JP2016125390A - 排気浄化装置の劣化診断装置 - Google Patents
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Abstract
Description
気浄化装置の劣化を診断する技術に関する。
シフト反応を生起させることで、SCR触媒が正常であるときのセンサ出力差とSCR触媒が劣化しているときのセンサ出力差との差を拡大させる方法が考えられる。
を具備する排気浄化装置へ流入する排気の空燃比を測定するセンサと該排気浄化装置から流出する排気の空燃比を測定するセンサとを利用して、SCR触媒の劣化を精度良く診断することができる技術の提供にある。
。
3吸着量が前記所定値より多いときであっても、NH3吸着量のばらつきに起因するセンサ出力差のばらつきを小さく抑えることができる。その結果、SCR触媒の劣化状態を正確に診断することができる。
先ず、本発明の第1の実施例について図1乃至図5に基づいて説明する。図1は、本発明を適用する内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、理論空燃比より高いリーン空燃比の混合気を燃焼して運転(希薄燃焼運転)することができる火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)であるが、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
元する。また、触媒ケーシング5より上流の排気管3には、該排気管3内を流れる排気にアンモニアを添加するための添加装置50が配置されている。なお、添加装置50から添加される物質は、アンモニアガスであってもよく、又は尿素水溶液等のようなアンモニアの前駆体であってもよい。
される。ECU6は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等から構成される電子制御ユニットである。ECU6は、第一空燃比センサ7、第二空燃比センサ8、排気温度センサ9、アクセルポジションセンサ10、クランクポジションセンサ11、及びエアフローメータ12等の各種センサと電気的に接続されている。
CR触媒に吸着されているアンモニアの量(NH3吸着量)を演算する。このようにECU6がNH3吸着量を演算することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。そして、ECU6は、上記した方法で求められたNH3吸着量に基づいて、前記添加装置50から添加されるアンモニアの量を制御する。例えば、ECU6は、内燃機関1から排出されるNOXの量に対して、SCR触媒のNH3吸着量が不足とならないようにアンモニアの添加量を制御し、又はSCR触媒のNH3吸着量が所定の目標吸着量となるようにアンモニアの添加量を制御する。このようにアンモニアの添加量が制御されると、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合であっても排気中のNOXを効果的に浄化することができる。
Aox=△A/F*α*Qinj・・・(1)
って求められた酸素吸蔵容量に基づいてSCR触媒の劣化診断が行われると、既存の酸素濃度センサや空燃比センサを使用してSCR触媒の劣化診断を行うことができる。
サ7の測定値より高くなる。
、SCR触媒のNH3吸着量が多くなるほど少なくなる。つまり、SCR触媒のNH3吸着量が多いときは少ないときに比べ、酸素脱離量及び水素酸化量が少なくなる。これは、SCR触媒に吸着されているアンモニアがSCR触媒に吸蔵されている酸素と結合することで、酸素の脱離が阻害されるため、それに伴って水素と酸素との反応も阻害されることに因ると考えられる。そして、SCR触媒のNH3吸着量が多くなると、アンモニアと結合する酸素も多くなるため、誘発処理の実行時にSCR触媒から脱離する酸素の量、及びSCR触媒において酸化される水素の量が少なくなると考えられる。このように、SCR触媒のNH3吸着量に起因する酸素脱離量及び水素酸化量のばらつきが生じると、それに応じて総センサ出力差もばらつくことになるため、SCR触媒の劣化状態を正確に診断することができなくなる可能性がある。
返し実行することで求められ、その最新の値をECU6が読み込むことで取得される。
性能が劣化しているとみなすことができる値であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた値である。
次に、本発明の第2の実施例について図6乃至図9に基づいて説明する。ここでは、前述した第1の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。図6は、本実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図6において、前述した図1と同様の構成要素には、同一の符号を付している。前述した図1と図6との相違点は、SCR触媒を収容した触媒ケーシング5より上流の排気管3に、添加装置50の代わりに、NSR触媒を収容した触媒ケーシング4が配置される点にある。以下では、NSR触媒を収容した触媒ケーシング4を第一触媒ケーシング4と称し、SCR触媒を終了した触媒ケーシング後を第二触媒ケーシング5と称する。
酸素濃度が低く且つ炭化水素や一酸化炭素の濃度が高くなるように、燃料噴射量や吸入空気量を調整する処理であり、第一触媒ケーシング4のNSR触媒に吸蔵されているNOXを還元するために実行される。第一触媒ケーシング4に収容されたNSR触媒は、第一触媒ケーシング4へ流入する排気の酸素濃度が高いとき(排気の空燃比がリーン空燃比であるとき)に、排気中のNOXを吸蔵又は吸着し、第一触媒ケーシング4へ流入する排気の酸素濃度が低く且つ炭化水素や一酸化炭素等の還元成分が排気に含まれるとき(排気の空燃比がリッチ空燃比あるとき)に、該NSR触媒に吸蔵されていたNOXを脱離させつつ、脱離したNOXを窒素(N2)やアンモニア(NH3)に還元させる。そのため、リッチスパイク処理が実行されると、NSR触媒に吸蔵されていたNOXが還元されることで、該NSR触媒のNOX吸蔵能が再生される。
図7中のt4)、SCR触媒から流出する排気の空燃比(SCR出A/F)が理論空燃比からリッチ空燃比に変化する。
、「SCR出A/F」、「NOX吸蔵量」、「NSR出NH3」、及び「NH3吸着量」は、前述の図7と同じパラメータである。図8中の「NSR出NOX」は、NSR触媒から流出する排気のNOX濃度を示す。
繰り返し実行する。一方、該S207の処理で肯定判定された場合は、ECU6は、S105の処理へ進み、誘発処理を開始する。つまり、ECU6は、内燃機関1で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比からリッチ空燃比に変更することで、NH3消費処理を終了するとともに、誘発処理を開始する。
次に、本発明に係わる排気浄化装置の劣化診断装置の第3の実施例について図10乃至図12に基づいて説明する。ここでは、前述した第2の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。図10は、本実施例における内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。図10において、前述した図6と同様の構成要素には、同一の符号を付している。前述した図6と図10との相違点は、第一触媒ケーシング4より上流の排気管3に、三元触媒を収容した前段ケーシング14が配置される点にある。
したときに終了されればよい。
る構成においても、SCR触媒のNH3吸着量が所定値(所定の上限値)以下となる状態で誘発処理を実行することが可能になる。
2 燃料噴射弁
3 排気管
4 触媒ケーシング(第一触媒ケーシング)
5 第二触媒ケーシング
6 ECU
7 第一空燃比センサ
8 第二空燃比センサ
12 エアフローメータ
13 NOXセンサ
14 前段ケーシング
15 第三空燃比センサ
Claims (6)
- 希薄燃焼運転可能な内燃機関の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤として用いることで排気中のNOXを還元する触媒であって、排気の空燃比が理論空燃比より高いリーン空燃比であるときは排気中の酸素を吸蔵し、且つ排気の空燃比が理論空燃比より低いリッチ空燃比であるときは吸蔵していた酸素を脱離させる選択還元型触媒を具備する排気浄化装置と、
前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニアの量であるNH3吸着量を取得する取得手段と、
前記選択還元型触媒へ流入する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第一空燃比センサと、
前記選択還元型触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第二空燃比センサと、
内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるNH3吸着量が所定の上限値以下であるときに、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比へ変更する処理であって、内燃機関で混合気が燃焼される際に発生する一酸化炭素と水との水性ガスシフト反応を誘発させる処理である誘発処理を実行する制御手段と、
前記誘発処理の実行時における前記第一空燃比センサの測定値と前記第二空燃比センサの測定値との差に基づいて前記選択還元型触媒の劣化を診断する処理である診断処理を実行する診断手段と、
を備える排気浄化装置の劣化診断装置。 - 請求項1において、前記排気浄化装置は、排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中のNOXを吸蔵し、且つ排気の空燃比が理論空燃比以下であるときにNOXを脱離させる触媒であって、前記選択還元型触媒より上流に配置される吸蔵還元型触媒を更に具備し、
内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるNH3吸着量が前記所定の上限値より少ない所定値以下であるときに、前記制御手段が前記誘発処理を実行する排気浄化装置の劣化診断装置。 - 請求項2において、前記所定値は、前記誘発処理が実行されたと想定した場合に前記吸蔵還元型触媒において生成されるアンモニアの量であるNH3生成量を前記所定の上限値から減算した値である排気浄化装置の劣化診断装置。
- 請求項2又は3において、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるNH3吸着量が前記所定値より多いときに、前記制御手段は、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に変更する処理であって、前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているNOXを脱離させるとともに、前記吸蔵還元型触媒から脱離したNOXを前記選択還元型触媒で浄化させることで、前記選択還元型触媒のNH3吸着量を前記所定値以下まで減少させる処理であるNH3消費処理を実行し、そのNH3消費処理の実行後に前記誘発処理を実行する排気浄化装置の劣化診断装置。
- 請求項4において、前記劣化診断装置は、
前記吸蔵還元型触媒に吸蔵されているNOXの量であるNOX吸蔵量を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定されるNOX吸蔵量に相当する量のNOXが前記選択還元型触媒で還元されると想定した場合に消費されるアンモニアの量であるNH3消費量を演算し、そのNH3消費量を前記取得手段により取得されるNH3吸着量から減算することで、
前記NH3消費処理が実行されると想定した場合の該NH3消費処理の終了時における前記選択還元型触媒のNH3吸着量であるNH3残留量を予測する予測手段と、
を更に備え、
内燃機関で燃焼される混合気の空燃比がリーン空燃比であり、且つ前記取得手段により取得されるNH3吸着量が前記所定値より多いときに、前記制御手段は、前記予測手段により予測されるNH3残留量が前記所定値以下であれば、前記NH3消費処理を実行する排気浄化装置の劣化診断装置。 - 請求項4又は5において、前記排気浄化装置は、前記吸蔵還元型触媒より上流に配置され、排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中の酸素を吸蔵し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに酸素を脱離させる三元触媒を更に具備し、
前記劣化診断装置は、前記三元触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する第三空燃比センサを更に備え、
前記制御手段は、前記NH3消費処理の実行後であって、且つ前記誘発処理の実行前に、内燃機関で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比からリッチ空燃比へ変更する処理であって、前記三元触媒に吸蔵されている酸素を脱離させる処理であるO2脱離処理を、前記第三空燃比センサの測定値が理論空燃比からリッチ空燃比に変化するまで実行する排気浄化装置の劣化診断装置。
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