JP2021042692A - エンジンの排気浄化装置、及び付着還元剤の推定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記の本発明によれば、配管温度や排気ガス温度に基づき、還元剤分解量を正確に求めることができる。そして、正確な還元剤分解量に基づいて、選択還元型NOx触媒の異常判定の実行を適切に制限することができ、その結果、選択還元型NOx触媒の異常判定に関する誤判定を確実に抑制することができる。また、本発明によれば、正確な還元剤分解量に基づき選択還元型NOx触媒の異常判定の実行可否を判定するので、異常判定の無駄な制限を抑制することができ、異常判定の実行機会を適切に確保することが可能となる。
このように構成された本発明によれば、指数関数で表された、配管温度又は排気ガス温度と還元剤分解量の変化率(つまり分解速度)との関係に基づき、還元剤分解量を正確に求めることができる。
このように構成された本発明によっても、還元剤分解量を正確に求めることができる。
このように構成された本発明によっても、還元剤分解量を正確に求めることができる。
このように構成された本発明によれば、固化した還元剤が残存しているか消失しているかを正確に判断して、選択還元型NOx触媒の異常判定の制限の継続と解除とを適切に切り替えることができる。
このように構成された本発明によれば、付着還元剤量や配管温度や排気ガス温度に基づき、付着還元剤の固化を正確に判定することができる。
排気通路の配管温度が比較的高いときには、配管温度が高くなるほど、還元剤の蒸発速度(還元剤に含まれる水分の蒸発に関するものであり、蒸発率と同義)が低くなるという現象が生じる。具体的には、配管に接触した還元剤の表面が気化して薄い蒸気膜が形成されて、この蒸気膜によって還元剤が配管に直接接触することが阻害される結果(つまり還元剤の下に蒸気膜が生じて当該還元剤と配管との熱伝導が阻害される結果)、還元剤が蒸発しにくくなるのである。
したがって、上記の本発明では、処理装置は、このような還元剤の蒸発に関する特性を加味して、配管温度が所定温度以上であるときには、当該配管温度が低いほど還元剤の固化速度(基本的には、還元剤の蒸発速度と固化速度に関しては、蒸発速度が高くなるほど固化速度も高くなるという関係がある)が高くなるという関係に基づき、還元剤の固化を判定する。これにより、付着還元剤の固化をより正確に判定することができる。
このように構成された本発明によれば、処理装置は、配管温度が比較的低いときには、上述したような蒸気膜の存在により温度が高くなるほど蒸発速度が低くなるという現象はほとんど生じないため、温度が高くなるほど蒸発速度が高くなるという通常の特性を加味することで、付着還元剤の固化をより正確に判定することができる。
このように構成された本発明によれば、処理装置は、配管温度がかなり高いときには、上述したような蒸気膜の存在により温度が高くなるほど蒸発速度が低くなるという特性よりも、温度が高くなるほど蒸発速度が高くなるという特性のほうが支配的になることを加味することで、付着還元剤の固化をより正確に判定することができる。
このように構成された本発明では、排気ガス温度又は配管温度と閾値とを比較することで、付着還元剤の固化を判定する。これにより、付着還元剤の固化を容易に判定することができる。
このように構成された本発明によれば、固化した還元剤の消失を容易に判定することができる。
このように構成された本発明によっても、還元剤分解量を正確に求めることができる。よって、この正確な還元剤分解量を選択還元型NOx触媒に対する異常判定に対して適用することで、当該異常判定に関する誤判定を抑制することが可能となる。
まず、図1を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置及び付着還元剤の推定方法に関する装置構成について説明する。図1は、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置及び付着還元剤の推定方法が適用されたエンジンの概略構成図である。
次に、図2を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置及び付着還元剤の推定方法に関する制御構成について説明する。図2は、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置及び付着還元剤の推定方法が適用されたエンジンの制御系統を示すブロック図である。
次に、図3を参照して、本発明の実施形態においてコントローラ100が行う処理内容の基本概念について説明する。図3は、本発明の実施形態において解決しようとしている課題について説明するための図である。詳しくは、図3は、尿素インジェクタ45から噴射された尿素水の配管への付着、付着した尿素水のデポジット化、及びデポジット化した尿素の分解についての説明図である。
(NH2)2CO→NH3+HNCO
次に、図4を参照して、本発明の実施形態によるSCR触媒43の異常判定の全体的な流れについて説明する。図4は、本発明の実施形態によるSCR触媒異常判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、コントローラ100によって所定の周期で繰り返し実行される。
NOx浄化率=1−(下流側NOx量/上流側NOx量)
次に、本発明の実施形態による尿素デポジット判定について具体的に説明する。最初に、図5を参照して、本発明の実施形態による尿素デポジット判定の概要について説明する。図5は、本発明の実施形態による尿素デポジット判定処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、コントローラ100によって、図4に示したSCR触媒異常判定処理のステップS12において実行される。
付着尿素水の水分量=付着尿素水総量×(1−付着尿素水の濃度/100)
k=Aexp{−Ea/(RT)}
V=k×(尿素デポジット量)α
次に、本発明の実施形態によるエンジンの排気浄化装置及び付着還元剤の推定方法の作用及び効果について説明する。
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。なお、以下で示す各種の変形例は適宜組み合わせて実施することができる。
上述した実施形態では、コントローラ100は、付着尿素水の水分量から付着尿素水の蒸発量を減算した残存水分量が0であるときに、尿素デポジットが生成していると判定し、尿素デポジット判定フラグをオンに設定していた(図8及び図10参照)。変形例では、コントローラ100は、このような残存水分量を用いる代わりに、付着尿素水が存在している状況において(つまり付着尿素水総量が0よりも大きい状況)、排気ガス温度又は配管温度が所定の閾値未満となった場合に、尿素デポジットが生成していると判定してもよい。そして、コントローラ100は、排気ガス温度又は配管温度が閾値未満となったときに、付着尿素水総量分の尿素水が全てデポジット化したと推定し、当該付着尿素水総量に対応する尿素デポジットの量が0にまで減少したときに、尿素デポジットが消失したと判定してもよい。
上述した実施形態では、尿素デポジットが生成していると判定されたとき、つまり尿素デポジット判定フラグがオンであるときに、SCR触媒43の異常判定の実行を禁止していたが、当該異常判定の実行を禁止することに限定はされない。変形例では、尿素デポジット判定フラグがオンであるときに、SCR触媒43の異常判定の実行を禁止せずに、尿素デポジット判定フラグがオフであるときよりも、NOx浄化率を判定するための所定値を大きくして(図4参照)、SCR触媒43が異常と判定されにくくしてもよい。要は、尿素デポジット判定フラグがオンであるときには、尿素デポジット判定フラグがオフであるときよりも、SCR触媒43の異常判定が制限されるようにすればよい。このような変形例によっても、SCR触媒43の異常判定に関する誤判定を適切に抑制することができる。
上述した実施形態では、尿素デポジットが生成していると判定されたときに、尿素デポジット分解量の大きさによらずに、SCR触媒43の異常判定を制限していたが、変形例では、尿素デポジットが生成していると判定されたときにおいて、尿素デポジット分解量の大きさに応じて、SCR触媒43の異常判定を制限してもよい。つまり、この変形例では、尿素デポジット分解量が所定値以上のときのみ、SCR触媒43の異常判定を制限することとし、尿素デポジット分解量が所定値未満のときには、尿素デポジットが生成していると判定されていても、SCR触媒43の異常判定を制限しなくてもよい。結局のところ、この変形例では、尿素デポジット判定の結果によらずに、尿素デポジット分解量の大きさに応じて、SCR触媒43の異常判定を制限すればよい。
上述した実施形態では、付着尿素水量(単位時間当たりの付着尿素水量及び付着尿素水総量の両方を含む)に基づき尿素デポジットが生成しているか否かを判定し、尿素デポジットが生成していると判定されたときに、尿素デポジット分解量に基づきSCR触媒43の異常判定を制限していた。変形例では、付着尿素水量を用いずに尿素デポジットの判定を行って、尿素デポジット分解量に基づきSCR触媒43の異常判定を制限してもよい。例えば、この変形例では、尿素噴射後の所定時間以内(この間には付着尿素水が存在していると考えられる)において排気ガス温度又は配管温度が閾値未満となった場合に、尿素デポジットが生成していると判定してもよい。
上述した実施形態では、アンモニアの前駆体である尿素を尿素インジェクタ45から噴射させていたが、変形例では、所定のインジェクタからアンモニアを直接噴射させるようにしてもよい。
上述した実施形態では、第1及び第2NOxセンサSN6、SN7の両方を用いてSCR触媒43の異常判定を行っていたが、この異常判定を行うに当たって、第1及び第2NOxセンサSN6、SN7の両方を用いずに、第2NOxセンサSN7のみを用いてもよい。この場合、エンジンの運転状態などに応じて上流側NOx量を求め、この上流側NOx量と第2NOxセンサSN7の出力値に対応する下流側NOx量とからNOx浄化率を求めて、SCR触媒43の異常判定を行えばよい。
変形例では、尿素噴射前に尿素をヒータで予め加熱することにより、尿素の噴射から配管40aへの付着までの間における尿素の蒸発を促進してもよい。この変形例では、上述した配管40aに到達する尿素の第1割合を算出するときに、排気ガス温度、排気ガス流速、及び尿素噴射率に加えて、ヒータ温度又は尿素温度を考慮すればよい。具体的には、排気ガス温度、排気ガス流速、及び尿素噴射率により規定されたマップから得られた第1割合に対して、ヒータ温度又は尿素温度により規定された補正係数を乗算することで、第1割合を補正すればよい。この場合、ヒータ温度又は尿素温度が高いほど、小さな補正係数が適用され、これにより、ヒータ温度又は尿素温度が高いほど、配管40aに到達する尿素に関する第1割合が小さくなるようになっている。
40 排気通路
40a 配管
43 SCR触媒
44 スリップ触媒
45 尿素インジェクタ
100 コントローラ
SN5 排気温センサ
SN6 第1NOxセンサ
SN7 第2NOxセンサ
SN8 車速センサ
SN10 外気温センサ
Claims (12)
- 還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を、エンジンの排気通路内に噴射する還元剤インジェクタと、
前記還元剤インジェクタにより噴射された前記還元剤を用いて、排気ガス中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、
前記選択還元型NOx触媒よりも下流側の前記排気通路上に設けられ、前記排気ガス中の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、
前記NOxセンサの出力値に基づいて、前記選択還元型NOx触媒に対する異常判定を行う処理装置と、
を有するエンジンの排気浄化装置であって、
前記処理装置は、
前記還元剤インジェクタの噴射によって前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤が固化しているか否かを判定し、
前記還元剤が固化していると判定されたときに、前記排気通路の配管温度及び/又は前記排気ガスの温度に基づき、固化した前記還元剤から分解して前記排気通路に排出される、少なくともアンモニアを含む物質の量である還元剤分解量を求め、
前記還元剤分解量に基づき、前記異常判定の実行を制限するか否かを決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排気浄化装置。 - 前記配管温度又は前記排気ガスの温度と前記還元剤分解量の変化率との関係が指数関数で表され、前記処理装置は、この指数関数の関係に基づき前記還元剤分解量を求めるように構成されている、請求項1に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記処理装置は、前記配管温度及び前記排気ガスの温度に基づき前記固化した還元剤の温度を求め、この固化した還元剤の温度に基づき前記還元剤分解量を求めるように構成されている、請求項1又は2に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記処理装置は、前記還元剤の活性化エネルギーに基づき前記還元剤分解量を求めるように構成されている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記処理装置は、
前記還元剤が固化していると判定されたときに、前記固化した還元剤の量である固体還元剤量を求め、
前記固体還元剤量から前記還元剤分解量を減算した量が0より大きいときには、前記固化した還元剤が存在するものとして、前記異常判定の実行を制限すると決定し、前記固体還元剤量から前記還元剤分解量を減算した量が0になったときに、前記固化した還元剤が消失したものとして、前記異常判定の実行の制限を解除すると決定するように構成されている、
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記処理装置は、
前記還元剤インジェクタの噴射によって前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤の量である付着還元剤量を求め、
前記付着還元剤量と前記配管温度及び/又は前記排気ガスの温度とに基づき、前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤が固化しているか否かを判定するように構成されている、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。 - 前記処理装置は、前記配管温度が所定温度以上であるときには、当該配管温度が低いほど前記還元剤の固化速度が高くなるという前記配管温度と前記固化速度との関係に基づき、前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤の固化を判定するように構成されている、請求項6に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記処理装置は、前記配管温度が所定温度未満であるときには、当該配管温度が高いほど前記還元剤の固化速度が高くなるという前記配管温度と前記固化速度との関係に基づき、前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤の固化を判定するように構成されている、請求項6又は7に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記処理装置は、前記所定温度を第1所定温度とすると、前記配管温度が前記第1所定温度よりも高い第2所定温度以上であるときには、当該配管温度が高いほど前記還元剤の固化速度が高くなるという前記配管温度と前記固化速度との関係に基づき、前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤の固化を判定するように構成されている、請求項7又は8に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記処理装置は、前記配管温度又は前記排気ガスの温度が所定の閾値未満となった場合に、前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤が固化していると判定するように構成されている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のエンジンの排気浄化装置。
- 前記処理装置は、
前記還元剤インジェクタの噴射によって前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤の量である付着還元剤量を求め、
前記配管温度又は前記排気ガスの温度が前記閾値未満となったときに、前記付着還元剤量分の前記還元剤が固化したと推定し、
前記付着還元剤量に対応する固化した前記還元剤の量から前記還元剤分解量を減算した量が0になったときに、前記固化した還元剤が消失したものとして、前記異常判定の実行の制限を解除すると決定するように構成されている、
請求項10に記載のエンジンの排気浄化装置。 - 還元剤としてのアンモニア又はアンモニアの前駆体を、エンジンの排気通路内に噴射する還元剤インジェクタと、前記還元剤インジェクタにより噴射された前記還元剤を用いて、排気ガス中のNOxを還元する選択還元型NOx触媒と、前記選択還元型NOx触媒よりも下流側の前記排気通路上に設けられ、前記排気ガス中の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、前記NOxセンサの出力値に基づいて、前記選択還元型NOx触媒に対する異常判定を行う処理装置と、を有するエンジンの排気浄化装置において実行される、前記排気通路への付着還元剤の推定方法であって、
前記還元剤インジェクタの噴射によって前記排気通路の壁面に付着した前記還元剤が固化しているか否かを判定するステップと、
前記還元剤が固化していると判定されたときに、前記排気通路の配管温度及び/又は前記排気ガスの温度に基づき、固化した前記還元剤から分解して前記排気通路に排出される、少なくともアンモニアを含む物質の量である還元剤分解量を求めるステップと、
を有することを特徴とする付着還元剤の推定方法。
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