JP2019173708A - 内燃機関システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる内燃機関システムを提供する。【解決手段】内燃機関システムは、内燃機関本体と、エンジン電子制御ユニットと、内燃機関本体の排気通路に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、内燃機関の排気通路に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、尿素水タンクと、尿素ホースと、尿素ポンプと、尿素ＳＣＲ触媒に流れ込むように尿素水を噴射する尿素添加弁と、リターン経路と、尿素添加弁が噴射する尿素水の圧力を検知する尿素圧力センサと、尿素ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇手段の一例である燃料添加弁と、を備えている。尿素ＳＣＲ触媒の床温が予め定めた温度以下である場合において、推定処理で推定した尿素推定流量が予め定めた基準値よりも小さいときには、触媒温度上昇手段によって尿素ＳＣＲ触媒の温度を上昇させるように構築されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関システムに関するものである。

従来、例えば特開２０１１−１１７４４１号公報に開示されているように、還元剤噴射弁の異常を検出する装置が知られている。この従来技術では、圧力センサのセンサ値をもとにして供給経路内の圧力が検出される。供給経路内の圧力が所定範囲内となった状態でポンプ出力が固定される。ポンプ出力を固定した状態で還元剤噴射弁を所定時間開く制御が行われる。この所定時間の開放時における供給経路内の圧力あるいは圧力低下量を複数の閾値と比較することにより、還元剤噴射弁の詰まりの程度が判定される。

特開２０１１−１１７４４１号公報

上記従来の技術では、還元剤噴射弁の詰まりを判定することはできるものの、この詰まりによる悪影響への対策が万全ではない。還元剤噴射弁に詰まりが生じた場合、還元剤の噴射量が正常時と違うことで、期待する程度のＮＯｘ浄化率を得ることができないおそれがある。この点において、上記従来の技術は未だ改善の余地を残すものであった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる内燃機関システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる内燃機関システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、
前記尿素ＳＣＲ触媒に流れ込むように尿素水を噴射する尿素添加弁と、
前記尿素添加弁が噴射する尿素水の圧力に基づいて、前記尿素添加弁が供給する尿素推定流量を推定する推定手段と、
前記尿素ＳＣＲ触媒の床温が予め定めた温度以下である場合において、前記推定手段で推定した前記尿素推定流量が予め定めた基準値よりも小さいときには、前記尿素ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇手段と、
を備える。

本発明によれば、燃料添加弁に詰まりが生じたときに、触媒温度上昇手段を用いることでＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。

実施の形態にかかる内燃機関システムの動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態にかかる内燃機関システムの動作に関連する内容を表すグラフである。 実施の形態にかかる内燃機関システムにおいて実行される制御フローチャートである。

実施の形態にかかる内燃機関システムは、内燃機関本体と、エンジン電子制御ユニットと、内燃機関本体の排気通路に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、内燃機関の排気通路に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、尿素水タンクと、尿素ホースと、尿素ポンプと、尿素ＳＣＲ触媒に流れ込むように尿素水を噴射する尿素添加弁と、リターン経路と、尿素添加弁が噴射する尿素水の圧力を検知する尿素圧力センサと、尿素ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇手段の一例である燃料添加弁と、を備えている。尿素ＳＣＲ触媒システムの構成は既に公知であるため、詳細な説明は省略する。

実施の形態では、触媒温度上昇手段として、内燃機関の排気通路に設置された燃料添加弁による排気燃料添加を用いている。触媒温度上昇手段は、内燃機関の気筒内ポスト噴射であってもよく、ＥＨＣなどの触媒電気加熱によるものであってもよい。触媒温度上昇手段は、尿素水添加量の減少によって低下するＮＯｘ浄化率低下分を補う程度に、尿素水ＳＣＲ触媒の温度を上昇させることが好ましい。

エンジン電子制御ユニットは、尿素圧力センサの出力値に基づいて尿素添加弁の尿素推定流量を推定する推定処理を実行するように構築されている。実施の形態にかかる内燃機関システムは、尿素ＳＣＲ触媒の床温が予め定めた温度以下である場合において、推定処理で推定した尿素推定流量が予め定めた基準値よりも小さいときには、触媒温度上昇手段によって尿素ＳＣＲ触媒の温度を上昇させるように構築されている。

このような制御動作によれば、燃料添加弁に詰まりが生じたときに、触媒温度上昇手段を用いることでＮＯｘ浄化率の低下を抑制することができる。すなわち、狙いのＮＯｘ浄化率が得られるように、ＳＣＲ床温上昇代をＳＣＲ推定床温から推定し、必要な燃料添加量を算出してその必要量だけの燃料を添加することによってＳＣＲ床温を上昇させてＮＯｘ浄化率を調節する。これにより、ＳＣＲ床温が低く必要なＮＯｘ浄化率が得られていないときのＮＯｘ浄化性能を向上させることができる。

ＳＣＲの還元剤供給ＯＢＤ手法として、尿素添加時の尿素圧力低下代の積分値に基づく判定手法が提案されている。ＳＣＲ床温が低い時に、尿素添加弁の詰まりによって還元剤供給率が低下しているとＳＣＲ触媒の後段の排気エミッションが悪化してしまう。より詳しく説明すると、従来の問題点として、ＮＯｘの浄化は可能だがＳＣＲ床温が低くＮＯｘ浄化率が低いときに尿素添加弁の詰まりによって還元剤供給率が低下していると、ＳＣＲ触媒内のＮＨ_３が少なくＳＣＲ温度が低いことからＮＯｘ浄化率が大きく低下する問題がある。その結果、ＳＣＲ触媒の後段の排気エミッションが悪化してしまうという問題がある。理由として、正常よりも還元剤供給率が低下していることを推定できても、触媒内のＮＨ_３の量に対するＳＣＲ床温が低いことにより、狙いのＮＯｘ浄化率に達していないおそれがあるからである。

そこで、実施の形態では、推定した還元剤供給流量が正常時よりも低下している場合には、燃料添加によりＳＣＲ床温を昇温させてＮＯｘ浄化率を上昇させる。具体的には、還元剤供給が可能なときに、還元剤供給流量を推定し、狙いのＮＯｘ浄化率に対して不足しているＳＣＲ床温上昇代をＳＣＲ推定床温から推定し、必要な燃料添加量を算出する。必要な燃料添加を施すことで、ＳＣＲ床温を所望温度に上昇させてＮＯｘ浄化率を適正に保つことができる。

図１は、実施の形態にかかる内燃機関システムの動作を示すタイミングチャートである。図１の最上段には尿素ポンプの回転数が記載されている。図１にあるとおり、尿素推定流量を検出するときには、ポンプ回転数が固定される。これは、通常時は圧力一定になるようにポンプ回転数をフィードバック制御していることとは異なる。

図１の中段には、尿素圧力センサの出力に基づく尿素水圧力が記載されている。図１の最下段には、尿素添加弁の開閉指令信号が記載されている。ポンプ回転数を固定した状態で図１のように尿素添加弁の開閉指令信号が開信号に切り替えられると、尿素添加弁が開くことで、図１の中段に示したように尿素圧力センサで検知した圧力値が低下する。このときの、尿素水添加時の圧力低下量に基づいて、添加量低下の有無を判定することができる。すなわち、異常時には圧力低下量が少なく、正常時には圧力低下量が大きくなる。正常時の圧力低下量に基づいて予め設定した圧力閾値を、今回の圧力低下量が下回っていなければ、尿素添加弁に異常が発生していると結論付けることができる。

図２は、実施の形態にかかる内燃機関システムの動作に関連する内容を表すグラフである。図２は、圧力低下代の積分値と尿素添加量との関係を表すグラフである。同一噴射時間において圧力低下代積分値が相対的に大きければ正常（図２の白丸値）に近く、同一噴射時間において圧力低下代積分値が相対的に小さければ異常（図２の黒丸値）に近いという傾向がある。この傾向に基づいて、図２に示す同一噴射時間における圧力低下代積分値が予め定めた基準よりも小さければ、尿素添加弁に異常傾向があるという判断をすることができる。

図３は、実施の形態にかかる内燃機関システムにおいて実行される制御フローチャートである。図３に記載された各ステップの処理は、エンジン電子制御ユニットによって実行される。まず、今回のトリップ内での判定が未完了であるか否かを判定する処理が実行される（ステップＳ１００）。ステップＳ１００の判定結果がＹＥＳ（肯定）であった場合には、次に、尿素添加可能であるか否かを判定する処理が実行される（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の判定結果がＹＥＳ（肯定）であった場合には、次に、車両がアイドル停止時であるか否かを判定する処理が実行される（ステップS１０４）。ステップＳ１０４の判定結果がＹＥＳ（肯定）であった場合には、次に、尿素供給流量を推定する処理が実行される（ステップＳ１０６）。

次に、推定流量が正常流量よりも小さいか否かを判定する処理が実行される（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の判定結果がＹＥＳ（肯定）であった場合には、ＮＨ_３吸着量を推定する処理が実行される（ステップＳ１１０）。次に、目標ＳＣＲ床温が算出され（ステップＳ１１２）、続いて必要な燃料添加量が算出される（ステップＳ１１４）。次に、ステップＳ１１４で算出された量の燃料が添加される（ステップＳ１１６）。次に、推定ＳＣＲ床温が目標ＳＣＲ床温以上であるか否かを判定する処理が実行される（ステップＳ１１８）。ステップＳ１１８の判定結果がＹＥＳ（肯定）であった場合には、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ１１８の判定結果がＮＯ（否定）であった場合には、処理はステップＳ１１０へとループする。なお、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４、およびＳ１０８それぞれにおいて判定結果がＮＯ（否定）であった場合には、速やかに今回のルーチンが終了する。

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた尿素ＳＣＲ触媒と、
   前記尿素ＳＣＲ触媒に流れ込むように尿素水を噴射する尿素添加弁と、
   前記尿素添加弁が噴射する尿素水の圧力に基づいて、前記尿素添加弁が供給する尿素推定流量を推定する推定手段と、
   前記尿素ＳＣＲ触媒の床温が予め定めた温度以下である場合において、前記推定手段で推定した前記尿素推定流量が予め定めた基準値よりも小さいときには、前記尿素ＳＣＲ触媒の温度を上昇させる触媒温度上昇手段と、
   を備える内燃機関システム。

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