JP2020060121A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、より詳細には、内燃機関の排気通路に選択還元型NOx触媒を備える排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification device provided with a selective reduction type NOx catalyst in an exhaust passage of the internal combustion engine.
例えば、特許文献1には、内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置は、排気通路に配置された選択還元型NOx触媒と、NOxの還元剤としてのアンモニアの前駆体である尿素水を選択還元型NOx触媒の上流に供給する還元剤供給装置とを備えている。そして、排気浄化装置は、選択還元型NOx触媒の劣化判定処理を実行する。 For example, Patent Document 1 discloses an exhaust gas purification device for an internal combustion engine. This exhaust gas purification device includes a selective reduction type NOx catalyst arranged in an exhaust passage and a reducing agent supply device that supplies urea water, which is a precursor of ammonia as a reducing agent of NOx, upstream of the selective reduction type NOx catalyst. I have it. Then, the exhaust emission control device executes a deterioration determination process of the selective reduction type NOx catalyst.
具体的には、上記の劣化判定処理では、選択還元型NOx触媒におけるNOxの浄化に必要な消費アンモニア量と、選択還元型NOx触媒の下流を流れる排気中のアンモニア量であるアンモニアスリップ量とが算出される。そして、消費アンモニア量とアンモニアスリップ量との比較結果に基づいて、選択還元型NOx触媒の劣化の有無が判定される。 Specifically, in the above-described deterioration determination process, the amount of consumed ammonia required for purifying NOx in the selective reduction NOx catalyst and the amount of ammonia slip, which is the amount of ammonia in the exhaust flowing downstream of the selective reduction NOx catalyst, are determined. It is calculated. Then, the presence or absence of deterioration of the NOx selective reduction catalyst is determined based on the result of comparison between the amount of consumed ammonia and the amount of ammonia slip.
特許文献1に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様に選択還元型NOx触媒と還元剤供給装置とを備える内燃機関の排気浄化装置において、選択還元型NOx触媒を対象として次のような劣化判定処理を行うことが考えられる。すなわち、選択還元型NOx触媒が劣化していると仮定した場合にアンモニアスリップが発現する量の還元剤を選択還元型NOx触媒に供給しつつ、所定の判定時期においてセンサにより検出されるアンモニアスリップ濃度が判定閾値を超える場合に選択還元型NOx触媒が劣化していると判定する劣化判定処理を実行することが考えられる。 In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which includes a selective reduction type NOx catalyst and a reducing agent supply device, as in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine described in Patent Document 1, the following deterioration determination is made for a selective reduction type NOx catalyst. It is possible to perform processing. That is, the ammonia slip concentration detected by the sensor at a predetermined determination time is supplied to the selective reduction type NOx catalyst while supplying the reducing agent in an amount that causes ammonia slip when the selective reduction type NOx catalyst is deteriorated. It is conceivable to execute the deterioration determination process for determining that the selective reduction type NOx catalyst is deteriorated when is greater than the determination threshold.
ここで、選択還元型NOx触媒の劣化度が高くなると、劣化判定のための還元剤の添加後の早期にアンモニアスリップが発現する可能性がある。したがって、アンモニアスリップ濃度に基づく劣化判定を行うのに適切な時期として想定された判定時期に対して早期にアンモニアスリップが発現すると、アンモニアスリップを見逃してしまう可能性がある。その結果、劣化判定精度が低下する恐れがある。 Here, if the degree of deterioration of the NOx selective reduction catalyst becomes high, ammonia slip may occur early after addition of the reducing agent for deterioration judgment. Therefore, if the ammonia slip develops earlier than the determination time that is supposed to be appropriate for performing the deterioration determination based on the ammonia slip concentration, the ammonia slip may be missed. As a result, the accuracy of deterioration determination may be reduced.
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、選択還元型NOx触媒の劣化度が高い場合であっても、劣化判定を精度良く行えるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides an exhaust gas purification device for an internal combustion engine capable of accurately performing deterioration determination even when the degree of deterioration of the NOx selective reduction catalyst is high. The purpose is to provide.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に配置され、アンモニアによって排気中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、
前記選択還元型NOx触媒よりも上流側において前記排気通路に配置され、前記排気通路内にアンモニアの前駆体又はアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、
前記選択還元型NOx触媒よりも下流を流れる排気中のアンモニア濃度であるアンモニアスリップ濃度を検出するセンサと、
前記選択還元型NOx触媒が劣化していると仮定した場合にアンモニアスリップが発現する量の前記還元剤を前記選択還元型NOx触媒に供給しつつ、前記センサにより検出される前記アンモニアスリップ濃度に基づいて前記選択還元型NOx触媒の劣化の有無を判定する劣化判定処理を実行する判定装置と、
を備える。
前記判定装置は、
前記還元剤の供給開始からの所定の積算期間中の前記選択還元型NOx触媒からのアンモニアスリップ量の積算値を算出し、
前記積算値が判定閾値よりも大きい場合に、前記選択還元型NOx触媒が劣化していると判定する。
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention,
A selective reduction type NOx catalyst arranged in the exhaust passage of the internal combustion engine to reduce NOx in the exhaust gas with ammonia;
A reducing agent supply device that is arranged in the exhaust passage upstream of the selective reduction type NOx catalyst and that supplies a precursor of ammonia or ammonia as a reducing agent into the exhaust passage,
A sensor for detecting an ammonia slip concentration, which is an ammonia concentration in the exhaust gas flowing downstream of the selective reduction type NOx catalyst,
Based on the ammonia slip concentration detected by the sensor, while supplying the reducing agent in an amount that causes ammonia slip to the selective reduction NOx catalyst when it is assumed that the selective reduction NOx catalyst is deteriorated. And a determination device that executes a degradation determination process for determining whether or not the selective reduction type NOx catalyst is degraded.
Is provided.
The determination device,
Calculating an integrated value of the amount of ammonia slip from the selective reduction type NOx catalyst during a predetermined integrating period from the start of the supply of the reducing agent,
When the integrated value is larger than the determination threshold value, it is determined that the selective reduction type NOx catalyst is deteriorated.
本発明によれば、還元剤の供給開始からの所定の積算期間中の選択還元型NOx触媒からのアンモニアスリップ量の積算値が算出される。そして、算出された積算値が判定閾値よりも大きい場合に、選択還元型NOx触媒が劣化していると判定される。これにより、選択還元型NOx触媒の劣化度が高いために還元剤の供給開始直後にアンモニアスリップが発現するような場合であっても、このアンモニアスリップに基づく劣化判定を行えるようになる。このため、選択還元型NOx触媒の劣化度が高い場合であっても、劣化判定を精度良く行えるようになる。 According to the present invention, the integrated value of the ammonia slip amount from the selective reduction type NOx catalyst during the predetermined integration period from the start of the supply of the reducing agent is calculated. Then, when the calculated integrated value is larger than the determination threshold value, it is determined that the NOx selective reduction catalyst is deteriorated. As a result, even if the ammonia reduction occurs immediately after the supply of the reducing agent is started due to the high degree of deterioration of the NOx selective reduction catalyst, the deterioration determination based on the ammonia slip can be performed. Therefore, even if the degree of deterioration of the NOx selective reduction catalyst is high, the deterioration can be accurately determined.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the embodiments described below, when the number of each element, the number, the amount, the range, etc. is referred to, the number referred to unless otherwise specified or the principle is clearly specified. However, the present invention is not limited to this. Further, the structures, steps, and the like described in the embodiments below are not necessarily essential to the present invention, unless otherwise specified or clearly specified in principle.
1.システム構成例
図1は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置のシステム構成例を説明するための図である。図1に示すシステムは、一例として圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)10を備えている。内燃機関10は、例えば、車両に搭載される。内燃機関10の各気筒には、排気通路12が連通している。排気通路12には、上流側から順に、ディーゼル酸化触媒(DOC)14、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)16、及び選択還元型NOx触媒(SCR(Selective Catalytic Reduction)触媒)18が配置されている。
1. System Configuration Example FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration example of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) 10 as an example. The
DOC14は、排気中の未燃焼ガスであるHC等を酸化処理するように構成されている。DPF16は、排気中の粒子状物質(PM)を捕集する部材であって、例えば多孔質セラミックで構成されている。DPF16には、PMの酸化を促進するための触媒が担持されている。DOC14の上流(排気マニホールド)には、DOC14及びDPF16に未燃燃料を供給するための燃料添加弁20が設置されている。
The
DPF16の下流側かつSCR触媒18の上流側の排気通路12には、「還元剤供給装置」の一例である尿素添加弁22が設置されている。尿素添加弁22は、アンモニア(NH3)の前駆体である尿素水を排気通路12内に供給する添加弁であり、図示しない尿素水タンクに接続されている。尿素添加弁22から排気通路12に噴射された尿素水は、加水分解されてNH3となり、SCR触媒18に供給される。SCR触媒18は、供給された尿素水由来のNH3を還元剤として、排気中の窒素酸化物(NOx)を還元する。なお、NOxの還元のために、尿素水に代えてアンモニア自体が添加されてもよい。
In the
DOC14よりも上流側の排気通路12には、第1NOxセンサ24が設置されている。また、DPF16よりも下流側かつSCR触媒18よりも上流側の排気通路12には、第2NOxセンサ26と排気温度センサ28とが設置されている。NOxセンサ24、26は、それぞれ、各気筒から排出された排気中のNOx濃度、及びSCR触媒18に流入する排気中のNOx濃度を検出するためのセンサの一例として用いられる。排気温度センサ28は、排気の温度に応じた信号を出力し、本実施形態ではSCR触媒18の温度(以下、「SCR床温」とも称する)を推定するためのセンサの一例として用いられる。
A first NOx sensor 24 is installed in the
また、SCR触媒18よりも下流側の排気通路12には、第3NOxセンサ30が設置されている。第3NOxセンサ30は、SCR触媒18の下流を流れる排気中のNOx濃度に応じた信号を出力し、本実施形態ではSCR触媒18の下流を流れる排気中のNH3濃度を検出するためのセンサ(本発明に係る「センサ」に相当)の一例として用いられる。このNH3濃度は、第3NOxセンサ30に代え、NH3センサを用いて検出されてもよい。さらに、内燃機関10の吸気通路32の入口付近には、エアフローセンサ34が設置されている。エアフローセンサ34は、吸気通路32を流れる空気の流量に応じた信号を出力し、本実施形態ではSCR触媒18を通過する排気の流量を検出するためのセンサの一例として用いられる。
A
図1に示すシステムは、さらに電子制御ユニット(ECU)40を備えている。ECU40には、NOxセンサ24、26、30、排気温度センサ28及びエアフローセンサ34とともに、内燃機関10に搭載された各種センサ(図示省略)が電気的に接続されている。また、ECU40には、燃料添加弁20及び尿素添加弁22とともに、内燃機関10の運転を制御するための各種アクチュエータ(図示省略)が電気的に接続されている。
The system shown in FIG. 1 further includes an electronic control unit (ECU) 40. Various sensors (not shown) mounted on the
ECU40は、プロセッサ40aとメモリ40bとを有する。メモリ40bには、上記
の各種アクチュエータを制御するためのプログラム及びマップが記憶されている。また、ECU40には、上記の各種センサから様々な情報が入力される。プロセッサ40aは、これらの情報を利用しつつ、プログラムをメモリから読み出して実行することにより、各アクチュエータの操作量を決定する。その結果、ECU40は、内燃機関10の制御装置として機能する。
The
2.SCR触媒の劣化判定処理
2−1.劣化判定処理の基本構成
上述のECU40は、SCR触媒18に関する「劣化判定処理」を行う「判定装置」の一例としても機能する。すなわち、ECU40は、SCR触媒18の劣化の有無を自己診断するOBD(On-Board Diagnostics)機能を有する。図2は、正常触媒のSCR床温とNH3吸着量との関係を示す図であり、図3は、劣化触媒のSCR床温とNH3吸着量との関係を示す図である。ここでいう「正常触媒」とは、新品の(すなわち、浄化性能の劣化が生じていない)SCR触媒を意味し、「劣化触媒」とは、所定の検出目標の劣化度で浄化性能に劣化が生じているSCR触媒を意味する。
2. SCR catalyst deterioration determination processing 2-1. Basic Configuration of Deterioration Determination Process The
図2中に実線で示す曲線は、正常触媒が吸着可能なNH3の上限値である最大吸着量を表している。一方、図3中に実線で示す曲線は、劣化触媒が吸着可能なNH3吸着量の上限値である最大吸着量を示している。NH3がSCR触媒18から脱離する現象であるNH3スリップは、正常触媒又は劣化触媒のそれぞれにおいてNH3吸着量が上記曲線を超える場合に発現すると考えられる。
The curve indicated by the solid line in FIG. 2 represents the maximum adsorption amount, which is the upper limit value of NH 3 that can be adsorbed by the normal catalyst. On the other hand, the curve shown by the solid line in FIG. 3 shows the maximum adsorption amount that is the upper limit of the NH 3 adsorption amount that can be adsorbed by the deteriorated catalyst. NH 3 slip, which is a phenomenon in which NH 3 is desorbed from the
劣化判定処理では、ECU40は、SCR触媒18が劣化している場合にのみNH3スリップが発現するように決定された量(以下、「アクティブ供給NH3量A」と称する)でNH3をSCR触媒18に対して供給する「OBDアクティブ添加」を実行する。そして、ECU40は、このOBDアクティブ添加を行った結果としてNH3スリップが発現するか否かに基づいて、SCR触媒18の劣化の有無を判定する。
In the deterioration determination process,
より具体的には、OBDアクティブ添加によるNH3の供給量であるアクティブ供給NH3量Aは、NOxの浄化を目的として供給されるNH3量よりも多い(余剰な)量である。また、図2、3に示すようにNH3吸着量はSCR床温に応じて変化するため、アクティブ供給NH3量Aは、SCR床温に応じた値として算出される。なお、本実施形態では、OBDアクティブ添加は、一例として、アクティブ供給NH3量Aを満足する量の尿素水の供給によって実行される。 More specifically, the active supply NH 3 amount A, which is the supply amount of NH 3 by OBD active addition, is a larger amount (surplus) than the NH 3 amount supplied for the purpose of purifying NOx. Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the amount of adsorbed NH 3 changes according to the SCR bed temperature, so the active supply NH 3 amount A is calculated as a value according to the SCR bed temperature. In the present embodiment, as an example, the OBD active addition is executed by supplying urea water in an amount that satisfies the active supply NH 3 amount A.
SCR触媒18が正常触媒である場合には、図2に示されるように、最大吸着量が大きいため、現在の推定NH3吸着量と最大吸着量との差が大きくなる。このため、アクティブ供給NH3量AのNH3が供給された場合であっても、図2に例示されるように最大吸着量を超える事態は起こりにくく、NH3スリップは発現しないと考えられる。一方、SCR触媒18が劣化触媒である場合には、図3に示されるように、最大吸着量が小さいため、現在の推定NH3吸着量と最大吸着量との差が小さくなる。このため、NOxの浄化で消費されるNH3量よりも多いNH3が供給されれば、NH3スリップが生じ易い。このため、図3に例示されるように、OBDアクティブ添加によってアクティブ供給NH3量AのNH3が供給されると、劣化触媒のNH3吸着量が最大吸着量に達し、NH3スリップが発現する。このように、OBDアクティブ添加を行った結果としてSCR触媒18の下流でNH3スリップが発現するか否かに基づいて、SCR触媒18の劣化の有無を判定できる。
When the
付け加えると、図2、3に示すように、SCR床温が高くなるとNH3吸着量が減少する。したがって、同一量のNH3を供給した場合、SCR床温が高い環境である場合ほど、SCR触媒18下流へのNH3スリップが発現し易くなる。また、図2、3を比較すると分かるように、SCR床温の変化に応じたNH3吸着量の変化の大きさは、劣化触媒よりも正常触媒の方が大きくなる。
In addition, as shown in FIGS. 2 and 3 , the NH 3 adsorption amount decreases as the SCR bed temperature increases. Therefore, when the same amount of NH 3 is supplied, the NH 3 slip downstream of the
2−2.OBDアクティブ添加の実行条件
図2中に破線で示す曲線は、SCR触媒18が正常である場合にNH3スリップが発現しないNH3吸着量の下限値に相当する。より詳細には、この下限値は、正常触媒において生じ得る誤差を加味した場合に得られる最大吸着量(実線)の下限値に相当する。したがって、SCR触媒18が正常であれば、NH3スリップは、この下限値を上回らない限り発現しないと考えられる。
2-2. Execution Condition of OBD Active Addition The curve shown by the broken line in FIG. 2 corresponds to the lower limit value of the amount of adsorbed NH 3 at which NH 3 slip does not appear when the
図3中に破線で示す曲線は、SCR触媒18が劣化している場合にNH3スリップが確実に発現するNH3吸着量の上限値に相当する。より詳細には、この上限値は、劣化触媒において生じ得る誤差を加味した場合に得られる最大吸着量(実線)の上限値に相当する。上述のアクティブ供給NH3量Aは、現在の推定NH3吸着量と上記の上限値(破線)との差分よりも確実に大きくなる値に設定される。これにより、SCR触媒18が劣化している場合にOBDアクティブ添加によって確実にNH3スリップを生じさせることができる。
The curve indicated by the broken line in FIG. 3 corresponds to the upper limit value of the amount of adsorbed NH 3 that reliably causes NH 3 slip when the
図2中の「限界アクティブ供給NH3量B」は、現在のSCR床温T1におけるNH3吸着量と上記の下限(破線)との差分に相当する。この限界アクティブ供給NH3量Bは、SCR触媒18が正常であればNH3スリップが発現せずに正常判定がなされるアクティブ供給NH3量Aの範囲内の上限値を意味する。換言すると、限界アクティブ供給NH3量Bよりも多くのNH3が供給された場合には、正常触媒であってもNH3スリップが発現する可能性がある。したがって、本実施形態の劣化判定処理では、アクティブ供給NH3量Aが限界アクティブ供給NH3量Bよりも多いこと(アクティブ供給NH3量A<限界アクティブ供給NH3量B)がOBDアクティブ添加の実行条件とされる。これにより、SCR触媒18が正常である場合に、劣化が生じていると誤判定されることを回避できる。
The “limit active supply NH 3 amount B” in FIG. 2 corresponds to the difference between the NH 3 adsorption amount at the current SCR bed temperature T1 and the above lower limit (broken line). The limit active supply NH 3 amount B means an upper limit value within the range of the active supply NH 3 amount A in which the NH 3 slip does not appear and the normal determination is made if the
2−3.NH3吸着量の推定手法
上述したOBDアクティブ添加の実行条件(アクティブ供給NH3量A<限界アクティブ供給NH3量B)の成立の有無の判断のためには、SCR触媒18のNH3吸着量を把握する必要がある。NH3吸着量の算出(推定)は、オンボードでECU40によって行われる。
2-3. Adsorbed NH 3 amount estimating method above-mentioned condition for executing the OBD active additives for (active supply NH 3 amount A <limit active supply NH 3 amount B) of the presence or absence of formation of the judgment, adsorbed NH 3 amount of the
図4は、NH3吸着量の推定手法の一例を説明するためのブロック図である。本推定手法によれば、以下の(1)式に示すように、NH3吸着量は、供給NH3量から消費NH3量及び脱離NH3量を減じることにより算出される。
NH3吸着量=供給NH3量−消費NH3量−脱離NH3量 ・・・(1)
FIG. 4 is a block diagram for explaining an example of an NH 3 adsorption amount estimation method. According to the present estimation method, the NH 3 adsorption amount is calculated by subtracting the consumed NH 3 amount and the desorbed NH 3 amount from the supplied NH 3 amount, as shown in the following equation (1).
Amount of adsorbed NH 3 = amount of supplied NH 3 −amount of consumed NH 3 −amount of desorbed NH 3 (1)
まず、(1)式中の供給NH3量は、尿素添加弁22による尿素水の添加量に応じた値として算出される。尿素水の添加量は、SCR触媒18を用いてNOxを浄化させる場合にはNOxの浄化を目的として供給されるNH3量に応じた値となるように決定され、OBDアクティブ添加を行う場合には上述のアクティブ供給NH3量Aに応じた値となるように決定される。
First, the supply NH 3 amount in the equation (1) is calculated as a value corresponding to the amount of urea water added by the
次に、消費NH3量は、SCR流入NOx量とSCR触媒18によるNOx浄化率とに応じた値となるように算出される。SCR流入NOx量は、SCR触媒18に流入するNOxの量である。NOx浄化率は、例えば、空気量(SCR触媒18に流入する排気の流量)と、SCR床温と、NH3吸着量(メモリ40bに記憶された前回値)とを引数とするNOx浄化率マップを用いて算出できる。
Next, the consumed NH 3 amount is calculated so as to have a value according to the SCR inflow NOx amount and the NOx purification rate by the
より詳細には、NOx浄化率は、SCR触媒18が正常であるか劣化しているかに応じて異なる。そこで、本推定手法では、SCR触媒18が正常触媒である場合と劣化触媒である場合の両方が想定され、正常触媒及び劣化触媒のそれぞれの特性に応じてNOx浄化率のマップが個別に準備される。ECU40は、それぞれのマップを用いて、SCR触媒18が正常であると想定した場合の消費NH3量と、それが劣化していると想定した場合の消費NH3量とをそれぞれ算出する。
More specifically, the NOx purification rate differs depending on whether the
次に、脱離NH3量(NH3スリップ量)は、空気量と脱離NH3濃度(NH3スリップ濃度)とに応じた値となるように算出される。ここで、脱離NH3濃度とSCR床温とNH3吸着量とは相関を有している。より詳細には、NH3吸着量が同一であれば、SCR床温が高いほど脱離NH3濃度も多くなり、SCR床温が同一であれば、NH3吸着量が多いほど脱離NH3量も多くなる。具体的な相関関係は、予め実験等により求めることができる。ここでは、このような相関関係を一例として利用して、脱離NH3量は、SCR床温と、NH3吸着量(メモリ40bに記憶された前回値)とを引数とする脱離NH3濃度マップを用いて算出される。そして、このように算出される脱離NH3濃度に対して空気量を乗算することで、脱離NH3量を算出できる。
Next, the desorbed NH 3 amount (NH 3 slip amount) is calculated so as to have a value corresponding to the air amount and the desorbed NH 3 concentration (NH 3 slip concentration). Here, the desorbed NH 3 concentration, the SCR bed temperature, and the NH 3 adsorption amount have a correlation. More specifically, if adsorbed NH 3 amount is the same, SCR bed temperature is increased even higher desorption NH 3 concentration, SCR if the bed temperature is the same, NH 3 greater the amount of adsorption desorption NH 3 The amount also increases. The specific correlation can be obtained in advance by experiments or the like. Here, such a correlation by using as an example, the desorption amount of NH 3 is SCR and bed temperature, NH 3 adsorption desorption NH 3 that the (previous value stored in the
上述のNOx浄化率と同様に、脱離NH3濃度も、SCR触媒18が正常であるか劣化しているかに応じて異なる。そこで、本推定手法では、SCR触媒18が正常触媒である場合と異常劣化触媒である場合の両方が想定され、正常触媒及び異常劣化触媒のそれぞれの特性に応じて脱離NH3濃度マップが個別に準備される。ECU40は、それぞれのマップを用いて、SCR触媒18が正常であると想定した場合の脱離NH3濃度と、それが劣化していると想定した場合の脱離NH3濃度とをそれぞれ算出する。
Similar to the NOx purification rate described above, the desorbed NH 3 concentration also differs depending on whether the
NH3吸着量は、以上説明したように算出される供給NH3量、消費NH3量及び脱離NH3量を上記(1)式に代入することにより算出される。本実施形態の劣化判定処理では、このように算出されるNH3吸着量がNH3吸着量の推定値として用いられる。 The NH 3 adsorption amount is calculated by substituting the supplied NH 3 amount, the consumed NH 3 amount, and the desorbed NH 3 amount, which are calculated as described above, into the above formula (1). In the deterioration determination process of the present embodiment, the calculated NH 3 adsorption amount is used as the estimated value of the NH 3 adsorption amount.
2−4.SCR触媒の劣化判定に関する課題
図5は、OBDアクティブ添加を利用したSCR触媒18の劣化判定処理の課題について説明するためのタイムチャートである。以下、説明の便宜上、後述の本実施形態の劣化判定処理との対比のために図5を参照して説明する劣化判定処理のことを「劣化判定処理A」と称する。
2-4. Issues Regarding Deterioration Determination of SCR Catalyst FIG. 5 is a time chart for explaining the issues of the degradation determination process of the
2−4−1.劣化判定処理Aの概要
図5は、一例として通常時(車速及びSCR床温が安定している状況)を対象として、劣化判定処理Aの概要(判定時期Tの選定及び判定閾値TH1の算出手法)を説明するために用いられている。この劣化判定処理Aは、上述の劣化触媒(すなわち、所定の検出目標の劣化度で浄化性能に劣化が生じているSCR触媒18)を見つけることを目的として行われるものである。
2-4-1. Overview of Deterioration Judgment Processing A FIG. 5 shows an overview of the deterioration judgment processing A (selection of the judgment time T and calculation method of the judgment threshold value TH1) for a normal time (state where the vehicle speed and the SCR floor temperature are stable) as an example. ) Is used to explain. The deterioration determination process A is performed for the purpose of finding the above-described deterioration catalyst (that is, the
劣化判定処理Aで用いられる判定時期Tは、次のように選定される。図5には、OBDアクティブ添加がなされる状況下(OBDアクティブ添加実施フラグON)における4つの推定NH3スリップ濃度の波形1〜4が表されている。 The determination time T used in the deterioration determination process A is selected as follows. FIG. 5 shows four estimated NH 3 slip concentration waveforms 1 to 4 under the condition that the OBD active addition is performed (the OBD active addition execution flag is ON).
波形1は、触媒劣化時(推定中央)の波形、すなわち、所定の検出目標の劣化度を有する劣化触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮した場合の推定NH3スリップ濃度の中央値の波形に相当する。このような波形1は、劣化触媒用のマップを利用しつつ図4に示す推定手法を用いて推定NH3スリップ濃度を算出することにより得られる。なお、ここでいう「生じ得る誤差」とは、具体的には、尿素添加弁22による尿素水の添加量の誤差、及びSCR流入NOx量の誤差等を意味する。
Waveform 1 is a waveform at the time of catalyst deterioration (estimated center), that is, the median of the estimated NH 3 slip concentration when “possible error” is taken into consideration for a deteriorated catalyst having a predetermined degree of detection target deterioration. Corresponds to a waveform. Such a waveform 1 is obtained by calculating the estimated NH 3 slip concentration using the estimation method shown in FIG. 4 while using the map for the deteriorated catalyst. The “possible error” here specifically means an error in the amount of urea water added by the
波形2は、触媒劣化時(推定下限)の波形、すなわち、上記の劣化触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮した場合に確実に生じ得る推定NH3スリップ濃度の下限値の波形に相当する。このような波形2は、劣化触媒用のマップを利用しつつ図4に示す推定手法により算出される推定NH3スリップ濃度を「生じ得る誤差」に基づく所定の補正量によって補正することにより得られる。 Waveform 2 corresponds to a waveform at the time of catalyst deterioration (estimation lower limit), that is, a waveform of the lower limit value of the estimated NH 3 slip concentration that can surely occur when the “possible error” is taken into consideration for the above deteriorated catalyst. To do. Such a waveform 2 is obtained by correcting the estimated NH 3 slip concentration calculated by the estimation method shown in FIG. 4 with a predetermined correction amount based on the “possible error” while using the map for the deteriorated catalyst. .
波形3は、触媒正常時(推定中央)の波形、すなわち、正常触媒を対象として、「生じ得る誤差」を考慮した場合の推定NH3スリップ濃度の中央値の波形に相当する。このような波形3は、正常触媒用のマップを利用しつつ図4に示す推定手法を用いて推定NH3スリップ濃度を算出することにより得られる。したがって、当該推定NH3スリップ濃度は実質的にゼロとなる。 Waveform 3 corresponds to a waveform when the catalyst is normal (estimated center), that is, a waveform of the median value of the estimated NH 3 slip concentration when the “possible error” is taken into consideration for the normal catalyst. Such a waveform 3 is obtained by calculating the estimated NH 3 slip concentration using the estimation method shown in FIG. 4 while utilizing the map for the normal catalyst. Therefore, the estimated NH 3 slip concentration is substantially zero.
波形4は、触媒正常時(推定上限)の波形(直線)、すなわち、正常触媒を対象として、生じ得る誤差」を考慮した場合に生じ得る推定NH3スリップ濃度の上限値の波形に相当する。このような波形4は、正常触媒用のマップを利用しつつ図4に示す推定手法により算出される推定NH3スリップ濃度を「生じ得る誤差」に基づく所定の補正量によって補正することにより得られる。 The waveform 4 corresponds to the waveform (straight line) when the catalyst is normal (estimated upper limit), that is, the waveform of the upper limit value of the estimated NH 3 slip concentration that can occur when a possible error is taken into consideration for a normal catalyst. Such a waveform 4 is obtained by correcting the estimated NH 3 slip concentration calculated by the estimation method shown in FIG. 4 by a predetermined correction amount based on the “possible error” while using the map for the normal catalyst. .
判定時期Tは、触媒劣化時の推定下限値(波形2)が触媒正常時の推定上限値(波形4)を上回るという「判定条件」が成立する期間に相当する。第1劣化判定処理は、この判定条件が成立する期間に該当する図5中の判定時期Tが到来した場合に実行されることになる。 The determination time T corresponds to a period in which a “determination condition” is established in which the estimated lower limit value (waveform 2) when the catalyst is deteriorated exceeds the estimated upper limit value (waveform 4) when the catalyst is normal. The first deterioration determination process is executed when the determination time T in FIG. 5 corresponding to the period in which this determination condition is satisfied has arrived.
また、図5中の波形5は、触媒劣化時の推定下限値(波形2)と触媒正常時の推定上限値(波形4)との平均値の波形に相当する。劣化判定処理Aによれば、上記判定時期Tにおける波形5のNH3スリップ濃度の値(上記平均値)が、第1劣化判定処理の判定閾値TH1として用いられる。そして、第3NOxセンサ30により検出された実NH3スリップ濃度がこの判定閾値TH1を超える場合に、SCR触媒18が劣化していると判定される。図5には、このように劣化判定がなされるNH3スリップの例として、検出目標の劣化度で劣化したSCR触媒18の実NH3スリップ濃度の波形6が表されている。
Further, the waveform 5 in FIG. 5 corresponds to the waveform of the average value of the estimated lower limit value (waveform 2) when the catalyst deteriorates and the estimated upper limit value (waveform 4) when the catalyst is normal. According to the deterioration determination process A, the value of the NH 3 slip concentration of the waveform 5 at the determination time T (the average value) is used as the determination threshold TH1 of the first deterioration determination process. Then, when the actual NH 3 slip concentration detected by the
上述した劣化判定処理Aは、上述の判定時期Tにおいて(つまり、仮にSCR触媒18が劣化しているとした仮定した場合において、正常触媒想定時に生じ得るNH3スリップ濃度の上限値よりも高いNH3スリップ濃度が得られる状況下において)実行されることになる。また、触媒劣化時の推定下限値と触媒正常時の推定上限値の算出の基礎とされる推定NH3スリップ濃度の算出には、図4を参照して説明した推定手法の利用によってSCR床温の影響が逐次考慮されている。
The deterioration determination process A described above is performed at the determination time T described above (that is, assuming that the
そのうえで、劣化判定処理Aでは、上記の判定時期Tにおいて、(実)NH3スリップ濃度が、触媒劣化時の推定下限値と触媒正常時の推定上限値との平均値である「判定閾値TH1」を超える場合に、SCR触媒18が劣化していると判定される。このような処理によれば、触媒正常時の推定上限値よりも大きな判定閾値TH1が利用されるため、SCR触媒18が正常である場合に劣化判定がなされないようにすることができる。また、触媒劣化時の推定下限値よりも小さな判定閾値TH1が利用されるため、SCR触媒18が劣化している場合に正常判定がなされないようにすることができる。
Then, in the deterioration determination process A, at the determination time T, the (actual) NH 3 slip concentration is the average value of the estimated lower limit value when the catalyst is deteriorated and the estimated upper limit value when the catalyst is normal “determination threshold TH1”. When it exceeds, it is determined that the
したがって、劣化判定処理Aによれば、SCR床温の変化を考慮しつつ、適切な判定時期Tにおいて適切な判定閾値TH1を用いてSCR触媒18の劣化の有無を判定できるようになる。このため、SCR床温が変化する場合であっても劣化判定を精度良く行えるようになる。
Therefore, according to the deterioration determination process A, it is possible to determine the presence or absence of deterioration of the
2−4−2.劣化判定処理Aの課題
上述のように、劣化判定処理Aによれば、SCR触媒18が検出目標の劣化度以下の劣化度で劣化している場合であれば、波形6の例のように、判定時期Tにおいて実NH3スリップ濃度が判定閾値TH1よりも高くなる。このため、劣化判定を適切に行われる。一方、SCR触媒18の劣化度が高くなった場合(より詳細には、SCR触媒18の劣化が検出目標レベルに対して著しく進行していた場合)には、図5中の波形7の例のように、OBDアクティブ添加の実行後の早期にNH3スリップが発現する可能性がある。したがって、所定の劣化度での検出を前提とした判定時期Tを利用してNH3スリップ濃度を評価する劣化判定処理Aによれば、劣化度が高いとNH3スリップを見逃してしまう可能性がある。具体的には、波形7の例では、SCR触媒18の劣化がかなり進行しているにもかかわらず、判定時期Tでは実NH3スリップ濃度が判定閾値TH1未満となるため、SCR触媒18が正常であると誤判定されてしまうことになる。
2-4-2. Problems of Deterioration Judgment Process A As described above, according to the deterioration judgment process A, if the
2−5.特徴部
上述の課題に鑑み、本実施形態では、SCR触媒18の劣化度が高い場合(より詳細には、検出目標の劣化度と比べて劣化が進行している場合)においても適切に劣化判定を行えるようにするために、次のような劣化判定処理が実行される。
2-5. Characteristic part In view of the above-mentioned problem, in the present embodiment, the deterioration determination is appropriately performed even when the deterioration degree of the
図6は、本発明の実施の形態に係る特徴的な劣化判定処理の概要を説明するためのタイムチャートである。なお、図6中の波形2、4、7、及び判定時期Tは、図5を参照して既述したものと同じである。 FIG. 6 is a time chart for explaining the outline of the characteristic deterioration determination processing according to the embodiment of the present invention. The waveforms 2, 4, and 7 and the determination time T in FIG. 6 are the same as those already described with reference to FIG.
図6中の時点t1は、OBDアクティブ添加の開始時点(OBDアクティブ添加実施フラグON)に相当する。本実施形態の劣化判定処理によれば、OBDアクティブ添加の開始後に(実)NH3スリップ量の積算が開始される。 A time point t1 in FIG. 6 corresponds to the start time point of the OBD active addition (the OBD active addition execution flag is ON). According to the deterioration determination process of the present embodiment, the accumulation of the (actual) NH 3 slip amount is started after the start of the OBD active addition.
図6には、波形4の推定NH3スリップ濃度に応じた推定NH3スリップ量の積算値Aの時間変化を示す直線(破線)と、波形2の推定NH3スリップ濃度に応じた推定NH3スリップ量の積算値Bの時間変化を示す折れ線(破線)と、波形7の実NH3スリップ濃度に応じた実NH3スリップ量の積算値Cの時間変化を示す折れ線(実線)とが表されている。 Figure 6 is a straight line (broken line) showing the time variation of the integrated value A of the estimated NH 3 slip amount corresponding to the estimated NH 3 slip concentration of waveform 4, the estimated NH 3 in accordance with the estimated NH 3 slip concentration of waveform 2 A polygonal line (broken line) showing the time change of the integrated value B of the slip amount and a polygonal line (solid line) showing the time change of the integrated value C of the actual NH 3 slip amount according to the actual NH 3 slip concentration of the waveform 7 are shown. ing.
まず、触媒正常時の推定上限値(波形4)に対応する積算値Aは、時点t1におけるOBDアクティブ添加の開始後に0から連続的に増加している。触媒劣化時の推定下限値(波形2)に対応する積算値Bは、時点t4におけるNH3スリップの発現後に0から増加していき、時点t6においてNH3スリップが終了した後には一定となっている。そして、検出目標の劣化度よりも高い劣化度の波形7に対応する積算値Cは、OBDアクティブ添加の開始直後の時点t2におけるNH3スリップの発現後に0から増加していき、時点t3においてNH3スリップが終了した後には一定となっている。 First, the integrated value A corresponding to the estimated upper limit value (waveform 4) when the catalyst is normal increases continuously from 0 after the start of the OBD active addition at the time point t1. The integrated value B corresponding to the estimated lower limit value (waveform 2) at the time of catalyst deterioration increases from 0 after the occurrence of NH 3 slip at time t4 and becomes constant after the NH 3 slip ends at time t6. There is. Then, the integrated value C corresponding to the waveform 7 having the deterioration degree higher than the detection target deterioration degree increases from 0 after the NH 3 slip appears at the time point t2 immediately after the start of the OBD active addition, and at the time point t3. It remains constant after the end of 3 slips.
本実施形態の劣化判定処理では、OBDアクティブ添加開始からの所定の積算期間中の(実)NH3スリップ量の積算値が算出され、算出された積算値が判定閾値TH2よりも大きい場合に、SCR触媒18が劣化していると判定される。図6に示す例では、上記の積算期間は、時点t1から上述の判定時期T中の時点t5までの期間に相当する。時点t5は、触媒正常時の推定上限値と触媒劣化時の推定下限値とが交差する時点に相当する。そして、図6に示す例では、時点t5における触媒劣化時の推定下限値の積算値B(=触媒正常時の推定上限値の積算値A)が判定閾値TH2の一例として用いられている。したがって、図6中の積算値Cの例では、積算値Cが判定閾値TH2よりも大きくなるため、SCR触媒18が劣化していると判定される。なお、判定閾値TH2は、上記の例に代え、例えば、判定時期Tの到来中において触媒劣化時の推定下限値に対応する積算値Bが触媒正常時の推定上限値に対応する積算値Aよりも大きいことを条件として、積算値Bよりも大きな他の値であってもよい。そして、判定閾値TH2は、本発明に係る「判定閾値」の一例に相当する。
In the deterioration determination process of the present embodiment, the integrated value of the (actual) NH 3 slip amount during the predetermined integrated period from the start of the OBD active addition is calculated, and when the calculated integrated value is larger than the determination threshold TH2, It is determined that the
2−6.判定装置(ECU)の処理
図7は、本発明の実施の形態に係るSCR触媒18の劣化判定処理に関するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関10の運転中に繰り返し実行される。
2-6. Process of Determination Device (ECU) FIG. 7 is a flowchart showing a routine relating to a degradation determination process of the
図7に示すルーチンでは、まず、ECU40は、SCR触媒18の現在の(推定)NH3吸着量を算出する(ステップS100)。具体的には、図4に示す推定手法(推定モデル)を利用して、触媒正常想定時と触媒劣化想定時の双方についての推定NH3吸着量を算出する。
In the routine shown in FIG. 7, the
次に、ECU40は、OBDアクティブ添加の実施に関する予備条件が成立するか否かを判定する(ステップS102)。この予備条件は、劣化判定に関連する部品の異常が検出されていないこと、車両のバッテリ電圧がECU40の所定の必要電圧値以上であること、触媒制御モードが通常モードであること(PM再生実施中でないこと)、大気圧が劣化判定に用いられるセンサの信頼性の確保に必要な所定値以上であること、劣化判定に用いられるNOxセンサ26、30が活性状態にあること、及び、1トリップ内でOBDアクティブ添加及び劣化判定の何れも未実施であること(意図したNH3スリップが劣化時に発現することを保証するため)を含む。
Next, the
ステップS102の判定結果が否定的である場合には、ECU40は本ルーチンを終了する。一方、ECU40がステップS102において予備条件が成立すると判定した場合には、処理はステップS104に進む。
If the determination result of step S102 is negative, the
ステップS104では、ECU40は、OBDアクティブ添加の実施が可能であるか否かを判定する。具体的には、上述のOBDアクティブ添加の実行条件(アクティブ供給NH3量A<限界アクティブ供給NH3量B)の成立の有無が判定される。その結果、ステップS104の判定結果が否定的である場合には、ECU40は本ルーチンを終了する。
In step S104, the
ECU40がステップS104においてOBDアクティブ添加の実行条件が成立すると判定した場合には、処理はステップS106に進む。ステップS106では、ECU40は、上述のOBDアクティブ添加を実行する。
When the
次に、ECU40は、(実)NH3スリップ量の計測及び積算を実行する(ステップS108)。実NH3スリップ量の計測(算出)は、第3NOxセンサ30を用いて計測される実NH3スリップ濃度に対して、エアフローセンサ34に基づく空気量を乗算することにより行うことができる。
Next, the
次に、ECU40は、上述の判定条件(触媒正常時の推定上限値<触媒劣化時の推定下限値)が成立するか否か(換言すると、上述の判定時期Tが到来したか否か)を判定する(ステップS110)。その結果、ステップS110の判定結果が否定的である場合(つまり、図6に示す判定時期Tが到来していない場合)には、処理はステップS112に進む。
Next, the
ステップS112では、ECU40は、OBDアクティブ添加開始後の経過時間が所定時間X(例えば、300秒)未満であるか否かを判定する。その結果、この判定結果が肯定的である場合(経過時間<X)には、処理はステップS108に戻り、実NH3スリップ量の計測及び積算が継続される。一方、当該判定結果が否定的である場合(つまり、OBDアクティブ添加の開始後に所定時間Xを経過しても判定条件が成立しない場合)には、ECU40は本ルーチンを終了する(つまり、この場合には、誤判定の防止のために、劣化判定は行われない)。
In step S112, the
一方、ECU40がステップS110において判定条件が成立すると判定した場合(つまり、上記判定時期Tが到来している場合)には、処理はステップS114に進む。ステップS114では、ECU40は、実NH3スリップ量の計測及び積算を終了する。このようなステップS108、S110及びS114の処理によれば、OBDアクティブ添加の開始から判定条件が成立するまでの期間(上記の積算期間の一例)を対象として、実NH3スリップ量の積算が実行されることになる。
On the other hand, when the
次に、ECU40は、実NH3スリップ量の積算値が上述の判定閾値TH2以下であるか否かを判定する(ステップS116)。その結果、この判定結果が肯定的である場合(積算値≦判定閾値TH2)には、ECU40は、SCR触媒18が正常であると判定する(ステップS118)。一方、当該判定結果が否定的である場合(積算値>判定閾値TH2)には、ECU40は、SCR触媒18が劣化していると判定する(ステップS120)。
Next, the
3.効果
以上説明した本実施形態の劣化判定処理によれば、OBDアクティブ添加の開始からの所定の積算期間中の(実)NH3スリップ量の積算値が算出され、算出された積算値が判定閾値TH2よりも大きい場合に、SCR触媒18が劣化していると判定される。これにより、SCR触媒18の劣化度が高いためにOBDアクティブ添加の開始直後にNH3スリップが発現するような場合であっても、このNH3スリップに基づく劣化判定を行えるようになる。このため、SCR触媒18の劣化度が高い場合であっても、劣化判定を精度良く行えるようになる。
3. Effect According to the deterioration determination process of the present embodiment described above, the integrated value of the (actual) NH 3 slip amount during the predetermined integration period from the start of the OBD active addition is calculated, and the calculated integrated value is the determination threshold value. When it is larger than TH2, it is determined that the
付け加えると、本実施形態では、(実)NH3スリップ量の積算値の積算期間の一例は、OBDアクティブ添加開始から判定時期Tが到来するまで(図6に示す例では時点t5まで)の期間である。判定時期Tは、既述したように、仮に検出目標の劣化度でSCR触媒18が劣化していると仮定した場合に、正常触媒想定時に生じ得るNH3スリップ濃度の上限値よりも高いNH3スリップ濃度が得られる期間に相当する。そして、判定閾値TH2は、そのような判定時期Tの到来中に、触媒劣化時の推定下限値に対応する積算値B(=触媒正常時の推定上限値に対応する積算値A)と等しい値に設定されている。さらに、OBDアクティブ添加の開始後のNH3スリップ量は、SCR触媒18の劣化度が高いほど増加する。したがって、当該積算期間中の(実)NH3スリップ量の積算値が判定閾値TH2よりも大きい場合に劣化判定を行うことにより、検出目標の劣化度よりも高い劣化度でSCR触媒18が劣化していることを確実に判定できるようになる。
In addition, in the present embodiment, an example of the integration period of the integrated value of the (actual) NH 3 slip amount is a period from the start of the OBD active addition until the determination time T arrives (until time t5 in the example shown in FIG. 6). Is. Determination timing T, as previously described, if detected when the
10 内燃機関
12 排気通路
18 選択還元型NOx触媒(SCR触媒)
22 尿素添加弁
24、26、30 NOxセンサ
28 排気温度センサ
34 エアフローセンサ
40 電子制御ユニット(ECU)
10
22
Claims (1)
前記選択還元型NOx触媒よりも上流側において前記排気通路に配置され、前記排気通路内にアンモニアの前駆体又はアンモニアを還元剤として供給する還元剤供給装置と、
前記選択還元型NOx触媒よりも下流を流れる排気中のアンモニア濃度であるアンモニアスリップ濃度を検出するセンサと、
前記選択還元型NOx触媒が劣化していると仮定した場合にアンモニアスリップが発現する量の前記還元剤を前記選択還元型NOx触媒に供給しつつ、前記センサにより検出される前記アンモニアスリップ濃度に基づいて前記選択還元型NOx触媒の劣化の有無を判定する劣化判定処理を実行する判定装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記判定装置は、
前記還元剤の供給開始からの所定の積算期間中の前記選択還元型NOx触媒からのアンモニアスリップ量の積算値を算出し、
前記積算値が判定閾値よりも大きい場合に、前記選択還元型NOx触媒が劣化していると判定する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A selective reduction type NOx catalyst arranged in the exhaust passage of the internal combustion engine to reduce NOx in the exhaust gas with ammonia;
A reducing agent supply device that is arranged in the exhaust passage upstream of the selective reduction type NOx catalyst and that supplies a precursor of ammonia or ammonia as a reducing agent into the exhaust passage,
A sensor for detecting an ammonia slip concentration, which is an ammonia concentration in the exhaust gas flowing downstream of the selective reduction type NOx catalyst,
Based on the ammonia slip concentration detected by the sensor, while supplying the reducing agent in an amount that causes ammonia slip to the selective reduction NOx catalyst when it is assumed that the selective reduction NOx catalyst is deteriorated. And a determination device that executes a degradation determination process for determining whether or not the selective reduction type NOx catalyst is degraded.
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising:
The determination device,
Calculating an integrated value of the amount of ammonia slip from the selective reduction type NOx catalyst during a predetermined integrating period from the start of the supply of the reducing agent,
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein it is determined that the selective reduction type NOx catalyst is deteriorated when the integrated value is larger than a determination threshold value.
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