JP2019167936A - Exhaust gas state estimation method for engine, catalyst abnormality determination method for engine, and catalyst abnormality determination device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排気ガス状態推定方法及び触媒異常判定方法、並びに、エンジンの触媒異常判定装置に関する技術分野に属する。 The present invention belongs to a technical field related to an engine exhaust gas state estimation method, a catalyst abnormality determination method, and an engine catalyst abnormality determination device.
従来より、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、選択還元型NOx触媒に、還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを備えるエンジンが知られている。 Conventionally, a selective reduction type NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine and reduces NOx by a supplied reducing agent, and a reduction capable of supplying ammonia or a precursor of ammonia as a reducing agent to the selective reduction type NOx catalyst. An engine provided with an agent supply means is known.
例えば、特許文献1には、内燃機関(エンジン)の排気通路に設けられ、アンモニアを還元剤とする選択還元型NOx触媒と、選択還元型NOx触媒に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路に配設され、排気中のアンモニアもNOxとして検出するNOxセンサとを備え、NOxセンサの検出値に基づいて、選択還元型NOx触媒の劣化判定を行うものにおいて、選択還元型NOx触媒から流出するアンモニアの量を推定し、アンモニアの流出量が多い場合には、劣化判定においてNOxセンサの検出値の利用を制限するか、又は、劣化判定自体を禁止することが開示されている。
For example,
また、特許文献1には、選択還元型NOx触媒の温度が上昇すると、選択還元型NOx触媒へのアンモニアの吸着量が増大して、アンモニアの吸着量が過剰になると、アンモニアが該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路に排出されやすくなることが開示されている。
In
ところが、本願発明者らの検討によれば、選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量(以下、アンモニアのスリップ量ということがある)は、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まることが判明した。すなわち、アンモニアの吸着反応速度が脱離反応速度によりも大きいときには、見かけ上、アンモニアの吸着反応が支配的になって、アンモニアのスリップ量が少なくなる一方で、アンモニアの脱離反応速度が吸着反応速度よりも大きいときには、見かけ上、アンモニアの脱離反応が支配的になって、アンモニアのスリップ量が多くなる。このことから、アンモニアのスリップ量は、アンモニアの吸着反応速度及び脱離反応速度の少なくとも一方に影響するパラメータを考慮する必要がある。 However, according to the study by the present inventors, the amount of ammonia discharged into the passage downstream of the selective reduction type NOx catalyst (hereinafter sometimes referred to as ammonia slip amount) is the ammonia in the selective reduction type NOx catalyst. It was found to be determined by the balance between the adsorption reaction rate and the desorption reaction rate. That is, when the ammonia adsorption reaction rate is larger than the desorption reaction rate, the ammonia adsorption reaction apparently becomes dominant, and the ammonia slip amount decreases, while the ammonia desorption reaction rate decreases. When it is larger than the speed, the ammonia elimination reaction apparently becomes dominant, and the ammonia slip amount increases. For this reason, the ammonia slip amount needs to take into account a parameter that affects at least one of the adsorption reaction rate and the desorption reaction rate of ammonia.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、選択還元型NOx触媒を有するエンジンにおいて、排気通路における該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量の推定精度を向上させることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an engine having a selective reduction type NOx catalyst to a passage downstream of the selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage. The purpose is to improve the estimation accuracy of ammonia emission.
上記の目的を達成するために、本発明の一側面では、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、該選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの排気ガス状態推定方法を対象として、上記選択還元型NOx触媒の劣化度を推定する劣化度推定工程と、上記劣化度推定工程で推定した上記選択還元型NOx触媒の劣化度に基づいて、上記排気通路における該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定工程と、を備え、上記スリップ量推定工程において、上記劣化度が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定する、ようにした。 In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention, a selective reduction type NOx catalyst provided in an exhaust passage of an engine for reducing NOx by a supplied reducing agent, the selective reduction type NOx catalyst, Deterioration degree estimation step for estimating the deterioration degree of the selective reduction type NOx catalyst for an exhaust gas state estimation method for an engine having a reducing agent supply means capable of supplying ammonia or a precursor of ammonia as a reducing agent; Based on the degree of deterioration of the selective reduction NOx catalyst estimated in the deterioration degree estimation step, the ammonia slip amount, which is the amount of ammonia discharged into the passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage. A slip amount estimating step for estimating the slip amount, and in the slip amount estimating step, when the deterioration degree is large, compared to when the deterioration degree is small. Many estimates the slip amount and manner.
すなわち、選択還元型NOx触媒のアンモニアの被覆率が、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着反応速度に影響するパラメータであり、該被覆率が大きくなれば、該吸着反応速度が低下して、アンモニアのスリップ量が多くなる。上記被覆率は、選択還元型NOx触媒の現在のアンモニア吸着量を当該選択還元型NOx触媒のアンモニアの吸着限界で割った値である。選択還元型NOx触媒が吸着限界でアンモニアを吸着していれば、それ以上のアンモニアを吸着することができなくなり、選択還元型NOx触媒に導入されたアンモニアは全てスリップすることになる。 That is, the ammonia coverage of the selective reduction type NOx catalyst is a parameter that affects the adsorption reaction rate of ammonia in the selective reduction type NOx catalyst. As the coverage increases, the adsorption reaction rate decreases and ammonia The amount of slip increases. The coverage is a value obtained by dividing the current ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst by the ammonia adsorption limit of the selective reduction type NOx catalyst. If the selective reduction type NOx catalyst adsorbs ammonia at the adsorption limit, no more ammonia can be adsorbed, and all of the ammonia introduced into the selective reduction type NOx catalyst slips.
ここで、選択還元型NOx触媒は、選択還元型NOx触媒に付与される熱負荷や、酸点のHC被毒等によって劣化して、該劣化により、選択還元型NOx触媒のアンモニアの吸着限界が低下する。このため、選択還元型NOx触媒の劣化度が大きくなれば、同一のアンモニア吸着量であっても、上記被覆率が大きくなり、アンモニアのスリップ量が多くなる。 Here, the selective reduction type NOx catalyst deteriorates due to the heat load applied to the selective reduction type NOx catalyst, HC poisoning at the acid point, etc., and the deterioration causes the ammonia adsorption limit of the selective reduction type NOx catalyst. descend. For this reason, if the degree of deterioration of the selective reduction type NOx catalyst is increased, the above-described coverage is increased even if the ammonia adsorption amount is the same, and the slip amount of ammonia is increased.
したがって、スリップ量推定工程において、上記劣化度が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定することで、アンモニアのスリップ量を精度良く推定することができるようになる。 Therefore, in the slip amount estimation step, when the degree of deterioration is large, the slip amount of ammonia can be accurately estimated by estimating the slip amount more than when the degree of deterioration is small. .
上記エンジンの排気ガス状態推定方法の一実施形態では、上記劣化度推定工程は、上記選択還元型NOx触媒に付与される熱負荷、及び、該選択還元型NOx触媒のHC被毒量の少なくとも一方を、上記劣化度として推定する工程である。 In one embodiment of the engine exhaust gas state estimation method, the deterioration degree estimation step includes at least one of a thermal load applied to the selective reduction type NOx catalyst and an HC poisoning amount of the selective reduction type NOx catalyst. Is the step of estimating the degree of deterioration.
このことにより、選択還元型NOx触媒のアンモニアの吸着限界、つまり選択還元型NOx触媒の被覆率に影響する劣化度を正確に推定することができ、延いては、アンモニアのスリップ量を精度良く推定することができる。 This makes it possible to accurately estimate the ammonia adsorption limit of the selective reduction type NOx catalyst, that is, the degree of deterioration that affects the coverage of the selective reduction type NOx catalyst, and to estimate the slip amount of ammonia accurately. can do.
上記エンジンの排気ガス状態推定方法の他の実施形態では、上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程と、上記選択還元型NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出工程と、を更に備え、上記スリップ量推定工程は、上記劣化度推定工程で推定した上記選択還元型NOx触媒の劣化度に加えて、上記アンモニア吸着量推定工程で推定された推定アンモニア吸着量、及び、上記触媒温度検出工程で検出された検出触媒温度に基づいて、上記スリップ量を推定する工程である。 In another embodiment of the engine exhaust gas state estimation method, an ammonia adsorption amount estimation step of estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction NOx catalyst, and a catalyst temperature detection step of detecting the temperature of the selective reduction NOx catalyst In addition to the degree of deterioration of the selective reduction type NOx catalyst estimated in the deterioration degree estimation step, the slip amount estimation step includes an estimated ammonia adsorption amount estimated in the ammonia adsorption amount estimation step, and The slip amount is estimated based on the detected catalyst temperature detected in the catalyst temperature detecting step.
すなわち、選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量の変化によっても、上記被覆率が変化するので、選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量も、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着反応速度に影響するパラメータである。また、選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量は、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの脱離反応速度に影響するパラメータでもある。選択還元型NOx触媒の温度は、脱離反応速度に影響するパラメータである。したがって、推定アンモニア吸着量と検出触媒温度と劣化度とに基づいてアンモニアのスリップ量を推定することで、アンモニアのスリップ量をより一層精度良く推定することができるようになる。 That is, since the coverage also changes depending on the change in the ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst, the ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst also affects the ammonia adsorption reaction rate in the selective reduction type NOx catalyst. It is. The ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst is also a parameter that affects the desorption reaction rate of ammonia in the selective reduction type NOx catalyst. The temperature of the selective reduction type NOx catalyst is a parameter that affects the desorption reaction rate. Therefore, by estimating the ammonia slip amount based on the estimated ammonia adsorption amount, the detected catalyst temperature, and the degree of deterioration, the ammonia slip amount can be estimated more accurately.
上記他の実施形態においては、上記スリップ量推定工程において、上記劣化度が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定するとともに、同一の上記劣化度及び同一の上記検出触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、上記スリップ量を多く推定する一方、同一の上記劣化度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、上記検出触媒温度が高いときには、該検出触媒温度が低いときに比べて、上記スリップ量を多く推定する、ことが好ましい。 In the other embodiment, in the slip amount estimating step, when the degree of deterioration is large, the slip amount is estimated to be larger than when the degree of deterioration is small. When the estimated ammonia adsorption amount is large when compared with the detected catalyst temperature, the slip amount is estimated to be larger than when the estimated ammonia adsorption amount is small, while the same degradation degree and the same estimated ammonia are estimated. When the detected catalyst temperature is high when compared with the amount of adsorption, it is preferable to estimate the slip amount more than when the detected catalyst temperature is low.
このことにより、アンモニアのスリップ量をより一層精度良く推定することができるようになる。 This makes it possible to estimate the ammonia slip amount with higher accuracy.
このように上記スリップ量を推定する場合において、上記スリップ量推定工程は、上記推定アンモニア吸着量及び上記検出触媒温度に基づいて推定した仮のスリップ量に対して、上記劣化度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する工程である、ことが好ましい。 Thus, when estimating the slip amount, the slip amount estimation step corrects the temporary slip amount estimated based on the estimated ammonia adsorption amount and the detected catalyst temperature based on the degree of deterioration. It is preferable that the slip amount is estimated.
このことにより、推定アンモニア吸着量及び検出触媒温度に基づくスリップ量の検討と、劣化度に基づくスリップ量の検討とを別々に行って、開発工数を削減することができる。また、アンモニアのスリップ量の推定精度は確保することができる。 As a result, the number of man-hours for development can be reduced by separately examining the slip amount based on the estimated ammonia adsorption amount and the detected catalyst temperature and examining the slip amount based on the degree of deterioration. Moreover, the estimation accuracy of the slip amount of ammonia can be ensured.
上記他の実施形態において、上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも上流側に配設され、排気ガス中のNOxを吸蔵しかつ吸蔵したNOxを還元可能な吸蔵還元型NOx触媒と、上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元すべく、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にするNOx触媒再生制御手段と、を更に有し、上記NOx触媒再生制御手段により上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元したときに、上記吸蔵還元型NOx触媒から排気ガス中に排出されたアンモニア量を推定する還元時アンモニア発生量推定工程を更に備え、上記アンモニア吸着量推定工程は、上記還元剤供給手段で供給されたアンモニアの量又はアンモニアの前駆体の量と、上記還元時アンモニア発生量推定工程で推定されたアンモニア量とに基づいて、上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定する工程である、ことが好ましい。 In the other embodiment, the engine is disposed upstream of the selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage and stores NOx in the exhaust gas and can store the stored NOx and reduce the stored NOx. A catalyst and NOx catalyst regeneration control means for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to be close to or richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to reduce NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst. When reducing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst by the NOx catalyst regeneration control means, the amount of ammonia generated during reduction is estimated to estimate the amount of ammonia discharged from the NOx storage reduction catalyst into the exhaust gas. An ammonia estimation amount estimation step, wherein the ammonia adsorption amount estimation step comprises the amount of ammonia supplied by the reducing agent supply means or the amount of precursor of ammonia; Based on the amount of ammonia is estimated by the reduction during the ammonia generation amount estimation step is a step of estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst, it is preferable.
すなわち、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にすることで、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元する反応には、NOxと排気ガス中のHCとの反応が含まれる。このため、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元する過程では、HCの水素とNOxの窒素とが反応してアンモニアが発生する。選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量の推定精度を高くするには、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元したことにより発生したアンモニア量も考慮することが好ましい。よって、上記のような構成とすることにより、アンモニア吸着量推定工程における、選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量の推定精度を向上させることができ、延いては、アンモニアのスリップ量の推定精度をより一層向上させることができる。 That is, by making the air-fuel ratio of the exhaust gas close to the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst is reduced by the reaction between NOx and the exhaust gas. Reaction with HC is included. For this reason, in the process of reducing the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst, the hydrogen of HC reacts with the nitrogen of NOx to generate ammonia. In order to increase the estimation accuracy of the ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst, it is preferable to consider the amount of ammonia generated by reducing the NOx stored in the storage reduction type NOx catalyst. Therefore, with the configuration as described above, the estimation accuracy of the ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst in the ammonia adsorption amount estimation step can be improved. This can be further improved.
本発明の別の側面では、上記エンジンの排気ガス状態推定方法を用いた、エンジンの触媒異常判定方法を対象として、上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられかつ排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサを更に有し、上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定工程を備え、上記異常判定工程は、上記スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限する異常判定制限工程を含むものとする。 In another aspect of the present invention, the engine is provided on the downstream side of the selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage for an engine catalyst abnormality determination method using the exhaust gas state estimation method of the engine. And a NOx sensor whose output value changes according to the NOx amount and the ammonia amount in the exhaust gas, and based on the output value of the NOx sensor, whether or not there is an abnormality in the selective reduction type NOx catalyst. An abnormality determination step for determining the abnormality determination, and the abnormality determination step includes an abnormality determination limiting step for limiting the abnormality determination when the ammonia slip amount estimated in the slip amount estimation step is greater than or equal to a predetermined slip amount. Shall be included.
この構成によると、NOxセンサは、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するため、排気ガス中のアンモニア量が多いときには、NOx量が少ない場合であっても、排気ガス中のNOx量が多いとみなしてしまう。このため、NOxセンサの出力値に基づいて、選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする場合、排気ガス中のNOx量が少ない場合であっても、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定をしてしまうおそれがある。そこで、スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限することによって、排気ガス中のNOx量が少ない場合において、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定してしまうのを抑制することができる。 According to this configuration, since the output value of the NOx sensor changes according to the NOx amount and the ammonia amount in the exhaust gas, when the ammonia amount in the exhaust gas is large, even if the NOx amount is small, the exhaust gas It is considered that the amount of NOx inside is large. For this reason, when it is determined whether there is an abnormality in the selective reduction type NOx catalyst based on the output value of the NOx sensor, even if the NOx amount in the exhaust gas is small, the selective reduction type NOx catalyst. If there is an abnormality, there is a risk of erroneous determination. Therefore, when the ammonia slip amount estimated in the slip amount estimation step is equal to or greater than the predetermined slip amount, the abnormality determination is restricted, so that when the NOx amount in the exhaust gas is small, the selective reduction type NOx catalyst is abnormal. It is possible to suppress erroneous determination that there is.
本発明の更に別の側面では、エンジンの排気通路に設けられ、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、上記選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの触媒異常判定装置を対象として、上記選択還元型NOx触媒の劣化度を推定する劣化度推定手段と、上記劣化度推定手段により推定された上記選択還元型NOx触媒の劣化度に基づいて、上記排気通路における該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定手段と、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサと、上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定手段と、上記スリップ量推定手段で推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定手段の上記異常判定を制限する異常判定制限手段とを備え、上記スリップ量推定手段は、上記劣化度が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定するように構成されているものとする。 In still another aspect of the present invention, a selective reduction type NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine and reduces NOx by a supplied reducing agent, and ammonia or ammonia as the reducing agent in the selective reduction type NOx catalyst. The deterioration degree estimating means for estimating the deterioration degree of the selective reduction type NOx catalyst and the deterioration degree estimating means for a catalyst abnormality determination device for an engine having a reducing agent supply means capable of supplying a precursor of In addition, based on the degree of deterioration of the selective reduction type NOx catalyst, a slip amount estimation means for estimating an ammonia slip amount, which is the amount of ammonia discharged into the passage downstream of the selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage. And provided downstream of the selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage, according to the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas. Estimated by a NOx sensor whose force value changes, an abnormality determining means for determining whether or not the selective reduction type NOx catalyst is abnormal based on the output value of the NOx sensor, and the slip amount estimating means An abnormality determination limiting unit that limits the abnormality determination of the abnormality determination unit when the ammonia slip amount is greater than or equal to a predetermined slip amount, and the slip amount estimation unit It is assumed that the slip amount is estimated to be larger than when the degree of deterioration is small.
この構成においても、NOxセンサは、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するため、異常判定手段は、排気ガス中のNOx量が少ない場合であっても、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定をしてしまうおそれがある。そこで、スリップ量推定手段において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限することによって、排気ガス中のNOx量が少ない場合において、選択還元型NOx触媒に異常があると誤判定してしまうのを抑制することができる。また、スリップ量推定手段においてはアンモニアのスリップ量を精度良く推定することができる。 Also in this configuration, since the output value of the NOx sensor changes in accordance with the NOx amount and the ammonia amount in the exhaust gas, the abnormality determination means is the selective reduction type even when the NOx amount in the exhaust gas is small. If the NOx catalyst is abnormal, there is a risk of erroneous determination. Therefore, when the slip amount of ammonia estimated by the slip amount estimation means is greater than or equal to the predetermined slip amount, the selective determination type NOx catalyst is abnormal when the NOx amount in the exhaust gas is small by limiting the abnormality determination. It is possible to suppress erroneous determination that there is. Further, the slip amount estimating means can accurately estimate the ammonia slip amount.
以上説明したように、本発明によると、選択還元型NOx触媒におけるアンモニアの吸着反応速度に影響するパラメータである、選択還元型NOx触媒の劣化度に基づいて、アンモニアのスリップ量を推定するようにしたことにより、アンモニアのスリップ量を精度良く推定することができるようになる。 As described above, according to the present invention, the slip amount of ammonia is estimated based on the degree of deterioration of the selective reduction NOx catalyst, which is a parameter affecting the adsorption reaction rate of ammonia in the selective reduction NOx catalyst. As a result, the ammonia slip amount can be accurately estimated.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの異常判定装置が適用されたエンジンシステム200を示す。エンジンシステム200は、ディーゼルエンジンとしてのエンジンEと、エンジンEに吸気を供給する吸気系INと、エンジンEに燃料を供給するための燃料供給系FSと、エンジンEの排気ガスを排出するEXと、エンジンシステム200に関する各種の状態を検出するセンサ100〜119とを有する。また、エンジンシステム200には、該エンジンシステム200の制御を行うPCM(Power−train Control Module)60(図2参照)と、後述する尿素インジェクタ51の制御を行うDCU(Dosing Control Unit)70とが設けられている。このエンジンシステム200は車両に設けられるエンジンシステムであり、エンジンEは該車両の駆動源として用いられる。
FIG. 1 shows an
吸気系INは、吸気が通過する吸気通路1を有する。この吸気通路1には、上流側から順に、エアクリーナ3と、第1ターボ過給機5のコンプレッサと、第2ターボ過給機6のコンプレッサと、インタークーラ8と、スロットルバルブ7と、サージタンク12とが設けられている。また、吸気通路1には、第2ターボ過給機6のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路1aと、吸気バイパス通路1aを開閉する吸気バイパスバルブ6aとが設けられている。
The intake system IN has an
吸気通路1におけるエアクリーナ3の直下流側の通路には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ101及び吸気温度を検出する第1吸気温度センサ102が設けられている。吸気通路1における第1ターボ過給機5と第2ターボ過給機6との間の通路には、吸気の圧力を検出する第1吸気圧センサ103が設けられている。吸気通路1におけるインタークーラ8の直下流側の通路には、インタークーラ8を通過した吸気の温度を検出する第2吸気温度センサ106が設けられている。スロットルバルブ7には、該スロットルバルブ7の開度を検出するポジションセンサ105が設けられている。サージタンク12には、吸気マニホールドにおける吸気の圧力を検出する第2吸気圧センサ108が設けられている。
An
エンジンEは、吸気通路1の吸気マニホールドから供給された吸気を燃焼室17内に導入するための吸気バルブ15と、燃焼室17に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁20と、通電により発熱する発熱部を燃焼室17内に備えたブロープラグ21と、燃焼室17内での混合気の燃焼により往復運動するピストン23と、燃焼室17内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路41に排出するための排気バルブ27とを有する。ピストン23は、コンロッド24を介してクランクシャフト25と連結されている。クランクシャフト25は、ピストン23の往復運動により回転される。
The engine E generates heat by energization with an
エンジンEには、クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ100が設けられている。PCM60(図2参照)は、クランク角センサ100からの検出信号に基づいて、エンジン回転数を取得する。
The engine E is provided with a
燃料系FSは、燃料を貯蔵する燃料タンク30と、燃料タンク30から燃料噴射弁20に燃料を供給するための燃料供給通路38とを有する。燃料供給通路38には、上流側から順に、低圧燃料ポンプ31と、高圧燃料ポンプ33と、コモンレール35とが設けられている。
The fuel system FS includes a
排気系EXは、排気ガスが通路する排気通路41を有する。排気ガス通路41には、上流側から順に、第2ターボ過給機6のタービンと、第1ターボ過給機5のタービンと、吸蔵還元型NOx触媒45と、DPF(Diesel paticulate Filter)46と、DPF46の下流側の排気通路41中に尿素を噴射する尿素インジェクタ51と、尿素インジェクタ51から噴射された尿素を用いてNOxを浄化するSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒47と、SCR触媒47から排出された未反応のアンモニアを酸化させて浄化するスリップ触媒48と、が設けられている。また、排気通路41には、第2ターボ過給機6のタービンをバイパスする排気バイパス通路41aと、この排気バイパス通路41aを開閉する排気バイパスバルブ6bとが設けられている。さらに、排気通路41には、第1ターボ過給機5のタービンをバイパスするウェイストゲート通路41bと、このウェイストゲート通路41bを開閉するウェイストゲートバルブ5aとが設けられている。
The exhaust system EX has an
吸蔵還元型NOx触媒45は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態(空気過剰率λがλ>1)において排気ガス中のNOxを吸蔵し、吸蔵したNOxを、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態(λ≒1)あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態(λ<1)において還元する、NOx吸蔵還元型触媒(NSC:NOx Storage Catalyst)である。また、吸蔵還元型NOx触媒45は、NSCとしての機能だけでなく、排気ガス中の酸素を用いて炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)などを酸化して水と二酸化炭素に変化させるディーゼル触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)としての機能も有するように構成されている。詳しくは、吸蔵還元型NOx触媒45は、DOCの触媒層の表面に、NSCの触媒材がコーティングされることで形成されている。
The NOx
DPF46は、排気中の粒子状物質(PM:Paticulate Matter)を捕集するフィルタである。DPF46に捕集されたPMは、高温に晒されかつ酸素の供給を受けることで燃焼し、DPF46から除去されるようになっている。
The
SCR触媒47は、尿素インジェクタ51から噴射された尿素から生成されたアンモニアを吸着し、この吸着したアンモニアを排気ガス中のNOxと反応(還元)させて浄化する。このことから、SCR触媒47は、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒に相当し、尿素インジェクタ51は、還元剤としての、アンモニアの前駆体である尿素を供給可能な還元剤供給手段に相当する。SCR触媒47は、アンモニアによってNOxを還元する触媒金属を、アンモニアをトラップする(アンモニアが吸着される)ゼオライトに担持させて構成されている。
The
吸蔵還元型NOx触媒45とSCR触媒47とは、いずれもNOxを浄化可能な触媒であるが、NOxの浄化率(NOx吸蔵率)が高くなる温度が互いに異なっている。詳しくは、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx浄化率は、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が比較的低温のときに高くなる一方、SCR触媒47のNOx浄化率は、SCR触媒47の温度(以下、SCR触媒温度という)が比較的高温のときに高くなる。
The NOx
排気通路41における第2ターボ過給機6よりも上流側の通路には、排気ガスの圧力を検出する排気圧センサ109及び排気ガスの温度を検出する第1排気温度センサ110が設けられている。排気通路41における第1ターボ過給機5の直下流側の通路には、排気ガス中の酸素濃度を検出するO2センサ111が設けられている。排気通路41における吸蔵還元型NOx触媒45の周辺には、吸蔵還元型NOx触媒45の直上流側の通路における排気ガスの温度を検出する第2排気温度センサ112と、吸蔵還元型NOx触媒45とDOC46との間の通路における排気ガスの温度を検出する第3排気温度センサ113と、DPF46の直上流側の通路とDPF46の直下流側の通路との圧力差を検出する差圧センサ114と、DPF46の直下流側の通路における排気ガスの温度を検出する第4排気温度センサ115と、DPF46の直下流側の通路でかつ尿素インジェクタ51よりも上流側の位置におけるNOxの濃度を検出する第1NOxセンサ116と、が設けられている。また、排気通路41におけるSCR触媒47の周辺には、SCR触媒温度を検出する触媒温度センサ117と、SCR触媒47の直下流側の通路におけるNOxの濃度を検出する第2NOxセンサ118と、が設けられている。さらに、排気通路41には、スリップ触媒48の直上流側の通路における排気ガス中のPMを検出するPMセンサ119が設けられている。詳しくは後述するが、少なくとも第2NOxセンサ118は、排気ガス中のNOx量だけでなく、アンモニア量に応じても出力値が変化するNOxセンサである。
An
本実施形態におけるエンジンシステム200は、排気ガスの一部を吸気に還流させるEGR装置43を更に有する。EGR装置43は、排気通路41における排気バイパス通路41aの上流端よりも上流側の通路と、吸気通路1におけるスロットルバルブ7とサージタンク12との間の通路とを接続するEGR通路43aと、EGR通路43aを通過する排気ガスを冷却するためのEGRクーラ43bと、EGR通路43aを開閉する第1EGRバルブ43cとを有する。また、EGR装置43は、EGRクーラ43bをバイパスするEGRクーラバイパス通路43dと、EGRクーラバイパス通路を開閉する第2EGRバルブ43eとを有する。
The
本実施形態のエンジンシステム200は、主として、車両に搭載されたPCM60によって制御される。PCM60は、CPU、ROM、RAM、I/Oバス等で構成されるマイクロプロセッサである。CPUは、コンピュータプログラム(OS等の基本制御プログラム、及び、OS上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)を実行する中央演算処理装置である。ROMは、種々のコンピュータプログラムやデータ、後述のマップが格納されたメモリである。RAMは、CPUが一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。I/Oバスは、PCM60に対して電気信号の入出力をする入出力バスである。
The
PCM60には、各種センサ100〜119の検出信号が入力される。また、PCM60には、上記車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ150、及び、上記車両の車速を検出する車速センサ151のそれぞれが出力した検出信号が入力される。PCM60は、入力された信号に基づいて、主に、スロットルバルブ7、燃料噴射弁20、グロープラグ21、第1EGRバルブ43c及び第2EGRバルブ43eの作動を制御する。また、PCM60は、DCU70に出力信号を送ることで、DCU70を介して尿素インジェクタ51の作動を制御する。DCU70も、PCM60と同様の構成である。PCM60は、DCU70を介さず直接に尿素インジェクタ51の作動を制御してもよい。
Detection signals from
尚、詳しくは後述するが、PCM60は、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定部61と、排気通路41のSCR触媒47よりも下流側の通路における排気ガス中のアンモニア量を推定するスリップ量推定部62と、第2NOxセンサ118の出力値に基づく異常判定条件により、エンジンシステム200に異常があるか否かの異常判定をする異常判定部63と、該異常判定部63による異常判定を制限する異常判定制限部64と、SCR触媒47の劣化度を推定する劣化度推定部65(劣化度推定手段)と、を備えている。
As will be described in detail later, the
〈通常の燃料噴射制御〉
PCM60は、後述するDeNOx制御を実施しない通常の燃料噴射制御では、燃焼室17内の混合気の空燃比が、理論空燃比よりもリーンな状態(λ>1)になるように、燃料噴射弁20を制御する。また、PCM60は、通常の燃料噴射制御では、DeNOx制御において実施されるポスト噴射は停止させてメイン噴射のみを実行させる。
<Normal fuel injection control>
The
PCM60は、通常の燃料噴射制御では、車両の運転状態に応じてメイン噴射における燃料の噴射量を設定する。具体的には、まず、PCM60は、各種センサ100〜119,150,151からの入力信号を取得する。次に、PCM60は、取得された上記アクセルペダルの操作等を含む車両の運転状態に基づいて、目標加速度を設定する。次いで、PCM60は、決定された目標加速度を実現するためのエンジンEの目標トルクを決定する。そして、PCM60は、決定された目標トルクをエンジンEから出力させるべく、当該目標トルク及びエンジン回転数に基づいて、燃料噴射弁20から噴射させるべき噴射量を算出する。
In the normal fuel injection control, the
また、PCM60は、通常の燃料噴射制御では、車両の運転状態に応じてメイン噴射の噴射タイミングを設定する。
Further, in normal fuel injection control, the
その後、PCM60は、設定された噴射量及び噴射タイミングとなるように、燃料噴射弁20を制御する。
Thereafter, the
〈DeNOx制御〉
次に、吸蔵還元型NOx触媒45に吸蔵されたNOx(以下、吸蔵NOxということがある)を吸蔵還元型NOx触媒45から離脱させるDeNOx制御について説明する。
<DeNOx control>
Next, DeNOx control for detaching NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 45 (hereinafter also referred to as storage NOx) from the NOx
本実施形態では、PCM60は、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量以上であるときには(例えば、NOx吸蔵量が吸蔵限界付近にあるときには)、吸蔵還元型NOx触媒45に吸蔵されたNOxをほぼ0にまで低下させるために、DeNOx制御を実行する。また、本実施形態では、PCM60は、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量未満であっても、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量よりも少ない第2所定吸蔵量以上でありかつ車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときには、DeNOx制御を実行することがある。以下の説明では、NOx吸蔵量が第1所定吸蔵量以上であるときに実行するDeNOx制御をアクティブDeNOx制御といい、NOx吸蔵量が第2所定吸蔵量以上でありかつ車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに実行するDeNOx制御をパッシブDeNOx制御という。これらを区別しないときには、単に、DeNOx制御という。
In the present embodiment, when the NOx occlusion amount is equal to or greater than the first predetermined occlusion amount (for example, when the NOx occlusion amount is near the occlusion limit), the
上述したように、吸蔵還元型NOx触媒45は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である状態(λ≒1)あるいは理論空燃比よりも小さいリッチな状態(λ<1)において、吸蔵NOxが還元される。このため、DeNOx制御では、吸蔵NOxを還元するためには、排気ガスの空燃比を通常運転時よりも低下させる必要がある。そこで、本実施形態では、メイン噴射に加えてポスト噴射を実行することで、排気ガスの空燃比を低下させて吸蔵NOxを還元させる。尚、DeNOx制御時の空気過剰率λは、例えば、λ=0.94〜1.06程度である。
As described above, the NOx
ポスト噴射における燃料の噴射量(以下、単にポスト噴射量という)は、エンジンEの運転状態に基づいて設定される。具体的には、まず、PCM60は、少なくとも、エアフローセンサ101によって検出された吸入空気量、O2センサ111によって検出された排気ガス中の酸素濃度、上記の燃料噴射制御において算出されたメイン噴射でお噴射量を取得する。さらに、PCM60は、所定のモデルなどにより求められた、EGR装置43によって吸気系INに還流される排気ガス量(EGR量)も取得する。
The fuel injection amount in the post injection (hereinafter simply referred to as post injection amount) is set based on the operating state of the engine E. Specifically, first, the
次に、PCM60は、取得された新気量及びEGRガス量に基づき、エンジンEに導入される空気量を算出する。そして、PCM60は、算出された空気量から、エンジンEに導入される空気の酸素濃度を算出する。
Next, the
次いで、PCM60は、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍あるいは理論空燃比以下の目標空燃比(以下、目標DeNOx空燃比という)にするのに必要なポスト噴射量を算出する。すなわち、PCM60は、排気ガスの空燃比を目標DeNOx空燃比にするためにメイン噴射の噴射量に加えてどれだけの量の燃料をポスト噴射で噴射すればよいかを決定する。このとき、PCM60は、O2センサ111によって検出された酸素濃度と、エンジンEに導入される空気の酸素濃度との差を考慮して、ポスト噴射量を算出する。
Next, the
本実施形態では、パッシブDeNOx制御は、車両の加速により排気ガスの空燃比がリッチ側に変化するときに実行されるため、排気ガスの空燃比を目標DeNOx空燃比にするために必要な燃料の噴射量は、パッシブDeNOx制御の方がアクティブDeNOx制御に比べて少なくなる。このため、パッシブDeNOx制御を出来る限り高頻度で行って、アクティブDeNOx制御の頻度を少なくすれば、DeNOx制御による燃費の悪化を抑制することができる。 In the present embodiment, the passive DeNOx control is executed when the air-fuel ratio of the exhaust gas changes to the rich side due to acceleration of the vehicle. Therefore, the fuel necessary for setting the air-fuel ratio of the exhaust gas to the target DeNOx air-fuel ratio. The amount of injection is smaller in passive DeNOx control than in active DeNOx control. For this reason, if passive DeNOx control is performed as frequently as possible and the frequency of active DeNOx control is reduced, deterioration of fuel efficiency due to DeNOx control can be suppressed.
ポスト噴射における燃料の噴射タイミングについては、本実施形態では、DeNOx制御の形態によって噴射タイミングが変更される。具体的には、PCM60は、アクティブDeNOx制御を実行するときには、ポスト噴射された燃料が燃焼室17内において燃焼されるタイミングに設定する。一方で、パッシブDeNOx制御を実行するときには、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路41に排出されるタイミングに設定する。
Regarding the fuel injection timing in the post-injection, in this embodiment, the injection timing is changed depending on the form of DeNOx control. Specifically, the
ここで、アクティブDeNOx制御及びパッシブDeNOx制御のそれぞれを実行する運転条件について図3を参照して説明する。図3は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジン負荷を示している。また、図3において、曲線L1は、エンジンEの最大トルク線を示している。 Here, operation conditions for executing each of the active DeNOx control and the passive DeNOx control will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the engine speed on the horizontal axis and the engine load on the vertical axis. In FIG. 3, a curve L1 indicates the maximum torque line of the engine E.
本実施形態では、PCM60は、エンジン負荷が第1所定負荷Lo1以上かつ第2所定負荷Lo2(>第1所定負荷Lo1)未満である中負荷域であるとともに、エンジン回転数が第1所定回転数N1以上かつ第2所定回転数N2(>第1所定回転数N1)未満である中回転域であるとき、すなわち、図3に示す第1運転領域R1において、アクティブDeNOx制御を実行する。これは、空気と燃料が適切に混合された状態で着火が生じるようにして、スモーク及びHCの発生を抑制するためである。このために、例えば、アクティブDeNOx制御時には適量のEGRガスを導入することで、ポスト噴射された燃料の着火を効果的に遅延させるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
尚、アクティブDeNOx制御時にHCの発生を抑制する理由は、上記のようにEGRガスを導入する場合に、HCもEGRガスとして吸気系INに還流されて、このHCがバインダとなって煤と結合してEGRガスの通路が閉塞してしまうのを防止するためである。加えて、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が低く、HCの浄化性能が確保されないような領域においてアクティブDeNOx制御を実行したときに、HCが浄化されずに排出されてしまうのを防止するためである。
The reason for suppressing the generation of HC during the active DeNOx control is that when EGR gas is introduced as described above, HC is also recirculated to the intake system IN as EGR gas, and this HC becomes a binder and is combined with soot. This is to prevent the passage of the EGR gas from being blocked. In addition, in order to prevent HC from being discharged without being purified when active DeNOx control is executed in a region where the temperature of the NOx
一方で、本実施形態では、エンジン負荷が第1運転領域R1よりもかなり高い領域、すなわち、図3に示す第2運転領域R2にあるときに、パッシブDeNOx制御を実行する。これは、エンジン負荷が第2運転領域R2にあるときには、通常、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が、該吸蔵還元型NOx触媒45を構成するDOCによるHCの浄化性能が発揮される程度の温度になっているため、パッシブDeNOx制御により排気通路41に排出された未燃燃料(HC)が、吸蔵還元型NOx触媒45によって十分に浄化されるためである。
On the other hand, in this embodiment, passive DeNOx control is executed when the engine load is in a region that is considerably higher than the first operation region R1, that is, in the second operation region R2 shown in FIG. This is because when the engine load is in the second operation region R2, the temperature of the NOx
第1及び第2運転領域R1,R2以外の運転領域について説明すると、エンジン負荷が第1運転領域R1よりも高いが第2運転領域R2よりも低い領域では、エンジンEの筒内温度が高くなって、空気と燃料が適切に混合されていない状態で燃焼が生じ、スモークやHCが発生しやすい。また、エンジン負荷は第1運転領域R1と同じであるがエンジン回転数が第1運転領域R1よりも高い領域では、エンジンEの1ストロークにかかる時間が短いために、空気と燃料が適切に混合されていない状態で燃焼が生じ、スモークやHCが発生しやすい。さらに、エンジン負荷が第1運転領域R1よりも低い領域、あるいは、エンジン負荷は第1運転領域R1と同じであるがエンジン回転数が第1運転領域R1よりも低い領域では、吸蔵還元型NOx触媒45の温度が吸蔵NOxを還元できる温度よりも低くなりやすい。これらのことから、本実施形態では、エンジンEの運転領域が、第1及び第2運転領域R1,R2以外の運転領域にあるときには、DeNOx制御を実行しないようにしている。 The operation region other than the first and second operation regions R1 and R2 will be described. In the region where the engine load is higher than the first operation region R1 but lower than the second operation region R2, the in-cylinder temperature of the engine E becomes high. Thus, combustion occurs in a state where air and fuel are not properly mixed, and smoke and HC are likely to be generated. Further, the engine load is the same as that in the first operation region R1, but in a region where the engine speed is higher than that in the first operation region R1, the time required for one stroke of the engine E is short, so that air and fuel are mixed appropriately. Combustion occurs in a state where it is not applied, and smoke and HC are likely to be generated. Further, in the region where the engine load is lower than the first operation region R1, or the region where the engine load is the same as the first operation region R1 but the engine speed is lower than the first operation region R1, the NOx storage reduction catalyst. The temperature of 45 tends to be lower than the temperature at which the stored NOx can be reduced. For these reasons, in the present embodiment, when the operation region of the engine E is in an operation region other than the first and second operation regions R1, R2, the DeNOx control is not executed.
エンジンEの運転領域が、第1及び第2運転領域R1,R2以外の運転領域にあるときにおいて、NOx吸蔵量が上記第1所定吸蔵量以上のときには、NOxは吸蔵還元型NOx触媒45ではほとんど浄化されない。しかしながら、本実施形態では、吸蔵還元型NOx触媒45よりも下流側にSCR触媒47が設けられているため、吸蔵還元型NOx触媒45で浄化されなかった分のNOxについてはSCR触媒47により浄化することができる。
When the operating region of the engine E is in an operating region other than the first and second operating regions R1, R2, and when the NOx storage amount is equal to or greater than the first predetermined storage amount, NOx is almost not stored in the NOx
本実施形態では、上述したようなDeNOx制御を実行するか否かは、上述したエンジンEの運転領域に加えて、SCR触媒47によるNOxの浄化が可能であるか否かに応じて判断される。これは、排気ガス中のNOxをSCR触媒47によって適切に浄化させることができるのであれば、吸蔵還元型NOx触媒45によるNOxの浄化性能を確保すべくDeNOx制御を敢えて行う必要がないからである。上述したように、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx浄化率は排気ガスの温度が比較的低温のときに高くなる一方、SCR触媒47のNOx浄化率は排気ガスの温度が比較的高温のときに高くなる。そこで、本実施形態では、図4のフローチャートに示すように、PCM60は、SCR触媒温度に応じて、DeNOx制御を実行して吸蔵還元型NOx触媒45でNOxを浄化するか、又は、SCR触媒47によりNOxを浄化するかを選択するようにしている。
In the present embodiment, whether or not to execute the DeNOx control as described above is determined according to whether or not the
図4のフローチャートを参照して、排気ガスを浄化する触媒を選択する際のPCM60の処理について説明する。PCM60は、エンジンEが作動している間は、常に又は所定期間毎に、このフローチャートに基づく処理を実行する。
With reference to the flowchart of FIG. 4, the process of PCM60 at the time of selecting the catalyst which purifies exhaust gas is demonstrated. The
まず、ステップS101において、PCM60は、各種センサ100〜119,150,151からの情報を読み込み、次のステップS102で、SCR触媒温度が第1所定温度未満であるか否かを判定する。上記ステップS102の判定がYESであるときには、ステップS103に進む一方、上記ステップS102の判定がNOであるときには、ステップS104に進む。尚、上記第1所定温度は、SCR触媒47によるNOxの浄化が可能であるがNOxの浄化率が所定浄化率未満となる温度であり、例えば、160℃である。
First, in step S101, the
上記ステップS103では、PCM60は、SCR触媒47ではNOxを浄化させずに、DeNOx制御を実行して吸蔵還元型NOx触媒45のみによりNOxを浄化させる。このステップS103では、PCM60は、尿素インジェクタ51による尿素の供給を制限させることで、SCR触媒47ではNOxを浄化させないようにする。つまり、ここでいう、「SCR触媒47ではNOxを浄化させない」とは、「尿素インジェクタ51による尿素の供給を制限させる」ことを意味する。上記ステップS103の後はリターンする。
In step S103, the
上記ステップS104では、SCR触媒温度が第2所定温度(>第1所定温度)未満であるか否かを判定する。上記ステップS104の判定がYESであるときには、ステップS105に進む一方、上記ステップS104の判定がNOであるときには、ステップS106に進む。尚、上記第2所定温度は、SCR触媒47のNOxの浄化率が上記所定以上となり得る温度範囲の下限付近の温度であり、例えば、250℃である。
In step S104, it is determined whether or not the SCR catalyst temperature is lower than a second predetermined temperature (> first predetermined temperature). When the determination at step S104 is YES, the process proceeds to step S105, while when the determination at step S104 is NO, the process proceeds to step S106. The second predetermined temperature is a temperature near the lower limit of the temperature range in which the NOx purification rate of the
上記ステップS105では、PCM60は、DeNOx制御を実行して吸蔵還元型NOx触媒45によりNOxを浄化させるとともに、SCR触媒47でもNOxを浄化させる。つまり、このステップS105では、PCM60は、尿素インジェクタ51から尿素を供給させる。上記ステップS105の後はリターンする。
In step S105, the
上記ステップS106では、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量が所定流量未満であるか否かを判定する。上記ステップS106の判定がYESであるときには、ステップS107に進む一方、上記ステップS106の判定がNOであるときには、ステップS105に進む。このステップS106において、排気ガスの流量について判定を行うのは、SCR触媒温度が上記第2所定温度以上であったとしても、例えば、エンジンEの運転状態が高回転高負荷の運転領域にあって、排気ガスの流量が多い場合には、SCR触媒47のみではNOxを浄化しきれないことがあるためである。つまり、排気ガスの流量が所定流量以上であるNOのときには、吸蔵還元型NOx触媒45とSCR触媒47との両方でNOxを浄化させる方が好ましく、ステップS105に進むようにしている。尚、上記排気ガスの流量は、エンジンEの運転状態(特にエンジン負荷及びエンジン回転数)から推定することができる。
In step S106, it is determined whether or not the flow rate of the exhaust gas introduced into the
上記ステップS107では、吸蔵還元型NOx触媒45ではNOxを浄化させずに、SCR触媒47のみによりNOxを浄化させる。このステップS107でも、PCM60は、尿素インジェクタ51からSCR触媒47へ尿素を供給させる。このステップS107では、DeNOx制御の実行を禁止して、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx吸蔵量を吸着限界にすることで、吸蔵還元型NOx触媒45でNOxを浄化させないようにする。上記ステップS107の後はリターンする。尚、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx吸蔵量が限界に到達していなければ、吸蔵還元型NOx触媒45でNOxを吸蔵することが可能であるため、このステップS107においても、吸蔵還元型NOx触媒45でNOxが浄化される(吸蔵される)ことがある。つまり、ここでいう、「吸蔵還元型NOx触媒45ではNOxを浄化させない」とは、「DeNOx制御の実行を禁止する」ことを意味する。
In step S107, the NOx is not purified by the NOx
次に、DeNOx制御を実行する際のPCM60の処理動作について、図5及び図6を参照して説明する。PCM60は、図4に示すフローチャートに従ってDeNOx制御を実行することになった場合には、図5及び図6に示すフローチャートに基づく処理動作を実行する。
Next, the processing operation of the
まず、ステップS201において、PCM60は、各種センサ100〜119,150,151からの情報を読み込み、次のステップS202で、吸蔵還元型NOx触媒45におけるNOx吸蔵量が第1所定吸蔵量以上であるか否かを判定する。上記ステップS202の判定がYESであるときには、ステップS203に進む一方、上記ステップS202の判定がNOであるときには、ステップS211に進む。尚、NOx吸蔵量は、例えば、エンジンEの運転状態、排気ガスの流量、排気ガスの温度等に基づいて、排気ガス中のNOx量を推定し、この推定したNOx量を積算することによって求められる。
First, in step S201, the
上記ステップS203では、PCM60は、エンジンEの運転領域が第1運転領域R1に属するか否かを判定する。上記ステップS203の判定がYESであるときには、アクティブDeNOx制御を実行すべく、ステップS205に進む一方、上記ステップS203の判定がNOであるときには、ステップS212に進む。
In step S203, the
上記ステップS204では、PCM60は、ポスト噴射量を設定する。上述したように、ポスト噴射量は、エンジンEに導入される空気の酸素濃度やメイン噴射での燃料の噴射量等に基づいて、排気ガスの空燃比が目標DeNOx空燃比になるのに必要な噴射量に設定される。
In step S204, the
次のステップS205では、PCM60は、ポスト噴射のタイミングを設定する。上述したように、アクティブDeNOx制御では、ポスト噴射のタイミングは、ポスト噴射された燃料が燃焼室17内において燃焼されるタイミングに設定される。
In the next step S205, the
続く、ステップS206では、PCM60は、上記ステップS204で算出したポスト噴射量が第1所定噴射量未満であるか否かを判定する。上記ステップS206の判定がYESであるときには、ステップS207に進む一方、上記ステップS206の判定がNOであるときには、ステップS208に進む。この第1所定噴射量を設定することにより、DeNOxを実行することによる燃費の悪化を抑制するようにしている。
In step S206, the
上記ステップS207では、PCM60は、上記ステップS205で設定したポスト噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁20を制御する。上記ステップS207の次はステップS210に進む。
In step S207, the
一方で、上記ステップS208では、スロットルバルブ7を閉じ側に制御し、次のステップS209では、第1所定噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁20を制御する。このステップS208及びステップS209では、第1所定噴射量を超えないポスト噴射量(実際には第1所定噴射量の値そのもの)によって排気ガスの空燃比を目標DeNOx空燃比にすべく、スロットルバルブ7を絞って、エンジンEに導入する空気の酸素濃度を低下させている。上記ステップS209の次はステップS210に進む。
On the other hand, in step S208, the
上記ステップS210では、PCM60は、NOx吸蔵量が略0になったか否かを判定する。上記ステップS210の判定がYESであるときには、アクティブDeNOx制御を終了してリターンする一方、上記ステップS210の判定がNOであるときには、ステップS203に戻る。上記ステップS210において、NOx吸蔵量が略0になったか否かは、ポスト噴射量を積算して、該積算値が第1所定吸蔵量以上の吸蔵NOxを略0にするだけの値になったか否かに基づいて判定する。尚、NOx吸蔵量が略0になるとは、NOx吸蔵量が0なることも含む。
In step S210, the
一方で、ステップS202の判定がNOであるときに進む上記ステップS211では、PCM60は、吸蔵還元型NOx触媒45におけるNOx吸蔵量が第2所定吸蔵量以上であるか否かを判定する。上記ステップS211の判定がYESであるときには、ステップS212に進む一方、上記ステップS211の判定がNOであるときには、アクティブDeNOx制御及びパッシブDeNOx制御を実行する必要がないためリターンする。
On the other hand, in step S211, which proceeds when the determination in step S202 is NO, the
上記ステップS212では、PCM60は、ポスト噴射量を設定する。ポスト噴射量は、上記ステップS204と同様に、エンジンEに導入される空気の酸素濃度やメイン噴射での燃料の噴射量等に基づいて、排気ガスの空燃比が目標DeNOx空燃比になるのに必要な噴射量に設定される。
In step S212, the
上記ステップS213では、PCM60は、ポスト噴射のタイミングを設定する。上述したように、パッシブDeNOx制御では、ポスト噴射のタイミングは、ポスト噴射された燃料が筒内において燃焼されずに未燃燃料として排気通路41に排出されるタイミングに設定される。
In step S213, the
次のステップS214では、PCM60は、上記ステップS212で算出したポスト噴射量が第2所定噴射量未満であるか否かを判定する。上記ステップS206の判定がYESであるときには、ステップS207に進む一方、上記ステップS206の判定がNOであるときには、ステップS208に進む。上記第2所定噴射量は、車両の運転領域が上記第2運転領域にあるときにのみ設定されるような値に設定されており、上記第1所定噴射量よりも小さい値である。つまり、ポスト噴射量が上記第2所定噴射量未満であるときには、車両の運転領域は、パッシブDeNOx制御が実行可能な上記第2運転領域にあることになる。
In the next step S214, the
続く、上記ステップS215では、PCM60は、上記ステップS215で設定したポスト噴射量でポスト噴射するように燃料噴射弁20を制御する。上記ステップS216の後は、パッシブDeNOx制御を終了してリターンする。
In the subsequent step S215, the
上記ステップS216では、PCM60は、パッシブDeNOx制御を実行せずに、通常の燃料噴射制御を実行する。すなわち、ポスト噴射をせずにメイン噴射のみを行うように燃料噴射弁20を制御する。上記ステップS216の後は、ステップS203に戻る。
In step S216, the
以上のように、DeNOx制御を実行することで、本実施形態では、DeNOx制御による燃費の悪化を抑制しつつ、排気ガス中のNOxを適切に浄化できるようにしている。 As described above, by executing DeNOx control, in this embodiment, NOx in the exhaust gas can be appropriately purified while suppressing deterioration of fuel consumption due to DeNOx control.
〈SCR触媒の異常判定〉
次に、SCR触媒47の異常判定について説明する。
<SCR catalyst abnormality determination>
Next, abnormality determination of the
SCR触媒47では、SCR触媒47に吸着したアンモニアと、排気ガス中のNOxとを反応(還元)させることによって、NOxを浄化する。SCR触媒47に吸着するアンモニアは、基本的には、尿素インジェクタ51から噴射される尿素((NH2)2CO)が、排気通路41内で熱分解反応又は加水分解反応することによって生成される。
The
尿素インジェクタ51からの尿素の噴射量(以下、単に尿素噴射量という)は、DCU70によって制御される。具体的には、DCU70は、SCR触媒47のアンモニア吸着量が、予め設定された目標吸着量になるように尿素噴射量を設定する。より詳しくは、DCU70は、モデルによりSCR触媒47の現在のアンモニア吸着量を推定し、上記目標吸着量と該推定値との差に基づいて尿素噴射量を設定する。
The injection amount of urea from the urea injector 51 (hereinafter simply referred to as urea injection amount) is controlled by the
SCR触媒47の現在のアンモニア吸着量は、詳しくは後述するが、尿素噴射量と、DeNOx制御によって生じるアンモニア量と、NOx流入量と、SCR触媒47の浄化効率とからモデルにより推定する。また、上記目標吸着量は、SCR触媒温度が高い方が、SCR触媒温度が低いときに比べて、小さくなるように設定される。さらに、上記目標吸着量は、SCR触媒47におけるアンモニアの吸着限界よりも小さい値に設定されている。
As will be described in detail later, the current ammonia adsorption amount of the
SCR触媒47の異常判定は、PCM60の異常判定部63により、SCR触媒47でのNOxの実際の浄化率に基づいて行われる。具体的には、まず、異常判定部63は、SCR触媒47よりも上流側の通路におけるNOx量(以下、上流側NOx量という)を第1NOxセンサ116の検出結果に基づいて算出し、SCR触媒47よりも下流側の通路におけるNOx量(以下、下流側NOx量という)を第2NOxセンサ118の検出結果に基づいて算出して、以下の式1に基づいてSCR触媒47の実際の浄化率を算出する。
The abnormality determination of the
浄化率=1−(下流側NOx量/上流側NOx量)・・・(式1)
次に、異常判定部63は、式1で算出される浄化率が所定浄化率以下であるときには、SCR触媒47に異常が発生している可能性ありとして、故障カウントを1つ加算する。そして、異常判定部63は、故障カウントのカウント数が所定値以上になったときに、SCR触媒47に異常があると判定する。つまり、浄化率が所定浄化率以下であること及び故障カウントのカウント数が所定値以上になることが、異常判定部63の異常判定条件に相当する。
Purification rate = 1− (downstream NOx amount / upstream NOx amount) (Equation 1)
Next, when the purification rate calculated by
また、異常判定部63は、SCR触媒47に異常があると判定したときには、車両の乗員にSCR触媒47に異常がある旨の警告を行う。この警告は、例えば、車両の乗員が視認可能な位置に設けられたランプを点灯させる等により行われる。
Further, when it is determined that the
上記の異常判定を正確に行うには、特に、第2NOxセンサ118の検出結果に基づく下流側NOx量の算出を正確に行う必要がある。しかしながら、一般に、NOxセンサは、排気ガス中のNOxだけでなく、排気ガス中のアンモニアでも出力値(検出値)が変化してしまうため、下流側NOx量を正確に算出できずに、異常判定部63が誤判定してしまうことがある。以下、NOxセンサによるNOxの検出原理について図7を参照しながら説明する。
In order to accurately perform the abnormality determination, it is particularly necessary to accurately calculate the downstream NOx amount based on the detection result of the
図7には、NOxの検出原理を模式的に示す。この図7では、第2NOxセンサ118を例示しているが、第1NOxセンサ116も同様の構成である。図7に示すように、第2NOxセンサ118は、排気通路41に接続された第1キャビティ118aと、該第1キャビティ118aに接続された第2キャビティ118bとを有している。第2NOxセンサ118に流入した排気ガスは、まず、第1キャビティ118aで、排気ガス中のHCやCOが酸化されて、NOx以外の気体が取り除かれる。次に、第1キャビティ118bを通過したNOxは、次の第2キャビティ118bで窒素に還元される。このとき、第2キャビティ118b内では、NOxに由来する酸素が発生する。第2NOxセンサ118では、第2キャビティ118bで発生する、NOxに由来の酸素の濃度を検出することで、NOxの濃度を検出する。
FIG. 7 schematically shows the principle of NOx detection. Although the
ここで、第2NOxセンサ118に流入した排気ガス中に、アンモニアが混入していた場合には、該排気ガス中のアンモニアは、図7に示すように、第1キャビティ118a内で酸化されて、NOxとH2Oとに分解される。このアンモニア由来のNOxは、図7に示すように、第2キャビティ118bで還元されて、窒素と酸素とに分解される。このため、第2NOxセンサ118は、アンモニア由来のNOxも排気ガス中のNOxとして検出してしまう。このことから、第2NOxセンサ118は、排気ガス中のNOx及びアンモニアに応じて出力値が変化してしまう。
Here, when ammonia is mixed in the exhaust gas flowing into the
尚、第1NOxセンサ116も排気ガス中のアンモニアに応じて出力値が変化する。詳しくは後述するが、アンモニアはDeNOx制御によっても生じるため、第1NOxセンサ116もアンモニアをNOxとして検出することがある。しかし、DeNOx制御によって生じるアンモニアの量を推定して、該推定値と第1NOxセンサ116の検出結果とに基づいて上流側NOx量を算出することで、上流側NOx量については精度良く算出することができる。
Note that the output value of the
基本的には、DCU70により、目標吸着量を適切な値に設定することで、排気通路41におけるSCR触媒47よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量(以下、アンモニアのスリップ量という)をある程度抑えることができる。しかしながら、SCR触媒47内では、アンモニアの吸着反応と脱離反応とが常に発生しており、脱離反応が支配的になるような状況では、アンモニアがSCR触媒47よりも下流側の通路へ排出されてしまう(アンモニアのスリップが発生してしまう)。このため、第2NOxセンサ118の検出結果から下流側NOx量を正確に算出できなくなることがある。
Basically, the amount of ammonia discharged into the passage downstream of the
そこで、本実施形態では、アンモニアのスリップ量を推定して、この推定スリップ量に基づいて、異常判定部63による異常判定を制限するようにしている。以下、アンモニアのスリップ量の推定方法について詳細に説明する。
Therefore, in this embodiment, the slip amount of ammonia is estimated, and the abnormality determination by the
SCR触媒47内でのアンモニアの吸着反応と脱離反応に基づくアンモニアのスリップ量は、主に、SCR触媒47内でのアンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まる。上記吸着反応速度及び上記脱離反応速度は、以下の式2及び式3で示される。
The amount of ammonia slip based on the ammonia adsorption reaction and desorption reaction in the
吸着反応速度=Aa×(1−θ)×exp(−Ea/RT)×C1・・・(式2)
脱離反応速度=Ad×exp(−Ed/RT)×吸着量・・・(式3)
上記式2において、Aaは吸着反応の頻度係数、θはSCR触媒47のアンモニアの被覆率、Eaは吸着反応に必要な活性化エネルギー、Rは気体常数、TはSCR触媒温度、C1は、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数である。活性化エネルギーEaは、実験やシミュレーションにより求められる定数である。被覆率θはSCR触媒47の現在のアンモニア吸着量を当該SCR触媒47の吸着限界で割った値であり、0以上1以下の値を取り得る変数である。一方で、上記式3において、Adは脱離反応の頻度係数、Edは脱離反応に必要な活性化エネルギー、Rは気体常数、TはSCR触媒温度である。活性化エネルギーEdは、実験やシミュレーションにより求められる定数である。吸着量は、SCR触媒47のアンモニア吸着量である。頻度係数Aa及び頻度係数Adは、実験やシミュレーションによって予め求められる。
Adsorption reaction rate = Aa × (1−θ) × exp (−Ea / RT) × C1 (Formula 2)
Desorption reaction rate = Ad × exp (−Ed / RT) × adsorption amount (Formula 3)
In the
SCR触媒47へのアンモニアの吸着反応は、該SCR触媒47の酸点にアンモニアが吸着するだけの反応である一方、SCR触媒47からのアンモニアの脱離反応は、吸着したアンモニアを該SCR触媒47の酸点から切り離す反応である。このため、脱離反応の活性化エネルギーEdは、吸着反応の活性化エネルギーEaに比べてかなり大きい。つまり、吸着反応速度はSCR触媒温度に影響されにくい一方で、脱離反応速度はSCR触媒温度に影響されやすい。
The ammonia adsorption reaction on the
また、上記排気ガス中のアンモニア濃度は、最終的なアンモニアのスリップ量には影響するものの、SCR触媒47のアンモニアの被覆率ほど、吸着反応速度に影響を与えない。
The ammonia concentration in the exhaust gas affects the final ammonia slip amount, but does not affect the adsorption reaction rate as much as the ammonia coverage of the
したがって、吸着反応速度は、主に、SCR触媒47のアンモニアの被覆率に依存する一方で、脱離反応速度は、主に、SCR触媒47のアンモニア吸着量とSCR触媒温度とに依存する。よって、吸着反応速度と脱離反応速度とのバランスによって決まる、アンモニアのスリップ量は、主に、SCR触媒47のアンモニア吸着量とSCR触媒温度とアンモニアの被覆率とを考慮する必要がある。アンモニアの被覆率に影響する、SCR触媒47のアンモニアの吸着限界は、SCR触媒47の劣化度により変化する。そこで、本実施形態では、PCM60において、アンモニア吸着量推定部61がSCR触媒47のアンモニア吸着量を推定し、触媒温度センサ117によりSCR触媒温度を検出し、劣化度推定部65がSCR触媒47の劣化度を推定し、スリップ量推定部62が、アンモニア吸着量推定部61で推定されたアンモニア吸着量と、触媒温度センサ117により検出されたSCR触媒温度と、劣化度推定部65により推定された劣化度とに基づいて、排気通路41のSCR触媒47よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するようにしている。
Therefore, the adsorption reaction rate mainly depends on the ammonia coverage of the
ここで、本実施形態では、アンモニア吸着量推定部61は、尿素噴射量と、DeNOx制御によって生じるアンモニア量と、SCR触媒47へのNOx流入量と、SCR触媒47の浄化効率とに基づいて、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する。具体的には、アンモニア吸着量推定部61は、まず、尿素噴射量及びDeNOx制御によって生じるアンモニア量に基づいて、SCR触媒47に流入したアンモニア量を算出する。DeNOx制御によって生じるアンモニアは、吸蔵還元型NOx触媒45の吸蔵NOxを還元したときに、吸蔵還元型NOx触媒45から排気ガス中に排出されるアンモニアであって、吸蔵還元型NOx触媒45の吸蔵NOxとポスト噴射によって供給されるHCとの反応によって生じるものである。このため、DeNOx制御によって生じるアンモニアは、吸蔵還元型NOx触媒45のNOx吸蔵量とポスト噴射量とから推定することができる。次に、アンモニア吸着量推定部61は、SCR触媒47へのNOx流入量とSCR触媒47の浄化効率とに基づいて、SCR触媒47から消費されたアンモニア量を算出する。SCR触媒47へのNOx流入量は、第1NOxセンサ116の検出結果とDeNOx制御によって生じるアンモニアの推定値とに基づいて算出する。SCR触媒47の浄化効率は、SCR触媒温度や、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量等に基づいて予め算出された理論値を、PCM60の上記メモリに格納されたマップを読み込むことで求める。そして、アンモニア吸着量推定部61は、SCR触媒47に流入したアンモニア量の積算値とSCR触媒47から消費されたアンモニア量の積算値との差から、SCR触媒47の現在のアンモニア吸着量を推定する。以下、アンモニア吸着量推定部61で推定されたSCR触媒47のアンモニア吸着量を推定アンモニア吸着量という。
Here, in the present embodiment, the ammonia adsorption
尚、DeNOx制御が実行されていないときには、アンモニア吸着量推定部61は、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定において、DeNOx制御によって生じるアンモニア量を考慮しない。
When the DeNOx control is not executed, the ammonia adsorption
図8は、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量を推定する際のPCM60の処理動作を示す。尚、SCR触媒47のアンモニア吸着量は、アンモニア吸着量推定部61により推定され、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量は、スリップ量推定部62により推定される。
FIG. 8 shows the processing operation of the
まず、ステップS301において、PCM60は、各種センサ100〜119,150,151からの情報を読み込む。このステップS301では、特に、触媒温度センサ117によりSCR触媒温度を検出する。
First, in step S301, the
次のステップS302で、PCM60は、DeNOx制御中であるか否かを判定する。このステップS302の判定がYESであるときには、ステップS303に進む一方で、このステップS302の判定がNOであるときには、ステップS304に進む。
In the next step S302, the
次のステップS303では、PCM60は、DeNOx制御により発生するアンモニア量を推定する。
In the next step S303, the
上記ステップS304では、PCM60は、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する。このステップS304では、上記ステップS303を経由したときには、DeNOx制御により発生するアンモニア量を考慮して、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する一方で、上記ステップS303を経由していないときには、DeNOx制御により発生するアンモニア量は考慮せずに、SCR触媒47のアンモニア吸着量を推定する。
In step S304, the
次のステップS305では、PCM60(劣化度推定部65)は、SCR触媒47の劣化度を推定する。
In the next step S305, the PCM 60 (deterioration degree estimation unit 65) estimates the deterioration degree of the
次いで、ステップS306では、PCM60(スリップ量推定部62)は、上記ステップS304で推定した推定アンモニア吸着量と、上記ステップS301において触媒温度センサ117により検出したSCR触媒温度と、上記ステップS305において推定した劣化度とに基づいて、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量を推定する。詳しくは、上記推定アンモニア吸着量と上記SCR触媒温度とを、図9に示すマップや図10に示すマップに当てはめて、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量(仮のスリップ量)を推定し、この仮のスリップ量に対して、推定した劣化度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する。ステップS306の後はリターンする。
Next, in step S306, the PCM 60 (slip amount estimation unit 62) estimates the estimated ammonia adsorption amount estimated in step S304, the SCR catalyst temperature detected by the
図9は、実験により、SCR触媒47のアンモニア吸着量とSCR触媒温度とを変化させてアンモニアのスリップ量を求めることで得られたマップ(PCM60の上記メモリに格納されている)を示す。詳しくは後述するが、排気ガス中のアンモニア濃度及び劣化度に基づく後述の補正係数は1としている。図9において、縦軸はSCR触媒47のアンモニア吸着量であり、横軸はSCR触媒温度である。縦軸の下限値は0であり、縦軸の上限値はSCR触媒47のアンモニアの吸着限界である。横軸は、SCR触媒47を利用可能な温度範囲に設定されており、最低温度は160℃、最高温度は400℃に設定されている。図9の「小」、「中」及び「大」は、アンモニアのスリップ量を表し、「小」、「中」及び「大」の順にアンモニアのスリップ量が多い。ここでは、アンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上、詳しくは、第2NOxセンサ118によるNOxの濃度の検出に影響する程度の量以上である場合に、その量に応じて「小」、「中」及び「大」としている。また、図9の「0」は、アンモニアのスリップがないか、又は、アンモニアのスリップ量が、第2NOxセンサ118によるNOxの濃度の検出に影響しない程度に少ないことを表している。
FIG. 9 shows a map (stored in the memory of the PCM 60) obtained by experiment to obtain the slip amount of ammonia by changing the ammonia adsorption amount of the
尚、SCR触媒47を利用可能な最高温度とは、SCR触媒47が取り得る最高の温度のことを意味し、エンジンEの運転領域が高回転高負荷の領域にあるときのSCR触媒温度に相当する。
The maximum temperature at which the
図9に示すように、SCR触媒47を利用可能な温度範囲においては、アンモニアのスリップ量は、推定アンモニア吸着量が多くなりかつSCR触媒温度が高くなるほど大きくなることが分かる。また、図9に示すように、SCR温度が最高温度にあるときには、SCR触媒47のアンモニア吸着量が少なくてもアンモニアのスリップが発生することが分かる。
As shown in FIG. 9, in the temperature range in which the
さらに、図9に示すように、SCR触媒47のアンモニア吸着量が吸着限界付近にあるときには、SCR触媒温度が低いときであってもアンモニアのスリップが発生することが分かる。本実施形態では、SCR触媒47のアンモニア吸着量が吸着限界にあるときに、アンモニアのスリップ量が上記所定スリップ量以上になる温度は約200℃である。つまり、SCR触媒47のアンモニア吸着量が最大であるときには、SCR触媒温度が上記第2所定温度(例えば250℃)のときには、アンモニアのスリップ量が所定スリップ量を超えることになる。
Furthermore, as shown in FIG. 9, when the ammonia adsorption amount of the
図10は、図9のマップにおいて、SCR触媒47のアンモニア吸着量とアンモニアのスリップ量との関係をより詳細に示すマップである。縦軸は、アンモニアのスリップ量であり、横軸はSCR触媒47のアンモニア吸着量である。横軸の下限は0であり、上限はSCR触媒47の吸着限界である。図10中の各曲線L1〜L4は、SCR触媒温度がそれぞれ異なる。具体的には、L1はSCR触媒47の最高温度(400℃)における曲線であり、L4はSCR触媒47の最低温度(160℃)における曲線である。L2及びL3は、SCR触媒47の最高温度と最低温度との間の温度における曲線であって、SCR触媒47の最高温度と最低温度との間を3等分したときの、高い方の温度(320℃)における曲線がL2であり、低い方の温度(240℃)における曲線がL3である。
FIG. 10 is a map showing in more detail the relationship between the ammonia adsorption amount of the
図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒温度が同一である(ここでは、上記劣化度及び上記アンモニア濃度も同一である(以下、同様))条件では、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が多いときには、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が少ないときに比べて、アンモニアのスリップ量が多くなることが分かる。これは、SCR触媒47のアンモニア吸着量が多いと、SCR触媒47のアンモニアの被覆率θが大きくなって吸着反応速度が低下する一方で、脱離反応速度は上昇するためである。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一の劣化度、同一のアンモニア濃度及び同一のSCR触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、アンモニアのスリップ量を多く推定するように構成されている。特に、本実施形態では、スリップ量推定部62は、上記推定アンモニア吸着量がSCR触媒47の吸着限界に近づく程、アンモニアのスリップ量を多く推定するように構成されている。
As shown in FIG. 10, in the temperature range in which the
また、図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒47のアンモニア吸着量が同一である(ここでは、上記劣化度及び上記アンモニア濃度も同一である(以下、同様))条件では、当該SCR触媒47の温度が高いときには、当該SCR触媒47の温度が低いときに比べて、アンモニアのスリップ量が多くなることが分かる。これは、SCR触媒温度が高いほど、式3における、exp(−Ed/RT)の値が小さくなり、脱離反応速度が上昇するためである。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一の劣化度、同一のアンモニア濃度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、SCR触媒温度が高いときには、SCR触媒温度が低いときに比べて、アンモニアのスリップ量を多く推定するように構成されている。
Further, as shown in FIG. 10, the ammonia adsorption amount of the
さらに、図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒温度が同一である条件では、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が多いときには、当該SCR触媒47のアンモニア吸着量が少ないときに比べて、SCR触媒47のアンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化(すなわち、図10の曲線の傾き)が大きくなることが分かる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一の劣化度、同一のアンモニア濃度及び同一のSCR触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、上記推定アンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きくなるように、アンモニアのスリップ量を推定するように構成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 10, when the ammonia adsorption amount of the
特に、SCR触媒温度が上記第2所定温度以上のときには、SCR触媒温度が同一である条件では、アンモニアの吸着量が吸着限界の1/3以上のときには、アンモニアの吸着量が吸着限界の1/3未満のときに比べて、SCR触媒47のアンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きいことが分かる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、特に、SCR触媒温度が上記第2所定温度以上のときには、同一の劣化度、同一のアンモニア濃度及び同一のSCR触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が吸着限界の1/3以上のときには、上記推定アンモニア吸着量が吸着限界の1/3未満のときに比べて、上記推定アンモニア吸着量の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きくなるように、アンモニアのスリップ量を推定するように構成されている。
In particular, when the SCR catalyst temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature, and under the condition that the SCR catalyst temperature is the same, when the ammonia adsorption amount is 1/3 or more of the adsorption limit, the ammonia adsorption amount is 1/2 of the adsorption limit. It can be seen that the change in the slip amount of ammonia with respect to the change in the ammonia adsorption amount of the
また、図10に示すように、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒47のアンモニア吸着量が同一である条件では、当該SCR触媒温度が高いときには、当該SCR触媒温度が低いときに比べて、当該SCR触媒温度の変化に対するアンモニアのスリップ量の変化が大きくなることが分かる。特に、SCR触媒47のアンモニア吸着量が、SCR触媒47の吸着限界の半分以下の領域では、上述の傾向が顕著に表れていることが分かる。上述したように、脱離反応に必要な活性化エネルギーが比較的大きい。このため、SCR触媒温度が低いときには、式3におけるexp(−Ed/RT)の値自体が小さく、SCR触媒温度が上昇したとしても、脱離反応速度が上昇しにくい。一方で、SCR触媒温度が高いときには、式3におけるexp(−Ed/RT)の値が大きくなるため、SCR触媒温度が上昇すると脱離反応速度が上昇しやすい。このため、上記のような変化となる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、同一の劣化度、同一のアンモニア濃度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、SCR触媒温度が高いときには、SCR触媒温度が低いときに比べて、SCR触媒温度の変化に対する上記アンモニアのスリップ量の変化が大きくなるように、アンモニアのスリップ量を推定するように構成されている。
Further, as shown in FIG. 10, when the
図11は、図10において、アンモニアのスリップ量が比較的少ない領域を拡大したマップである。図11を参照すると、SCR触媒温度が高いほど、SCR触媒47のアンモニア吸着量が小さいときから、アンモニアのスリップが発生することが分かる。これは、SCR触媒温度が高いほど、式3におけるexp(−Ed/RT)の値が大きくなって、SCR触媒47のアンモニア吸着量が少ない状態でも、吸着反応速度に比べて脱離反応速度の方が早くなるためであると考えられる。よって、本実施形態では、スリップ量推定部62は、SCR触媒47が利用可能な温度範囲において、SCR触媒温度が高いほど、アンモニアのスリップが発生し始めるアンモニア吸着量が少ないと推定するように構成されている。
FIG. 11 is a map obtained by enlarging a region where the slip amount of ammonia is relatively small in FIG. Referring to FIG. 11, it can be seen that the higher the SCR catalyst temperature, the more ammonia slip occurs from the time when the ammonia adsorption amount of the
本実施形態では、劣化度推定部65は、SCR触媒47に付与される熱負荷、及び、SCR触媒47のHC被毒量の両方を、上記劣化度として推定する。
In the present embodiment, the deterioration
上記熱負荷は、例えば、SCR触媒47に付与された熱エネルギーの積算値とすることができる。この熱エネルギーの積算値は、例えば、SCR触媒温度と該SCR触媒温度が維持された時間とを掛けた値における該SCR触媒温度毎の値を足し合わせた値で代用することができる。熱負荷が大きくなるほど、SCR触媒47のアンモニアの吸着限界が低下する(つまり、上記スリップ量が多くなる)。
The heat load can be, for example, an integrated value of the thermal energy applied to the
SCR触媒47のHC被毒量は、エンジンEの運転状態から推定されるHC発生量の積算値に対して所定割合を掛けた値とする。該所定割合は、実験等に求めた値とする。SCR触媒47のHC被毒量が多くなるほど、SCR触媒47のアンモニアの吸着限界が低下する(つまり、上記スリップ量が多くなる)。
The HC poisoning amount of the
本実施形態では、SCR触媒47の劣化度の影響を考慮するために、図9のマップを構成する数値(仮のスリップ量)に対して、劣化度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する。具体的には、図9のマップの数値に対して、劣化度に基づく補正係数(詳細には、上記熱負荷に基づく補正係数及びHC被毒量に基づく補正係数)を乗じて、上記スリップ量を推定する。
In this embodiment, in order to consider the influence of the deterioration degree of the
図15は、上記熱負荷とそれに基づく補正係数との関係を示すマップ(PCM60の上記メモリに格納されている)の一例である。上記熱負荷が0であるとき、上記熱負荷に基づく補正係数は1であり、ここから上記熱負荷が大きくなるに従って、該補正係数は1に対して大きくなる。該補正係数が1であれば、上記熱負荷を考慮したアンモニアのスリップ量は、図9のマップの数値と同じになる。図15の上記マップは、上記熱負荷を横軸としかつ上記補正係数を縦軸とする二次元直交グラフ上において、直線で表される。 FIG. 15 is an example of a map (stored in the memory of the PCM 60) showing the relationship between the thermal load and the correction coefficient based thereon. When the heat load is 0, the correction coefficient based on the heat load is 1, and the correction coefficient increases with respect to 1 as the heat load increases from here. If the correction coefficient is 1, the ammonia slip amount considering the heat load is the same as the numerical value in the map of FIG. The map of FIG. 15 is represented by a straight line on a two-dimensional orthogonal graph with the thermal load as the horizontal axis and the correction coefficient as the vertical axis.
図16は、SCR触媒47のHC被毒量とそれに基づく補正係数との関係を示すマップ(PCM60の上記メモリに格納されている)の一例である。上記HC被毒量が0であるとき、上記HC被毒量に基づく補正係数は1であり、ここから上記HC被毒量が大きくなるに従って、該補正係数は1に対して大きくなる。該補正係数が1であれば、上記HC被毒量を考慮したアンモニアのスリップ量は、図9のマップの数値と同じになる。図16の上記マップは、上記HC被毒量を横軸としかつ上記補正係数を縦軸とする二次元直交グラフ上において、直線で表される。
FIG. 16 is an example of a map (stored in the memory of the PCM 60) showing the relationship between the HC poisoning amount of the
したがって、スリップ量推定部62は、上記劣化度(上記熱負荷及び上記HC被毒量)が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定することになる。
Therefore, the slip
尚、劣化度推定部65は、上記熱負荷及び上記HC被毒量のうちの一方のみを、上記劣化度として推定してもよく、スリップ量推定部62は、図9のマップの数値に対して、熱負荷に基づく補正係数及びHC被毒量に基づく補正係数のうちの一方のみを乗じて、上記スリップ量を推定するようにしてもよい。
Note that the deterioration
ここで、上記式2で示したように、吸着反応速度は、厳密には、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度によっても変化する。このため、アンモニアのスリップ量をより正確に推定するには、上記排気ガス中のアンモニア濃度を考慮する方が好ましい。そこで、本実施形態では、スリップ量推定部62は、図9のマップの数値(仮のスリップ量)に、上記劣化度に基づく補正係数に加えて、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数(式2のC1とは異なる)も乗じるようにしている。
Here, as shown in the
図12は、SCR触媒47に導入される排気ガス中のアンモニア濃度とそれに基づく補正係数との関係を示すマップ(PCM60の上記メモリに格納されている)の一例である。上述したように、上記排気ガス中のアンモニア濃度は、吸着反応速度に影響を与えるパラメータである。具体的には、排気ガス中のアンモニア濃度が低い場合には、吸着反応が抑制されるため、吸着反応速度が低くなる(つまり、上記スリップ量が多くなる)。このため、排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数は、図12に示すように、アンモニア濃度が低いほど大きくなるような補正係数となる。本実施形態では、エンジンシステム200が取り得る最大のアンモニア濃度と0との中間のアンモニア濃度D1における補正係数を1として、アンモニア濃度がD1よりも高いときには、補正係数を1よりも小さくする一方、アンモニア濃度がD1よりも低いときには、補正係数を1よりも小さくする。この補正係数は0よりも大きくかつ2よりも小さい範囲で変化する。尚、排気ガス中のアンモニア濃度については、PCM60は、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量と、尿素噴射量と、DeNOx制御によって生じるアンモニア量とに基づいて推定する。また、D1の値については、実験等により実際のエンジンシステムに合わせて設定される。
FIG. 12 is an example of a map (stored in the memory of the PCM 60) showing the relationship between the ammonia concentration in the exhaust gas introduced into the
以上のようにしてスリップ量推定部62で、アンモニアのスリップ量を推定することで、アンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とに影響するパラメータが考慮されるため、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量の推定精度を向上させることができる。
Since the slip
スリップ量推定部62で推定された、アンモニアの推定スリップ量は、PCM60の異常判定制限部64に入力される。異常判定制限部64は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量以上、詳しくは、第2NOxセンサ118によるNOxの濃度の検出に影響する程度の量以上であるときには、異常判定部63によるSCR触媒47の異常判定を制限する。具体的には、異常判定制限部64は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量であるときには、異常判定部63が上記式1で算出した浄化率が所定浄化率以下であったとしても、異常判定を中止して、異常判定部63に故障カウントをさせないようにする。これにより、異常判定部63は、SCR触媒47をスリップしたアンモニアによって、SCR触媒47の浄化率が所定浄化率以下であると判定されたとしても、SCR触媒47の故障とは判定しないようにすることができる。これにより、異常判定部63は、下流側NOx量を正確に算出できる状況でSCR触媒47の故障を判定できるようになるため、異常判定部63の誤判定を抑制することができる。
The estimated slip amount of ammonia estimated by the slip
次に、SCR触媒47の異常判定を実行する際のPCM60の処理動作について、図13を参照して説明する。以下に説明する処理動作では、SCR触媒47の異常判定に関する制御はPCM60の異常判定部63により実行され、該異常判定の制限に関する制御においては、異常判定制限部64により実行されている。このフローチャートに基づく異常判定は、SCR触媒47が使用可能な間(SCR触媒温度が第1所定温度以上である間)は所定時間毎に実行される。
Next, the processing operation of the
まず、ステップS401において、PCM60は、各種センサ100〜119,150,151からの情報を読み込み、次のステップS402で、SCR触媒47のNOxの浄化率を算出する。
First, in step S401, the
次のステップS403では、PCM60は、上記ステップS402で算出したSCR触媒47のNOxの浄化率が所定浄化率未満であるか否かを判定する。このステップS403の判定がYESであるときには、ステップS404に進む一方で、このステップS403の判定がNOであるときには、SCR触媒47は正常であると判定してリターンする。
In the next step S403, the
上記ステップS404では、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かを判定する。上記ステップS404の判定がYESであるときには、ステップS405に進む一方、上記ステップS404の判定がNOであるときには、ステップS409に進む。尚、このアンモニアの推定スリップ量は、図8に示すフローチャートに基づいて推定される。 In step S404, it is determined whether the estimated slip amount of ammonia is less than a predetermined slip amount. If the determination in step S404 is YES, the process proceeds to step S405. If the determination in step S404 is NO, the process proceeds to step S409. The estimated slip amount of ammonia is estimated based on the flowchart shown in FIG.
上記ステップS405では、PCM60は、故障カウントを1つ加算し、次のステップS406において、PCM60は、故障カウントのカウント数が所定値以上になったか否かを判定する。上記ステップS406の判定がYESであるときには、ステップS407に進む一方、上記ステップS406の判定がNOであるときには、未だ判定期にあるとしてリターンする。
In step S405, the
上記ステップS407では、SCR触媒47に異常があると判定して、次のステップS408において、車両の乗員に警告する。ステップS408の後はリターンする。
In step S407, it is determined that there is an abnormality in the
一方で、上記ステップS404の判定がNOであるときに進むステップS409では、PCM60は異常判定を中止し、その後リターンする。
On the other hand, in step S409 that proceeds when the determination in step S404 is NO, the
PCM60による異常判定を実行する際の各パラメータ(推定スリップ量等)の変化を、図14のタイムチャートにより説明する。尚、図14において、アンモニア吸着量は、PCM60のアンモニア吸着量推定部61で推定される値であり、アンモニアのスリップ量は、PCM60のスリップ量推定部62で推定される値である。また、NOxセンサの出力値は、破線が第1NOxセンサ116の出力値であり、実線が第2NOxセンサ118の出力値である。
A change in each parameter (estimated slip amount or the like) when the abnormality determination by the
まず、初期状態では、PCM60は通常の燃料噴射制御を実行しており、SCR触媒47は未活性状態であるとする。この初期状態から、DeNOx制御を実行したとすると、該DeNOx制御に伴いアンモニアが発生するため、SCR触媒47のアンモニア吸着量が多くなる。その後、SCR触媒温度が第1所定温度未満、すなわち、SCR触媒47によるNOxの浄化が行われない状態で、DeNOx制御が実行されると、SCR触媒47からはアンモニアが消費されずに、SCR触媒47のアンモニア吸着量が増加する。
First, in the initial state, it is assumed that the
SCR触媒温度が第1所定温度以上になると、SCR触媒47によりNOxの浄化が開始されるため、SCR触媒47のアンモニア吸着量が減少し始める。これと同時に、SCR触媒47の異常診断が開始される。また、NOxが吸蔵還元型NOx触媒45よりも下流側に流れるため、第1NOxセンサ116の出力値が上昇する。
When the SCR catalyst temperature is equal to or higher than the first predetermined temperature, NOx purification is started by the
SCR触媒47の温度が高くなると、アンモニアのスリップが発生する。これにより、第2NOxセンサ118の出力値が上昇する。そして、アンモニアのスリップが所定スリップ量以上になったときには、PCM60は、SCR触媒47の異常判定を中止する。これにより、図14に示すように、第2NOxセンサ118の出力値が第1NOxセンサ116の出力値を超えるような状態で上記異常判定が実行されるのを防止することができる。尚、PCM60は、アンモニアのスリップが所定スリップ量未満になったときには、SCR触媒47の異常判定を再開する。
As the temperature of the
また、図14に示すように、PCM60は、アンモニアのスリップが発生したときには、アンモニアのスリップがない場合よりも、アンモニアの吸着量を少なく推定する。アンモニアのスリップが発生しているときには、SCR触媒47からのアンモニアの脱離反応が支配的であるから、アンモニアのスリップがない場合よりもSCR触媒47のアンモニア吸着量が少ないとみなせるためである。これにより、SCR触媒47のアンモニア吸着量の推定精度が向上され、延いては、アンモニアのスリップ量の推定精度が向上される。
As shown in FIG. 14, the
したがって、本実施形態では、スリップ量推定部62が、SCR触媒47の劣化度が大きいときには、該SCR触媒47の劣化度が小さいときに比べて、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量を多く推定するようにしたので、上記スリップ量の推定精度を向上させることができる。
Therefore, in the present embodiment, the slip
また、本実施形態では、スリップ量推定部62が、上記劣化度に加えて、上記推定アンモニア吸着量、及び、上記検出触媒温度に基づいて、上記スリップ量を推定するようにしたので、SCR触媒47における、アンモニアの吸着反応速度と脱離反応速度とに比較的大きく影響するパラメータが考慮されることで、上記スリップ量の推定精度をより一層向上させることができる。
In the present embodiment, the slip
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be substituted without departing from the spirit of the claims.
例えば、上述の実施形態では、図9のマップの数値(仮のスリップ量)に対して、SCR触媒47の劣化度に基づく補正係数と、排気ガス中のアンモニア濃度に基づく補正係数とを乗じて、最終的にアンモニアのスリップ量を推定したが、図9のマップの数値に対して、上記劣化度に基づく補正係数のみを乗じて、最終的にアンモニアのスリップ量を推定してもよい。また、SCR触媒47に導入される排気ガスの流量(排気ガスの流量が多くなるほど、頻度係数Aaが小さくなりかつ頻度係数Adが大きくなる)、及び/又は、SCR触媒47に導入される排気ガス中の酸素濃度(式2には、記載していないが、厳密には、排気ガス中の酸素濃度が大きくなると、吸着反応速度が大きくなる)の影響も考慮するために、図9のマップの数値に対して、劣化度に基づく補正係数に加えて、上記排気ガスの流量に基づく補正係数、及び/又は、上記排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数を更に乗じて、最終的にアンモニアのスリップ量を推定してもよい。排気ガスの流量に基づく補正係数は、排気ガスの流量が多いときには、該排気ガスの流量が少ないときに比べて大きくなる。排気ガス中の酸素濃度に基づく補正係数は、排気ガス中の酸素濃度が低いときには、該酸素濃度が高いときに比べて大きくなる。
For example, in the above-described embodiment, the numerical value (temporary slip amount) in the map of FIG. 9 is multiplied by the correction coefficient based on the deterioration degree of the
さらに、上記各補正係数に代えて、補正量を求めるようにして、図9のマップの数値に対して、該補正量を加算又は減算するようにしてもよい。 Furthermore, instead of each of the correction coefficients, a correction amount may be obtained, and the correction amount may be added to or subtracted from the numerical values in the map of FIG.
また、上記実施形態では、尿素インジェクタ51によりアンモニアの前駆体である尿素を供給するようにしていたが、アンモニアを直接供給するような構成にしてもよい。
In the above embodiment, urea, which is a precursor of ammonia, is supplied by the
さらに、上記実施形態では、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量の推定を、SCR触媒47の異常判定に利用する場合について説明したが、例えば、尿素インジェクタ51による尿素噴射量の算出やスリップ触媒48の浄化率の判定などに利用してもよい。つまり、SCR触媒47からのアンモニアのスリップ量の推定は、SCR触媒47の異常判定以外のものにも利用可能である。
Further, in the above-described embodiment, the case where the estimation of the slip amount of ammonia from the
また、上記実施形態では、PCM60の異常判定において、SCR触媒47の浄化率が所定浄化率未満であるか否かの判定(ステップS403)をした後、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かの判定(ステップS404)をしていたが、これに限らず、SCR触媒47の浄化率の算出及び該浄化率に基づく判定の前に、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量未満であるか否かの判定をしてもよい。この場合、PCM60の処理動作は、アンモニアの推定スリップ量が所定スリップ量以上であるときには、SCR触媒47の浄化率の算出や該浄化率に基づく判定もせずに、そのままリターンするような処理動作になる。
Further, in the above embodiment, after determining whether the purification rate of the
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples, and the scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、供給される還元剤によりNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、該選択還元型NOx触媒に、上記還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給可能な還元剤供給手段とを有するエンジンの排気ガス状態を推定する際に有用である。 The present invention comprises a selective reduction type NOx catalyst that reduces NOx by a supplied reducing agent, and a reducing agent supply means capable of supplying ammonia or a precursor of ammonia as the reducing agent to the selective reduction type NOx catalyst. This is useful when estimating the exhaust gas state of an engine having the same.
E エンジン
41 排気通路
45 吸蔵還元型NOx触媒
47 SCR触媒(選択還元型NOx触媒)
51 尿素インジェクタ(還元剤供給手段)
60 PCM
61 アンモニア吸着量推定部(アンモニア吸着量推定手段)
62 スリップ量推定部(スリップ量推定手段)
63 異常判定部(異常判定手段)
64 異常判定制限部(異常判定制限手段)
65 劣化度推定部(劣化度推定手段)
117 触媒温度センサ(触媒温度検出手段)
118 第2NOxセンサ(排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサ)
51 Urea injector (reducing agent supply means)
60 PCM
61 Ammonia adsorption amount estimation unit (ammonia adsorption amount estimation means)
62 Slip amount estimating section (slip amount estimating means)
63 Abnormality determination unit (abnormality determination means)
64 Abnormality determination limiting unit (abnormality determination limiting means)
65 Degradation degree estimation unit (degradation degree estimation means)
117 catalyst temperature sensor (catalyst temperature detection means)
118 Second NOx sensor (NOx sensor whose output value changes according to the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas)
Claims (8)
上記選択還元型NOx触媒の劣化度を推定する劣化度推定工程と、
上記劣化度推定工程で推定した上記選択還元型NOx触媒の劣化度に基づいて、上記排気通路における該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定工程と、を備え、
上記スリップ量推定工程において、上記劣化度が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。 A selective reduction type NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine and that reduces NOx by a supplied reducing agent, and a reducing agent that can supply ammonia or a precursor of ammonia as the reducing agent to the selective reduction type NOx catalyst An exhaust gas state estimation method for an engine having a supply means,
A deterioration degree estimation step for estimating the deterioration degree of the selective reduction type NOx catalyst;
Based on the degree of deterioration of the selective reduction NOx catalyst estimated in the deterioration degree estimation step, the ammonia slip amount, which is the amount of ammonia discharged into the passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage. A slip amount estimating step for estimating
In the slip amount estimation step, when the deterioration degree is large, the slip amount is estimated to be larger than when the deterioration degree is small.
上記劣化度推定工程は、上記選択還元型NOx触媒に付与される熱負荷、及び、該選択還元型NOx触媒のHC被毒量の少なくとも一方を、上記劣化度として推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。 The engine exhaust gas state estimation method according to claim 1,
The deterioration degree estimation step is a step of estimating at least one of a heat load applied to the selective reduction NOx catalyst and an HC poisoning amount of the selective reduction NOx catalyst as the deterioration degree. The engine exhaust gas state estimation method.
上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定するアンモニア吸着量推定工程と、
上記選択還元型NOx触媒の温度を検出する触媒温度検出工程と、を更に備え、
上記スリップ量推定工程は、上記劣化度推定工程で推定した上記選択還元型NOx触媒の劣化度に加えて、上記アンモニア吸着量推定工程で推定された推定アンモニア吸着量、及び、上記触媒温度検出工程で検出された検出触媒温度に基づいて、上記スリップ量を推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。 The engine exhaust gas state estimation method according to claim 1 or 2,
An ammonia adsorption amount estimation step for estimating the ammonia adsorption amount of the selective reduction type NOx catalyst;
A catalyst temperature detecting step of detecting the temperature of the selective reduction type NOx catalyst,
The slip amount estimating step includes the estimated ammonia adsorption amount estimated in the ammonia adsorption amount estimation step and the catalyst temperature detection step in addition to the deterioration degree of the selective reduction type NOx catalyst estimated in the deterioration degree estimation step. An exhaust gas state estimation method for an engine, comprising the step of estimating the slip amount based on the detected catalyst temperature detected in step (1).
上記スリップ量推定工程において、上記劣化度が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定するとともに、同一の上記劣化度及び同一の上記検出触媒温度で比較したときに、上記推定アンモニア吸着量が多いときには、該推定アンモニア吸着量が少ないときに比べて、上記スリップ量を多く推定する一方、同一の上記劣化度及び同一の上記推定アンモニア吸着量で比較したときに、上記検出触媒温度が高いときには、該検出触媒温度が低いときに比べて、上記スリップ量を多く推定することを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。 The exhaust gas state estimation method for an engine according to claim 3,
In the slip amount estimation step, when the degree of deterioration is large, the slip amount is estimated more than when the degree of deterioration is small, and compared with the same degree of deterioration and the same detected catalyst temperature. When the estimated ammonia adsorption amount is large, the slip amount is estimated more than when the estimated ammonia adsorption amount is small, while when compared with the same deterioration degree and the same estimated ammonia adsorption amount, A method for estimating an exhaust gas state of an engine, wherein when the detected catalyst temperature is high, the slip amount is estimated to be larger than when the detected catalyst temperature is low.
上記スリップ量推定工程は、上記推定アンモニア吸着量及び上記検出触媒温度に基づいて推定した仮のスリップ量に対して、上記劣化度に基づいて補正して、上記スリップ量を推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。 The method for estimating an exhaust gas state of an engine according to claim 4,
The slip amount estimating step is a step of estimating the slip amount by correcting the temporary slip amount estimated based on the estimated ammonia adsorption amount and the detected catalyst temperature based on the degree of deterioration. An exhaust gas state estimation method for an engine characterized by the above.
上記エンジンは、
上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも上流側に配設され、排気ガス中のNOxを吸蔵しかつ吸蔵したNOxを還元可能な吸蔵還元型NOx触媒と、
上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元すべく、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍又は理論空燃比よりもリッチな空燃比にするNOx触媒再生制御手段と、
を更に有し、
上記NOx触媒再生制御手段により上記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxを還元したときに、上記吸蔵還元型NOx触媒から排気ガス中に排出されたアンモニア量を推定する還元時アンモニア発生量推定工程を更に備え、
上記アンモニア吸着量推定工程は、上記還元剤供給手段で供給されたアンモニアの量又はアンモニアの前駆体の量と、上記還元時アンモニア発生量推定工程で推定されたアンモニア量とに基づいて、上記選択還元型NOx触媒のアンモニア吸着量を推定する工程であることを特徴とするエンジンの排気ガス状態推定方法。 The engine exhaust gas state estimation method according to any one of claims 3 to 5,
The above engine
An occlusion reduction type NOx catalyst that is disposed upstream of the selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage and occludes NOx in exhaust gas and can reduce the occluded NOx;
NOx catalyst regeneration control means for making the air-fuel ratio of the exhaust gas near the stoichiometric air-fuel ratio or richer than the stoichiometric air-fuel ratio in order to reduce the NOx occluded in the NOx storage reduction catalyst;
Further comprising
Reduction ammonia generation amount estimation step for estimating the amount of ammonia discharged into the exhaust gas from the NOx storage reduction catalyst when NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced by the NOx catalyst regeneration control means Further comprising
The ammonia adsorption amount estimation step is based on the amount of ammonia supplied by the reducing agent supply means or the amount of precursor of ammonia, and the amount of ammonia estimated in the reduction ammonia generation amount estimation step. An exhaust gas state estimation method for an engine, which is a step of estimating an ammonia adsorption amount of a reduced NOx catalyst.
上記エンジンは、上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられかつ排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサを更に有し、
上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定工程を備え、
上記異常判定工程は、上記スリップ量推定工程において推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときには、上記異常判定を制限する異常判定制限工程を含むことを特徴とするエンジンの触媒異常判定方法。 An engine catalyst abnormality determination method using the engine exhaust gas state estimation method according to any one of claims 1 to 6,
The engine further includes a NOx sensor that is provided on the downstream side of the selective reduction type NOx catalyst in the exhaust passage and whose output value changes according to the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas,
Based on the output value of the NOx sensor, comprising an abnormality determination step for determining whether or not the selective reduction type NOx catalyst has an abnormality,
The abnormality determination step includes an abnormality determination limiting step of limiting the abnormality determination when the ammonia slip amount estimated in the slip amount estimation step is equal to or greater than a predetermined slip amount. Method.
上記選択還元型NOx触媒の劣化度を推定する劣化度推定手段と、
上記劣化度推定手段により推定された上記選択還元型NOx触媒の劣化度に基づいて、上記排気通路における該選択還元型NOx触媒よりも下流側の通路へのアンモニアの排出量である、アンモニアのスリップ量を推定するスリップ量推定手段と、
上記排気通路における上記選択還元型NOx触媒よりも下流側に設けられ、排気ガス中のNOx量及びアンモニア量に応じて出力値が変化するNOxセンサと、
上記NOxセンサの上記出力値に基づいて、上記選択還元型NOx触媒に異常があるか否かの異常判定をする異常判定手段と、
上記スリップ量推定手段で推定されたアンモニアのスリップ量が所定スリップ量以上であるときに、上記異常判定手段の上記異常判定を制限する異常判定制限手段とを備え、
上記スリップ量推定手段は、上記劣化度が大きいときには、該劣化度が小さいときに比べて、上記スリップ量を多く推定するように構成されていることを特徴とするエンジンの触媒異常判定装置。 A selective reduction type NOx catalyst that is provided in an exhaust passage of an engine and that reduces NOx by a supplied reducing agent, and a reducing agent that can supply ammonia or a precursor of ammonia as the reducing agent to the selective reduction type NOx catalyst An engine abnormality determination device for an engine having a supply means,
A deterioration degree estimating means for estimating a deterioration degree of the selective reduction type NOx catalyst;
A slip of ammonia, which is the amount of ammonia discharged into the passage downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage, based on the deterioration degree of the selective reduction NOx catalyst estimated by the deterioration degree estimation means. Slip amount estimating means for estimating the amount;
A NOx sensor provided downstream of the selective reduction NOx catalyst in the exhaust passage and having an output value that changes in accordance with the amount of NOx and the amount of ammonia in the exhaust gas;
An abnormality determining means for determining whether or not the selective reduction NOx catalyst has an abnormality based on the output value of the NOx sensor;
An abnormality determination limiting unit that limits the abnormality determination of the abnormality determination unit when the ammonia slip amount estimated by the slip amount estimation unit is equal to or greater than a predetermined slip amount;
The engine catalyst abnormality determination device, wherein the slip amount estimating means is configured to estimate a larger amount of the slip amount when the deterioration degree is large than when the deterioration degree is small.
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