JP4215050B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Description

本発明は、排気通路に設けられたNOx触媒を有する内燃機関の排気浄化システムに関
する。
内燃機関の排気浄化システムにおいては、吸蔵還元型NOx触媒や選択還元型NOx触媒のようなNOx触媒を有するものがある。
このような内燃機関の排気浄化システムにおいて、NOx触媒よりも下流側に設けられ、排気のNOx濃度を検出するNOxセンサを備え、該NOxセンサによって検出されるNOx濃度の時間的変化に基づいてNO触媒の劣化の有無を判定する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平7−208151号公報 特開2001−32745号公報
本発明は、排気通路に設けられたNOx触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにお
いて、NOx触媒の劣化度合いをより精度良く推定することが可能な技術を提供することを課題とする。
本発明では、NOx触媒より下流側にNOxセンサが設けられており、排気中のNOxがNOx触媒において浄化されていないときにおける、NOx触媒より上流側の排気通路での排気のNOx濃度の推定値とNOxセンサの検出値との差を算出する。そして、この差に基づいて、NOx触媒の劣化度合いを推定するときに用いる、NOx触媒より上流側の排気通路での排気のNOx濃度の推定値を補正する。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中のNOxを浄化するNOx触媒と、
該NOx触媒より下流側の前記排気通路に設けられ排気のNOx濃度を検出するNOxセンサと、
前記NOx触媒より上流側の前記排気通路における排気のNOx濃度を前記内燃機関の運転状態に基づいて推定するNOx濃度推定手段と、
前記NOx触媒が活性状態にあるときであって排気が該NOx触媒を通って流れているときにおける、前記NOxセンサの検出値と前記NOx濃度推定手段による推定値との差に基づいて前記NOx触媒の劣化度合いを推定する劣化度合い推定手段と、
排気中のNOxが前記NOx触媒において浄化されずに排気が前記NOxセンサに到達する条件であるNOx未浄化条件が成立しているか否かを判定するNOx未浄化条件判定手段と、を備え、
前記NOx未浄化条件判定手段によってNOx未浄化条件が成立していると判定されたときにおける、前記NOxセンサの検出値と前記NOx濃度推定手段による推定値との差に基づいて、前記劣化度合い推定手段によって前記NOx触媒の劣化度合いを推定するときにおける前記NOx濃度推定手段によるNOx濃度の推定値を補正することを特徴とする。
排気中のNOxがNOx触媒において浄化されずに排気がNOxセンサにまで到達して
いるときは、NOx触媒より上流側の排気通路における排気のNOx濃度(以下、上流側NOx濃度と称する)とNOx触媒より下流側の排気通路における排気のNOx濃度(以下、下流側NOx濃度と称する)とがほぼ同様の値となる。
そのため、NOx未浄化条件が成立しているときにおけるNOxセンサによる検出値とNOx濃度推定手段による上流側NOx濃度の推定値との差に基づいて、NOx触媒の劣化度合いを推定するときにおける上流側NOx濃度の推定値を補正することで、該上流側NOx濃度をより精度良く推定することが可能となる。
そして、NOx触媒が活性状態にあるときであって排気が該NOx触媒を通って流れているときにおいて、上記のように補正された上流側NOx濃度の推定値とNOxセンサによる下流側NOx濃度の検出値との差に基づいてNOx触媒の劣化度合いを推定することで、該NOx触媒の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
また、本発明によれば、NOx触媒より上流側の排気通路にNOxセンサをさらに設けることなく、NOx触媒の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
本発明において、NOx触媒が未活性状態にあるときは排気中のNOxが該NOx触媒をすり抜けることになる。そこで、NOx触媒の温度が活性温度より低い場合はNOx未浄化条件が成立したと判定しても良い。
また、本発明においては、排気通路におけるNOx触媒より上流側に一端が接続され、排気通路におけるNOx触媒より下流側且つNOxセンサより上流側に他端が接続されたバイパス通路と、排気を該バイパス通路に流すのかもしくはNOx触媒を通して流すのかを制御する排気流路制御手段と、をさらに備えても良い。
この場合、排気がバイパス通路に流されているときは、該排気中のNOxがNOx触媒において浄化されていないことになる。そこで、排気流路制御手段によって排気がバイパス通路に流されている場合はNOx未浄化条件が成立したと判定しても良い。
本発明によれば、排気通路に設けられたNOx触媒を有する内燃機関の排気浄化システ
ムにおいて、NOx触媒の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
<内燃機関の吸排気系の概略構成>
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。図1は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
内燃機関1は車両駆動用のディーゼル機関である。この内燃機関1には、吸気通路3および排気通路2が接続されている。排気通路2には吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒と称する)4が設けられている。吸蔵還元型NOx触媒4は、周囲雰囲気が酸化雰囲気のときに排気中のNOxを吸蔵し、周囲雰囲気が還元雰囲気のときに吸蔵したNOxを放出・還元する触媒である。尚、本実施例においては、NOx触媒4を選択還元型NOx触媒としても良い。
また、排気通路2におけるNOx触媒4より下流側には、排気の温度を検出する温度センサ11および排気のNOx濃度を検出するNOxセンサ12が設けられている。
以上述べたように構成された内燃機関1には、この内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(ECU)10が併設されている。ECU10には、温度センサ11およびNOxセンサ12、さらに、内燃機関1のクランクシャフトの回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ13、および、内燃機関1を搭載した車両のアクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ14が電気的に接続されている。そして、これらの出力信号がECU10に入力される。
ECU10は、温度センサ11の検出値に基づいてNOx触媒4の温度を推定する。また、ECU10は、クランクポジションセンサ13の検出値に基づいて内燃機関1の回転数を算出し、アクセル開度センサ14の検出値に基づいて内燃機関1の負荷を算出する。
<NOx触媒劣化度合い推定方法>
ここで、本実施例に係るNOx触媒の劣化度合い推定方法について説明する。NOx触媒4はその劣化度合いが高くなるほどNOx浄化能力が低下する。つまり、活性状態にあるときのNOx吸蔵能力が低下する。そのため、NOx触媒4の劣化度合いが高くなるほど、NOx触媒4が活性状態にあるときの該NOx触媒4より上流側の排気通路2における排気のNOx濃度である上流側NOx濃度と該NOx触媒4より下流側の排気通路2における排気のNOx濃度である下流側NOx濃度との差(以下、NOx濃度差と称する)が小さくなる。このことから、NOx濃度差に基づいてNOx触媒4の劣化度合いを推定することが出来る。
本実施例においては、排気通路2におけるNOx触媒4より下流側にNOxセンサ12が設けられているため、該NOxセンサ12によって下流側NOx濃度を検出することが出来る。
また、本実施例においては、内燃機関1の負荷および回転数と上流側NOx濃度との関係が実験等によって予め求められており、この関係がマップとしてECU20に記憶されている。そして、このマップから上流側NOx濃度が推定される。以下、このマップを上流側NOx濃度推定マップと称する。
しかしながら、内燃機関1においては、吸入空気量および吸入空気温度、燃料噴射量、燃料噴射時期、気筒内のボア壁面温度等にばらつきが生じる場合がある。そして、これらのばらつきに起因して、実際の上流側NOx濃度にもばらつきが生じる虞がある。NOx濃度差に基づいてNOx触媒4の劣化度合い精度良く推定するためには、上流側NOx濃度を精度良く推定することが重要である。
ここで、内燃機関1の冷間始動時における上流側NOx濃度と下流側NOx濃度との変化について図2に基づいて説明する。図2において、縦軸は排気のNOx濃度を表しており、横軸は内燃機関1の冷間始動時からの経過時間を表している。また、破線L1は上流側NOx濃度を表しており、実線L2は下流側NOx濃度を表している。
図2においては、始動時から時間taが経過したときに、NOx触媒4の温度が活性温度に達する。始動時から時間taが経過する以前、即ち、NOx触媒4の温度が活性温度より低い場合は、排気中のNOxはNOx触媒4に吸蔵されず、該NOx触媒4をすり抜けることになる。つまり、この場合は、排気中のNOxがNOx触媒4において浄化されずに排気がNOxセンサ12に到達する。そして、NOx触媒4の温度が活性温度に達すると、排気中のNOxがNOx触媒4に吸蔵され浄化される。
従って、図2に示すように、始動時から時間taが経過するまでの間は、上流側NOx濃度と下流側NOx濃度とがほぼ同様の値となる。
そこで、本実施例においては、NOx触媒4が未活性状態にあるときにNOxセンサ12によって排気中のNOx濃度を検出する。そして、このときのNOxセンサ12の検出値と上流側NOx濃度推定マップによって推定される上流側NOx濃度の推定値との差(以下、この差を推定誤差と称する)に基づいて、上流側NOx濃度推定マップによって推定される推定値を補正するための補正係数を算出する。
NOx触媒4の劣化度合いの推定は該NOx触媒4が活性状態にあるときに行われる。このとき、上流側NOx濃度推定マップによって推定された推定値を、前記補正係数を乗算することで補正する。そして、補正後の上流側NOx濃度の推定値とNOxセンサ12による検出値との差をNOx濃度差として算出し、該NOx濃度差に基づいてNOx触媒4の劣化度合いを推定する。
本実施例によれば、上流側NOx濃度をより精度良く推定することが出来る。以って、NOx触媒4の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
また、本実施例によれば、NOx触媒4より上流側の排気通路2にNOxセンサをさらに設けることなく、NOx触媒4の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
<補正係数算出ルーチン>
ここで、本実施例に係る、上記補正係数を算出するときの補正係数算出ルーチンについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンはECU10に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返される。
本ルーチンでは、先ずS101において、NOx触媒4の温度Tcが活性温度の下限値Tcaより低いか否かを判別する。このS101において、肯定判定された場合、ECU10はS102に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。尚、本実施例においては、NOx触媒4の温度Tcが活性温度の下限値Tcaより低いという条件が本発明に係るNOx未浄化条件に相当する。
S102において、ECU10は、上流側NOx濃度推定マップに基づき現時点の上流側NOx濃度Cnupを導出する。
次に、ECU10は、S103に進み、S102において導出された上流側NOx濃度CnupからNOxセンサ12の検出値Cnsを減算した値を推定誤差ΔCnとして算出する。
次に、ECU10は、S104に進み、推定誤差ΔCnの絶対値が所定誤差ΔCn0より大きいか否かを判別する。ここで、所定誤差ΔCn0は、推定誤差ΔCnが許容範囲内であると判断出来る閾値となる値である。このS104において、肯定判定された場合、ECU10はS105に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
S105において、ECU10は、上流側NOx濃度の推定値を補正するための補正係数cを推定誤差ΔCnに基づいて算出する。本実施例においては、推定誤差ΔCnと補正係数cとの関係をマップとしてECU10に予め記憶しておいても良い。
次に、ECU10は、S106に進み、補正係数cを記憶する。その後、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
上記説明したルーチンによれば、NOx触媒4が未活性状態にあるときにおいて推定誤差ΔCnが所定誤差ΔCn0よりも大きい場合に、補正係数cが算出され、該補正係数cがECU20に記憶される。
<劣化度合い算出ルーチン>
次に、NOx触媒4の劣化度合いを算出するときの劣化度合い算出ルーチンについて図4に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンはECU10に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返される。
本ルーチンでは、先ずS201において、NOx触媒4の温度Tcが活性温度の下限値Tca以上であるか否かを判別する。このS201において、肯定判定された場合、ECU10はS202に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
S202において、ECU10は、上流側NOx濃度推定マップに基づき現時点の上流側NOx濃度Cnupを導出する。
次に、ECU10は、S203に進み、補正係数cが記憶されているか否かを判別する。補正係数cが記憶されている場合、NOx触媒4が未活性状態だったときの推定誤差ΔCnが所定誤差ΔCn0より大きいと判断出来る。一方、補正係数cが記憶されていない場合、NOx触媒4が未活性状態だったときの推定誤差ΔCnが所定誤差ΔCn0以下であると判断出来る。S203において、肯定判定された場合、ECU10はS204に進み、否定判定された場合、ECU10はS207に進む。
S204に進んだECU10は、S202において導出された上流側NOx濃度Cnupに補正係数cを乗算することで上流側NOx濃度の補正値Cnupaを算出する。
次に、ECU10は、S205に進み、上流側NOx濃度の補正値CnupaからNOxセンサ12の検出値(即ち、下流側NOx濃度)Cnsを減算することでNOx濃度差ΔCudを算出する。
次に、ECU10は、S206に進み、NOx濃度差ΔCudに基づいてNOx触媒4の劣化度合いLdeを算出する。ここで、NOx濃度差ΔCudとNOx触媒4の劣化度合いLdeとの関係をマップとしてECU10に予め記憶しておいても良い。その後、ECU10は本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、S207に進んだECU10は、S202において導出された上流側NOx濃度CnupからNOxセンサ12の検出値Cnsを減算することでNOx濃度差ΔCudを算出する。その後、ECU10はS206に進む。
以上説明したルーチンによれば、NOx触媒4が未活性状態にあるときの推定誤差ΔCnが所定誤差ΔCn0より大きかった場合、上流側NOx濃度の補正値Cnupaを用いてNOx濃度差ΔCudが算出される。そして、このNOx濃度差ΔCudに基づいてNOx触媒4の劣化度合いLdeが推定される。従って、NOx触媒4の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
<内燃機関の吸排気系の概略構成>
図5は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例では、排気通路2におけるNOx触媒4より上流側に一端が接続され、排気通路2におけるNOx触媒4より下流側且つ温度センサ11およびNOxセンサ12より上流側に他端が接続されたバイパス通路15が設けられている。
また、排気通路2のNOx触媒4より上流側におけるバイパス通路15との接続部に流路切り替え弁16が設けられている。流路切り替え弁16は、排気をバイパス通路15に流すのかもしくはNOx触媒4を通して流すのかを切り替える。この流路切り替え弁16はECU10に電気的に接続されており、該ECU10によって制御される。バイパス通路15および流路切り替え弁16以外の構成は実施例1に係る内燃機関の吸排気系の概略構成と同様であるため、同様の構成には同様の参照番号を付しその説明を省略する。
<バイパス制御>
本実施例では、ECU10は、所定条件が成立したときに、NOx触媒4側の排気通路2を遮断すると共にバイパス通路15を開通させるバイパス制御を実行する。バイパス制御が実行されることで排気がNOx触媒4をバイパスして流れることになる。
ここで、所定条件としては、内燃機関1から排出される排気の温度がNOx触媒4の活性温度の下限値よりも低い場合を例示することが出来る。この場合、バイパス制御を実行することで、NOx触媒4の早期暖機もしくは温度低下抑制を図ることが出来る。
<補正係数の算出>
本実施例においては、バイパス制御が実行されている場合、排気中のNOxがNOx触媒4において浄化されないことになる。つまり、実施例1において、NO触媒4が未活性状態にある場合と同様、排気中のNOxがNOx触媒4において浄化されずに排気がNOxセンサ12に到達することになる。そのため、上流側NOx濃度と下流側NOx濃度とがほぼ同様の値となる。
そこで、本実施例では、バイパス制御が実行されているときにNOxセンサ12によって排気中のNOx濃度を検出する。そして、このときのNOxセンサ12の検出値と上流側NOx濃度推定マップによって推定される上流側NOx濃度の推定値との差を推定誤差として算出し、該推定誤差に基づいて、上流側NOx濃度推定マップによって推定される推定値を補正するための補正係数を算出する。さらに、この補正係数を用いて、実施例1と同様の方法でNOx触媒4の劣化度合いを推定する。
本実施例によれば、実施例1と同様、上流側NOx濃度をより精度良く推定することが出来る。以って、NOx触媒4の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。また、本実施例によっても、NOx触媒4より上流側の排気通路2にNOxセンサをさらに設けることなく、NOx触媒4の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
<補正係数算出ルーチン>
ここで、本実施例に係る補正係数算出ルーチンについて図6に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、本ルーチンは、図3に示す補正係数算出ルーチンと、S101をS301に置き換えた点のみが異なり、その他のステップは同様である。本ルーチンはECU10に予め記憶されており、所定の間隔で繰り返される。
本ルーチンでは、先ずS301において、バイパス制御が実行されているか否かを判別する。このS301において、肯定判定された場合、ECU10はS102に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。尚、本実施例においては、
バイパス制御が実行されているという条件が本発明に係るNOx未浄化条件に相当する。
本ルーチンによれば、排気がNOx触媒4をバイパスして流れているときにおいて推定誤差ΔCnが所定誤差ΔCn0よりも大きい場合に、補正係数cが算出される。
そして、本実施例においては、排気がNOx触媒4をバイパスして流れているときの推定誤差ΔCnが所定誤差ΔCn0より大きかった場合、上流側NOx濃度Cnupに補正係数cを乗算することで、NOx触媒4の劣化度合いを推定するときの上流側NOx濃度の補正値Cnupaが算出される。該上流側NOx濃度の補正値Cnupaを用いてNOx濃度差ΔCudが算出され、さらに、該NOx濃度差ΔCudに基づいてNOx触媒4の劣化度合いLdeが推定される。従って、NOx触媒4の劣化度合いをより精度良く推定することが出来る。
実施例1に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。 内燃機関の冷間始動時における上流側NOx濃度と下流側NOx濃度との変化を示す図。 実施例1に係る補正係数算出ルーチンを示すフローチャート。 実施例1に係る劣化度合い算出ルーチンを示すフローチャート。 実施例2に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図。 実施例2に係る補正係数算出ルーチンを示すフローチャート。
符号の説明
1・・・内燃機関
2・・・排気通路
3・・・吸気通路
4・・・NOx触媒
10・・ECU
11・・温度センサ
12・・NOxセンサ
13・・クランクポジションセンサ
14・・アクセル開度センサ
15・・バイパス通路
16・・流路切り替え弁

Claims (3)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ排気中のNOxを浄化するNOx触媒と、
    該NOx触媒より下流側の前記排気通路に設けられ排気のNOx濃度を検出するNOxセンサと、
    前記NOx触媒より上流側の前記排気通路における排気のNOx濃度を前記内燃機関の運転状態に基づいて推定するNOx濃度推定手段と、
    前記NOx触媒が活性状態にあるときであって排気が該NOx触媒を通って流れているときにおける、前記NOxセンサの検出値と前記NOx濃度推定手段による推定値との差に基づいて前記NOx触媒の劣化度合いを推定する劣化度合い推定手段と、
    排気中のNOxが前記NOx触媒において浄化されずに排気が前記NOxセンサに到達する条件であるNOx未浄化条件が成立しているか否かを判定するNOx未浄化条件判定手段と、を備え、
    前記NOx未浄化条件判定手段によってNOx未浄化条件が成立していると判定されたときにおける、前記NOxセンサの検出値と前記NOx濃度推定手段による推定値との差に基づいて、前記劣化度合い推定手段によって前記NOx触媒の劣化度合いを推定するときにおける前記NOx濃度推定手段によるNOx濃度の推定値を補正することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記NOx未浄化条件判定手段が、前記NOx触媒の温度が活性温度より低い場合はNOx未浄化条件が成立したと判定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化システム。
  3. 前記排気通路における前記NOx触媒より上流側に一端が接続され、前記排気通路における前記NOx触媒より下流側且つ前記NOxセンサより上流側に他端が接続されたバイパス通路と、
    排気を該バイパス通路に流すのかもしくは前記NOx触媒を通して流すのかを制御する排気流路制御手段と、をさらに備え、
    前記NOx未浄化条件判定手段が、前記排気流路制御手段によって排気が前記バイパス通路に流されている場合はNOx未浄化条件が成立したと判定することを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化システム。
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