JP4718613B2 - 排気後処理システムの診断方法 - Google Patents
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Description
本発明は、請求項１の前文にしたがった内燃機関の排ガス流路内のＮＯｘ（窒素酸化物）の還元を行う選択接触還元（ＳＣＲ）後処理システムの不良を検査するための診断方法の分野に関する。
ディーゼルまたは別の希薄燃焼エンジンを搭載した車両は燃費の向上という利点をもたらすが、排ガスに酸素が多く含まれるため、そのようなエンジンからの窒素酸化物（ＮＯｘ）排出の制御が必要とされる。この点で、選択接触還元（ＳＣＲ）触媒は、該触媒に入る排ガス混合気内に尿素等の還元剤を積極的に注入することによってＮＯｘが連続的に除去されるものであり、高いＮＯｘ変換効率を実現することで知られている。
典型的な希薄燃焼排ガス後処理システムは特許文献１に記載されており、還元剤の注入によってエンジン排ガス混合気内のＮＯｘを変換するためのＳＣＲ触媒を有する。ＳＣＲの上流および下流のＮＯｘセンサは、ＳＣＲ触媒に出入りする排ガスの通路内で連結される。これらのセンサの出力は制御装置１２で読み取られて、ＳＣＲのＮＯｘ変換効率を決定するために使用することができる。
上述の後処理システムはＮＯｘ変換システムにおける不良の検出を可能にするが、不良の原因は尿素注入システム内またはＳＣＲ触媒内で見つかる可能性がある。例えば、尿素注入システムの閉塞や、ＳＣＲ触媒の不活性化が起こり得る。
このため、点検や修理を容易にするために、ＳＣＲ触媒システムの診断用の診断ツールが必要である。
したがって、本発明の目的は、不良の原因の正確な診断が可能な診断方法を提供することである。
本発明の態様は、内燃機関の排ガス流路内でＮＯｘの還元を行う選択接触還元（ＳＣＲ）後処理システムの不良を検査するための診断方法に属しており、該ＳＣＲシステムは、触媒反応装置の上流の排気に流動還元剤を注入する注入システムと、該ＳＣＲ反応装置の下流の排気内のＮＯｘ排出を管理するための下流側ＮＯｘセンサとからなり、該診断方法は、該機関のトルク範囲および速度範囲を所定区間に設定して、該流動剤の質量流量をこの区間の標準的なレベルに調節する段階と；該質量流量レベルに対する第１の平均ＮＯｘセンサ値を測定して登録する段階と；該流動剤の質量流量を該区間に対する標準よりも高いレベルに増加する段階と；該高い質量流量レベルに関連した第２の平均ＮＯｘセンサ値を測定して登録する段階と；該２つの登録されたＮＯｘセンサ値を比較して、該第１の値が該第２の値よりも高いのか、または該第１の値が該第２の値よりも低いのかを判断する段階とからなる。
本発明の他の目的および特徴は、添付図面を参照した以下の説明から理解できるであろう。
本発明は、添付図面に示される実施形態を参照して以下により詳細に説明する。
図１は、内燃機関１０用の排気後処理システムの全体的構造を示しており、排気を該機関から尿素ベースの選択接触還元（ＳＣＲ）触媒１２に案内する第１排気管部分１１を有する。該機関は、例えば大型車両用のディーゼルエンジンにすることができる。該ＳＣＲ触媒は、第２排気管部分１４を介して浄化触媒反応装置１３に接続される。第３排気管部分１５は、排気を反応装置１３から大気中に案内する。
該ＳＣＲ触媒は、好ましくはベースメタル／ゼオライト配合物である。尿素水等の還元剤は貯蔵容器（図示せず）に貯蔵され、ＳＣＲ触媒１２の上流の管部分１１に連結された還元剤供給システム１６に供給される。該還元剤は制御弁および注入器を介してポンプによって計量しながら供給され、該ポンプおよび該弁は共に制御装置１７、好ましくはマイクロプロセッサによって制御される。ＮＯｘセンサ１８は、浄化触媒１３の下流の管部分１５に連結される。還元剤の計量は、例えばエンジントルク荷重、エンジン速度およびＮＯｘセンサ１８からの出力などの入力データに基づいている。
後処理システム内で不良が起きた場合、すなわち登録された排気管ＮＯｘレベルが所望の限度を超えた場合は、該システムのどの要素が不良なのかを判断する必要がある。まず、該液剤中に尿素があること、およびＮＯｘセンサに欠陥がないことを適切に確認する。
尿素の存在とＮＯｘセンサの信頼性が確認された場合、不良は触媒の不活性化か尿素注入システムの閉塞のどちらか（または両方の可能性もある）のみに起因し得る。本発明の診断方法が有効なのは、この状況である。欠陥要素を特定することは、点検や修理をする上で大きな価値がある。将来的に搭載される診断方法にも、欠陥要素の特定が要求される可能性がある。
本発明にしたがった還元システム診断の詳細は、図２のフローチャートを参照して説明する。
ＳＣＲシステムの下流のＮＯｘセンサ１８が、排気管ＮＯｘの増加を示している状況である。診断前に、注入システムによって注入された液剤内に尿素が存在するか、またＮＯｘセンサが正確な値を示しているかも確認されている。
提案された方法の目的は、触媒の不活性化または尿素注入システムの閉塞により尿素の注入が少なくなることによって、排気管ＮＯｘが多くなっていないかどうかを判断することである。該方法が正しい結果を得るための必須条件は、尿素の質量流量が
ａ）所望の排気管ＮＯｘ濃度
ｂ）現在の触媒活性に対して最小限の排気管ＮＯｘ濃度
の最低限の排気管ＮＯｘをもたらすように制御することである。
ａ）所望の排気管ＮＯｘ濃度
ｂ）現在の触媒活性に対して最小限の排気管ＮＯｘ濃度
の最低限の排気管ＮＯｘをもたらすように制御することである。
ステップＳ１およびステップＳ２では、エンジントルクおよびエンジン速度に対する要件が設定される。場合によっては、荷重点の範囲を制限し、次に最も重要なことに、診断が行われている間、荷重点をほぼ同じにしなくてはならない。これは、該方法がＮＯｘセンサ値を使用しており、エンジンアウトＮＯｘ濃度が診断の間大きく異なる場合、検出すべき変化量が多くなるためである。（したがって、初期の荷重点からの偏差が大きくなりすぎると、手順が中断されて、新たな荷重点で再始動しなければならなくなったりする。）
ステップＳ３では、尿素の質量流量は尿素制御システムによって決められた標準値で保たれる。触媒の下流の平均ＮＯｘセンサ値が測定される。この値は、ここでは「ＮＯｘ濃度＿標準尿素」と呼ばれる。
ステップＳ４では、尿素の質量流量が現在の荷重点に対する標準値よりもやや高くなるように増加され、平均ＮＯｘセンサ値が測定される。この値は、ここでは「ＮＯｘ濃度＿増加尿素」と呼ばれる。
次に、２つのＮＯｘセンサ信号がステップＳ５で比較される。その結果は、２種類に定義される。
Ａ）ＮＯｘ濃度＿標準尿素≧ＮＯｘ濃度＿増加尿素→尿素注入システムが閉塞している。
Ｂ）ＮＯｘ濃度＿標準尿素＜ＮＯｘ濃度＿増加尿素→ＳＣＲ触媒が不活性化している。
Ａ）ＮＯｘ濃度＿標準尿素≧ＮＯｘ濃度＿増加尿素→尿素注入システムが閉塞している。
Ｂ）ＮＯｘ濃度＿標準尿素＜ＮＯｘ濃度＿増加尿素→ＳＣＲ触媒が不活性化している。
ステップＳ５が当てはまる場合、ステップＳ８にしたがって、尿素注入システムが閉塞しており、尿素注入が十分ではないことになる。その場合、尿素注入を増加することによって触媒内のＮＯｘの変換率を増加させるが、注入を増加しても余分な尿素を全く注入することができないほど閉塞が深刻な場合もある。これらのケースは共に、Ａに相当する。
ステップＳ５が当てはまらない場合、ステップＳ７にしたがって、欠陥があるのは触媒であることになり、触媒は既に最大限作用しているため、尿素の質量流量を増加してもＮＯｘの変換率が増加しない。代わりに、ＮＯｘ濃度が増加するにつれて、過剰なアンモニアがＮＯｘセンサによって検出される。これは、ＮＯｘセンサがアンモニアに対して交差感受性があるためである。さらに、ＳＣＲ触媒の下流の浄化触媒は、ＮＯｘセンサ１８に到達する前にアンモニアを酸化してＮＯｘにする。
あるいは、ＮＯｘ濃度の代わりに、ＮＯｘセンサ濃度から計算された変数（例えば、ＮＯｘ変換率）が使用される。
該方法の１つの利点は、２つの測定値の相対的な大きさを比較することである。したがって、絶対値に依存することはない。
本発明は上述の例示的実施形態に限定されるとみなされるべきではなく、以下の特許請求項の範囲内で多くの変更および改変が可能である。例えば、図１の後処理システムは粒子フィルタを有してもよい。
Claims (2)
- 内燃機関（１０）の排ガス流路（１４）内でＮＯｘ（窒素酸化物）の還元を行う選択接触還元（ＳＣＲ）後処理システムの不良の原因を検査および診断するための診断方法であって、該ＳＣＲシステムは、ＳＣＲ触媒（１２）の上流の排気に流動還元剤を注入する注入システム（１６）と、該ＳＣＲ反応装置の下流の排気内のＮＯｘ排出を管理するための下流側ＮＯｘセンサ（１８）とからなり、
該機関のトルク範囲および速度範囲を所定区間に設定して、該流動還元剤の質量流量をこの区間の標準的なレベルに調節する段階と；
前記質量流量レベルに対する平均ＮＯｘセンサ値を測定して登録する段階と；
該流動還元剤の質量流量を前記区間に対する標準よりも高いレベルに増加する段階と；
前記高い質量流量レベルに関連した別の平均ＮＯｘセンサ値を測定して登録する段階と；
該２つの登録されたＮＯｘセンサ値を比較して、標準質量流量に対する平均ＮＯｘセンサ値が増加した質量流量に対する別の平均ＮＯｘセンサ値よりも高い場合は流動還元剤を注入する注入システム（１６）が閉塞していることを、または標準質量流量に対する平均ＮＯｘセンサ値が増加した質量流量に対する別の平均ＮＯｘセンサ値よりも低い場合はＳＣＲ触媒（１２）が不活性化していることを判断する段階とからなる、診断方法。 - 浄化触媒（１３）が前記後処理システム内で前記ＳＣＲ触媒（１２）と前記ＮＯｘセンサ（１８）の間に配置される、請求項１に記載の方法。
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