JP5769514B2 - 排気浄化システムの異常判別装置 - Google Patents
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Description
前記選択還元触媒(23)よりも上流の前記排気通路(11)へ還元成分(アンモニア)を含んだ還元剤又は前記還元成分(アンモニア)の前駆体を含んだ前駆体溶液(尿素水)を供給する供給手段(尿素水噴射弁253)と、
前記選択還元触媒(23)よりも下流の前記排気通路(11)に設けられ、前記選択還元触媒(23)からの還元成分(アンモニア)のスリップを検出する還元成分スリップ検出手段(アンモニアセンサ26)と、
前記選択還元触媒(23)から還元成分(アンモニア)がスリップする推定スリップタイミングを推定するスリップタイミング推定手段(ECU3)と、
前記選択還元触媒(23)に供給すべき還元剤又は前駆体溶液(尿素水)の目標供給量を算出する目標供給量算出手段(ECU3)と、
前記供給手段(尿素水噴射弁253)の駆動状態に基づいて、還元剤又は前駆体溶液(尿素水)の実供給量を算出する実供給量算出手段(ECU3)と、
前記目標供給量算出手段(ECU3)が算出する還元剤又は前駆体溶液(尿素水)の目標供給量が供給されるように、前記供給手段(尿素水噴射弁253)を駆動する制御手段(ECU3)と、
前記スリップタイミング推定手段(ECU3)で推定される推定スリップタイミングと、前記還元成分スリップ検出手段(アンモニアセンサ26)が還元成分(アンモニア)のスリップを検出した実スリップタイミングと、を比較し、実スリップタイミングが推定スリップタイミングよりも早いか遅いかを判別する第1比較手段(ECU3、ステップS6、S8)と、
還元成分のスリップ発生後に、前記目標供給量算出手段(ECU3)が算出する目標供給量と、前記実供給量算出手段(ECU3)が算出する実供給量と、を比較する第2比較手段(ECU3、ステップS9、S10、S12、S16)と、
前記第1比較手段(ECU3、ステップS6、S8)及び前記第2比較手段(ECU3、ステップS9、S10、S12、S16)の比較結果に基づいて、少なくとも前記選択還元触媒(23)の劣化異常を含む、還元成分(アンモニア)のスリップタイミングに影響を及ぼす排気浄化システム(2)の複数の部位又は要素内の異常を特定する異常特定手段(ECU3、ステップS7、S11、S13、S14、S15、S17、S18)と、
を備えることを特徴とする排気浄化システム(2)の異常判別装置を提供する。
前記第1比較手段によって比較される推定スリップタイミングと実スリップタイミングとの差が許容範囲内に収まるときは、排気浄化システムは正常であると判定することが好ましい。
また、推定スリップタイミングと実スリップタイミングとの差が許容範囲内に収まるときには、還元成分のスリップタイミングに影響を及ぼす排気浄化システムの複数の部位又は要素が、正負逆に還元剤のスリップタイミングに影響を及ぼし合っている場合もある。この場合であっても、トータルで還元成分のスリップタイミングに影響が無ければ、還元成分の過剰なスリップが無く排気エミッションを低減した状態に維持することができ、排気浄化システムとしては問題が無い。
前記異常特定手段は、
前記第1比較手段によって比較された実スリップタイミングが推定スリップタイミングよりも許容範囲を超えて早いときにおいて、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて少ない場合には、還元剤又は前駆体溶液の濃度が許容濃度よりも高いと判定し、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて多い場合には、前記供給系において還元剤又は前駆体溶液の過剰供給異常が発生していると判定し、
前記第2比較手段によって比較された目標供給量と実供給量との差が許容範囲内に収まる場合には、前記選択還元触媒の劣化異常が発生していると判定することが好ましい。
前記選択還元触媒の還元成分のストレージ量を推定するストレージ量推定手段を更に備え、
前記異常特定手段は、
前記第1比較手段によって比較された実スリップタイミングが推定スリップタイミングよりも許容範囲を超えて遅いときにおいて、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて多い場合には、還元剤又は前駆体溶液の濃度が許容濃度よりも低いと判定し、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて少ない場合には、前記供給系において還元剤又は前駆体溶液の供給不足異常が発生していると判定し、
前記第2比較手段によって比較された目標供給量と実供給量との差が許容範囲内に収まる場合には、前記ストレージ量推定手段が推定する前記選択還元触媒に対するストレージ量推定に誤りが発生していると判定することが好ましい。
前記異常特定手段は、前記選択還元触媒の劣化異常が発生していると判定する場合には、前記下流側選択還元触媒にも劣化異常が発生していると判定することが好ましい。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関(以下「エンジン」という)1の排気浄化システム2と、その異常判別装置の構成を示す模式図である。エンジン1は、リーンバーン運転方式のガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。
尿素水タンク251は、尿素水を貯蔵するものであり、尿素水供給路254及び尿素水ポンプ255を介して、尿素水噴射弁253に接続されている。この尿素水タンク251には、尿素水レベルセンサ256と尿素水温度センサ257とが設けられている。尿素水供給路254には、尿素水圧力センサ258が設けられている。尿素水ポンプ255は、回転することで尿素水を尿素水噴射弁253へ送出し、ポンプ回転数に略比例する検出信号をECU3に出力する。尿素水レベルセンサ256は、尿素水タンク251内の尿素水の水位を検出し、この水位に略比例する検出信号をECU3に出力する。尿素水温度センサ257は、尿素水タンク251内の尿素水の温度を検出し、この温度に略比例する検出信号をECU3に出力する。尿素水圧力センサ258は、尿素水ポンプ255で送出された尿素水供給路254内の尿素水の圧力を検出し、この圧力に略比例する検出信号をECU3に出力する。
尿素水噴射弁253は、ECU3に接続されており、ECU3からの制御信号により動作し、この制御信号に応じて尿素水を排気通路11内に噴射する。この制御信号で尿素水噴射弁253の開弁期間を調節する。すなわち、尿素水噴射制御が実行される。尿素水噴射制御では、ECU3により、エンジン1の運転状態に応じて選択還元触媒23に供給すべき尿素水の目標供給量が算出され、その目標供給量が供給されるように尿素水噴射弁253が駆動される。目標供給量としては、後述するNOxセンサ28から算出されるNOx量を浄化可能な量であり、選択還元触媒23におけるアンモニアのストレージ量がフルストレージになり、アンモニアセンサ26の検出値により許容可能なアンモニアスリップを生じさせつつ過剰なアンモニアスリップを生じさせないような量に設定される。このような目標供給量を設定する手法は、国際公開第2009/128169号に開示されている。
図3に示すように、選択還元触媒のストレージ量がストレージ容量に達した状態で尿素水を過剰に供給すると、NOxの還元に供されず余剰となったアンモニアは、選択還元触媒に貯蔵されずに下流へ流出する。すなわち、選択還元触媒からアンモニアスリップが発生する。
図4において、一点鎖線は新品の状態における選択還元触媒のストレージ容量を示す。実線は交換が必要な程度に劣化した状態における選択還元触媒のストレージ容量を示す。図4に示すように、選択還元触媒におけるストレージ容量は、新品状態から劣化状態になって行くと小さくなる。
異常判別制御は、エンジン1のコールドスタート開始からの通常の尿素水噴射制御中に組み込まれて行われる。すなわち、コールドスタート開始後に選択還元触媒23が活性状態になり、尿素水噴射弁253を用いて尿素水噴射制御を実行開始したときに、実施される。
すなわち、触媒温度センサ27の検出した触媒温度に基づいて、図5に示す所定の制御マップを検索することによりストレージ容量を算出する。
図5は、ストレージ容量の推定値を決定するための制御マップの一例を示す図である。図5に示すように、この制御マップでは、ストレージ容量の推定値は、選択還元触媒23の特性に応じて、触媒温度が高くなるに従い小さくなるように決定される。
すなわち、選択還元触媒23には、尿素水噴射装置25から噴射された尿素水が熱分解又は加水分解されて生成されたアンモニアのうち、NOxの還元に供されなかった分が貯蔵される。したがって、今回制御時には、全尿素水噴射量から基準噴射量を減算した量に相当するアンモニアが選択還元触媒23に貯蔵される。また、選択還元触媒23に貯蔵されるアンモニアの量には、下限値(値0)と上限値(ストレージ容量)とがある。
したがって、ストレージ量の推定値の前回値に今回の貯蔵分を加算することでストレージ量の推定値の一時値を算出し、更にこの一時値に上限値と下限値のリミット処理を施すことにより、ストレージ量の推定値を決定することができる。
このようなストレージ容量の推定手法及びストレージ量の推定手法は、国際公開第2009/128169号に開示されている。
図6において、太破線は選択還元触媒23のストレージ量の推定値を示す。太破線がエンジン1のコールドスタート開始後にフルストレージに到達したポイントが、推定スリップタイミングである。推定スリップタイミングの前後には許容範囲が設定される。太実線はアンモニアセンサ26のアンモニア検出値を示す。太実線が0から立ち上がったポイントが、実スリップタイミングである。また、細実線は触媒温度センサ27で検出する触媒温度を示す。
また、推定スリップタイミングと実スリップタイミングとの差が許容範囲内に収まるときには、アンモニアのスリップタイミングに影響を及ぼす排気浄化システム2の複数の部位又は要素が、正負逆にアンモニアのスリップタイミングに影響を及ぼし合っている場合もある。この場合であっても、トータルでアンモニアのスリップタイミングに影響が無ければ、アンモニアの過剰なスリップが無く排気エミッションを低減した状態に維持することができ、排気浄化システムとしては問題が無い。
図7において、太破線は選択還元触媒23のストレージ量の推定値を示す。太破線がエンジン1のコールドスタート開始後にフルストレージに到達したポイントが、推定スリップタイミングである。推定スリップタイミングの前後には許容範囲が設定される。太実線はアンモニアセンサ26のアンモニア検出値を示す。太実線が0から立ち上がったポイントが、実スリップタイミングである。また、細実線は触媒温度センサ27で検出する触媒温度を示す。
そこで、図7の場合には、アンモニアのスリップ発生後に、尿素水の目標供給量と尿素水の実供給量とを比較する。
この結果、尿素水の濃度が許容濃度よりも高い場合と、尿素水の過剰供給異常と、選択還元触媒23の劣化異常と、を切り分けて特定することができる。
図8において、太破線は選択還元触媒23のストレージ量の推定値を示す。太破線がエンジン1のコールドスタート開始後にフルストレージに到達したポイントが、推定スリップタイミングである。推定スリップタイミングの前後には許容範囲が設定される。太実線はアンモニアセンサ26のアンモニア検出値を示す。太実線が0から立ち上がったポイントが、実スリップタイミングである。また、細実線は触媒温度センサ27で検出する触媒温度を示す。
そこで、図8の場合には、アンモニアのスリップ発生後に、尿素水の目標供給量と尿素水の実供給量とを比較する。
この結果、尿素水の濃度が許容濃度よりも低い場合と、尿素水の供給不足異常と、ストレージ量推定に誤りが発生している場合と、を切り分けて特定することができる。
次に、異常判別制御の具体的な手順について、図9、図10を参照して説明する。
図9、図10は、ECU3により実行される異常判別制御の手順を示すフローチャートである。
図11、図12は、ECU3により実行される尿素水噴射弁正常判別制御の手順を示すフローチャートである。以下では、一旦、図9、図10に示すフローチャートを離れ、図11、図12に示すフローチャートを説明する。
以上説明した図11、図12に示すフローチャートのルーチンにより、図9、図10に示すフローチャートのステップS3において尿素水噴射弁253が正常か否かを判別する。
なお、ステップS18に移り選択還元触媒23に対するストレージ量推定に誤りが発生している場合には、ECU3がストレージ量推定の修正を行うようにしてもよい。
上記実施形態では、アンモニアを還元成分とし、かつ、この還元成分であるアンモニアの元となる前駆体を含む前駆体溶液として尿素水を供給する尿素添加式の排気浄化システムに、本発明を適用した例を示したが、これに限るものではない。
例えば、尿素水を供給しこの尿素水からアンモニアを生成せずに、直接アンモニアを含んだ還元剤を供給してもよい。また、アンモニアの元となる前駆体としては尿素に限るものではない。本発明は、NOxを還元するための還元成分として、アンモニアの代わりに、例えば炭化水素を用いた排気浄化システムに適用することもできる。
3…ECU(スリップタイミング推定手段、目標供給量算出手段、実供給量算出手段、制御手段、第1比較手段、第2比較手段、異常特定手段、ストレージ量推定手段)
11…排気通路
23…選択還元触媒
25…尿素噴射装置(供給系)
26…アンモニアセンサ(還元成分スリップ検出手段)
253…尿素水噴射弁(供給手段)
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、還元成分の存在下で前記排気通路を流通する排気中のNOxを還元する選択還元触媒と、
前記選択還元触媒よりも上流の前記排気通路へ還元成分を含んだ還元剤又は前記還元成分の前駆体を含んだ前駆体溶液を供給する供給手段と、
前記選択還元触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、前記選択還元触媒からの還元成分のスリップを検出する還元成分スリップ検出手段と、
前記選択還元触媒から還元成分がスリップする推定スリップタイミングを推定するスリップタイミング推定手段と、
前記選択還元触媒に供給すべき還元剤又は前駆体溶液の目標供給量を算出する目標供給量算出手段と、
前記供給手段の駆動状態に基づいて、還元剤又は前駆体溶液の実供給量を算出する実供給量算出手段と、
前記目標供給量算出手段が算出する還元剤又は前駆体溶液の目標供給量が供給されるように、前記供給手段を駆動する制御手段と、
前記スリップタイミング推定手段で推定される推定スリップタイミングと、前記還元成分スリップ検出手段が還元成分のスリップを検出した実スリップタイミングと、を比較し、実スリップタイミングが推定スリップタイミングよりも早いか遅いかを判別する第1比較手段と、
還元成分のスリップ発生後に、前記目標供給量算出手段が算出する目標供給量と、前記実供給量算出手段が算出する実供給量と、を比較する第2比較手段と、
前記第1比較手段及び前記第2比較手段の比較結果に基づいて、少なくとも前記選択還元触媒の劣化異常を含む、還元成分のスリップタイミングに影響を及ぼす排気浄化システムの複数の部位又は要素内の異常を特定する異常特定手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化システムの異常判別装置。 - 前記異常特定手段は、
前記第1比較手段によって比較される推定スリップタイミングと実スリップタイミングとの差が許容範囲内に収まるときは、排気浄化システムは正常であると判定することを特徴とする請求項1に記載の排気浄化システムの異常判別装置。 - 前記還元成分のスリップタイミングに影響を及ぼす排気浄化システムの複数の部位又は要素には、前記供給手段を含む還元剤又は前駆体溶液の供給系と、還元剤又は前駆体溶液の濃度と、を有し、
前記異常特定手段は、
前記第1比較手段によって比較された実スリップタイミングが推定スリップタイミングよりも許容範囲を超えて早いときにおいて、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて少ない場合には、還元剤又は前駆体溶液の濃度が許容濃度よりも高いと判定し、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて多い場合には、前記供給系において還元剤又は前駆体溶液の過剰供給異常が発生していると判定し、
前記第2比較手段によって比較された目標供給量と実供給量との差が許容範囲内に収まる場合には、前記選択還元触媒の劣化異常が発生していると判定することを特徴とする請求項1又は2に記載の排気浄化システムの異常判別装置。 - 前記還元成分のスリップタイミングに影響を及ぼす排気浄化システムの複数の部位又は要素には、前記供給手段を含む還元剤又は前駆体溶液の供給系と、還元剤又は前駆体溶液の濃度と、を有し、
前記選択還元触媒の還元成分のストレージ量を推定するストレージ量推定手段を更に備え、
前記異常特定手段は、
前記第1比較手段によって比較された実スリップタイミングが推定スリップタイミングよりも許容範囲を超えて遅いときにおいて、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて多い場合には、還元剤又は前駆体溶液の濃度が許容濃度よりも低いと判定し、
前記第2比較手段によって比較された実供給量が目標供給量よりも許容範囲を超えて少ない場合には、前記供給系において還元剤又は前駆体溶液の供給不足異常が発生していると判定し、
前記第2比較手段によって比較された目標供給量と実供給量との差が許容範囲内に収まる場合には、前記ストレージ量推定手段が推定する前記選択還元触媒に対するストレージ量推定に誤りが発生していると判定することを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の排気浄化システムの異常判別装置。 - 前記還元成分スリップ検出手段よりも下流の前記排気通路に設けられ、還元成分の存在下で前記排気通路を流通する排気中のNOxを還元する下流側選択還元触媒を更に備え、
前記異常特定手段は、前記選択還元触媒の劣化異常が発生していると判定する場合には、前記下流側選択還元触媒にも劣化異常が発生していると判定することを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の排気浄化システムの異常判別装置。
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