JP6105403B2 - 尿素水供給系の診断装置 - Google Patents
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Description
本開示の技術は、尿素水の濃度を検出するセンサーを有する尿素水供給系に対して、尿素水供給系の状態を診断する尿素水供給系の診断装置に関する。
従来から、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという。）を浄化する排気浄化装置として、排気に尿素水を供給する尿素水供給系と、尿素水の供給された排気が流入する選択還元型触媒と、を備えた排気浄化装置が知られている。こうした排気浄化装置においては、水分の過度な蒸発や基準に満たない液体の補充等によって尿素水の品質に異常が生じると、所望の浄化性能を得るために必要となる尿素水の量が変化する。そのため、特許文献１には、尿素水の濃度を検出するセンサーによって尿素水の濃度を検出し、その検出値に基づいて尿素水の適否を判定し、尿素水の品質に異常が生じている場合には運転者に対して警告する技術が開示されている。
一方、上記センサーの検出値に基づいて尿素水の適否を判定するうえでは、該センサーの検出値が正常であることが前提となる。それゆえに、センサーの検出値が異常であるときには、正常な尿素水が異常と判定されたり、異常な尿素水が正常と判定されたりする。結局のところ、尿素水やセンサーなどを含む尿素水供給系の状態が、１つのセンサーの検出値のみに基づいて診断されるため、尿素水供給系の状態の診断結果には、誤った判断が含まれてしまう。
本開示の技術は、尿素水供給系の状態の診断結果の精度を高めることの可能な尿素水供給系の診断装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する尿素水供給系の診断装置は、尿素水の濃度を検出するセンサーの検出値を取得する取得部と、選択還元型触媒によるＮＯｘの浄化率を演算する浄化率演算部と、前記尿素水を供給する尿素水供給系の状態を診断する診断部と、を備え、前記診断部は、前記尿素水が正常であるときの前記濃度を基準濃度として有し、前記尿素水が正常であるときの前記浄化率を基準浄化率として有し、前記浄化率演算部の演算した前記浄化率が前記基準浄化率以上である第１条件と、前記取得部の取得した前記検出値が前記基準濃度以上である第２条件のいずれか一方が成立するときに前記センサーが異常であると診断する。
上記構成において、第１条件が不成立、且つ、第２条件が成立する場合は、センサーの検出値が基準濃度以上であるにも関わらず、浄化率が基準浄化率未満である場合である。すなわち、センサーの検出値が実際の尿素水の濃度よりも高い値を示している。一方、第１条件が成立し、且つ、第２条件が不成立の場合は、センサーの検出値が基準濃度未満であるにも関わらず、浄化率が基準浄化率以上である場合である。すなわち、センサーの検出値が実際の尿素水の濃度よりも低い値を示している。これにより、センサーが異常であると診断されることから、尿素供給系の状態の診断結果の精度が高められる。
上記尿素水供給系の診断装置において、前記診断部は、前記第１条件と前記第２条件とが成立するときに、前記センサーが正常であると診断することが好ましい。
上記構成のように、第１条件及び第２条件の双方が成立する場合には、センサーの検出値が正常であると診断される。
上記構成のように、第１条件及び第２条件の双方が成立する場合には、センサーの検出値が正常であると診断される。
上記尿素水供給系の診断装置において、前記診断部は、前記第１条件と前記第２条件とが成立しないときに、前記センサーが正常であると診断することが好ましい。
上記構成のように、第１条件及び第２条件の双方が成立しない場合は、センサーの検出値が基準濃度未満であり、且つ、浄化率も基準浄化率未満である場合である。つまり、センサーの検出値は正常であることから、センサーが正常であるとの診断結果が得られる。
上記構成のように、第１条件及び第２条件の双方が成立しない場合は、センサーの検出値が基準濃度未満であり、且つ、浄化率も基準浄化率未満である場合である。つまり、センサーの検出値は正常であることから、センサーが正常であるとの診断結果が得られる。
上記尿総帥供給系の診断装置において、前記診断部は、前記第１条件と前記第２条件とが成立しないときに、前記尿素水が異常であると診断することが好ましい。
上記構成のように、第１条件及び第２条件の双方が成立しない場合は、センサーの検出値が基準濃度未満であり、且つ、浄化率も基準浄化率未満である場合であることから、センサーの検出値ではなく尿素水の品質に問題がある。すなわち、第１条件及び第２条件を設定することにより、センサーの適否に加え、尿素水の適否も診断結果として得られる。
上記構成のように、第１条件及び第２条件の双方が成立しない場合は、センサーの検出値が基準濃度未満であり、且つ、浄化率も基準浄化率未満である場合であることから、センサーの検出値ではなく尿素水の品質に問題がある。すなわち、第１条件及び第２条件を設定することにより、センサーの適否に加え、尿素水の適否も診断結果として得られる。
上記尿素水供給系の診断装置において、前記取得部は、前記選択還元型触媒の上流で排気のＮＯｘ濃度を検出する上流ＮＯｘセンサーの検出値と、前記選択還元型触媒の下流で排気のＮＯｘ濃度を検出する下流ＮＯｘセンサーの検出値と、を取得し、前記浄化率演算部は、前記上流ＮＯｘセンサーの検出値と前記下流ＮＯｘセンサーの検出値とに基づいて前記浄化率を演算することが好ましい。
上記構成によれば、浄化率演算部の演算する浄化率が、各ＮＯｘセンサーの検出値に基づいて演算される。その結果、例えばエンジンの運転状態に基づいて推定される値を用いてＮＯｘの浄化率が演算される場合に比べて、浄化率演算部による浄化率の信頼性が向上することで診断結果に対する信頼性も向上する。
以下、図１及び図２を参照して、本開示における尿素水供給系の診断装置の一実施形態について説明する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１０（以下単に「エンジン１０」という。）の排気通路１２には、排気を浄化する排気浄化装置２０が配設されている。排気浄化装置２０に流入した排気は、前段酸化触媒２２（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）に流入する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１０（以下単に「エンジン１０」という。）の排気通路１２には、排気を浄化する排気浄化装置２０が配設されている。排気浄化装置２０に流入した排気は、前段酸化触媒２２（ＤＯＣ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）に流入する。
前段酸化触媒２２は、例えばアルミナ、シリカ、ゼオライト等からなる担体に、白金やパラジウム等の金属や、金属酸化物等を担持させたものである。前段酸化触媒２２は、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して、水、二酸化炭素、二酸化窒素等に変換する。
前段酸化触媒２２を通過した排気は、ＤＰＦ２４（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）に流入する。ＤＰＦ２４は、セラミックスや金属多孔体から構成され、排気中の粒子性物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集する。ＤＰＦ２４の再生処理では、ＤＰＦ２４に流入する排気を昇温させるべく、例えば、前段酸化触媒２２よりも上流の排気通路１２に対し、図示されないバーナーから燃焼ガスが供給されたり図示されない燃料噴射弁から燃料が噴射されたりする。
ＤＰＦ２４の下流であり且つ後述する選択還元型触媒３６の上流には、上流ＮＯｘセンサー２８が配設されている。上流ＮＯｘセンサー２８は、ＤＰＦ２４を通過した排気のＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１を所定の制御周期で検出し、その検出したＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１を示す信号をＥＣＵ４４に出力する。
上流ＮＯｘセンサー２８の下流には、排気通路１２に対して尿素水を供給する電子制御式のインジェクター３０が配設されている。インジェクター３０には、タンク３２に貯留された尿素水が圧送ポンプ３４により圧送される。圧送ポンプ３４は、図示されないリリーフ弁を内蔵しており、タンク３２内の尿素水を所定の圧力でインジェクター３０に圧送する。インジェクター３０は、ＥＣＵ４４によって開閉制御される。排気に供給された尿素水は、排気の熱によってアンモニアに加水分解される。
タンク３２には、尿素水品質センサー３５（以下単に「センサー３５」という。）が配設されている。センサー３５は、尿素水における超音波の伝播速度や尿素水の温度に基づいて尿素水の濃度を検出し、その検出値である尿素水濃度Ｃｕｒを示す信号をＥＣＵ４４に出力する。インジェクター３０、タンク３２、圧送ポンプ３４、センサー３５、及び尿素水は、尿素水供給系に含まれる。
インジェクター３０の下流には、選択還元型触媒３６が配設されている。選択還元型触媒３６は、ＮＯｘをアンモニアで還元する選択的触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を行う。選択還元型触媒３６は、例えばハニカム状のセラミックからなる担体に吸着性の高いゼオライト又はジルコニアを担持させたものである。排気中のＮＯｘは、選択還元型触媒３６の触媒作用によってアンモニアと反応し、窒素と水とに還元される。
選択還元型触媒３６には、触媒温度センサー３８が配設されている。触媒温度センサー３８は、選択還元型触媒３６の温度である触媒温度Ｔｓを所定の制御周期で検出し、その検出した触媒温度Ｔｓを示す信号をＥＣＵ４４に出力する。
選択還元型触媒３６を通過した排気は、後段酸化触媒４０（ＡＳＣ：Ａｍｍｏｎｉａ Ｓｌｉｐ Ｃａｔａｌｙｓｔ）に流入する。後段酸化触媒４０は、例えばアルミナ、シリカ、ゼオライト等からなる担体に、白金やパラジウム等の金属や、金属酸化物等を担持させたものである。後段酸化触媒４０は、選択還元型触媒３６における還元反応で消費されなかったアンモニアを分解する。
後段酸化触媒４０の下流には、下流ＮＯｘセンサー４２が配設されている。下流ＮＯｘセンサー４２は、後段酸化触媒４０を通過した排気のＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２を所定の制御周期で検出し、その検出したＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２を示す信号をＥＣＵ４４に出力する。
ＥＣＵ４４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたマイクロコンピューターである。ＥＣＵ４４には、上記触媒温度Ｔｓ、尿素水濃度Ｃｕｒ、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２の他、エアフローメーター４６から吸入空気量Ｇａを示す信号が所定の制御周期で入力される。ＥＣＵ４４は、吸入空気量Ｇａを排気通路１２における排気の流量である排気流量として取り扱う。すなわち、ＥＣＵ４４は、触媒温度Ｔｓ、尿素水濃度Ｃｕｒ、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２、吸入空気量Ｇａを取得する取得部として機能する。
ＥＣＵ４４は、上記各種センサーから入力される情報、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムや各種データ、これらに基づいて各種の演算及び処理を実行する。ＥＣＵ４４は、インジェクター３０の開閉制御を通じた尿素水の供給処理を実行する。また診断部としてのＥＣＵ４４は、尿素水供給系の状態を診断する診断処理を実行し、センサー３５の適否及びタンク３２内の尿素水の適否、これらを判定する。ＥＣＵ４４は、診断処理においてセンサー３５あるいは尿素水が「異常」と判定された場合、警報装置５０を作動させて、「異常」と判定された対象を運転者に通知する。
供給処理において、ＥＣＵ４４は、所定の制御周期毎に尿素水の供給量を演算する。ＥＣＵ４４は、尿素水の濃度が所望濃度（例えば３２．５％ｗｔ）であることを前提として尿素水の供給量を演算する。ＥＣＵ４４は、吸入空気量Ｇａ、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１、触媒温度Ｔｓに基づいて排気中のＮＯｘを浄化するために必要な尿素水の基本供給量を演算する。そしてＥＣＵ４４は、上流ＮＯｘセンサー２８のＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１と下流ＮＯｘセンサー４２のＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２とから演算される浄化率η（＝Ｃｎｘ１／Ｃｎｘ２）に基づいて基本供給量を補正することにより尿素水の供給量を演算する。ＥＣＵ４４は、演算された供給量の分の尿素水が排気に供給されるようにインジェクター３０に対して制御信号を出力する。
図２を参照して、ＥＣＵ４４の実行する診断処理の処理手順について説明する。この診断処理は繰り返し実行される。
図２に示されるように、ＥＣＵ４４は、最初のステップＳ１１にて、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２、尿素水濃度Ｃｕｒの各種情報を取得する。次にＥＣＵ４４は、浄化率演算部として機能し、ステップＳ１１にて取得したＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１とＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２とに基づいて浄化率ηを演算する（ステップＳ１２）。
図２に示されるように、ＥＣＵ４４は、最初のステップＳ１１にて、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１、ＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２、尿素水濃度Ｃｕｒの各種情報を取得する。次にＥＣＵ４４は、浄化率演算部として機能し、ステップＳ１１にて取得したＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１とＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２とに基づいて浄化率ηを演算する（ステップＳ１２）。
次のステップＳ１３にてＥＣＵ４４は、浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ以上であるか否かを判断する。基準浄化率ηｓｔは、上記各種データに予め規定された値であって、排気中のＮＯｘが浄化されたと判断される浄化率である。なお、浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ以上であることを第１条件という。
浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ以上であった場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４４は、ステップＳ１１にて取得した尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。基準濃度Ｃｓｔは、上記各種データに予め規定された値であって、供給処理にて演算された供給量の尿素水が排気に供給されることによって、少なくとも基準浄化率ηｓｔが得られるべき尿素水の濃度である。なお、尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上であることを第２条件という。
尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上であった場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４４は、センサー３５及び尿素水の双方を「正常」と判定し、「正常」という診断結果を得て（ステップＳ１５）診断処理を一旦終了する。反対に、ステップＳ１４において尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ未満であった場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、ＥＣＵ４４は、尿素水を「正常」、センサー３５を「異常」と判定し、「センサー３５の異常」という診断結果を得て（ステップＳ１６）診断処理を一旦終了する。
一方、ステップＳ１３にて浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ未満であった場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、ＥＣＵ４４は、ステップＳ１４と同様、ステップＳ１１にて取得した尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。
尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上であった場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４４は、ステップＳ１６の処理に移行して、尿素水を「正常」、センサー３５を「異常」と判定して、「センサー３５の異常」という診断結果を得て診断処理を一旦終了する。反対に、尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ未満であった場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、ＥＣＵ４４は、尿素水を「異常」、センサー３５を「正常」と判定し、「尿素水の異常」という診断結果を得て（ステップＳ１８）診断処理を終了する。診断処理の終了後、ＥＣＵ４４は、診断処理の診断結果に応じて警報装置５０を作動させて、「異常」と診断された対象を運転者に通知する。
次に、上述した診断処理の作用について説明する。
ＥＣＵ４４は、浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ以上である第１条件、尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上である第２条件、これら第１条件及び第２条件のいずれか一方のみが成立するときにセンサー３５を「異常」と判定する。
ＥＣＵ４４は、浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ以上である第１条件、尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上である第２条件、これら第１条件及び第２条件のいずれか一方のみが成立するときにセンサー３５を「異常」と判定する。
第１条件が不成立、且つ、第２条件が成立する場合は、尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ以上であるにも関わらず、浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ未満である場合である。そのため、センサー３５の尿素水濃度Ｃｕｒが実際の濃度よりも高い値を示している。一方、第１条件が成立し、且つ、第２条件が不成立の場合は、尿素水の濃度が基準濃度Ｃｓｔ未満であるにも関わらず、浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ以上である場合である。そのため、センサー３５の尿素水濃度Ｃｕｒが実際の濃度よりも低い値を示している。すなわち、上記のように第１条件及び第２条件が設定されることによってセンサー３５の適否を判定することができる。
以上説明したように、上記実施形態の尿素水供給系の診断装置によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）診断処理によってセンサー３５の適否が判定されることから、センサー３５の適否が判定されることなく尿素水の適否が判定される場合に比べて、尿素供給系の状態の診断結果の精度が高められる。
（１）診断処理によってセンサー３５の適否が判定されることから、センサー３５の適否が判定されることなく尿素水の適否が判定される場合に比べて、尿素供給系の状態の診断結果の精度が高められる。
（２）第１条件及び第２条件の双方が不成立である場合には、浄化率ηが基準浄化率ηｓｔ未満であり、且つ尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度Ｃｓｔ未満である。こうした場合には、センサー３５ではなく尿素水の品質が異常である。すなわち、上記のように第１条件及び第２条件が設定されることによって、センサー３５の適否のみならず、尿素水の適否も診断結果として得られる。
（３）上流ＮＯｘセンサーの検出値であるＮＯｘ濃度Ｃｎｘ１と下流ＮＯｘセンサーの検出値であるＮＯｘ濃度Ｃｎｘ２とに基づいて浄化率ηが演算される。すなわち、浄化率ηがＮＯｘに関する実際の検出値に基づいて演算される。そのため、例えばエンジンの運転状態に基づいて推定される値を用いて浄化率ηが演算される場合に比べて、浄化率ηに対する信頼性が向上する。その結果、診断処理の診断結果に対する信頼性も向上する。
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・浄化率ηは、例えばエンジン１０の運転状態に応じて推定される値を用いて演算されてもよい。
・浄化率ηは、例えばエンジン１０の運転状態に応じて推定される値を用いて演算されてもよい。
・診断処理においては、尿素水の適否について判定されることなく、センサー３５の適否についてのみ判定されてもよい。この際、尿素水の適否が診断処理とは異なる処理として実行されてもよい。
・センサー３５を「異常」と判定する条件は、第１条件及び第２条件のいずれか一方の成立を含んでいればよく、例えば尿素水濃度Ｃｕｒが基準濃度よりも高い上限濃度未満であること等、第１条件及び第２条件とは異なる条件をさらに含んでいてもよい。
・第１条件及び第２条件の双方が成立する場合、及び、双方が成立しない場合、判定部は、センサー３５の適否を判定しなくともよい。
・供給処理において、尿素水の供給量が演算される際の尿素水の濃度は尿素水濃度Ｃｕｒであってもよい。
・供給処理において、尿素水の供給量が演算される際の尿素水の濃度は尿素水濃度Ｃｕｒであってもよい。
・エンジンは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンや天然ガスエンジンであってもよい。
１０…エンジン、１２…排気通路、２０…排気浄化装置、２２…前段酸化触媒、２４…ＤＰＦ、２６…ＤＰＦ温度センサー、２８…上流ＮＯｘセンサー、３０…インジェクター、３２…タンク、３４…圧送ポンプ、３５…尿素水品質センサー、３６…選択還元型触媒、３８…触媒温度センサー、４０…後段酸化触媒、４２…下流ＮＯｘセンサー、４４…ＥＣＵ、４６…エアフローメーター、５０…警報装置。
Claims (5)
- 尿素水の濃度を検出するセンサーの検出値を取得する取得部と、
選択還元型触媒によるＮＯｘの浄化率を演算する浄化率演算部と、
前記尿素水を供給する尿素水供給系の状態を診断する診断部と、を備え、
前記診断部は、
前記尿素水が正常であるときの前記濃度を基準濃度として有し、
前記尿素水が正常であるときの前記浄化率を基準浄化率として有し、
前記浄化率演算部の演算した前記浄化率が前記基準浄化率以上である第１条件と、前記取得部の取得した前記検出値が前記基準濃度以上である第２条件のいずれか一方が成立するときに前記センサーが異常であると診断する
尿素水供給系の診断装置。 - 前記診断部は、
前記第１条件と前記第２条件とが成立するときに、前記センサーが正常であると診断する
請求項１に記載の尿素水供給系の診断装置。 - 前記診断部は、
前記第１条件と前記第２条件とが成立しないときに、前記センサーが正常であると診断する
請求項１または２に記載の尿素水供給系の診断装置。 - 前記診断部は、
前記第１条件と前記第２条件とが成立しないときに、前記尿素水が異常であると診断する
請求項１から３のいずれか１つに記載の尿素水供給系の診断装置。 - 前記取得部は、
前記選択還元型触媒の上流で排気のＮＯｘ濃度を検出する上流ＮＯｘセンサーの検出値と、前記選択還元型触媒の下流で排気のＮＯｘ濃度を検出する下流ＮＯｘセンサーの検出値と、を取得し、
前記浄化率演算部は、
前記上流ＮＯｘセンサーの検出値と前記下流ＮＯｘセンサーの検出値とに基づいて前記浄化率を演算する
請求項１から４のいずれか１つに記載の尿素水供給系の診断装置。
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