軽度濃度異常、前記第一添加弁の異常、または、前記第二添加弁の異常の何れか1つであると判定し、前記重度還元剤異常閾値未満の場合には前記還元剤の濃度が前記軽度濃度異常よりも低い異常である重度還元剤異常であると判定する請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
- 前記還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサを備え、
前記制御装置は、前記還元剤濃度センサにより検出される還元剤の濃度が正常であって、前記指示時点よりも前に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、重度還元剤異常閾値未満の場合には、前記第一添加弁及び前記第二添加弁の両方の劣化である重度添加弁劣化であると判定する請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。 - 前記制御装置は、前記還元剤濃度センサにより検出される還元剤の濃度が正常であって、前記指示時点よりも前に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出
されるNOx浄化率が前記重度還元剤異常閾値以上の場合において、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第三所定時間の経過時に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、添加弁閾値未満の場合には前記第一添加弁または前記第二添加弁の何れか一方の添加弁が異常であると判定し、前記添加弁閾値以上の場合には前記第一添加弁及び第二添加弁の両方の劣化であって前記重度添加弁劣化よりも劣化の度合いが低い軽度劣化であると判定する請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。 - 前記制御装置は、前記指示時点から第四所定時間の経過時に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、添加弁閾値よりも小さい閾値であるセンサ閾値未満の場合に前記NOxセンサが異常であると判定し、前記センサ閾値以上で且つ前記添加弁閾値未満の場合に前記第一添加弁が異常であると判定する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
- 前記制御装置は、前記指示時点よりも前の前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が0よりも大きく且つ重度還元剤異常閾値未満の場合において、前記指示時点から前記第一所定時間よりも短い時間である第五所定時間の経過時に前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率が、前記指示時点よりも前の前記NOxセンサにより検出されるNOx濃度に基づいて算出されるNOx浄化率と比較して、下降した場合にはNOxセンサが異常であると判定し、上昇した場合には前記還元剤の濃度が前記軽度濃度異常よりも低い異常である重度還元剤異常であると判定する請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置の故障判定装置。
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