JP2018131995A - Diagnostic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、診断装置に関し、特に、エンジンの排気システムにおける診断装置に関する。 The present invention relates to a diagnostic apparatus, and more particularly to a diagnostic apparatus in an engine exhaust system.
従来、尿素水が排気熱により加水分解及び熱分解されて生成されるアンモニア(NH3)を還元剤として、排気ガス中のNOxを選択的に還元浄化する選択的還元触媒(以下、SCRという)を備える排気システムが知られている。 Conventionally, a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as SCR) that selectively reduces and purifies NOx in exhaust gas using ammonia (NH 3 ) produced by hydrolysis and thermal decomposition of urea water by exhaust heat as a reducing agent. Exhaust systems comprising are known.
この種の排気システムとして、例えば、特許文献1の排気浄化システムは、SCR上流に設けられた上流NOxセンサから読み込まれたNOx流入量とSCR下流に設けられた下流NOxセンサから読み込まれたNOx流出量をパラメータとして、SCRのNOx浄化率を演算している(例えば、特許文献1参照)。
As an exhaust system of this type, for example, an exhaust purification system disclosed in
ところで、一般的なNOxセンサにおいては、アンモニア濃度及びNOx濃度を別個に検出することが難しく、アンモニア濃度もNOx濃度としてNOxセンサに検出されるため、NOx浄化率を正確に算出することができないという課題がある。特に、アンモニアスリップが多く引き起こされる状況では、SCR下流のアンモニア濃度が上昇することにより下流NOxセンサの検出値も上昇してNOx浄化率が低下する。その結果、NOx浄化率に基づいてSCRの劣化診断を行う排気システムでは、SCRが劣化していると誤診断するおそれがある。 By the way, in a general NOx sensor, it is difficult to detect the ammonia concentration and the NOx concentration separately, and since the ammonia concentration is also detected by the NOx sensor as the NOx concentration, the NOx purification rate cannot be accurately calculated. There are challenges. In particular, in a situation where ammonia slip is often caused, the ammonia concentration downstream of the SCR increases, so that the detection value of the downstream NOx sensor also increases and the NOx purification rate decreases. As a result, in an exhaust system that performs SCR degradation diagnosis based on the NOx purification rate, there is a risk of misdiagnosing that the SCR is degraded.
本開示の技術は、SCR下流のアンモニア濃度が上昇する場合であっても、SCRの劣化診断を効果的に行うことができる診断装置を提供することを目的とする。 An object of the technology of the present disclosure is to provide a diagnostic device that can effectively diagnose SCR degradation even when the ammonia concentration downstream of the SCR increases.
本開示の技術は、エンジンの排気通路内に設けられており、前記排気通路内の排気に含まれるNOxを還元浄化反応により還元浄化する還元触媒と、前記還元触媒の上流側に設けられており、前記NOxを検出する上流NOxセンサと、前記還元触媒の下流側に設けられており、前記NOxを検出するとともに前記排気に含まれるアンモニアをNOxとして検出する下流NOxセンサと、前記還元触媒の下流側に設けられており、アンモニア濃度を検出するアンモニアセンサと、前記上流NOxセンサにより検出された上流NOx検出値及び前記下流NOxセンサにより検出された下流NOx検出値に基づいて、前記還元触媒のNOx浄化率を算出する浄化率算出部と、前記浄化率算出部により算出された前記NOx浄化率に基づいて前記還元触媒を診断する診断部と、前記アンモニアセンサにより検出されたアンモニア検出値が所定の閾値より大きい場合に、前記還元触媒の診断を停止する診断停止部と、前記上流NOx検出値に応じて前記閾値を変更する閾値変更部と、を備えることを特徴とする。 The technology of the present disclosure is provided in the exhaust passage of the engine, and is provided on the upstream side of the reduction catalyst for reducing and purifying NOx contained in the exhaust gas in the exhaust passage by a reduction purification reaction, and on the upstream side of the reduction catalyst. An upstream NOx sensor that detects the NOx; a downstream NOx sensor that detects the NOx and detects ammonia contained in the exhaust gas as NOx; and a downstream of the reduction catalyst. NOx of the reduction catalyst based on an ammonia sensor for detecting the ammonia concentration, an upstream NOx detection value detected by the upstream NOx sensor, and a downstream NOx detection value detected by the downstream NOx sensor A purification rate calculation unit for calculating a purification rate, and the return based on the NOx purification rate calculated by the purification rate calculation unit A diagnosis unit that diagnoses the catalyst, a diagnosis stop unit that stops diagnosis of the reduction catalyst when the ammonia detection value detected by the ammonia sensor is greater than a predetermined threshold value, and the threshold value according to the upstream NOx detection value And a threshold value changing unit for changing.
また、前記閾値変更部は、前記上流NOx検出値が高くなった場合に、前記上流NOx検出値に応じて前記閾値を高くする。 Further, the threshold value changing unit increases the threshold value according to the upstream NOx detection value when the upstream NOx detection value becomes high.
本開示の技術によれば、SCR下流のアンモニア濃度が上昇する場合であっても、SCRの劣化診断を効果的に行うことができる。 According to the technique of the present disclosure, even when the ammonia concentration downstream of the SCR increases, SCR deterioration diagnosis can be effectively performed.
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係る診断装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, based on an accompanying drawing, a diagnostic device concerning an embodiment of the present invention is explained. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1は、本実施形態に係る診断装置を備えたディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10の排気システム1を示す概略構成図である。エンジン10の排気マニホールド11には、エンジン10から排出される排気を大気に導出する排気管12が接続されている。排気管12には、排気上流側から順に、酸化触媒13、パティキュレイト・フィルタ(以下、単にフィルタという)14、上流NOxセンサ15、尿素水添加ノズル16、選択的還元触媒(以下、SCRという)17、アンモニアセンサ18及び下流NOxセンサ19が設けられている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an
また、排気システム1には、電子制御ユニット(以下、ECU)30が設けられている。ECU30は、排気システム1の各種制御を行うものであり、公知のCPU、ROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えている。ECU30は、上流NOxセンサ15、尿素水添加ノズル16、アンモニアセンサ18、下流NOxセンサ19及び報知部20と電気的に接続されている。
The
酸化触媒13は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されており、図示しない排気インジェクタ又は筒内インジェクタのポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。フィルタ14は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されており、排気中の粒子状物質を隔壁の細孔や表面に捕集する。
The
上流NOxセンサ15及び下流NOxセンサ19は、排気中のNOx濃度を検出するとともにアンモニア濃度もNOx濃度として検出するセンサである。上流NOxセンサ15は、SCR17の上流における排気中のNOx濃度及びアンモニア濃度を上流NOx濃度として検出し、検出値をECU30に入力する。下流NOxセンサ19は、SCR17の下流における排気中のNOx濃度及びアンモニア濃度を下流NOx濃度として検出し、検出値をECU30に入力する。
The
尿素水添加ノズル16は、尿素水タンク21から尿素水ポンプ22により汲み上げられた尿素水をSCR17よりも上流側の排気管12内に添加する。尿素水添加ノズル16から排気管12内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解及び熱分解されてアンモニアが生成され、下流側のSCR17に還元剤として供給される。
The urea
SCR17は、例えば、多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。SCR17は、還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアにより通過する排気中からNOxを選択的に還元浄化する。
The
アンモニアセンサ18は、SCR17の下流における排気中のアンモニア濃度を検出し、検出値をECU30に入力する。報知部20は、排気システム1に異常があることを車両の使用者に報知する。報知部20は、例えば、車両の使用者が視認できるように、車両の運転席のパネル等(図示せず)に設けられており、警告表示を行う。
The
図2は、本実施形態に係る診断装置100を示す概略構成図である。診断装置100は、上流NOxセンサ15、アンモニアセンサ18、下流NOxセンサ19、報知部20及びECU30を備えている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating the
ECU30は、NOx浄化率算出部31と、診断部32と、診断停止部33と、閾値変更部34とを一部の機能要素として備えている。これらの各機能要素は、一体のハードウエアであるECU30に含まれるものとして説明するが、これらの何れか一部を別体のハードウエアに設けることもでき、ROM(記録媒体)から読み出されてCPUで実行されるプログラムとを主体としたソフトウエアでも実現することができる。
The ECU 30 includes a NOx purification
NOx浄化率算出部31は、上流NOxセンサ15により入力される上流NOx濃度検出値SNOx1及び下流NOxセンサ19により入力される下流NOx濃度検出値SNOx2に基づいて、排気管12内を流れる排気中におけるSCR17のNOx浄化率Cを算出し、当該NOx浄化率Cの値を診断部32に出力する。具体的に、NOx浄化率算出部31は、例えば、上流NOx濃度検出値SNOx1から下流NOx濃度検出値SNOx2を減算し、当該値を上流NOx濃度検出値SNOx1によって除算することにより、前記NOx浄化率Cを算出する。
NOx purification
診断部32は、NOx浄化率算出部31により入力されるNOx浄化率Cの値に基づいて、SCR17が劣化しているか否かを診断する。具体的に、診断部32は、例えば、NOx浄化率Cが所定のNOx浄化率(例えば、50%)より大きい場合に、SCR17が劣化していないと診断する。一方、診断部32は、NOx浄化率Cが所定のNOx浄化率以下の場合に、SCR17が劣化していると診断し、その旨を報知部20に通知する。これにより、SCR17が劣化している状態にあることが報知部20によって車両の使用者に報知される。
The
また、診断部32は、診断停止部33からSCR17の診断を停止する旨の通知が入力されると、当該通知が入力されている間、SCR17の診断を停止する。
Further, when a notification to stop the diagnosis of the
診断停止部33は、アンモニアセンサ18により入力されるアンモニア濃度検出値SNH3が、閾値変更部34により入力される閾値Tより大きいか否かを判定し、当該閾値Tより大きい場合に、例えば、当該閾値T以下となるまでの間、SCR17の診断を停止する旨を診断部32に通知する。閾値Tは、診断部32がSCR17の診断を停止するためのアンモニア濃度値である。アンモニア濃度検出値SNH3が閾値Tより大きい場合にSCR17の診断を停止するのは、SCR17の下流のアンモニア濃度が上昇することにより下流NOx濃度検出値SNOx2も上昇してNOx浄化率Cが低下するため、診断部32が、SCR17が劣化していると誤診断するおそれがあるからである。
The
閾値変更部34は、上流NOxセンサ15により入力される上流NOx濃度検出値SNOx1に応じて閾値Tを変更し、当該閾値Tの値を診断停止部33に出力する。ここで、閾値変更部34は、例えば、表1のような上流NOx濃度値とアンモニア閾値との対応関係を示すマップを図示しない格納部に有している。マップは予め実験等により算出することができる。
The
そして、閾値変更部34は、上記マップを参照して、上流NOx濃度検出値SNOx1に応じたアンモニア閾値に閾値Tを変更する。ここで、上記マップに示す各アンモニア閾値の間のアンモニア閾値については、上記マップに示す上流NOx濃度値及びアンモニア閾値に基づいて線形補間することによって算出することができる。例えば、上流NOx濃度値が75ppmの場合には、アンモニア閾値は15ppmと算出され、上流NOx濃度値が150ppmの場合には、閾値は25ppmと算出される。
Then, the threshold
具体的に、閾値変更部34は、上流NOx濃度検出値SNOx1が高くなった場合に、閾値Tを高くする。例えば、上流NOx濃度検出値SNOx1が100ppmの場合には、閾値Tは20ppmである。このとき、閾値変更部34は、その後、上流NOx濃度検出値SNOx1が100ppmから150ppmに増加した場合には、上流NOx濃度値150ppmに対応するアンモニア閾値25ppmを算出し、閾値Tを20ppmから25ppmに増加させる。また、診断部32は、上流NOx濃度検出値SNOx1が低くなった場合に、閾値Tを低くする。例えば、閾値変更部34は、上流NOx濃度検出値SNOx1が100ppmから75ppmに減少した場合には、上流NOx濃度値75ppmに対応するアンモニア閾値15ppmを算出し、閾値Tを20ppmから15ppmに減少させる。
Specifically, the threshold
図3は、本実施形態に係る診断処理を説明するフローチャート図である。本実施形態に係る診断処理は、例えば、車両の電源ON(イグニッションスイッチのキースイッチON)となった場合に開始される。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the diagnosis process according to the present embodiment. The diagnosis processing according to the present embodiment is started, for example, when the vehicle power is turned on (ignition switch key switch ON).
まず、NOx浄化率算出部31は、SCR17のNOx浄化率Cを算出する(ステップS11)。続いて、閾値変更部34は、上流NOx濃度検出値SNOx1に応じたアンモニア閾値に閾値Tを変更する(ステップS12)。
First, the NOx purification
続いて、診断停止部33は、アンモニア濃度検出値SNH3が閾値Tより大きいか否かを判定する(ステップS13)。そして、閾値Tより大きい場合(ステップS13:YES)には、診断部32は、閾値T以下となるまでの間、SCR17の診断を停止し(ステップS14)、その後、閾値T以下となると、処理はステップS11に戻る。一方、所定の閾値T以下の場合(ステップS13:NO)には、診断部32は、SCR17が劣化しているか否かを判定する(ステップS15)。
Subsequently, the
そして、SCR17が劣化していない場合(ステップS15:NO)には、処理はステップS11に戻り、SCR17が劣化している場合(ステップS15:YES)には、診断部32は、SCR17が劣化している旨を報知部20に通知し、SCR17が劣化していることが報知部20によって車両の使用者に報知され(ステップS16)、その後、本実施形態に係る診断処理を終了する。
If the
以上詳述したように、本実施形態の診断装置100によれば、下流NOxセンサ19が、SCR17の下流における排気中のNOx濃度及びアンモニア濃度を下流NOx濃度として検出し、診断部32が、NOx浄化率Cに基づいてSCR17を診断するとともに、アンモニア濃度検出値SNH3が閾値Tより大きい場合にSCR17の診断を停止し、閾値変更部34が、上流NOx濃度検出値SNOx1に応じて閾値Tを変更する。これにより、SCR17の下流のアンモニア濃度が上昇する場合には下流NOx濃度検出値SNOx2が上昇しNOx浄化率Cが低下するが、上流NOx濃度検出値SNOx1が高い場合にはNOx浄化率Cへの影響が少ないため、SCR17の診断を停止せずに続行することができる。したがって、SCR17の下流のアンモニア濃度が上昇する場合であっても、SCR17の劣化診断を効果的に行うことができる。
As described above in detail, according to the
例えば、上流NOx濃度検出値SNOx1が100ppmのときにアンモニア濃度検出値SNH3が100ppmの場合には、アンモニア濃度検出値SNH3のNOx浄化率Cへの影響が大きいため、診断部32は、SCR17の診断を停止する。一方、上流NOx濃度検出値SNOx1が1000ppmのときにアンモニア濃度検出値SNH3が100ppmの場合には、アンモニア濃度検出値SNH3のNOx浄化率Cへの影響が小さいため、診断部32は、SCR17の診断を停止せずに続行する。 For example, since when the ammonia concentration detection value S NH3 when the upstream NOx concentration detection value S NOx1 of 100ppm is 100ppm has a large influence on the NOx purification rate C of the ammonia concentration detected value S NH3, diagnosis unit 32, The diagnosis of SCR17 is stopped. Meanwhile, since the upstream NOx concentration detection value S NOx1 is when the ammonia concentration detection value S NH3 at 1000ppm is 100ppm, the less influence on the NOx purification rate C of the ammonia concentration detected value S NH3, diagnosis unit 32, Continue without stopping the diagnosis of SCR17.
また、閾値変更部34は、上流NOx濃度検出値SNOx1が高くなった場合に、上流NOx濃度検出値SNOx1に応じて閾値Tを高くする。これにより、例えば、上流NOx濃度値と閾値との対応関係を示すマップに基づいて、閾値Tの変更を簡易に行うことができるため、SCR17の劣化診断を一段と効果的に行うことができる。
The
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can change suitably and can implement.
例えば、本実施形態では、排気上流側から順に、酸化触媒13、フィルタ14、上流NOxセンサ15、尿素水添加ノズル16、SCR17、アンモニアセンサ18及び下流NOxセンサ19を設けたが、これに限らず、例えば、上流NOxセンサ15が酸化触媒13の上流にあってもよく、下流NOxセンサ19がアンモニアセンサ18の上流にあってもよく、この他種々の順序で構成することができる。
For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態では、診断装置100は、上流NOxセンサ15、アンモニアセンサ18、下流NOxセンサ19、報知部20及びECU30を備えたが、この他の排気システム1の種々の構成を備えてもよい。
In this embodiment, the
さらに、本実施形態では、診断停止部33が、アンモニア濃度検出値SNH3が閾値Tより大きい場合にSCR17の診断を停止する旨を診断部32に通知したが、閾値Tより大きい場合にSCR17の診断を停止すればよい。
Further, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、上流NOxセンサ15が排気中のNOx濃度を検出するとともにアンモニア濃度もNOx濃度として検出するセンサを用いたが、これに限らず、例えば、上流NOxセンサ15はNOx濃度を検出すればよい。
Further, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、SCR17を用いたが、これに限らず、例えば、他のNOx触媒であってもよく、アンモニアスリップ触媒を有していてもよい。 Furthermore, although SCR17 was used in this embodiment, it is not restricted to this, For example, another NOx catalyst may be sufficient and it may have an ammonia slip catalyst.
さらに、本実施形態では、エンジン10はディーゼルエンジンを用いたが、ガソリンエンジン等の他の内燃機関にも広く適用することができる。
Furthermore, in this embodiment, although the
さらに、本実施形態では、報知部20が警告表示を行ったが、例えば、文字表示、記号表示又はランプの点灯であってもよく、音声等により報知してもよい。
Furthermore, in this embodiment, although the alerting | reporting
さらに、本実施形態では、上記マップに示す各アンモニア閾値の間のアンモニア閾値については、上記マップに示す上流NOx濃度値及びアンモニア閾値に基づいて線形補間することによって算出したが、例えば、上記マップに示す各アンモニア閾値の間のアンモニア閾値については、一定のアンモニア閾値としてステップ状にアンモニア閾値を変更するようにしてもよく、上流NOx濃度値に応じてアンモニア閾値を変更すればよい。 Further, in the present embodiment, the ammonia threshold value between the ammonia threshold values shown in the map is calculated by linear interpolation based on the upstream NOx concentration value and the ammonia threshold value shown in the map. Regarding the ammonia threshold value between the ammonia threshold values shown, the ammonia threshold value may be changed stepwise as a constant ammonia threshold value, and the ammonia threshold value may be changed according to the upstream NOx concentration value.
1 排気システム
10 エンジン
12 排気管
15 上流NOxセンサ
17 SCR
18 アンモニアセンサ
19 下流NOxセンサ
30 ECU
31 NOx浄化率算出部
32 診断部
33 診断停止部
34 閾値変更部
100 診断装置
1
18
31 NOx purification
Claims (2)
前記還元触媒の上流側に設けられており、前記NOxを検出する上流NOxセンサと、
前記還元触媒の下流側に設けられており、前記NOxを検出するとともに前記排気に含まれるアンモニアをNOxとして検出する下流NOxセンサと、
前記還元触媒の下流側に設けられており、アンモニア濃度を検出するアンモニアセンサと、
前記上流NOxセンサにより検出された上流NOx検出値及び前記下流NOxセンサにより検出された下流NOx検出値に基づいて、前記還元触媒のNOx浄化率を算出する浄化率算出部と、
前記浄化率算出部により算出された前記NOx浄化率に基づいて前記還元触媒を診断する診断部と、
前記アンモニアセンサにより検出されたアンモニア検出値が所定の閾値より大きい場合に、前記還元触媒の診断を停止する診断停止部と、
前記上流NOx検出値に応じて前記閾値を変更する閾値変更部と、
を備えることを特徴とする診断装置。 A reduction catalyst that is provided in the exhaust passage of the engine and that reduces and purifies NOx contained in the exhaust in the exhaust passage by a reduction and purification reaction;
An upstream NOx sensor that is provided upstream of the reduction catalyst and detects the NOx;
A downstream NOx sensor that is provided downstream of the reduction catalyst, detects the NOx, and detects ammonia contained in the exhaust gas as NOx;
An ammonia sensor that is provided downstream of the reduction catalyst and detects the ammonia concentration;
A purification rate calculation unit that calculates a NOx purification rate of the reduction catalyst based on an upstream NOx detection value detected by the upstream NOx sensor and a downstream NOx detection value detected by the downstream NOx sensor;
A diagnostic unit that diagnoses the reduction catalyst based on the NOx purification rate calculated by the purification rate calculation unit;
A diagnosis stop unit for stopping the diagnosis of the reduction catalyst when the ammonia detection value detected by the ammonia sensor is larger than a predetermined threshold;
A threshold value changing unit for changing the threshold value according to the upstream NOx detection value;
A diagnostic apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の診断装置。 The diagnostic device according to claim 1, wherein the threshold value changing unit increases the threshold value according to the upstream NOx detection value when the upstream NOx detection value becomes high.
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Cited By (1)
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JP2020169609A (en) * | 2019-04-04 | 2020-10-15 | マツダ株式会社 | Diagnostic device for exhaust emission control device |
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